ES2963900T3 - Dispositivo de extinción de incendios - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de extinción de incendios (8) para extinguir un incendio en un paquete de baterías, tal como un paquete de baterías de iones de litio (7), comprendiendo dicho dispositivo (8) dicho paquete de baterías (7) y un sistema de gestión térmica. sistema (5) que comprende un circuito de líquido (13) para hacer circular un líquido para controlar la temperatura de dicho paquete de baterías (7). El circuito de líquido (13) comprende al menos una abertura (25) que está cerrada por un miembro de sellado (35).) que comprende una porción fusible (43), en donde dicha porción fusible (43) está configurada para fundirse cuando se expone a una temperatura superior a una temperatura de activación predeterminada, permitiendo así que se descargue líquido de dicho circuito de líquido (13) a través de dicha abertura (25). para enfriar una parte de dicho paquete de baterías (7) en caso de un aumento anormal de temperatura cerca de dicha abertura (25). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de extinción de incendios
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a una disposición de extinción de incendios para suprimir un incendio en un paquete de baterías, tal como un paquete de baterías de iones de litio. La disposición comprende un paquete de baterías y un sistema de gestión térmica que comprende un circuito de líquido para hacer circular un líquido para controlar la temperatura de dicho paquete de baterías.
Técnica antecedente
Los paquetes de baterías recargables, tales como los paquetes de baterías de iones de litio, se usan ampliamente en vehículos eléctricos para suministrar energía a uno o más motores eléctricos. Durante la carga y la descarga de dicho paquete de baterías se genera calor en el interior de las celdas de batería del paquete de baterías. Con el fin de garantizar un rendimiento apropiado de la batería y evitar el embalamiento térmico, la temperatura de la batería es controlada normalmente por un sistema de gestión térmica que mantiene la temperatura en las celdas de batería individuales en el interior de un determinado intervalo de temperatura. Un intervalo de temperatura típico es de 25-35°C y se usan diversos agentes y métodos de refrigeración.
Aunque los paquetes de baterías estén provistos de dicho sistema de gestión térmica, existe el riesgo de embalamiento térmico e incendio. Para abordar este problema, pueden usarse medidas de seguridad en los sistemas de carga y los paquetes de baterías. Una de dichas medidas es un sistema de extinción de incendios automático instalado cerca del paquete de baterías.
Sin embargo, los sistemas conocidos se consideran voluminosos y/o complejos.
El documento US 2019/0077276 A1 describe un sistema de control de temperatura para paquetes de baterías de vehículos eléctricos. El sistema comprende una placa fría con aberturas selladas mediante insertos. Los insertos pueden fundirse para permitir la liberación de refrigerante desde un canal de refrigerante de la placa fría.
El documento US 2010/0136391 A1 describe un sistema de mitigación de embalamiento térmico activo que comprende un conducto que contiene fluido. El conducto tiene varios puntos de ruptura que permiten que el fluido en el interior del conducto se descargue a través de aberturas durante un evento de embalamiento térmico.
El documento US 2016/0204483 A1 describe un sistema de baterías que incluye un sistema de refrigeración pasivo configurado para generar un flujo de un refrigerante líquido a través del sistema de baterías. El sistema de refrigeración comprende una aleta de refrigeración que tiene una abertura que se llena con un material fundible. El material fundible evita que el refrigerante líquido salga de la aleta de refrigeración a temperaturas por debajo de una temperatura umbral. Cuando alcanza la temperatura umbral, el material fundible se funde y permite que el refrigerante salga y humedezca una celda de batería caliente.
El documento WO 2018/137374 A1 describe un dispositivo de refrigeración de batería mediante líquido. El dispositivo de refrigeración de batería comprende una placa de refrigeración mediante líquido provista de orificios pasantes que están sellados por un material que se funde cuando una batería correspondiente a uno de los orificios pasantes sellados experimenta de esta manera un embalamiento térmico.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de extinción de incendios mejorada para suprimir un incendio en un paquete de baterías.
Este y otros objetos que serán evidentes a partir del sumario y de la descripción siguientes se consiguen mediante una disposición de extinción de incendios según las reivindicaciones adjuntas. El dispositivo de refrigeración de batería mediante líquido proporciona una función de refrigeración normal cuando una batería funciona normalmente y funciona como un dispositivo de extinción de incendios cuando la batería experimenta un embalamiento térmico.
Según un aspecto de la presente divulgación, se proporciona una disposición de extinción de incendios para suprimir un incendio en un paquete de baterías, tal como un paquete de baterías de iones de litio, cuya disposición comprende un paquete de baterías y un sistema de gestión térmica que comprende un circuito de líquido para hacer circular un líquido para controlar la temperatura del paquete de baterías. El circuito de líquido comprende al menos una abertura que está cerrada por un miembro de sellado que comprende una parte fusible, en el que dicha parte fusible está configurada para fundirse cuando se expone a una temperatura por encima de una temperatura de activación predeterminada, permitiendo de esta manera que el líquido se descargue desde dicho circuito de líquido a través de dicha abertura para enfriar dicho paquete de baterías en el caso de un aumento de temperatura anormal cerca de dicha abertura.
El sistema de gestión térmica puede comprender una bomba de líquido dispuesta para hacer circular el líquido a través del circuito de líquido y una unidad de intercambio de calor. Durante el funcionamiento normal del paquete de baterías, el líquido que circula en el circuito de líquido sirve para regular la temperatura para que permanezca en un intervalo deseado para un rendimiento y una vida útil óptimos del paquete de baterías. Además, el líquido circulante sirve para reducir una distribución desigual de la temperatura a lo largo del paquete de baterías. Además, durante el funcionamiento normal del sistema de gestión térmica, es decir, cuando enfría o calienta el paquete de baterías, normalmente hay una sobrepresión interna en el circuito de líquido. Bajo condiciones normales, la parte fusible del miembro de sellado actúa como un tapón de cierre que, siempre y cuando la temperatura en el paquete de baterías esté por debajo de la temperatura de activación, previene que el líquido se descargue desde la abertura en la que está dispuesto. Si la temperatura en la abertura alcanza la temperatura de activación, la parte fusible del miembro de sellado se funde, lo que abre la abertura. A continuación, el líquido se descarga a través de la abertura. Cuando la parte fusible se ha fundido, la abertura forma de esta manera un orificio de drenaje a través del cual se descarga el líquido del sistema de gestión térmica, por ejemplo, por la presión interna en el circuito de líquido.
La disposición de extinción de incendios permite un sistema de refrigeración/calefacción y de extinción de incendios combinado. De esta manera, puede conseguirse una solución muy eficiente en lo que se refiere a espacio y a costes. Además, dicha solución combinada permite una solución que es fácil de instalar y que puede retroadaptarse en un vehículo, tal como un autobús eléctrico, de una manera fácil.
Además, se proporciona una disposición de supresión muy eficiente, ya que el líquido, tal como el refrigerante, puede descargarse en la ubicación donde más se necesita. Además, se consigue un sistema muy robusto, ya que no se necesita un sistema de detección separado.
El miembro de sellado comprende una boquilla de pulverización de neblina, un paso de fluido y/o una abertura de descarga que está sellada por dicha parte fusible. Esta realización tiene la ventaja de que se consigue una extinción de incendios todavía más eficiente.
Según una realización, el circuito de líquido comprende varias aberturas, cada una de las cuales está sellada con un miembro de sellado que comprende una parte fusible. Esta realización permite una disposición todavía más eficiente, ya que las aberturas pueden distribuirse de manera que se detecte un aumento de temperatura anormal en cualquiera de las celdas de batería del paquete de baterías. De esta manera, un incendio en el paquete de baterías puede suprimirse en una etapa muy temprana. Si la temperatura en cualquier ubicación cerca de una abertura sellada alcanza la temperatura de activación, la parte fusible del miembro de sellado dispuesta en esa abertura se funde de esta manera y deja de actuar como un tapón. A continuación, se permite que el líquido se descargue a través de la abertura. Debido a que cada abertura se activa de manera independiente cuando se alcanza la temperatura de activación, el número de aberturas que funcionan se limita solo a aquellas cercanas al incendio, lo que maximiza la presión de descarga disponible en la ubicación de origen del incendio. El número de aberturas que se abrirán depende de la ubicación y del tamaño del incendio. Por lo tanto, pueden abrirse varias aberturas simultáneamente, o una después de la otra, ya que cada abertura se abre debido al calor generado por el fuego. Preferiblemente, cada uno de dichos miembros de sellado comprende una boquilla de pulverización de neblina y preferiblemente una boquilla capaz de pulverizar neblina en forma de líquido atomizado.
Según una realización, las aberturas se distribuyen a lo largo de toda la longitud del circuito de líquido. Preferiblemente, las aberturas se distribuyen uniformemente a lo largo de toda la longitud del circuito de líquido.
Según una realización, la temperatura de activación predeterminada está comprendida en el intervalo de 100-160°C, más preferiblemente 120-150°C y más preferiblemente 130-150°C.
Según una realización, la temperatura de activación predeterminada es de 100°C, más preferiblemente de 120°C y más preferiblemente de 135°C.
Según una realización, la parte fusible comprende bismuto y/o indio.
Según una realización, la disposición de extinción de incendios comprende además una carcasa configurada para alojar dicho paquete de baterías y dicho circuito de líquido.
Según una realización, el circuito de líquido forma una parte integral de dicha carcasa. Preferiblemente, el circuito de líquido forma una parte integral de una parte inferior de dicha carcasa.
Según una realización, la carcasa está formada en aluminio. Según una realización, la disposición de extinción de incendios comprende además un recipiente a presión conectado de manera fluida al sistema de gestión térmica mediante un conjunto de válvula. En esta realización, hay dispuesto un recipiente a presión para presurizar el circuito de líquido, y preferiblemente para suministrar líquido adicional, tal como agua, al circuito de líquido, cuando la parte fusible se ha fundido. En esta realización, el circuito de líquido y otras partes del sistema de gestión térmica están preferiblemente reforzados. Las partes del sistema de gestión térmica pueden estar configuradas, por ejemplo, para soportar una presión de al menos 70 bar, más preferiblemente de al menos 90 bar y más preferiblemente de al menos 100 bar, con el fin de ser capaces de distribuir líquido presurizado desde el recipiente a presión a la abertura o aberturas y/o a la boquilla o boquillas.
Según una realización, el conjunto de válvula comprende una válvula de liberación.
Según una realización, el conjunto de válvula comprende una válvula unidireccional.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de las reivindicaciones y de las realizaciones descritas a continuación, y se aclararán con referencia a las mismas.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, la invención se describirá más detalladamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 muestra un autobús eléctrico provisto de una disposición de extinción de incendios según una realización de la presente divulgación.
La Fig. 2 ilustra un paquete de baterías y un circuito de líquido de la disposición de extinción de incendios mostrada en la Fig. 1.
La Fig. 3 ilustra una parte del circuito de líquido de la disposición de extinción de incendios mostrada en la Fig. 1.
Las Figs. 4A-C sirven para ilustrar la función de la disposición de extinción de incendios mostrada en la Fig. 1.
La Fig. 5 ilustra una disposición de extinción de incendios según una segunda realización de la presente divulgación.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención
La Fig. 1 muestra un autobús 1 eléctrico provisto de un conjunto 3 de paquetes de baterías y un sistema 5 de gestión térmica. Cada uno de entre el conjunto 3 de paquetes de baterías y el sistema 5 de gestión térmica está montado en el techo del autobús 1 eléctrico.
El conjunto 3 de paquetes de baterías comprende tres paquetes de baterías idénticos, en forma de paquetes de baterías de iones de litio, en el que un primer paquete 7 es visible en la Fig. 1. Cada uno de los paquetes 7 de baterías está conectado a un motor eléctrico (no mostrado) del autobús 1 eléctrico. Tal como se ilustra en la parte en despiece de la Fig. 1, el primer paquete 7 de baterías comprende varios módulos 9 de batería, que están situados en una primera carcasa 11.
El sistema 5 de gestión térmica comprende un primer circuito 13 de líquido, que está dispuesto debajo del primer paquete 7 de baterías en la primera carcasa 11, un segundo circuito de líquido (no mostrado), que está dispuesto debajo del segundo paquete de baterías situado en una segunda carcasa 15, y un tercer circuito de líquido (no mostrado), que está dispuesto debajo del tercer paquete de baterías situado en una tercera carcasa 17.
El circuito 13 de líquido es una tubería que se extiende en zigzag hacia adelante y hacia atrás a través de la carcasa 11, tal como se ilustra en la Fig. 2.
El sistema 5 de gestión térmica comprende además un sistema 18 de tubería de alimentación, un sistema 19 de tubería de retorno, una unidad 21 de intercambio de calor y una bomba de líquido (no mostrada) dispuesta para hacer circular un líquido a través de cada uno de los circuitos 13 de líquido. El sistema 5 de gestión térmica sirve para controlar la temperatura de los paquetes 7 de baterías del conjunto 3 de paquetes de baterías. De esta manera, el sistema 5 de gestión térmica, que forma un sistema de refrigeración/calentamiento de líquido, está configurado para mantener cada paquete 7 de baterías a una temperatura en un determinado intervalo de temperatura, por ejemplo, 25-35°C. Entre el primer circuito 13 de líquido y el primer paquete 7 de baterías hay dispuesta una placa 23 de soporte perforada que soporta los módulos 9 de batería del primer paquete 7 de baterías y que protege la tubería 13 de circuito de líquido contra daños.
El primer circuito 13 de líquido comprende varias aberturas 25 que están distribuidas uniformemente a lo largo de toda la longitud del circuito 13 de líquido. Cada una de dichas aberturas 25 está sellada con un miembro de sellado que comprende una parte fusible. El primer paquete 7 de baterías y el sistema 5 de gestión térmica forman, conjuntamente, una disposición 8 de extinción de incendios según una realización de la presente divulgación.
Con referencia ahora a la Fig.2, el primer circuito 13 de líquido tiene una entrada 27 de líquido, a la que está conectada una tubería 29 de alimentación del sistema 18 de tubería de alimentación, y una salida 31 de líquido a la que está conectada una tubería 33 de retorno del sistema 19 de tubería de retorno.
Cada una de las aberturas 25 está sellada con un miembro de sellado que comprende una parte fusible. En esta realización, cada abertura 25 está sellada por un miembro de sellado en forma de una boquilla 35. De esta manera, hay una boquilla 35 dispuesta en cada una de las aberturas 25 del circuito 13 de líquido. Las boquillas 35 están atornilladas, por ejemplo, a la tubería 13 de circuito de líquido. En esta realización, las aberturas 25 están selladas por un miembro de sellado que comprende una boquilla 35. Sin embargo, se aprecia que la abertura o aberturas 25 pueden estar selladas por otro tipo de miembro de sellado, tal como un tapón fusible o una composición fusible. La disposición 8 de supresión, que está formada por el primer paquete 7 de baterías y el sistema 5 de gestión térmica, es capaz de suprimir un incendio y/o de prevenir un embalamiento térmico en el paquete 7 de baterías.
Con referencia ahora a la Fig. 3, cada boquilla 35 tiene un paso 37 de fluido con una parte 39 ahusada, tal como se observa en la dirección de fluido de la boquilla 35, y una abertura 41 de descarga. La parte 39 ahusada hace posible descargar líquido en forma de neblina, por ejemplo, en forma de agua atomizada. La abertura 41 de descarga de cada boquilla está sellada por una parte 43 fusible. En esta realización, la parte 43 fusible es una aleación que comprende bismuto y que tiene un punto de fusión de aproximadamente 140°C. Preferiblemente, la temperatura de activación predeterminada está comprendida en el intervalo de 135-145°C.
A continuación, con referencia a las Figs. 4A-C, se describirá la función de la disposición 8 de extinción de incendios.
La Fig. 4A ilustra un estado en el que el primer paquete 7 de baterías funciona a una temperatura comprendida en un intervalo de temperatura deseado. Típicamente, la temperatura en el paquete 7 de baterías está comprendida entonces en el intervalo de 25-35°C. A continuación, se hace circular líquido en el circuito 13 de líquido, tal como se ilustra mediante las flechas. De esta manera, el líquido se alimenta a través de la tubería 13 de circuito de líquido desde la entrada 27 y se desplaza, en zigzag, a la salida 31 del circuito 13 de líquido. A continuación, el calor puede eliminarse desde el paquete 7 de baterías a través de la unidad de intercambio de calor del sistema 5 de gestión térmica.
La Fig. 4B ilustra un incendio, ilustrado mediante las llamas, en las celdas 47 de batería de un módulo 9 de batería del paquete 7 de baterías. Entonces, las partes 43 fusibles de dos boquillas 35 se someten a un aumento de temperatura anormal.
Cuando la temperatura en las boquillas 35 excede una temperatura de activación preestablecida, en este caso 140°C, la parte 43 fusible en la boquilla 35 se funde, tal como se ilustra en la Fig. 4C, lo que abre la abertura 41 de descarga de la boquilla 35. A continuación, el líquido desde el circuito 13 de líquido se descarga a través de la abertura 41 de descarga de la boquilla 35, tal como se ilustra mediante las flechas en la Fig. 4c, al espacio en el que está situado el módulo 9 de batería para enfriar las celdas 47 de batería del mismo. De esta manera, se establece un paso de fluido desde el circuito 13 de líquido del sistema 5 de gestión térmica al área en la que hay un incendio debido al calor generado por el incendio en las celdas 47 de la batería. El líquido se descarga a través de las boquillas 35 como una neblina 49 en forma de líquido atomizado, tal como se ilustra en la parte superior de la Fig. 4C. La neblina enfría las celdas 47 de batería del módulo 9 de batería de una manera muy eficiente, lo que suprime el incendio.
En adelante, se describirá una disposición 108 de extinción de incendios según una segunda realización con referencia a la Fig. 5. Muchas características divulgadas en la primera realización están presentes también en la segunda realización con números de referencia similares que identifican características similares o iguales. Habiendo mencionado esto, la descripción se centrará en explicar las características diferentes de la segunda realización.
La segunda realización difiere de la primera realización en que la disposición 108 de extinción de incendios comprende un recipiente 51 a presión. El recipiente 51 a presión está dispuesto para presurizar y suministrar líquido adicional, en forma de líquido presurizado al circuito de líquido de la disposición 108 de extinción de incendios, en caso de incendio. Con este propósito, el recipiente 51 a presión puede llenarse con líquido, por ejemplo, agua u otro líquido de extinción, y gas de accionamiento a aproximadamente 100 bar. En esta realización, las partes del sistema 5 de gestión térmica, por ejemplo, las tuberías del sistema de tuberías de alimentación, el circuito de líquido y el sistema de tuberías de retorno, están reforzadas para poder soportar una presión de al menos 100 bar.
El recipiente 51 a presión está provisto de una válvula 55 de liberación y está conectado al circuito de líquido mediante un conjunto 53 de acoplamiento de tuberías, tal como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 5. La válvula 55 de liberación puede estar configurada para abrirse en respuesta a una caída de presión en un circuito de líquido de la disposición 108 de extinción de incendios y/o por un sistema de detección separado. De esta manera, el recipiente 51 a presión está dispuesto para la distribución de líquido presurizado desde el recipiente 51 a presión a una o más aberturas y/o boquillas de un circuito de líquido del sistema 5 de gestión térmica en el caso de incendio en un paquete 7 de baterías. En esta realización, un recipiente a presión provisto de una válvula de liberación está conectado de esta manera al circuito de líquido a través de un acoplamiento de tubería. Sin embargo, se aprecia que un recipiente a presión puede conectarse directamente al circuito de líquido mediante un conjunto de válvula, por ejemplo, mediante una válvula de liberación o una válvula unidireccional.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Disposición (8) de extinción de incendios para suprimir un incendio en un paquete de baterías, tal como un paquete (7) de baterías de iones de litio, en el que dicha disposición (8) comprende
dicho paquete (7) de baterías, y
un sistema (5) de gestión térmica que comprende un circuito (13) de líquido para hacer circular un líquido para controlar la temperatura de dicho paquete (7) de baterías,
caracterizado porque
dicho circuito (13) de líquido comprende al menos una abertura (25) que está cerrada por un miembro (35) de sellado que comprende una parte (43) fusible, en el que dicha parte (43) fusible está configurada para fundirse cuando se expone a una temperatura por encima de una temperatura de activación predeterminada, permitiendo de esta manera que el líquido se descargue desde dicho circuito (13) de líquido a través de dicha abertura (25) para enfriar una parte de dicho paquete (7) de baterías en el caso de un aumento de temperatura anormal cerca de dicha abertura (25), en el que dicho miembro de sellado comprende una boquilla (35) de pulverización de neblina, un paso (37, 39, 41) de fluido que está sellado por dicha parte (43) fusible.
2. Disposición (8) de extinción de incendios según la reivindicación 1, en la que dicho circuito (13) de líquido comprende varias aberturas (25), cada una de las cuales está sellada con un miembro (35) de sellado que comprende una parte (43) fusible.
3. Disposición de extinción de incendios según la reivindicación 2, en la que cada uno de dichos miembros de sellado comprende una boquilla de pulverización de neblina.
4. Disposición (8) de extinción de incendios según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha temperatura de activación predeterminada es de 100°C, más preferiblemente de 120°C y más preferiblemente de 135°C.
5. Disposición (8) de extinción de incendios según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha parte fusible comprende bismuto y/o indio.
6. Disposición de extinción de incendios según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha disposición de extinción de incendios comprende además una carcasa (11) configurada para alojar dicho paquete (7) de baterías y dicho circuito (13) de líquido.
7. Disposición de extinción de incendios según la reivindicación 6, en la que dicho circuito de líquido forma una parte integral de dicha carcasa (11).
8. Disposición (108) de extinción de incendios según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha disposición de extinción de incendios comprende además un recipiente (51) a presión conectado de manera fluida al sistema de gestión térmica mediante un conjunto (55) de válvula.
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