用于电池包的灭火装置及灭火系统的制作方法

本实用新型涉及灭火技术领域，具体涉及一种用于电池包的灭火装置及灭火系统。

背景技术：

随着新能源汽车的保有量不断增加，新能源汽车的安全问题也越来越被各大车主和厂商所重视。以电动汽车为例，作为一种为电动汽车提供动力的优选动力源，锂离子电池由于其具有能量密度高、输出功率大、温度范围宽、使用寿命长、充电速度快、绿色环保等优点而被各大汽车厂商广泛采用。但是由于锂离子电池燃烧时具有燃烧猛烈、持续时间长、产生大量的浓烟与粉尘、出现爆炸或二次爆炸等特点，因此由锂离子电池燃烧或爆炸而导致的事故也不容忽视。

作为为电动汽车更换动力电池的场所，通常充换电站的电池架上密集存放有数个由锂离子电池组成的电池包，一旦某个电池包发生热失控，锂离子电池中的反应物便会在电池包内发生燃烧反应烧穿金属外壳，进而剧烈燃烧的火焰、电解液和反应的产物喷射到外部，很容易将火势蔓延到其他电池上，带来重大损失。为避免上述事故发生，增强充换电站的安全性，现有技术中，通常电池包内还设置有用于实时监测锂离子电池的工作状态的电池管理系统(BMS)，以便在锂离子电池出现热失控或燃烧时启动应急措施，将热失控的电池及时输送到特定位置，如输送到充换电站外的隔离沙箱中进行隔离处理。虽然上述方法一定程度上提高了充换电站的安全性，但不可避免地也存在以下问题：从检测到电池包出现热失控或燃烧到将电池包运输至充换电站外进行隔离的时间过长，如果电池包在运输过程中出现燃烧或爆炸，那么后果将不堪设想。也就是说，现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在灭火效率低的问题。

相应地，本领域需要一种新的用于电池包的灭火装置及灭火系统来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在灭火效率低的问题，本实用新型提供了一种用于电池包的灭火装置，所述灭火装置包括灭火容器，所述灭火容器内存放有灭火剂，所述灭火容器具有下表面，所述下表面设置为能够在所述电池包燃烧时熔化；所述灭火装置还包括设置于所述灭火容器的下表面的连接框，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔设置为允许所述电池包嵌入其中。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述灭火容器的下表面由第一材料制成，所述灭火容器的其余部分由第二材料制成，所述第一材料的熔点小于所述第二材料。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述第一材料为超高分子量聚乙烯纤维；并且/或者所述第二材料为钛铝合金。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述连接框围设形成的形状与所述电池包的上表面形状相同。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述连接框由所述灭火容器的侧面向下延伸而成。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述灭火容器还设置有通风口，所述通风口内设置有排风扇。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述灭火装置还包括沿所述连接框的内壁周向设置的密封垫。

在上述用于电池包的灭火装置的优选技术方案中，所述密封垫的厚度沿所述电池包嵌入所述容纳腔的方向逐渐增大。

本实用新型还提供了一种用于电池包的灭火系统，所述灭火系统包括电池升降机构、卡锁机构以及至少一个上述方案中任一项所述的用于电池包的灭火装置，所述卡锁机构设置为在锁合时能够使所述灭火装置卡置于其上，所述电池升降机构设置为能够使位于其上的电池包嵌入所述灭火装置的容纳腔。

在上述用于电池包的灭火系统的优选技术方案中，所述灭火系统还包括换电机器人，所述换电机器人设置为能够将嵌入所述灭火装置的电池包运送至隔离位置。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，灭火装置包括灭火容器，灭火容器内存放有灭火剂，并且灭火容器的下表面设置成能够在电池包燃烧时熔化。灭火装置还包括灭火容器下表面设置的连接框，连接框与灭火容器的下表面围设形成容纳腔，该容纳腔设置为允许电池包嵌入其中。通过灭火装置的设置，本实用新型能够在电池包热失控时，先将电池包快速嵌入灭火容器的容纳腔，然后再进一步将电池包运送至隔离位置进行处理。这样一来，即使运输过程中电池包出现燃烧，灭火装置也能够通过下表面的熔化使灭火剂迅速进入电池包以稀释和冷却电池包内的燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。也就是说，通过上述设置方式，本实用新型解决现有技术中用于电池包灭火的技术方案存在的灭火效率低的问题，有效地避免了在运输隔离过程中电池包的剧烈燃烧或爆炸而带来重大经济损失的情况出现，提高了充换电站的安全性。

附图说明

下面参照附图并结合充换电站来描述本实用新型的用于电池包的灭火装置及灭火系统。附图中：

图1为本实用新型的用于电池包的灭火装置的结构示意图；

图2为本实用新型的用于电池包的灭火装置的剖视示意图；

图3为图2的A向示意图；

图4为图2中B处的局部放大图；

图5为本实用新型的用于电池包的灭火系统的结构示意图；

图6为本实用新型的用于电池包的灭火系统的卡锁机构的结构示意图；

图7A为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(一)；

图7B为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(二)；

图7C为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(三)。

附图标记列表

1、灭火装置；11、灭火容器；12、灭火容器的下表面；13、连接框；14、通风口；15、排风扇；16、密封垫；2、电池架；3、电池包；4、电池升降机构；5、卡锁。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中的通风口设置成截面为圆形的筒状结构，但是这种设置形式非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。如通风口还可以设置成截面为方形或矩形的筒状结构等。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

首先参照图1和图2，图1为本实用新型的用于电池包的灭火装置的结构示意图；图2为本实用新型的用于电池包的灭火装置的剖视示意图。

如图1和图2所示，本实用新型的用于电池包的灭火装置1主要包括灭火容器11，灭火容器11内存放有灭火剂(图中未示出)，灭火容器的下表面12设置为能够在电池包燃烧时熔化。灭火装置1还包括设置于灭火容器的下表面12的连接框13，连接框13与灭火容器的下表面12围设形成容纳腔，该容纳腔设置为允许电池包嵌入其中。举例而言，电动汽车的电池包通常大致为板状长方体的结构，因此本实用新型的灭火容器11优选地可以设置为与电池包的上表面形状大致相同的长方体的水箱，水箱内装有水(即灭火剂)，并且水箱的下表面以低熔点材料制成，水箱的四个侧面同时向下延伸围设形成连接框13，连接框13与水箱下表面围设形成的容纳腔的形状与电池包的上表面的形状相同，以使电池包恰好嵌入其中。

在电池包与水箱嵌入好的情形下，当电池包由于热失控而出现燃烧时，电池包的着火点处被火焰烧穿并射出，射出的火焰将水箱的下表面熔化，进而水箱内的水迅速进入电池包中稀释燃烧反应，直至反应终止。

从上述描述可以看出，通过将水箱的下表面设置成能够在电池包燃烧时熔化、以及水箱与连接框13形成的容纳腔恰好使电池包嵌入的设置方式，本实用新型的灭火系统能够以先将热失控的电池包嵌入灭火装置1进行过渡的方式，大幅提高热失控电池在运输至隔离位置过程中的安全性，避免由于燃烧反应物喷出或火势蔓延而导致的爆炸等现象发生。并且由于水箱的结构简单、成本低，因此本实用新型还适于大规模推广应用。

当然，上述水箱的具体形式和形状并非一成不变，在不偏离本实用新型原理的条件下，本领域技术人员能够对其进行调整，以便适应更加具体的应用场景。例如，水箱还可以为正方体或其他不规则形状，只要水箱的下表面至少能完全覆盖电池包的上表面即可。连接框13可以不和水箱的侧面一体成型，还可以采用粘接等，如在水箱的下表面的面积大于电池的上表面的情形下，连接框13的大小只需参照电池包的上表面进行设置即可。再如，连接框13的围设形成的形状不必与电池包的上表面的形状完全相同，只要该形状能够使电池包顺利嵌入即可，以使本实用新型的灭火装置1能够适用于各种不同类型的电池包。再例如，灭火剂还可以选择其他流动性好的液体灭火剂或者颗粒状灭火剂等。

进一步参照图1图2，在一种可能的实施方式中，仍以灭火容器111为长方体的水箱为例，水箱的下表面由低熔点材料制成，水箱的其余表面则采用高熔点材料制成。优选地，水箱的下表面可以由高强度低熔点的超高分子量聚乙烯纤维制成，水箱的其余表面可以由高熔点的钛铝合金制成。这样一来，在电池包出现燃烧时，水箱的下表面极易熔化而使水箱中的水迅速进入电池包进行灭火，而其余表面则能够保持原有形态，以起到将电池包中的燃烧反应物与外界隔离的效果。

当然，水箱的下表面和其余表面的材料并非唯一，在满足水箱的下表面的熔点小于其余表面的熔点的条件下，任何其他可能的材料均可以加工成水箱下表面和其余表面。例如，水箱的下表面还可以选择低熔点的塑料，水箱的其余表面才可以采用不锈钢等。

下面参照图3和图4，其中，图3为图2的A向示意图；图4为图2中B处的局部放大图。

如图3和图4所示，在一种可能的实施方式中，沿连接框13的内壁周向还设置有密封垫16。优选地，该密封垫16为耐高温、略带弹性的楔形防水橡胶垫，并且该防水橡胶垫的厚度沿电池嵌入容纳腔的方向逐渐增大。按照图4所示方位，即由下向上厚度依次增大。这样一来，在电池包嵌入容纳腔时，防水橡胶垫能够通过产生形变而使电池包进入容纳腔的部分与外界完全密封，进而在电池包产生燃烧时，使灭火过程完全封闭，避免由于燃烧反应物喷出或火势蔓延而导致的二次爆炸等现象发生，提高装置的灭火效率与安全性。

此处需要说明的是，密封垫16的材料、形式等设置方式并不唯一，在不偏离本实用新型原理的前提下，本领域技术人员可以对其做出调整，以便其适应更加具体的应用场景。

返回参照图1和图2，在一种更为优选的实施方式中，为了及时将灭火后的电池包中的有毒有害气体排出，水箱的上表面还可以设置通风口14，如通风口14可以设置成横截面为圆形或矩形的筒状结构，并且在筒状结构中设置排风扇15以增加排风效果。

接下来参照图图5和图6，对本实用新型的用于电池包的灭火系统进行阐述。其中，图5为本实用新型的用于电池包的灭火系统的结构示意图；图6为本实用新型的用于电池包的灭火系统的卡锁机构的结构示意图。

如图5和图6所示，本实用新型还提供了一种用于电池包的灭火系统，该灭火系统包括电池升降机构4、换电机器人(图中未示出)、卡锁机构以及至少一个上述的用于电池包3的灭火装置1。其中，卡锁机构设置于电池架2上或临近电池包3的其他置物架上，卡锁机构设置为在锁合时能够使灭火装置1卡置于其上(参照图6)，电池升降机构4设置为能够使电池包3嵌入灭火装置1的容纳腔，换电机器人设置为能够将嵌入灭火装置1的电池包3运送至隔离位置。

参照图5和图6，仍以灭火容器11为水箱为例，卡锁机构可以为分别安装于两个电池架2的顶部边缘的四个卡锁5，四个卡锁5能够通过承托的方式使水箱悬置在两个电池架2之间。当然，卡锁机构的具体形式和卡锁的数量并非唯一，本领域技术人员还可以对其调整，只要该卡锁机构满足能够将水箱卡置于其上的条件即可。例如卡锁5的数量还可以为6个或更多，卡锁机构还可以为能够与水箱吸合的电磁锁、夹具或卡爪等。

电池升降机构4可以为剪式驱动架(即图5中所示)、丝杠导轨机构或链式驱动架，其可以将热失控的电池抬升至水箱的底部，并使电池嵌入水箱底部的容纳腔；或者电池升降机构4还可以为充换电站内设置的机械臂，其能够在卡锁机构(即四个卡锁5同时打开时)打开时控制水箱从电池包3的上方向下移动，最终使电池包3嵌入水箱底部的容纳腔中。换电机器人可以为充换电站内用于运输电池的换电小车，其能够将与实现嵌入好的电池快速运送至隔离位置。其中，隔离位置可以为在充换电站内/外设置的专用于处理热失控的电池包3的位置，并且该位置设置有隔离装置，如充换电站内/外设置的隔离沙箱等。

下面参照图7A、图7B和图7C，并结合图5和图6，对灭火系统的工作流程进行简要介绍。其中，图7A为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(一)；图7B为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(二)；图7C为本实用新型的用于电池包的灭火系统的灭火过程示意图(三)。

参照图7A至图7C并结合图5和图6，仍以灭火机构11为水箱为例，本实用新型的用于电池包的灭火系统的一次完整的工作流程可以为：

当BMS检测到电池包3由于短路、过充、过放或其他问题出现热失控时，在电解液发生燃烧之前，充换电站的主控系统控制电池架2上的转运装置(图中未示出，如传输带或动力辊筒组等)将电池包3从电池架2转运至电池升降机构4上，然后主控系统控制电池升降机构4举升电池包3并使电池包3嵌入水箱底部的容纳腔；电池包3嵌入水箱后，主控系统控制四个卡锁5打开，并使电池升降机构4将结合在一起的水箱和电池包3一同降下，并同时打开排风扇15进行排气，等待充换电站工作人员对电池包3进行处理；或者在电池升降机构4将结合在一起的水箱和电池包3一同降下后，进一步控制电池升降机构4将嵌入水箱的电池包3转运至换电小车上(如通过电池升降机构4上设置的传输带或动力辊筒组等实现电池的转运)，由换电小车将电池包3连同水箱一同送至换电站外的隔离位置进行处理。在上述过程中，电池包可能出现燃烧，当电池包上部被烧穿并向外喷射出燃烧产物和少量反应物的同时，水箱的底部由于采用低熔点材料因此也被烧穿。又由于电池燃烧通过烧穿的空洞向外喷射燃烧产物及少量反应物并非完全均匀、恒压喷射，因此水箱内的水便能迅速进入电池包，稀释冷却燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。

从上述描述可以看出，通过在充换电站内合理设置水箱，并充分利用充换电站中的现有装置和机构，本实用新型的灭火系统不仅缩短了电池包3出现热失控时系统的响应时间，提高了灭火效率和充换电站安全性，而且还大大节约了灭火系统的设置成本，有利于灭火系统的大规模实施和推广。

最后需要说明的是，虽然本实施方式是结合充换电站进行描述的，但这仅仅用来阐述本实用新型的原理，并非旨在于限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员有理由将本实用新型应用于其他储存有电池包3的应用场景，如应用于电池仓库、储能站等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。