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科学研究与应用

科学研究与应用

Journal of Scientific Research and Applications

  • 主办单位: 
    未來中國國際出版集團有限公司
  • ISSN: 
    3079-7071(P)
  • ISSN: 
    3080-0757(O)
  • 期刊分类: 
    科学技术
  • 出版周期: 
    月刊
  • 投稿量: 
    5
  • 浏览量: 
    667

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新能源电池热失控检测与灭火系统

Thermal Runaway Detection and Fire Extinguishing System for New Energy Batteries

发布时间:2026-02-05
作者: 刘延彬,刘金旋 :伊犁师范大学 新疆伊犁; 朱飞羽 :新疆师范大学 新疆乌鲁木齐;
摘要: 新能源电池热失控检测与灭火系统,全氟己酮储藏罐输出端固定安装有第一连接管道,第一连接管道远离全氟己酮储藏罐的一端固定安装有U型高密度聚乙烯管,U型高密度聚乙烯管侧壁固定安装有雾化喷头,U型高密度聚乙烯管侧壁固定安装有温度传感器,U型高密度聚乙烯管侧壁固定安装有火焰传感器,U型高密度聚乙烯管远离密封金属垫圈的一端固定安装有泄气阀门,温度传感器实时监测电池组温度波动,依据温度划分三个阶段进行针对性处理,系统就通过略微打开雾化喷头释放全氟己酮降温,避免温度进一步升高引发火灾,为车辆和人员安全争取更多保障时间,减少潜在损失。
Abstract: At the output end of the perfluorohexanone storage tank, a first connection pipe is fixedly installed. The end of the first connection pipe far from the perfluorohexanone storage tank is fixedly installed with a U-shaped high-density polyethylene pipe. The side wall of the U-shaped high-density polyethylene pipe is fixedly installed with a misting nozzle, a temperature sensor, and a flame sensor. The side wall of the U-shaped high-density polyethylene pipe is also fixedly installed with a vent valve. The temperature sensor continuously monitors the temperature fluctuations of the battery pack. Based on the temperature, the system divides into three stages for targeted treatment. The system slightly opens the misting nozzle to release perfluorohexanone for cooling, preventing the temperature from further rising and causing a fire. This helps to secure more time for the safety of vehicles and personnel and reduces potential losses.
关键词: 全氟己酮;新能源电池;灭火装置;温度传感器
Keywords: perfluorohexanone; new energy battery; fire extinguishing device; temperature sensor

引言

随着全球对环境保护和可持续发展的重视,新能源电车作为一种清洁、高效的交通工具,其市场份额正迅速增长。然而,新能源电车的安全问题,尤其是电池起火隐患,成为制约其进一步发展的关键因素。新能源电车的动力来源主要是锂电池,锂电池在充放电过程中会产生热量,当散热系统出现故障或电池内部发生异常反应时,电池温度会迅速升高,进而引发热失控,最终导致起火甚至爆炸。传统的车辆安全防护系统对于新能源电车电池起火的检测和应对能力极为有限。针对现有技术的不足,本发明提供了一种针对新能源电车起火自动灭火的安全防护系统及装置,以解决起火问题。

1 新能源电池热失控检测与灭火系统

新能源电池热失控检测与灭火系统包括电池承接板,电池承接板顶部设置有灭火机构,灭火机构包括全氟己酮储藏罐。在一种可能的实现方式中,全氟己酮储藏罐设置在电池承接板顶部,储藏罐输出端固定安装有第一连接管道,第一连接管道远离储藏罐的一端固定安装有U型高密度聚乙烯管,U型管侧壁固定安装有雾化喷头、温度传感器和火焰传感器,U型管远离密封金属垫圈的一端固定安装有泄气阀门。

在一种可能的实现方式中,温度传感器与火焰传感器位置相邻;雾化喷头位于温度传感器和火焰传感器之间;电池承接板内部开设有槽口,并在槽口内部固定安装有密封金属垫圈和安置板,安置板顶部与全氟己酮储藏罐固定安装;电池承接板内部固定安装有新能源电车电池组。

在一种可能的实现方式中,新能源电车电池组侧壁固定安装有继电器组,电池承接板侧壁固定安装有中央信号控制器,中央信号控制器位于电池承接板靠近泄气阀门的一端。

图1 本发明的整体结构示意图
图2 本发明的火焰传感器结构示意图
图3 本发明的新能源电车电池组结构示意图
图4 本发明的泄气阀门结构示意图

(图例说明:11、电池承接板;12、密封金属垫圈;13、全氟己酮储藏罐;14、第一连接管道;15、U型高密度聚乙烯管;16、温度传感器;17、火焰传感器;18、泄气阀门;19、槽口;21、安置板;22、新能源电车电池组;23、继电器组;24、中央信号控制器。)

图5 本发明的继电器组结构示意图

2 与现有技术相比的有益效果

本方案中,该安全防护系统通过温度传感器和火焰传感器协同工作,能多维度、全方位精准检测新能源电车起火危险。温度传感器实时监测电池组温度波动,依据温度划分三个阶段进行针对性处理。在温度异常初期(60–90℃),系统通过略微打开雾化喷头释放全氟己酮降温,避免温度进一步升高引发火灾,为车辆和人员安全争取更多保障时间,减少潜在损失。

一旦火焰传感器检测到起火信号,系统立即执行两项关键且高效的操作:一方面,继电器组迅速切断电池组供电,从根源上阻止火势因电力持续供应而蔓延扩大;另一方面,雾化喷头瞬间开启到最大程度,快速释放大量全氟己酮。全氟己酮通过化学抑制和物理窒息双重机制,快速扑灭因电池起火引发的火焰,有效解决传统灭火剂难以应对的新能源电池热失控和复燃问题,大大提高灭火效率,保障车辆及周边环境安全。

密封金属垫圈可防止灭火药剂因压强差逃逸,确保全氟己酮在电池承接板内充分发挥作用,提高灭火效果。全氟己酮属于挥发性液体,不腐蚀电子元件和金属材料,灭火后残留物少,对车内精密设备友好,不会造成二次损害。此外,泄气阀门在电池承接板内部压强过高时自动打开,防止因压强过高导致电池承接板破裂、火势借助高压扩散等风险,为新能源电车提供全面的安全防护。

3具体实施方式

本发明优选实施例将通过参考附图进行详细描述,但本发明也可以以各种不同的形式实现,因此不限定于下文中描述的实施例。以下实施例旨在说明本发明的具体实现方式,总体思路如下:

3.1 实施例1

请参考图1至图4所示,新能源电池热失控检测与灭火系统包括电池承接板11。当新能源电车电池组22温度过高时,温度传感器16将收集到的温度数据传输给中央信号控制器24,中央信号控制器24将打开雾化喷头的开关,缓慢释放出全氟己酮储藏罐13内部的全氟己酮,对电池组22表面进行降温处理。

当温度过高导致起火时,火焰传感器17感应到起火情况并将数据传输给中央信号控制器24,控制器将驱动继电器组23对电池组22执行紧急断电,同时将雾化喷头开启到最大,快速释放大量全氟己酮,对槽口19内部的电池组22进行紧急灭火。全氟己酮储藏罐13输出端固定安装有第一连接管道14,密封金属垫圈12防止全氟己酮因内外压强差逸出电池承接板11内部。第一连接管道14远端固定安装有U型高密度聚乙烯管15;当电池承接板11内部压强过高时,泄气阀门18自动打开,释放内部气体,防止火势扩大。

U型高密度聚乙烯管15侧壁固定安装有雾化喷头、温度传感器16和火焰传感器17,温度传感器16与火焰传感器17位置相邻,雾化喷头位于两者之间;电池承接板11内部设置槽口19,槽口内固定安装密封金属垫圈12及安置板21,安置板21顶部与全氟己酮储藏罐13固定安装,电池承接板11侧壁固定安装中央信号控制器24,电池组22侧壁固定安装继电器组23。

3.2 实施例2

如图5所示,本实施例提供了一种针对新能源电车起火自动灭火的安全防护系统,包括检测模块、传输模块、处理模块、预警模块和执行模块。检测模块主要由温度传感器和火焰传感器组成,二者协同工作,旨在多维度、全方位地检测起火危险。

温度传感器安装在U型高密度聚乙烯管侧壁,实时监测电池组温度变化;火焰传感器同样位于U型管侧壁并与温度传感器相邻,专注于感知起火时产生的火焰特征。

传输模块负责将检测模块收集的数据准确、快速传递至处理中枢,中央信号控制器作为处理模块的核心枢纽,分别处理来自温度传感器和火焰传感器的数据。

中央信号控制器依据温度传感器数据将温度划分为三个阶段:第一阶段,当检测温度低于60℃时,判定为相对安全状态,不触发装置;第二阶段,当温度在60–90℃时,略微打开雾化喷头,释放适量全氟己酮进行降温,直至回到安全范围;第三阶段,当温度高于90℃时,控制器打开一半雾化喷头,加大全氟己酮释放量,持续降温直至温度回落至第一阶段。

当中央信号控制器接收到火焰传感器信号时,立即判定为起火状态并执行两项关键操作:通过继电器组迅速切断电池组供电,并将雾化喷头开启到最大,快速释放大量全氟己酮以尽快扑灭火焰。

预警模块与车内中控AI连接,通过中控显示屏、语音提示等方式向车内人员发出警报,即便车内人员无法干预,本系统仍可自动运行并持续执行灭火工作。

执行模块包含继电器组(用于断电)、雾化喷头(按控制器指令释放全氟己酮)、密封金属垫圈(防止灭火剂逸散)和泄气阀门(在内部压强过高时自动释放气体以防止破裂或高压扩散)。

4结语

当新能源电车电池组出现温度过高的情况时,安装在U型高密度聚乙烯管侧壁且与电池组距离较近的温度传感器开始工作,将感知到的温度变化转化为电信号并传输给电池承接板侧壁的中央信号控制器。中央信号控制器根据预设程序发出控制指令,打开雾化喷头开关,使全氟己酮通过第一连接管道和雾化喷头以雾化形式释放,吸收电池组表面热量,从而降低温度,防止温度进一步升高导致更严重的问题。

当电池组温度过高进而导致起火时,火焰传感器能够感应火焰特征并将信息传输给中央信号控制器。控制器在接收到火焰信号后,首先驱动继电器组对电池组进行紧急断电,以避免电能继续供给引发更大火势;同时将雾化喷头开启到最大,迅速释放大量全氟己酮,弥漫于槽口内部,对电池组进行紧急灭火处理。全氟己酮兼具良好降温性能和抑制燃烧反应的能力,从而实现快速灭火。

参考文献:

  1. [1] 张淇厚, 李思成, 刘佳玲. 抑制锂离子电池火灾的新型灭火剂研究进展[J]. 消防科学与技术,2024,43(08):1138-1144.
  2. [2] 汪东东, 王飞. 全氟己酮对锂离子电池热失控的抑制探讨[C]//中国土木工程学会, 中国国家铁路集团有限公司. 中国土木工程学会2022年学术年会论文集. 上海纽特消防设备有限公司; 上海瑞泰消防设备制造有限公司;,2023.
  3. [3] 周洁,何骁龙. 全氟己酮和细水雾抑制三元锂离子电池火灾有效性研究[J]. 消防科学与技术,2023,41(02):236-240.
  4. [4] 郭春亮, 鲁锐华,余瑞, 等. 全氟已酮灭火剂灭火装置储罐密封件选型分析[J]. 消防科学与技术,2020,39(11):1545-1547.
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