一种三元锂离子动力电池箱专用防灭火智能管控系统的制作方法

本实用新型涉及一种三元锂离子动力电池箱专用防灭火智能管控系统。

背景技术：

锂离子电池由于其工作电压高、体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等众多优点而被广泛使用在各种精密设备以及电动汽车上，对电动汽车而言，主要有两种锂离子蓄电池，分别为三元锂电池（以乘用车居多）和磷酸铁锂电池（以客货车居多），尽管锂离子电池比其他种类的电池有更多的优点，但由于锂离子电池制作工艺的限制，每个电池单元的内阻、容量等均会存在差异。当多个电池单元串联使用时，会引起各个电芯的充放电速率不一致，这导致了电池容量的利用率低下。当锂离子电池处于严重过充电状态或挤压、针刺等外部因素下，会存在爆炸的危险，造成锂离子电池组损坏的同时还对使用者的人身安全造成威胁。与普通固体或液体火灾不同，锂离子电池火灾初期主要是阴燃，征兆不明显，但内部反应积累的热量一旦达到热失控开始温度，便在瞬间（10s左右）发生剧烈燃烧或爆炸，即使喷射灭火剂使其明火熄灭，内部持续的放热反应也会导致复燃。通常热失控的判断标准是电池表面温度达到100℃，隔膜熔断，造成正负极短路，最高升温速率达到220℃/min，反应十分剧烈，电池因此起火爆炸燃烧。2020年5月12日，工信部连发三道强制性法令法规，聚焦电动汽车，对电动汽车安全问题进行了强制规定，在安全问题上“一刀切”，不容任何的商量余地。特别是标准增加了电池系统热扩散试验，要求电池单体发生热失控后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间。从目前市场上现有产品看，磷酸铁锂电池在针刺状态下，已经初步达到了此项规定，但三元锂电池始终无法满足此要求。在电动汽车电池灭火指导规范中这样描述：一旦锂电池箱起火，人员应立即撤离车辆至安全区域，需要用大量的水来冷却电池和灭火。而火源的根部在电池箱内部，灭火剂很难穿透电池箱进行有效灭火，导致灭火效率低下。另外，国内外也没有比较成熟的锂离子电池火灾的自动灭火产品。公安部沈阳消防研究所、中国舰船研究院、中国民航大学等单位先后针对锂离子电池火灾防控进行了积极的探索和研究，在扑灭锂离子电池明火方面取得进展，但在控制锂离子电池复燃方面没有好的手段。英国firechampion公司研发了锂离子电池手提式灭火器，采用s型气溶胶灭火剂，存在热连带反应和爆炸风险，无法抑制复燃和热失控传播。美国fm全球公司、英国民航局（caa）、德国机动车监督协会（dekra）等机构也针对锂离子电池火灾防控进行了专门的研究，但都没有解决抑制锂离子电池复燃的问题。

技术实现要素：

为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种三元锂离子动力电池箱专用防灭火智能管控系统，有效解决锂离子电池热失控问题，安全可靠。

本实用新型是通过以下措施实现的：

一种三元锂离子动力电池箱专用防灭火智能管控系统，包括防灭火智能控制模块、abc超细干粉灭火器、水基灭火器和装有若干三元锂离子蓄电池的三元锂离子蓄电池箱，所述三元锂离子蓄电池箱内顶部设置有一氧化碳测定器和若干个专用组合喷头，每个专用组合喷头包括超细干粉喷口和细水雾喷口，所述超细干粉喷口与abc超细干粉灭火器的出粉口连接有出粉管路，细水雾喷口与水基灭火器的出水口连接有出水管路，所述出水管路和出粉管路上均设置有电磁阀，每个三元锂离子蓄电池的接线柱上均设置有热电偶，所述热电偶、一氧化碳测定器信号连接防灭火智能控制模块的信号输入端，防灭火智能控制模块的信号输出端连接电磁阀，三元锂离子蓄电池箱内底部设置有防爆泄压阀。

上述专用组合喷头包括基座，所述超细干粉喷口和细水雾喷口设置在同一个基座上，所述超细干粉喷口为上窄下宽的圆锥形，所述细水雾喷口内设置有螺旋雾化齿。

上述三元锂离子蓄电池箱的侧面设置有电池箱充电口，所述电池箱充电口的正负极插头分别通过位于三元锂离子蓄电池箱内的供电线路与三元锂离子蓄电池的正负接线柱相连接，并且供电线路上设置有断电开关，所述断电开关与防灭火智能控制模块的信号输出端信号连接。

上述防灭火智能控制模块设置有声光报警灯，所述声光报警灯与防灭火智能控制模块的信号输出端信号连接。

上述防灭火智能控制模块设置有手动启动开关和急停按钮。

本实用新型的有益效果是：abc超细干粉灭火剂快速扑灭燃烧火焰，水灭火剂喷出后形成细水雾快速降温，两种灭火剂中和锂离子蓄电池热失控释放的易燃易爆气体，避免易燃易爆气体大量堆积引发的爆炸风险，整套灭火系统即可以实现全自动控制、也可实现手动控制，有效解决锂离子电池热失控问题，为实现三元锂离子电池火灾早期可靠探测和快速灭火提供新途径，而且灭火后易于清理，不会对环境造成损害。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的专用组合喷头结构示意图。

其中：防灭火智能控制模块1、三元锂离子蓄电池箱2、断电开关3、电池箱充电口4、专用组合喷头5、一氧化碳测定器6、三元锂离子蓄电池7、防爆泄压阀8、热电偶9、abc超细干粉灭火器10、电磁阀11、水基灭火器12、手动启动开关13、声光报警灯14、急停按钮15，基座16，超细干粉喷口17，细水雾喷口18，螺旋雾化齿19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的描述：

如图1、2所示，本发明专利提供了一种专用于消防领域的三元锂离子电池箱专用防灭火智能管控系统，根据某科研院校针对锂离子蓄电池各类灭火剂实验研究后得出的结论：锂离子蓄电池常用灭火剂降温性能：细水雾＞泡沫＞七氟丙烷，超细干粉灭火剂是目前灭火效能最高的灭火剂，可有效扑灭a、b、c、e、f类火灾，经压缩气体射入可燃气体、易燃粉尘之中，与之混合后可抑制和削弱爆燃爆轰的发生，但降温效果差。水灭火剂价格低廉，非常易得，经过高压和专用喷头喷出后，会形成细水雾，降温效果明显，但灭火效能差，本发明专利将两种灭火剂有效的结合，可将灾害事故的危害程度降至最低。

本专利包括防灭火智能控制模块1、abc超细干粉灭火器10、水基灭火器12和装有若干三元锂离子蓄电池的三元锂离子蓄电池箱2，三元锂离子蓄电池箱2内顶部设置有一氧化碳测定器6和若干个专用组合喷头5，每个专用组合喷头5包括超细干粉喷口17和细水雾喷口18，超细干粉喷口17与abc超细干粉灭火器10的出粉口连接有出粉管路，细水雾喷口18与水基灭火器12的出水口连接有出水管路，出水管路和出粉管路上均设置有电磁阀11，每个三元锂离子蓄电池的接线柱上均设置有热电偶9，热电偶9、一氧化碳测定器6信号连接防灭火智能控制模块1的信号输入端，防灭火智能控制模块1的信号输出端连接电磁阀11，三元锂离子蓄电池箱2内底部设置有防爆泄压阀8。三元锂离子蓄电池箱2的侧面设置有电池箱充电口4，所述电池箱充电口4的正负极插头分别通过位于三元锂离子蓄电池箱2内的供电线路与三元锂离子蓄电池的正负接线柱相连接，并且供电线路上设置有断电开关3，所述断电开关3与防灭火智能控制模块1的信号输出端信号连接。防灭火智能控制模块1设置有声光报警灯14，声光报警灯14与防灭火智能控制模块1的信号输出端信号连接。防灭火智能控制模块1设置有手动启动开关13和急停按钮15。

专用组合喷头5包括基座16，超细干粉喷口17和细水雾喷口18设置在同一个基座16上，超细干粉喷口17为上窄下宽的圆锥形，细水雾喷口18内设置有螺旋雾化齿19。两种灭火剂分开设置，互不影响，组合喷射时又能共同作用，超细干粉灭火剂切断燃烧反应链进行化学抑制灭火，高压水灭火剂经螺旋细化齿进一步细化后形成细水雾为电池箱快速降温，防止复燃。

锂离子蓄电池热失控的直接反映是温度的持续上升和一氧化碳的大量产生，本专利采用热电偶9对每一块三元锂离子蓄电池7进行温度监测，在蓄电池箱上方多点布置一氧化碳测定器6，当温度达到80℃（温度可根据电池隔膜熔化温度进行设定）、并且一氧化碳浓度达到500ppm时（浓度指标可进行设定），声光报警灯14发出声光报警，防灭火智能控制模块1发出指令，经延时后（延时时间可设定），断开断电开关3，电磁阀11动作，abc超细干粉灭火器10、水基灭火器12同时通过专用组合喷头5向三元锂离子蓄电池箱2进行多点喷射，abc超细干粉灭火剂快速扑灭燃烧火焰，水灭火剂喷出后形成细水雾快速降温，两种灭火剂中和锂离子蓄电池热失控释放的易燃易爆气体，避免易燃易爆气体大量堆积引发的爆炸风险，当三元锂离子蓄电池箱2压力达到防爆泄压阀8设定压力后，防爆泄压阀8开启，释放多余气体。整套灭火系统即可以实现全自动控制、也可实现手动控制，有效解决锂离子电池热失控问题，为实现三元锂离子电池火灾早期可靠探测和快速灭火提供新途径，而且灭火后易于清理，不会对环境造成损害。

1、全自动防控原理：

当某一块三元锂离子蓄电池发生热失控时，电解液温度上升，从而导致电池正负极温度升高，同时产生大量一氧化碳气体，当电池负极温度达到80℃（温度可根据电池隔膜熔化温度进行设定）、并且一氧化碳浓度达到500ppm时（浓度指标可进行设定），与电池负极相连的热电偶9输出信号给系统防灭火智能控制模块1，声光报警灯14发出声光报警，经延时后（延时时间可设定），防灭火智能控制模块1发出指令，断开断电开关3（如电池热失控是充电引起，断开断电开关3后，充电被迫中断），启动电磁阀11，abc超细干粉灭火器10、水基灭火器12同时通过专用组合喷头5向三元锂离子蓄电池箱2进行多点喷射，abc超细干粉灭火剂快速扑灭燃烧火焰，高压水灭火剂通过专用组合喷头5中的水雾螺旋雾化齿19，将水雾进一步打散，喷出后形成超细水雾后快速降温，两种灭火剂可稀释锂离子蓄电池热失控释放的易燃易爆气体，避免易燃易爆气体大量堆积引发的爆炸风险，当三元锂离子蓄电池箱2压力达到防爆泄压阀8设定压力后，防爆泄压阀8开启，释放多余气体。在尚未达到装置启动时间的报警过程中，如果按下急停按钮15，将取消启动灭火剂的指令，同时可使断电开关3复位。

2、手动防控原理：

当某一块三元锂离子蓄电池发生热失控时，与电池负极相连的热电偶9和一氧化碳测定器6同时输出信号给系统防灭火智能控制模块1，声光报警灯14发出声光报警，按下启动开关，防灭火智能控制模块1立即发出指令，断开断电开关3（如电池热失控是充电引起，断开断电开关3后，充电被迫中断），电磁阀11启动，abc超细干粉灭火器10、水基灭火器12同时通过专用组合喷头5向三元锂离子蓄电池箱2进行多点喷射，当三元锂离子蓄电池箱2压力达到防爆泄压阀8设定压力后，防爆泄压阀8开启，释放多余气体。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。