一种电子和机械双控的电池包灭火系统的制作方法

1.本发明涉及电池包灭火领域，具体涉及一种电子和机械双控的电池包灭火系统。


背景技术：

2.随着国家总体环境战略的提出，动力电池和储能电池将迎来新的发展高峰。目前，以锂离子电池为代表的化学储能应用极为广泛。但化学电池所应用的化合物都有较强的不稳定性，在生产生活中有一定的概率产生火灾隐患，造成人员伤亡和财产损失。
3.以不同化合物为基底的化学电池发生热失控，导致火灾的原理不尽相同。但其综合特点都会在使用的过程中产生热积累，导致热失控，最终造成火灾。从这个角度出发，有效监测储能电池使用过程中的热失控，并在热失控后及时进行灭火是目前减少储能电池造成火灾的主要方法。
4.授权公告号为cn205924764u的中国实用新型专利提供了一种具有自动灭火控制功能的电池包，包括壳体、位于壳体内部的电池模组以及灭火系统，灭火系统包括灭火器、感温线缆和中控单元，灭火器包括灭火器喷头和灭火器罐体，灭火器喷头设置在壳体内部；感温线缆设置在壳体内部，用来监测壳体内的温度，中控单元根据感温线缆监测的温度值来控制灭火器灭火。
5.上述技术中，中控单元是根据感温线缆监测的温度值来控制灭火器进行灭火，而中空单元和感温线缆均为电子元件，属于电子控制灭火；当中控单元或感温线缆发生故障时会使电池包不能灭火，仍会造成火灾事故。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电子和机械双控的电池包灭火系统，以解决现有技术中的电池包可能会因电子元件发生故障而不能灭火的问题。
7.为实现上述目的，本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的技术方案是：
8.电子和机械双控的电池包灭火系统，包括壳体、电子灭火装置和控制器，壳体内设有电池组和用于监测壳体内温度的温度传感器；电子灭火装置包括用于存储灭火剂的第一存储容器和与第一存储容器连接的第一喷头，第一喷头的喷口处于壳体内；控制器与温度传感器信号连接，控制器与电子灭火装置控制连接，在壳体内温度达到第一设定温度时控制器控制电子灭火装置向壳体内喷出灭火剂；还包括机械灭火装置，机械灭火装置包括用于存储灭火剂的第二存储容器和连接在第二存储容器底部的第二喷头，第二存储容器固定在壳体顶部外侧，第二喷头的喷口处于壳体内；第二喷头上设有封堵其喷口的喷口可熔体，喷口可熔体在壳体内温度达到第二设定温度时熔化，以供第二存储容器内的灭火剂从第二喷头的喷口喷入壳体内。
9.有益效果是：本发明在电子灭火装置的基础上设置了机械灭火装置，电子灭火装置采用的是电子控制方式实现第一喷头喷出灭火剂；而机械灭火装置采用的是在壳体内温度达到设定温度时喷口可熔体熔化，以供第二存储容器内的灭火剂从第二喷头的喷口喷入
壳体内。上述两种灭火装置的工作原理不同，在发生火灾时，能够增加灭火的几率，降低火灾事故的发生。
10.作为进一步地改进，所述壳体内还设有旁路保护电路，旁路保护电路包括串联在电池组主回路的串联电路和与电池组主回路并联的并联电路；串联电路上设有电磁铁和可在壳体内温度达到设定温度时熔化的可熔导电体，并联电路上设有刀闸；在电池组向外供电时电磁铁得电吸附刀闸使并联电路断开，在可熔导电体熔化时电磁铁失电放开刀闸使并联电路导通。
11.有益效果是：通过设计旁路保护电路，在该电池包的电池组因断路不能工作时，不会影响其他电池包的正常工作。
12.作为进一步地改进，所述喷口可熔体为所述的可熔导电体。
13.有益效果是：这样设计，使第二喷头和串联电路共用所述的喷口可熔体，简化结构。
14.作为进一步地改进，所述第二喷头设置有至少两个，至少两个第二喷头的可熔导电体设置在串联电路上。
15.有益效果是：这样设计，只需其中任一个喷口可熔体熔化，即可实现串联电路断路。
16.作为进一步地改进，所述第一设定温度小于第二设定温度。
17.有益效果是：这样设计，可以利用电子灭火装置进行早期火源的降温和灭火，如果温度继续上升，再利用机械灭火装置进行灭火。
18.作为进一步地改进，所述第二喷头包括导气管和设置在导气管下端外侧的连接管，连接管连接在第二存储容器的底部，导气管的上端处于第二存储容器的顶部；导气管和连接管之间形成环腔，第二喷头的喷口处于环腔的底壁上。
19.有益效果是：这样设计，第一存储容器内部由于温升作用产生的气态全氟己酮可通过导气管涌出，同时第二喷头的喷口也在内部压力作用下喷洒液态的灭火剂，此时喷口处产生的气液混合物的灭火作用更好。当火势得到一定的控制后，随着第一存储容器内部压力的释放和全氟己酮对第一存储容器的冷却，可能导致壳体内的压强高于第一存储容器内的压强，此时壳体内的气体通过导气管进入第一存储容器内，保持第二喷头的喷口继续喷洒灭火剂。
20.作为进一步地改进，所述连接管螺纹连接在第二存储容器的底部，第二存储容器可拆固定在壳体的顶部。
21.有益效果是：这样设计，便于第二喷管的更换。
22.作为进一步地改进，所述导气管内设有导气管可熔体，导气管可熔体在壳体内温度达到第二设定温度时熔化。
23.有益效果是：这样设计，避免向第二存储容器注入灭火剂或者电池包晃动时，液态的灭火剂由导气管进入壳体内。
24.作为进一步地改进，所述第一存储容器用于存储液态的灭火剂，电子灭火装置还包括灭火剂输送管和用于存储压缩气体的气体存储容器，气体存储容器、第一存储容器和第一喷头依次串联在灭火剂输送管上，气体存储容器和第一存储容器之间设有压缩气体阀门，第一存储容器和第一喷头之间设有灭火剂阀门，控制器与压缩气体阀门、灭火剂阀门控
制连接。
25.有益效果是：相比于气态灭火剂，相同容积的液态灭火剂灭火效果较好。
26.作为进一步地改进，所述控制器设置在壳体外部，控制器具有蓄电池。
27.有益效果是：这样设计，不会因电池组的断电而影响控制器控制电子灭火装置灭火。
附图说明
28.图1为本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的结构示意图；
29.图2为图1中第二存储容器的结构示意图；
30.图3为图2中第二喷头的结构示意图；
31.图4为图1中电子灭火装置的流程图；
32.图5为图1中机械灭火装置的流程图。
33.图中：11、壳体；12、电池组；13、第一喷头；14、灭火剂输送管；15、串联电路；16、第二喷头；17、第二存储容器；18、灭火剂阀门；19、第一存储容器；20、压缩气体阀门；21、气体存储容器；22、阀门控制线路；23、电磁铁； 24、蓄电池；25、控制模块；26、传感器通信线路；27、刀闸；28、并联电路； 29、温度传感器；30、保护负载；31、主回路正极线路；32、主回路负极线路； 33、导气管；34、连接管；35、环腔；36、喷口可熔体；37、导气管可熔体；38、注液口。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
37.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
38.本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的实施例1：
39.如图1所示，电子和机械双控的电池包灭火系统包括壳体11、电子灭火装置、机械灭火装置和控制器，壳体11内设有电池组12和温度传感器29，温度传感器29用于监测壳体
11内的温度。其中，电池组12包括串联的电芯和电池控制板等器件，壳体11和电池组12共同形成电池包。
40.本实施例中，电池组12连接有主回路正极线路31和主回路负极线路32，主回路正极线路31和主回路负极线路32分别与相邻的两个电池包连接，以实现各电池包之间的串联。
41.本实施例中，电子灭火装置包括用于存储灭火剂的第一存储容器19和与第一存储容器19连接的第一喷头13，第一喷头13的喷口处于壳体11内用于向壳体11内喷出灭火剂。
42.优选地，第一存储容器19用于存储液态的灭火剂，电子灭火装置还包括灭火剂输送管14和用于存储压缩气体的气体存储容器21，灭火剂输送管14为储液罐，气体存储容器21为储气罐。气体存储容器21、第一存储容器19和第一喷头13依次串联在灭火剂输送管14上，气体存储容器21和第一存储容器19 之间设有压缩气体阀门20，第一存储容器19和第一喷头13之间设有灭火剂阀门18。其中，控制器与温度传感器29通过传感器通信线路26信号连接，控制器与压缩气体阀门20、灭火剂阀门18通过阀门控制线路22控制连接；控制器根据温度传感器29监测的壳体11内温度信息控制电子灭火装置开启。使用时，打开压缩气体阀门20和灭火剂阀门18，在压缩气体作用下，第一存储容器19 内的液态灭火剂被推动，并从第一喷头13喷出。其中，压缩气体由第一存储容器19的顶部充入，灭火剂由第一存储容器19的底部压出。
43.本实施例中，灭火剂输送管14和第一喷头13均具有一定耐高温能力和抗形变能力。第一喷头13为雾化喷头，在灭火剂喷洒过程中使灭火剂雾化，不仅可以扩大喷洒面，同时也有助于液态灭火剂的快速气化，达到快速灭火的目的。
44.本实施例中，控制器设置在壳体11外部，控制器包括蓄电池24和控制模块 25，控制模块25由蓄电池24独立供电，不会因电池组12的断电而影响控制器控制电子灭火装置灭火。
45.如图1所示，机械灭火装置包括固定在壳体11顶部外侧的第二存储容器17 和连接在第二存储容器17底部的第二喷头16，第二喷头16的喷口处于壳体11 内用于向壳体11内喷出灭火剂。其中，第二存储容器17为存储箱，其顶板上设有注液口38。
46.如图2和图3所示，第二喷头16包括导气管33和设置在导气管33下端外侧的连接管34，连接管34连接在第二存储容器17的底部，导气管33的上端处于第二存储容器17的顶部，供壳体11内的压力气体进入第二存储容器17内。导气管33和连接管34之间形成环腔35，第二喷头16的喷口处于环腔35的底壁上且沿连接管的周向间隔布置，第二喷头16上设有封堵其喷口的喷口可熔体 36，喷口可熔体36在壳体11内温度达到设定温度时熔化，以供第二存储容器 17内的灭火剂从第二喷头16的喷口流入壳体11内。
47.本实施例中，导气管33内设有导气管可熔体37，导气管可熔体37为圆形，导气管可熔体37在壳体11内温度达到设定温度时熔化。具体地，当导气管可熔体37熔化后，第二存储容器17内部由于温升作用产生的气态全氟己酮可通过导气管33涌出，同时第二喷头16的喷口也在内部压力作用下喷洒液态的灭火剂，此时喷口处产生的气液混合物的灭火作用更好。当火势得到一定的控制后，随着第二存储容器17内部压力的释放和全氟己酮对第二存储容器17的冷却，可能导致壳体11内的压强高于第二存储容器17内的压强，此时壳体11内的气体通过导气管33进入第二存储容器17内，保持第二喷头16的喷口继续喷洒灭火剂。
48.本实施例中，连接管34和导气管33由耐火铝合金制成，喷口可熔体36和导气管可熔体37均为可熔导电体，优选地，可熔导电体由铅材料制成，铅的熔点为327.45℃，在熔化时伴有气化，可降低对灭火剂喷出的阻碍。在其他实施例中，可熔导电体可以由锡合金材料制成。
49.本实施例中，连接管34螺纹连接在第二存储容器17的底部，第二存储容器 17可拆的密封固定在壳体11的顶部，如第二存储容器17通过锁扣固定在壳体 11上。其中，连接管34的外螺纹上设有绝缘层，避免串联电路15中的电向第二存储容器17传导。
50.如图1所示，壳体11内还设有旁路保护电路，旁路保护电路包括串联在电池组主回路的串联电路15和与电池组主回路并联的并联电路28；串联电路15 上设有电磁铁23和上述的喷口可熔体36，并联电路28上设有刀闸27；在电池组12向外供电时电磁铁23得电吸附刀闸27使并联电路28断开，在喷口可熔体 36熔化时串联电路15为断路，电磁铁23失电放开刀闸27使并联电路28导通。其中，并联电路28上设有保护负载30。
51.本实施例中，第二喷头16设置有两个，两个第二喷头16的喷口可熔体36 均设置在串联电路15上，这样设计，只需其中任一个喷口可熔体36熔化，即可实现串联电路15断路。在其他实施例中，第二喷头的数量可以根据需要设置。
52.如图1和图4所示，电子灭火装置为电池包提供第一重消防保障，在电子灭火装置开启后，温度传感器29实时获取壳体11内的温度，并由控制器对实时的温度进行判断。由于电池热失控往往发生较为快速和剧烈，所以控制器应设置较大的温度采样频率，以便对火情及时做出判断；如每5秒进行一次温度采样，当温度达到系统设置的第一设定温度时，系统进行报警，并提高温度采样频率，在 2秒内进行不低于20次采样，排除异常数据干扰。确定达到第一设定温度t0后，系统通过内置的通信模块自动向主站或数据中心进行报警，该报警必须通过手动复位或掌机近距离操作进行复位，保证起火问题人工确认检查，减少安全隐患；同时，控制电子灭火装置喷洒灭火剂进行早期火源的降温和扑灭。
53.当壳体11内的温度得到有效控制后，控制器控制电子灭火装置停止灭火剂喷洒，并通过压力感应系统监测气体存储容器21的压强，当压强小于p0后进行欠压报警。
54.当电子灭火装置因失效或发生故障而未能有效控制热失控时，壳体11内的温度会继续上升，在达到第二设定温度时机械灭火装置开始工作。如图1和图5 所示，第二喷头16上的喷口可熔体36熔化，串联电路15断开，即电池组主回路被切断；此时电磁铁23失电，刀闸27落下，并联电路28导通，实现旁路保护，即其他电池包还能正常工作。此外，第二喷头16上的喷口可熔体36熔化后，第二存储容器17内的灭火剂由第二喷头16的喷口喷出，实现灭火。
55.本实施例中，第一存储容器19和第二存储容器17内的灭火剂均采用常温下为液态的全氟己酮。全氟己酮是氟化酮类的化合物，是一种清澈、无色、无味的液体，对环境友好；在灭火性能上，其蒸发热仅仅是水的1/25，而蒸汽压是水的25倍，这些性质使它易于气化并以气态存在，它主要依靠吸热达到灭火的效果，其灭火浓度为4-6％，安全余量比较高；其极易气化的性质，十分便于灭火后的现场清理。
56.本实施例中，气体存储容器21内的压缩气体为氮气，氮气是一种很不活泼的气体，其具有稳定的化学性质和极低的液化温度(-196.56℃)，相比于同样化学性质较为稳定二氧化碳压缩气体(在部分严寒地区可使得二氧化碳凝结成干冰) 更为合适。
57.本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的实施例2：
58.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，旁路保护电路通过可熔导电体熔化实现旁路保护。本实施例中，旁路保护电路通过控制器控制电子开关实现旁路保护。
59.本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的实施例3：
60.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第二喷头上的喷口可熔体为串联电路上的可熔导电体。本实施例中，第二喷头上的喷口可熔体和串联电路上的可熔导电体独立设置，此时，第二喷头上的喷口可熔体可以为可熔导电体，也可以为可熔非导电体。
61.本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的实施例4：
62.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，连接管螺纹连接在第二存储容器的底部，第二存储容器可拆固定在壳体的顶部。本实施例中，连接管焊接在第二存储容器的底部。
63.本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的实施例5：
64.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第二喷头包括导气管和设置在导气管下端外侧的连接管。本实施例中，第二喷头仅包括连接管，连接管的下端设有封板，封板上设有可熔导电体。
65.本发明电子和机械双控的电池包灭火系统的实施例6：
66.本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第一存储容器用于存储液态的灭火剂，电子灭火装置还包括灭火剂输送管和用于存储压缩气体的气体存储容器。本实施例中，不设置气体存储容器，第一存储容器用于存储具有一定压力的气态灭火剂。
67.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。