CN111840862A - 用于电池系统的灭火系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种灭火系统(10)，特别是用于电池系统(20)，具有火灾检测设备(40)，用于存储灭火剂的至少一个灭火剂容器(11)，由所述火灾检测设备(40)控制的至少一个阀(30)，并且具有通过引导流体的线路(12)与所述阀(30)能够连接的至少一个喷嘴(50)以释放灭火剂，其中所述至少一个阀(30)被设计为区域阀并且能够由所述火灾检测设备(40)控制，用于选择性地熄灭和/或冷却特别是所述电池系统(20)的电池单元(22)。此外，公开了一种电池系统(20)。

Description

用于电池系统的灭火系统
技术领域
本发明涉及一种特别是用于电池系统的灭火系统，具有火灾检测设备、用于存储灭火剂的至少一个灭火剂容器、由所述火灾检测设备控制的至少一个阀、并且具有通过引导流体的线路与阀能够连接的至少一个喷嘴以释放灭火剂。此外，本发明涉及一种电池系统。
背景技术
电动车辆变得越来越重要。为了向车辆的驱动马达供应电能，主要使用基于锂离子技术的电池系统。电池系统具有多个电池单元。然而，电池单元存在潜在的火灾危险。在发生火灾时，电池单元可以达到超过660℃的温度，该温度对应于铝的熔点。火灾中的其他危险包括爆炸风险和有毒气体从电池单元逸出的风险。
已知用于电池系统的热监控的系统，其使用无源或有源冷却方案来执行电池单元的温度调节。由此在最佳的热条件下例如在20℃和40℃之间运行电池系统。然而，这种冷却方案可能由于缺陷而失效或者在具有增加热量的被损坏的电池单元中散热不足。
在电池系统发生火灾的情况下，化学储存的能量可以被放热地释放。例如，在发生故障的情况下，锂离子电池单元可以以热能的形式释放电存储的能量的大约7至11倍。另外，电池单元的一些被使用的阴极材料可以在高温下自发分解。由于该反应是放热的并且还释放氧气，氧气有助于加速进一步的关键反应过程，因此可导致电池的快速和不可控制的热失控。在电池单元的热失控时，相邻的电池单元也会损坏并且起放热反应，从而引起连锁反应。
所使用的电池系统通常安装在壳体中并且容纳在车辆或建筑物中。由此不能直接到达燃烧的电池单元以便通过消防部门进行有效的灭火。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于快速且有效地抑制电池系统的电池单元的放热反应的系统。
该目的通过权利要求1或权利要求9中所述的特征来实现。在从属权利要求中描述了本发明的其他有利实施方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种灭火系统，特别是用于电池系统的灭火系统。该系统具有火灾检测设备，用于存储灭火剂的至少一个灭火剂容器，能够由火灾检测设备控制的至少一个阀，以及通过引导流体的线路与阀能够连接的至少一个喷嘴以释放灭火剂。所述至少一个阀设计为区域阀并且可以由火灾检测设备控制，用于选择性地熄灭和/或冷却特别是电池系统的电池单元。
在针对含锂的能量储存器的处理或存储的工厂特定的防火措施方面，目前还没有关于技术保护方案的有效性和关于工厂技术解决方案的有效性的标准化方案。通过根据本发明的灭火系统可以提供一种用于防止电池系统的热失控的解决方案，该解决方案可以集成到电池系统中并因此直接作用在电源或电池单元上。
灭火系统优选具有一个或多个具有灭火剂的灭火剂容器，灭火剂具有比水更大的冷却能力。灭火剂可以在压力下被引入灭火剂容器中，并且因此当释放时灭火剂通过引导流体的线路而快速扩散。
火灾检测设备可以在温度上升或逸出气体方面监测电池系统的一部分或整个电池系统。如果电池系统的电池单元的热反应被火灾检测设备识别，那么灭火剂可以通过线路、通过阀传导并且然后通过喷嘴被局部限定地喷射。由此可以实现单个电池单元或电池模块的选择性冷却或熄灭。优选为此可以使用区域阀或节段阀。这些确保了仅在例如火灾检测元件被触发的区域中由灭火剂加载。电池系统的耦合到或连接到灭火系统或熄灭系统的所有其他区域不被灭火剂加载。
喷嘴或进料喷嘴用于至少局部地输送具有所需压力、确定的喷雾特性、具有合适的液滴尺寸和最佳流量体积的灭火剂。根据使用领域，可以在灭火系统中使用具有不同或相同特性的不同喷嘴。
灭火系统可以自给自足或独立于电源并且快速地抑制已经处于启动阶段的电池单元的火灾和热反应并且从而减少危害。特别是，通过选择性使用灭火剂还可以进一步限制对电池系统的可能损坏。此外，灭火系统可以制造得特别紧凑，并且因此也可以集成到车辆的电池系统中。
灭火系统的各个部件可以一起使用或作为单个构件单独使用。特别地，喷嘴、阀、灭火剂容器和/或火灾检测设备可以独立地用在不同的车辆或电池系统中。
如果火灾检测设备具有至少一个热激活的触发单元，则其在技术上可以特别简单地被实现。所述至少一个触发单元优选地具有导热壳体，导热壳体具有布置在壳体中的可熔焊料/焊剂。因此，壳体可以吸收其环境中的热量波动并且由于其对壳体内的可熔焊料/焊剂的导热性能而传导。在达到例如93℃的限定的极限温度时，可熔焊料/焊剂熔化，由此火灾检测设备可以采取措施抵抗产生的热量。
根据实施例，通过至少一个触发单元的可熔焊料/焊剂，为了从灭火剂容器中释放灭火剂，导电连接可被中断和/或充气罩可被激活和/或用于将灭火剂从阀引导到喷嘴的流体连通可被释放。由此通过不同的触发机制可以灵活地启动灭火过程或冷却过程。可熔焊料/焊剂可以例如设计为导电连接，导电连接通过火灾检测设备的评估电子装置来监控。如果可熔焊料/焊剂中断，则这可以通过火灾检测设备记录并且用于启动措施。优选地，灭火过程或冷却过程在可熔焊料/焊剂通过热作用而熔化的区域中开始。
备选地或附加地，当可熔焊料/焊剂熔化时，充气罩由可熔焊料/焊剂可激活或气体可释放给罩。对于火灾检测，可以以这种方式使用诸如SPY的热气动触发。因此，可以在不同环境条件下实现可靠且快速的火灾检测。为了最佳的热吸收，壳体可以由铝或其他金属制成。在壳体中，可以引入设计为可熔焊料/焊剂的热识别元件。在热气动触发中，通过熔化的可熔焊料/焊剂打开充气罩。被释放的气体可以通过线路驱动灭火剂容器上的压力开关，以便灭火剂可以从灭火剂容器中流出。
根据另一备选或附加的实施方式，当阀设计为熔化阀或作为额定破碎位置并且随着温度增加而释放灭火剂时，可以暴露用于将灭火剂从阀引导至喷嘴的流体连通。
如果至少一个阀可以由火灾检测设备的至少一个触发单元启动以引导灭火剂，则灭火系统在技术上可以特别简单地被实现。阀或区域阀可以优选地通过火灾检测元件或触发单元中的至少一个被打开。为此，区域阀可以直接布置于引导流体的线路处。多个区域阀可以在线路处并联连接。在打开阀之后，可以将触发信号发送到灭火剂容器或灭火剂容器的主阀。触发信号可以是电信号的形式或者被设计为充气罩的压力波。由此打开灭火剂容器。加压的灭火剂可以从打开的灭火剂容器中逸出并且通过线路通过打开的区域阀并且然后通过至少一个喷嘴进入电池单元或电池模块中。
根据在另一实施例，所述至少一个喷嘴可直接流体传导地连接到火灾检测设备的触发单元。由此，用于灭火剂的一个或多个喷嘴可以直接连接到火灾检测元件或触发元件。
如果至少一个喷嘴、触发单元和阀设计为灭火部件或者可以彼此连接成为灭火部件，则灭火系统可以特别紧凑并且可以灵活使用。优选地，多个灭火部件可以通过引导流体的线路并联和/或串联连接到灭火剂容器。由此喷嘴、触发单元和阀可以形成灭火系统的端部区段，端部区段可以安装在电池系统中的不同位置处。引导流体的线路可以将相应的灭火组件与灭火剂容器连接，从而灭火系统能够使用在现有的电池系统中。
根据另一实施方式，在激活至少一个阀之后，向灭火剂容器产生触发信号以释放灭火剂。阀优选可以直接连接到灭火线路或引导流体的线路。多个阀可以连接在线路处。打开阀后，触发信号被转发到灭火剂容器。灭火剂容器由触发信号激活，并且灭火剂被释放。
一旦触发单元的可熔焊料/焊剂断开电连接，可以通过评估电子装置产生触发信号以打开一个或多个阀。由此，通过火灾检测设备可以电子控制地引起灭火剂的释放。
根据本发明的另一方面，提供了具有根据本发明的灭火系统的电池系统。电池系统有多个电池单元，其中电池单元被组合成电池模块并且作为电池模块彼此分开。
配备灭火系统的电池系统可以提供更高水平的安全性，因为在生产时已经抑制了可能的放热反应。由此在处理基于锂离子技术的电池系统时提高安全性并最大限度地减少潜在的损害。
根据一个实施例，在每个电池模块中集成灭火系统的至少一个喷嘴。备选地，可以在每个电池模块处接合至少一个喷嘴。特别地，在这种情况下，也可以将灭火部件引入相应的电池模块或布置在电池模块的附近。因此，可以实现直接和快速的火灾检测和控制，因为灭火剂立即在火灾危险源处被释放。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，其具有电池系统，其中车辆具有内置的灭火系统，用于熄灭和/或冷却电池系统的电池单元。
附图说明
在下文中，借助于附图详细解释了本发明的几个实施例。图示：
图1是具有按照本发明的一个实施方式的灭火系统的车辆的透视图，并且
图2是根据另一实施方式的灭火系统的根据本发明的灭火部件的剖视图。
具体实施方式
图1示出了具有按照本发明的一个实施方式的灭火系统10的车辆100的透视图。灭火系统10具有用于储存灭火剂的灭火剂容器11和通过引导流体的线路12与灭火剂容器11连接的用于局部限定地释放灭火剂的多个灭火部件13。
灭火系统10用于熄灭或冷却电池系统20的电池模块21。每个电池模块21具有多个电池单元22。
根据实施例，电池系统20具有六个电池模块21。在每个电池模块21处布置有相应的灭火部件13。
引导流体的线路分别串联连接三个灭火部件13，其中两排灭火部件13通过引导流体的线路12彼此并联连接。
根据实施例，车辆100被实施为公共汽车。具有集成灭火系统10的电池系统20安装在车辆100的底板110上。车辆100被实施为电动车辆100，电动车辆可以经由电池系统20接收其电能。
灭火剂容器11被设计为压力容器，压力容器可包括气态或液态的灭火剂。
图2示出了根据另一实施方式的灭火系统10的根据本发明的灭火部件13的示意剖视图。
灭火部件13被设计为一个单元，并且由阀30、火灾检测设备40和喷嘴50组成。
火灾检测设备40具有充气罩41，充气罩与可熔焊料/焊剂42共同布置在壳体43中。具有集成的可熔焊料/焊剂42的壳体43根据实施例被设计作为火灾检测设备40的触发单元44。可熔焊料/焊剂42可以通过热效应熔化并因此释放充气罩41的气体。被释放的气体可以通过压力冲击而打开阀30，并且从而在灭火剂容器11和喷嘴50之间建立无阻碍的连接。为此，阀30连接到引导流体的线路12。
阀30被设计为区域阀。为了选择性地熄灭和/或冷却电池系统20的电池单元22，可以通过火灾检测设备40来控制阀30。
火灾检测设备40可通过熔化的可熔焊料/焊剂42记录电池模块21的电池单元22的火灾，并且选择性地或局部地被限制在相应的电池模块22上，通过喷嘴50释放灭火剂。由此被强烈加热的电池单元22在火灾前可以已经被冷却。

Claims (10)

1.一种灭火系统(10)，特别是用于电池系统(20)，所述灭火系统具有火灾检测设备(40)、用于存储灭火剂的至少一个灭火剂容器(11)、由所述火灾检测设备(40)控制的至少一个阀(30)、并且具有通过引导流体的线路(12)与所述阀(30)能够连接的至少一个喷嘴(50)以释放灭火剂，其中所述至少一个阀(30)被设计为区域阀并且能够由所述火灾检测设备(40)控制，用于选择性地熄灭和/或冷却特别是所述电池系统(20)的电池单元(22)。
2.根据权利要求1所述的灭火系统，其中所述火灾检测设备(40)具有至少一个可热激活的触发单元(44)，其中所述至少一个触发单元(44)具有导热的壳体(43)，所述壳体(43)具有被布置在所述壳体(43)中的可熔焊料(42)。
3.根据权利要求2所述的灭火系统，其中通过所述用于从所述灭火剂容器(11)中释放所述灭火剂的至少一个触发单元(44)的所述可熔焊料(42)，导电连接能够被中断和/或充气罩(41)能够被激活和/或用于将所述灭火剂从所述阀(30)引导到所述喷嘴(50)的流体连通能够被释放。
4.根据权利要求2或3所述的灭火系统，其中所述至少一个阀(30)能够由所述火灾检测设备(40)的至少一个触发单元(44)激活，以用于引导所述灭火剂。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的灭火系统，其中所述至少一个喷嘴(50)以传导流体的方式能够直接连接到所述火灾检测设备(40)的触发单元(44)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的灭火系统，其中所述至少一个喷嘴(50)、触发单元(44)和阀(30)被设计为灭火部件(13)或者能够彼此连接成为灭火部件(13)，其中多个灭火部件(13)通过引导流体的线路(12)并联和/或串联连接到所述灭火剂容器(11)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的灭火系统，其中在激活至少一个阀(30)之后，能够向所述灭火剂容器(11)产生用于释放所述灭火剂的触发信号。
8.根据权利要求7所述的灭火系统，其中通过所述火灾检测设备(40)能够产生用于释放所述灭火剂的触发信号。
9.一种具有根据权利要求1至8中任一项所述的灭火系统(10)的电池系统(20)，具有多个电池单元(22)，其中所述电池单元(22)被组合成电池模块(21)并且作为电池模块(21)彼此分开。
10.根据权利要求9所述的电池系统，其中所述灭火系统(10)的至少一个喷嘴(50)被集成到每个电池模块(21)中或者在每个电池模块(21)处接合。
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