一种带有消防灭火功能的电池包及其控制方法与流程

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种带有消防灭火功能的电池包及其控制方法。

背景技术：

由于锂离子电池具有比容量大、循环寿命长、质量轻且有较高性能等优势，已经由数码3c领域延伸到交通动力、储能、通信、机器人等领域，应用越来越广泛。但随着对锂离子电池的性能要求越来越高，安全因素越来越突出。通常，锂离子电池在过充、过放、内部短路等异常情况下，容易出现热失控进一步引发燃烧甚至爆炸，造成人员伤亡或财产损失。

相关技术中，主要通过在电池模组或封装包之外单独配置消防灭火系统，在发生火灾报警时，消防灭火系统迅速向电池包喷洒大量的水灭火或启动灭火器灭火，此方法反应慢，不能第一时间针对危险处灭火降温，会导致内部大量的电器件损毁和锂电池报废，并且仅仅适用于大型集装箱储能，不适用于电动工具和小储能应用场景。

目前，电动车等电动工具和小储能应用场景以及其他类似的应用中，更多地依赖电池管理系统和锂离子电池本身的安全设计来实现电池包的及时报警和风险消除等功能，该方法往往都是在风险发生时才能报警以通知人员逃生或采取外部灭火方式灭火，这会错过最佳灭火时间，设备很可能已经全部报废，并且容易造成不必要的人员伤亡和财产损失。而且，相关应用场景的安全法规要求单体电池热失控后，电池系统需在5分钟内不起火不爆炸，为乘员预留安全逃生时间，因此电池包需要在单体电池热失控后能及时冷却，避免起火爆炸的发生。因此，期望提供一种带有消防灭火功能的电池包及其控制方法。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，期望提供一种带有消防灭火功能的电池包及其控制方法，不仅可以在电池包起火爆炸之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以保障电池包中其他部分或其相关设备的安全，减少设备报废的情况，降低成本。

根据本申请的一个方面，提供了一种带有消防灭火功能的电池包，包括：

电池包本体，包括：由一个或多个锂离子电池排布而成的锂离子电池阵列和放置在所述锂离子电池阵列之上的上盖；

一个或多个小型灭火装置，布设在所述上盖内部并且正对所述一个或多个锂离子电池的防爆阀。

一些示例中，上述电池包还包括：电池管理模块，配置为监测所述一个或多个锂离子电池的温度，并针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池，控制与其防爆阀相对的小型灭火装置对所述锂离子电池进行灭火降温。

一些示例中，所述小型灭火装置为内部装有液体的玻璃管。

一些示例中，所述液体为压缩惰性液态气体或冷却液。

一些示例中，所述玻璃管通过安装夹具固定在所述上盖内部。

一些示例中，所述安装夹具具有施力针，所述玻璃管上设有挤压破裂点，并且所述玻璃管上的挤压破裂点与所述安装夹具上的施力针相对。

一些示例中，所述安装夹具的施力针受所述电池管理模块控制。

一些示例中，所述带有消防灭火功能的电池包，还包括：电气配件；其中，所述电池管理模块，还配置为在检测到任一个或多个锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制所述电气配件发出报警信号。

一些示例中，所述电池包本体，还包括：

下箱体；

底部隔板，放置所述下箱体中；

电池连接片；

顶部隔板，具有一个或多个槽孔；

所述一个或多个锂离子电池排布在所述底部隔板中相间隔开，并且所述锂离子电池之间通过电池连接片电气连接，从而形成所述锂离子电池阵列；所述顶部隔板设置所述锂离子电池阵列之上且间隔并固定所述一个或多个锂离子电池，并且，每个所述锂离子电池的正负极柱和防爆阀穿过所述顶部隔板上的槽孔而暴露在所述顶板隔板之外；所述上盖设置在所述顶部隔板之上，且与所述下箱体固定连接并密封。

根据本申请的一个方面，提供了一种电池包的控制方法，所述电池包为上述带有消防灭火功能的电池包，所述控制方法包括：

监测所述一个或多个锂离子电池的温度；

针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池，控制与其防爆阀相对的小型灭火装置对所述锂离子电池进行灭火降温。

一些示例中，所述小型灭火装置为内部装有液体的玻璃管，且所述玻璃管通过安装夹具固定在所述电池包的上盖内部；针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池，控制与其防爆阀相对的小型灭火装置对所述锂离子电池进行灭火降温，包括：针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池，控制与所述锂离子电池的防爆阀相对的玻璃管的安装夹具的施力针挤压所述玻璃管上的挤压破裂点，以使所述玻璃管裂开，释放所述液体，所述液体转化为气体以冷却降温并隔绝氧气，以完成所述锂离子电池的灭火降温。

本申请实施例中，消防灭火装置安装在锂离子电池包内部，响应速度快，可以第一时间对热失控或有着火风险的锂离子电池进行灭火，阻止热失控或着火风险向模组或封装包内其他锂离子电池蔓延，不仅可以在电池包起火爆炸之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以有助于保障电池包中其他部分或其相关设备的安全，减少设备报废的情况，降低成本。

附图说明

图1为本申请实施例的一种带有消防灭火功能的电池包的结构示意图。

图2为本申请一优选实施例中小型灭火装置的布局示意图。

图3为本申请实施例中带有消防灭火功能的电池包的控制方法的流程图。

附图标记说明：

10、带有消防灭火功能的电池包；11、下箱体；12、底部隔板；13、温度传感器；14、电池管理模块；15、锂离子电池；16、电芯连接片；17、顶部隔板；18、上盖；19、小型灭火装置；20、玻璃管；21、安装夹具。

具体实施方式

下文将结合附图对本申请实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各个实施例及其中的各特征可以相互任意组合。

图1示出了本申请实施例提供的一种带有消防灭火功能的电池包的示例性结构。如图1所示，该带有消防灭火功能的电池包10可以包括电池包本体、一个或多个小型灭火装置19。其中，电池包本体中可以包括：由一个或多个锂离子电池15排布而成的锂离子电池阵列和放置在锂离子电池阵列之上的上盖18。一个或多个小型灭火装置19布设在上盖18内部并且正对一个或多个锂离子电池15的防爆阀，采用该布设方式，在某个或某些锂离子电池15发生热失控或有着火风险的情况下，其防爆阀冲出的气体可以通过其自身冲力打开这些锂离子电池15上方的小型灭火装置19，从而可以第一时间对热失控或有着火风险的锂离子电池进行灭火，阻止热失控或着火风险向模组或封装包内其他锂离子电池蔓延，不仅可以在电池包起火爆炸之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以有助于保障电池包中其他部分或其相关设备的安全，减少设备报废的情况，降低成本。

一些示例中，如图1所示，电池包本体还可以包括：下箱体11、底部隔板12、电芯连接片16、顶部隔板17。

其中，下箱体11为中空结构，底部隔板12设置在下箱体11之中，一个或多个锂离子电池15排布在底部隔板12中相间隔开，并且锂离子电池15之间通过电池连接片16电气连接，从而形成锂离子电池阵列。

其中，顶部隔板17上具有一个或多个槽孔，顶部隔板17设置在锂离子电池阵列之上且间隔并固定一个或多个锂离子电池15，并且，每个锂离子电池15的正负极柱和防爆阀穿过顶部隔板17上的相应槽孔而暴露在顶板隔板17之外，上盖18设置在顶部隔板17之上，且与下箱体11固定连接并密封。

一些示例中，顶部隔板17的结构和槽孔设计与锂离子电池15的尺寸相匹配，以使得使得锂离子电池15的正负极柱和防爆阀完全暴露出来，以便实现锂离子电池15之间的连接、电池模组与外部的连接和通过防爆阀来对电池包10进行安全维护。

在至少一些实施例中，上述电池包10中还可以包括：电池管理模块14。该电池管理模块14可以配置为监测一个或多个锂离子电池15的温度，并针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池15，控制与其防爆阀相对的小型灭火装置19对锂离子电池15进行灭火降温。

如图1所示，在一些实施例中，电池管理模块14可以固定在下箱体11的外部一侧，不仅便于所述电池包10与外部设备的连接，而且电池管理模块14便于拆卸和重装。该电池管理模块14可以通过诸如探测器或微信计算机等来实现。除此之外，上述电池包10还可以包括与电池管理模块14连接的一个或多个温度传感器13，该一个或多个温度传感器13可配置为实时检测相关锂离子电池15上的温度并上报给电池管理模块14。实际应用中，可以在每个锂离子电池15的散热板上布设一个温度传感器13，以便可以实时监测每个锂离子电池15的温度。

一些实施例中，上述电池包10还可以包括电气配件(图中未示出)，该电气配件可配置为在电池管理模块14的控制下发出报警信号。具体地，电池管理模块14还可以配置为在检测到任一个或多个锂离子电池15的温度满足预先设定的热失控条件时，控制电气配件发出报警信号，以便通知外部设备或工作人员电池包10内部锂离子电池的异常，从而及时采取外部消防灭火措施，保障电池包10所属设备的安全及其周围环境和相关人员的安全。

实际应用中，电气配件可以包括但不限于警报器、将警报信息传输至指定的外部设备的信号传输模块等。该电气配件可以部分地安装在电池包10的下箱体11的外部一侧、部分地布设在电池包10内部(例如，下箱体11内部或上盖18内部)。

至少一些实施例中，小型灭火装置19可以为内部装有液体的玻璃管20，该玻璃管20内的液体可以为但不限于为压缩惰性液态气体或低沸点的冷却液。此玻璃管20可以是特制玻璃管，在遇到高温时会发生爆裂或者当遇到一定外力冲击时也会发生爆裂。这样，小型灭火装置19在锂离子电池15防爆阀的上方，在锂离子电池15因热失控而有气体冲出时，能够致使玻璃管20破裂，液体就会瞬间释放，液体立即转化为气体，冷却降温并隔绝氧气，从而实现小型灭火装置19下方锂离子电池15的灭火降温。

图2示出了本申请实施例中一个或多个小型灭火装置19在上盖18内部的示例性布设图。如图2所示，小型灭火装置19的主体是玻璃管20(例如，特制玻璃管)，玻璃管20通过安装夹具21固定在上盖18内部，此玻璃管在遇到高温时会发生爆裂或者当遇到大的外力冲击时也会发生爆裂，玻璃管内的压缩液体就会瞬间释放，液体立即转化为气体，冷却降温并隔绝氧气，对下方的锂离子电池进行灭火降温。

一些示例中，安装夹具21可以具有施力针(图中未示出)，玻璃管20上设有挤压破裂点，并且玻璃管20上的挤压破裂点与安装夹具21上的施力针相对。这样，可以通过主动控制施力针来使得玻璃管20破裂从而实现相应锂离子电池15的灭火降温。该示例中，安装夹具的施力针可以受电池管理模块14控制，具体控制方法可参照下文所述的控制方法。具体地，当电池管理模块14检测到某个或某些锂离子电池15发生热失控或有着火等安全风险时，则控制安装夹具21的施力针挤压玻璃管20的挤压破裂点，使玻璃管20裂开，玻璃管20内的压缩液体就会瞬间释放，液体立即转化为气体，冷却降温并隔绝氧气，对相应锂离子电池进行灭火降温。

由上述可见，本申请实施例的电池包10中各个小型灭火装置19采用机械打开方式，不仅可以在锂离子电池15热失控时从防爆阀冲出的气体冲压下打开小型灭火装置19的灭火降温功能，而且可以通过例如电池管理模块14等对施力针来打开小型灭火装置19的灭火降温功能，可以有效避免有着火风险时控制失效的发生，更安全可靠。

本申请实施例的上述带有消防灭火功能的电池包，消防灭火装置安装在锂离子电池包内部，响应速度快，可以第一时间对热失控或有着火风险的锂离子电池包进行灭火，阻止向模组或封装包内其他锂离子电池蔓延，不仅可以在电池包起火爆炸之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以保障电池包中其他部分或其相关设备的安全，减少设备报废的情况，降低成本。该电池包可适用于电动工具和小储能应用场景或其他类似的应用场景中。

下面对电池包10的示例性组装过程进行详细说明。

例如，针对方形铝壳电池包，所用的灭火冷却液体为低沸点的氟化液，组装过程可以包括：

首先，电池包的下箱体11是中空的结构，将底部隔板12放入其中，锂离子电池15再排布在底部隔板12中相间隔开。锂离子电池15排布好后，盖上顶部隔板17，顶部隔板17起到间隔和固定锂离子电池15的作用，并使得各个锂离子电池15的正负极柱和防爆阀通过顶部隔板17上的槽孔完全暴露出来。然后，再通过电池连接片16将锂离子电池15串联或并列以进行组合。

此外，也可以先通过电池连接片16将锂离子电池15串联或并列以组合成模组，然后模组放置在下箱体11中，再将模组通过电池连接片16进行串联或并列以进行组合。然后，盖上顶部隔板17，顶部隔板17起到间隔和固定锂离子电池15的作用，并使得各个锂离子电池15的正负极柱和防爆阀通过顶部隔板17上的槽孔完全暴露出来。然后，再通过电池连接片16将锂离子电池15串联或并列以进行组合。

完成锂离子电池15在下箱体11内部的排布、固定、连接后，再安装上相应的采集线束和电器件，包括但不限于上文的电池管理模块14、温度传感器13和电气配件及其电气连接所需的线束。

将多个小型灭火装置安装在上盖18内部且正对锂离子电池15的防爆阀。小型灭火装置内的液体为压缩惰性液态气体或低沸点的冷却液，小型灭火装置在防爆阀的上方，在电池热失控气体冲出时，能够致使玻璃管及时发生破裂，进行灭火降温。

完成电池包体内的布置后，盖上上盖18，通过螺栓将上盖18和下箱体11固定并采用密封胶密封，至此，电池包组装完成。

图3示出了本申请实施例中电池包10的示例性控制方法。如图3所示，该示例性控制方法可以包括如下步骤：

步骤s301，监测一个或多个锂离子电池的温度；

实际应用中，可以由布设在每个锂离子电池15上的温度传感器来实时检测锂离子电池15的温度并上报给电池管理模块14。

步骤s302，针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池，控制与其防爆阀相对的小型灭火装置对锂离子电池进行灭火降温。

如上文所述，电池包10中的小型灭火装置可以为内部装有液体的玻璃管，且玻璃管通过安装夹具固定在电池包的上盖内部。在步骤s302中，可以针对温度满足预先设定的热失控条件的锂离子电池，控制与该锂离子电池的防爆阀相对的玻璃管的安装夹具的施力针挤压玻璃管上的挤压破裂点，以使玻璃管裂开，释放液体，液体转化为气体以冷却降温并隔绝氧气，以完成所述锂离子电池的灭火降温。

一些示例中，热失控条件可以预先配置。例如，该热失控条件可以为预先构建并配置在电池管理模块14中的热失控模型。该热失控模块可以通过对电池包10中各个锂离子电池15的特性、参数和工作时的历史数据来构建。实际应用中，电池包10中不同的锂离子电池15的热失控条件可以不同。例如，电池包括10中所有锂离子电池15的热失控模型可以相同，但各个锂离子电池15在该热失控模型中的对应参数可以不同。具体的，相关技术中的任何可适用于本申请实施例的热失控模型均可应用于本申请实施例中，对于具体采用何种热失控模型以及该热失控模型的具体构建方法，本申请实施例不予限制。

一些实施例中，在步骤s301之后，例如步骤s302之后、之前或同时，还可以包括：电池管理模块14在确定任一或多个锂离子电池的温度满足预先设定的热失控条件时，控制电气配件发出报警信号，以便通过外部设备和相关人员及时采取外部措施来进行消防灭火的处理。

通过本申请实施例的上述控制方法，通过对电池包内部小型灭火装置的智能控制，不仅响应速度块，而且可以第一时间针对那些发生热失控或有着火风险的锂离子电池进行灭火降温处理，阻止热失控或着火风险向电池包内其他锂离子电池蔓延，不仅可以在电池包起火爆炸之前留出充足的时间以便采取必要措施，而且可以保障电池包中未发生热失控的部分锂离子电池或该电池包所应用的相关设备的安全，减少设备报废的情况，降低成本。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。