新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置及其使用方法与流程

本发明涉及新能源车技术领域，尤其涉及一种新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置及其使用方法。

背景技术：

随着锂离子电池的广泛应用，其火灾危险性逐渐显现，国内外多次发生有影响的火灾事故，并引发相关产品的大规模召回。截至目前，各国尚未制订有关锂离子电池安全储存的标准和灭火救援行动规程。为填补这一空白，很多国家和组织正在开展相关的基础理论和应用技术研究。2011年，nfpa消防研究基金会(fprf)所属财产保险研究组(pirg)启动了锂离子电池储存危险性和灭火方法研究。在研究的第一阶段，通过文献检索形成的《锂离子电池的危险和使用评估》指出锂离子电池的火灾危险主要来自其构造，尤其是较高的能量密度和不当充电时高温造成的电解液气化；同时，电池设计缺陷以及原材料瑕疵造成的短路、过度充电和水渍，都可能引发火灾。报告认为快速释放能量的热失控是引起电解液燃烧的主要原因，一旦发生热失控，电池温度迅速升高，其结果或者是直接导致电池材料燃烧爆炸，或者是电池外壳撑破后空气与锂发生激烈氧化反应而爆炸。

随着锂离子电池应用范围的扩展，特别是在电动汽车领域大容量锂离子电池的应用，锂离子电池火灾事故将明显增多，亟待开展有关其火灾危险的基础性研究，制定安全使用、运输、回收锂离子电池的标准和规程，并研究开展高效、实用的灭火技术。

目前根据公布的相关锂离子电池灭火技术中，主要分为四类：采用干粉灭火(201710047233.0、201110393177.9)、采用泡沫基灭火(201710157930.1)、采用水基灭火(201610713481.x、201610466089.x)、气体基灭火(201310302644.1、201310043816.8)及其他(201611033818.9、201410049698.6)。以上该方法均是采用水或者常用干粉或者二氧化碳或氮气灭火，由于动力电池是怕潮湿甚至水滴的，尽管现在国家出台的《电动客车安全技术条件》征求意见稿中明确规定电池系统要有ip67的防水防尘等级，然而尽可能的避免使用水来灭电池系统是必须慎重考虑的。采用干粉灭火方式或者氮气或二氧化碳灭火方式灭火，并不一定能够使燃烧锂电池熄灭。而锂电池灭火的主要方式是降低温度，所以，上述几个方法除了用水以外，决不能达到良好的锂电灭火效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中车用锂离子电池采用干粉灭火或者氮气或二氧化碳灭火方式降温灭火技术效果不佳，采用水降温灭火则损坏动力电池的缺陷，提供一种新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置，包括：烟雾探头、整车控制器、动力电池包、气体探头和细雾喷头，其中所述动力电池包包括：温度传感器、电池管理系统和液冷系统，还包括：第一开关阀、第二开关阀、传输泵和灭火剂瓶；

所述灭火剂瓶装有液体灭火剂，用于为所述动力电池包降温灭火以及通过与所述液冷系统相连为所述动力电池包降温；

所述第一开关阀，用于开启或关闭所述液冷系统与所述传输泵以及所述灭火剂瓶的连接；

所述第二开关阀，用于开启或关闭所述灭火剂瓶与所述传输泵或者与所述传输泵以及所述液冷系统的连接；

所述传输泵分别通过所述第一开关阀与所述液冷系统相连，通过所述第二开关阀与所述灭火剂瓶相连，用于将来自于所述灭火剂瓶中的液体灭火剂或者来自于所述灭火剂瓶中的液体灭火剂以及所述液冷系统中的液体高压输送到所述细雾喷头。

进一步，本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置，所述液体灭火剂是全氟-2-甲基-3-戊酮，化学式为cf3cf2c(0)cf(cf3)2，并装在不锈钢瓶内。

进一步，本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置，所述第一开关阀是单向阀a，通过所述单向阀a所述液冷系统中的液体流向所述传输泵，所述第二开关阀是单向阀b，通过所述单向阀b所述灭火剂瓶中的全氟-2-甲基-3-戊酮流向所述传输泵。

进一步，本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置，所述灭火剂瓶与所述液冷系统相连是通过所述单向阀b与所述单向阀a相连。

进一步，本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置，所述传输泵是高压空气泵，所述细雾喷头是亚微米细雾喷头。

另外，本发明还公开一种新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置使用方法，包括以下步骤：

烟雾探头、气体探头以及温度传感器检测到异常并发送信号给整车控制器；

所述整车控制器接收到所述烟雾探头的异常信号后发出警报和指令，开启第二开关阀、或接收到所述气体探头或者所述温度传感器的异常信号后发出警报和指令，同时开启第一开关阀和所述第二开关阀；

传输泵在只开启所述第二开关阀情况下，将灭火剂瓶中的液体灭火剂、或在同时开启所述第一开关阀和所述第二开关情况下，将所述灭火剂瓶中的液体灭火剂以及液冷系统中的液体高压输送给细雾喷头进行多次喷雾降温。

优选地，在本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置使用方法中，所述传输泵是高压空气泵，所述液体灭火剂是全氟-2-甲基-3-戊酮，化学式为cf3cf2c(0)cf(cf3)2，并装在不锈钢瓶内。

优选地，在本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置使用方法中，所述细雾喷头是亚微米细雾喷头，所述第一开关阀是单向阀a，通过所述单向阀a所述液冷系统中的液体流向所述高压空气泵，所述第二开关阀是单向阀b，通过所述单向阀b所述灭火剂瓶中的全氟-2-甲基-3-戊酮流向所述高压空气泵。

优选地，在本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置使用方法中，所述温度传感器发送信号给整车控制器进一步包括：

电池管理系统收集所述温度传感器检测到的温度信号，通过can通讯将温度信号传输给所述整车控制器。

优选地，在本发明所述的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置使用方法中，所述细雾喷头进行多次喷雾降温进一步包括：

所述亚微米细雾喷头以亚微米细雾的形式喷到整个电池仓空间，每次喷雾1分钟后停止喷雾，检测温度是否还有异常，如有异常再次喷雾1分钟，最多持续5次。

实施本发明的新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置及其使用方法，具有以下有益效果：

本发明在新能源车电池仓中使用的液体灭火剂是全氟-2-甲基-3-戊酮，其特性包括低沸点、高挥发性、低毒性和不燃烧，且在大气中仅能存在5天时间。作为灭火剂，其优点包括：灭火效率高、灭火浓度低、不导电、易挥发和不留痕迹残渣，在常温状态下是液态，灭火时会迅速气化，对装置无任何损害，是真正的清洁灭火剂，具有较好的降温灭火效果。

本发明的灭火剂瓶与动力电池包的液冷系统相连，实现应急降温、消散有机气体的作用。

本发明的应急降温、消散有机气体采用多次喷雾，持续监测的方式操作，可更加有效地达到预计效果。

本发明的方法简单易行，对原有系统设计改变微小，适合工业化应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置结构示意图；

图2是本发明新能源车用动力电池包的自动灭火、应急降温的装置使用方法流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明一种新能源车用动力电池包的自动灭火、应急降温的装置结构示意图。包括：烟雾探头1、整车控制器2、动力电池包3、气体探头4和细雾喷头9，其中动力电池包3包括：温度传感器32、电池管理系统31和液冷系统33，还包括：第一开关阀7、第二开关阀6、传输泵5和灭火剂瓶8；灭火剂瓶8装有液体灭火剂，用于为动力电池包3降温灭火以及通过与液冷系统33相连为动力电池包3降温；第一开关阀7，用于开启或关闭液冷系统33与传输泵5以及灭火剂瓶8的连接；第二开关阀6，用于开启或关闭灭火剂瓶8与传输泵5或者与传输泵5以及液冷系统33的连接；传输泵5分别通过第一开关阀7与液冷系统33相连，通过第二开关阀6与灭火剂瓶8相连，用于将来自于灭火剂瓶8中的液体灭火剂或者来自于灭火剂瓶8中的液体灭火剂以及液冷系统33中的液体高压输送到细雾喷头9。

液体灭火剂是全氟-2-甲基-3-戊酮，化学式为cf3cf2c(0)cf(cf3)2，并装在不锈钢瓶内。

第一开关阀7是单向阀a，通过单向阀a液冷系统33中的液体流向传输泵5，第二开关阀6是单向阀b，通过单向阀b灭火剂瓶8中的全氟-2-甲基-3-戊酮流向传输泵5。

灭火剂瓶8与液冷系统33相连是通过单向阀b6与单向阀a7相连。

传输泵5是高压空气泵，细雾喷头9是亚微米细雾喷头。

如图1所示，烟雾喷头1，位于新能源车用存放动力电池包3的电池仓的顶部中央位置，与整车控制器2连接，主要用于探测动力电池包3是否冒烟或起火，并将信号传输给整车控制器2。

气体探头4，位于新能源车用存放动力电池包3的电池仓的顶部中央位置，与整车控制器2连接，主要是用于探测动力电池包3是否漏液，并将信号传输给整车控制器2。

温度传感器32，均匀分布在动力电池包3中的单体动力电池上，与动力电池包3中的电池管理系统31连接，主要是用于探测动力电池包3温度是否异常，并将信号传输给电池管理系统31。

电池管理系统31，位于动力电池包3内部，与整车控制器2连接，用于收集温度传感器32传输过来的温度信号，通过can通讯将温度信号传输给整车控制器2。

can通讯连接电池管理系统31和整车控制器2，其作用是将电池管理系统31的信息传输给整车控制器2。

整车控制器2，与烟雾探头1、气体探头4、电池管理系统31、单向阀a7、单向阀b6以及高压空气泵5连接，用于接收来自于烟雾探头1、气体探头4和电池管理系统31的信息，然后根据处理这些信息后进一步的对高压空气泵5、单向阀a7、单向阀b6下达指令。

单向阀a7，与液冷系统33、高压空气泵5、单向阀b6以及整车控制器2连接，位于液冷系统33与高压空气泵5之间，用于在动力电池包3需要外部降温时，接收整车控制器2的信号，开启液冷系统33与高压空气泵5以及灭火剂瓶8的连接，还可防止液冷系统33中的液体或者液冷系统33和灭火剂瓶8的混合液体回流。

单向阀b6，与灭火剂瓶8、高压空气泵5、单向阀a7以及整车控制器2连接，位于灭火剂瓶8与高压空气泵5之间，用于当动力电池包3需要降温灭火时，接收整车控制器2的信号，开启灭火剂瓶8与高压空气泵5的连接，当动力电池包3需要外部降温时，接收整车控制器2的信号，开启灭火剂瓶8与高压空气泵5以及液冷系统33的连接，还可防止全氟-2-甲基-3-戊酮或者液冷系统33和灭火剂瓶8的混合液体回流。

液冷系统33，位于动力电池包3内部，与单向阀a7连接，用于在包括但不限于液漏的意外情况下或极端条件下通过与灭火剂瓶8相连，对动力电池包3进行外部降温。

液冷系统33中的液体是有机溶液，包括水、乙醇，其特性在于热熔大、吸热多，降温效果好。

灭火剂瓶8，为装有全氟-2-甲基-3-戊酮的不锈钢瓶，与单向阀b6连接，用于在包括但不限于燃烧或爆炸的意外情况下对动力电池包3进行降温灭火，以及在包括但不限于液漏的意外情况下或极端条件下通过与液冷系统33相连，对动力电池包3进行外部降温。

全氟-2-甲基-3-戊酮的化学式为cf3cf2c(0)cf(cf3)2，，其特性包括低沸点、高挥发性、低毒性和不燃烧，且在大气中仅能存在5天时间。作为灭火剂，其优点包括：灭火效率高、灭火浓度低、不导电、易挥发和不留痕迹残渣，在常温状态下是液态，灭火时会迅速气化，对装置无任何损害，是真正的清洁灭火剂，具有较好的降温灭火效果。

由于液冷系统33中的液体吸热效果好，而全氟-2-甲基-3-戊酮的冷却效果好，因此当动力电池包3需要外部降温时，灭火剂瓶7会与液冷系统33相连，全氟-2-甲基-3-戊酮会以辅助的性质与液冷系统33中的液体混合，对动力电池包3外部进行降温，两种液体的混合能够达到更好的降温效果。

高压空气泵5，位于电池仓内动力电池包3的侧面，与整车控制器2、单向阀a7、单向阀b6以及亚微米细雾喷头9连接，用于在接收到整车控制器2的指令后开启，将来自于灭火剂瓶8的全氟-2-甲基-3-戊酮或者来自于灭火剂瓶8和动力电池包液冷系统33的混合液体高压输送到亚微米细雾喷头9。

亚微米细雾喷头9，位于新能源车用存放动力电池包3的电池仓顶部中央位置，与高压空气泵5连接，用于将高压空气泵5输送来的液体在空气压力下，经过亚微米细雾喷头9之后液体被打散，以亚微米细雾的形式喷淋。

另外，本发明还公开了一种新能源车用动力电池包的自动灭火及应急降温的装置使用方法，包括以下步骤：

烟雾探头1、气体探头4以及温度传感器32检测到异常并发送信号给整车控制器2；

整车控制器2接收到烟雾探头1的异常信号后发出警报和指令，开启第二开关阀6、或接收到气体探头4或者温度传感器32的异常信号后发出警报和指令，同时开启第一开关阀7和第二开关阀6；

传输泵5在只开启第二开关阀6情况下，将灭火剂瓶8中的液体灭火剂、或在同时开启第一开关阀7和第二开关阀6情况下，将灭火剂瓶8中的液体灭火剂以及液冷系统33中的液体高压输送给细雾喷头9进行多次喷雾降温。

传输泵5是高压空气泵，液体灭火剂是全氟-2-甲基-3-戊酮，化学式为cf3cf2c(0)cf(cf3)2，并装在不锈钢瓶内。

细雾喷头9是亚微米细雾喷头，第一开关阀7是单向阀a，通过单向阀a7液冷系统33中的液体流向高压空气泵5，第二开关阀6是单向阀b，通过单向阀b6灭火剂瓶8中的全氟-2-甲基-3-戊酮流向高压空气泵5。

温度传感器32发送信号给整车控制器2进一步包括：电池管理系统31收集温度传感器32检测到的温度信号，通过can通讯将温度信号传输给整车控制器2。

细雾喷头9进行多次喷雾降温进一步包括：亚微米细雾喷头9以亚微米细雾的形式喷到整个电池仓空间，每次喷雾1分钟后停止喷雾，检测温度是否还有异常，如有异常再次喷雾1分钟，最多持续5次。

具体的如图2所示，图2是本发明新能源车用动力电池包的自动灭火、应急降温的装置使用方法流程图。本发明新能源车用动力电池包的自动灭火、应急降温的装置使用方法包括两种模式：第一是意外情况下动力电池包漏液、燃烧或爆炸，第二是在极端条件下的应急降温。

实施例1、

在意外情况下动力电池包3漏液时的装置使用方法如下：当气体探头4检测到有气体散发出，温度传感器32探测的温度和烟雾探头1没有异常时，则发送信号给整车控制器2，整车控制器2发出警报和指令，同时开启单向阀a7和单向阀b6，并开启高压空气泵5，使高压空气泵5将灭火剂瓶8中的全氟-2-甲基-3-戊酮和液冷系统33的液体高压输送给亚微米细雾喷头9，亚微米细雾喷头9将混合液体以亚微米细雾的形式喷到整个电池仓空间，使动力电池包3降温的同时，使其将空间中的散发的有机溶剂都吸附至电池仓底部，进一步避免了操作环境的有害性，喷雾1分钟后停止喷雾，检测温度是否还有异常，如有异常再次喷雾1分钟，最多持续5次。

实施例2、

在意外情况下动力电池包3漏液时的装置使用方法如下：当气体探头4检测到有气体散发出，温度传感器32探测的温度有异常、烟雾探头1没有异常时，则发送信号给整车控制器2，整车控制器2发出警报和指令，同时开启单向阀a7和单向阀b6，并开启高压空气泵5，使高压空气泵5将灭火剂瓶8中的全氟-2-甲基-3-戊酮和动力电池包3中液冷系统33的液体高压输送给亚微米细雾喷头9，亚微米细雾喷头9将混合液体以亚微米细雾的形式喷到整个电池仓空间，使动力电池包3降温的同时，使其将空间中的散发的有机溶剂都吸附至电池仓底部，进一步避免了操作环境的有害性，喷雾1分钟后停止喷雾，检测温度是否还有异常，如有异常再次喷雾1分钟，最多持续5次。

实施例3、

在意外情况下动力电池包3燃烧或爆炸时的装置使用方法如下：当烟雾探头1检测到有烟雾散发出时，则发送信号给整车控制器2，整车控制器2发出警报和指令，开启单向阀b6和高压空气泵5，使高压空气泵5将灭火剂瓶8中的全氟-2-甲基-3-戊酮高压输送给亚微米细雾喷头9，亚微米细雾喷头9将全氟-2-甲基-3-戊酮以亚微米细雾的形式喷到整个电池仓空间，持续喷雾5分钟，使动力电池包降温灭火。

实施例4、

在极端条件下的应急降温时的装置使用方法如下：当电池管理系统31检测到温度传感器32传输的温度异常，烟雾探头1和气体探头4没有异常时，则发送信号给整车控制器2，整车控制器2发出警报和指令，同时开启单向阀a7和单向阀b6，并开启高压空气泵5，使高压空气泵5将灭火剂瓶中的全氟-2-甲基-3-戊酮和动力电池包3中液冷系统33的液体高压输送给亚微米细雾喷头9，亚微米细雾喷头9将混合液体以亚微米细雾的形式喷到整个电池仓空间，使动力电池包3降温的同时，使其将空间中的散发的有机溶剂都吸附至电池仓底部，进一步避免了操作环境的有害性，喷雾1分钟后停止喷雾，检测温度是否还有异常，如有异常再次喷雾1分钟，最多持续5次。

通过实施本发明，在动力电池发生燃烧或爆炸的意外情况下，可以达到较好的灭火效果，能够真正的熄灭动力电池，并对装置无任何损害；在动力电池发生液漏的意外情况或者极端情况下，可以更为有效地实现应急降温、消散有机气体和达到预计效果，并且还适合工业化应用。