一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置及方法

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1.本发明属于新能源汽车消防技术领域，具体涉及一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置及方法。

背景技术：

2.锂离子电池拥有能量大、无记忆效应、低成本、高放电效率等特点，是当今新能源汽车的主要动力来源。随着我国新能源汽车战略的逐步实施，大容量动力锂离子电池组逐渐成为纯电动汽车和混合动力汽车的主流和关键核心部件。
3.由于锂离子电池结构和材料的特殊性，其电极材料、电解液和隔膜等会在电滥用或热滥用等情况下发生电化学反应之外的副反应，导致内部热量积聚，严重时发生电池热失控，产生火焰和高温，引发新能源汽车火灾。特别是在停车场停车时，大电流充电、内部线路问题或处于热量不易迅速消散的环境中等问题，都可能会引发动力锂离子电池火灾，导致严重后果。
4.目前，针对停车场中新能源汽车动力电池火灾的灭火办法，主要还是沿用传统汽车灭火的思路，采取上部喷淋或是四周喷水的方式。然而，由于新能源汽车结构设计的特点，动力电池往往平铺于车辆底盘最低处，介于前后轮轴之间。传统的上部喷淋或四周喷水的方式，往往只能等到电池火灾将底盘烧穿后，才能发挥效用，此时车辆基本已无价值。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置及方法，以解决现有技术中新能源汽车在停车场中发生火灾后是采用上部喷淋或四周喷水的方式造成灭火不及时，灭火区域不准确的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.第一方面，本发明提供了一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，包括停车限位器，贯穿停车限位器内部连接设置的消防水管，与消防水管连接的螺旋喷头；
8.所述停车限位器设置于停车位底线前，所述停车限位器设置有安装槽，所述螺旋喷头呈倾斜状设置于安装槽内部且与消防水管连接，以使螺旋喷头喷出的灭火介质覆盖汽车底部的动力电池区域。
9.在停车场中新能源汽车的锂离子电池发生火灾时，停车限位器与停车场中的消防系统相连，通过停车限位器连接设置的螺旋喷头直接对锂离子电池区域进行消防喷水灭火，达到最佳灭火效率，且螺旋喷头的喷水形状为多层圆锥形，达到最大的喷水覆盖范围。
10.可选的，所述停车限位器连接设置有温度传感器及烟雾传感器用于火灾监测，当监测到火灾发生，通过作用给传输线束将控制命令作用于螺旋喷头。
11.可选的，所述消防水管轴向套设有加强网，用于消防水管的保护。
12.可选的，所述停车限位器设置有若干个固定栓孔，所述固定栓孔连接有螺栓与地面连接实现停车限位器的固定，所述停车限位器对应停车面设置有反光块便于司机对停车
限位器位置信息的获取。
13.可选的，所述停车限位器连接有传输线束，所述传输线束分别与控制螺旋喷头的电磁阀、温度传感器及烟雾传感器电性连接。
14.第二方面，本发明还提供了第一方面所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，
15.设置温度传感器及烟雾传感器监测火灾的发生；
16.将监测到火灾发生的信号通过传输线束传输给控制螺旋喷头的电磁阀；
17.选择合适的螺旋喷头及安装角度后电磁阀控制螺旋喷头喷出灭火介质进行灭火。
18.可选的，选择合适的螺旋喷头及安装角度后电磁阀控制螺旋喷头喷出灭火介质进行灭火，还包括：
19.螺旋喷头的选择及安装角度根据以下公式确定：其中，水流在汽车车长方向和车高方向覆盖的范围根据以下公式确定：
[0020][0021][0022][0023][0024]
上述各式中：s为喷头出口水流速度，单位m/s，t为水流从喷头出口处喷出的时间，单位s，α为喷头中心线与地面的夹角，单位度，θ为喷头喷射角度范围，单位度，x
l
为喷水下届在t时刻车长方向的长度，单位m，y
l
为喷水下届在t时刻车高方向的高度，单位m，xh为喷水上届在t时刻车长方向的长度，单位m，yh为喷水上届在t时刻车高方向的高度，单位m。
[0025]
可选的，所述螺旋喷头出口水流速度s由以下公式确定：
[0026][0027]
式中：q为消防水管内水流量，单位l/s，d为喷头等效孔径，单位mm。
[0028]
可选的，螺旋喷头的选择及安装角度根据以下公式确定：其中，水流在汽车车宽方向覆盖的范围根据以下公式确定：
[0029][0030]
式中：y0为电池底端距离喷头的垂直距离，单位m，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m，θ为喷头喷射角度范围，单位度；
[0031]
上述公式根据以下公式确定：
[0032][0033]
x＝s
×
t
×
cos(β)(7)
[0034][0035][0036]
上述各式中：p为喷头中心线所在的与地面垂直的平面上的某(x,y)点处水流已经走过的距离，单位m，β为该处水流喷出角度，范围为[α-θ/2,α+θ/2]，单位度，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m，w为水流在电池底端所能覆盖的宽度，单位m。
[0037]
可选的，由于从螺旋喷头喷出的水流速度一般较大，而电池底端与喷头的距离一般很小，为了简化计算，设到达电池底端的水流为直线，由此可得：
[0038][0039]
根据公式(6)可得：
[0040][0041]
其中：y0为电池底端距离喷头的垂直距离，单位m，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m。
[0042]
本发明的有益效果和优点：
[0043]
新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置利用位于新能源汽车停车发生火灾时，其后方停车限位器设置的螺旋喷头对发生火灾的锂离子电池喷水灭火，可直接将冷却消防水作用于电池底部，达到最佳灭火效率；螺旋型喷头的喷水形状为多层圆锥形，能达到最大的喷水覆盖范围，且采用温度传感器和烟雾传感器探测火灾，并与停车场的火灾控制系统及电磁阀联动，可达到火灾自动监测及自动灭火的效果；将消防水管内置于停车限位器内，不仅可以消除地面灭火设备对车辆行驶的影响，还可以通过牢固固定的停车限位器及内部加强网保护供水消防水管、电磁阀和喷头不受车辆碾压和撞击伤害。
附图说明
[0044]
图1为本发明的结构示意图；
[0045]
图2为本发明的方法流程示意图；
[0046]
图3为本发明的汽车车长和车高方向水流分布示意图。
[0047]
图中：1-停车限位器，2-固定栓孔，3-消防水管，4-加强网，5-螺旋喷头，6-传输线束，7-温度传感器，8-烟雾传感器，9-反光块。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0049]
在本发明的描述中，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
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0050]
在本发明的描述中，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中的具体含义。
[0051]
实施例一：
[0052]
参考图1所示，本发明实施例提供了一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，本实施例优选的设置在停车场内部，其中，包括停车限位器1，在停车限位器1内部贯穿设置消防水管3，其中消防水管3外接于停车场内部的消防系统的消防管上，还包括与消防水管3连接的螺旋喷头5；
[0053]
停车限位器1设置于停车位底线前，停车限位器1截面呈顶部短底部长的梯形状，停车限位器1设置有安装槽，螺旋喷头5呈倾斜状设置于安装槽内部且与消防水管3连接，以使螺旋喷头5喷出的灭火介质覆盖汽车底部的动力电池区域。
[0054]
通过设置螺旋状的螺旋喷头5，使的螺旋喷头5喷出的水为多层圆锥形，具有覆盖面积大的优点，且通过将消防水管3设置在停车限位器1的内部避免车辆的撞击及碾压造成损害，且通过与停车场的消防水管连接，减少成本，减小火灾隐患。
[0055]
参考图1所示，本实施例中，停车限位器1对应汽车的一侧还连接设置有温度传感器7及烟雾传感器8，其中温度传感器7及烟雾传感器8还连接有传输线束6，传输线束6包括用电传输及火灾是否发生的信号的传输；
[0056]
当停车场中的新能源汽车的锂离子电池发生火灾，位于停车限位器1上的温度传感器7及烟雾传感器8会将监测到的信号传输给传输线束6，传输线束6将要打开螺旋喷头5的信号作用于与螺旋喷头5连接的电磁阀，电磁阀打开开关，在螺旋喷头5多层圆锥形水面下，灭火水覆盖锂离子电池区域，有效地针对锂离子电池发生火灾进行快速响应的自动灭火。
[0057]
参考图1所示，本实施例中，消防水管3轴向套设有加强网4，用于消防水管3的保护；
[0058]
停车限位器1前后面设置有若干个固定栓孔2，固定栓孔2连接有螺栓后与地面连接实现停车限位器1的固定，停车限位器1对应停车面设置有若干个反光块9，反光块9用于接收并反射汽车灯光，便于司机对停车限位器1位置信息的获取。
[0059]
实施例二：
[0060]
如图1、图2所示，本实施例提供了一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，包括：
[0061]
设置温度传感器7及烟雾传感器8监测火灾的发生；
[0062]
将监测到火灾发生的信号通过传输线束6传输给控制螺旋喷头5的电磁阀；
[0063]
选择合适的螺旋喷头5及安装角度后电磁阀控制螺旋喷头5喷出灭火介质进行灭
火。
[0064]
通过设置温度传感器7与烟雾传感器8，在温度传感器7设定的阈值时或烟雾传感器8监测到有烟雾的产生时，通过传输线束6将控制信号通过电磁阀实现螺旋喷头5的开关实现火灾的快速响应及灭火。
[0065]
参考图1、图2所示，本实施例中，选择合适的螺旋喷头5及安装角度后电磁阀控制螺旋喷头5喷出灭火介质进行灭火，还包括：
[0066]
螺旋喷头5的选择及安装角度根据以下公式确定：其中，螺旋喷头5喷出的水流在汽车车长方向和车高方向覆盖的范围根据以下公式确定：
[0067][0068][0069][0070][0071]
上述各式中：s为喷头出口水流速度，单位m/s，t为水流从喷头出口处喷出的时间，单位s，α为喷头中心线与地面的夹角，单位度，θ为喷头喷射角度范围，单位度，x
l
为喷水下届在t时刻车长方向的长度，单位m，y
l
为喷水下届在t时刻车高方向的高度，单位m，xh为喷水上届在t时刻车长方向的长度，单位m，yh为喷水上届在t时刻车高方向的高度，单位m。
[0072]
参考图1所示，本实施例中，螺旋喷头(5)出口水流速度s由以下公式确定：
[0073][0074]
式中：q为消防水管3内水流量，单位l/s，d为螺旋喷头5等效孔径，单位mm。
[0075]
参考图1所示，本实施例中，以螺旋喷头5的喷口处设置为原点，为了保证喷出的消防水能最大限度覆盖汽车底部动力电池部位，螺旋喷头5的选择及安装角度根据以下公式确定：其中，螺旋喷头5喷出的水流在汽车车宽方向覆盖的范围根据以下公式确定：
[0076][0077]
x＝s
×
t
×
cos(β)(7)
[0078][0079][0080]
上述各式中：p为喷头中心线所在的与地面垂直的平面上的某(x,y)点处水流已经走过的距离，单位m，β为该处水流喷出角度，范围为[α-θ/2,α+θ/2]，单位度，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m，w为水流在电池底端所能覆盖的宽度，单位m；
[0081]
由于从喷头喷出的水流速度一般较大，而电池底端与喷头的距离一般很小，可视
到达电池底端的水流为直线，由此可得：
[0082][0083]
根据公式(6)可得：
[0084][0085]
由上述各式化简可得：
[0086][0087]
式中：w为水流在电池底端所能覆盖的宽度，单位m，y0为电池底端距离喷头的垂直距离，单位m，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m，θ为喷头喷射角度范围，单位度。
[0088]
实施例三：
[0089]
如图1、图2、图3所示，本实施例是基于实施例一及实施例二提供的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置的具体应用场景，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0090]
按照目前市场流行的中大型新能源轿车车型，前后轮轴距一般不超过3.0m，车身离地间隙在0.2m左右；而中大型新能源suv汽车车型的前后轮轴距一般不超过3.0m，车身离地间隙在0.3m左右；按一般18寸轮胎外直径0.6m，最远停在停车限位器1前0.2m计算，后轮轴(或前轮轴)轴心(即轮胎中心)距喷头水平距离为0.5m，垂直距离与离地间隙相等；新能源汽车动力电池一般安装于前后轮轴之间，沿车长方向长度一般小于轴距长度，本实施例按动力电池长度为轴距长度，即3.0m；中大型新能源汽车宽度一般在1.9m左右，动力电池宽度沿车宽方向一般小于车身宽度，本实施例按动力电池宽度为1.8m。
[0091]
喷头选择螺旋喷头，为防止喷头喷水影响到后方车辆，一般选择喷射角度为锐角的螺旋喷头，本实施例选择最常见的喷射角度θ为60
°
的螺旋喷头，外尺寸1英寸，等效孔径d为19.1mm，喷头中心线与地面的夹角α设为33
°
。一般中等体积地下建筑室内消火栓每根竖管最小流量为15l/s，本实施例按12l/s(80％流量)计算消防水管3中的消防水流量。
[0092]
因此，综上参数，车长与车高方向，根据方程式(5)，喷头出口水流速度s为41.88m/s；喷水下届与地面夹角α-θ/2为3
°
，喷水上届与地面夹角α+θ/2为63
°
；喷水时间t取无限长；根据方程式(1)～(4)，如图3所示上下界之间为车长与车高方向的水流范围形状；图3中0.5m≤x≤3.5m，y＝0.2m以及0.5m≤x≤3.5m，y＝0.3m的两条粗线段表示两种型号汽车动力电池的位置，可见其均处于喷射水流范围内，在车长方向，喷射水流可以覆盖动力电池。
[0093]
车宽方向，新能源轿车电池的x0＝0.5m，y0＝0.2m，根据方程式(12)，水流在电池底端所能覆盖的宽度w为0.62m；新能源suv汽车x0＝0.5m，y0＝0.3m，w＝0.67m；若喷头喷射角度θ为90
°
，则新能源轿车与suv汽车的w分别为1.08m和1.17m(均小于1.8m)。因此，一般情况下，在车宽方向，喷射水流在电池底端均无法覆盖动力电池，但根据方程式12，θ＝60
°
时，对于新能源轿车电池，x0＝1.55m处，或对于新能源suv汽车电池，x0＝1.53m处，喷射水流即可在车宽方完全向覆盖电池，即约有2/3长度的电池可被喷射水流全部覆盖，喷射水流对新能源轿车电池与新能源suv汽车电池的覆盖率分别为88.5％和89.2％。
[0094]
当新能源汽车停放时，如果动力电池发生火灾，温度传感器7感应温度达到设定阈
值，或者烟雾传感器8探测到有烟雾产生，则将信号通过传输线束6传送到停车场消防控制系统，系统向螺旋喷头5发送信号，电磁阀开启，螺旋喷头喷水实现灭火工作。
[0095]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：

1.一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，其特征在于：包括停车限位器(1)，贯穿停车限位器(1)内部连接设置的消防水管(3)，与消防水管(3)连接的螺旋喷头(5)；所述停车限位器(1)设置于停车位底线前，所述停车限位器(1)设置有安装槽，所述螺旋喷头(5)呈倾斜状设置于安装槽内部且与消防水管(3)连接，以使螺旋喷头(5)喷出的灭火介质覆盖汽车底部的动力电池区域。2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，其特征在于：所述停车限位器(1)连接设置有温度传感器(7)及烟雾传感器(8)用于火灾监测。3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，其特征在于：所述消防水管(3)轴向套设有加强网(4)，用于消防水管(3)的保护。4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，其特征在于：所述停车限位器(1)设置有若干个固定栓孔(2)，所述固定栓孔(2)连接有螺栓与地面连接实现停车限位器(1)的固定，所述停车限位器(1)对应停车面设置有反光块(9)便于司机对停车限位器(1)位置信息的获取。5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置，其特征在于：所述停车限位器(1)连接有传输线束(6)，所述传输线束(6)分别与控制螺旋喷头(5)的电磁阀、温度传感器(7)及烟雾传感器(8)电性连接。6.一种根据权利要求1-5任一项所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，其特征在于：设置温度传感器(7)及烟雾传感器(8)监测火灾的发生；将监测到火灾发生的信号通过传输线束(6)传输给控制螺旋喷头(5)的电磁阀；选择合适的螺旋喷头(5)及安装角度后电磁阀控制螺旋喷头(5)喷出灭火介质进行灭火。7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，其特征在于：选择合适的螺旋喷头(5)及安装角度后电磁阀控制螺旋喷头(5)喷出灭火介质进行灭火，还包括：螺旋喷头(5)的选择及安装角度根据以下公式确定：其中，水流在汽车车长方向和车高方向覆盖的范围根据以下公式确定：方向覆盖的范围根据以下公式确定：方向覆盖的范围根据以下公式确定：方向覆盖的范围根据以下公式确定：上述各式中：s为喷头出口水流速度，单位m/s，t为水流从喷头出口处喷出的时间，单位s，α为喷头中心线与地面的夹角，单位度，θ为喷头喷射角度范围，单位度，x
l
为喷水下届在t时刻车长方向的长度，单位m，y
l
为喷水下届在t时刻车高方向的高度，单位m，x
h
为喷水上届
在t时刻车长方向的长度，单位m，y
h
为喷水上届在t时刻车高方向的高度，单位m。8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，其特征在于：所述螺旋喷头(5)出口水流速度s由以下公式确定：式中：q为消防水管(3)内水流量，单位l/s，d为螺旋喷头(5)等效孔径，单位mm。9.根据权利要求8所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，其特征在于：螺旋喷头(5)的选择及安装角度根据以下公式确定：其中，水流在汽车车宽方向覆盖的范围根据以下公式确定：式中：y0为电池底端距离喷头的垂直距离，单位m，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m，θ为喷头喷射角度范围，单位度。上述公式根据以下公式确定：x＝s
×
t
×
cos(β)(7)cos(β)(7)上述各式中：p为喷头中心线所在的与地面垂直的平面上的某(x,y)点处水流已经走过的距离，单位m，β为该处水流喷出角度，范围为[α-θ/2,α+θ/2]，单位度，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m，w为水流在电池底端所能覆盖的宽度，单位m。10.根据权利要求9所述的一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火方法，其特征在于：设到达电池底端的水流为直线，由此可得：根据公式(6)可得：其中：y0为电池底端距离喷头的垂直距离，单位m，x0为电池底端距离喷头的水平距离，单位m。

技术总结

本发明公开了一种新能源汽车锂离子电池火灾的自动灭火装置及方法，所述装置包括停车限位器，消防水管，与消防水管连接的螺旋喷头；所述停车限位器设置于停车位底线前，所述停车限位器设置有安装槽，所述螺旋喷头呈倾斜状设置于安装槽内部且与消防水管连接，以使螺旋喷头喷出的灭火介质覆盖汽车底部的动力电池区域，本发明通过设置停车限位器，在新能源汽车的锂离子电池发生火灾时，可直接将冷却消防水作用于电池底部，达到最佳灭火效率；螺旋型喷头的喷水形状为多层圆锥形，能达到最大的喷水覆盖范围，且采用温度传感器和烟雾传感器探测火灾，并与停车场的火灾控制系统及电磁阀联动，可达到火灾自动监测及自动灭火的效果。可达到火灾自动监测及自动灭火的效果。可达到火灾自动监测及自动灭火的效果。