CN114344772A - 一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***及其灭火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***及其灭火方法，***包括电池检测单元、水系灭火单元和控制单元；所述电池检测单元包括用于检测动力电池模组热失控特征气体的气体检测探头，以及用于检测动力电池模组表面温度的温度检测探头；所述水系灭火单元包括储水罐和灭火喷头，灭火喷头朝向动力电池模组设置，储水罐与灭火喷头之间通过供水管路连接，供水管路上设有泵和控制阀；控制单元根据热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值，以及动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值，控制泵和控制阀的工作状态，从而控制灭火喷头对异常状态的模组进行喷淋。利用本发明能够对电动汽车动力电池的状态进行监测，实现动力电池热失控状态时的有效降温或灭火，减少电池模组火灾损失。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，特别是一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***及其灭火方法。
背景技术
近年来，随着“新基建”战略提出，国内电动汽车和智能化充电设施建设迎来发展新高潮。但电动汽车动力电池为能量存储设备，在不当充电工况下可能诱发存储能量的失控释放，导致火灾事故，严重影响车主和充电场站人身财产安全。2020年，我国新能源汽车全年产销分别达到136.6万辆和136.7万辆，同比分别增长7.5%和10.9%，全国新能源汽车保有量达492万辆，占汽车总量的1.75%，比2019年增加111万辆，增长29.18%。新能源汽车保有量持续增长，也使得新能源汽车自燃、起火等安全事故频发。
总体来看，新能源汽车的大容量动力电池，在过充、过热、内短路、外短路、机械触发等因素下，容易诱发热失控，而且起火后扑救难度大，复燃风险高。随着行业的快速发展，安全问题已经成为新能源汽车产业发展的关键，必须引起相关部门以及行业的重视。从起火事故发生时车辆所处的状态来看，静置状态时发生事故达到30起，占比约一半，其次是充电时发生事故，占比28%，行驶时发生事故占比23%。充电安全一直是全社会关注的焦点之一。
关于动力电池灭火的研究层出不穷，而选择有效的灭火剂和灭火方法一直是遏止火灾事故的关键点。常用灭火剂主要分为固体、液体、气体三种，目前研究人员主要研究了包括干粉、水、七氟丙烷、二氧化碳、全氟己酮等灭火剂对于扑灭动力电池火灾的效果，结果表明在灭火和降温方面，水系灭火剂性能较为优异。
现有关于水系灭火剂扑灭电池火灾的研究，往往仅采用加热至电池热失控的试验方法；针对真实电池模组环境下，电池模组火灾的预警和扑灭尚未形成有效的方案；电池火灾扑灭后可能存在复燃情况，气体灭火剂在抑制电池复燃方面效果不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***及其灭火方法，能够对电动汽车动力电池的状态进行监测，实现动力电池热失控状态时的降温或灭火，能够对电池模组火灾有效扑灭，减少电池模组火灾损失。本发明采用的技术方案如下。
一方面，本发明提供一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，包括：电池检测单元、水系灭火单元和控制单元；
所述电池检测单元包括用于检测动力电池模组热失控特征气体的气体检测探头，以及用于检测动力电池模组表面温度的温度检测探头；
所述水系灭火单元包括储水罐和灭火喷头，灭火喷头朝向动力电池模组设置，储水罐与灭火喷头之间通过供水管路连接，供水管路上设有泵和控制阀；
所述气体检测探头和温度检测探头的信号输出端分别连接控制单元；控制单元根据气体检测探头输出的气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值，以及，根据温度检测探头输出的温度信号判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值，若判断结果为浓度超出预设浓度阈值且温度超出温度阈值，则控制供水管路上的控制阀打开、泵开始运行。
可选的，动力电池模组包括壳体，壳体包括顶盖，所述灭火喷头设置于壳体内距离顶盖3cm高度处。
可选的，水系灭火***还包括报警单元，控制单元在判断得到浓度超出预设浓度阈值和/或温度超出温度阈值时，控制报警单元输出报警信号。报警单元可采用声光报警等形式。
可选的，所述温度检测探头至少设置2个，分别朝向动力电池模组的不同侧表面。
可选的，所述温度检测探头采用红外探头。
可选的，所述气体检测探头所检测的气体为复合气体，所述复合气体包括氢气和一氧化碳。
第二方面，本发明还提供第一方面所述适用于电动汽车动力电池的水系灭火***的灭火方法，由控制单元执行，方法包括：
获取气体检测探头检测得到的热失控特征气体的浓度信息，以及温度检测探头检测得到的动力电池模组的温度信息；
根据所述气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值，根据所述温度信息判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值；
当气体浓度超出预设浓度阈值，且动力电池模组的温度超出预设温度阈值，则控制供水管路上的控制阀打开、泵开始运行，以对动力电池模组进行喷淋。
可选的，在进行气体浓度判断和温度判断时，首先判断热失控特征气体的浓度信息是否好处预设浓度阈值，若未超出则视为不需要灭火，若超出则判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值，若温度超出预设温度阈值，则视为需要灭火。
可选的，在对动力电池模组进行喷淋时，控制控制阀和泵打开，使得灭火喷头向动力电池模组喷淋10分钟，重新获取温度信息，判断温度是否达到预设安全阈值以下，若未达到则继续喷淋，直至喷淋后的温度达到预设安全阈值以下，停止喷淋，并继续对动力电池模组的监测。泵可采用高压泵，灭火喷头可采用喷雾型喷头，使得灭火水剂以高压细水雾的形式对动力电池模组进行喷淋灭火及降温。
可选的，灭火方法还包括：当判断得到浓度超出预设浓度阈值和/或温度超出温度阈值时，控制预设的报警单元输出报警信号。
有益效果
本发明针对电动汽车动力电池热失控预警需求，首次提出将气体在线监测和红外在线监测相结合，根据实际的电池热失控特性，对电池模组热失控状态进行监测，并在动力电池模组的热失控特征（包括气体和温度）均满足设定情形时，自动控制灭火喷头对被监测的动力电池模组进行喷淋灭火或降温。通过本发明提出的灭火装置，能够对电池模组火灾进行精准扑灭，防止复燃，从而实现电动汽车动力电池热失控早期预警、灭火及防复燃功能。
附图说明
图1所示为本发明适用于电动汽车动力电池的水系灭火***的一种实施例架构示意图；
图2所示为由实施例1***中的控制单元执行的灭火方法的一种实施例流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例介绍一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，参考图1所示，水系灭火***包括电池检测单元、水系灭火单元和控制单元。
电池检测单元包括气体检测探头和2个温度检测探头5，2个温度检测探头分别朝向动力电池模组的正面和侧面设置，气体检测探头1设置于动力电池模组的壳体内，用于检测动力电池模组的热失控特征气体。温度检测探头5采用红外探头，如线测温热像仪；气体检测探头1选用复合型气体探测器，所检测的气体为复合气体，根据动力电池模组热失控时的特征，复合气体包括氢气和一氧化碳。
水系灭火单元包括储水罐8和灭火喷头11，灭火喷头11朝向动力电池模组设置，优选为设置在动力电池模组壳体顶盖下方3cm处。储水罐8与灭火喷头11之间通过供水管路10连接，供水管路10上设有高压泵9和控制阀7。
气体检测探头1和温度检测探头5的信号输出端分别连接控制单元；控制单元根据气体检测探头1输出的气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值100ppm，并根据温度检测探头5输出的温度信号判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值60oC，若判断结果为浓度超出预设浓度阈值且温度超出温度阈值，则控制供水管路10上的控制阀7打开、泵9开始运行。
本实施例的水系灭火***还包括报警单元，控制单元在判断得到浓度超出预设浓度阈值或温度超出温度阈值时，控制报警单元输出报警信号，报警单元可采用报警灯4实现。
实施例2
本实施例介绍实施例1中水系灭火***的灭火方法，由控制单元执行，包括：
获取气体检测探头检测得到的热失控特征气体的浓度信息，以及温度检测探头检测得到的动力电池模组的温度信息；
根据所述气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值，根据所述温度信息判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值；
当气体浓度超出预设浓度阈值，且动力电池模组的温度超出预设温度阈值，则控制供水管路上的控制阀打开、泵开始运行，以对动力电池模组进行喷淋。
参考图2，并结合实施例1中的水系灭火***架构，本实施例的灭火方法具体步骤如下：
S1，控制单元获取气体检测探头1检测得到的热失控特征气体的浓度信息，启动气体阈值判断程序：根据所述气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值100ppm，当气体浓度未超出气体浓度阈值，视为无需灭火，继续监测热失控特征气体的浓度信息；若超出气体浓度阈值，则获取温度检测探头5检测得到的动力电池模组的温度信息；
S2，控制单元启动温度阈值判断程序：根据温度信息判断动力电池模组的表面温度是否超出预设温度阈值60oC，若温度未超出预设温度阈值，则视为无需灭火，继续监测热失控特征气体的浓度信息；若温度超出预设温度阈值（此时气体浓度仍超出预设浓度阈值），则控制供水管路10上的控制阀7打开、泵9开始运行，以对动力电池模组进行喷淋。
在对动力电池模组进行喷淋时，控制控制阀7和泵9打开，使得灭火喷头11向动力电池模组喷淋10分钟，重新获取温度信息，判断温度是否达到预设安全阈值以下，若未达到则继续喷淋，直至喷淋后的温度达到预设安全阈值50℃以下，停止喷淋，并继续对动力电池模组的监测。泵9可采用高压泵，灭火喷11头采用喷雾型喷头，使得灭火水剂以5MPa高压细水雾的形式对动力电池模组进行喷淋灭火及降温。
在控制泵和控制阀启动水系灭火的同时，本实施例还可通过预设的报警单元输出报警信号。为了适应各种情形下的预警，本实施例可针对单温度超阈值、单气体浓度超阈值，以及温度和气体浓度均超出阈值的情形分别设置不同的报警输出形式，如设置不同颜色的报警灯，或者通过人机接口界面输出相应的报警状态信息。
综上实施例，能够对电池模组火灾进行精准扑灭，防止复燃，从而实现电动汽车动力电池热失控早期预警、灭火及防复燃功能。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，其特征在于，包括：电池检测单元、水系灭火单元和控制单元；
所述电池检测单元包括用于检测动力电池模组热失控特征气体的气体检测探头，以及用于检测动力电池模组表面温度的温度检测探头；
所述水系灭火单元包括储水罐和灭火喷头，灭火喷头朝向动力电池模组设置，储水罐与灭火喷头之间通过供水管路连接，供水管路上设有泵和控制阀；
所述气体检测探头和温度检测探头的信号输出端分别连接控制单元；控制单元根据气体检测探头输出的气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值，以及，根据温度检测探头输出的温度信号判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值，若判断结果为浓度超出预设浓度阈值且温度超出温度阈值，则控制供水管路上的控制阀打开、泵开始运行。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，其特征在于：动力电池模组包括壳体，壳体包括顶盖，所述灭火喷头设于壳体内距离顶盖3cm高度处。
3.根据权利要求1所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，其特征在于：水系灭火***还包括报警单元，控制单元在判断得到浓度超出预设浓度阈值或温度超出温度阈值时，控制报警单元输出报警信号；报警单元采用声光报警形式。
4.根据权利要求1所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，其特征在于：所述温度检测探头至少设置2个，分别朝向动力电池模组的不同侧表面。
5.根据权利要求4所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，其特征在于：所述温度检测探头采用红外探头。
6.根据权利要求1所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***，其特征在于：所述气体检测探头所检测的气体为复合气体，所述复合气体包括氢气和一氧化碳。
7.一种权利要求1-6任一项所述的适用于电动汽车动力电池的水系灭火***的灭火方法，由控制单元执行，方法包括：
获取气体检测探头检测得到的热失控特征气体的浓度信息，以及温度检测探头检测得到的动力电池模组的温度信息；
根据所述气体浓度信号判断热失控特征气体的浓度是否超出预设浓度阈值，根据所述温度信息判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值；
当气体浓度超出预设浓度阈值，且动力电池模组的温度超出预设温度阈值，则控制供水管路上的控制阀打开、泵开始运行，以对动力电池模组进行喷淋。
8.根据权利要求7所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***的灭火方法，其特征在于：在进行气体浓度判断和温度判断时，首先判断热失控特征气体的浓度信息是否好处预设浓度阈值，若未超出则视为不需要灭火，若超出则判断动力电池模组的温度是否超出预设温度阈值，若温度超出预设温度阈值，则视为需要灭火。
9.根据权利要求7所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***的灭火方法，其特征在于：在对动力电池模组进行喷淋时，控制控制阀和泵打开，使得灭火喷头向动力电池模组喷淋10分钟，重新获取温度信息，判断温度是否达到预设安全阈值以下，若未达到则继续喷淋，直至喷淋后的温度达到预设安全阈值以下，停止喷淋，并继续对动力电池模组的监测。
10.根据权利要求7所述的一种适用于电动汽车动力电池的水系灭火***的灭火方法，其特征在于：还包括：当判断得到浓度超出预设浓度阈值或温度超出温度阈值时，控制预设的报警单元输出报警信号。
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