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CN110772730A - 一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱 - Google Patents

一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱 Download PDF

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郑再平
杨斌
王开春
张益齐
徐秀华
付天华
李旭阳
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Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
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Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
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Abstract

本发明一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，包括电池箱本体，与箱体匹配的电池箱盖；电池箱本体内安装有电池组；电池箱盖具有内腔，布设安装有气体发生器、检测控制单元、灭火剂和灭火剂喷头。通过对电池箱内温度、烟雾、可燃气体和火焰等环境变量的检测，综合判定电池热失控状态；灭火剂采用干粉或水基灭火剂，不导电，无压力存储，适于电池箱环境使用；本发明提供的电池箱能够及时准确的判定箱内电池组热失控状态，并可自动喷射灭火剂进行控制，检测时机早，灭火效果好。

Description

一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱
技术领域
本发明涉及一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，用于电池组的热失控状态检测与控制，属于汽车安全领域。
背景技术
随着能源危机与环境污染等问题的日益突出，新能源交通得到国家政策的大力扶持，电动汽车的发展如火如荼，我国已成为全球最大的新能源汽车生产国和第一大市场。随着电动汽车的增多，其电池安全问题逐渐暴露，着火事件时有发生，电池安全问题愈加受到重视，越来越多的电动汽车安装电池热失控状态检测与控制装置。
目前常用电池热失控状态检测与控制装置主要有两种，一种是集中式布局，将灭火剂存储容器在车上集中放置，一般放置在车尾部或行李舱内，通过管道将灭火剂通到各个电池舱内。同时在电池舱内安装检测装置，通过检测电池舱内的温度、烟雾或火焰等来判定电池热失控状态，发生火灾时喷射灭火剂灭火。
另一种是分布式布局，将灭火剂分布放置在各个电池舱内，同时放置检测装置，通过检测电池舱内的温度、烟雾或火焰等来判定电池热失控状态，发生火灾时喷射灭火剂灭火。
两种电池热失控状态检测与控制装置均独立于电池箱设计，在车辆总成或后期改造时安装，一般安装在电池舱内，对电池箱安全状态进行监控，发生火灾时喷射灭火剂灭火。存在需要对车辆进行改造，布置管道，且无法检测电池箱内电池热失控状态，检测时机晚，灭火效果差等问题。
发明内容
本发明提供一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，有利于电池组热失控状态的检测和灭火控制，大力提升电池组的安全性。
本发明的技术方案是：一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，包括电池箱本体，与箱体匹配的电池箱盖；电池箱本体内安装有电池组；电池箱盖具有内腔，布设安装有气体发生器、检测控制单元、灭火剂和灭火剂喷头；
所述气体发生器安装在电池箱盖腔体内，与检测控制单元连接；通入DC24V电压可激活，产生大量氮气等非可燃气体。
所述检测控制单元安装在电池箱盖内壁中心位置，内部安装有温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器及火焰传感器，用于检测电池箱内环境温度、烟雾含量、可燃气体含量及火焰情况。
所述灭火剂安装在电池箱盖腔体内，采用液体或粉末状态的灭火剂，具体为干粉或水基灭火剂，无压力存储。
所述灭火剂喷头安装在电池箱盖内壁，均匀布置，喷头数量与电池箱盖大小匹配，保证喷头间隔距离<30cm。
所述温度传感器实时采集电池箱内温度，检测范围-50～300℃，检测精度±0.5℃；当检测到温度超过设定的阈值或温度变化率过快时，通过总线发送报警报文，
设定环境温度阈值为85℃，温度变化率为2℃/s。
所述可燃气体传感器实时采集电池箱内可燃气体含量，采用半导体式气体传感器，检测甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、硫化氢气体；检测量程0～50000ppm，分辨率50ppm，精度±5％；当检测到可燃气体含量超过设定的可燃气体含量报警阈值时，通过总线发送报警报文，
设定可燃气体含量报警阈值为5000ppm。
所述烟雾传感器实时采集电池箱内烟雾含量，采用光电式或离子式传感器，检测电池箱内烟雾颗粒浓度；检测量程0.10～0.25dB/m，精度±5％；当检测到烟雾含量超过设定的烟雾含量报警阈值时，通过总线发送报警报文，
设定烟雾含量报警阈值为0.15dB/m。
所述火焰传感器对电池箱进行不间断的监测，把火灾特征参数及时准确地检测出来并报警；火焰传感器在其他传感器不能对电池初期灭火判断起作用时，作为电池火灾最终判断依据，同时发送报警报文。
所述灭火剂喷头为压力控制，内含压力控制阀，当电池箱内压力达到限定值时，压力控制阀打开，将灭火剂喷入电池箱内。
还包括报警显示单元，报警显示单元实时显示各个电池箱电池热失控状态，通过CAN总线或RS485总线与检测控制单元通信，显示电池箱报警状态。
本发明与现有技术相比的优点在于：
通过采集电池箱内热失控相关可测量(温度、烟雾、火焰、气体成分等)，进行电池安全状态评估，根据评估结果，触发灭火控制，同时进行通信报警。灭火时机较早，可在热失控初期进行控制，实现箱内灭火，灭火效果好，能够有效防止复燃。且灭火剂为非储压式，可以是液体或粉末状态，无需管道布置，无需对整车进行二次改造，适应性广，可有效控制电池热失控状态发展。
附图说明
图1为本发明电池箱使用组成框图。
图2为本发明电池箱结构图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐述本发明工作原理。
如附图1所示，本发明可以通过CAN总线或RS485总线组成网络，并可通过报警显示单元显示各个电池箱电池热失控状态。
如附图2所示，一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱由电池箱本体1，与箱体匹配的具有内腔的电池箱盖2组成。
一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，包括电池箱本体1，与箱体匹配的具有内腔的电池箱盖2。
其中，所述电池箱本体1内安装电池组，电池组大小与实际需求匹配。
其中，所述电池箱盖2具有内腔，布设安装有气体发生器2-1、检测控制单元2-2、灭火剂2-3和灭火剂喷头2-4。
其中，所述气体发生器2-1安装在电池箱盖2腔体内，与检测控制单元2-2连接。通入DC24V(12～30V)电压可激活，产生大量氮气等非可燃气体。
其中，所述检测控制单元2-2安装在电池箱盖2内壁中心位置，内有温度、烟雾、可燃气体及火焰传感器，用于检测电池箱内环境温度、烟雾含量、可燃气体含量及火焰情况。
(1)温度检测
实时采集电池箱内温度，检测范围-50～300℃，检测精度±0.5℃。当检测到温度超过设定的阈值或温度变化率过快时，通过总线发送报警报文，初步设定环境温度阈值为85℃，温度变化率为2℃/s。
(2)可燃气体检测
实时采集电池箱内可燃气体含量，采用半导体式气体传感器，具有灵敏度高、响应速度快等优点。可以检测甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、硫化氢等可燃性气体。检测量程0～50000ppm，分辨率50ppm，精度±5％。当检测到可燃气体含量超过设定的阈值时，通过总线发送报警报文，初步设定可燃气体含量报警阈值为5000ppm。
(3)烟雾检测
实时采集电池箱内烟雾含量，采用光电式或离子式传感器，检测电池箱内烟雾颗粒浓度。检测量程0.10～0.25dB/m，精度±5％。当检测到烟雾含量超过设定的阈值时，通过总线发送报警报文，初步设定烟雾含量报警阈值为0.15dB/m。
(4)火焰检测
火焰传感器对电池箱进行不间断的监测，把火灾特征参数及时准确地检测出来并报警。由于传感器安装于密闭电池包内部，干扰光作用有限，只需选取反应时间较快的普通火焰传感器即可，火焰传感器在前几种传感器不能对电池初期灭火判断起作用时，作为电池火灾最终判断依据，同时发送报警报文。
其中，所述灭火剂2-3安装在电池箱盖2腔体内，可以是液体或粉末状态，如干粉或水基灭火剂，无压力存储。所用灭火剂的剂量与电池箱体容积相匹配，保证灭火浓度。
其中，所述灭火剂喷头2-4安装在电池箱盖2内壁，均匀布置，喷头数量与电池箱盖大小匹配，保证喷头间隔距离<30cm，本灭火剂喷头为压力控制，内含压力控制阀，当电池箱内压力达到限定值时，压力控制阀打开，将灭火剂喷入电池箱内。
其中，可选的，报警显示单元实时显示各个电池箱电池热失控状态，通过CAN总线或RS485总线与检测控制单元2-2通信，显示电池箱报警状态。
其中，所述电池箱盖2具有内腔，布设安装有气体发生器2-1、检测控制单元2-2、灭火剂2-3和灭火剂喷头2-4。
其中，所述检测控制单元2-2安装在电池箱盖2内壁中心位置，实时采集电池箱内安全状态，包括温度、可燃气体含量、烟雾浓度及火焰等，根据各个传感器数据综合判断电池热失控状态。
当电池箱体内温度数值或温度变化率超过设定阈值时、可燃气体含量数值超过设定阈值时、烟雾含量数值超过设定阈值时、检测到火焰发生时发送热失控报警报文，同时启动灭火剂喷射流程。对电池进行降温及火焰隔离，阻止电池的链式反应发生。
灭火剂2-3可以是液体或粉末状态，无压力填充在电池箱盖2腔体内。灭火剂喷射流程启动后，检测控制单元2-2给气体发生器2-1供电，产生大量非助燃可燃气体，当电池箱盖2腔体内压力达到压力控制阀设定值时，压力控制阀打开，通过灭火剂喷头2-4将灭火剂喷入电池箱内，扑灭火焰。
可选的，显示报警单元，接收检测控制单元2-2上传的电池箱安全状态信息，将电池安全状态显示在显示屏上，当有火情发生时进行声光报警。一般安装在有人员监视的部位，如驾驶舱。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：包括电池箱本体(1)，与箱体匹配的电池箱盖(2)；电池箱本体(1)内安装有电池组；电池箱盖(2)具有内腔，布设安装有气体发生器(2-1)、检测控制单元(2-2)、灭火剂(2-3)和灭火剂喷头(2-4)；
所述气体发生器(2-1)安装在电池箱盖(2)腔体内，与检测控制单元(2-2)连接；通入DC24V电压可激活，产生大量氮气等非可燃气体。
所述检测控制单元(2-2)安装在电池箱盖(2)内壁中心位置，内部安装有温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器及火焰传感器，用于检测电池箱内环境温度、烟雾含量、可燃气体含量及火焰情况。
所述灭火剂(2-3)安装在电池箱盖(2)腔体内，采用液体或粉末状态的灭火剂，具体为干粉或水基灭火剂，无压力存储。
所述灭火剂喷头(2-4)安装在电池箱盖(2)内壁，均匀布置，喷头数量与电池箱盖大小匹配，保证喷头间隔距离<30cm。
2.根据权利要求1所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：所述温度传感器实时采集电池箱内温度，检测范围-50～300℃，检测精度±0.5℃；当检测到温度超过设定的阈值或温度变化率过快时，通过总线发送报警报文。
3.根据权利要求2所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：设定环境温度阈值为85℃，温度变化率为2℃/s。
4.根据权利要求1所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：所述可燃气体传感器实时采集电池箱内可燃气体含量，采用半导体式气体传感器，检测甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、硫化氢气体；检测量程0～50000ppm，分辨率50ppm，精度±5％；当检测到可燃气体含量超过设定的可燃气体含量报警阈值时，通过总线发送报警报文。
5.根据权利要求4所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：设定可燃气体含量报警阈值为5000ppm。
6.根据权利要求1所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：所述烟雾传感器实时采集电池箱内烟雾含量，采用光电式或离子式传感器，检测电池箱内烟雾颗粒浓度；检测量程0.10～0.25dB/m，精度±5％；当检测到烟雾含量超过设定的烟雾含量报警阈值时，通过总线发送报警报文。
7.根据权利要求6所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：设定烟雾含量报警阈值为0.15dB/m。
8.根据权利要求1所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：所述火焰传感器对电池箱进行不间断的监测，把火灾特征参数及时准确地检测出来并报警；火焰传感器在其他传感器不能对电池初期灭火判断起作用时，作为电池火灾最终判断依据，同时发送报警报文。
9.根据权利要求1所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：所述灭火剂喷头(2-4)为压力控制，内含压力控制阀，当电池箱内压力达到限定值时，压力控制阀打开，将灭火剂喷入电池箱内。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种具有电池热失控状态检测与控制功能的电池箱，其特征在于：还包括报警显示单元，报警显示单元实时显示各个电池箱电池热失控状态，通过CAN总线或RS485总线与检测控制单元(2-2)通信，显示电池箱报警状态。
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