裴崇利， 张礼宪， 刘培培， 陶西孟， 杨继群， 王程鹏

(中通客车控股股份有限公司， 山东 聊城 252000)

电动汽车的动力电池具有较大的容量和电压，需要将很多的单体电池通过串、并联的方式装置于多个电池箱内[1-2]。然而在电动车辆运行、充电、加热等过程中，电池会发生放热反应产生热量积累，动力电池箱各处温度不均从而影响电池单体的一致性[3-6]，即由单体电池产生足够热量并传递热量导致周围电池热失控甚至着火或爆炸等安全事故。本文针对动力电池由于过充、过放、挤压、碰撞、穿刺、外部加热等原因引起热失控易导致着火、爆炸的情况[7]，设计一种适用于动力电池箱的安全性能检测系统，能达到及时、有效的灭火效果，避免危险事故发生。

1 动力电池箱专用灭火系统组成

动力电池箱专用自动灭火系统的主要构成有：早期火灾探测预警系统，集成控制管理系统，灭火装置，连接线束、管路等，如图1所示。其工作原理为：当早期探测预警系统采集到电池箱内的电池热膨胀释放出的游离离子粒子及非正常温升数据时，集成控制管理系统对数据进行计算并对早期火情作分析判断，数据达到早期火情警戒信息时，系统则向驾驶区发出报警信号，由驾驶员判定并及时作出故障排查和处理。当检测到的故障区域已由早期火情发展到火灾时，集成控制管理系统自动开启灭火装置并有选择性地向发生火灾的电池箱内释放灭火剂以快速灭火，同时向驾驶区发出声和光的火灾报警信号[8-9]。系统设有自动及手动灭火启动功能。工作原理图如图2所示。

图2 动力电池箱专用自动灭火系统工作原理图

2 动力电池箱自动灭火系统的设计方案

电动汽车动力电池箱内安装传感器，用于在检测到火情后进行报警。通常，电动汽车配置多个动力电池箱，其中每个动力电池箱对应设置一个或两个喷嘴，喷嘴通过管路与灭火罐相连，传感器与集成控制器连接，集成控制器接收到传感器的报警信号后控制对应的管路打开及控制灭火罐开启，并通过对应的喷嘴进行灭火[10-11]，如图3所示。该系统的传感器与喷嘴对应设置于电池箱处，避免发出报警的传感器和进行灭火的喷嘴产生混乱，提高系统灭火的准确度；控制器所编号的电池箱与传感器对应，这样方便识别是哪一个电池箱出现问题，进而进行灭火操作，或提醒驾乘人员采取其他应急操作，避免进行火灾报警及灭火操作的电池箱与实际安装的电池箱不对应，提高灭火效率。

图3 自动灭火系统应用系统组成示意图

传感器结构设计方案中，传感器自身为一个独立模块，包括烟雾传感器、有毒气体传感器、颗粒物传感器、温度传感器及火焰传感器(可选)，当检测的烟雾浓度、有毒气体浓度、颗粒物浓度、温度或火焰情况等信息超出预设阈值时，传感器发出报警信号至所述集成控制器。当然，该传感器设为火焰传感器时，当检测到火焰时即视为超出阈值，可发出报警信号，否则不发出报警信号。同时传感器上设有报警和电源指示灯。具体包括火警、故障和电源3个指示灯，分别用于直接指示火情、故障及电源的通断。

该自动灭火系统的传感器与喷嘴设置对应的编号，避免发出报警的传感器和进行灭火的喷嘴产生混乱，且电池箱气路与对应的传感器连接线不交叉连接，避免安装错乱，从而提高系统灭火的准确度。这里每个传感器自身即可完成火情检测及判断，并决定是否报警，再将报警信号发送至集成控制器即可。另外，每个传感器具有独立的报警处理功能，便于根据多个电池箱的具体需要独立设置报警值及进行灭火报警。

该自动灭火系统中的集成控制器通过控制每个管路上的电磁阀或其他机械开关控制对应管路的打开及关闭，同时开启灭火罐提供灭火剂，使灭火剂通过打开的管路到达对应的喷嘴处喷出进行灭火。另外，集成控制器与一显示器相连，该显示器可以为汽车仪表自带的显示器，也可以为独立设置于驾驶台或其他位置上便于驾驶员或他人查看及操作的显示器。该显示器用于显示所述报警信号以及发送报警信号的传感器的编号及对应的火情信息[11]。

3 结束语

根据《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，电动汽车将大规模普及，与此同时锂离子电池的能量密度也在不断提高，动力电池的安全事故的危害将会随之增大。该动力电池箱专用自动灭火系统的应用设计，能及时、有效地阻止动力电池箱着火，减小电动汽车的安全性事故危害。