一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备及方法与流程

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备及方法。

背景技术：

目前，电动自行车、电动摩托车和电动三轮车是中国城乡居民带重要交通工具，全国保有量超过3亿辆，这些车辆大量使用锂电池。

锂电池充电时经常发生起火爆炸事故，造成人员伤亡、房屋或整个停车棚烧毁的严重后果。目前多地政府、机构和企业，均推荐甚至强制要求采用充电箱模式为锂电池充电。因此、可靠的解决锂电池充电箱模式充电时问题具有重要意义。

充电箱提供了一个密闭的充电环境，其主要作用是将锂电池失控起火爆炸的损害控制在密闭舱内，防止或减少对周边环境和人员的次生伤害。

目前的充电箱内通常安装被动式灭火系统，即通过设在充电箱内的烟雾、温度传感器判定火灾发生，并自动启动灭火系统。

以上方法基本上是无效的，主要原因是：

1.当充电箱环境温度达到灭火系统启动温度或出现烟雾时，锂电池已经完全失控，基本上不能避免锂电池发生剧烈爆炸；

2.目前的灭火系统最有效的方式是气溶胶灭火器，气溶胶灭火器在小容量锂电池初期火灾是有效的，但对各型电动车使用的大容量或较大容量锂电池基本无能为力；

3.由于气溶胶灭火器基本没有降温作用，锂电池起火爆炸后如果不能及时处理，高温会引燃隔壁充电舱内的锂电池或导线，导致火灾事故损失扩大。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备及方法，用于解决锂电池失控起火爆炸的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的方法，包括有：

锂电池充电箱，用于容纳一个或多个锂电池，并给所述一个或多个锂电池充电；

锂电池智能管理系统，用于与所述锂电池充电箱通讯并监控所述锂电池的电芯温度；

喷水降温系统，用于喷水降温；

充电箱管理系统，与所述锂电池充电箱、所述锂电池智能管理系统和喷水降温系统连接，用于接收所述锂电池智能管理系统传输的锂电池电芯温度，并根据锂电池电芯温度向所述喷水降温系统或所述锂电池充电箱发出控制指令；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高至预警温度t1时，通过锂电池智能管理系统将当前预警温度t1实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述锂电池充电箱发送关闭指令，控制所述锂电池充电箱关闭电源，停止给所述一个或多个锂电池充电；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到危险温度t2时，通过锂电池智能管理系统将当前危险温度t2实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池喷出第一预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到失控温度t3时，通过锂电池智能管理系统将当前失控温度t3实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池连续喷出第二预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；以及通过充电箱智能管理系统断开与所述锂电池充电箱连接的主电源；

其中，所述预警温度t1低于所述危险温度t2，所述危险温度t2低于所述失控温度t3；所述第一预设水量小于所述第二预设水量。

可选地，还包括预警装置，与所述喷水降温系统连接，用于在所述喷水降温系统喷出第一预设水量或第二预设水量时发出预警。

可选地，所述锂电池智能管理系统与所述锂电池充电箱的通讯方式包括以下至少之一：蓝牙、485协议、uart协议。

可选地，所述喷水降温系统包括：

储水箱，用于储存降温用水；

水温监测装置，与所述储水箱连接，用于监测所述储水箱的温度；

加热装置，与所述储水箱连接，用于加热所述储水箱中的水；

增压泵，与所述储水箱连接，用于增加所述储水箱出水时的压力；

电磁阀，与所述储水箱连接，用于根据喷水指令控制所述储水箱的开闭；

喷淋装置，与所述储水箱连接，用于根据喷水指令向外喷淋所述储水箱中的水。

可选地，所述喷淋装置的喷水量和喷水时间由所述喷水指令控制。

可选地，所述加热装置至少包括以电加热方式加热所述储水箱中的水。

可选地，通过所述储水箱、水温监测装置、加热装置和增压泵形成热水系统，用于给所述锂电池充电箱加热，使所述锂电池充电箱和箱内的充电温度高于零度。

可选地，所述设备位于独立电池舱、多舱充电柜、集中式充电站和/或集中式充电工厂中。

本发明还提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的方法，包括以下步骤：

建立锂电池充电箱、锂电池智能管理系统、喷水降温系统和充电箱管理系统的连接；

在所述锂电池充电箱给所述一个或多个锂电池充电时，通过锂电池智能管理系统监控锂电池电芯温度；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高至预警温度t1时，通过锂电池智能管理系统将当前预警温度t1实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述锂电池充电箱发送关闭指令，控制所述锂电池充电箱关闭电源，停止给所述一个或多个锂电池充电；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到危险温度t2时，通过锂电池智能管理系统将当前危险温度t2实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池喷出第一预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到失控温度t3时，通过锂电池智能管理系统将当前失控温度t3实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池连续喷出第二预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；以及通过充电箱智能管理系统断开与所述锂电池充电箱连接的主电源；

其中，所述预警温度t1低于所述危险温度t2，所述危险温度t2低于所述失控温度t3；所述第一预设水量小于所述第二预设水量。

可选地，所述锂电池智能管理系统与所述锂电池充电箱的通讯方式包括以下至少之一：蓝牙、485协议、uart协议。

如上所述，本发明提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备及方法，具有以下有益效果：采用公认对锂电池最有效的水喷淋降温灭火方式，通过监控电芯温度，注重早期监控、早期发现，提前介入喷水降温，可以有效防止锂电池失控起火爆炸。即使不能完全防止起火爆炸，也可以达到控制火势，降低温度的效果，将火灾完全控制在事故舱内。并通过与加热系统共用水系统对方式，大幅降低分担成本。所以，本发明可以通过监控锂电池电芯温度来判断锂电池是否会出现起火爆炸风险以及是否会出现失控，并通过对锂电池进行喷水降温的方法来防止锂电池起火爆炸或降低锂电池起火爆炸时带来的损害。

附图说明

图1为防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备的硬件结构示意图；

图2为防止充电箱内锂电池起火爆炸的方法流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备，包括：

锂电池充电箱，用于容纳一个或多个锂电池，并给所述一个或多个锂电池充电；

锂电池智能管理系统，用于与所述锂电池充电箱通讯并监控所述锂电池的电芯温度；

喷水降温系统，用于喷水降温；

充电箱管理系统，与所述锂电池充电箱、所述锂电池智能管理系统和喷水降温系统连接，用于接收所述锂电池智能管理系统传输的锂电池电芯温度，并根据锂电池电芯温度向所述喷水降温系统或所述锂电池充电箱发出控制指令；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高至预警温度t1时，通过锂电池智能管理系统将当前预警温度t1实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述锂电池充电箱发送关闭指令，控制所述锂电池充电箱关闭电源，停止给所述一个或多个锂电池充电；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到危险温度t2时，通过锂电池智能管理系统将当前危险温度t2实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池喷出第一预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；

若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到失控温度t3时，通过锂电池智能管理系统将当前失控温度t3实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池连续喷出第二预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；以及通过充电箱智能管理系统断开与所述锂电池充电箱连接的主电源；

其中，所述预警温度t1低于所述危险温度t2，所述危险温度t2低于所述失控温度t3；所述第一预设水量小于所述第二预设水量。

目前的充电箱内通常安装被动式灭火系统，即通过设在充电箱内的烟雾、温度传感器判定火灾发生，并自动启动灭火系统。但当充电箱环境温度达到灭火系统启动温度或出现烟雾时，锂电池已经完全失控，基本上不能避免锂电池发生剧烈爆炸。因此本发明采用公认对锂电池最有效的水喷淋降温灭火方式，通过监控电芯温度，注重早期监控、早期发现，提前介入喷水降温，可以有效防止锂电池失控起火爆炸。即使不能完全防止起火爆炸，也可以达到控制火势，降低温度的效果，将火灾完全控制在事故舱内。并通过与加热系统共用水系统对方式，大幅降低分担成本。所以，本设备可以通过监控锂电池电芯温度来判断锂电池是否会出现起火爆炸风险以及是否会出现失控，并通过对锂电池进行喷水降温的方法来防止锂电池起火爆炸或降低锂电池起火爆炸时带来的损害。

在一示例性实施例中，还包括预警装置，与所述喷水降温系统连接，用于在所述喷水降温系统喷出第一预设水量或第二预设水量时发出预警。作为示例，在锂电池电芯温度异常时，电池智能管理系统bms将主动向充电箱管理系统报告温度状况，且充电箱管理系统收到指令后将根据收到的信息进行判断和处理。处理动作可能包括停止其他工作专门应对、发出警报、启动喷水降温、要求人工处理、关断充电箱主电源中的一种或几种。其中，锂电池电池的电芯温度处于正常范围时，电池智能管理系统bms不会主动向充电箱管理系统报告温度，防止干扰系统工作；

根据上述记载，本申请实施例中的锂电池智能管理系统与锂电池充电箱的通讯方式包括以下至少之一：蓝牙、485协议、uart协议。

根据上述记载，本申请实施例中的喷水降温系统包括：储水箱，用于储存降温用水；水温监测装置，与所述储水箱连接，用于监测所述储水箱的温度；加热装置，与所述储水箱连接，用于加热所述储水箱中的水；增压泵，与所述储水箱连接，用于增加所述储水箱出水时的压力；电磁阀，与所述储水箱连接，用于根据喷水指令控制所述储水箱的开闭；喷淋装置，与所述储水箱连接，用于根据喷水指令向外喷淋所述储水箱中的水。作为示例，本申请实施例中所述喷淋装置的喷水量和喷水时间由所述喷水指令控制。例如根据危险温度时的喷水指令就喷出第一预设水量以及对应的第一喷水时间，根据失控温度时的喷水指令就喷出第二预设水量以及对应的第二喷水时间(即连续喷水)。其中，所述加热装置至少包括以电加热方式加热所述储水箱中的水，通过加热功能在冬季可以对储水箱起到防冻作用，防止储水箱中的水在冬季出现冰冻情况。另外，所述储水箱、水温监测装置、加热装置和增压泵还可以形成热水系统，用于给所述锂电池充电箱加热，使所述锂电池充电箱和箱内的充电温度高于零度。例如利用热水系统在冬季为锂电池充电箱加热，保证锂电池充电箱和锂电池的充电温度高于零度。

根据上述记载，上述任一实施例描述的设备可以位于独立电池舱、多舱充电柜、集中式充电站或集中式充电工厂中的一个或多个位置。

综上所述，本发明提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的设备，可以将该设备设置在独立电池舱、多舱充电柜、集中式充电站或集中式充电工厂中的一个或多个位置，从而可以对这些位置进行锂电池充电保护。而且本发明采用公认对锂电池最有效的水喷淋降温灭火方式，通过监控电芯温度，注重早期监控、早期发现，提前介入喷水降温，可以有效防止锂电池失控起火爆炸。即使不能完全防止起火爆炸，也可以达到控制火势，降低温度的效果，将火灾完全控制在事故舱内。并通过与加热系统共用水系统对方式，大幅降低分担成本。

如图2所示，本发明还提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的方法，包括以下步骤：

s10，建立锂电池充电箱、锂电池智能管理系统、喷水降温系统和充电箱管理系统的连接；

s20，在所述锂电池充电箱给所述一个或多个锂电池充电时，通过锂电池智能管理系统监控锂电池电芯温度；

s20-1，若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高至预警温度t1时，通过锂电池智能管理系统将当前预警温度t1实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述锂电池充电箱发送关闭指令，控制所述锂电池充电箱关闭电源，停止给所述一个或多个锂电池充电；

s20-2，若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到危险温度t2时，通过锂电池智能管理系统将当前危险温度t2实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池喷出第一预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；

s20-3，若锂电池智能管理系统监控到锂电池电池温度升高到失控温度t3时，通过锂电池智能管理系统将当前失控温度t3实时传输给所述充电箱管理系统，并通过充电箱智能管理系统向所述喷水降温系统发送喷水指令，控制所述喷水降温系统向所述一个或多个锂电池连续喷出第二预设水量，降低所述一个或多个锂电池的温度；以及通过充电箱智能管理系统断开与所述锂电池充电箱连接的主电源；

其中，所述预警温度t1低于所述危险温度t2，所述危险温度t2低于所述失控温度t3；所述第一预设水量小于所述第二预设水量。

目前的充电箱内通常安装被动式灭火系统，即通过设在充电箱内的烟雾、温度传感器判定火灾发生，并自动启动灭火系统。但当充电箱环境温度达到灭火系统启动温度或出现烟雾时，锂电池已经完全失控，基本上不能避免锂电池发生剧烈爆炸。因此本发明采用公认对锂电池最有效的水喷淋降温灭火方式，通过监控电芯温度，注重早期监控、早期发现，提前介入喷水降温，可以有效防止锂电池失控起火爆炸。即使不能完全防止起火爆炸，也可以达到控制火势，降低温度的效果，将火灾完全控制在事故舱内。并通过与加热系统共用水系统对方式，大幅降低分担成本。

在一示例性实施例中，还包括预警装置，与所述喷水降温系统连接，用于在所述喷水降温系统喷出第一预设水量或第二预设水量时发出预警。作为示例，在锂电池电芯温度异常时，电池智能管理系统bms将主动向充电箱管理系统报告温度状况，且充电箱管理系统收到指令后将根据收到的信息进行判断和处理。处理动作可能包括停止其他工作专门应对、发出警报、启动喷水降温、要求人工处理、关断充电箱主电源中的一种或几种。其中，锂电池电池的电芯温度处于正常范围时，电池智能管理系统bms不会主动向充电箱管理系统报告温度，防止干扰系统工作；

根据上述记载，本申请实施例中的锂电池智能管理系统与锂电池充电箱的通讯方式包括以下至少之一：蓝牙、485协议、uart协议。

根据上述记载，本申请实施例中的喷水降温系统包括：储水箱，用于储存降温用水；水温监测装置，与所述储水箱连接，用于监测所述储水箱的温度；加热装置，与所述储水箱连接，用于加热所述储水箱中的水；增压泵，与所述储水箱连接，用于增加所述储水箱出水时的压力；电磁阀，与所述储水箱连接，用于根据喷水指令控制所述储水箱的开闭；喷淋装置，与所述储水箱连接，用于根据喷水指令向外喷淋所述储水箱中的水。作为示例，本申请实施例中所述喷淋装置的喷水量和喷水时间由所述喷水指令控制。例如根据危险温度时的喷水指令就喷出第一预设水量以及对应的第一喷水时间，根据失控温度时的喷水指令就喷出第二预设水量以及对应的第二喷水时间(即连续喷水)。其中，所述加热装置至少包括以电加热方式加热所述储水箱中的水，通过加热功能在冬季可以对储水箱起到防冻作用，防止储水箱中的水在冬季出现冰冻情况。另外，所述储水箱、水温监测装置、加热装置和增压泵还可以形成热水系统，用于给所述锂电池充电箱加热，使所述锂电池充电箱和箱内的充电温度高于零度。例如利用热水系统在冬季为锂电池充电箱加热，保证锂电池充电箱和锂电池的充电温度高于零度。

综上所述，本发明提供一种防止充电箱内锂电池起火爆炸的方法，采用公认对锂电池最有效的水喷淋降温灭火方式，通过监控电芯温度，注重早期监控、早期发现，提前介入喷水降温，可以有效防止锂电池失控起火爆炸。即使不能完全防止起火爆炸，也可以达到控制火势，降低温度的效果，将火灾完全控制在事故舱内。并通过与加热系统共用水系统对方式，大幅降低分担成本。所以，本方法可以通过监控锂电池电芯温度来判断锂电池是否会出现起火爆炸风险以及是否会出现失控，并通过对锂电池进行喷水降温的方法来防止锂电池起火爆炸或降低锂电池起火爆炸时带来的损害。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。