動(dòng)力電池箱專用自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

裴崇利， 張禮憲， 劉培培， 陶西孟， 楊繼群， 王程鵬

(中通客車(chē)控股股份有限公司， 山東 聊城 252000)

電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池具有較大的容量和電壓，需要將很多的單體電池通過(guò)串、并聯(lián)的方式裝置于多個(gè)電池箱內(nèi)[1-2]。然而在電動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行、充電、加熱等過(guò)程中，電池會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)產(chǎn)生熱量積累，動(dòng)力電池箱各處溫度不均從而影響電池單體的一致性[3-6]，即由單體電池產(chǎn)生足夠熱量并傳遞熱量導(dǎo)致周?chē)姵責(zé)崾Э厣踔林鸹虮ǖ劝踩鹿?。本文針?duì)動(dòng)力電池由于過(guò)充、過(guò)放、擠壓、碰撞、穿刺、外部加熱等原因引起熱失控易導(dǎo)致著火、爆炸的情況[7]，設(shè)計(jì)一種適用于動(dòng)力電池箱的安全性能檢測(cè)系統(tǒng)，能達(dá)到及時(shí)、有效的滅火效果，避免危險(xiǎn)事故發(fā)生。

1 動(dòng)力電池箱專用滅火系統(tǒng)組成

動(dòng)力電池箱專用自動(dòng)滅火系統(tǒng)的主要構(gòu)成有：早期火災(zāi)探測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，集成控制管理系統(tǒng)，滅火裝置，連接線束、管路等，如圖1所示。其工作原理為：當(dāng)早期探測(cè)預(yù)警系統(tǒng)采集到電池箱內(nèi)的電池?zé)崤蛎涐尫懦龅挠坞x離子粒子及非正常溫升數(shù)據(jù)時(shí)，集成控制管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并對(duì)早期火情作分析判斷，數(shù)據(jù)達(dá)到早期火情警戒信息時(shí)，系統(tǒng)則向駕駛區(qū)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由駕駛員判定并及時(shí)作出故障排查和處理。當(dāng)檢測(cè)到的故障區(qū)域已由早期火情發(fā)展到火災(zāi)時(shí)，集成控制管理系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟滅火裝置并有選擇性地向發(fā)生火災(zāi)的電池箱內(nèi)釋放滅火劑以快速滅火，同時(shí)向駕駛區(qū)發(fā)出聲和光的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)[8-9]。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)及手動(dòng)滅火啟動(dòng)功能。工作原理圖如圖2所示。

圖2 動(dòng)力電池箱專用自動(dòng)滅火系統(tǒng)工作原理圖

2 動(dòng)力電池箱自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池箱內(nèi)安裝傳感器，用于在檢測(cè)到火情后進(jìn)行報(bào)警。通常，電動(dòng)汽車(chē)配置多個(gè)動(dòng)力電池箱，其中每個(gè)動(dòng)力電池箱對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)噴嘴，噴嘴通過(guò)管路與滅火罐相連，傳感器與集成控制器連接，集成控制器接收到傳感器的報(bào)警信號(hào)后控制對(duì)應(yīng)的管路打開(kāi)及控制滅火罐開(kāi)啟，并通過(guò)對(duì)應(yīng)的噴嘴進(jìn)行滅火[10-11]，如圖3所示。該系統(tǒng)的傳感器與噴嘴對(duì)應(yīng)設(shè)置于電池箱處，避免發(fā)出報(bào)警的傳感器和進(jìn)行滅火的噴嘴產(chǎn)生混亂，提高系統(tǒng)滅火的準(zhǔn)確度；控制器所編號(hào)的電池箱與傳感器對(duì)應(yīng)，這樣方便識(shí)別是哪一個(gè)電池箱出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而進(jìn)行滅火操作，或提醒駕乘人員采取其他應(yīng)急操作，避免進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警及滅火操作的電池箱與實(shí)際安裝的電池箱不對(duì)應(yīng)，提高滅火效率。

圖3 自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)組成示意圖

傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，傳感器自身為一個(gè)獨(dú)立模塊，包括煙霧傳感器、有毒氣體傳感器、顆粒物傳感器、溫度傳感器及火焰?zhèn)鞲衅?可選)，當(dāng)檢測(cè)的煙霧濃度、有毒氣體濃度、顆粒物濃度、溫度或火焰情況等信息超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)至所述集成控制器。當(dāng)然，該傳感器設(shè)為火焰?zhèn)鞲衅鲿r(shí)，當(dāng)檢測(cè)到火焰時(shí)即視為超出閾值，可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則不發(fā)出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)傳感器上設(shè)有報(bào)警和電源指示燈。具體包括火警、故障和電源3個(gè)指示燈，分別用于直接指示火情、故障及電源的通斷。

該自動(dòng)滅火系統(tǒng)的傳感器與噴嘴設(shè)置對(duì)應(yīng)的編號(hào)，避免發(fā)出報(bào)警的傳感器和進(jìn)行滅火的噴嘴產(chǎn)生混亂，且電池箱氣路與對(duì)應(yīng)的傳感器連接線不交叉連接，避免安裝錯(cuò)亂，從而提高系統(tǒng)滅火的準(zhǔn)確度。這里每個(gè)傳感器自身即可完成火情檢測(cè)及判斷，并決定是否報(bào)警，再將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至集成控制器即可。另外，每個(gè)傳感器具有獨(dú)立的報(bào)警處理功能，便于根據(jù)多個(gè)電池箱的具體需要獨(dú)立設(shè)置報(bào)警值及進(jìn)行滅火報(bào)警。

該自動(dòng)滅火系統(tǒng)中的集成控制器通過(guò)控制每個(gè)管路上的電磁閥或其他機(jī)械開(kāi)關(guān)控制對(duì)應(yīng)管路的打開(kāi)及關(guān)閉，同時(shí)開(kāi)啟滅火罐提供滅火劑，使滅火劑通過(guò)打開(kāi)的管路到達(dá)對(duì)應(yīng)的噴嘴處噴出進(jìn)行滅火。另外，集成控制器與一顯示器相連，該顯示器可以為汽車(chē)儀表自帶的顯示器，也可以為獨(dú)立設(shè)置于駕駛臺(tái)或其他位置上便于駕駛員或他人查看及操作的顯示器。該顯示器用于顯示所述報(bào)警信號(hào)以及發(fā)送報(bào)警信號(hào)的傳感器的編號(hào)及對(duì)應(yīng)的火情信息[11]。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，電動(dòng)汽車(chē)將大規(guī)模普及，與此同時(shí)鋰離子電池的能量密度也在不斷提高，動(dòng)力電池的安全事故的危害將會(huì)隨之增大。該動(dòng)力電池箱專用自動(dòng)滅火系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，能及時(shí)、有效地阻止動(dòng)力電池箱著火，減小電動(dòng)汽車(chē)的安全性事故危害。