CN112038535B - 一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法和装置，选定能抵抗燃烧毁损的外壳腔体，选定能主动引导烟火快速向外排放的火道套件；设立控制器、检测腔体及火道的传感器，参数超界时启动火道套件，将内部燃烧限制在预先设计并配置有安全管制的烟火通道及指定空间内、定向流通、按指定出口流出、按指定方向进风、并在指定时间段内保持有效运行，实现对柜内燃烧定向疏导流通向外排放、对内抑制燃烧温度及烈度、限制和抑制燃烧外泄、防止引发周边不受控燃烧和烟火弥漫、降低燃烧危害。本发明方法清晰、简单可行，本发明的装置，应用场景适应性强，结构设计容易、材质选择丰富、安装维护方便，提高了锂电池充换电柜的安全性。

Description

一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法和装置

技术领域

本发明涉及锂电池领域，特别是含有锂电池的设备的防火，具体是一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法和装置。

背景技术

动力电池组是新能源设备的核心部件，是电力电子新能源持续发展的关键，目前动力锂电池成为新兴电力能源的应用热点，大量应用于新能源交通，如电动小汽车、电动三轮车、电动两轮车，也大量应用于工业自动化，如采用锂电动力的搬运机器人、物流机器人、操作机器人，也开始应用于通信行业、电力行业；当前，锂电池通常指锂离子电池组、主要材料包括正极、负极、电解质、隔膜、外壳，目前采用的有机电解液和隔膜材料是燃点低于200度的易燃物，特别是，锂电池在过压充电、过温充电、低温超限充电、短路放电、过温放电、以及大幅超过储存温度时会引起内部电化反应异常、急剧产热、产析晶粒、产气膨胀变形，另外机械挤压、冲击、剪切、变形、受损、穿刺、破裂会产生内部局部短路，造成锂电池单体内部局部温度急升、在不断升高的温度下，隔膜分解产热反应、负极电解质产热反应、正极电解质产热反应，会依大致典型温度120度、180度、250度的急速升温平台的顺序、加速改性连锁化学反应、形成内部广泛性多点局部产热及电化学异常，其中正极反应产热能量及速度特别剧烈，内部持续加速产生热源并堆积，形成隔膜融溶、负极分解、正极分解，并膨胀变形、扩大局部的物理短路，发生严重内部热堆积、剧烈化学反应蓄热、进而形成热失控，同时会产生可燃混合气积聚在电池内部，并发生锂电池膨胀、冒烟、自燃，同时内部如电解质、溶剂、粘接剂、锂盐、锂金属等异常分解反应和燃烧会依据局部高温及燃烧程度发生并加剧，热失控触发后不会停止、会加剧局部化学反应、导致局部自生蓄热、残存高热、局部短路、加大放热形成链式热燃反应正反馈，进一步反复形成复燃、燃烧、闪燃、爆燃、爆炸等危险场景，锂电池使用过程一般伴随材料性能退化、特别是电池极膜老化会提高敏感性而降低热失控的触发阀值；锂电池安全防爆常规设计是通过设置安全阀或采用铝塑膜软包封装，当电池内部气体压力达到一定值时安全阀开启或软包开裂，但此时易燃喷发物和空气及水分接触或混合后容易急速引燃并导致火焰快速蔓延扩大，形成闪燃、爆燃、爆炸，并可能进一步造成应用环境内同类电池组、其他可燃物燃烧，当电池较多或放置在火势能够蔓延至可燃材料的附近位置时，会不断加大燃烧烈度、增大燃烧空间，甚至大面积连锁燃烧或烟雾倾展弥漫、扩大危害。

电池组是过热加剧恶化的热不稳定材料及装置，无论是内部因素还是外部因素的热失控，即便是偶然因数造成、形成剧烈产热、化学反应、融溶短路的链式正反馈，都可能会引起锂电池膨胀、冒烟、起火、爆炸，并可能进一步形成高烈度燃烧、闪燃、爆燃，造成不受控的火焰蔓延，燃烧其他可燃物，直接威胁公共安全。

防火是人类安全的重要技术及工具。初级的防火技术关注温度，关注材料燃烧特征并以此分类，如A-E的分类，进一步的防火技术关注明火，其特征主要是燃点及阻燃特性，选型高等级阻燃材料可提高设备或设施的防火级别，但根据烈火事故的经验教训，剧烈火焰并含有足够可燃物的火场很难在灭火设备受限的条件下停止燃烧或被快速灭火，进一步地经验和事实是，完整性隔离、辐射性隔离、阻温性隔离是大火隔断、火场隔离的有效方法，可防止扩大火源及火灾危害。

目前面市的锂电池充换电柜的防火装置，主要针对燃烧初期烟火、采取传感器检测或过温检测，触发消防控制，在装置内部实施防火动作，灌注阻燃物、释放窒息物、或喷淋冷却物，如气热熔胶、低导热泡沫剂、干粉、二氧化碳、氮气、惰性气体、水系灭火物、水；但因锂电池属于内部高能易燃、物理变形与电气变性敏感关联、电气变性与化学反应互相促进恶化、电化热变与燃烧互动失控，形成高烈度高浓度爆燃的高危火源，实际目前面市的自动设备，在防火、阻火、控火、灭火的实际效果并不是很好，发挥作用并不是很稳定，效果不是很确定，往往需要人为的外部灭火支援，实施烈火控制，最重要的这些设备在火势未能全程抑制的情况下，还可能会造成不受控的火焰外溢、蔓延到周边环境、燃烧其他可燃物、毁损财物，严重时阻塞安全通道或屏障逃生通道、或形成严重的难以规避的浓烟毒气，伤害人身安全，直接威胁公共安全。

根据以上分析可见，现有锂电池充换电柜防火技术方案存在一定的局限性，在限制火焰毁损及控制烟火蔓延方面存在根本性缺陷，当充换电柜内锂电池多个单体燃烧、或长时间燃烧、并且速度、浓度、烈度剧烈时，可能发生充换电柜内的高热、浓烟、明火向外泄漏或溢放，严重时直接发生外溢燃烧、剧烈时发生向外的闪燃、爆燃，对较复杂的应用场景及使用环境，存在燃烧不受控制、极速扩大连锁危害及二次伤害的风险，使得设备安全性及产品可用性大幅降低。因此，本领域技术人员提供了一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，包括如下步骤：

(1)选定锂电池包的体积及外形，设立电池仓，安装锂电池包，选定其总个数，电池组是所有锂电池包；

(2)选定锂电池充换电柜，包括：电池组、电控单元、充电电源；所述电控单元用于电池组充换电控制，所述充电电源用于电池组充电；

(3)根据选定电池组的外形特征，设立外壳腔体；

(4)根据选定电池组的燃烧特性，设立火道套件；

(5)根据所述外壳腔体及火道套件，设立控制器；所述控制器选定检测及控制单元，选定位于外壳腔体及火道套件内的检测点，选定传感器，传感器类型是火焰、烟感、或温度；

(6)在锂电池充换电柜中，设立耐燃导流部件，包括：外壳腔体、火道套件、控制器；

(7)根据所述控制器，检测传感器参数，当超过预定上限值时，控制器动作，断开外部供电，启动火道套件、主动由内向外排放烟火，发出声光报警，发送报警数据包。

作为本发明进一步的方案：所述燃烧防损构件为耐火材料，耐火材料具体是高熔点金属氧化物、难熔化合物、耐火纤维胶合物；高熔点金属氧化物、难熔化合物或耐火纤维胶合物具体可采用氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、耐火碳纤维；

所述燃烧防损构件，选定组成材料的构成，为单一材料组成或多种材料复合组成；

所述燃烧防损构件，选定至少两个功能层是：高温耐火层、抗弯强度层，选定至少两个结构层是：内里层、外表层，功能层与结构层为组合或复合关系，具体为：

(1)内里层由抵抗燃烧等级优良的耐火材料构成，是高温耐火层，选定材料为陶瓷类材料；

(2)外表层由机械强度高并具备耐火强度的材料构成，是抗弯强度层，选定材料为金属、或陶瓷、或层压复合纤维，具体采用双层耐火钢、耐火不锈钢或碳化硅陶瓷；

所述燃烧防损构件具有多个功能层，其功能包括，降低烧蚀程度或降低温度传导；

所述燃烧防损构件具有多个结构层，其结构包括中间层或包覆层，其材料是陶瓷纤维或碳纤维。

作为本发明再进一步的方案：所述抵抗燃烧毁损，选定燃烧试验；所述燃烧试验，选定锂电池充放电柜试验，采用定型整机、原型样机、试验样机、定型样机或批次抽检成品整机；

所述燃烧试验，是选定锂电池充放电柜，选定指定规格电池组，选定实验点火方法，选定包括检测方法、步骤、时序、条件的测试程序，进行试验，收集特征数据，检查是否发生毁损以及关联事件；

所述实验点火是在试验开始时，由试验辅助设备，主动地同时引燃充换电柜内锂电池包，点燃个数按选定的实验共燃等级，使充换电柜内部产生燃烧，按实验时间等级持续实验；

所述燃烧实验规格分类为不同程度的实验时间等级、实验温度等级、实验共燃等级，包括：

(1)实验时间等级是：30分钟、60分钟、90分钟、120分钟；

(2)实验温度等级是：300度、600度、900度、1200度；

(3)实验共燃等级是：25％引燃、50％引燃、75％引燃、100％引燃。

作为本发明再进一步的方案：所述外壳腔体，选定耐火材料，并按耐火工艺加工成形，组成腔体结构形状的外壳构件；

所述外壳构件，选定抵抗燃烧毁损，是按选定外形尺寸及选定电性能规格的锂电池包，按总个数安装在外壳腔体内部的电池仓内，当部分及所有锂电池包燃烧，控制器启动火道套件由内向外排放烟火，随后在选定时间内，在内部高温、烟火、剧烈燃烧情况下，外壳腔体不会破损或炸裂，不会发生不受控的火焰直接外溢或泄放；

所述外壳构件，选定其内部及外部，安装充换电柜的部件；包括：电池仓架，安装于内部，还包括：安装基座、承重框架、显示面板，安装于外部，还包括：电源仓、电控仓、控制器，装在内部或装在外部；

所述电控仓是安装充换电控制单元的仓体，电源仓是安装电源模块的仓体，所述电池仓架是安装电池仓的机架。

作为本发明再进一步的方案：所述火道套件，是在选定的燃烧温度及烈度情况下，在选定的时间段内，选定抵抗燃烧毁损，不会破损或炸裂，选定主动引导烟火快速流通，将内部燃烧限制在预先设计并配置有安全管制的走火通道及指定空间内，按指定方向流通，按指定出口流出，按指定方向补充部分进气，并在指定时间段内保持有效运行，控制内部的温度及燃烧烈度使之限制在一个受控的上限范围内；

所述烟火排放组件，是一组成套部件；包括：烟火管道、火道风机、排放出口、火烟入口、补气进口、单向管阀；

(1)所述烟火管道，选定内外流通配合分置形式，采用单段独立式或多段组合式；

(2)所述火道风机，采用单风机或多风机；

(3)所述排放出口，采用单出口或多出口；

(4)所述火烟入口，采用单火烟入口或多火烟入口；

(5)所述补气进口，采用单补气进口或多补气进口；

(6)所述单向管阀，采用单流向管道或单向阀，包括：采用止返阀、安全阀或电控开闭阀。

作为本发明再进一步的方案：所述火道风机，选定低压直流无刷风机，选定高速风机，选定大风压风机，选定风机达到选定的空气流速和风压；

所述火道风机，选定耐火风机，选定施压推送介质是高温烟火气流，在高温、火焰、浓烟环境下能持续工作保证单次运行两小时；

所述火道风机，选定耐火结构，还包括，采用整体耐火结构、扇叶耐火的局部耐火结构或分置气流的流道耐火结构；

所述火道风机，选定固定风向流通、定向风压、定向进风、定向出风，还包括：

采用内置轴流风机，转轴与火道同向、进出风与火道同向；

采用内置回转风机，转轴与火道垂直，转叶两侧切线方向为进出风向且与火道同向；

采用入口涡轮风机、转轴与火道同向、进风是涡轮离心斜切吸入，出风与火道同向。

作为本发明再进一步的方案：所述火道套件，选定火道出口；所述火道出口，还包括：排放管道、排放出口、排放净空；是由内向外的烟火流通、经排放管道、通过排放出口向外部指定排放净空排放烟火；

所述排放管道，全内置安装或内外配合安装；

所述火道出口，是由内向外的烟火流通排放管道的出口；

所述火道出口，是防护类型出口，防护包括：防风、防雨、抗震、抗冲击、防小型动物；

所述防火净空，选定相距排放口的邻近空间，排放方向是高度方向向上，出口平面方向，离地大于JG1，空间尺寸是，高度方向向下大于JH1、向上大于JH2，向外周直径大于JD1，保留净空状态，作为火焰烟气处置释放空间，具体尺寸可以是JG1＝3米、JH1＝1米、JH2＝3米、JD1＝3米。

作为本发明再进一步的方案：所述补气进口，选定是气体进入，采用阻燃气体进入或降温气体进入，阻燃气体和降温气体可用常温空气、细粒水雾空气；

所述补气进口，采用常开式进口或受控开闭进口，具体可为双金属过温释放弹簧机械的常闭式进气口。

作为本发明再进一步的方案：包括锂电池充换电柜、外壳腔体、火道套件、控制器、安装基座、承重框架，锂电池充换电柜内设有3个锂电池仓，每个锂电池仓内均安装有1个锂电池包，锂电池包容量规格是750WH、外形尺寸是167L*87W*330D，电连接器位于电池包底部，锂电池电压等级是48V或60V；

所述外壳腔体是采用碳化硅烧结陶瓷组成腔体结构形状的外壳构件，锂电池充换电柜的部件安装在外壳构件的周围，包括：安装基座、承重框架、显示面板，安装于外壳构件的外部,锂电池包是通过插拔安装于电池仓一、电池仓二和电池仓三内，电池仓一、电池仓二和电池仓三安装于电池仓架，电池仓一、电池仓二、电池仓三和电池仓架安装于外壳腔体内部；电源模块安装于电源仓，安装于外壳腔体外部；电控仓包括网络通信单元、充换电电控单元，安装于外壳腔体外部；外部供电是单相交流供电，由交流输入接口，交流接触器，交流输入板，安装于外壳腔体外部；

所述火道套件包括：烟火管道、火道风机、火烟入口、排放出口、补气进口，还包括排放净空，即相距排放口的邻近空间，烟火管道采用碳化硅陶瓷管材料；

所述控制器包括：检测单元、报警单元、火道启动单元、断电器、自备供电、通信单元，还包括，布置有电池仓温度传感器一、电池仓温度传感器二、电池仓温度传感器三、火道温度传感器；

所述安装基座、承重框架、电池仓架是锂电池充换电柜的机械构件；显示面板是锂电池充换电柜的人机交互部件；所述电控单元是锂电池柜充换电控制部件，所述充电电源是电池组的充电部件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明对锂电池充换电柜内选定的锂电池包燃烧，将内部燃烧限制在预先设计并配置有安全管制的外壳腔体及烟火通道内，主动强制定向快速流通烟火，对内限制燃烧烈度和抑制燃烧外泄，对外由出口向指定的外部安全净空排放，在选定的时间内保持有效运行，防止引发周边不受控的燃烧及烟火弥漫，降低危害；本专利方法新颖独特、清晰可行，本发明的装置，应用场景适应性强，结构设计容易、材质选择方便、成本造价可行，安装维护方便，提高了锂电池充换电柜的安全性，使之能够适应各种复杂工作环境。

附图说明

图1是本发明实例1装置的正面视图及显示面板示意图。

图2是本发明实例1装置的外壳腔体及火道套件示意图。

图3是本发明实例1装置的控制器及充电电源示意图。

图4是本发明实例1装置的电池组及电控单元示意图。

图5是本发明实例2装置GB1的正面视图及显示面板示意图。

图6是本发明实例2装置GB1的外壳腔体及火道套件示意图。

图7是本发明实例2装置GB1的控制器及充电电源示意图。

图8是本发明实例2装置GB1的电池组及电控单元示意图。

图1-8中：UA10、外壳腔体；UA111、安装基座；UA112、承重框架；UA113、显示面板；UA20、火道套件；UA211、烟火管道；UA212、火道风机；UA213、火烟入口；UA214、排放出口；UA215、补气进口；UA216、单向管阀；UA217、排放净空；UA30、控制器；UA311、检测单元；UA312、报警单元；UA313、火道启动单元；UA314、断电器；UA315、自备供电；UA316、通信单元；UA123、充电电源；UA1230、电源仓；UA1231、电源模块；UA1251、交流输入接口；UA1252、交流接触器；UA1253、交流输入板；UA124、电控单元；UA1240、电控仓；UA1241、充换电电控单元；UA1242、网络通信单元；UA121、电池组；UA1221、电池仓一；UA1222、电池仓二；UA1223、电池仓三；UA114、电池仓架；UA3111、电池仓温度传感器一；UA3112、电池仓温度传感器二；UA3113、电池仓温度传感器三；UA3114、火道温度传感器；UB10、GB1外壳腔体；UB111、GB1安装基座；UB112、GB1承重框架；UB113、GB1显示面板；UB20、GB1火道套件；UB211、GB1烟火管道；UB212、GB1火道风机；UB213、GB1火烟入口；UB214、GB1排放出口；UB215、GB1补气进口；UB216、GB1单向管阀；UB217、GB1排放净空；UB30、GB1控制器；UB311、GB1检测单元；UB312、GB1报警单元；UB313、GB1火道启动单元；UB314、GB1断电器；UB315、GB1自备供电；UB316、GB1通信单元；UB123、GB1充电电源；UB1230、GB1电源仓；UB1231、GB1电源模块；UB1251、GB1交流输入接口；UB1252、GB1交流接触器；UB1253、GB1交流输入板；UB124、GB1电控单元；UB1240、GB1电控仓；UB1241、GB1充换电电控单元；UB1242、GB1网络通信单元；UB121、GB1电池组；UB1221、GB1_1#电池仓；UB1229、GB1_9#电池仓；UB114、GB1电池仓架；UB3111、GB1电池仓温度传感器一；UB3112、GB1电池仓温度传感器二；UB3113、GB1电池仓温度传感器三；UB3114、GB1火道温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明实施例中，一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，包括如下步骤：

(1)选定锂电池包的体积及外形，设立电池仓，安装锂电池包，选定其总个数，电池组UA121是所有锂电池包；

(2)选定锂电池充换电柜，其功能部件，包括：电池组UA121、电控单元UA124；可选地，还包括：充电电源UA123；所述电控单元，是用于电池组UA121充换电控制，所述充电电源是电池组UA121充电部件；

(3)根据选定电池组UA121的外形特征，设立外壳腔体UA10；所述外壳腔体外壳腔体UA10，选定燃烧防损构件，能抵抗燃烧毁损；

(4)根据选定电池组UA121的燃烧特性，设立火道套件UA20；所述火道套件UA20，选定燃烧防损构件，能抵抗燃烧毁损，选定烟火排放组件，能由内向外排放烟火；

(5)根据所述外壳腔体外壳腔体UA10及火道套件UA20，设立控制器UA30；所述控制器UA30选定检测及控制单元，选定位于外壳腔体外壳腔体UA10及火道套件UA20内的检测点，选定传感器，传感器类型可以是火焰、或烟感、或温度；

(6)在锂电池充换电柜中，设立耐燃导流部件，包括：外壳腔体外壳腔体UA10、火道套件UA20、控制器UA30；

(7)根据所述控制器UA30，检测传感器参数，当超过预定上限值时，控制器UA30动作，断开外部供电，启动火道套件UA20、主动由内向外排放烟火，发出声光报警，发送报警数据包。

所述燃烧防损构件，选定耐火材料，可以是高熔点金属氧化物，可以是难熔化合物，可以是耐火纤维胶合物；优选地，可以是氧化铝陶瓷、可以是碳化硅陶瓷、可以是耐火碳纤维；

所述燃烧防损构件，选定组成材料的构成，可以是单一材料组成、也可以是多种材料复合组成；

所述燃烧防损构件，选定至少两个功能层是：高温耐火层、抗弯强度层，选定至少两个结构层是：内里层、外表层，进一步地，功能层与结构层可以是组合或复合关系，优选地，是：

(1)内里层由抵抗燃烧等级优良的耐火材料构成，是高温耐火层，选定材料，优选地，可以是陶瓷类材料；

(2)外表层由机械强度高并具备一定耐火强度的材料构成，是抗弯强度层，选定材料，可以是金属、可以是陶瓷、可以是层压复合纤维，优选地，可以是双层耐火钢、可以是耐火不锈钢，也可以是碳化硅陶瓷；

所述燃烧防损构件，可选地，还可以是多个功能层，其功能包括，可以是降低烧蚀程度，也可以是降低温度传导；

所述燃烧防损构件，可选地，还可以是多个结构层，其结构包括，可以是中间层、也可以是包覆层；进一步地，选定材料，可以是陶瓷纤维、可以是碳纤维。

所述抵抗燃烧毁损，选定燃烧试验，所述燃烧试验，选定锂电池充放电柜试验，可以是定型整机，还可以是，原型样机、试验样机、定型样机、批次抽检成品整机；

所述燃烧试验，是选定锂电池充放电柜，选定指定规格电池组UA121，选定实验点火方法，选定包括检测方法、步骤、时序、条件的测试程序，进行试验，收集特征数据，检查是否发生毁损以及关联事件；进一步地，所述实验点火，是在试验开始时，由试验辅助设备，主动地同时引燃充换电柜内锂电池包，点燃个数按选定的实验共燃等级，使充换电柜内部产生燃烧，按实验时间等级持续实验；

所述燃烧实验，进一步地，实验规格分类可以是不同程度的实验时间等级、实验温度等级、实验共燃等级，包括：

(1)实验时间等级是：30分钟、60分钟、90分钟、120分钟；

(2)实验温度等级是：300度、600度、900度、1200度；

(3)实验共燃等级是：25％引燃、50％引燃、75％引燃、100％引燃。

所述外壳腔体UA10，选定耐火材料，并按耐火工艺加工成形，组成腔体结构形状的外壳构件；

所述外壳构件，选定抵抗燃烧毁损，是按选定外形尺寸及选定电性能规格的锂电池包，按总个数安装在外壳腔体UA10内部的电池仓内，当部分及所有锂电池包燃烧，控制器UA30启动火道套件UA20由内向外排放烟火，随后在选定时间内，在内部高温、烟火、剧烈燃烧情况下，外壳腔体UA10不会破损或炸裂，不会发生不受控的火焰直接外溢或泄放；

所述外壳构件，选定其内部及外部，安装充换电柜的部件；包括：电池仓架UA114，安装于内部，还包括：安装基座UA111、承重框架UA112、显示面板UA113，安装于外部，还包括：电源仓UA1230、电控仓UA1240、控制器UA30，可以装在内部、也可以装在外部；

所述电控仓UA1240是安装充换电控制单元的仓体，电源仓UA1230是安装电源模块UA1231的仓体，所述电池仓架UA114是安装电池仓的机架。

所述火道套件UA20，是在选定的燃烧温度及烈度情况下，在选定的时间段内，选定抵抗燃烧毁损，不会破损或炸裂，选定主动引导烟火快速流通，将内部燃烧限制在预先设计并配置有安全管制的走火通道及指定空间内，按指定方向流通，按指定出口流出，按指定方向补充部分进气，并在指定时间段内保持有效运行，控制内部的温度及燃烧烈度使之限制在一个受控的上限范围内；

所述烟火排放组件，是一组成套部件；包括：烟火管道UA211、火道风机UA212、排放出口UA214、火烟入口UA213、补气进口UA215、单向管阀UA216；

(1)所述烟火管道UA211，选定内外流通配合分置形式，可以是单段独立式、也可以是多段组合式；

(2)所述火道风机UA212，可以是单风机，也可以是多风机；

(3)所述排放出口UA214，可以是单出口，也可以是多出口；

(4)所述火烟入口UA213，可以是单火烟入口，也可以是多火烟入口；

(5)所述补气进口UA215，可以是单补气进口，也可以是多补气进口；

(6)所述单向管阀UA216，可采用单流向管道；也可以采用单向阀，包括：可采用止返阀、可采用安全阀、可采用电控开闭阀。

所述火道风机UA212，选定低压直流无刷风机，选定高速风机，选定大风压风机，选定风机达到选定的空气流速和风压；

所述火道风机UA212，选定耐火风机，选定施压推送介质是高温烟火气流，在高温、火焰、浓烟环境下能持续工作保证单次运行两小时；

所述火道风机UA212，选定耐火结构，进一步地，还包括，可以是整体耐火结构，也可以是扇叶耐火的局部耐火结构，也可以是分置气流的流道耐火结构；

所述火道风机UA212，选定固定风向流通、定向风压、定向进风、定向出风，进一步地，还包括：可以是内置轴流风机，转轴与火道同向、进出风与火道同向，还可以是内置回转风机，转轴与火道垂直，转叶两侧切线方向为进出风向且与火道同向，还可以是入口涡轮风机、转轴与火道同向、进风是涡轮离心斜切吸入，出风与火道同向。

所述火道套件UA20，选定火道出口，所述火道出口，进一步地，还包括：排放管道、排放出口UA214、排放净空UA217；是由内向外的烟火流通、经排放管道、通过排放出口UA214向外部指定排放净空UA217排放烟火；

所述排放管道，可以是全部内置安装、还可以是内外配合安装；

所述火道出口，是由内向外的烟火流通排放管道的出口；

所述火道出口，是防护类型出口，防护包括：防风、防雨、抗震、抗冲击、防小型动物。

所述防火净空，选定相距排放口的邻近空间，优选地，排放方向是高度方向向上，出口平面方向，离地大于JG1，空间尺寸是，高度方向向下大于JH1、向上大于JH2，向外周直径大于JD1，保留净空状态，作为火焰烟气处置释放空间，具体尺寸可以是JG1＝3米、JH1＝1米、JH2＝3米、JD1＝3米。

所述补气进口UA215，选定是气体进入，可以是阻燃气体进入，也可以是降温气体进入，优选地是：常温空气、细粒水雾空气；

所述补气进口UA215，可以是常开式进口，也可以是受控开闭进口，优选地，是双金属过温释放弹簧机械的常闭式进气口。

实施应用时，在选定锂电池包外形及总数后，选定充换电柜使用场景，按应用需求设计结构形式，包括有壁挂式、嵌置式、落地式、移动式，并根据实际安装环境、安装场景，订制外部烟火排放净空UA217及使用注意事项，完成充换电柜的安装工程设计。

下面将采用实施例对本发明进行说明。

一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的装置的实施例1，如图1所示。

本发明实施例1，产品是用于电动两轮车的锂电池充换电柜。

锂电池充换电柜，选定锂电池包总个数为3个，选定锂电池包容量规格是750WH，选定锂电池包外形尺寸是167L*87W*330D，电连接器位于电池包底部，选定锂电池电压等级是48V、也可以是60V；

如图1所示，充换电柜是落地式薄形机柜，机柜正面上方是显示面板UA113，是可触摸屏，用于锂电池充换电的人机交互菜单对话；可选地，充换电闲待时可推送广告或新闻；如图1所示，机柜下方，是安装基座UA111，机柜四周内侧，是承重框架UA112；

如图2所示，充换电柜内部，后视左侧布置有外壳腔体外壳腔体UA10；后视右侧布置有火道套件UA20，包括：烟火管道UA211、火道风机UA212、火烟入口UA213、排放出口UA214、补气进口UA215，排放净空UA217；

如图3所示，充换电柜内部，后视右侧下方布置有控制器UA30，包括：检测单元UA311、报警单元UA312、火道启动单元UA313、断电器UA314、自备供电UA315、通信单元UA316；后视图右侧上方布置有火道温度传感器UA3114，后视图左侧下方，布置有电池仓温度传感器一UA3111、电池仓温度传感器二UA3112和电池仓温度传感器三UA3113；后视左侧中部是充电电源UA123,包括电源仓UA1230及电源模块UA1231；后视右侧上方是交流输入接口UA1251，后视左侧上方是交流接触器UA1252、交流输入板UA1253；

如图4所示，充换电柜内部，后视左侧上部布置有电控单元，包括电控仓UA1240及充换电电控单元UA1241、网络通信单元UA1242；后视左侧中部布置有电池组UA121，其中电池组UA121是位于外壳腔体外壳腔体UA10内部，配置由电池仓架UA114，电池仓一UA1221、电池仓二UA1222和电池仓三UA1223均安装于电池仓架UA114上，且电池仓一UA1221、电池仓二UA1222和电池仓三UA1223配置独立的仓门，电池包是从后视左侧方向插拔、安装于电池仓一UA1221、电池仓二UA1222和电池仓三UA1223；

所述安装基座UA111、承重框架UA112，电池仓架UA114是锂电池充换电柜的机械构件；所述显示面板UA113是锂电池充换电柜的人机交互部件；所述电控单元是锂电池柜充换电控制部件，所述充电电源是电池组UA121的充电部件；

所述外壳腔体外壳腔体UA10，是选定碳化硅、按设计形状拉胚、按反应烧结工艺成形为陶瓷，组成腔体结构形状的耐火构件；

所述火道套件UA20，其关键部件烟火管道UA211，是选定碳化硅，采用反应烧结工艺制造的耐火陶瓷管，耐火焰高温、耐烟气腐蚀，机械抗弯优良，韧性好、耐冲击，成本造价适宜可行；另一关键部件是火道风机UA212，是选定耐火涡轮风机，其耐火扇叶采用金属陶瓷混合粉料按粉末冶金工艺制成，其轴承采用氧化锆陶瓷材料及工艺；

所述启动火道套件UA20，是执行控制器UA30指令，开启火道启动单元UA313，接通自备供电UA315，加电火道风机UA212，由火烟入口UA213、补气进口UA215，经烟火管道UA211、排放出口UA214，排放烟火，排向外部排放净空UA217；

所述控制器UA30，检测温度传感器UA3111至UA3114，当超过预定上限值时，操作断电器UA314，断开交流供电，启动火道套件UA20，报警单元UA311发出声光报警、通信单元UA316发送报警数据包。

一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的装置的实施例2，如图5所示。

本发明实施例2，产品是用于电动两轮车的锂电池充换电柜。

锂电池充换电柜GB1，选定锂电池包总个数为9个，选定锂电池包容量规格是750WH，选定锂电池包外形尺寸是167L*87W*330D，电连接器位于电池包底部，选定锂电池电压等级是48V、也可以是60V。

如图5所示，充换电柜GB1是落地式通用形机柜，机柜正面上方是GB1显示面板UB113，是可触摸屏，用于锂电池充换电的人机交互菜单对话；

如图6所示，充换电柜GB1内部，机柜下方，是GB1安装基座UB111，机柜四周内侧，是GB1承重框架UB112、机柜中部，是GB1电池仓架UB114；机柜中下方布置有GB1外壳腔体UB10；左侧布置有GB1火道套件UB20，包括：GB1烟火管道UB211、GB1火道风机UB212、GB1火烟入口UB213、GB1排放出口UB214、GB1补气进口UB215，GB1排放净空UB217；

如图7所示，充换电柜GB1内部，左侧上方布置有GB1控制器UB30，包括：GB1检测单元UB311、GB1报警单元UB312、GB1火道启动单元UB313、GB1断电器UB314、GB1自备供电UB315、GB1通信单元UB316；图中右侧上方布置有GB1火道温度传感器UB3114，GB1外壳腔体UB10的中后方，布置有GB1电池仓温度传感器一UB3111、GB1电池仓温度传感器二UB3112和GB1电池仓温度传感器三UB3113；中上前部是GB1充电电源UB123，包括GB1电源仓UB1230及GB1电源模块UB1231；右侧下方是GB1交流输入接口UB1251，右侧上方是GB1交流接触器UB1252及GB1交流输入板UB1253；

如图8所示，充换电柜GB1内部，上部布置有GB1电控单元UB124,包括GB1电控仓UB1240及GB1充换电电控单元UB1241、GB1网络通信单元UB1242；中部布置有GB1电池组UB121，其中GB1电池组UB121是位于GB1外壳腔体UB10内部，配置有GB1电池仓架UB114、以及GB1_1#电池仓UB1221至GB1_9#电池仓UB1229，GB1_1#电池仓UB1221至GB1_9#电池仓UB1229均安装于GB1电池仓架UB114上，且均配置独立的仓门，电池包是从正面前后方向插拔、安装于GB1_1#电池仓UB1221至GB1_9#电池仓UB1229内；

所述GB1安装基座UB111、GB1承重框架UB112，GB1电池仓架UB114是锂电池充换电柜的机械构件；所述GB1显示面板UB113是锂电池充换电柜的人机交互部件；所述GB1电控单元UB124是锂电池柜充换电控制部件，所述GB1充电电源UB123是GB1电池组UB121的充电部件；

所述GB1外壳腔体UB10，是选定碳化硅、按设计形状拉胚、按反应烧结工艺成形为陶瓷，组成腔体结构形状的耐火构件；

所述GB1火道套件UB20，其关键部件GB1烟火管道UB211，是选定陶瓷内衬复合钢管，其外表层是耐温钢管，中间层是融积铁，内里层是氧化铝陶瓷层，是采用自蔓燃高温离心合成工艺制造的耐火管，外表层机械特性优良，韧性好、耐冲击，内里层耐火焰高温，耐烟气腐蚀；复合钢管整体机械性能好，耐火性能好，成本造价适宜可行；另一关键部件是GB1火道风机UB212，是选定耐火涡轮风机，其耐火扇叶采用金属陶瓷混合粉料按粉末冶金工艺制成，其轴承采用氧化锆陶瓷材料及工艺；

所述GB1启动火道套件UB20，是执行GB1控制器UB30指令，开启GB1火道启动单元UB313，接通GB1自备供电UB315，加电GB1火道风机UB212，由GB1火烟入口UB213、GB1补气进口UB215，经GB1烟火管道UB211、GB1排放出口UB214，排放烟火，排向外部GB1排放净空UB217；

所述GB1控制器UB30，GB1电池仓温度传感器一UB3111、GB1电池仓温度传感器二UB3112、GB1电池仓温度传感器三UB3113、GB1火道温度传感器UB3114，当超过预定上限值时，操作GB1断电器UB314，断开交流供电，启动GB1火道套件UB20，GB1报警单元UB311发出声光报警、GB1通信单元UB316发送报警数据包。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选定锂电池包的体积及外形，设立电池仓，安装锂电池包，选定其总个数，电池组是所有锂电池包；

(2)选定锂电池充换电柜，包括：电池组、电控单元、充电电源；所述电控单元用于电池组充换电控制，所述充电电源用于电池组充电；

(3)根据选定电池组的外形特征，设立外壳腔体，选定燃烧防损构件，能抵抗燃烧毁损；

(4)根据选定电池组的燃烧特性，设立火道套件，选定燃烧防损构件，能抵抗燃烧毁损，选定烟火排放组件，能由内向外排放烟火；

(5)根据所述外壳腔体及火道套件，设立控制器；所述控制器选定检测及控制单元，选定位于外壳腔体及火道套件内的检测点，选定传感器，传感器类型是火焰、烟感、或温度；

(6)在锂电池充换电柜中，设立耐燃导流部件，包括：外壳腔体、火道套件、控制器；

(7)根据所述控制器，检测传感器参数，当超过预定上限值时，控制器动作，断开外部供电，启动火道套件、主动由内向外排放烟火，发出声光报警，发送报警数据包。

2.根据权利要求1所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述燃烧防损构件为耐火材料，耐火材料具体是高熔点金属氧化物、难熔化合物、耐火纤维胶合物；高熔点金属氧化物、难熔化合物或耐火纤维胶合物具体可采用氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、耐火碳纤维；

所述燃烧防损构件，选定组成材料的构成，为单一材料组成或多种材料复合组成；

所述燃烧防损构件，选定至少两个功能层是：高温耐火层、抗弯强度层，选定至少两个结构层是：内里层、外表层，功能层与结构层为组合或复合关系，具体为：

(1)内里层由抵抗燃烧等级优良的耐火材料构成，是高温耐火层，选定材料为陶瓷类材料；

(2)外表层由机械强度高并具备耐火强度的材料构成，是抗弯强度层，选定材料为金属、或陶瓷、或层压复合纤维，具体采用双层耐火钢、耐火不锈钢或碳化硅陶瓷；

所述燃烧防损构件具有多个功能层，其功能包括，降低烧蚀程度或降低温度传导；

所述燃烧防损构件具有多个结构层，其结构包括中间层或包覆层，其材料是陶瓷纤维或碳纤维。

3.根据权利要求1所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述抵抗燃烧毁损，选定燃烧试验；所述燃烧试验，选定锂电池充放电柜试验，采用定型整机、原型样机、试验样机、定型样机或批次抽检成品整机；

所述燃烧试验，是选定锂电池充放电柜，选定指定规格电池组，选定实验点火方法，选定包括检测方法、步骤、时序、条件的测试程序，进行试验，收集特征数据，检查是否发生毁损以及关联事件；

所述实验点火是在试验开始时，由试验辅助设备，主动地同时引燃充换电柜内锂电池包，点燃个数按选定的实验共燃等级，使充换电柜内部产生燃烧，按实验时间等级持续实验；

所述燃烧实验规格分类为不同程度的实验时间等级、实验温度等级、实验共燃等级，包括：

(1)实验时间等级是：30分钟、60分钟、90分钟、120分钟；

(2)实验温度等级是：300度、600度、900度、1200度；

(3)实验共燃等级是：25％引燃、50％引燃、75％引燃、100％引燃。

4.根据权利要求1所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述外壳腔体，选定耐火材料，并按耐火工艺加工成形，组成腔体结构形状的外壳构件；

所述外壳构件，选定抵抗燃烧毁损，是按选定外形尺寸及选定电性能规格的锂电池包，按总个数安装在外壳腔体内部的电池仓内，当部分及所有锂电池包燃烧，控制器启动火道套件由内向外排放烟火，随后在选定时间内，在内部高温、烟火、剧烈燃烧情况下，外壳腔体不会破损或炸裂，不会发生不受控的火焰直接外溢或泄放；

所述外壳构件，选定其内部及外部，安装充换电柜的部件；包括：电池仓架，安装于内部，还包括：安装基座、承重框架、显示面板，安装于外部，还包括：电源仓、电控仓、控制器，装在内部或装在外部；

所述电控仓是安装充换电控制单元的仓体，电源仓是安装电源模块的仓体，所述电池仓架是安装电池仓的机架。

5.根据权利要求1所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述火道套件，是在选定的燃烧温度及烈度情况下，在选定的时间段内，选定抵抗燃烧毁损，不会破损或炸裂，选定主动引导烟火快速流通，将内部燃烧限制在预先设计并配置有安全管制的走火通道及指定空间内，按指定方向流通，按指定出口流出，按指定方向补充部分进气，并在指定时间段内保持有效运行，控制内部的温度及燃烧烈度使之限制在一个受控的上限范围内；

所述烟火排放组件，是一组成套部件；包括：烟火管道、火道风机、排放出口、火烟入口、补气进口、单向管阀；

(1)所述烟火管道，选定内外流通配合分置形式，采用单段独立式或多段组合式；

(2)所述火道风机，采用单风机或多风机；

(3)所述排放出口，采用单出口或多出口；

(4)所述火烟入口，采用单火烟入口或多火烟入口；

(5)所述补气进口，采用单补气进口或多补气进口；

(6)所述单向管阀，采用单流向管道或单向阀，包括：采用止返阀、安全阀或电控开闭阀。

6.根据权利要求5所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述火道风机，选定低压直流无刷风机，选定高速风机，选定大风压风机，选定风机达到选定的空气流速和风压；

所述火道风机，选定耐火风机，选定施压推送介质是高温烟火气流，在高温、火焰、浓烟环境下能持续工作保证单次运行两小时；

所述火道风机，选定耐火结构，还包括，采用整体耐火结构、扇叶耐火的局部耐火结构或分置气流的流道耐火结构；

所述火道风机，选定固定风向流通、定向风压、定向进风、定向出风，还包括：

采用内置轴流风机，转轴与火道同向、进出风与火道同向；

采用内置回转风机，转轴与火道垂直，转叶两侧切线方向为进出风向且与火道同向；

采用入口涡轮风机、转轴与火道同向、进风是涡轮离心斜切吸入，出风与火道同向。

7.根据权利要求5所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述火道套件，选定火道出口；所述火道出口，还包括：排放管道、排放出口、排放净空；是由内向外的烟火流通、经排放管道、通过排放出口向外部指定排放净空排放烟火；

所述排放管道，全内置安装或内外配合安装；

所述火道出口，是由内向外的烟火流通排放管道的出口；

所述火道出口，是防护类型出口，防护包括：防风、防雨、抗震、抗冲击、防小型动物；

防火净空，选定相距排放口的邻近空间，排放方向是高度方向向上，出口平面方向，离地大于JG1，空间尺寸是，高度方向向下大于JH1、向上大于JH2，向外周直径大于JD1，保留净空状态，作为火焰烟气处置释放空间，具体尺寸可以是JG1＝3米、JH1＝1米、JH2＝3米、JD1＝3米。

8.根据权利要求5所述的一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的方法，其特征在于：所述补气进口，选定是气体进入，采用阻燃气体进入或降温气体进入，阻燃气体和降温气体可用常温空气、细粒水雾空气；

所述补气进口，采用常开式进口或受控开闭进口，具体可为双金属过温释放弹簧机械的常闭式进气口。

9.一种降低锂电池充换电柜燃烧危害的装置，实现如权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于，包括锂电池充换电柜、外壳腔体、火道套件、控制器、安装基座、承重框架，锂电池充换电柜内设有电池仓一、电池仓二和电池仓三，电池仓一、电池仓二和电池仓三内均安装有1个锂电池包，锂电池包容量规格是750WH、外形尺寸是167L*87W*330D，电连接器位于电池包底部，锂电池电压等级是48V或60V；

所述外壳腔体是采用碳化硅烧结陶瓷组成腔体结构形状的外壳构件，锂电池充换电柜的部件安装在外壳构件的周围，包括：安装基座、承重框架、显示面板，安装于外壳构件的外部,锂电池包是通过插拔安装于电池仓一、电池仓二和电池仓三内，电池仓一、电池仓二和电池仓三安装于电池仓架，电池仓一、电池仓二、电池仓三和电池仓架安装于外壳腔体内部；电源模块安装于电源仓，安装于外壳腔体外部；电控仓包括网络通信单元、充换电电控单元，安装于外壳腔体外部；外部供电是单相交流供电，由交流输入接口，交流接触器，交流输入板，安装于外壳腔体外部；

所述火道套件包括：烟火管道、火道风机、火烟入口、排放出口、补气进口，还包括排放净空，即相距排放口的邻近空间，烟火管道采用碳化硅陶瓷管材料；

所述控制器包括：检测单元、报警单元、火道启动单元、断电器、自备供电、通信单元，还包括，布置有电池仓温度传感器一、电池仓温度传感器二、电池仓温度传感器三、火道温度传感器；

所述安装基座、承重框架、电池仓架是锂电池充换电柜的机械构件；显示面板是锂电池充换电柜的人机交互部件；所述电控单元是锂电池柜充换电控制部件，所述充电电源是电池组的充电部件。

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