TWI690350B - 淹浸式電池滅火系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種淹浸式電池滅火系統及其方法，包含：提供一電池所需之一電池箱與一水溶液容置空間，該水溶液容置空間注入一水溶液；偵測該電池燃燒狀態；及，當該電池箱中的該電池發生燃燒狀態時，將該水溶液容置空間中之該水溶液淹浸該電池箱內的該電池而進行滅火。

Description

淹浸式電池滅火系統及其方法
本發明是關於一種電池滅火系統，特別是關於一種應用於電池的淹浸式電池滅火系統及其方法。
電動車、儲能設備等，都是以電池為儲能及動力的來源。由於電動車的動力來源為電池，因此，無論是哪一種電動車，如BEV(純電動車)、HEV(混合動力車)、PHEV(插電式混合動力車)與REEV(增程式電動車)、燃料電池車、太陽能電池車等，都需要能夠提供大電流的電池來進行動力的轉換。目前，大電流的電池以高能量密度電池為主流，例如，鋰離子電池，其具有能量密度高的特性，同時，其也是以有機溶液為電解液的電池。
然而，層出不窮的鋰離子電池的***、碰撞後燃燒等事件，也讓鋰離子類的高能量密度電池的安全性蒙上一層陰影。而鋰離子電池失火的特性在於，即便外部的火焰已經熄滅，但內部電池的化學反應仍在持續，因此，常常發生二次燃燒的狀況。目前為止，仍無具體有效的滅火系統可支應鋰離子電池類的高能量密度電池的滅火，甚至，能夠防止其二次燃燒的狀況。
因此，如何開發一種新的電池滅火系統，讓其可在電池因故而發生燃燒(無論是因為碰撞、內部短路、熱失控等)的狀況下，可以在燃燒初期立即撲滅火勢，甚至，進一步防止其發生二次燃燒，成為電池滅火系統開發的重要發展方向。
有鑑於此，本發明提出一種淹浸式電池滅火系統及其方法，運用一封閉的電池空間，並提供以水溶液為主體的滅火系統，在偵測到電池發生燃燒的狀況下，將水溶液注滿此電池空間後進行電池的滅火。如此，可達到災害發生的第一時間點就將災害鎖定於該電池空間內，進而降低災害損失，並預防電池二次燃燒的特殊技術功效。
本發明提供一種淹浸式電池滅火系統，包含：至少一水溶液容置空間，用以容置一水溶液；至少一電池箱，每個該電池箱具有一電池空間，用以容置至少一電池；一配水管路，連接該水溶液容置空間與該至少一電池箱，並於每個該電池箱體內配置至少一個出水口；及至少一個出水控制閘，於該出水口配置一個該出水控制閘，於該電池發生燃燒時出水，以使該水溶液淹浸該電池箱內的該電池而進行滅火。
本發明提供一種淹浸式電池滅火系統及其方法，包含：提供一電池所需之一電池箱與一水溶液容置空間，該水溶液容置空間注入一水溶液；偵測該電池燃燒狀態；及，當該電池箱中的該電池發生燃燒狀態時，將該水溶液容置空間中之該水溶液淹浸該電池箱內的該電池而進行滅火。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點， 其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。
10:水箱
11:水箱壁
20:控制主機
301、302:電池箱
40:加壓裝置
501-506:出水控制閘
511-516:出水控制閘
61、62:電磁閥
71、71a、71b、72、72a:火災感知器
80、81、82:配水管路
91、92、93:電池
第1圖，本發明之淹浸式電池滅火方法流程圖。
第2A-2C圖，本發明的淹浸式電池滅火系統的第一具體實施例的系統架構圖、剖視圖與俯視圖。
第3A-3C圖，本發明的淹浸式電池滅火系統的第二具體實施例的系統架構圖、剖視圖與仰視圖。
第4A-4D圖，本發明的淹浸式電池滅火系統的第三具體實施例的系統架構圖、剖視圖、俯視圖與仰視圖。
第5A-5C圖，本發明的淹浸式電池滅火系統的第四具體實施例的系統架構圖、剖視圖與仰視圖。
本發明係運用淹浸式的方式，讓電池(例如鋰離子電池等高能量密度的有機類電池)於發生燃燒時(火災)，透過將水溶液將其淹浸，而達到主動滅火的目的。更進一步地，由於電池所擺置的電池箱中已經充入了水溶液而將電池淹浸，因此，立即達到電池箱中的電池降溫而滅火與降低電池內部化學反應速率，並且，由於電池已經經由水溶液與外界隔離，而使電池 不會接觸空氣，進而阻斷了氧氣的供應，進一步阻斷了電池的進一步燃燒的可能。此外，藉由水溶液中的其他電解液而使得電池能進行放電釋放電池能量與降溫，更進一步地防止了電池的二次自燃的可能性。因此，藉由本發明的淹浸式電池滅火系統，可達到降低或災損失到發生事件的該電池箱，而不會進一步擴散到其他的電池箱。
請參考第1圖，其為本發明之淹浸式電池滅火方法流程圖，包含：步驟S101：提供一電池所需之一電池箱與一水溶液容置空間，該水溶液容置空間注入一水溶液。其中該水溶液係選自自來水、氯化鈉(NaCl)溶液、氫氧化鈉(NaOH)溶液、硫酸鈉(NaSO4)溶液，各溶液之電解質重量百分比濃度介於0.2%~26%；或者，各溶液之電解質重量百分比濃度介於0.2%~20%介於0.2%~5%；或者，各溶液之電解質重量百分比濃度介於10%~20%。
採用如氯化鈉(NaCl)溶液、氫氧化鈉(NaOH)溶液、硫酸鈉(NaSO4)溶液等不同電解質溶液，可有效地快速對電池當中的鋰離子電池進行放電釋放能量。
步驟S102：偵測該電池燃燒狀態。其中偵測該電池燃燒狀態之步驟，係以一密閉型灑水頭的感熱模式感知後，連動該水溶液容置空間當中的該水溶液進行注滿該電池箱。其中，密閉型灑水頭之感熱自動灑水溫度介於攝氏60度至攝氏150度之間。
或者，偵測該電池燃燒狀態之步驟，係以一火災感知器感 知，再由一控制主機切換一開放式灑水頭以控制一電磁閥而連動該水溶液容置空間當中的該水溶液進行注滿該電池箱。
步驟S103：當該電池箱中的該電池發生燃燒狀態時，將該水溶液容置空間中之該水溶液淹浸該電池箱內的該電池而進行滅火。
如前所述，當含有電解質的水溶液淹浸電池箱內的電池後，可即刻降低電池的溫度與降低電池內部化學反應速率，而直接進行滅火。其二，由於電池被淹浸在水溶液中，而與外界空氣隔絕，進而隔絕了氧氣，而降低了進一步燃燒的可能。其三，水溶液中的電解質可將電池進行放電與釋放能量，進一步降低電池燃燒的可能。
此外，更可包含另一步驟：對該水溶液容置空間當中的該水溶液進行加壓，以使該水溶液可加速注滿對應的該電池箱。加壓的方式可透過重物加壓法，也就是，將水溶液容置空間上方擺置重物，運用重物下壓。 或者，採用高度加壓法，也就是，將水溶液容置空間擺置於高處。或者，外加一馬達進行加壓等。此外，其他的加壓技術有非常多種，於此不詳細列舉。
如前所述者，對電池箱中的電池進行淹浸的技術：首先，要提供一個供水溶液的系統，也就是，儲水裝置(也就是水溶液容置空間)以及對應的配水管路；其次，要提供偵測電池燃燒的機制，如前所述，可採用密封型灑水器或者火災感知器；其三，要於發生電池燃燒的狀況，即刻提供水溶液，讓燃燒的電池淹浸到水溶液中；水溶液若能採用鈉系電解液，將可加速電池的放電速度。以下，將列舉數個具體實施例，來說明本發明的淹浸式電池滅火系統。
接著，請參考第2A-2C圖，本發明的淹浸式電池滅火系統的第一具體實施例，包含：水箱(水溶液容置空間，並具有水箱壁11)10、控制主機20、電池箱301、電池箱302、配水管路80、配水管路81、配水管路82、出水控制閘501-506等、加壓裝置40。其中，電池箱301、302各具有一電池空間，用以容置至少一電池，在此實施例中，係可容置兩個電池。配水管路80連接水箱10(水溶液容置空間)與電池箱301、302，並於電池箱301、302體內配置至少一個出水口(分別經由配水管路81、82)。出水控制閘501-506，於出水口配置一個出水控制閘，於電池91、93發生燃燒時出水，以使水溶液淹浸電池箱301、302內的電池91、93而進行滅火。在此實施例中，每個電池箱301、302各配置了三個出水口與三個出水控制閘(501-503、504-506)。
在此實施例中，係運用了密閉型灑水頭來作為出水控制閘501-506。密閉型灑水頭之感熱自動灑水溫度介於攝氏60度至攝氏150度之間，換言之，只要到了設定的自動灑水溫度，密閉型灑水頭就會爆開後進行自動灑水，進而使水箱10常中的水溶液注入電池箱301或電池箱302當中，使電池箱301或電池箱303當中的電池91、93等被水溶液淹浸，進而達到前述的滅火效果。
在第2A-2C圖的實施例中，其為出水控制閘501-506設置於電池箱301、302的頂部的實施例。第2A圖係為淹浸式電池滅火系統的系統架構圖，第2B圖係為淹浸式電池滅火系統的剖面圖，第2C圖係為淹浸式電池滅火系統的仰視圖。
接著，請參考第3A-3C圖，本發明的淹浸式電池滅火系統的 第一具體實施例，包含：水箱(水溶液容置空間)10、控制主機20、電池箱301、電池箱302、配水管路80、配水管路81、配水管路82、出水控制閘501-506等、加壓裝置40。與第2A-2C圖的實施例不同的是，第3A-3C圖的實施例，係將出水控制閘501-506分別設置於電池箱301、302的底部。並且，同樣採用了密閉型灑水頭來作為出水控制閘501-506。其餘皆與第2A-2C圖相同，不再贅述。
由第2A-2C圖的實施例以及第3A-3C圖的實施例可知，出水控制閘501-506可以設置於電池箱301、302的頂部或者是底部或者側邊(未繪出)。相對應地，配水管路81、82也對應配置於電池箱301、302的頂部或者是底部或者側邊。換言之，由於本發明的目標是將整個電池箱以水溶液淹浸，因此，從哪裡出水均可。
密閉型灑水頭之感熱自動灑水，可以不需運用到控制主機20，控制主機20在第2A-2C圖的實施例以及第3A-3C圖的實施例中，係運用在控制加壓裝置40的加壓用途，例如抽水馬達，其受控於控制主機20，其在密閉型灑水頭爆裂後自動加壓以進行灑水。如前所述，加壓的方式可以另外採用高度加壓法，也就是，將水溶液容置空間擺置於高處，運用重力，此即為第2A-2C圖與第3A-3C圖的實施例所繪示，當水箱10配置於高於電池箱301、302時，即可讓水箱10當中的水溶液產生較高的位能，進而對配水管路81、82以位能來實現加壓的功能。另一種加壓方式，也可採用在水溶液容置空間上方擺置一重物來做為加壓裝置40。
然而，除了密閉型灑水頭之感熱自動灑水的火災感知機制外，尚有其他多種不同的火災感知機制可資運用。請參考第4A-4D圖，本發 明的淹浸式電池滅火系統的第三具體實施例，包含：水箱(水溶液容置空間)10、控制主機20、電池箱301、電池箱302、配水管路80、配水管路81、配水管路82、出水控制閘511-516、電磁閥61-62、火災感知器71-72等、加壓裝置40。其中，電池箱301、302各具有一電池空間，用以容置電池91、92、93，在此實施例中，係各可容置兩個電池。配水管路80連接水箱10(水溶液容置空間)與電池箱301、302，並於電池箱301、302體內配置至少一個出水口(分別經由配水管路81、82)。出水控制閘511-516，於出水口配置一個出水控制閘，於電池91、93發生燃燒時出水，以使水溶液淹浸電池箱301、302內的電池91、93而進行滅火。在此實施例中，每個電池箱301、302各配置了三個出水口與三個出水控制閘(511-513、514-516)。
此外，本實施例中，另增加了電磁閥61-62與火災感知器71-72，分別於電池箱301配置一個電磁閥61與一個火災感知器71，於電池箱302配置一個電磁閥62與一個火災感知器72。其中，火災感知器71、72，於每個電池箱301、302各配置一個，用以感知火災狀況而產生火災發生訊號。電磁閥61、62，則於每個電池箱301、302外部至少配置一個，電磁閥61、62連接於配水管路80、81、82，於接收放開訊號後，開啟以使配水管路80當中的水溶液自水箱10流至出水控制閘511-516(開放型灑水頭)。控制主機20則電連接火災感知器71-72、電磁閥61-62，當火災感知器71-72其中之一產生火災發生訊號時，控制對應的電磁閥61-62，以使水溶液藉由出水控制閘511-516注入對應的電池箱301、302。
其中，火災感知器71、72係選自一煙霧型感知器、一溫度型 感知器、一光電型感知器、紅外線型感知器、或一電流感知器。其中，電流感知器係為配置於電池91、92、93上，當其產生超大電流時，即可判定其可能發生火災的可能。
在此實施例中，係運用了開放型灑水頭來作為出水控制閘511-516。開放型灑水頭為開放型的，當電磁閥61或62放開後，水溶液即由水箱10再由配水管路經由配水管路81或82經由出水控制閘511-513或出水控制閘514-516噴出。換言之，與第2A-2C圖最大的不同，就是第4A-4C圖的實施例所採用的開放型灑水頭示可重複使用的，而封閉型灑水頭是一次使用的，並且，兩者感知火災的機制不同。但是，相同的是，都可以達到本發明所擬達到的淹浸電池的目的。
同樣地，第4A-4D圖的實施例中，開放型灑水頭的設置係設置於電池箱301、302的底部，如第4C圖的俯視圖所示，其與第3A-3C圖的實施例相同。而火災感知器71、72則配置於電池箱301、302的頂部，如第4D圖的仰視圖所示。
就本發明的另一實施例而言，第4A-4D圖的實施例中，出水控制閘511-516亦可設置於電池箱301、302的頂部，如第5A-5C圖的實施例所示。而在此實施例中，則於電池箱301、302分別配置了兩個火災感知器71a、71b，火災感知器72a與另一個火災感知器。其餘皆與第4A-4D圖的實施例相同，於此不再贅述。
本發明的淹浸式電池滅火系統，可運用於電池儲能系統、電動車、電動機車等。運用於電池儲能系統時，可採用將水溶液容置空間(水 箱)至於較高處，以位能的方式來進行加壓。運用於電動車、電動機車時，則可以備用電池、備用馬達來進行加壓，讓水溶液容置空間(水箱)當中的水溶液可在電池燃燒時將水溶液注入燃燒的電池箱當中。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

  1. 一種淹浸式電池滅火系統，包含：至少一水溶液容置空間，用以容置一水溶液，其中該水溶液係選自鈉系電解液，如氯化鈉(NaCl)溶液、氫氧化鈉(NaOH)溶液、硫酸鈉(NaSO4)溶液，且該水溶液之電解質重量百分比濃度介於0.2%~26%；至少一電池箱，每個該電池箱具有一電池空間，用以容置至少一電池；一配水管路，連接該水溶液容置空間與該至少一電池箱，並於每個該電池箱體內配置至少一個出水口；及至少一個出水控制閘，於該出水口配置一個該出水控制閘，於該電池發生燃燒時出水，以使該水溶液淹浸該電池箱內的該電池而進行滅火。
  2. 如請求項1所述之淹浸式電池滅火系統，其中該出水控制閘係為一密閉型灑水頭，且該密閉型灑水頭之感熱自動灑水溫度介於攝氏60度至攝氏150度之間。
  3. 如請求項1所述之淹浸式電池滅火系統，其中該出水控制閘係為一開放型灑水頭，且該淹浸式電池滅火系統更包含：至少一火災感知器，於每個該電池箱至少配置一個，用以感知一火災狀況而產生一火災發生訊號；至少一電磁閥，於每個該電池箱外部至少配置一個，該電磁閥連接於該配水管路，於接收一放開訊號後，開啟以使該配水管路當中的該水溶液自該水溶液容置空間流至該開放型灑水頭，以使該水溶液充 滿該電池箱；及一控制主機，電連接該至少一火災感知器、該至少一電磁閥，當該至少一火災感知器其中之一產生該火災發生訊號時，控制對應的該電磁閥，以使該水溶液注滿對應的該電池箱。
  4. 如請求項3所述之淹浸式電池滅火系統，其中該火災感知器係選自一煙霧型感知器、一溫度型感知器、一光電型感知器、一紅外線型感知器、一電流感知器。
  5. 如請求項3所述之淹浸式電池滅火系統，更包含：一加壓裝置，連接該控制主機，由該控制主機控制，以對該水溶液容置空間當中的該水溶液進行加壓，以使該水溶液可加速注滿對應的該電池箱。
  6. 如請求項1所述之淹浸式電池滅火系統，更包含：一加壓裝置，對該水溶液容置空間當中的該水溶液進行加壓，以使該水溶液可加速注滿對應的該電池箱。
  7. 一種淹浸式電池滅火方法，包含：提供一電池所需之一電池箱與一水溶液容置空間，該水溶液容置空間注入一水溶液，其中該水溶液係選自鈉系電解液，如氯化鈉(NaCl)溶液、氫氧化鈉(NaOH)溶液、硫酸鈉(NaSO4)溶液，且該水溶液之電解質重量百分比濃度介於0.2%~26%；偵測該電池燃燒狀態；及當該電池箱中的該電池發生燃燒狀態時，將該水溶液容置空間中 之該水溶液淹浸該電池箱內的該電池而進行滅火。
  8. 如請求項7所述之淹浸式電池滅火方法，其中偵測該電池燃燒狀態之步驟，係以一密閉型灑水頭的感熱模式感知後，連動該水溶液容置空間當中的該水溶液進行注滿該電池箱。
  9. 如請求項8所述之淹浸式電池滅火系統，其中該密閉型灑水頭之感熱自動灑水溫度介於攝氏60度至攝氏150度之間。
  10. 如請求項7所述之淹浸式電池滅火方法，其中偵測該電池燃燒狀態之步驟，係以一火災感知器感知，再由一控制主機切換一開放式灑水頭以控制一電池閥而連動該水溶液容置空間當中的該水溶液進行注滿該電池箱。
  11. 如請求項7所述之淹浸式電池滅火方法，更包含：對該水溶液容置空間當中的該水溶液進行加壓，以使該水溶液可加速注滿對應的該電池箱。
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