锂离子电池火灾自动报警自动灭火的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种防火防爆安全装置，特别是锂离子电池火灾的防火防爆安全装置。

背景技术

可以反复充电的锂离子电池是一种新型能源，使用越来越广泛。小到人们日常使用的手机、蓝牙耳机、智能手表等可穿戴设备，大到电动自行车、电动汽车、深海探测器的动力源、太空探测的动力源、各种用途的无人机动力等等，在现代社会的各个领域，锂离子电池已是无处不在。与此同时，由锂离子电池引发的火灾也是到处可见，甚至包括现代高档电动汽车火灾也是屡见不鲜，电动自行车的火灾更是频发。有的名牌手机因为锂离子电池爆炸而使得刚刚开发出的一款新产品失去了市场，更有随身携带的充电宝在飞机上发生自燃事故。

锂离子电池发生火灾的原因是电池里面充满了电解液，这些电解液都属于甲类可燃液体。甲类可燃液体容易发生着火，如果电解液的蒸汽集聚，与空气的混合气体达到了爆炸极限，就可能发生爆炸事故。由于锂离子电池着火以后会产生大量有毒烟雾，消防人员不易靠近，特别是大量储存和销售锂离子电池的仓库、商场、店铺等，晚上一般都无人置守时，一旦锂离子电池着火，不能及时扑灭，很可能酿成十分严重的火灾。

锂离子电池在存放过程中具有自燃风险，其着火的原因很多，有电气方面的原因，比如过充、过放、过电流、过电压、短路等等；有机械方面的原因，比如冲击、碰撞、挤压、跌落、折弯、刺入、振动、枪击等等；有环境方面的原因，比如高温、低温、低气压、高气压、高湿度、盐雾、温度冲击、火烧等等；有制造方面的原因，比如隔膜质量不好、极片有毛刺、极耳过长等等。这些因素都会使锂离子电池在使用和存放过程中产生内短路发热，使电解液受热膨胀，如果发热过程不能中止，电解液变成蒸汽，压力加大，就会喷出电池，遇到火源就会燃烧甚至爆炸。

锂离子电池着火的根本原因就是因为电池里面有易燃液体电解液。这些电解液密封在一个个电池里面，不喷出来是不会着火的。一堆电池或一个电池组件里面某一个电池因为内短路而发热，使电解液受热膨胀，电解液蒸汽喷出而着火。这一个着火的电池把旁边的其他电池加热，外面的热量使电池里面的电解液受热膨胀，电解液蒸汽喷出燃烧。如果其他没有着火的电池温度不超过100℃，电解液就不会喷发出来。所以锂离子电池火灾灭火的主要矛盾不是扑灭火焰，而是降温，使还没有喷出电解液的电池温度降下来，电解液就不会喷出，火自然就灭了。现在常用的干粉灭火器不能够扑灭锂离子电池火灾，因为干粉灭火器只能扑灭明火，不能降温。水是锂离子电池火灾最有效的灭火剂，因为它能够有效的降温。但是水会使锂离子电池受损。而且在销售锂离子电池的商场，或者是使用无人机等备用锂电池的存放场所，用水喷淋来灭火有许多现实的困难。各个电池生产企业和加工企业都要求对锂离子电池仓库实行24小时人工巡查，这一个做法对于锂离子电池销售柜台和备用锂离子电池的存储场所，由于各种客观条件的限制，实际上是难以现实，所以锂电池引发的火灾时有发生，研究一种适合储存的锂离子电池特别是无人值守的场所的更合理有效防火灭火的方法及设施刻不容缓。

发明内容

本发明的目的是防止和扑灭初起的锂离子电池引发的火灾，特别是在无人值置守的情况下及早发现火情、自动扑灭锂离子电池着火的火苗，同时发出火警警报，通知管理人员及时进行处置，从而及时有效防止火灾亊故的发生和漫延。发明方法

为实现上述目的，本发明提出了一种锂离子电池火灾自动报警自动灭火的方法，用于及时发现储存的锂离子电池着火的亊故苗头，即时发出火警警报，在已经发生着火时自动扑灭火苗，本方法特征在于：设置储存锂离子电池的防爆柜，在防爆柜里设置无线报警烟感探测器和常闭式喷嘴，在防爆柜外设置接收无线报警烟感探测器的报警信号的报警主机，在防爆柜外面或内部设置与常闭式喷嘴用管道连接的液态二氧化碳瓶；当防爆柜里一个或多个锂离子电池发生异常，温度升高到超过安全温度、喷出烟雾时，无线报警烟感探测器探测到烟雾信号和升温信号，即时发出无线报警信号，防爆柜外面的报警主机接到报警信号即时通过物联网将报警信号以手机电话和手机短信的方式发送到一部或多部手机，通知管理人员进行处置；同时常闭式喷嘴的因受热而开启，液态二氧化碳瓶自动喷出二氧化碳气雾，用窒息法扑灭明火并用相变法降低柜内温度，消除火灾隐患。

根据上述方法设计的锂离子电池火灾自动报警自动灭火的装置，包括储存锂离子电池的防爆柜10、设置在防爆柜内的无线报警烟感探测器20和常闭式喷嘴30、设置在防爆柜外的无线报警主机40、设置在防爆柜外面或内部的液态二氧化碳瓶50、连通常闭式喷嘴与液态二氧化碳瓶的管道组件60；当防爆柜10内有一个或多个锂离子电池发生异常，温度升高到超过安全温度、喷出烟雾时，无线报警烟感探测器探测到烟雾信号，即时发出无线报警信号，无线报警主机接到报警信号即通过物联网将报警信号以手机电话和手机短信的方式通知管理人员进行处置，同时常闭式喷嘴30因受热而自动开启，液态二氧化碳瓶内的液态二氧化碳通过管道组件60从开启的常闭式喷嘴30汽化喷出，降低防爆柜内温度且隔断助燃氧气。

防爆柜10柜体外壳用两层钢板制成，两层钢板之间用不燃材料如玻璃纤维等无机材料填充，其外壳壁上设有供连通常闭式喷嘴与液态二氧化碳瓶的管道组件60通过的通孔11。

本技术用于电动汽车锂离子电池组件防爆时，所述防爆柜10

为电动汽车用防爆柜10a，用于电动车00的电池组件01的防火防爆，电池组件01设置在电动汽车用防爆柜10a的柜体内，烟感探测器20和常闭式喷嘴30设置在电池组件01内，液态二氧化碳瓶50设置在电动车用防爆柜10a外面，无线报警主机40设置在司机座旁，电动汽车用防爆柜的柜壳壁上设有充电线和动力输出线穿通的电线通孔10a1。

本技术用于运送锂离子电池或者易燃物质的专用货运汽车01b时，所述防爆柜10为货车专用车厢10b，其无线报警主机40设置在司机驾驶位旁边，所述液态二氧化碳瓶50、无线报警烟感探测器20、常闭式喷嘴30设置多个，分别安装在货车车箱内的不同部位。

本技术还可用于运送锂离子电池或者易燃物质的集装箱，所述防爆柜10为防爆型专用集装箱10c，所述无线报警主机40设置在集装箱01c内，所述液态二氧化碳瓶50、无线报警烟感探测器20、常闭式喷嘴30设置多个分别安装在集装箱内的不同部位。

所述无线报警烟感探测器20包括广谱气敏或烟雾传感器21、无线电发射器23和线路板24，必要时也可设置温度传感器22，无线电发射器将烟雾信号和温度信号调制到无线电信号发射到报警主机，再由报警主机发射到物联网上。

所述常闭式喷嘴30包括充以乙醚的乙醚泡和与管道组件60接通的二氧化碳入口，当防爆柜10内有一个或多个锂离子电池温度异常升高到超过安全温度时，乙醚泡超压爆破，常闭式喷嘴自动开启，来自管道组件60的液态二氧化碳气化从气雾喷嘴31喷射到防爆柜内。常用乙醚泡爆破温度为橙色57℃、红色68℃、黄色79℃等，更高爆破温度的喷嘴不宜使用，车用防爆柜10a内宜用开启温度较高的常闭式喷嘴30。

所述无线报警主机40包括无线电接收模块41、无线电发射模块42、信号处理模块43和电源模块44，无线电发射模块42将信号处理模块43输出的报警信号上传到物联网中，通过物联网发送到一部或多部关联人的移动或固定的通讯设备。

所述液态二氧化碳瓶50包括储液瓶51和与管道组件60连接的管接头52，储液瓶51为耐压10MPa的压力容器。

本发明主要用于无人值守的锂离子电池库房和少量存放的场所如零售柜台等，也可大量用于电动汽车、运送锂离子电池的集装箱、运送锂离子电池的专用货运汽车、运送易燃物质的货柜和存放易燃液体，零售柜台下班后，电动汽车泊车后，也都无人值守。集装箱在运输过程中堆集在一起，有时候形成体量很大的堆垛，内部着火很难发现。本发明在刚开始燃烧出现烟雾时，无线报警烟感探测器20探测到烟雾信号和升温信号，即时发出无线报警信号，防爆柜外面的报警主机接到报警信号即时通过物联网将报警信号以手机电话和手机短信的方式发送到手机，通知管理人员进行处置。报警主机可以连接最多5部手机，在只要有无线通讯信号的地方，手机就可以接到报警信号。这个信号很详细，包括火灾发生的时间、地点、防爆柜使用者或者关联人的联系方式等。防爆柜使用人接到报警信号以后必将立即赶往火情现场进行处置，若管理人员来不及立即处置，火越烧越大，柜内温度超过所用喷嘴的安全极限，常闭式喷嘴内的乙醚泡32因受热而汽化，压力迅速升高而爆破，常闭式喷嘴自动开启，来自管道组件60的液态二氧化碳气化从气雾喷嘴31喷射到防爆柜内，液态二氧化碳气化成气态时，一方面要吸收大量的相变热，使柜内温度急剧降低到安全温度，理论上最低能够降到零下50℃，另一方面，柜内充满了二氧化碳气体隔绝了可燃物的助燃氧气，从而实现了用相变法降低柜内温度和用窒息法扑灭明火双重作用消除火灾隐患。

本发明的有益效果

这种技术能够在第一时间发现锂离子电池火情，第一时间发出无线报警信号，并即时通过物联网将报警信号送达一位或多位相关管理人员进行处置；同时液态二氧化碳瓶自动喷出二氧化碳气雾，用窒息法扑灭明火并用相变法降低柜内温度，消除火灾隐患而不会损坏柜内正常电池，不仅节省了人工24小时巡查的人力，而且比人工监控防爆更有效更及时，能确保锂离子电池存储的安全，把劣质电池带来的火灾损失降到最低限度，特别适用于锂离子电池少量存放库房、锂离子电池生产、加工企业退货和问题电池的安全存放、销售柜台等与锂离子电池有关的场所，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1本发明实施例一的锂离子电池火灾自动报警自动灭火装置示意图；

图2本发明实施例二的锂离子电池火灾自动报警自动灭火装置示意图；

图3本发明实施案例三的电动汽车电池组件火灾自动报警自动灭火装置示意图

图4本发明实施例四的运送锂离子电池或者易燃液体的专用货运汽车火灾自动报警自动灭火装置示意图；

图5本发明实施例五的运送锂离子电池或者易燃液体的集装箱火灾自动报警自动灭火装置示意图；

图6各实施例中液态液态二氧化碳瓶原理图。

图7本发明实施例的无线报警烟感探测器20的电气原理框图；

图8本发明实施例的无线报警主机40的电气原理框图。

具体实施方式

实施例一

本例是一种锂离子电池火灾自动报警自动灭火装置，如图1所示，包括储存锂离子电池的防爆柜10、设置在防爆柜内的无线报警烟感探测器20和常闭式喷嘴30、设置在防爆柜外的无线报警主机40、和液态二氧化碳瓶50、连通常闭式喷嘴与液态二氧化碳瓶的管道组件60。防爆柜10是一种密封的箱柜，通常呈六面体形，柜体外壳用两层钢板制成，两层钢板之间用不燃材料如玻璃纤维等无机材料填充，其外壳壁顶面设有供连通常闭式喷嘴与液态二氧化碳瓶的管道组件60通过的通孔11。

所述无线报警烟感探测器20包括广谱气敏或烟雾传感器21、无线电发射器23和线路板24，也可设置温度传感器22，电气原理如图7所示。无线电发射器将烟雾信号和温度信号调制到无线电信号发射到报警主机，再由报警主机发射到物联网上。

所述常闭式喷嘴30包括与管道组件60接通的二氧化碳入口和充以乙醚的乙醚泡，可用现有市售的消防喷嘴。当防爆柜10内有个别锂离子电池温度异常升高到超过安全温度时，乙醚泡超压爆破，常闭式喷嘴自动开启，来自管道组件60的液态二氧化碳气化从常闭式喷嘴30喷射到防爆柜内。常用乙醚泡爆破温度为：橙色57℃、红色68℃、黄色79℃等，更高爆破温度的喷嘴不宜使用.

所述无线报警主机40包括无线电接收模块41、无线电发射模块42、信号处理模块43和电源模块44，其电气原理如如图8所示。无线电发射模块42将信号处理模块43输出的报警信号上传到物联网中，通过物联网发送到一部或多部关联人的移动或固定的通讯设备。

所述液态二氧化碳瓶50包括储液瓶51和管接头52，其结构原理如图6所示，储液瓶51为耐压10MPa的压力容器，安装在防爆柜10柜顶上，管接头52与管道组件60连接。

本例主要用于锂离子电池生产和加工企业存放退货电池和问题电池、少量存放锂离子电池的场所如零售柜台等，这些场所，管理人员下班后都无人值守。一旦防爆柜10内有个别锂离子电池因为内部短路发热升温，超过了安全温度界限，内部可燃的电解液膨胀，膨胀到一定程度就会从电池内喷出烟雾，与空气混合发生燃烧，因无人及时处理，电解液蒸汽与空气的混合气达到了爆炸极限就会发生爆炸事故。本发明在混合气刚开始燃烧出现烟雾时，无线报警烟感探测器探测到烟雾信号和升温信号，即时发出无线报警信号，防爆柜外面的报警主机接到报警信号即时通过物联网将报警信号以手机电话和手机短信的方式发送到手机，通知管理人员进行处置。报警主机可以连接最多5部手机，在只要有无线通讯信号的地方，手机就可以接到报警信号。这个信号很详细，包括火灾发生的时间、地点、防爆柜使用者或者关联人的联系方式等。防爆柜使用人接到报警信号以后必将立即赶往火情现场进行处置，若管理人员来不及立即处置，火越烧越大，柜内温度超过安全极限时，常闭式喷嘴30的乙醚泡内的液态乙醚因温度升高到设定温度以上而汽化，压力急剧上升，泡壁爆破，常闭式喷嘴自动开启，来自管道组件60的液态二氧化碳气化从常闭式喷嘴喷射到防爆柜内，液态二氧化碳气化成气态时，一方面要吸收大量的相变热，使柜内温度急剧降低到安全温度以下，理论上液态二氧化碳气化的相变后可使环境温度降到零下50℃。另一方面，柜内充满了二氧化碳气体隔绝了可燃物的助燃氧气，从而实现了用相变法降低柜内温度和用窒息法扑灭明火双重作用消除火灾隐患。

实施例二

本例也是一种锂离子电池火灾自动报警自动灭火装置，如图2所示，与实施例一基本相同，不同处仅在于液态二氧化碳瓶50安装在防爆柜内，其管接头52直接与常闭式喷嘴30连通，无须使用管道组件。本例防爆柜为全封闭防爆柜10b，无须设置供管道组件通过的通孔。

本例结构更紧凑、简化，但防爆柜内部空间利用率较低。

实施例三

本例是一种用于电动汽车00的锂离子电池火灾自动报警自动灭火装置，如图3所示，与例二也大致相同，主要不同处在于其防爆柜10为容纳电动汽车00的电池组件01的电动车用防爆柜10a，无线报警烟感探测器20、常闭式喷嘴30置于电池组件01内，液态二氧化碳瓶50设置在电动车用防爆柜10a之外，电动车用防爆柜的外壳10a1壁上设有穿通充电线02、电力线03和控制线04的通孔。无线报警主机40设置在司机驾驶位旁边。

本例可用于各类电动汽车，电动汽车泊车后也都无人值守，本发明可以防止电动车自燃的火灾亊故。

实施例四

本例是一种运送锂离子电池或者易燃物质专用货运汽车的火灾自动报警自动灭火装置，如图4所示，与实施例一基本相同，不同处仅在于所述防爆柜10为专用货车的车厢10b，其液态二氧化碳瓶50、无线报警烟感探测器20、常闭式喷嘴30安装在汽车货箱内，无线报警主机40设置在司机驾驶位旁边。根据货车货箱的大小，在其不同部位安装多个二氧化碳气瓶50、多个无线报警烟感探测器20和多个常闭式喷嘴30。

实施例5

本例是一种运送锂离子电池或者易燃物质的专用集装箱的火灾自动报警自动灭火装置，如图5所示，与实施例一基本相同，不同处仅在于所述防爆柜10为防爆型专用集装箱10c，其液态二氧化碳瓶50、无线报警烟感探测器20、常闭式喷嘴30安装在集装箱内。根据集装箱的大小，在其不同部位安装多个二氧化碳气瓶50和多个常闭式喷嘴30。二氧化碳气瓶50和常闭式喷嘴30通过管道60连接。因为无论在货场还是在轮船上、飞机上，集装箱堆垛体量都很大，无线电信号传不出来，所以，报警信号需要用有线传输方法，或者只自动灭火，不报警。