CN113750403B - 一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统和方法，通过在电池舱内根据电池模组布设灭火管路、根据电池模组温度定点喷洒二氧化碳降温阻燃、通过排气管路平衡电池仓压力，实现了在高温初期对电池模组定点降温的功能。本发明在后期检查确认异常模组，避免整个动力电池报废，减少了用户损失；即使降温失败，二氧化碳也能延迟着火甚至阻燃，并且能够提前预警，提醒用户远离，保障人身安全；对于已经燃烧的电池可以通过灭火口注入消防水，一次性深度灭火，避免二次复燃。本发明对现有汽车电池进行微改，充分利用现有车载灭火器，不额外增加灭火器，降低了改造成本。

Description

一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统和方法

技术领域

本发明属于电池阻燃技术领域，具体涉及一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统和方法。

背景技术

汽车动力电池作为电动汽车的动力源，是电动汽车的主要构成之一，现行的动力电池通常采用锂电池，由多个电芯串联为模组，而后组成动力电池；在局部电芯老化过快或者存有其他异常的情况下，易出现局部电芯高温鼓胀，连锁引起整个动力电池高温甚至发生自燃；而且由于动力电池的密封特性，一旦自燃，难以灭火，而且极易二次复燃。

目前的动力电池主要依靠调整电池电解液增强其阻燃特性；设计冷却回路综合控制电池温度；部分专利方案在检测燃烧后利用冷却液或其他预设灭火剂执行灭火，无法在前期阻燃，对动力电池损伤较大；个别方案会在电池仓内预充二氧化碳气体(或者其他灭火剂)阻燃。

以上方案均只能起到一定的阻燃或者灭火效果，无法定点的对单一模组降温阻燃，一旦某电芯或模组温度失控，会连锁引起整个动力电池的温度失控，基本上整个动力电池都需要报废；同时对于已经燃烧的电池，难以灭火，并且灭火后易产生二次燃烧。

现有一种预充二氧化碳的阻燃方法，参见图1。通过对动力电池仓抽真空，预充二氧化碳，检测电池温度，补充二氧化碳的方式阻燃。该真空机和双二氧化碳罐设计使得其方案与现行的动力电池结构差异过大，实用性较差；与现行的车载灭火器独立，成本增加较多；仅能阻燃，无法定点对单一模组降温，同时对于已经燃烧的电池，难以灭火，灭火后易产生二次燃烧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统和方法，用于在高温初期对电池模组定点降温。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统，包括动力电池包、气体灭火器、主电磁阀、灭火管路、排气管路；动力电池包包括电池模组和温度传感器；气体灭火器通过主电磁阀连接灭火管路；灭火管路和排气管路分别设置在动力电池包内的电池模组的空隙之间，排气管路从动力电池包内延伸至动力电池包内外；气体灭火器用于储存阻燃气体；气体灭火器的两端分别设有第一灭火口和第二灭火口；气体灭火器与第一灭火口之间设有第一手动开关；气体灭火器与第二灭火口之间设有第二手动开关，气体灭火器通过第二灭火口连接主电磁阀；主电磁阀用于控制气体灭火器的开闭，为常闭状态；灭火管路用于输送阻燃气体；灭火管路包括灭火主路、灭火支路和副电磁阀；灭火支路按一定间隔平行排列且连接在灭火主路上；副电磁阀按一定间隔设置在灭火支路的灭火口上，为常开状态，用于控制灭火支路的灭火口的开闭；排气管路用于泄放气体平衡电池仓压力；排气管路包括排气管道、排气电磁阀和单向泄压阀；排气电磁阀按一定间隔设置在排气管道上，为常开状态；单向泄压阀设置在动力电池包外的排气管道的末端，用于控制排气管道的开闭；主电磁阀包括降温阻燃控制器；降温阻燃控制器的信号输入端连接温度传感器的信号输出端，降温阻燃控制器的信号输出端分别连接主电磁阀、副电磁阀、排气电磁阀的信号输入端；降温阻燃控制器用于根据电池模组的温度数据转换主电磁阀、副电磁阀、排气电磁阀的开闭状态。

按上述方案，气体灭火器和主电磁阀设置在乘员舱内，主电磁阀采用命令控制和手动控制两种操作方式；灭火管路和排气管路从电池仓延伸至乘员仓；灭火管路和排气管路固定在动力电池包的上盖处。

进一步的，第一灭火口为手动开闭式常规灭火口，用于常规灭火；第二灭火口采用耐高压快插结构，用于向灭火管路输送气体。

按上述方案，在包括按2×6排列的12个电池模组的动力电池包中，灭火管路包括10条灭火支路、40个副电磁阀；排气管路包括4个排气电磁阀。

按上述方案，主电磁阀还包括声光报警模块，用于根据电池模组的温度发出声光报警提示。

按上述方案，主电磁阀还包括压力传感器，用于采集气体灭火器的内部压力数据；压力传感器的信号输出端连接降温阻燃控制器的信号输入端。

一种用于汽车动力电池的阻燃灭火方法，包括以下步骤：

S1：系统初始时，将气体灭火器按安全标准充满阻燃气体，关闭第一手动开关，打开第二手动开关，主电磁阀为常闭状态，副电磁阀和排气电磁阀为常开状态；

S2：当降温阻燃控制器监测到电池模组的温度超过设定阈值时，则打开主电磁阀，同时声光报警模块发出高温消防警告音，并且关闭远离高温位置的副电磁阀，关闭高温位置附近的排气电磁阀，将气体灭火器中的阻燃气体定点喷洒到高温区域的电池模组进行降温；若降温成功则执行步骤S3；若降温失败导致电池高温区域扩散则执行步骤S4；

S3：检查维修动力电池包并更换气体灭火器；

S4：将气体灭火器中的阻燃气体全部充入动力电池包用于阻燃；

S5：当压力传感器检测到气体灭火器内部的压力过低时，声光报警模块发出急促消防警告音，提醒用户远离车辆等待自然冷却，并报消防火警；或视情况更换备用的气体灭火器；

S6：若动力电池包出现明火燃烧，由消防人员灭掉明火后取下气体灭火器，并从主电磁阀注入消防水对动力电池包的内部降温，避免二次燃烧。

进一步的，所述的步骤S3中，更换气体灭火器的具体步骤为：关闭第二手动开关，断开第二手动开关与主电磁阀的连接，取下气体灭火器；将备用气体灭火器的第二手动开关与主电磁阀进行连接。

进一步的，还包括以下步骤：若动力电池包以外的区域出现燃烧，则关闭第二手动开关，断开第二手动开关与主电磁阀的连接，取下气体灭火器；按照常规灭火器使用方法，打开第一手动开关，通过第一灭火口喷出阻燃气体进行灭火。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种用于汽车动力电池的阻燃灭火系统和方法，通过在电池舱内根据电池模组布设灭火管路、根据电池模组温度定点喷洒二氧化碳降温阻燃、通过排气管路平衡电池仓压力，实现了在高温初期对电池模组定点降温的功能。

2.本发明在后期检查确认异常模组，避免整个动力电池报废，减少了用户损失。

3.本发明即使降温失败，二氧化碳也能延迟着火甚至阻燃，并且能够提前预警，提醒用户远离，保障人身安全。

4.本发明对于已经燃烧的电池可以通过灭火口注入消防水，一次性深度灭火，避免二次复燃。

5.本发明对现有汽车电池进行微改，充分利用现有车载灭火器，不额外增加灭火器，降低了改造成本。

附图说明

图1是现有锂电池仓阻燃机构的剖面图。

图2是本发明实施例的外结构示意图。

图3是本发明实施例的管路布置图。

图4是本发明实施例的管路轴侧图。

图5是本发明实施例的排气管路示意图。

图6是本发明实施例的二氧化碳灭火器示意图。

图中：100.动力电池包；101.电池模组；102.动力电池上盖；200.二氧化碳灭火器，201.灭火口甲，202.手动开关甲，203.灭火口乙，204.手动开关乙；300.主电磁阀；400.灭火管路；401.灭火主路；402.灭火支路；403.副电磁阀；500.排气管路；501.排气管道；502.排气电磁阀；503.单向泄压阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明中一部分实施例，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图2至图6所示，本发明的实施例包括动力电池包100，二氧化碳灭火器200，主电磁阀300，灭火管路400，排气管路500；

二氧化碳灭火器200采用定制设计，包含灭火口甲201和灭火口乙203，分别对应手动开关甲202和手动开关乙204；

灭火管路400包含灭火主路401、灭火支路402、副电磁阀403，固定在动力电池上盖102上；其中副电磁阀403采用常开设计，装配在各灭火支路上；

排气电磁阀502和单向泄压阀503直接装配在排气管道501上，组成排气管路500；

灭火管路400和排气管路500主要布置在动力电池包100的各电池模组101空隙之间，其中灭火管路400延伸至乘员舱内，排气管路500延伸出动力电池包100；

如图3-图5所示，本实施例中动力电池拥有12个模组，排列为2X6，设计有10条灭火支路402，40个副电磁阀403，4个排气电磁阀502；

主电磁阀300的一端与二氧化碳灭火器200的灭火口乙203使用耐高压快插接头连接，另一端与灭火主路401装配在一起；其连同二氧化碳灭火器200一起布置于乘员舱内；

主电磁阀300、副电磁阀403、排气电磁阀502使用同一电源回路，接于整车低压电路，主电磁阀300集成控制器设计，且可以控制副电磁阀403和排气电磁阀502；

电池模组101内的各电芯带有温度传感器，将自身温度实时发送给动力电池包100监测，动力电池包100将温度数据发送给主电磁阀300，用于控制阻燃灭火系统，同时主电磁阀300可以根据电池温度数据发出警告音；

单向泄压阀503可以保证动力电池包100的密闭性，同时能够使动力电池包100泄压，避免其压力过高时导致灭火流体流入不畅，甚至导致动力电池包100的动力电池上盖102胀裂。

本发明实施例的阻燃灭火方法包括以下步骤：

系统初始时，二氧化碳灭火器200按安全标准充满二氧化碳，手动开关甲202关闭，手动开关乙204打开，主电磁阀300常闭，副电磁阀403以及排气电磁阀502常开；

当主电磁阀300监测到动力电池局部温度过高时，则将状态转换为打开，同时发出高温消防警告音，并且选择关闭远离高温位置的副电磁阀403，关闭高温位置附近的排气电磁阀502，二氧化碳灭火器200中的二氧化碳可以定点喷洒到高温区域的电池模组101，实现降温；并且由于高温位置附近的排气电磁阀关闭，加长二氧化碳在动力电池包内的流动时间，能够充分利用二氧化碳降温；同时整车控制系统实现高压断电。

降温阻燃之后需要检查维修动力电池包100，同时更换二氧化碳灭火器200(关闭手动开关乙204，断开其灭火口乙203与主电磁阀300的连接即可更换新的灭火器)。

若降温失败，电池高温区域扩散，二氧化碳灭火器200中的二氧化碳全部充入动力电池包100，能够有效延迟着火，甚至自然冷却；同时主电磁300内置压力传感器检测到二氧化碳灭火器200侧的压力过低，主电磁阀300发出急促消防警告音，提醒用户远离车辆，等待自然冷却；

如有相同备用灭火器，可以取下直接更换二氧化碳灭火器200，手动打开灭火器开关和主电磁阀300，用于灭火；也可以根据情况选择报消防火警。

若动力电池包100已经出现明火燃烧，消防人员在灭掉明火之后，可以取下二氧化碳灭火器，再次从主电磁阀300注入消防水进行电池内部降温，避免其二次燃烧。

二氧化碳灭火器200布置于乘员舱内，满足车辆消防法规要求，对于动力电池以外区域的以外燃烧，可以关闭手动开关乙204，取下灭火器，按照常规灭火器使用方法，利用灭火口甲201和手动开关甲202进行灭火。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于汽车动力电池的阻燃灭火方法，其特征在于：包括以下步骤：

S0：搭建用于汽车动力电池的阻燃灭火系统，包括动力电池包、气体灭火器、主电磁阀、灭火管路、排气管路；动力电池包包括电池模组和温度传感器；气体灭火器通过主电磁阀连接灭火管路；灭火管路和排气管路分别设置在动力电池包内的电池模组的空隙之间，排气管路从动力电池包内延伸至动力电池包内外；

气体灭火器用于储存阻燃气体；气体灭火器的两端分别设有第一灭火口和第二灭火口；气体灭火器与第一灭火口之间设有第一手动开关；气体灭火器与第二灭火口之间设有第二手动开关，气体灭火器通过第二灭火口连接主电磁阀；

主电磁阀用于控制气体灭火器的开闭，为常闭状态；

灭火管路用于输送阻燃气体；灭火管路包括灭火主路、灭火支路和副电磁阀；灭火支路按一定间隔平行排列且连接在灭火主路上；副电磁阀按一定间隔设置在灭火支路的灭火口上，为常开状态，用于控制灭火支路的灭火口的开闭；

排气管路用于泄放气体平衡电池仓压力；排气管路包括排气管道、排气电磁阀和单向泄压阀；排气电磁阀按一定间隔设置在排气管道上，为常开状态；单向泄压阀设置在动力电池包外的排气管道的末端，用于控制排气管道的开闭；

主电磁阀包括降温阻燃控制器；降温阻燃控制器的信号输入端连接温度传感器的信号输出端，降温阻燃控制器的信号输出端分别连接主电磁阀、副电磁阀、排气电磁阀的信号输入端；降温阻燃控制器用于根据电池模组的温度数据转换主电磁阀、副电磁阀、排气电磁阀的开闭状态；

主电磁阀还包括声光报警模块，用于根据电池模组的温度发出声光报警提示；

主电磁阀还包括压力传感器，用于采集气体灭火器的内部压力数据；压力传感器的信号输出端连接降温阻燃控制器的信号输入端；

S1：系统初始时，将气体灭火器按安全标准充满阻燃气体，关闭第一手动开关，打开第二手动开关，主电磁阀为常闭状态，副电磁阀和排气电磁阀为常开状态；

S2：当降温阻燃控制器监测到电池模组的温度超过设定阈值时，则打开主电磁阀，同时声光报警模块发出高温消防警告音，并且关闭远离高温位置的副电磁阀，关闭高温位置附近的排气电磁阀，将气体灭火器中的阻燃气体定点喷洒到高温区域的电池模组进行降温；若降温成功则执行步骤S3；若降温失败导致电池高温区域扩散则执行步骤S4；

S3：检查维修动力电池包并更换气体灭火器；

S4：将气体灭火器中的阻燃气体全部充入动力电池包用于阻燃；

S5：当压力传感器检测到气体灭火器内部的压力过低时，声光报警模块发出急促消防警告音，提醒用户远离车辆等待自然冷却，并报消防火警；或视情况更换备用的气体灭火器；

S6：若动力电池包出现明火燃烧，由消防人员灭掉明火后取下气体灭火器，并从主电磁阀注入消防水对动力电池包的内部降温，避免二次燃烧。

2.根据权利要求1所述的阻燃灭火方法，其特征在于：所述的步骤S3中，更换气体灭火器的具体步骤为：关闭第二手动开关，断开第二手动开关与主电磁阀的连接，取下气体灭火器；将备用气体灭火器的第二手动开关与主电磁阀进行连接。

3.根据权利要求1所述的阻燃灭火方法，其特征在于：还包括以下步骤：若动力电池包以外的区域出现燃烧，则关闭第二手动开关，断开第二手动开关与主电磁阀的连接，取下气体灭火器；按照常规灭火器使用方法，打开第一手动开关，通过第一灭火口喷出阻燃气体进行灭火。

4.根据权利要求1所述的阻燃灭火方法，其特征在于：气体灭火器和主电磁阀设置在乘员舱内，主电磁阀采用命令控制和手动控制两种操作方式；灭火管路和排气管路从电池仓延伸至乘员仓；灭火管路和排气管路固定在动力电池包的上盖处。

5.根据权利要求4所述的阻燃灭火方法，其特征在于：第一灭火口为手动开闭式常规灭火口，用于常规灭火；第二灭火口采用耐高压快插结构，用于向灭火管路输送气体。

6.根据权利要求1所述的阻燃灭火方法，其特征在于：在包括按2×6排列的12个电池模组的动力电池包中，灭火管路包括10条灭火支路、40个副电磁阀；排气管路包括4个排气电磁阀。

Images