CN110559576A - 一种锂离子电池箱火灾抑制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池箱火灾抑制方法及***，包括步骤：S101：锂离子电池箱在初始正常工作时，采集电池箱内的环境参数；设定多种环境参数阈值，以不同环境参数组合判定锂离子电池箱是否发生热失控工况及所发生的热失控工况类型；S102：锂离子电池箱正常工作后，实时采集的电池箱内的环境参数；S103：将实时采集的各个环境参数与阈值进行对比分析，确定发生热失控工况及所发生的热失控工况类型，以触发自动灭火动作；S104：锂离子电池箱执行灭火操作时，实时采集电池箱内的环境参数，根据灭火过程中各环境参数的动态变化生成相应的灭火策略，以动态调整相应的灭火动作。本发明实现了对锂离子电池箱的续喷功能，全面抑制锂离子电池箱的火灾复燃。

Description

一种锂离子电池箱火灾抑制方法及***

技术领域

本发明涉及锂离子电池安全防护领域，具体涉及一种锂离子电池箱火灾抑制方法及***。

背景技术

锂离子电池具有容量大、循环寿命长、体积小、重量轻等优点，应用于较多场景。在新能源交通工具领域中，电源的动力电池要求具有较大的容量和电压，需要将多个单体电池装置于电池箱内，通过串、并联形成电池组来达到动力源的要求。多个电池箱组合构成的锂离子电池***，需要加强检测，减小或消除安全隐患。

锂离子电池由于能量密度高，以及电池本身的结构特点，一旦发生火灾不易扑灭，特别是对于批量电池集中放置的场地，比如电池箱、电池舱等，当电池开始燃烧时易引发连锁反应，引起相邻电池燃烧，既而酿成火灾，这种情况下燃烧电池的更不易扑灭。

对于锂离子电池箱/舱的燃烧，传统的扑灭技术为一次启动，且一次灭火结束后不能执行第二次灭火操作，然而，锂离子电池发送火灾被抑制灭火后，复燃的概率极高，如果有二次灭火动作，极大概率全面扑灭火灾，解决锂离子电池复燃的难题。传统灭火技术由于不能根据火势大小控制灭火剂的用量，经济性不高。

因此，需要一种能确保锂离子电池被高效彻底地扑灭，同时又能节省灭火剂的灭火方法。

发明内容

为解决现有技术中锂离子电池灭火技术中存在的一次抑制灭火后复燃且灭火剂用量存在浪费的技术问题。

本申请提供一种锂离子电池箱火灾抑制方法，所述方法包括如下步骤：

S101：所述锂离子电池箱在初始正常工作时，采集电池箱内的多种环境参数，根据采集的多种环境参数设定阈值，以利用不同环境参数组合判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型；

S102：所述锂离子电池箱正常工作后，实时采集的电池箱内的多种环境参数，以对各个环境参数的变化进行分析；

S103：将实时采集的各个环境参数与相应阈值进行对比，判断是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型，以触发相应的自动灭火动作；

S104：所述锂离子电池箱执行灭火操作时，实时采集电池箱内的多种环境参数，根据灭火过程中各个环境参数的动态变化生成相应的灭火策略，以动态调整相应的灭火动作。

进一步地，所述多种环境参数可以是但不限于火焰强度、温度、温度突变、烟雾浓度、有毒气体浓度；通过将采集到的各个环境参数与设定阈值进行比较分析，综合判断电池箱内是否发生热失控工况。

进一步地，在S101中，所述热失控工况类型包括建立不同类型的环境参数组合且满足任意一种类型的环境参数组合中的所有环境参数超出设定阈值或达到最大允许门限。

进一步地，在S103中，触发灭火动作的条件中包括各个环境参数超出相应的阈值或达到最大允许门限，且满足所述热失控工况类型中的任意一种环境参数组合。

进一步地，在S104中，所述灭火策略包括判断是否执行灭火动作以及判断是否停止灭火动作。

进一步地，在S104中，判断是否执行灭火动作包括：动态变化的环境参数触发热失控工况类型重新达成或者触发达成新的热失控工况类型。

进一步地，在S104中，判断是否停止灭火动作包括：执行灭火动作后灭火动作达到单次启动的最大时间或者热失控工况类型中的任意一种环境参数未达到设定阈值。

进一步地，所述灭火策略还包括设置每次喷射灭火剂用量、喷射时长以及喷射时间间隔

依据该方法，本发明提供了一种锂离子电池箱火灾抑制***，包括：火灾探测单元、控制电路、灭火单元；所述控制电路中设有灭火控制程序；

所述火灾探测单元包括多种传感器，用于实时采集锂离子电池箱内的环境参数，并将相应的环境参数反馈给所述控制电路；

所述控制电路，根据锂离子电池箱初始正常工作时的多种环境参数设定阈值，用于与实时采集的环境参数进行对比分析，且各个环境参数超出阈值或达到最大允许门限时输出相应的报警信号发送给所述灭火控制程序；所述灭火控制程序中设有多种触发执行灭火指令的报警信号组合；以不同环境参数组合对应的报警信号组合判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型，所述灭火控制程序根据热失控工况触发向所述灭火单元发送执行灭火指令，并在执行灭火操作时，实时采集电池箱内的环境参数，根据各个环境参数的动态变化调整灭火策略，以调整相应的灭火动作；

灭火单元，接收灭火指令，并执行灭火动作。

进一步地，所述传感器可以是但不限于火焰传感器、高温传感器、温度突变传感器、烟雾传感器、有毒气体传感器。

进一步地，所述灭火单元采用但不局限于全氟己酮灭火剂。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

(1)适用于不同类型的锂离子电池箱；

(2)综合不同类型的环境参数组合，对各个环境参数设定阈值，当满足任意一种类型的环境参数组合中的所有环境参数超出阈值时，触发自动启动灭火动作；

(3)对灭火操作时环境参数的动态变化实时分析，以调整相应的灭火策略，从而动态调整灭火动作；

(4)可根据变化的环境参数调整灭火剂的喷射用量、喷射时长以及时间间隔，实现分时段精确灭火，在有效灭火的同时最大限度地节约灭火剂的使用。

附图说明

结合附图，更为完整地理解本发明的实施方式：

图1为结合本发明的一种锂离子电池箱火灾抑制方法流程图；

图2为结合本发明的一种锂离子电池箱火灾抑制***的结构示意图；

图3为本发明中结合闭合数据处理模型的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步理解，然而，本发明可以通过不同的形式来实施，并且不局限于本发明描述的实施方式，提供这些实施方式是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

参考图1为发明的一种锂离子电池箱火灾抑制方法流程图；从S101开始。

在S101中，锂离子电池箱在初始正常工作时，采集电池箱内的多种环境参数，并根据采集的多种环境参数设定阈值，以利用不同环境参数组合以判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型。具体地，在锂离子电池箱在初始正常工作时，采集并预存电池箱内的环境参数；根据预存的各个环境参数设定阈值，环境参数可以是但不限于火焰强度、温度、温度突变、烟雾浓度以及有毒气体浓度。对应各个环境参数设置相应的探测方式，以实现稳定采集各个环境参数。因此当锂离子电池箱刚开始正常工作时，将电池箱内的各个环境参数作为参考基值，便于设定阈值以及环境参数变化做参考。

其中，对环境参数的探测不局限于上述的几种，且针对有毒气体浓度的采集检测，常见可采集的有毒气体有一氧化碳气体、电解液泄漏的气体。可以对锂离子电池箱内部电解液的泄漏的湿度等等的环境参数进行测量。

多种环境参数可以是但不限于火焰强度、温度、温度突变、烟雾浓度、有毒气体浓度；通过将采集到的各个环境参数与设定阈值进行比较分析，综合判断电池箱内是否发生热失控工况。

因此，关于热失控工况类型包括建立不同类型的环境参数组合且满足任意一种类型的环境参数组合中的所有环境参数均超出设定阈值或达到最大允许门限。

在S102中，锂离子电池箱正常工作后，实时采集的电池箱内的多种环境参数，以对各个环境参数的变化进行分析；

通常，锂离子电池箱应用于新能源交通工具，而常用交通工具采用的功率型的锂离子电池单体容量一般大于100Ah，其在正常工作时电池箱内小于55℃,在高温或者大倍率充放电条件下,高能电极的放热和可燃性有机溶剂温度的上升将引起一系列副反应的发生,最终导致热失控和电池的燃烧或者***。除其自身化学反应因素导致热失控外,一些人为因素如过热、过充、机械冲击导致的短路同样也会导致锂离子电池的热不稳定从而造成安全事故的发生。因此需要实时采集电池箱内的环境参数，以判断当前电池箱内的环境参数是否是发生热失控时的环境参数。

在S103中，将实时采集的各个环境参数与相应阈值进行对比，判断是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型，以触发相应的自动灭火动作。主要针对S102种实时采集的环境参数与S101种设定的阈值进行对比分析，可理解为，锂离子电池箱在初始正常工作时以及正常工作后，电池箱内变化的环境参数是否发生热失控工况，同时根据各个环境参数判断满足的热失控工况类型，以触发自动启动灭火动作；也可以理解为设定多种类型的环境参数组合用于触发灭火条件。即，任意一种类型的环境参数组合中的环境参数均超过预设的阈值达到最大允许门限，且对于超出阈值的环境参数组合易引发火灾，因此综合设置生成触发启动灭火动作的条件。

触发灭火动作的条件中包括各个环境参数超出相应的阈值或达到最大允许门限，且满足热失控工况类型中的任意一种环境参数组合。

在S104中，锂离子电池箱执行灭火操作时，实时采集电池箱内的多种环境参数，根据灭火过程中各个环境参数的动态变化生成相应的灭火策略，以动态调整相应的灭火动作。具体地，在锂离子电池箱执行灭火操作时，实时采集电池箱内的环境参数，根据灭火过程中各个环境参数的动态变化生成灭火策略，目的用于判断是否继续执行相应的灭火动作以实现火灾抑制。

灭火策略包括判断是否执行灭火动作以及判断是否停止灭火动作。具体地，判断是否执行灭火动作包括：动态变化的环境参数触发热失控工况类型重新达成或者触发达成新的热失控工况类型；判断是否停止灭火动作包括：执行灭火动作后灭火动作达到单次启动的最大时间或者热失控工况类型中的任意一种环境参数未达到设定阈值。

因此，在触发灭火启动条件达成时，执行灭火动作。同时实时采集各个环境参数。比如，当执行灭火动作达到单次启动最大时间时，或者热失控工况类型中的某一环境参数未达到触发条件，即低于设定阈值时，停止灭火动作。

当执行灭火动作未达到单次启动最大时间时或者热失控工况类型中的任意一项均满足触发执行灭火条件时，继续执行灭火动作。

在停止灭火动作后，环境参数动态变化中，且在各个环境参数的动态变化中，某一低于阈值的环境参数超出阈值后触发重新达成触发执行灭火条件或者满足新的热失控工况类型，执行灭火动作。

在停止灭火动作后，环境参数动态变化中，但是环境参数不能满足低于相应阈值，不满足热失控工况类型或者不满足其他热失控工况类型，因此，继续停止灭火动作。

其中，关于灭火策略本实施方式中可包括设置灭火剂每次喷射用量、喷射时长以及喷射时间间隔等，当然还可以包括其他。

针对设定环境参数阈值，实时采集的环境参数以不同环境参数组合判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型的具体实施方式采用如下方法：

比如，包括如下的多种环境参数(对各个环境参数设置变化)：A.火焰探测、

B.高温探测、C.温度突变探测、D.烟雾探测、E.有毒气体探测。

A.火焰探测：探测到火焰或火光信号持续时间T_flame>T_{flame_limit}，对应输出有效火焰报警信号。其中，T_flame为当前火焰持续时间，T_{flame_limit}为预设阈值中火焰持续时间。

B.高温探测：探测到温度T_temp>T_{temp_limit}，对应输出高温报警信号。其中，T_temp为当前温度，T_{temp_limit}为预设阈值中的温度。

C.温度突变探测：探测到温度超过锂离子电池箱正常工作时的温度(55℃)，且每秒温度上升超过dT/dt≥1℃/s，且持续10s以上，即在10s内温度上升超过10℃，对应输出温度突变报警信号。其中，dT/dt为温度变化率。

D.烟雾探测：将锂离子电池箱在初始化时的烟雾浓度值置为S_q0，约定实时测量烟雾浓度值为S_q1通过以下两种类型触发报警信号：

(1)S_q1>S_q0+S_{q_add}；(S_{q_add}为设定的允许烟雾报警差值)

(2)S_q1>S_{q_max}；

即烟雾浓度变化值超标或达到最大允许门限则输出烟雾报警。

E.有毒气体探测：将锂离子电池箱在初始化时的有毒气体的浓度值为G_q0，约定实时测量气体浓度值为Gq1通过以下两种类型触发报警信号：

(1)G_q1>G_q0+G_{q_add}；(G_{q_add}为设定的允许烟雾报警差值)

(2)G_q1>G_{q_max}；

即气体浓度变化值超标或达到最大允许门限则输出气体报警。

当发生比如ABD/ABE/ACD/ACE/BDE/CDE等状态时即判断为热失控工况，同时通过这种方式，当某一组合中任意一项失效时，即任意一探测传感元件失效时，其余组合的探测方式均能保证探测器仍能在特定状态下触发灭火器启动。

即，对采集的各个环境参数与预设的环境参数单独进行对比，以达到任意一种组合时触发执行灭火操作条件。且对采集的各个环境参数与其设定阈值进行对比，超出设定阈值时，输出报警信号，综合多种报警信号组合中的任意一种触发执行灭火操作条件。

另外，触发灭火动作的条件包括所述环境参数中的火焰强度、温度、温度突变、烟雾浓度以及有毒气体浓度中的多种环境参数的任意组合中的一种。执行灭火操作后还包括实时采集动态的环境参数与设定阈值判断比较，判断变化后的环境参数对应的报警信号组合是否满足灭火启动条件以判断是否继续灭火动作。当然，灭火策略包括设置每次喷射灭火剂用量、喷射时长以及喷射时间间隔。

因此，结合上述具体实施方式中，参考图3可知，以BDE环境参数组合为例，输出的相应的警报信号后触发灭火启动操作，当执行灭火动作达到单次启动最大时间t_{ex_max}，或者灭火启动报警信号组合中的任意一项未发送，如B未达成时，停止灭火操作，当B达到满足报警条件或者满足另一种启动组合后，再次启动灭火动作。从而实现抑制装置的分时段续喷灭火功能，保证用最少的灭火剂而灭火能效最大化，且该分时段续喷灭火有效抑制锂离子电池箱的热失控及热失控扩展。

在另外一种实施方式中，当锂离子电池箱的温度上升至90℃或者烟雾浓度达到规定阈值，被烟雾传感器感知时，启动自动灭火动作对电池箱喷射灭火剂灭火降温。此时可检测到电池箱温度以及电池箱周围的温度变化，灭火剂喷射10s后，明火可被扑灭。

参考图2为结合本发明的一种锂离子电池箱火灾抑制***的结构示意图。一种锂离子电池箱火灾抑制***，包括火灾探测单元201、控制电路202、灭火单元203，其中控制电路设有灭火控制程序204。

其中，火灾探测单元201包括多种传感器，用于实时采集锂离子电池箱的环境参数，并将相应的环境参数信息反馈给控制电路202。

控制电路202，根据锂离子电池箱初始正常工作时的多种环境参数设定阈值，且将实时采集的环境参数与相应的设定阈值进行对比分析，其中，当各环境参数超出阈值或达到最大允许门限时输出相应的报警信号发送给所述灭火控制程序204；因此，控制电路202接收当前的环境参数，并将预存锂离子电池箱初始正常工作时设定的环境参数阈值与当前采集的环境参数进行对比分析，将各个环境参数超出阈值时输出相应的报警信号发送给灭火控制程序204。

灭火控制程序204中设有多种触发执行灭火指令的报警信号组合；以不同环境参数组合对应的报警信号组合判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型，灭火控制程序根据热失控工况触发向灭火单元203发送执行灭火指令，并在执行灭火操作时，实时采集电池箱内的环境参数，根据各个环境参数的动态变化调整灭火策略，以调整相应的灭火动作；灭火控制程序204中设有多种触发执行灭火指令的报警信号组合；灭火控制程序204向灭火单元203发送执行灭火指令，并根据执行灭火操作时，实时采集的变化后的环境参数生成的对应的报警信号调整灭火策略，分析是否继续执行灭火动作；

其中，本实施方式中的灭火策略包括向灭火单元继续发送指令，包括继续喷射次数，喷射灭火剂用量以及喷射时间间隔。

进而灭火单元接收灭火指令后执行灭火动作。

其中，火灾探测单元201包括有温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器，可分别检测到锂离子电池箱内的温度、烟雾浓度、火焰强度。当然传感器不局限于上述的，还可以有湿度传感器、一氧化碳气体传感器、电解液泄漏探测传感器等等，可检测锂离子电池箱内的其他环境参数，比如湿度，比如有毒气体浓度，比如其他环境参数。可根据锂离子电池的应用场景以及锂离子电池箱内的产品成分结合可能发生火灾时产生的各种环境参数做适当调整。

另外，本实施方式中的灭火单元203采用可采用但不局限于全氟己酮灭火剂，该灭火剂通过如下方式实现灭火。一、在喷射灭火过程中，灭火由液态迅速转化为气态，吸收环境中的大量热量，达到快速降温的效果；二、在电池箱体内，灭火剂遇热迅速气化，气体覆盖整个电池箱，稀释环境中的氧含量，达到快速窒息灭火的作业；三、在热作用下，灭火剂分解产生的失去电子的阳离子可以与燃烧中的活性基团发生亲和反应，反复大量消耗活性基团，减少燃烧自由基从而抑制火灾，达到扑灭火灾的功效，并防止复燃；四、该灭火剂高压绝缘，不导电，对锂电池，电路板无任何导电现象；五、该灭火剂无腐蚀性，不对电池及线路造成任何损害；六、该灭火剂喷射后，迅速气化，无任何残留物，无需清理；灭火剂在空气中易挥发，能快速自然分解，对环境无任何污染。相比现有的其他类型的灭火类型，比如干粉、气溶胶以及气体灭火，本实施方式的全氟己酮灭火剂，更安全、无需清洁使用便利，且成本不高。

进一步地，本***采用锂电池热失控模型算法，实现自动喷射，即设定一个自动喷射温度，本实施方式中可将温度设置为当温度≥90℃时，本***自动启动，例外***灭火策略中利用闭环数据处理模型，自动设定灭火单元喷射次数，每次喷射灭火剂用量以及喷射时间间隔，从而实现分时段续喷功能，且能够最大限度地节约灭火剂的使用而能够全面抑制锂离子电池箱的火灾复燃。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (11)

1.一种锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，包括步骤：

S101：所述锂离子电池箱在初始正常工作时，采集电池箱内的多种环境参数；根据采集的多种环境参数设定阈值，以利用不同环境参数组合判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型；

S102：所述锂离子电池箱正常工作后，实时采集的电池箱内的多种环境参数，以对各个环境参数的变化进行分析；

S103：将实时采集的各个环境参数与相应阈值进行对比，判断是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型，以触发相应的自动灭火动作；

S104：所述锂离子电池箱执行灭火操作时，实时采集电池箱内的多种环境参数，根据灭火过程中各个环境参数的动态变化生成相应的灭火策略，以动态调整相应的灭火动作。

2.如权利要求1所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，所述多种环境参数可以是但不限于火焰强度、温度、温度突变、烟雾浓度、有毒气体浓度；通过将采集到的各个环境参数与设定阈值进行比较分析，综合判断电池箱内是否发生热失控工况。

3.如权利要求1或2所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，在S101中，所述热失控工况类型包括建立不同类型的环境参数组合且满足任意一种类型的环境参数组合中的所有环境参数超出设定阈值或达到最大允许门限。

4.如权利要求1所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，在S103中，触发灭火动作的条件中包括各个环境参数超出相应的阈值或达到最大允许门限，且满足所述热失控工况类型中的任意一种环境参数组合。

5.如权利要求1所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，在S104中，所述灭火策略包括判断是否执行灭火动作以及判断是否停止灭火动作。

6.如权利要求5所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，在S104中，判断是否执行灭火动作包括：动态变化的环境参数触发热失控工况类型重新达成或者触发达成新的热失控工况类型。

7.如权利要求5或6所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，在S104中，判断是否停止灭火动作包括：执行灭火动作后灭火动作达到单次启动的最大时间或者热失控工况类型中的任意一种环境参数未达到设定阈值。

8.如权利要求1所述的锂离子电池箱火灾抑制方法，其特征在于，所述灭火策略还包括设置每次喷射灭火剂用量、喷射时长以及喷射时间间隔。

9.一种锂离子电池箱火灾抑制***，其特征在于，包括：火灾探测单元、控制电路、灭火单元；所述控制电路中设有灭火控制程序；

所述火灾探测单元，包括多种传感器，用于实时采集锂离子电池箱内的环境参数，并将相应的环境参数反馈给所述控制电路；

所述控制电路，根据锂离子电池箱初始正常工作时的多种环境参数设定阈值，用于与实时采集的环境参数进行对比分析，且各个环境参数超出阈值或达到最大允许门限时输出相应的报警信号发送给所述灭火控制程序；所述灭火控制程序中设有多种触发执行灭火指令的报警信号组合；以不同环境参数组合对应的报警信号组合判断锂离子电池箱是否发生热失控工况以及所发生的热失控工况类型，所述灭火控制程序根据热失控工况触发向所述灭火单元发送执行灭火指令，并在执行灭火操作时，实时采集电池箱内的环境参数，根据各个环境参数的动态变化调整灭火策略，以调整相应的灭火动作；

灭火单元，接收灭火指令，并执行灭火动作。

10.如权利要求9所述的锂离子电池箱火灾抑制***，其特征在于，所述传感器可以是但不限于火焰传感器、高温传感器、温度突变传感器、烟雾传感器、有毒气体传感器。

11.如权利要求9所述的锂离子电池箱火灾抑制***，其特征在于，所述灭火单元采用但不局限于全氟己酮灭火剂。