CN117977031A - 一种电池包、电池舱及消防方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种电池包、电池舱及消防方法，包括：箱体用于放置电池单体，并对电池进行保护；防护模块用于泄放电池环境中的烟雾以及给电池进行降温；高温预警模块用于在电池发生热失控时分解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池；电池管理装置用于实时监测电池单体的电压、温度及烟雾浓度，并对电池的热失控状态进行预警。通过电池管理装置，实时监测电池环境中的烟雾浓度，第一时间对电池的热失控状态进行预警，极大地提高了对电池热失控的监测精度。通过在电池包上设置高温预警模块，能够在发生热失控时快速降解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池，快速扑灭火灾并抑制复燃，同时不影响电池包的气密性，避免灭火药剂误喷对电池造成不良影响。
Description
技术领域
本申请涉及新能源设计与应用技术领域，尤其涉及一种电池包、电池舱及消防方法。
背景技术
锂电池的热失控往往从电池内的负极SEI膜(全称solid electrolyteinterface，即固体电解质界面膜)分解开始，接入隔膜分解熔化，导致负极和电解液发生反应，随之正极和电解液发生分解，引发电池内部短路，造成电解液燃烧，进而蔓延到其他电池。锂电池在热失控后，会产生大量易燃物质，并使电池内部压力增大，增大的压力会导致电池爆炸。另外，电池爆炸喷出的物质与环境中的氧气接触容易产生明火，进一步使电池周围产生持续的热量。现有的防火方式存在抑热扩展能力不足、抗复燃效能差、燃爆气体消纳能力欠缺等突出问题。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
本申请实施例提供一种电池包、电池舱及消防方法。
本申请第一方面实施例提出了一种电池包，包括：
箱体，所述箱体用于放置电池单体，并对电池进行保护；
防护模块，所述防护模块设置在所述箱体上，用于泄放电池环境中的烟雾以及给电池进行降温；
至少一个高温预警模块，所述高温预警模块贯通设置在所述箱体的上表面，用于在电池发生热失控时分解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池；
电池管理装置，所述电池管理装置设置在所述箱体上，用于实时监测电池单体的电压、温度及烟雾浓度，并对电池的热失控状态进行预警。
本申请第二方面实施例提出了一种电池舱，包括：
如本申请第一方面实施例提出的电池包，用于提供电能；
消防环路，所述消防环路用于安装所述电池包，并对热失控的所述电池包进行全浸没式灭火操作；
感应模块，所述感应模块设置在所述消防环路上，用于探测所述电池包的温度和环境中的烟雾浓度，并在所述电池包热失控时进行预警。
本申请第三方面实施例提出了一种消防方法，用于对本申请第二方面实施例提出的电池舱进行安全防护，包括：
根据电池包的温度和环境中的烟雾浓度，对电池包中高温预警模块进行监测；
根据高温预警模块的物理状态，选择对应的防护措施对电池舱进行安全防护。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
通过电池管理装置，实时监测电池环境中的烟雾浓度，对电池的热失控状态进行预警，极大地提高了对电池热失控的监测精度。通过在电池包上设置高温预警模块，能够在发生热失控时快速降解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池，快速扑灭火灾并抑制复燃，同时不影响电池包的气密性，避免灭火药剂误喷对电池造成不良影响。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例所提供的一种电池管理装置的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种电池包的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种电池舱的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种消防方法的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请实施例的一些方面相一致的装置的例子。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的要素。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参照附图描述本申请实施例的电池包、电池舱及电池管理装置。
图1为本申请实施例所提供的一种电池管理装置的结构示意图。如图1所示，该电池管理装置10包括：
采集模块101，所述采集模块与电池连接，用于采集电池的电压和温度。需要说明的是，电池并未在图1中展示。
可选地，作为示例，采集模块101包括电压采集单元1011和温度采集单元1012，其中，电压采集单元1011与电池连接，用于采集电池的电压，其中，电压采集单元1011可以是电压传感器；温度采集单元1012与电池连接，用于采集电池的温度，其中，温度采集单元1012可以是温度传感器。
需要说明的是，现有的电池管理装置的缺陷在于：只能采集电池单体的电压和电池周围的环境温度。根据拓扑架构关系，而电池管理装置根据项目需求分为集中式(Centralized)和分布式(Distributed)两类。集中式是将所有电芯统一用一个电池管理装置进行数据采集，集中式的电池管理装置具有结构紧凑、成本较低、可靠性高的优点，常用于容量低、总电压较小、电池系统较小的场景中。另外，集中式电池管理装置可分为高压区域和低压区域，高压区域负责进行电池单体电压的采集、系统总电压的采集、绝缘电阻的监测；低压区域包括供电电路、中央处理器电路、通信电路、控制电路等。进一步地，电池单体周围的环境温度会受到其他电池单体的叠加干扰，集中式电池管理装置很难准确采集所有电芯的环境温度。
根据电池的组成关系，多个电池单体构成电池簇，多个电池簇构成电池堆，分布式电池管理装置通常为三层架构，包括：从控电池管理装置、主控电池管理装置和总控电池管理装置，其中，从控电池管理装置对电池单体进行数据采集；主控电池管理装置对电池簇进行数据采集；总控电池管理装置对电池堆(或者说电池阵列)进行数据采集。
从控电池管理装置负责采集各种单体信息(例如电压、温度)，计算分析电池单体的荷电状态和电池单体的健康状态，实现对电池单体的主动均衡，并将单体异常信息上传给主控电池管理装置。
主控电池管理装置负责收集从控电池管理装置上传的各种电池单体信息，采集电池簇的电压和温度，以及电池簇的充放电电流等，计算分析电池簇的荷电状态和电池簇的健康状态，并将所有信息上传给总控电池管理装置。
总控电池管理装置负责收集主控电池管理装置上传的各种电池簇信息，并将所有信息上传给外部其他设备。又外部其他设备对热管理、运行管理、充放电管理、诊断管理等进行监测。
需要进一步说明的是，采集模块也可以采用数据采集系统(全称Dataacquisition，简称DAQ，数据采集系统由一组硬件和软件组成，可使用转换器等对电压、电流、温度和应力等物理参数进行采样，该系统能够调理样本并将样本的物理参数转换为数字数据，以便进行捕获、实时监控和分析)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列，其具体的设置在这里就不一一赘述)等设置形式，只要能够对电池的电压和温度进行采集，任意采集模块的设置形式均适用，并不以本实施例为限。
如图1所示，监测模块102，所述监测模块102与电池连接，用于实时监测电池环境中的烟雾浓度，第一时间对电池的热失控状态进行预警。
可选地，作为示例，所述监测模块102包括烟雾传感器。需要说明的是，烟雾传感器主要是通过监测烟雾浓度来实现火灾防范，其内部采用离子式烟雾传感，在电离环境时产生正、负离子，在电场的作用下各自向正、负电极移动。在正常的情况下，电离环境中的电流和电压都是稳定的，一旦有烟雾窜逃，干扰了电离环境中正、负带电粒子的正常运动，电流和电压就会有所变化，平衡状态被打破，烟雾传感器发出无线警报信号，通知远方的接收设备，将警报信号传递出去。
还有一种光电效应式烟雾传感器，由红外发光管、红外感应管和一个暗室组成。在没有烟雾情况下，红外发光管的光不能到达红外感应管，当有烟雾进入暗室时，这些烟雾小颗粒使红外发光管发出的光产生散射，导正其中部分光被红外感应管接收到，并转换成电信号，检测电路将此电信号放大，当达到报警临界点时进入报警状态。
需要进一步说明的是，也可以采用激光设备对监测模块102进行设置，当烟雾的颗粒物浓度以及分辨率达到一定阈值时，利用激光的散射原理对烟雾进行监测，其具体的工作原理，在这里就不一一赘述。只要能实时监测电池环境中的烟雾浓度，第一时间对电池的热失控状态进行预警，任意监测模块102的设置形式均适用，并不以本实施例为限。
通过该电池管理装置，实时监测电池环境中的烟雾浓度，第一时间对电池的热失控状态进行预警，极大地提高了对电池热失控的监测精度。
图2为本申请实施例所提供的一种电池包的结构示意图。如图2所示，该电池包20包括：
箱体21，所述箱体21用于放置电池，并对电池进行保护。
可选地，作为示例，所述箱体21的材料包括：金属材料、碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料。需要说明的是，电池包箱体的成型技术主要根据其选用的材料决定，目前多以铝板和纤维增强材料作为电池包箱体的材料。铝板主要的成型技术为冲压铝焊接、挤出铝搅拌摩擦和铸造等；纤维增强材料的成型多采用热压罐、树脂传递模塑成型(ResinTransfer Molding，RTM)、真空导入、注射、挤压和喷射等，在生产和制造过程中，生产和制造过程中，可根据零部件特征、成本和选用的复合材料类型选择最合适的制造工艺，目前常采用注射一次成型的方式生产纤维增强复合材料电池包箱体。碳纤维增强复合材料目前只在部分车型中使用，其材料和制造成本下降到一定程度后，碳纤维复合材料箱体将是未来新能源汽车电池包箱体的主流。但在目前，电池包箱体由纯金属箱体向金属-复合材料混合型箱体过渡，以异种材料的组合为主要形式，异种材料连接成的复合结构的最大优点是抗疲劳性、耐腐蚀性和轻量化性较好，尤其是轻量化方面。不同材料间的主要连接方式为胶接、机械连接和混合连接。目前新能源汽车箱体以铝材或混合材料为主，多以紧固件连接形式进行固定连接，铝制箱体与车身的连接对稳定性要求较高，主要用搭铁螺栓、铆接并配合加强筋进行连接。
防护模块23，所述防护模块23设置在所述箱体21上，用于泄放电池环境中的烟雾以及给电池进行降温。
可选地，作为示例，所述防护模块23包括：防爆阀231、液冷进液接口232及液冷出液接口233，其中：
所述防爆阀231设置在所述箱体21上，用于泄放电池环境中的烟雾，避免电池爆炸；
所述液冷进液接口232和所述液冷出液接口233均设置在所述箱体21上，用于给冷却液提供循环路径，对电池进行降温。
需要说明的是，防爆阀231的用途在于，电池因内部或者外部短路、过充、碰撞时，损坏电池结构，造成电池的发热，膨胀，原本密封的PACK包不能泄掉压力时会发生爆炸，如果防爆阀发生作用，则在气体达到爆炸极限前，防爆阀会裂开，释放气体，避免电池包爆炸。
至少一个高温预警模块22，所述高温预警模块22贯通设置在所述箱体21的上表面，用于在电池发生热失控时分解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池。
可选地，作为示例，高温预警模块22的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯。需要说明的是，根据温度阈值对高温预警模块22的材料进行选取。如果温度阈值设置在180摄氏度到200摄氏度之间，高温预警模块22可以选择的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；如果温度阈值设置在200摄氏度到270摄氏度之间，高温预警模块22可以选择的材料包括：四氟乙烯-乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯。应根据电池的特性以及安全等级的需求对高温预警模块22的材料进行选取，可以在所述箱体的上表面四周及中心位置设置多出贯通的孔洞，在孔洞位置设置高温预警模块22，基于消防等级对孔洞的位置和数量进行选取，在这里就不一一赘述。
如本申请实施例提供的所述电池管理装置10，所述电池管理装置10设置在所述箱体21上，用于实时监测电池单体的电压、温度及烟雾浓度，并对电池的热失控状态进行预警。关于电池管理装置10的具体介绍，可参见上述实施例中相关内容的记载，此处不再赘述。
综上所述，通过在电池包上设置高温预警模块，能够在发生热失控时快速降解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池，快速扑灭火灾并抑制复燃，同时不影响电池包的气密性，避免灭火药剂误喷对电池造成不良影响。
图3为本申请实施例所提供的一种电池舱的结构示意图。如图3所示，该电池舱30包括：
如本申请实施例提供的所述电池包20，用于提供电能。关于电池包20的具体介绍，可参见上述实施例中相关内容的记载，此处不再赘述。
消防环路，所述消防环路用于安装所述电池包，并对热失控的所述电池包进行全浸没式灭火操作。具体地，作为示例，所述消防环路包括：消防管道簇、消防喷头及灭火药剂，其中：所述消防管道簇用于安装所述电池包；所述消防喷头设置在所述消防管道簇上，和所述电池包一一对应；所述灭火药剂，用于在热失控时通过所述消防喷头释放，对电池进行全浸没式覆盖，进一步地，所述灭火药剂包括气溶胶及泡沫。
需要说明的是，消防喷头所释放的灭火药剂包括泡沫，泡沫和水充分混合，通过消防管道簇的泡沫传输管道(泡沫传输管道并未在图3中展示)向热失控区域的电池输送泡沫进行灭火。泡沫粘附在燃烧物质上，形成结构均一、致密的泡沫毯，隔离氧气，中断化学链反应，阻止热辐射，窒息灭火；泡沫的每个气泡由气和水外壁组成，径向360°外表面吸收热量，快速降温；泡沫可包裹可燃气体，同时其所含水分通过蒸发和析出液体持续带走热量，有效防止电池复燃。
电池舱的电气区域采用气溶胶布置，在电池舱发生电气火灾时，启动气溶胶灭火装置扑灭电气火灾，关于气溶胶布置的具体介绍，此处不再赘述。
通过电池管理装置，实时监测电池环境中的烟雾浓度，第一时间对电池的热失控状态进行预警，极大地提高了对电池热失控的监测精度。通过在电池包上设置高温预警模块，能够在发生热失控时快速降解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池，快速扑灭火灾并抑制复燃，同时不影响电池包的气密性，避免灭火药剂误喷对电池造成不良影响。
图4为本申请实施例所提供的一种消防方法的流程示意图。如图4所示，该方法用于对本申请实施例提供的电池舱进行安全防护，该方法包括但不限于以下步骤：
S401，根据电池包的温度和环境中的烟雾浓度，对电池包中高温预警模块进行监测。
可选地，作为示例，根据电池包的温度和环境中的烟雾浓度，对电池包中高温预警模块的物理状态进行实时监测，获取所述高温预警模块在热失控时的第一时间节点。关于步骤S401的进一步的具体介绍，可参见上述实施例中相关内容的记载，此处不再赘述。
S402，根据高温预警模块的物理状态，选择对应的防护措施对电池舱进行安全防护。
可选地，若所述高温预警模块在热失控时发生分解，对电池包进行全浸没式灭火操作。关于步骤S402的进一步的具体介绍，可参见上述实施例中相关内容的记载，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种电池包，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体用于放置电池单体，并对电池进行保护；
防护模块，所述防护模块设置在所述箱体上，用于泄放电池环境中的烟雾以及给电池进行降温；
至少一个高温预警模块，所述高温预警模块贯通设置在所述箱体的上表面，用于在电池发生热失控时分解，使灭火药剂能够全浸没式覆盖电池；
电池管理装置，所述电池管理装置设置在所述箱体上，用于实时监测电池单体的电压、温度及烟雾浓度，并对电池的热失控状态进行预警。
2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述箱体的材料包括：金属材料、碳纤维复合材料、玻璃纤维增强复合材料。
3.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述防护模块包括：防爆阀、液冷进液接口及液冷出液接口，其中：
所述防爆阀设置在所述箱体上，用于泄放电池环境中的烟雾，避免电池爆炸；
所述液冷进液接口和所述液冷出液接口均设置在所述箱体上，用于给冷却液提供循环路径，对电池进行降温。
4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述高温预警模块的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯。
5.一种电池舱，其特征在于，包括：
如权利要求1-4任意一项所述的电池包，用于提供电能；
消防环路，所述消防环路用于安装所述电池包，并对热失控的所述电池包进行全浸没式灭火操作；
感应模块，所述感应模块设置在所述消防环路上，用于探测所述电池包的温度和环境中的烟雾浓度，并在所述电池包热失控时进行预警。
6.根据权利要求5所述的电池舱，其特征在于，所述消防环路包括：消防管道簇、消防喷头及灭火药剂，其中：所述消防管道簇用于安装所述电池包；所述消防喷头设置在所述消防管道簇上，和所述电池包一一对应；所述灭火药剂，用于在热失控时通过所述消防喷头释放，对电池进行全浸没式覆盖。
7.根据权利要求6所述的电池舱，其特征在于，所述灭火药剂包括气溶胶及泡沫。
8.一种消防方法，用于对如权利要求5-7任意一项所述的电池舱进行安全防护，其特征在于，包括：
根据电池包的温度和环境中的烟雾浓度，对电池包中高温预警模块进行监测；
根据高温预警模块的物理状态，选择对应的防护措施对电池舱进行安全防护。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据热失控状况，对电池包中高温预警模块进行监测，包括：
根据电池包的温度和环境中的烟雾浓度，对电池包中高温预警模块的物理状态进行实时监测，获取所述高温预警模块在热失控时的第一时间节点。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据高温预警模块的物理状态，选择对应的防护措施对电池舱进行安全防护，包括：
若所述高温预警模块在热失控时发生分解，对电池包进行全浸没式灭火操作。
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| CN202410139700.2A CN117977031A (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种电池包、电池舱及消防方法 |
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