裴崇利， 張禮憲， 劉培培， 陶西孟， 楊繼群， 王程鵬

(中通客車控股股份有限公司， 山東 聊城 252000)

電動汽車的動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串、并聯(lián)的方式裝置于多個電池箱內[1-2]。然而在電動車輛運行、充電、加熱等過程中，電池會發(fā)生放熱反應產生熱量積累，動力電池箱各處溫度不均從而影響電池單體的一致性[3-6]，即由單體電池產生足夠熱量并傳遞熱量導致周圍電池熱失控甚至著火或爆炸等安全事故。本文針對動力電池由于過充、過放、擠壓、碰撞、穿刺、外部加熱等原因引起熱失控易導致著火、爆炸的情況[7]，設計一種適用于動力電池箱的安全性能檢測系統(tǒng)，能達到及時、有效的滅火效果，避免危險事故發(fā)生。

1 動力電池箱專用滅火系統(tǒng)組成

動力電池箱專用自動滅火系統(tǒng)的主要構成有：早期火災探測預警系統(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：當早期探測預警系統(tǒng)采集到電池箱內的電池熱膨脹釋放出的游離離子粒子及非正常溫升數據時，集成控制管理系統(tǒng)對數據進行計算并對早期火情作分析判斷，數據達到早期火情警戒信息時，系統(tǒng)則向駕駛區(qū)發(fā)出報警信號，由駕駛員判定并及時作出故障排查和處理。當檢測到的故障區(qū)域已由早期火情發(fā)展到火災時，集成控制管理系統(tǒng)自動開啟滅火裝置并有選擇性地向發(fā)生火災的電池箱內釋放滅火劑以快速滅火，同時向駕駛區(qū)發(fā)出聲和光的火災報警信號[8-9]。系統(tǒng)設有自動及手動滅火啟動功能。工作原理圖如圖2所示。

圖2 動力電池箱專用自動滅火系統(tǒng)工作原理圖

2 動力電池箱自動滅火系統(tǒng)的設計方案

電動汽車動力電池箱內安裝傳感器，用于在檢測到火情后進行報警。通常，電動汽車配置多個動力電池箱，其中每個動力電池箱對應設置一個或兩個噴嘴，噴嘴通過管路與滅火罐相連，傳感器與集成控制器連接，集成控制器接收到傳感器的報警信號后控制對應的管路打開及控制滅火罐開啟，并通過對應的噴嘴進行滅火[10-11]，如圖3所示。該系統(tǒng)的傳感器與噴嘴對應設置于電池箱處，避免發(fā)出報警的傳感器和進行滅火的噴嘴產生混亂，提高系統(tǒng)滅火的準確度；控制器所編號的電池箱與傳感器對應，這樣方便識別是哪一個電池箱出現(xiàn)問題，進而進行滅火操作，或提醒駕乘人員采取其他應急操作，避免進行火災報警及滅火操作的電池箱與實際安裝的電池箱不對應，提高滅火效率。

圖3 自動滅火系統(tǒng)應用系統(tǒng)組成示意圖

傳感器結構設計方案中，傳感器自身為一個獨立模塊，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)，當檢測的煙霧濃度、有毒氣體濃度、顆粒物濃度、溫度或火焰情況等信息超出預設閾值時，傳感器發(fā)出報警信號至所述集成控制器。當然，該傳感器設為火焰?zhèn)鞲衅鲿r，當檢測到火焰時即視為超出閾值，可發(fā)出報警信號，否則不發(fā)出報警信號。同時傳感器上設有報警和電源指示燈。具體包括火警、故障和電源3個指示燈，分別用于直接指示火情、故障及電源的通斷。

該自動滅火系統(tǒng)的傳感器與噴嘴設置對應的編號，避免發(fā)出報警的傳感器和進行滅火的噴嘴產生混亂，且電池箱氣路與對應的傳感器連接線不交叉連接，避免安裝錯亂，從而提高系統(tǒng)滅火的準確度。這里每個傳感器自身即可完成火情檢測及判斷，并決定是否報警，再將報警信號發(fā)送至集成控制器即可。另外，每個傳感器具有獨立的報警處理功能，便于根據多個電池箱的具體需要獨立設置報警值及進行滅火報警。

該自動滅火系統(tǒng)中的集成控制器通過控制每個管路上的電磁閥或其他機械開關控制對應管路的打開及關閉，同時開啟滅火罐提供滅火劑，使滅火劑通過打開的管路到達對應的噴嘴處噴出進行滅火。另外，集成控制器與一顯示器相連，該顯示器可以為汽車儀表自帶的顯示器，也可以為獨立設置于駕駛臺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警信號以及發(fā)送報警信號的傳感器的編號及對應的火情信息[11]。

3 結束語

根據《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，電動汽車將大規(guī)模普及，與此同時鋰離子電池的能量密度也在不斷提高，動力電池的安全事故的危害將會隨之增大。該動力電池箱專用自動滅火系統(tǒng)的應用設計，能及時、有效地阻止動力電池箱著火，減小電動汽車的安全性事故危害。