CN111790083A - 一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统及方法，电池单体上方形成有电池间隙，灭火组件布置在电池包的外部，灭火组件经释放管道连接位于电池包内部的药剂喷头；探火管的一端连接灭火组件，探火管在电池包的内部沿电池泄压口上方间隙分布，探火管的末端连接有压力表；传感组件位于电池包内部，传感组件包括温度传感器、气体传感器和烟雾传感器；控制器与传感组件之间电连接，温度传感器用于获取电池包内部的温度，气体传感器用于监测电池包内部的气体，烟雾传感器用于监测电池包内部的烟雾；控制器还与压力表之间电连接，压力表监测探火管内部的压力变化。本发明不受空间位置影响，实现一维无限点探温、探火，响应速度快，可将火扑灭在萌芽状态。

Description

一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统及方法
技术领域
本发明涉及电池箱火灾抑制技术领域，具体涉及一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统及方法。
背景技术
随着电动车产业的快速发展，并不断地追求更高的比能量，更快的充放电速度以及更长的使用寿命，随之带来一系列的安全问题。受制于电池制造工艺水平，电池荷电状态以及电池滥用条件(电池过热、过充过放、冲击、挤压，内外短路等)等因素的影响，锂离子电池热失控状态也是千变万化，可能只冒烟不着火，也可能冒烟一定时间后着火爆炸，更有甚者，在泄压口爆开瞬间，直接着火爆炸，给热失控早期探测预警带来极大的挑战。因此，在锂离子电池储能系统上配置高效的热失控早期预警系统对于储能系统的安全高效运行具有重要意义。
目前，针对锂离子电池热失控早期预警及防护方案严重缺乏。传统技术中，锂离子电池热失控预警通常采用温度、气体及烟雾传感器进行探测，等火灾发展到一定程度，温度、气体及烟雾扩散到探测器后发生动作，进行全淹没式灭火。预警系统响应延迟，只能单点探测，且必须带电作业；发生火灾后只能全淹没式灭火，造成灭火剂浪费，灭火效率低，且传统的灭火装置多采用二氧化碳和七氟丙烷等灭火剂，此类气体灭火剂对电池的灭火效率较低且降温效果差。亟需一种应用于锂离子电池热失控早期预警灭火的技术方案。
发明内容
为此，本发明提供一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统及方法，不受空间位置的影响，实现一维无限点探温、探火，探测响应速度快，可将火扑灭在萌芽状态。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，锂离子电池设有布置在电池包电池单体，所述电池单体上方形成有电池间隙，锂离子电池热失控早期预警灭火系统包括灭火组件、释放管道、探火管、传感组件和控制器；所述灭火组件布置在所述电池包的外部，灭火组件经释放管道连接位于电池包内部的药剂喷头；所述探火管的一端连接所述灭火组件，探火管在电池包的内部沿所述电池间隙分布，探火管的末端连接有压力表；所述传感组件位于所述电池包内部，传感组件包括温度传感器、气体传感器和烟雾传感器；
所述控制器与传感组件之间电连接，温度传感器用于获取电池包内部的温度，气体传感器用于监测电池包内部的气体，烟雾传感器用于监测电池包内部的烟雾；
所述控制器还与所述压力表之间电连接，所述压力表用于监测探火管内部的压力变化。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火系统的优选方案，所述探火管填充有惰性气体以使探火管内部具有预设的压力；探火管从所述电池单体的泄压口上方经过。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火系统的优选方案，所述灭火组件包括灭火容器，所述灭火容器的开口处连接有容器阀组；所述容器阀组设有第一接口和第二接口，所述第一接口连接有单向阀和常开电控阀，第一接口连接所述探火管；所述第二接口连接有常闭电控阀，第二接口连接所述释放管道；
所述常开电控阀和常闭电控阀均与所述控制器电连接，控制器控制所述常开电控阀和常闭电控阀的启闭动作。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火系统的优选方案，所述常开电控阀采用电磁阀、电动球阀和电动蝶阀一种，所述常闭电控阀采用电磁阀、电动球阀和电动蝶阀一种。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火系统的优选方案，所述灭火容器内部的灭火剂为全氟己酮；所述气体传感器包括CO传感器、H2传感器和VOC传感器。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火系统的优选方案，所述探火管还连接有配给管道，所述配给管道一端连接探火管处于电池包外的部分，配给管道另外一端连接探火管的末端。
本发明还提供一种锂离子电池热失控早期预警灭火方法，采用上述的锂离子电池热失控早期预警灭火系统，包括通电模式和断电模式；
所述通电模式下，通过压力表获取探火管内部的压力参数，并通过传感组件获取电池包内部的温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数；根据所述压力参数、温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数协同判定电池包内部的电池单体是否发生热失控；
通电模式下，第一接口处的单向阀和常开电控阀均关闭，第二接口处的常闭电控阀关闭，当判定发生热失控后，根据火灾发展情况，单向阀打开，控制器控制常开电控阀门打开或常关电控阀门打开，灭火剂通过探火管或释放管道喷射灭火，采取点对点灭火或者全淹没式灭火；
所述断电模式下，通过压力表获取探火管内部的压力参数，探火管置于电池单体泄压口的上方，当发生某一位置的电池单体热失控，温度达到探火管破裂温度时，经充压的探火管熔化和破裂形成一个喷口；
断电模式下，第一接口处的单向阀关闭，第一接口处的常开电控阀打开，第二接口处的常闭电控阀关闭，当所述探火管内部的压力降低时，单向阀打开，灭火剂通过探火管处的喷口进行喷射灭火。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火方法的优选方案，所述灭火容器内部的灭火剂为全氟己酮，全氟己酮的灭火浓度设置为6.5％～7.0％。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火方法的优选方案，所述探火管的爆破温度为150℃～170℃，当电池包内任意一电池单体发生热失控温度超过设定温度后探火管发生爆破。
作为锂离子电池热失控早期预警灭火方法的优选方案，当电池包某一电池单体发生热失控且探火管熔化和破裂后，灭火剂通过探火管处的喷口进行喷射灭火，同时灭火剂通过配给管道输送至探火管喷口的另外一侧进行喷射灭火。
本发明探火管探温、探火，可置于电池单体泄压口一旁，不受任何位置空间的影响，实现一维无限点探温、探火，探测响应速度快，将火扑灭在萌芽状态；
通电模式下，探火管可同时配合温度、气体(CO、H2及VOC传感器)及烟雾传感器，多参数协同预警，对保护区域热失控多种状况进行探测，提高准确性，避免出现误判；
在断电模式下，可实现自动探火灭火，实现锂离子电池日历寿命的全生命周期保护；
可根据火灾发展情况，采取点对点灭火或者全淹没式灭火，减少灭火剂浪费，灭火效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中提供的锂离子电池热失控早期预警灭火系统示意图；
图2为本发明实施例中提供的锂离子电池热失控早期预警灭火方法示意图。
图中，1、电池包；2、电池单体；3、电池间隙；4、灭火组件；5、释放管道；6、探火管；7、传感组件；8、控制器；9、药剂喷头；10、灭火容器；11、容器阀组；12、第一接口；13、第二接口；14、单向阀；15、常开电控阀；16、常闭电控阀；17、配给管道。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，提供一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，锂离子电池设有布置在电池包1内的电池单体2，所述电池单体2上方形成有电池间隙3，锂离子电池热失控早期预警灭火系统包括灭火组件4、释放管道5、探火管6、传感组件7和控制器8；所述灭火组件4布置在所述电池包1的外部，灭火组件4经释放管道5连接位于电池包1内部的药剂喷头9；所述探火管6的一端连接所述灭火组件4，探火管6在电池包1的内部沿所述电池间隙3分布，探火管6的末端连接有压力表；所述传感组件7位于所述电池包1内部，传感组件7包括温度传感器、气体传感器和烟雾传感器；所述控制器8与传感组件7之间电连接，温度传感器用于获取电池包1内部的温度，气体传感器用于监测电池包1内部的气体，烟雾传感器用于监测电池包1内部的烟雾；所述控制器8还与所述压力表之间电连接，所述压力表用于监测探火管内部的压力变化。
具体的，所述探火管填充有惰性气体以使探火管6内部具有预设的压力；探火管从所述电池单体2的泄压口上方经过。由于探火管6在未发生熔化破裂的前提下，内部的压力几乎是维持不变的(日常环境温度的变化对探火管6的压力影响可以忽略不计)，一旦电池包1内部的某一电池单体2发生热失控，探火管6会发生熔化破裂，此时内部压力会大幅度的下降，从而可以基于探火管6内部的压力参数进行热失控预警监控。
探火管6以柔性材料为佳，不受位置空间的影响，可伸进各种狭小和复杂易燃的电池包1内。柔性材料比如可以采用聚氯乙烯。
锂离子电池热失控早期预警灭火系统的一个实施例中，所述灭火组件4包括灭火容器10，所述灭火容器10的开口处连接有容器阀组11；所述容器阀组11设有第一接口12和第二接口13，所述第一接口12连接有单向阀14和常开电控阀15，第一接口12连接所述探火管6；所述第二接口13连接有常闭电控阀16，第二接口13连接所述释放管道5；所述单向阀14、常开电控阀15和常闭电控阀16均与所述控制器8电连接，控制器8控制所述单向阀14、常开电控阀15和常闭电控阀16的启闭动作。所述常开电控阀15采用电磁阀、电动球阀和电动蝶阀一种，所述常闭电控阀16采用电磁阀、电动球阀和电动蝶阀一种。
通电模式下，第一接口12处的单向阀14和常开电控阀15均关闭，第二接口13处的常闭电控阀16关闭，当判定发生热失控后，根据火灾发展情况，单向阀14打开，控制器8控制常开电控阀15门打开或常关电控阀门打开，灭火剂通过探火管6或释放管道5喷射灭火，灭火方式采取点对点灭火或者全淹没式灭火。断电模式下，第一接口12处的单向阀14关闭，第一接口12处的常开电控阀15打开，第二接口13处的常闭电控阀16关闭，当所述探火管6内部的压力降低时，单向阀14打开，使灭火剂通过探火管6处的喷口进行喷射灭火。
锂离子电池热失控早期预警灭火系统的一个实施例中，所述灭火容器10内部的灭火剂为全氟己酮。灭火剂是全氟己酮或含有氟化酮类物质，在常温下为液态，便于储存，其储存压力配置为2.5MPa，全氟己酮的灭火浓度设置为6.5％～7.0％。
具体的，气体传感器包括CO传感器、H2传感器和VOC传感器。通电模式下，探火管6探温、探火同时配合温度传感器、CO传感器、H2传感器、VOC传感器和烟雾传感器，多参数协同预警，对保护区域热失控多种状况进行探测，提高准确性，避免出现误判。且可根据火灾发展情况，实现点对点或者全淹没式灭火；断电模式下，探火管6单独工作，自动探火灭火，实现锂离子电池系统日历寿命的全生命周期保护。
锂离子电池热失控早期预警灭火系统的一个实施例中，所述探火管6还连接有配给管道17，所述配给管道17一端连接探火管6处于电池包1外的部分，配给管道17另外一端连接探火管6的末端。当电池包1内的某一电池单体2发生热失控且探火管6熔化和破裂后，灭火剂通过探火管6处的喷口进行喷射灭火，同时灭火剂通过配给管道17输送至探火管6喷口的另外一侧进行喷射灭火。
锂离子电池热失控早期预警灭火系统的一个实施例中，控制器8配置有储存模块，在出现异常情况时，系统通过自带的大容量存储装置，可以将异常点前连续的监测数据进行存储，具有黑匣子功能，方便后期检测维护。
参见图2，本发明还提供一种锂离子电池热失控早期预警灭火方法，采用上述的锂离子电池热失控早期预警灭火系统，包括通电模式和断电模式；
所述通电模式下，通过压力表获取探火管6内部的压力参数，并通过传感组件7获取电池包1内部的温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数；根据所述压力参数、温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数协同判定电池包1内部的电池单体2是否发生热失控；
通电模式下，第一接口12处的单向阀14和常开电控阀15均关闭，第二接口13处的常闭电控阀16关闭，当判定发生热失控后，根据火灾发展情况，单向阀14打开，控制器8控制常开电控阀15门打开或常关电控阀门打开，灭火剂通过探火管6或释放管道5喷射灭火，采取点对点灭火或者全淹没式灭火；
所述断电模式下，通过压力表获取探火管6内部的压力参数，探火管6置于电池单体2泄压口的上方，当发生某一位置的电池单体2热失控，温度达到探火管6破裂温度时，经充压的探火管6熔化和破裂形成一个喷口；
断电模式下，第一接口12处的单向阀14关闭，第一接口12处的常开电控阀15打开，第二接口13处的常闭电控阀16关闭，当所述探火管6内部的压力降低时，单向阀14打开，使灭火剂通过探火管6处的喷口进行喷射灭火。
具体的，所述灭火容器10内部的灭火剂为全氟己酮，全氟己酮的灭火浓度设置为6.5％～7.0％。所述探火管6的爆破温度为150℃～170℃，当电池包1内任意一电池单体2发生热失控温度超过设定温度后探火管6发生爆破。
锂离子电池热失控早期预警灭火方法的一个实施例中，当电池包1内的某一电池单体2发生热失控且探火管6熔化和破裂后，灭火剂通过探火管6处的喷口进行喷射灭火，同时灭火剂通过配给管道17输送至探火管6喷口的另外一侧进行喷射灭火。
本发明灭火组件4布置在电池包1的外部，灭火组件4经释放管道5连接位于电池包1内部的药剂喷头9；探火管6的一端连接灭火组件4，探火管6在电池包1的内部沿电池间隙3分布，探火管6的末端连接有压力表；传感组件7位于电池包内部，传感组件7包括温度传感器、气体传感器和烟雾传感器；控制器8与传感组件7之间电连接，温度传感器用于获取电池包1内部的温度，气体传感器用于监测电池包1内部的气体，烟雾传感器用于监测电池包1内部的烟雾；控制器8还与压力表之间电连接，压力表用于监测探火管内部的压力变化。通电模式下，通过压力表获取探火管6内部的压力参数，并通过传感组件7获取电池包1内部的温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数；根据所述压力参数、温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数协同判定电池包1内部的电池单体2是否发生热失控；通电模式下，第一接口12处的单向阀14和常开电控阀15均关闭，第二接口13处的常闭电控阀16关闭，当判定发生热失控后，根据火灾发展情况，单向阀14打开，控制器8控制常开电控阀15门打开或常关电控阀门打开，灭火剂通过探火管6或释放管道5喷射灭火，采取点对点灭火或者全淹没式灭火；所述断电模式下，通过压力表获取探火管6内部的压力参数，探火管6置于电池单体2泄压口的上方，当发生某一位置的电池单体2热失控，温度达到探火管6破裂温度时，经充压的探火管6熔化和破裂形成一个喷口；断电模式下，第一接口12处的单向阀14关闭，第一接口12处的常开电控阀15打开，第二接口13处的常闭电控阀16关闭，当所述探火管6内部的压力降低时，单向阀14打开，使灭火剂通过探火管6处的喷口进行喷射灭火。本发明中探火管6可探温、探火，可置于电池单体2泄压口上方，不受任何位置空间的影响，实现一维无限点探温、探火，探测响应速度快，将火扑灭在萌芽状态；通电模式下，探火管6可同时配合温度、气体(CO、H2及VOC传感器)及烟雾传感器，多参数协同预警，对保护区域热失控多种状况进行探测，提高准确性，避免出现误判；在断电模式下，可实现自动探火灭火，实现锂离子电池日历寿命的全生命周期保护；可根据火灾发展情况，采取点对点灭火或者全淹没式灭火，减少灭火剂浪费，灭火效率高。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，锂离子电池设有布置在电池包(1)内的电池单体(2)，所述电池单体(2)上方形成有电池间隙(3)，其特征在于，锂离子电池热失控早期预警灭火系统包括灭火组件(4)、释放管道(5)、探火管(6)、传感组件(7)和控制器(8)；所述灭火组件(4)布置在所述电池包(1)的外部，灭火组件(4)经释放管道(5)连接位于电池包(1)内部的药剂喷头(9)；所述探火管(6)的一端连接所述灭火组件(4)，探火管(6)在电池包(1)的内部沿所述电池间隙(3)分布，探火管(6)的末端连接有压力表；所述传感组件(7)位于所述电池包(1)内部，传感组件(7)包括温度传感器、气体传感器和烟雾传感器；
所述控制器(8)与传感组件(7)之间电连接，温度传感器用于获取电池包(1)内部的温度，气体传感器用于监测电池包(1)内部的气体，烟雾传感器用于监测电池包(1)内部的烟雾；
所述控制器(8)还与所述压力表之间电连接，所述压力表用于监测探火管内部的压力变化。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，其特征在于，所述探火管填充有惰性气体以使探火管(6)内部具有预设的压力；探火管从所述电池单体(2)的泄压口上方经过。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，其特征在于，所述灭火组件(4)包括灭火容器(10)，所述灭火容器(10)的开口处连接有容器阀组(11)；所述容器阀组(11)设有第一接口(12)和第二接口(13)，所述第一接口(12)连接有单向阀(14)和常开电控阀(15)，第一接口(12)连接所述探火管(6)；所述第二接口(13)连接有常闭电控阀(16)，第二接口(13)连接所述释放管道(5)；
所述常开电控阀(15)和常闭电控阀(16)均与所述控制器(8)电连接，控制器(8)控制所述常开电控阀(15)和常闭电控阀(16)的启闭动作。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，其特征在于，所述常开电控阀(15)采用电磁阀、电动球阀和电动蝶阀一种，所述常闭电控阀(16)采用电磁阀、电动球阀和电动蝶阀一种。
5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，其特征在于，所述灭火容器(10)内部的灭火剂为全氟己酮；所述气体传感器包括CO传感器、H2传感器和VOC传感器。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火系统，其特征在于，所述探火管(6)还连接有配给管道(17)，所述配给管道(17)一端连接探火管(6)处于电池包(1)外的部分，配给管道(17)另外一端连接探火管(6)的末端。
7.一种锂离子电池热失控早期预警灭火方法，采用如权利要求1至6任一项的锂离子电池热失控早期预警灭火系统，其特征在于，包括通电模式和断电模式；
所述通电模式下，通过压力表获取探火管(6)内部的压力参数，并通过传感组件(7)获取电池包(1)内部的温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数；根据所述压力参数、温度参数、特征气体浓度参数和烟雾浓度参数协同判定电池包(1)内部的电池单体(2)是否发生热失控；
通电模式下，第一接口(12)处的单向阀(14)和常开电控阀(15)均关闭，第二接口(13)处的常闭电控阀(16)关闭，当判定发生热失控后，根据火灾发展情况，单向阀(14)打开，控制器(8)控制常开电控阀(15)门打开或常关电控阀门打开，灭火剂通过探火管(6)或释放管道(5)喷射灭火，采取点对点灭火或者全淹没式灭火；
所述断电模式下，通过压力表获取探火管(6)内部的压力参数，探火管(6)置于电池单体(2)泄压口的上方，当发生某一位置的电池单体(2)热失控，温度达到探火管(6)破裂温度时，经充压的探火管(6)熔化和破裂形成一个喷口；
断电模式下，第一接口(12)处的单向阀(14)关闭，第一接口(12)处的常开电控阀(15)打开，第二接口(13)处的常闭电控阀(16)关闭，当所述探火管(6)内部的压力降低时，单向阀(14)打开，灭火剂通过探火管(6)处的喷口进行喷射灭火。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火方法，其特征在于，所述灭火容器(10)内部的灭火剂为全氟己酮，全氟己酮的灭火浓度设置为6.5％～7.0％。
9.根据权利要求7所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火方法，其特征在于，所述探火管(6)的爆破温度为150℃～170℃，当电池包(1)内任意一电池单体(2)发生热失控温度超过设定温度后探火管(6)发生爆破。
10.根据权利要求7所述的一种锂离子电池热失控早期预警灭火方法，其特征在于，当电池包(1)内的某一电池单体(2)发生热失控且探火管(6)熔化和破裂后，灭火剂通过探火管(6)处的喷口进行喷射灭火，同时灭火剂通过配给管道(17)输送至探火管(6)喷口的另外一侧进行喷射灭火。
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