一种利用火探管的具备灭火功能的电池包装置及其控制方法与流程

本发明涉及电动汽车动力电池技术领域，特别涉及一种利用火探管的具备灭火功能的电池包装置及其控制方法。

背景技术：

随着全球的石化能源越来越紧缺，人们越来越重视新能源汽车的发展，而纯电动汽车是一个大方向，动力电池又是影响纯电动车续航里程的最重要的组成部分，如今的动力电池系统的能量密度越来越高，但其产热量也随之升高，这就导致安全性降低。近年来，纯电动汽车起火自燃事件频频发生，对于高效精准的动力电池热失控抑制技术的需求也越来越高。

现有的电池模组在装配成动力电池系统后，因动力电池系统结构上的限制，电池包内部的灭火喷头只能够粗略的向动力电池系统内部喷洒灭火气体，如果喷口离动力电池系统起火点位置较远或被阻挡，便不能够准确的根据火源位置进行定向精确灭火，且目前的现有技术基本都没有考虑到这个问题。

发明专利cn201710481648.9提出了一种利用七氟丙烷和二氧化碳灭火的电池灭火装置，该发明专利存在的不足有：没有火源位置定位功能，无法对热失控发生位置起到定位作用；发明专利cn201720944629.0提出了一种动力电池灭火装置及动力电池，该发明存在的不足：需要有外部电源提供电能，在断电的情况下无法工作；发明专利cn201720733259.6提出了一种使用混合灭火剂的车载电池灭火结构，该发明专利存在的不足有：结构过于复杂，对整车布置要求较高。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用火探管的具备灭火功能的电池包结构及其控制方法，解决了电池模组成包后灭火效率较低的问题，解决了电池包在整车上安装布置的问题。

本发明设计的一种利用火探管的具备灭火功能的电池包装置，包括动力电池系统结构件和动力电池热安全系统；

动力电池系统结构件：包括电池箱、动力电池模组与相关的安装固定标准件，其作用是将动力电池模组与动力电池热安全系统安装固定在动力电池箱内部；

所述动力电池热安全系统：包括动力电池热安全火源定位系统、动力电池热安全火情等级监测系统、以及动力电池热安全灭火系统；

所述动力电池热安全火源定位系统，该子系统用于定位动力电池系统出现火情的模组；

所述动力电池热安全火情等级监测系统，该子系统用于实时采集动力电池箱体内的温度和烟雾浓度值，并监测动力电池系统火情等级；

所述动力电池热安全灭火系统，该子系统根据相应的火情等级，实时调整灭火策略。

进一步，所述动力电池热安全火源定位系统包括控制器、火探管、小型电磁阀、灭火纵梁、压力传感器；所述火探管位于电池模组四个侧板的凹槽内，所述电池模组平行位于两个灭火纵梁之间，所述火探管与灭火纵梁两端引出的接口相连接，在灭火系统纵梁内部布置有压力传感器，压力传感器采集灭火纵梁内部压力，并发送给控制器，当电池箱内出现火源时，相应火源位置处的火探管受热喷出灭火气体，灭火纵梁受灭火气体冲击导致内部对应位置处的压力增大，控制器根据压力出现变化的灭火纵梁位置判断电池模组的火源位置。

进一步，所述动力电池热安全火情等级监测系统，包括控制器、温度传感器、烟雾传感器；

所述控制器根据安装在电池箱体内壁的温度传感器和烟雾传感器所监测温度和烟雾浓度，判断火情等级。

进一步，所述动力电池热安全灭火系统包括火探管、灭火纵梁、灭火罐、控制器和分流体；

所述火探管位于电池模组四个侧板的凹槽内，所述电池模组平行位于两个灭火纵梁之间，所述火探管与灭火纵梁两端引出的接口相连接，所述分流体位于电池模组一端，其分别与多个灭火纵梁垂直并联，每个灭火纵梁与分流体之间设有连接口，所述连接口受控制器控制开闭，所述灭火罐与所述分流体相连，用于向分流体输送灭火气体；

当动力电池系统内发生起火现象时，一方面火探管受热自动喷出灭火气体进行灭火，另一方面控制器根据动力电池热安全火源定位系统确定的起火位置和动力电池热安全火情等级监测系统确定的火情等级，控制分流体上若干个连接口的开闭，以控制向连接口对应的灭火纵梁内输送灭火气体，由灭火纵梁喷出灭火气体进行灭火。

进一步，所述灭火纵梁上设置多个小型电磁阀，所述电磁阀由控制器控制开闭，当电磁阀打开时，灭火纵梁内的灭火气体由电磁阀喷出。

进一步，所述控制器根据起火位置及火情等级控制灭火的功能具体如下：

当火情处于初始期时，控制分流体的相应连接口打开，向距离出现火情位置最近的灭火纵梁输送灭火气体，并打开对应灭火纵梁上的小型电磁阀喷射灭火气体对该位置进行灭火；

当火情处于大火期时，分流体的连接口全部打开，向所有的灭火纵梁输送灭火气体，并打开灭火纵梁上的所有电磁阀对整个电池系统进行灭火。

本发明还提出了一种根据上述装置的灭火控制方法，包括如下：

s1当电池模组发生热失控时，电池模组四周侧壁的火探管在热失控处受热并定向爆破，自动向起火位置喷出灭火气体，进行初步地火情抑制；

s2控制器判断火源位置与火情等级；所述火情等级包括起火初始期和大火期；

s3当处于起火初始期时，控制器根据判断的火源位置，打开对应火源位置的分流体与灭火纵梁之间连接口，由灭火罐(4)通过分流体(5)向对应火源位置的灭火纵梁(3)内部输送灭火气体，再控制打开火源对应位置的小型电磁阀，灭火气体冲出小型电磁阀5，对火源位置处进行灭火；

s4当处于大火期时，控制器控制分流体(5)上的连接口全部打开、灭火纵梁的电磁阀全部打开，灭火罐(4)通过分流体向所有灭火纵梁(3)内部输送灭火气体，对整个电池模组进行灭火。

进一步，所述s2中的控制器判断火源位置的方法为：当电池箱(1)内出现火源时，相应火源位置处的火探管(6)受热自动喷出灭火气体，灭火纵梁(3)受灭火气体冲击导致内部对应位置处的压力增大，控制器根据灭火纵梁(3)内的压力变化位置判断电池模组的火源位置。

进一步，所述s2中的控制器判断火情等级的方法为：控制器根据安装在电池箱体内壁的温度传感器和烟雾传感器所监测温度和烟雾浓度，判断火情等级；

1)当温度大于第一阈值、小于第二阈值，并且一氧化碳浓度大于第一阈值、小于第二阈值时，认为电池火情处于初始期；

2)温度大于第二阈值且一氧化碳浓度大于第二阈值时，认为电池火情处于大火期。

本发明的有益效果：

1.能够对动力电池系统的热失控问题进行有效控制；

2.能够精确有效的根据动力电池热失控的位置进行精准抑制；

3.在现有的动力电池系统结构上，不改变动力电池系统内部空间布置的情况下安装本发明设计的灭火系统，降低系统设计难度，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为电池箱体结构示意图；

图2为火探管安装示意图；

图3为灭火功能电池箱体工作流程图；

图4为控制器工作流图

图中：1—电池箱、2—电池模组、3—灭火纵梁，4—灭火罐、5—小型电磁阀、6—火探管、7—分流体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本发明设计的一种利用火探管的具备灭火功能的电池包装置，包括：动力电池系统结构件和动力电池热安全系统；

动力电池系统结构件：包括电池箱1、电池模组2与其他相关的螺栓、螺母等标准件，其作用是将动力电池模组与动力电池热安全系统安装在动力电池箱内部并固定。

动力电池热安全系统：包括以下三个子系统：

动力电池热安全火源定位系统，该子系统用于定位动力电池系统出现火情的模组；

动力电池热安全火情等级监测系统，该子系统用于实时采集动力电池箱体内的温度和烟雾浓度值，并监测动力电池系统火情等级；

动力电池热安全灭火系统，该子系统根据相应的火情等级，实时调整灭火策略；

优选地，动力电池热安全火源定位系统包括火探管6、小型电磁阀5、灭火纵梁3、压力传感器，能够对动力电池系统中发生热失控的位置进行精准定位；火探管与灭火纵梁引出的接口相连接，在灭火纵梁内部布置有压力传感器，采集灭火纵梁内部压力，并发送给控制器，控制器根据压力出现变化的灭火纵梁位置判断电池起火模组；

优选地，动力电池热安全火情等级监测系统，包括控制器、温度传感器、烟雾传感器；

进一步地，控制器根据所安装在电池箱体内壁的温度传感器和烟雾传感器所监测温度和烟雾浓度，判断火情阶段：

1)温度大于第一阈值100℃，小于第二阈值150℃且一氧化碳浓度大于第一阈值150ppm，小于第二阈值400ppm时，认为电池火情处于初始期；

2)温度大于第二阈值150℃且一氧化碳浓度大于第二阈值400ppm时，认为电池火情处于大火期；

优选地，动力电池热安全灭火系统包括火探管6、灭火纵梁3、灭火罐4、小型电磁阀5、控制器和分流体7；进一步地，当动力电池系统内发生起火现象时，控制器根据动力电池热安全火源定位系统确定的起火位置和动力电池热安全火情等级监测系统确定的火情等级，控制分流体的开闭，以控制向灭火纵梁内输入灭火气体。

进一步地，动力电池热安全灭火系统中所述的分流体分别与多个灭火纵梁并联，根据火情选择连接口的开闭，所述连接口的开闭受控制器的控制；

进一步的，动力电池热安全灭火系统中所述的灭火纵梁中间为空腔并充满灭火气体，同时上端安装有小型电磁阀，由控制器控制开闭；

进一步地，控制器根据火情等级做出相应灭火的控制动作：

1)电池火情处于初始期时，分流体只向出现火情位置的最近的灭火纵梁输送灭火气体，并打开对应灭火纵梁上的小型电磁阀喷射灭火气体对该位置进行灭火；

2)当火情处于大火期时，分流体的连接口全部打开，向所有的灭火纵梁输送灭火气体，并打开灭火纵梁上的小型电磁阀对电池系统进行灭火；

进一步地，电池模组侧板内设置有凹槽，将火探管安装在凹槽内与动力电池模组接触并粘结在一起，火探管与动力电池模组的接触与固定是通过胶水进行粘结的；同时，电池模组安装在灭火纵梁之间，灭火纵梁上开有孔并安装小型电磁阀。

当电池模组发生热失控时，火探管受热，受热后会根据其特性，针对受热位置的管路表面会发生定向爆破并向火源位置喷出灭火气体。当火探管中的灭火气体喷出时，相应位置的灭火纵梁内部的压力受灭火气体冲击而升高，随后控制器根据检测出的灭火纵梁内的压力变化，确定火源位置，根据火源位置向对应位置的灭火纵梁内部输送灭火气体，同时打开该处灭火纵梁的小型电磁阀，灭火气体精准的从灭火纵梁内喷出，对发生热失控现象的动力电池模组进行精准高效的灭火。

下面结合图3、4、来具体描述本发明的工作流程：

(1)当电池模组发生热失控时，火探管6受热，在受热位置定向爆破并向火源位置喷出灭火气体，进行初步地火情抑制；

(2)控制器判断火情等级与火源位置；

(3)当处于起火期时，控制器根据判断的火源位置，灭火罐4通过分流体5向对应位置的灭火纵梁3内部输送灭火气体，打开火源对应位置的小型电磁阀，灭火气体冲出小型电磁阀5，对火源位置进行灭火。

(4)当处于大火期时，分流体5的连接口全部打开，灭火纵梁的电磁阀全部打开，灭火罐4通过分流体向所有灭火纵梁3内部输送灭火气体，对整个电池系统进行灭火。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。