CN112618994A - 一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，包括灭火管道系统及储液装置；灭火管道系统包括设于电池模组内部的高温易熔管道；储液装置出口端与灭火管道系统进口端连接，连接处设有自动阀、单向阀、液体压力传感器和流量传感器；自动阀和单向阀位于靠近储液装置的一端，单向阀的阀门开口朝向所述灭火管道系统；液体压力传感器和流量传感器位于靠近灭火管道系统的一侧，液体压力传感器和流量传感器与接收其信号的控制器连接，控制器控制自动阀的启闭。本发明创造所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，灭火高效且体积相对较小，可在节约成本与使用空间的同时，降低火灾风险，减少人员及财产的损失。

Description

一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统

技术领域

本发明创造属于新能源汽车安全领域，尤其是涉及一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应以及无污染等特点，使其成组后可以满足包括可再生能源并网、电力调频、电动汽车等诸多领域的储能需求。由于锂离子电池本质的不稳定性，在某些情况下容易发生火灾或者爆炸,这极大的限制了锂离子电池的广泛使用。为了提高锂离子电池的安全性，相关研究人员针对电池的自身特点进行改进，仍不能从本质上消除锂离子电池的火灾风险。基于目前锂离子电池的本质安全性难以突破，且受限于电动汽车的可使用空间，开发高效且相对较小的灭火系统十分有必要，可在节约成本与使用空间的同时，降低火灾风险，减少人员及财产的损失。

发明内容

有鉴于此，为解决如何在新能源汽车有限的空间内实现动力电池起火初期短时间内的有效控制，本发明创造提出了一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统。本系统利用高温易熔管道自身体积小、重量轻且敏感性强的特点，将其与锂离子电池系统本身的液冷系统相搭配，在极大节省空间和成本的同时，达到灭火目的，有效解决了锂离子电池在使用过程中面临的火灾风险。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，包括灭火管道系统及储液装置；所述灭火管道系统包括设于电池模组内部的高温易熔管道；所述储液装置出口端与所述灭火管道系统进口端连接，连接处设有自动阀、单向阀、液体压力传感器和流量传感器；所述自动阀和所述单向阀位于靠近所述储液装置的一端，所述单向阀的阀门开口朝向所述灭火管道系统；所述液体压力传感器和所述流量传感器位于靠近所述灭火管道系统的一侧，所述液体压力传感器和所述流量传感器与接收其信号的控制器连接，所述控制器控制所述自动阀的启闭。

高温易熔管道具有热敏感和温度敏感特性，高温易熔管道内部充满高压灭火介质；液体压力传感器和流量传感器用于监测高温易熔管道内部灭火介质的压力和流量；控制器接收流量传感器和压力传感器的反馈信号，控制自动阀的启闭。

进一步的，所述储液装置为装有灭火介质的高压容器。

进一步的，所述灭火介质为全氟己酮、全氟己酮和去离子水混合液、七氟丙烷、七氟丙烷溶液、二氧化碳、惰性气体中的一种。

进一步的，所述自动阀为电磁开关阀。

进一步的，所述控制器还与锂离子电池的液冷系统的冷却泵连接，调节所述冷却泵的流量。

当电池包处于正常运行状态时，电磁开关阀处于闭合状态，灭火系统不工作，高温易熔管道内部充满高压灭火介质，此时液体压力传感器和流量传感器未发生响应；

当电池包内某个电池模组或某个电芯发生热失控引发起火燃烧现象，该部位的高温易熔管道受热破裂，管内的高压灭火介质释放，压力传感器和流量传感器产生响应，此响应信号使电磁开关阀打开，储液装置内的高压灭火介质进入高温易熔管道，持续对热失控起火燃烧位置进行灭火，单向阀阻止灭火介质回流入储液装置中，同时传感器的响应信号可将锂离子电池本身就具有的液冷系统的冷却泵调节至最大流量，使液冷系统对电池包进行最大能力的冷却降温。

进一步的，所述自动阀为两位三通电磁阀；所述储液装置为锂离子电池液冷系统的冷却介质储罐；由所述储液装置出口端向所述灭火管道系统方向依次设有冷却泵、所述单向阀及所述两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的进口端与所述单向阀开口端连接，所述两位三通电磁阀的一个出口端与锂离子电池的液冷系统的液冷管道进口端连接，另一个出口端与所述灭火管道系统进口端连接，连接处设有所述液体压力传感器和所述流量传感器；所述控制器还与冷却泵连接，调节所述冷却泵的流量。

现有的离子电池的液冷系统一般包括一个冷却介质储罐，冷却介质储罐一端设有出口端，另一端设有设有入口端，出口端与入口端之间设有布置在电池模组内的液冷管道，冷却介质储罐的入口端设有开口朝向冷却介质储罐的单向阀二；

灭火系统中储液装置采用液冷系统的冷却介质储罐作为储液装置；冷却泵用于将储液装置中的常压灭火介质通入液冷管道或高温易熔管道中；两位三通电磁阀则可根据收到的控制信号，选择接通液冷管道还是高温易熔管道；

当电池包处于正常运行状态时，两位三通电磁阀处于与液冷管道接通，灭火管道系统处于关闭的状态；液冷系统正常工作，冷却泵将介质通入液冷管道对电池包进行冷却散热，灭火管道系统不工作，高温易熔管道内部充满灭火介质，液体压力传感器和流量传感器无响应；

当电池包内某个模组或某个电芯发生热失控引发起火燃烧现象，该部位的高温易熔管道受热破裂，管内的灭火介质释放，压力传感器和流量传感器产生响应，控制器控制两位三通电磁阀动作，使得液冷管道被关闭，液冷系统变成关闭状态，灭火管道系统被打开，控制器同时控制冷却泵增加流量，储液装置内的常压冷却灭火介质经过冷却泵进入高温易熔管道，持续对热失控起火燃烧位置进行灭火。

进一步的，所述储液装置内的冷却灭火介质为乙二醇混合溶液和阻燃剂。

进一步的，所述高温易熔管道在电池模组内呈多个首尾连接的S型结构布置或呈树形结构分布；优选的，所述高温易熔管道布置于电芯泄压阀的上方。

进一步的，所述高温易熔管道为火探管或铜管和易熔合金组成的灭火管道，所述易熔合金为铟锡铋易熔合金、锡铋易熔合金、铋和铅与镉、银和锑。

进一步的，所述铜管和易熔合金组成的灭火管道通过在铜管上间隔打孔后，在孔中填充易熔合金后构成。

相对于现有技术，本发明创造所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统具有以下优势：

(1)本发明创造所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统将高温易熔管道作为主要的灭火管道系统，并布置在可直接实现灭火的位置，由液体压力传感器和流量传感器进行监控，具有响应速度快、灭火位置精准的特点，能够实现快速点对点灭火，大大增加灭火的效果；

(2)本发明创造所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，可以采用储液装置与离子电池的液冷系统本身具有的冷却介质储罐共用的方式，也可以采用单独设置只属于灭火系统的储液装置的方式；

若采用灭火系统不与液冷系统共用储液装置，而是单独设置一个只属于灭火系统的储液装置的方式，则可供选择的灭火介质的种类大大增加，并且能够同时满足灭火和降温的功能，大大提高灭火效率；

若采用灭火系统与液冷系统共用储液装置，即储液装置为液冷系统的冷却介质储罐，则可在既满足对电池包的冷却散热又满足对电池包进行灭火的前提下，缩减成本，减轻重量。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例1所述的高温易熔管道及液冷管道在电池模组内的布置方式示意图；

图2为本发明创造实施例1所述的锂离子电池的液冷系统的部分结构示意图；

图3为本发明创造实施例1所述的灭火系统的部分结构示意图；

图4为本发明创造实施例2所述的高温易熔管道在电池模组内的布置方式示意图；

图5为图4的A处的铜管与易熔合金组成的灭火管道的局部放大图

图6为本发明创造实施例2所述的灭火系统的部分结构示意图。

附图标记说明：

1-电池模组；2-高温易熔管道；3-储液装置；4-电磁开关阀；5-单向阀； 6-液体压力传感器；7-流量传感器；8-冷却泵；9-冷却介质储罐；10-单向阀二；11-液冷管道；12-两位三通电磁阀；13-铜管；14-易熔合金。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的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发明创造的限制。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

如图1和3所示，一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，包括灭火管道系统及储液装置；

灭火管道系统包括设于电池模组1内部并布置于电芯泄压阀上方的火高温易熔管道2，高温易熔管道2为沿电池模组1内空隙呈多个首尾连接的S 型结构布置的火探管；

储液装置3为装有灭火介质的高压容器，储液装置3出口端与灭火管道系统进口端连接，连接处由储液装置3向高温易熔管道2方向依次设有电磁开关阀4、单向阀5、液体压力传感器6和流量传感器7；单向阀5的阀门开口朝向高温易熔管道2，液体压力传感器6和流量传感器7与接收其信号的控制器连接，控制器与电磁开关阀4连接，控制电磁开关阀4的启停；

控制器还与锂离子电池本身具有的液冷系统的冷却泵8连接，用于调节冷却泵8的流量；

如图1和2所示，液冷系统包括一个冷却介质储罐9，冷却介质储罐9 一端设有出口端，出口端处设有冷却泵8，另一端设有设有入口端，入口端设有开口朝向冷却介质储罐9的单向阀二10，出口端与入口端之间设有布置在电池模组内的液冷管道11。

本发明实施例1所示的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统的工作过程如下：

当电池包处于正常运行状态时，电磁开关阀4处于闭合状态，灭火系统不工作，高温易熔管道2内部充满高压灭火介质，此时液体压力传感器6和流量传感器7未发生响应；

当电池包内某个模组或某个电芯发生热失控引发起火燃烧现象，该部位的高温易熔管道2受热破裂，管内的高压灭火介质释放，液体压力传感器6 和流量传感器7产生响应，控制器控制电磁开关阀4打开，储液装置3内的高压灭火介质进入高温易熔管道2，持续对热失控起火燃烧位置进行灭火，单向阀5阻止灭火介质回流入储液装置3中，同时控制器可控制锂离子电池本身就具有的液冷系统的冷却泵8调节至最大流量，使液冷系统对电池包进行最大能力的冷却降温。

实施例2

如图4、5、6所示，一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，包括灭火管道系统及储液装置3；

灭火管道系统包括设于电池模组1内部并布置于电芯泄压阀上方的高温易熔管道2，高温易熔管道2为沿电池模组1内空隙呈树形结构分布的由铜管13和易熔合金14构成的灭火管道；

储液装置8为锂离子电池液冷系统的冷却介质储罐，由储液装置8出口端向所述灭火管道系统方向依次设有冷却泵8、单向阀5及两位三通电磁阀 12；两位三通电磁阀12的进口端与单向阀5开口端连接；两位三通电磁阀 12的一个出口端与锂离子电池的液冷系统的液冷管道11进口端连接，另一个出口端与灭火管道系统进口端连接，连接处设有液体压力传感器6和流量传感器7；液体压力传感器6和流量传感器7与接收其信号的控制器连接，控制器与两位三通电磁阀12连接，控制两位三通电磁阀12与液冷管道11 或灭火管道系统的连通，控制器还与冷却泵8连接。

本发明实施例2所示的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统的工作过程如下：

当电池包处于正常运行状态时，两位三通电磁阀12处于与液冷管道11 接通的状态，灭火管道系统关闭；液冷系统正常工作，冷却泵8将介质通入液冷管道11对电池包进行冷却散热，灭火管道系统不工作，高温易熔管道2 内部充满灭火介质，液体压力传感器6和流量传感器7无响应；

当电池包内某个模组或某个电芯发生热失控引发起火燃烧现象，该部位的高温易熔管道2中的易熔合金处受热破裂，管内的灭火介质释放，压力传感器6和流量传感器7产生响应，控制器控制两位三通电磁阀12动作，使得液冷管道11被关闭，灭火管道系统被打开，控制器同时控制冷却泵8增加流量，储液装置3内的常压冷却灭火介质经过冷却泵8进入高温易熔管道 2，持续对热失控起火燃烧位置进行灭火。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：包括灭火管道系统及储液装置；所述灭火管道系统包括设于电池模组内部的高温易熔管道；所述储液装置出口端与所述灭火管道系统进口端连接，连接处设有自动阀、单向阀、液体压力传感器和流量传感器；所述自动阀和所述单向阀位于靠近所述储液装置的一端，所述单向阀的阀门开口朝向所述灭火管道系统；所述液体压力传感器和所述流量传感器位于靠近所述灭火管道系统的一侧，所述液体压力传感器和所述流量传感器与接收其信号的控制器连接，所述控制器控制所述自动阀的启闭。

2.根据权利要求1所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述储液装置为装有灭火介质的高压容器。

3.根据权利要求2所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述灭火介质为全氟己酮、全氟己酮和去离子水混合液、七氟丙烷、七氟丙烷溶液、二氧化碳、惰性气体中的一种。

4.根据权利要求1所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述自动阀为电磁开关阀。

5.根据权利要求1所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述控制器还与锂离子电池的液冷系统的冷却泵连接，调节所述冷却泵的流量。

6.根据权利要求1所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述自动阀为两位三通电磁阀；所述储液装置为锂离子电池液冷系统的冷却介质储罐；由所述储液装置出口端向所述灭火管道系统方向依次设有冷却泵、所述单向阀及所述两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的进口端与所述单向阀开口端连接，所述两位三通电磁阀的一个出口端与锂离子电池的液冷系统的液冷管道进口端连接，另一个出口端与所述灭火管道系统进口端连接，连接处设有所述液体压力传感器和所述流量传感器；所述控制器还与冷却泵连接，调节所述冷却泵的流量。

7.根据权利要求6所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述储液装置内的冷却灭火介质为乙二醇混合溶液和阻燃剂。

8.根据权利要求1到7任一项所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述高温易熔管道在电池模组内呈多个首尾连接的S型结构布置或呈树形结构分布；优选的，所述高温易熔管道布置于电芯泄压阀的上方。

9.根据权利要求1到7任一项所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述高温易熔管道为火探管或铜管和易熔合金组成的灭火管道，所述易熔合金为铟锡铋易熔合金、锡铋易熔合金、铋和铅与镉、银和锑。

10.根据权利要求9所述的应用于锂离子电池储能装置的灭火系统，其特征在于：所述铜管和易熔合金组成的灭火管道通过在铜管上间隔打孔后，在孔中填充易熔合金后构成。

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