CN113144497A - 用于电车的主动扑灭式灭火材料及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电车的主动扑灭式灭火材料及应用，包括氧化纤维编织主体，所述氧化纤维编织主体中均匀浸入有陶土粉尘，所述陶土粉尘与氧化纤维编织主体的质量比为5％～50％。与现有技术相比，本发明中灭火材料对目标位置过热失控的局部和全部火灾，以疏导和主动扑灭为主，能够同步地与电车电池管理系统和热失控报警机制有机结合，把电车安全系数提升至国内最高级别。

Description

用于电车的主动扑灭式灭火材料及应用

技术领域

本发明涉及车用阻燃材料领域，尤其是涉及一种用于电车的主动扑灭式灭火材料及应用。

背景技术

随着电动汽车保有量的增加，电动汽车的着火风险也日趋得到关注，其中着火的关键部位为车用蓄电池、电机组件和电控组件，其中车用蓄电池部位尤为凸显。以车用蓄电池为例，目前车用蓄电池热失控事故日益频发，电池组在短路、过充过放、温度超限以及机械破坏等情况下，存在发生热失控的风险。随着电芯能量密度的不断提升，电芯的温度甚至可以升高至400度以上，电池组热失控的危险性也在不断增加。车用蓄电池模组是一个相对密闭的空间，单个模块热失控会释放出大量的热量，产生大量的明火，继而使得车身其他部位燃烧。同时蓄电池模组中线束也是易燃部位，而其上现有的胶套遇高温极易产生明火，并使得火势快速蔓延。

现有蓄电池模组产品、电机组件、电控组件仅在电池包内部设置防火板等阻燃装置，只能延缓明火向动力电池包外的扩散，但无法实现火源的彻底排除，导致上述部位一旦着火，则使得车载人员和周边区域极其危险。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于电车的主动扑灭式灭火材料及应用，通过主动式的灭火隔热材料实现电车火灾的有效控制。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明的第一个目的是保护一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，包括氧化纤维编织主体，所述氧化纤维编织主体中均匀浸入有陶土粉尘，所述陶土粉尘与氧化纤维编织主体的质量比为5％～50％。

进一步地，所述陶土粉尘均匀分散于氧化纤维编织主体中。

作为本技术方案的另一种实施方式，所述陶土粉尘沿厚度方向梯度分散于氧化纤维编织主体中。

进一步地，所述氧化纤维编织主体为70wt％的opan和30wt％的kevlar构成的多层混纺结构。

进一步地，所述陶土粉尘为红陶土或瓷陶土粉尘。

进一步地，所述陶土粉尘为经过机械磨碎和水洗过滤且小于或等于50微米的尘土颗粒。

本发明的第二个目的是保护一种上述主动扑灭式灭火材料在电车灭火罩中的应用，其特征在于，将主动扑灭式灭火材料包覆于电车蓄电池、电机组件、电控箱外部的任意位置上，以此构成全部包覆或者部分包覆的灭火罩结构。

进一步地，火源温度超过500℃时，部大量高温气体进入氧化纤维编织主体内部，致使氧化纤维编织主体中局部陶瓷粉尘在高温中剥落，并覆盖在局部有火源的部位熄灭明火；

进一步火源温度升高至700℃以上时，陶土粉尘在氧化纤维编织主体中爆裂脱落实现灭火。

进一步地，所述氧化纤维编织主体以卡扣、拉链、绑带的形式固定于目标防护位置。

进一步地，所述主动扑灭式灭火材料的厚度为1～15mm。

本发明具有以下技术优势：

1)电芯任意局部发热的内热起因，诱导明火导致对应模组位置的局部高温过热，或致使模组联营烧穿，明火暴露在模组的全部上部之时，耐燃氧化纤维含≤50微米级别的陶瓷粉尘开始剥落在高热全部区域进行分裂爆裂覆盖。有两种情况使全部明火熄灭：一是陶瓷粉尘直接射盖在全部火源上。二是高热引爆的陶粉尘时瞬间产生的锂电子晶体空间氧气已燃尽，促使明火致熄。在这两种熄灭火情过程，陶粉尘吸附部分烟气等有毒有害气体可燃物质，从而减少蓄电池内的有害有毒气体烟气通道对外排出，也减少高温气体高压冲击防爆阀未发爆燃危险。

2)本技术方案中陶土粉尘潜伏氧化纤维内的纺纤布结构的特殊性，在于火灾加热至1000℃以上时的化学反应，使蓄电池模组内的气态产物在氧化纤维内吸收一部分，即熄灭一部分；随着温度的升高，氧化纤维内陶土物质会明显发生分解，释放出分解产生的低于1000℃的灭火物质，在有氧或无氧的蓄电池模组空间内均会起到灭火作用。

3)本技术方案新材料防火灭火罩属环保型材料制成，对目标位置过热失控的局部和全部火灾，以疏导和主动扑灭为主，能够同步地与电车电池管理系统和热失控报警机制有机结合，把电车安全系数提升至国内最高级别。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。

实施例1

用于电车的主动扑灭式灭火材料，包括氧化纤维编织主体，氧化纤维编织主体中均匀浸入有陶土粉尘，所述陶土粉尘与氧化纤维编织主体的质量比为5％～50％。所述陶土粉尘均匀分散于氧化纤维编织主体中。

本技术方案还能采用梯度分散方式，即陶土粉尘沿厚度方向梯度分散于氧化纤维编织主体中。

氧化纤维编织主体为70wt％的opan和30wt％的kevlar构成的多层混纺结构。陶土粉尘为红陶土或瓷陶土粉尘。陶土粉尘为经过机械磨碎和水洗过滤且小于或等于50微米的尘土颗粒。

将主动扑灭式灭火材料包覆于电车蓄电池、电机组件、电控箱外部的任意位置上，以此构成全部包覆或者部分包覆的灭火罩结构。火源温度超过500℃时，部大量高温气体进入氧化纤维编织主体内部，致使氧化纤维编织主体中局部陶瓷粉尘在高温中剥落，并覆盖在局部有火源的部位熄灭明火；进一步火源温度升高至700℃以上时，陶土粉尘在氧化纤维编织主体中爆裂脱落实现灭火。

氧化纤维编织主体以卡扣、拉链、绑带的形式固定于目标防护位置。主动扑灭式灭火材料的厚度为1～15mm。

本实施例中涉及的红陶土(syderolife)主要矿物成分为水云母、高岭石、蒙脱石、石英及长石所组成的砂质粘土。颜色为紫色，Fe₂O₃含量较低，SiO₂、Al₂O₃含量较高)。纯粹陶土主要成分表：

红陶土(syderolife)主要矿物成分为水云母、高岭石、蒙脱石、石英及长石所组成的砂质粘土。颜色为紫色，Fe₂O₃含量较低，SiO₂、Al₂O₃含量较高)。纯粹陶土主要成分表：

序号	成分	含量
			1	二氧化硅(SiO<sub>2</sub>)	65.18-71.86％
2	三氧化二铝(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)	15.02-17.99％
			3	三氧化二铁(Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)	3.27-6.61％
4	氧化钙(Cao)	0.75-1.68％
			5	氧化镁(MgO)	0.89-2.07％
6	烧失量	4.19-6.20％

本实施例中涉及的瓷陶土/瓷土，即高岭土，主要成分为二氧化硅SiO₂，约占46.51％，颜色为白色。纯粹瓷土的成分表：

序号	成分	含量
			1	二氧化硅(SiO<sub>2</sub>)	46.51％
2	氧化铝(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)	39.54％
			3	水(H<sub>2</sub>O)	13.95％

为了凸显本技术方案的创新性，将本实施例中的传统灭火剂进行列举对比：

1)无机盐为主的粉末状灭火剂；

2)碳酸氢钠为主的粉末状灭火剂；

3)磷酸铵盐为主的粉末状灭火剂；

4)氯化钠为主的粉末状灭火剂；

5)氯化钾为主的粉末状灭火剂；

6)滑石粉为主的粉末状灭火剂。

若将上述灭火剂与本技术方案采用的氧化纤维编织主体进行组合，在难以实现本技术方案的技术效果。

本技术方案中的新型材料灭火物质SiO₂不溶于水和大多数酸，潜伏在氧化纤维内构成“一体灭火罩”，对蓄电池火灾的内部结构化学能转化为电能的过程中的失热控制状况并起火原因，严格区分于传统上述干粉类灭火剂所进行的扑灭。具体实施时，本技术方案涉及的新型材料“一体灭火罩”针对蓄电池内部(电机、电控组件类似)结构经高温500℃升转至700℃过程中，其中正负极电线外皮自燃，局部大量高温气体进入局部氧化纤维层内部，致使氧化纤维内部局部陶瓷粉尘在高温中剥落，并覆盖在局部有火源的部位熄灭明火；同时因氧化纤维经火焰上冲燃烧特性约30秒后，已对局部火势的耐燃进行耗尽隔烧区的氧气，在剥落陶瓷粉尘过程中达到了扑灭火灾的效果。

电车动力用的蓄电池是以正极镍、钴、锰等为主要材质，与石墨碳一起在溶解液中所产生的统称金属锂为负极，其内部温度升高的过热失控现象，是多点发生的。多点发生的火灾过程先是冒烟，再有明火，最后爆炸分成三个阶段。这三个阶段的关键阶段是第一阶段冒烟的点上火灾，数秒之内传递至第二阶段的明火。具体实验时，第二阶段高温为1600℃左右，对蓄电池内部结构的产生了完全的破坏，随时会因为化学能产生爆炸的可能。

应用本本材料后，在第二阶段中通过产生陶瓷尘土的伴随尘土在纤维主体中的爆裂脱落实现灭火。

在蓄电池火灾第三阶段时脱落，在大于2300℃时几乎将脱落并附着于着火位置上的粉尘完全融化，并转化出大量的α-Al₂O₃，通过产生的铝电子晶体，有效地将多点明火同时覆盖熄灭，避免蓄电池的爆炸。本材料的第二个关键是将氧化纤维的陶土所产生的锂电子晶体把蓄电池内的局部多点分隔为多点熄灭点。

本发明区别于用硅胶作为防潮剂将灭火物质凝固于一体的“防火罩”的材料。硅胶防火罩因火灾高温融化在蓄电池上，其未燃尽材料的烟气可能因闭罩之内提升温度的可能会促罩内蓄电池组件空间空气膨胀，可能会发生的爆炸的危害。

在具体实施是，电车用蓄电池是用几千块并联或串联集成的电源模组，虽然每组蓄电池的电芯有保险丝防止电芯过热设计，但这是静态的电车实验效果，动态电车某个电芯保险丝熔断后会迅速产生联动的其他部位的过热失控。所以，本发明的灭火罩也可有效地构成电池模组内部的火情的分隔结构。

电芯任意局部发热的内热起因，诱导明火导致对应模组位置的局部高温过热，或致使模组联营烧穿，明火暴露在模组的全部上部之时，耐燃氧化纤维含≤50微米级别的陶瓷粉尘开始剥落在高热全部区域进行分裂爆裂覆盖。有两种情况使全部明火熄灭：一是陶瓷粉尘直接射盖在全部火源上。二是高热引爆的陶粉尘时瞬间产生的锂电子晶体空间氧气已燃尽，促使明火致熄。在这两种熄灭火情过程，陶粉尘吸附部分烟气等有毒有害气体可燃物质，从而减少蓄电池内的有害有毒气体烟气通道对外排出，也减少高温气体高压冲击防爆阀未发爆燃危险。

陶土粉尘潜伏氧化纤维内的纺纤布结构的特殊性，在于火灾加热至1000℃以上时的化学反应，使蓄电池模组内的气态产物在氧化纤维内吸收一部分，即熄灭一部分；随着温度的升高，氧化纤维内陶土物质会明显发生分解，释放出分解产生的低于1000℃的灭火物质，在有氧或无氧的蓄电池模组空间内均会起到灭火作用。本发明的陶土粉尘与瓷土粉类对比后得知，陶土粉类为氧化纤维的填充物时性能稍优。

本技术方案新材料防火灭火罩属环保型材料制成，对蓄电池过热失控的局部和全部火灾以疏导和主动扑灭为主，能够同步地与电车电池管理系统和热失控报警机制有机结合，把电车安全系数提升至国内最高级别。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，其特征在于，包括氧化纤维编织主体，所述氧化纤维编织主体中均匀浸入有陶土粉尘，所述陶土粉尘与氧化纤维编织主体的质量比为5％～50％。

2.根据权利要求1所述的一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，其特征在于，所述陶土粉尘均匀分散于氧化纤维编织主体中。

3.根据权利要求1所述的一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，其特征在于，所述陶土粉尘沿厚度方向梯度分散于氧化纤维编织主体中。

4.根据权利要求1所述的一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，其特征在于，所述氧化纤维编织主体为70wt％的opan和30wt％的kevlar构成的多层混纺结构。

5.根据权利要求1所述的一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，其特征在于，所述陶土粉尘为红陶土或瓷陶土粉尘。

6.根据权利要求1所述的一种用于电车的主动扑灭式灭火材料，其特征在于，所述陶土粉尘为经过机械磨碎和水洗过滤且小于或等于50微米的尘土颗粒。

7.一种如权利要求1至6中任意一项所述主动扑灭式灭火材料在电车灭火罩中的应用，其特征在于，将主动扑灭式灭火材料包覆于电车蓄电池、电机组件、电控箱外部的任意位置上，以此构成全部包覆或者部分包覆的灭火罩结构。

8.根据权利要求7所述的一种主动扑灭式灭火材料在电车灭火罩中的应用，其特征在于，火源温度超过500℃时，部大量高温气体进入氧化纤维编织主体内部，致使氧化纤维编织主体中局部陶瓷粉尘在高温中剥落，并覆盖在局部有火源的部位熄灭明火；

进一步火源温度升高至700℃以上时，陶土粉尘在氧化纤维编织主体中爆裂脱落实现灭火。

9.根据权利要求7所述的一种主动扑灭式灭火材料在电车灭火罩中的应用，其特征在于，所述氧化纤维编织主体以卡扣、拉链、绑带的形式固定于目标防护位置。

10.根据权利要求7所述的一种主动扑灭式灭火材料在电车灭火罩中的应用，其特征在于，所述主动扑灭式灭火材料的厚度为1～15mm。