一种电池包热失控沉水系统的制作方法

1.本发明涉及动力电池的热失控控制技术领域，具体为一种电池包热失控沉水系统。


背景技术：

2.动力电池在产生了热失控后(比如被针刺、或者是鼓包或者干瘪等导致电池包破损的情况)，电池包通常会短路燃烧。
3.目前一般采用的技术为，通过将失控的电池包搁置到冷却液中，利用冷却液(这里的冷却液一般为水或者是盐水)来达到灭火和降低电池包表面温度的目的。
4.比如在已经公开的专利文献一(申请号：202022215648.4；专利名称：一种电池热失控实验升降平台)就阐述了针对电池热失控的试验装置，在这一公开的一种带自动水浸灭火的锂电池热失控试验台装置中，其具体的组成结构包括了升降试验台，还包括储液池和用于驱动升降试验台升降的驱动件，所述升降试验台能够浸入储液池内。本发明能够提高灭火速度，避免锂电池热失控着火后需长时间灭火的情况。
5.以上装置确实为本领域的技术人员所采用的常规试验装置，但是我们发现，依旧存在以下的缺陷。比如，在专利文献一中需要在地基中开设独立的凹槽，建造时需要比较大的土建工程，对现有试验室改造较大，成本投入巨大；并且，因为凹槽在地基中开设，这样就使得整个装置只能够安装在凹槽这特定的位置，不能够进行移动，不能够根据实际的生产需要进行适应性地调节，因而在使用的便捷性上带来极大的不便；最后因为该装置结构的设计的特殊性，专利文献一中提及的升降平台升到高点时，与其连接的液压装置会高出平台很多；也即因为这里液压装置位置和结构设计的不合理，就需要提供较为特殊的加长型液压装置，这样升降平台升到高点时，液压装置伸缩杆的端部才能够处于更高的位置处；比如升降平台上升至标准高度1m时，液压装置伸缩杆的端部将会上升至大于1m的位置，这样无论是在控制的精度和反应的速度上均有极大的影响，同时因为加长型液压装置的缘故，对于操作人员的上样和试验均带来极大的不便利。
6.再比如在另一公开的专利文献二中(申请号：202122689633.6；专利名称：一种带自动水浸灭火的锂电池热失控试验台装置)，同样的公开了针对动力电池的试验装置。但是在这样的技术中，作为动力装置的液压缸必须浸没在液体介质(也即盐水)中，随着长时间的使用，液压缸势必会逐步受到腐蚀，进而导致动力不足无法使用。
7.以上两个举例，是目前较为常用的方式，并且采用液压缸作为动力的驱动装置，也是目前技术人员的常规选择；但也正是因为这一原因，采用液压缸作为其中的动力源，整个试验装置的响应速度和控制精度均较差。
8.因此，总结以上存在问题，我们认为开发设计一种具有高效反应和使用方便的装置系统势在必行。


技术实现要素：

9.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新的技术方案，也即在本方案中提供了一种电池包热失控沉水系统，该系统能够针对电池包的状态来自动做出相应的响应，减少人工操作干预，在响应的速度上和控制的精度上较目前常规的技术手段均具有极大的提高。
10.具体的，本发明提出的详细技术方案如下：
11.一种电池包热失控沉水系统，包括
12.水箱，由不锈钢焊接围成；所述水箱为上端开口的u型结构；所述水箱中盛装有液体介质；
13.承载台，内置在所述水箱中；所述水箱外安装设置有驱动源，所述驱动源与所述承载台之间通过传动机构进行连接；使得所述承载台在所述水箱中上升至所述液体介质的液位或者下降并浸没至所述液体介质中；
14.传感模块，安装在所述水箱中；所述传感模块被配置为感知电池包实时状态；和
15.控制模块，与所述驱动源和传感模块接通；所述控制模块被配置为根据所述传感模块的信号控制所述驱动源。
16.进一步的，所述传感模块位于液体介质的液位上方。
17.进一步的，所述传感器模块包括can线温采集器；所述can线温采集器被配置为对放置在所述承载台上的电池包温度进行实时监测。
18.进一步的，所述传感器模块还包括烟雾监测器，所述烟雾监测器被配置为监测所述电池包释放的烟雾浓度。
19.进一步的，述控制模块接通；所述控制模块控制所述喷淋器向着所述承载台进行喷淋。
20.进一步的，所述喷淋器的喷射范围至少覆盖放置在所述承载台上的所述电池包。
21.进一步的，所述水箱中还安装有水位传感器，所述水位传感器被配置为监测感知所述水箱中液体介质的液位高度。
22.进一步的，所述水位传感器为接触式传感器，固定安装在所述水箱的内侧壁与其中的液体介质直接接触。
23.进一步的，所述水箱中还设有补水系统；
24.所述补水系统与所述水位传感器均与所述控制模块接通，所述液体介质的液位低于预设值时，所述补水系统被配置为自动打开向所述水箱中补充冷却液体；所述液体介质的液位高于预设值时，所述补水系统被配置为自动关闭。
25.进一步的，所述水箱中还设有水温传感器，所述水温传感器被配置为监测液体介质的实时温度；
26.同时所述水箱中还设置有排水系统，所述排水系统与所述水温传感器均与所述控制模块接通；所述水温传感器监测到液体介质的温度超出预设为范围后，所述排水系统被配置为自动开启进行排水。
27.采用本技术方案所达到的有益效果为：
28.本方案中，通过将水箱进行单独的设置，不同于目前传统的在地基中挖槽的方式，通过利用不锈钢焊接成所需要的水箱；这样在需要对整个装置系统进行转运时，可以通过
起重机或者叉车等方式进行转移；不再是固定位置不动。
29.并且，还在水箱中设置传感模块，该传感模块与控制模块信号连接；传感模块在感知到电池包的实时状态后，发出信号到控制模块，控制模块根据事态的严重程度，进而控制驱动源动作的速率，以达到控制承载台升降的快慢速率。
附图说明
30.图1为本电池包热失控沉水系统的原理布置图。
31.其中：10水箱、20承载台、21驱动源、22传动机构、31can线温采集器、32烟雾监测器、41喷淋器、51水位传感器、61水温传感器。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
33.本实施例提供了一种电池包热失控沉水系统，利用该沉水系统来实现对电池包失控状态的稳定控制。同时，本方案中提供的沉水系统，相比于目前传统所使用的技术方案，本方案具有响应速度快、控制精度高和自动化程度高等特点。
34.具体的，参见图1，在本方案中提供的电池包热失控沉水系统的组成结构包括水箱10、承载台20、传感模块和控制模块；通过各个部件和模块之间的相互配合协调实现整个系统的自动化控制。
35.在本方案的实施例中，为了避免位置被固定，不方便操作人员的实际使用，我们这里提供的水箱10可以移动。也即，在本方案中不再采用在地基中挖设凹槽的方式，而是直接利用不锈钢焊接成水箱10水箱，将沉水系统所需要的另外零部件全部固定在这里的水箱10上，在需要对本系统进行转运时，可以利用起重机或者是叉车等搬运工具进行转运。
36.通过采用这样的设计方式，使得本方案中提出的电池包热失控沉水系统在使用上更加便捷；操作人员能够根据实际的需要对整个系统进行位置的转运，不再需要如传统方式一样，每次都要到固定的位置进行电池包的失控测试。
37.为了便于电池包的放置和测试，在本实施例中，所提供的水箱应当具有开口结构，也即本方案中的所述水箱10为上端开口的u型结构；同时在所述水箱10中盛装有液体介质。
38.需要注意的是，这儿的液体介质应当为导电能力较低或者为不导电的介质，其主要目的是对热失控的电池包进行灭火，通过隔绝空气和利用液体本身的降温作用，进而达到消除火情的目的，因此，这里的液体介质优选为水，或者是质量分数为5％的氯化钠溶液(也即盐水)。
39.热失控的电池包得到控制后，还需要将其从液体介质中取出来。因此为了使用的方便性，这里提供了承载台20。承载台20内置在所述水箱10中；承载台20的主要作用在于承载电池包。
40.具体的工作方式为，在电池包失控后，及时将失控的电池包放置在这里的承载台20上，然后承载台20带动电池包浸没到水箱10中的液体介质中，通过隔绝空气和利用液体本身的降温作用，进而达到消除火情的目的。
41.在本方案中，这里提出的承载台20上还布置有筛孔，这里的筛孔完全贯穿承载台
20，使得承载台20在进入液体介质或者脱离液体介质时更容易达到灭火的目的。
42.承载台20能够带动着电池包在液体介质中进行上下升降，是通过驱动源21实现。具体的，在所述水箱10外安装设置有驱动源21，并且所述驱动源21与所述承载台20之间通过传动机构22进行连接。可以理解为，本方案中的驱动源21设置安装在水箱10的外部，杜绝了设置在水箱10内部造成驱动源21被腐蚀或者生锈的可能。
43.当然驱动源21与承载台20不直接连接接触，而是通过这里的传动机构22进行连接，这样可以保证驱动源21的使用寿命，通过驱动源21和传动机构22之间的相互配合，使得所述承载台20在所述水箱10中上升至所述液体介质的液位之上或者下降并浸没至所述液体介质中。
44.在本实施例的方案中，我们优选这里的驱动源21为电机，利用电机来提供动力和保证动力驱动的稳定性；而这里的传动机构22，具体由齿轮、卷轴和钢绳，其中齿轮固定安装在电机的输出轴端，齿轮同时与所述卷轴进行转动连接，钢绳缠绕在这里的卷轴上，同时钢绳的一端与上文提及的所述承载台20固定；可以理解为，承载台20通过这里的钢绳吊设在水箱10内。在电机接收到来自控制模板的控制信号后，开始转动启动，使得这里的齿轮带动卷轴转动，卷轴的转动将会实现对钢绳的收放；比如在卷轴对钢绳进行收纳时，钢绳提升承载台20，使得放置在承载台20上的电池包脱离水箱10中的液体介质。在卷轴对钢绳进行释放时，钢绳同样释放承载台20，使得放置在承载台20上的电池包浸没到水箱10中的液体介质中。
45.在本实施例的方案中，还设置了传感模块，这里的传感模块设置水箱10中，通过这里的传感模块来实时的监测电池包的实时状态。这样设置的原因在于，不同电池包失控的状态等级不同，我们将这里的严重等级分为一级和二级，也即一级响应或者二级响应；在传感模块监测到电池包的实时状态时，将其中的监测数据传输到控制模块中，控制模块对其进行分析进而得出等级。
46.也即，在本方案中提出的系统中还包括了控制模块，这里的控制模块与所述驱动源和传感模块接通；所述控制模块被配置为根据所述传感模块的信号控制所述驱动源。
47.具体的控制方式为，传感模块监测的电池包实时状态，将得到的信号数据传输到控制模块处；控制模块该数据进行处理分析，进而得出电池包的严重等级，根据这里的等级情况控制驱动源(也即电机)进行高速转动或者低速转动，进而作出对应的响应速度。也即根据事件的严重程度，控制模块可以通过驱动源控制承载台20的上升或者下降的速度，避免危险事态的发生。
48.在本方案的实施例中，试验过程中，事件严重程度为1级时，控制模块控制承载台20的升降做出1级响应(v下沉≤60mm/s)，事件严重程度为2级时，承载台的升降做出2级响应(v下沉≤100mm/s)。
49.在本方案的具体实施例中，所述传感模块位于液体介质的液位上方。这样在电池包初次放置在承载台20上时，传感模块能够有效且高效的监测电池包的实时状态。
50.在本方案的具体实施例中，提出的所述传感器模块包括can线温采集器31和烟雾监测器32。
51.具体的，所述can线温采集器31被配置为对放置在所述承载台20上的电池包温度进行实时监测。其中，所述can线温采集器31的内部结构为can总线通信模块和电池参数采
集模块，can总线通信模块具体包括can控制器、can收发器、can总线；所述can控制器通过接口模块与can收发器通过导线连接；所述can收发器另一端接收模块接入can总线；所述电池参数采集模块包括can控制器、can收发器和电池参数采集器。
52.通过提供can线温采集器31，能准确测量电池电压、电流和温度；采用can总线作为电池监控节点的通道，保证了数据传输的准确性和数据传输速率，同时能检测多组数据；采用带磁隔离的can收发器，保证数据传输抗干扰性。
53.同时，在本方案的实施例中，所述传感器模块还包括烟雾监测器32，所述烟雾监测器32被配置为监测所述电池包释放的烟雾浓度。
54.这里通过can线温采集器31和烟雾监测器32之间的相互配合，能够实时的监测电池包的实时状态，实现对状态进行精准反馈；得到的相关参数数据及时自动传输至控制模块中，然后由控制模块控制承载台20进行速率的调整升降。
55.同时在本方案的实施例中，在传感模块监测电池包的实时状态后，还有喷淋器41予以配合。
56.具体的，本方案的水箱10上还固定连接了喷淋器41，这里喷淋器41与控制模块接通并且受到控制模块的控制启停；所述控制模块控制所述喷淋器41向着所述承载台20进行喷淋。
57.采用喷淋器41进行喷淋也是对电池包失控后采取的措施之一，在电池包被传感模块进行监测后，控制模块根据事件的等级情况，不仅会控制驱动源，调整承载台20的升降速率，还会控制这里的喷淋器，尤其是在事件等级被判定为需要做出1级或者2级响应时，此时的喷淋器也将启动，对放置在承载台20上的失控电池包进行喷淋。
58.具体的，在实际的试验操作过程中，控制模块根据can线温采集器31和/或烟雾监测器32采集的温度数据，判断事件严重程度是1级或2级，并做出相应动作；当发现失控电池包的温升速率为1级(t温升≤0.5℃/s)时，喷淋系统(也即这里的喷淋器41)做出1级喷淋响应(冷水流量≥0.25m3/min)；当失控电池包温升速率(t温升)为2级(≤1℃/s)时，喷淋系统做出2级喷淋响应(冷水流量≥0.5m3/min)；
59.可选的，在本方案的具体实施例中，所提及的所述喷淋器41的喷射范围至少覆盖放置在所述承载台20上的所述电池包。也即在具体的设置过程中，可以在水箱10的上方均布喷淋器41，使得所述喷淋器41将整个水箱10进行全覆盖，这样不仅仅可以针对失控的电池包，还能够对承载台20周边的环境温度进行降温覆盖。当然基于成本的考虑，也可以仅仅设置喷淋器41的喷射范围覆盖住失控的电池包即可，电池包在被喷淋的同时，承载台20还以一定的速度进行下降，这样可以避免失控电池包火势的蔓延，直至电池包完全浸没在液体介质中后，喷淋器41停止喷淋。
60.在本方案的具体实施例中，在所述水箱10中还安装有水位传感器51，这里的所述水位传感器51被配置为监测感知所述水箱中液体介质的液位高度。
61.在目前，常见的水位传感器51一般分为两种类型；第一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，伺服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。
62.在本方案中，所述水位传感器51具体选用为接触式传感器，固定安装在所述水箱
10的内侧壁与其中的液体介质直接接触。
63.优选的，接触式的水位传感器51优先选用以下三种：
64.1、浮筒式液位传感器
65.浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，液位传感器是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的，它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。
66.2、浮球式液位传感器
67.浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成，一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动，导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20ma或其它标准信号输出。液位传感器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28ma，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏
68.3、静压式液位传感器
69.该变送器利用液体静压力的测量原理工作，它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20ma或0～10ma电流方式输出。
70.在本方案的具体实施例中，通过利用这里的水位传感器51，主要用于监测水箱10中液体介质的水位多少；因为需要保证水箱10中液体介质的液位始终保持在预设的范围之内，才能够有效地抑制电池包额热失控现象，当监测出水箱10中的液位低于预设的范围之后，就需要通过控制模块，自动协调补水系统进行液位的补充调整。
71.具体的，在本方案的实施例中，还设置了补水系统，所述补水系统设置在所述水箱10中，补水系统具有包括了与水箱10接通的水管和与水管接通的且位于所述水箱10之外的蓄水装置；所述补水系统与所述水位传感器51均与所述控制模块接通，所述液体介质的液位低于预设值时，所述补水系统被配置为自动打开向所述水箱中补充冷却液体；所述液体介质的液位高于预设值时，所述补水系统被配置为自动关闭。
72.可以理解为，本方案中提供的系统趋向于全自动化，利用所述水位传感器51实时监测液体介质的液位状况，在监测到液位低于预设的范围之后，将数据信号自动传输至控制模块中，然后有控制模块进行分析处理，然后发出控制信号使得水管中的阀门打开，蓄水装置中的水源将通过这里的水管不断的流入到水箱10中。
73.直至水箱10中的液位回归到预设的阀内之后，液位状态同样被水位传感器51监测到，然后通过信号的传输控制，最终使得水管中的阀门得以关闭，停止向水箱10中继续补水。
74.在本方案的具体实施例中，所述水箱10中还设有水温传感器61，所述水温传感器61被配置为监测液体介质的实时温度。一般而言，水箱10中的液体介质温度不会产生太大的变化，但是液体介质中浸没失控后的电池包后，其温度就会产生剧烈的变化；尤其是失控电池包的事态较为严重时，水箱10中的液体介质就会吸收来自电池包释放的热量，最终导致液体介质的温度上升，上升后的液体介质，对于失控电池包的降温和冷却效果急剧下降。因此，利用水温传感器61来对水箱10中的液体介质的温度进行实时的监测，在发现液体介
质的温度急剧变化时，就需要对水箱10中的介质进行排除处理。
75.因此，在本实施例中，所述水箱中还设置有排水系统，这里的排水系统具体包括了排水管，该排水管用于将水箱10中的介质进行外排。这里的所述排水系统与所述水温传感器61均与所述控制模块接通；所述水温传感器61监测到液体介质的温度超出预设为范围后，所述排水系统被配置为自动开启进行排水。
76.需要说明使得是，在本方案中，提供的水温传感器61、水位传感器51、补水系统、排水系统、喷淋器41、can线温采集器31、烟雾监测器32、承载台20和控制模块，并不是独立运行，而是彼此之间相互协调控制，最终达到对整个系统的快速响应和精准控制的目的。
77.比如，在本实施例的具体试验中。
78.试验过程中，控制模块根据水温传感器61或电池can线温采集器31采集温度数据，判断事件严重程度是1级或2级，并做出相应动作；当电池包的温升速率为1级(t温升≤0.5℃/s)时，喷淋系统做出1级喷淋响应(冷水流量≥0.25m3/min)；当电池包的温升速率(t温升)为2级(≤1℃/s)时，喷淋系统做出2级喷淋响应(冷水流量≥0.5m3/min)。
79.试验过程中，控制模块根据烟雾传感器51或电池can线温采集器31采集温度数据，判断事件严重程度是1级或2级，并做出相应动作；当烟雾浓度为1级(c浓度≤)时，喷淋系统做出1级喷淋响应(冷水流量≥0.25m3/min)；当温升速率(c浓度≤)为2级(≤1℃/s)时，喷淋系统做出2级喷淋响应(冷水流量≥0.5m3/min)。
80.试验过程中，事件严重程度为1级时，控制模块控制升降系统，也即控制驱动源控制承载台20作升降反应，做出1级响应(v下沉≤60mm/s)，事件严重程度为2级时，升降系统做出2级响应(v下沉≤100mm/s)。
81.试验过程中，电池包浸没在液体介质中后，当水温传感器监测61到实时水温达到设定范围(40℃≤t水温≤80℃)的上限值后，控制模块启动给排水措施，一边排出高温水，一边补充冷水，直至水温达到下限值。
82.试验过程中，水位传感器51实时监测水位，当水位低于设定范围(600mm≤h水位≤800mm)的下限值时会自动补水至上限值。
83.因此综上所述，本方案中，通过将水箱进行单独的设置，不同于目前传统的在地基中挖槽的方式，通过利用不锈钢焊接成所需要的水箱；这样在需要对整个装置系统进行转运时，可以通过起重机或者叉车等方式进行转移；不再是固定位置不动。
84.并且，还在水箱中设置传感模块，该传感模块与控制模块信号连接；传感模块在感知到电池包的实时状态后，发出信号到控制模块，控制模块根据事态的严重程度，进而控制驱动源动作的速率，以达到控制承载台升降的快慢速率。
85.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
86.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，“第一”、“第二”仅用于描述目的，且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。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地
包括一个或者多个该特征。因此术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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。
87.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
88.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体的连接；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，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
89.以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将技术的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本技术的保护范围。