CN208541724U - 用于电池包的灭火装置及灭火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及灭火技术领域，具体涉及一种用于电池包的灭火装置及灭火系统。本实用新型旨在解决现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在的灭火效率低的问题。为此目的，本实用新型的灭火装置包括灭火容器，灭火容器具有下表面，灭火容器的下表面设置有连接框，连接框与灭火容器的下表面围设形成容纳腔，容纳腔设置为允许电池包嵌入其中；灭火容器的下表面还设置有阀机构，阀机构设置为能够在外力的顶升下打开。通过灭火装置的设置，本实用新型能够在电池包热失控时，先将电池包嵌入灭火容器的容纳腔，然后再进一步将电池包运送至设定位置进行处理，大大提高灭火效率和充换电站的安全性。

Description

用于电池包的灭火装置及灭火系统

技术领域

本实用新型涉及灭火技术领域，具体涉及一种用于电池包的灭火装置及灭火系统。

背景技术

随着新能源汽车的保有量不断增加，新能源汽车的安全问题也越来越被各大车主和厂商所重视。以电动汽车为例，作为一种为电动汽车提供动力的优选动力源，锂离子电池由于其具有能量密度高、输出功率大、温度范围宽、使用寿命长、充电速度快、绿色环保等优点而被各大汽车厂商广泛采用。但是由于锂离子电池燃烧时具有燃烧猛烈、持续时间长、产生大量的浓烟与粉尘、出现爆炸或二次爆炸等特点，因此由锂离子电池燃烧或爆炸而导致的事故也不容忽视。

作为为电动汽车更换动力电池的场所，通常充换电站的电池架上密集存放有数个由锂离子电池组成的电池包，一旦某个电池包发生热失控，锂离子电池中的反应物便会在电池包内发生燃烧反应烧穿金属外壳，进而剧烈燃烧的火焰、电解液和反应的产物喷射到外部，很容易将火势蔓延到其他电池上，带来重大损失。为避免上述事故发生，增强充换电站的安全性，现有技术中，通常电池包内还设置有用于实时监测锂离子电池的工作状态的电池管理系统(BMS)，以便在锂离子电池出现热失控或燃烧时启动应急措施，将热失控的电池及时输送到特定位置，如输送到充换电站外的隔离沙箱中进行隔离处理。虽然上述方法一定程度上提高了充换电站的安全性，但不可避免地也存在以下问题：从检测到电池包出现热失控或燃烧到将电池包运输至充换电站外进行隔离的时间过长，如果电池包在运输过程中出现燃烧或爆炸，那么后果将不堪设想。也就是说，现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在灭火效率低的问题。

相应地，本领域需要一种新的用于电池包的灭火装置来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在的灭火效率低的问题，本实用新型提供了一种用于电池包的灭火装置，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，所述灭火容器的下表面设置有连接框，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔设置为允许所述电池包嵌入其中；所述灭火容器的下表面还设置有阀机构，所述阀机构设置为能够在外力的顶升下打开。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述阀机构包括阀盖和推杆，所述灭火容器的下表面对应地开设有阀孔，所述阀盖盖设在所述阀孔上，所述推杆与所述阀盖连接后从所述阀孔伸出。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述阀孔内还设置有限位管，所述限位管通过多根连接筋与所述灭火容器的下表面连接，所述限位管设置为允许所述推杆穿出以及能够对嵌入所述容纳腔的所述电池包进行限位。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述阀盖靠近所述阀孔的一侧或所述阀孔靠近所述阀盖的一侧设置有密封圈。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述连接框围设形成的形状与所述电池包的上表面形状相同。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述灭火装置还包括沿所述连接框的内壁周向设置的密封垫。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述密封垫的厚度沿所述电池包嵌入所述容纳腔的方向逐渐增大。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述灭火容器还设置有通风口，所述通风口内设置有排风扇。

本实用新型还提供了一种用于电池包的灭火系统，所述灭火系统包括电池升降机构、卡锁机构以及至少一个上述方案中任一项所述的用于电池包的灭火装置，所述卡锁机构设置为在锁合时能够使所述灭火装置卡置于其上，所述电池升降机构设置为能够使位于其上的电池包嵌入所述灭火装置的容纳腔。

在上述用于电池包的灭火系统的优选技术方案中，所述灭火系统还包括换电机器人，所述换电机器人设置为能够将嵌入灭火装置的电池包运送至隔离位置。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，灭火容器具有下表面，灭火容器的下表面设置有连接框，该连接框与灭火容器的下表面围设形成容纳腔，该容纳腔设置为允许电池包嵌入其中；灭火容器的下表面还设置有阀机构，阀机构设置为能够在外力的顶升下打开。通过在灭火容器的下表面设置连接框和阀机构，实用新型能够在电池包热失控时，先将电池包快速嵌入灭火容器的容纳腔，然后再进一步将电池包运送至隔离位置进行处理。在电池包嵌入容纳腔的过程中，电池包顶升阀机构并将阀机构打开，进而阀机构中的灭火剂流入灭火容器的下表面与电池包上表面之间的空间中。这样一来，在电池包出现燃烧时，电池包的上部被烧穿并向外喷射出火焰和部分电解液，此时灭火剂能够通过烧穿处迅速进入电池包内部以稀释和冷却电池包内的燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。也就是说，通过上述设置方式，本实用新型解决了现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在的灭火效率低的问题，大幅提高了灭火效率与灭火安全性。并且由于灭火容器的结构简单、成本低，因此本实用新型还适于大规模推广应用。

附图说明

下面参照附图并结合充换电站来描述本实用新型的用于电池包的灭火装置。附图中：

图1为本实用新型的用于电池包的灭火装置的结构示意图(一)；

图2为本实用新型的用于电池包的灭火装置的结构示意图(二)；

图3为本实用新型的用于电池包的灭火装置的剖视示意图；

图4为图3的A向示意图；

图5为图3中B处的局部放大图；

图6为本实用新型的用于电池包的灭火系统的结构示意图；

图7为本实用新型的用于电池包的灭火系统的卡锁机构的结构示意图；

图8A为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(一)；

图8B为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(二)；

图8C为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(三)。

附图标记列表

1、灭火装置；11、灭火容器；111、灭火容器的下表面；112、阀孔；113、限位管；114、连接筋；13、连接框；14、阀机构；141、阀盖；142、推杆；15、通风口；16、排风扇；17、密封垫；2、电池架；3、电池包；4、升降机构；5、卡锁。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中的通风口设置成截面为圆形的筒状结构，但是这种设置形式非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。如通风口还可以设置成截面为方形或矩形的筒状结构等。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

首先参照图1、图2和图3，其中，图1为本实用新型的用于电池包的灭火装置的结构示意图(一)；图2为本实用新型的用于电池包的灭火装置的结构示意图(二)；图3为本实用新型的用于电池包的灭火装置的剖视示意图。

如图1、图2和图3所示，本实用新型的用于电池包的灭火装置1主要包括存放有灭火剂(图中未示出)的灭火容器11，灭火容器11的下表面111设置有连接框13，连接框13与灭火容器11的下表面111围设形成容纳腔，该容纳腔设置为允许电池包嵌入其中。灭火容器11的下表面111还设置有阀机构14，阀机构14设置为能够在外力的顶升下打开。举例而言，电动汽车的电池包通常大致为板状长方体的结构，因此本实用新型的灭火容器11优选地可以设置为与电池包的上表面形状大致相同的长方体的水箱，水箱内装有水(即灭火剂)，并且水箱的四个侧面同时向下延伸围设形成连接框13，连接框13与水箱下表面围设形成的容纳腔，容纳腔的形状与电池包的上表面的形状相同，以使电池包恰好嵌入其中。水箱的下表面还设置有阀机构14，阀机构14可以在外力的顶升下通过相对于水箱向上移动而处于打开状态，进而水箱内的水能够通过阀机构14的打开而流出。

当电池包出现热失控时，使电池包嵌入到水箱下表面的容纳腔中，在电池包嵌入容纳腔的过程中，电池包顶升阀机构14并将阀机构14打开，进而阀机构14中的水流入水箱下表面与电池包上表面之间的空间中。如果电池包进一步出现燃烧时，电池包的上部被烧穿并向外喷射出火焰和部分电解液，此时灭火剂能够通过烧穿处迅速进入电池包内部以稀释和冷却电池包内的燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。

从上述描述可以看出，通过在水箱的下表面设置阀机构14和连接框13、水箱与连接框13形成的容纳腔恰好使电池包嵌入的设置方式，本实用新型的灭火系统能够对热失控的电池可能产生的燃烧进行有效地预防，并且在电池包产生燃烧时，能够有效避免由于燃烧反应物喷出或火势蔓延而导致的爆炸等现象发生。并且由于水箱的结构简单、成本低，因此本实用新型适于大规模推广应用。

当然，水箱的具体形式和形状并非一成不变，在不偏离本实用新型原理的条件下，本领域技术人员能够对其进行调整，以便适应更加具体的应用场景。例如，水箱还可以为正方体或其他不规则形状，只要水箱的下表面至少能完全覆盖电池包的上表面即可。连接框13可以不和水箱的侧面一体成型，还可以采用粘接等，如在水箱的下表面的面积大于电池的上表面的情形下，连接框13的大小只需参照电池包的上表面进行设置即可。再如，连接框13的围设形成的形状不必与电池包的上表面的形状完全相同，只要该形状能够使电池包顺利嵌入即可，以使本实用新型的灭火装置11能够适用于各种不同类型的电池包。再例如，灭火剂还可以选择其他流动性好的液体灭火剂或者颗粒状灭火剂等。

进一步参照图1、图2和图3，在一种可能的实施方式中，阀机构14包括横截面为圆形的阀盖141和柱状的推杆142，推杆142设置在阀盖141的下表面中心处并与阀盖141一体成型或焊接到一起。对应地，水箱的下表面开设有圆形的阀孔112，阀孔112的表面积稍小于阀盖141，以便阀盖141能够盖在阀孔112上。阀孔112的中心位置还设置有限位管113，限位管113通过四根连接筋114与水箱的下表面固定连接(如焊接)，四根连接筋114将阀孔分隔成四个扇形孔。连接好后，限位管113位于阀孔112的中心，阀盖141盖在阀孔112上，推杆142伸出阀孔112并从限位管113穿出。电池包在嵌入水箱底部的容纳腔时，一方面电池上表面顶升推杆142使阀盖141上升，从而使水箱中的水流出；另一方面，在电池包顶升的过程中限位管113对电池包进行限位，从而在水箱的下表面和电池包的上表面之间形成一定的储水空间。更加优选地，阀盖141的下表面或者阀孔112上侧的周围还设置有密封圈(图中未标出)，在阀盖141盖在阀孔112上时，通过密封圈保证水箱中的水不外漏。

下面参照图4和图5，其中，图4为图3的A向示意图；图5为图3中B处的局部放大图。

如图4和图5所示，在一种可能的实施方式中，沿连接框13的内壁周向还设置有密封垫17。优选地，该密封垫17为耐高温、略带弹性的楔形防水橡胶垫，并且该防水橡胶垫的厚度沿电池的嵌入方向逐渐增大。按照图5所示方位，即防水橡胶垫的厚度由下向上依次增大。这样一来，在电池包嵌入容纳腔时，防水橡胶垫能够通过产生形变而使电池包进入容纳腔的部分与外界完全密封，进而在阀机构14打开时，水箱中的水能够储存于水箱下表面和电池包上表面之间的空间中不外漏。并且这样的设置好处还在于，在电池包产生燃烧时，使灭火过程完全封闭，避免由于燃烧反应物喷出或火势蔓延而导致的二次爆炸等现象发生，提高装置的灭火效率与安全性。

此处需要说明的是，推杆142的长度需要小于连接框13的高度，这样设置的原因在于能够在电池包嵌入容纳腔时，先使电池包与防水橡胶垫接触，使防水橡胶垫先通过形变与电池包进行密封，然后电池包再顶升推杆142，使水箱中的水流出，以避免水箱中的水外漏。

当然，密封垫17的材料、形式等设置方式并不唯一，在不偏离本实用新型原理的前提下，本领域技术人员可以对其做出调整，以便其适应更加具体的应用场景。

返回参照图1和图3，在一种更为优选的实施方式中，为了及时将灭火后的电池包中的有毒有害气体排出，水箱的上表面还可以设置通风口15，如通风口15可以设置成横截面为圆形或矩形的筒状结构，并且在筒状结构中设置排风扇16以增加排风效果。

接下来参照图图6和图7，对本实用新型的用于电池包的灭火系统进行阐述。其中，图6为本实用新型的用于电池包的灭火系统的结构示意图；图7为本实用新型的用于电池包的灭火系统的卡锁机构的结构示意图。

如图6和图7所示，本实用新型还提供了一种用于电池包3的灭火系统，该灭火系统包括电池升降机构4、换电机器人(图中未示出)、卡锁机构以及至少一个上述的用于电池包3的灭火装置1。其中，卡锁机构设置于电池架2上或临近电池包3的其他置物架上，卡锁机构设置为在锁合时能够使灭火装置1卡置于其上(参照图7)，电池升降机构4设置为能够使电池包3嵌入灭火装置1的容纳腔，换电机器人设置为能够将嵌入灭火装置1的电池包3运送至隔离位置。

参照图6和图7，仍以灭火容器11为水箱为例，卡锁机构可以为分别安装于两个电池架2的顶部边缘的四个卡锁5，四个卡锁5能够通过承托的方式使水箱悬置在两个电池架2之间。当然，卡锁机构的具体形式和卡锁的数量并非唯一，本领域技术人员还可以对其调整，只要该卡锁机构满足能够将水箱卡置于其上的条件即可。例如卡锁5的数量还可以为6个或更多，卡锁机构还可以为能够与水箱吸合的电磁锁、夹具或卡爪等。

电池升降机构4可以为剪式驱动架(即图5中所示)、丝杠导轨机构或链式驱动架，其可以将热失控的电池抬升至水箱的底部，并使电池嵌入水箱底部的容纳腔；或者电池升降机构4还可以为充换电站内设置的机械臂，其能够在卡锁机构打开时(即四个卡锁5同时打开时)控制水箱从电池包3的上方向下移动，最终使电池包3嵌入水箱底部的容纳腔中。换电机器人可以为充换电站内用于运输电池的换电小车，其能够将与实现嵌入好的电池快速运送至隔离位置。其中，隔离位置可以为在充换电站内/外设置的专用于处理热失控的电池包3的位置，并且该位置设置有隔离装置，如充换电站内/外设置的隔离沙箱等。

下面参照图8A、图8B和图8C，并结合图6和图7，对灭火系统的工作流程进行简要介绍。其中，图8A为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(一)；图8B为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(二)；图8C为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(三)。

参照图8A至图8C并结合图5和图6，仍以灭火机构为水箱为例，本实用新型的用于电池包3的灭火系统的一次完整的工作流程可以为：

当BMS检测到电池包3由于短路、过充、过放或其他问题出现热失控时，在电解液发生燃烧之前，充换电站的主控系统控制电池架2的转运装置(图中未示出，如传输带或动力辊筒组等)将电池包3从电池架2转运至电池升降机构4上，然后主控系统控制电池升降机构4举升电池包3在并使电池包3嵌入水箱底部的容纳腔；在嵌入过程中，电池包3顶升阀机构14的推杆142，推杆142带动阀盖141上移，将阀机构14打开，水箱内的水进入水箱下表面和电池上表面之间的空间内储存；电池包3嵌入水箱后，主控系统控制四个卡锁5打开，升降机将结合在一起的水箱和电池包3一同降下，并同时打开排风扇16进行排气，等待充换电站工作人员对电池包3进行处理；或者在电池升降机构4将结合在一起的水箱和电池包3一同降下后，进一步控制电池升降机构4将嵌入水箱的电池包3放置在换电小车上(如通过电池升降机构4上设置的传输带或动力辊筒组等实现电池的转运)，由换电小车将电池包3连同水箱一同送至换电站外的隔离位置进行处理。在上述过程中，电池包3可能出现燃烧，当电池包3上部被烧穿并向外喷射出燃烧产物和少量反应物时，由于电池燃烧通过烧穿的空洞向外喷射燃烧产物及少量反应物并非完全均匀、恒压喷射，因此处于水箱下表面和电池上表面之间的水便能迅速进入电池包3，稀释冷却燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。

从上述描述可以看出，通过在充换电站内合理设置水箱，并充分利用充换电站中的现有装置和机构，本实用新型的灭火系统不仅缩短了电池包3出现热失控时系统的响应时间，提高了灭火效率和充换电站安全性，而且还大大节约了灭火系统的设置成本，有利于灭火系统的大规模实施和推广。

最后需要说明的是，虽然本实施方式是结合充换电站进行描述的，但这仅仅用来阐述本实用新型的原理，并非旨在于限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员有理由将本实用新型应用于其他储存有电池包3的应用场景，如应用于电池仓库、储能站等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，所述灭火容器的下表面设置有连接框，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔设置为允许所述电池包嵌入其中；所述灭火容器的下表面还设置有阀机构，所述阀机构设置为能够在外力的顶升下打开。

2.根据权利要求1所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述阀机构包括阀盖和推杆，所述灭火容器的下表面对应地开设有阀孔，所述阀盖盖设在所述阀孔上，所述推杆与所述阀盖连接后从所述阀孔伸出。

3.根据权利要求2所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述阀孔内还设置有限位管，所述限位管通过多根连接筋与所述灭火容器的下表面连接，所述限位管设置为允许所述推杆穿出以及能够对嵌入所述容纳腔的所述电池包进行限位。

4.根据权利要求3所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述阀盖靠近所述阀孔的一侧或所述阀孔靠近所述阀盖的一侧设置有密封圈。

5.根据权利要求1所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述连接框围设形成的形状与所述电池包的上表面形状相同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述灭火装置还包括沿所述连接框的内壁周向设置的密封垫。

7.根据权利要求6所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述密封垫的厚度沿所述电池包嵌入所述容纳腔的方向逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的用于电池包的灭火装置，其特征在于，所述灭火容器还设置有通风口，所述通风口内设置有排风扇。

9.一种用于电池包的灭火系统，其特征在于，所述灭火系统包括电池升降机构、卡锁机构以及至少一个权利要求1至8中任一项所述的用于电池包的灭火装置，所述卡锁机构设置为在锁合时能够使所述灭火装置卡置于其上，所述电池升降机构设置为能够使位于其上的电池包嵌入所述灭火装置的容纳腔。

10.根据权利要求9所述的用于电池包的灭火系统，其特征在于，所述灭火系统还包括换电机器人，所述换电机器人设置为能够将嵌入灭火装置的电池包运送至隔离位置。