一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备以及方法
阅读说明：本技术 一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备以及方法 (Fire suppression and fire extinguishing equipment and method for power battery box of fuel cell vehicle ) 是由 张利绍 奚海波 张静飞 张小丽 张新志 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备以及方法,包括整车氢气气瓶,通过一级减压阀、二级减压阀和总电磁阀,通过三通分别进入电磁阀和燃料电池,另外一路三通进入电池阀N和电箱,置换出来的氢气,通过两位三通阀进入汽水分离器,将氢气分离出,再次进入主管路,进行循环,电箱内设置有氢浓度传感器、烟雾浓度传感器、VOC传感器、CO传感器、温度传感器、氧浓度传感器和压力传感器,将氢气充入对应的电箱中,将电箱内空气和其他气体排除,实现车辆轻量化,提升车辆续驶里程,提升氢气利用率,节省成本,实现快速灭火,保证电箱和设备安全。本发明还公开了一种利用该设备进行燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火的方法。(The invention discloses a fire suppression and fire extinguishing device and method for a power battery box of a fuel cell vehicle, which comprises a hydrogen gas cylinder of the whole vehicle, respectively enters the electromagnetic valve and the fuel cell through the primary pressure reducing valve, the secondary pressure reducing valve and the main electromagnetic valve and the tee joint, the other three-way pipe enters a battery valve N and an electric box, the displaced hydrogen enters a steam-water separator through a two-position three-way valve, the hydrogen is separated and enters a main pipeline again for circulation, a hydrogen concentration sensor, a smoke concentration sensor, a VOC sensor, a CO sensor, a temperature sensor, an oxygen concentration sensor and a pressure sensor are arranged in the electric box, the hydrogen is filled into the corresponding electric box, air and other gases in the electric box are removed, the light weight of the vehicle is realized, the driving range of the vehicle is improved, the utilization rate of hydrogen is improved, the cost is saved, the quick fire extinguishing is realized, and the safety of the electric box and equipment is ensured. The invention also discloses a method for suppressing and extinguishing fire of the power battery box of the fuel battery car by using the device.)
技术领域
本发明涉及燃料电池车技术领域，具体为一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备以及方法。
背景技术
现有燃料电池车辆电池箱，只能解决电箱体外部的低压设备和线束火灾，不能提前预防并抑制动力电池箱内着火隐患，很难快速置换出电池箱体内含氧空气，电箱内部压力过大容易出现电箱外壳变形情况，所以达到高纯度氮气状态需要较长时间；现有的均需要在舱体内单独的预留安装空间，同时增加整车重量和整车电耗；目前暂无在电池正常使用过程中采用氢气抑制着火，在电池发生热失控时，采用液氮进行灭火的的方法和装置。
基于此，本发明设计了一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备以及方法，以解决上述背景技术中提出的目前行业内暂无动力电池箱氢气抑制火灾的装置和在电池发生热失控时，通过低温氮气快速充入电箱，将电池电芯温度快速降低到电芯活性温度以下，让电芯失去失去活性，防止电芯进一步热失控的方法和装置问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备，包括整车氢气气瓶，所述整车氢气气瓶通过一级减压阀、二级减压阀和总电磁阀，通过三通分别进入电磁阀和燃料电池，另外一路三通进入电池阀N和电箱，置换出来的氢气，通过两位三通阀进入汽水分离器，将氢气分离出，再次进入主管路，进行循环。
作为本发明的进一步方案，所述整车氢气气瓶、一级减压阀、二级减压阀和总电磁阀之间均通过气路连通。
作为本发明的进一步方案，所述燃料电池通过气路与所述电磁阀连通，所述两位三通阀通过气路与所述汽水分离器连通，进入主管路与总电磁阀通过气路连通。
作为本发明的进一步方案，所述电箱内从右到左依次设置有氢浓度传感器、烟雾浓度传感器、VOC传感器、CO传感器、温度传感器、氧浓度传感器和压力传感器，主控制器根据传感器测量数据和设定逻辑中的参数对比，综合判定连接不同电箱的电磁阀和电磁阀N是否开启，将氢气充入对应的电箱中。
作为本发明的进一步方案，所述电箱的数量为两个，左右设置，两个所述电箱的结构相同，一个与所述电磁阀通过气路连通，另一个与所述电磁阀N通过气路连通。
作为本发明的进一步方案，所述主控制器通过电信号与所述总管路电性连接。
本发明还提供如下技术方案：一种利用上述设备进行燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火的方法，其为：设备工作时，和燃料电池车辆氢瓶共用氢气源，采用氢做为电箱内空气和其他气体的置换气体，把电箱内的气体置换干净，保证电箱内氢气的纯度，通过上进气，下排气的结构，把电箱内气体置换出来，电箱内纯氢包括在低压和高压电器元件之间，将电器元件着火点会随着氢气提升至400℃，提升电箱着火风险温度，在电箱内传感器检测到电箱内异常情况时，启动液氮电磁阀，将低温液氮快速充入电箱，将电箱内温度降到可燃物着火点以下，并隔绝助燃气体，低温液氮使电池活性降低，电池停止供电，同时主控制器向整车通讯，整车控制器切断设备高压，保证电池和设备安全，主控制器向电磁阀通讯，关闭主管路电池阀、燃料电池进气电池阀和燃料电池停止工作，保证整车和电箱安全。
作为本发明的进一步方案，所述电箱传感器在检测到电箱内PACK热失控状态后，主控制器会与总控制阀、电磁阀、电磁阀和电磁阀N通讯，关闭总控制阀、电磁阀、电磁阀和电磁阀N，燃料电池停止工作，同时，所述主控制器向两位三通阀通讯，与汽水分离器相连通道关闭，排空通道打开，将电箱内置换出气体排空，同时，主控制器向设备控制器通讯，设置设备控制器，关闭设备高压，同时，主控制器向液氮瓶出口电磁阀通讯，液氮瓶出口电磁阀打开，将液氮瓶中低温氮气快速充入电箱中。
作为本发明的进一步方案，所述主控制器与设备控制器和设备高压通过电信号连接，且主控制器与所述液氮瓶出口电磁阀通过电信号连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用上进气，下排气结构，能快速的将电箱内空气和其他气体排除，让电箱内PACK尽快在一个安全环境中。
(2)和燃料电池供给氢瓶共用氢源，不需要额外增加灭火装置，实现车辆轻量化，提升车辆续驶里程，降低成本。
(3)电箱内置换出的低纯度氢气，通过汽水分离器，将氢气回收二次利用，提升氢气利用率，节省成本。
(4)但在电池热失控状态下，紧急启动储存的低温液氮，快速充入电箱，将电箱内温度迅速降低至可燃物着火点以下并隔绝助燃气体，实现快速灭火，保证电箱和设备安全。
(5)低温液氮同时快速降低电池PACK活性，使得动力电池停止供电，同时灭火抑制装置的主控制器向整车主控制器通讯，切断整车高压，保证电池和设备安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置系统原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、整车氢气气瓶；2、一级减压阀；3、二级减压阀；4、汽水分离器；5、总电磁阀；6、主控制器；7、燃料电池；8、电磁阀；9、电箱；10、氢浓度传感器；11、烟雾浓度传感器；12、VOC传感器；13、CO传感器；14、温度传感器；15、氧浓度传感器；16、压力传感器；17、电磁阀1；18、电磁阀N；19、设备控制器；20、设备高压；21、液氮瓶出口电磁阀；22、液氮瓶；23、两位三通阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备，包括整车氢气气瓶1，所述整车氢气气瓶1通过一级减压阀2、二级减压阀3和总电磁阀5，通过三通分别进入电磁阀8和燃料电池7，另外一路三通进入电池阀N18和电箱9，置换出来的氢气，通过两位三通阀23进入汽水分离器4，将氢气分离出，再次进入主管路，进行循环。
所述整车氢气气瓶1、一级减压阀2、二级减压阀3和总电磁阀5之间均通过气路连通。
所述燃料电池7通过气路与所述电磁阀8连通，所述两位三通阀23通过气路与所述汽水分离器4连通，进入主管路与总电磁阀5通过气路连通。
所述电箱9内从右到左依次设置有氢浓度传感器10、烟雾浓度传感器11、VOC传感器12、CO传感器13、温度传感器14、氧浓度传感器15和压力传感器16，主控制器6根据传感器测量数据和设定逻辑中的参数对比，综合判定连接不同电箱9的电磁阀117和电磁阀N18是否开启，将氢气充入对应的电箱9中。
电箱9的数量为两个，左右设置，两个所述电箱9的结构相同，一个与所述电磁阀117通过气路连通，另一个与所述电磁阀N18通过气路连通。
主控制器6通过电信号与所述总管路电性连接。
本发明还提供一种技术方案：一种利用上述设备进行燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火的方法，其为：设备工作时，和燃料电池车辆氢瓶共用氢气源，采用氢做为电箱9内空气和其他气体的置换气体，把电箱9内的气体置换干净，保证电箱9内氢气的纯度，通过上进气，下排气的结构，把电箱9内气体置换出来，电箱9内纯氢包括在低压和高压电器元件之间，将电器元件着火点会随着氢气提升至400℃，提升电箱9着火风险温度，在电箱9内传感器检测到电箱9内异常情况时，启动液氮电磁阀，将低温液氮快速充入电箱9，将电箱9内温度降到可燃物着火点以下，并隔绝助燃气体，低温液氮使电池活性降低，电池停止供电，同时主控制器6向整车通讯，整车控制器切断设备高压，保证电池和设备安全，主控制器6向电磁阀通讯，关闭主管路电池阀、燃料电池进气电池阀和燃料电池停止工作，保证整车和电箱9安全。
电箱9内传感器在检测到电箱9内PACK热失控状态后，主控制器6会与总控制阀5、电磁阀8、电磁阀117和电磁阀N18通讯，关闭总控制阀5、电磁阀8、电磁阀117和电磁阀N18，燃料电池7停止工作，同时，所述主控制器6向两位三通阀23通讯，与汽水分离器4相连通道关闭，排空通道打开，将电箱9内置换出气体排空，同时，主控制器6向设备控制器19通讯，设置设备控制器19，关闭设备高压20，同时，主控制器6向液氮瓶出口电磁阀21通讯，液氮瓶出口电磁阀21打开，将液氮瓶22中低温氮气快速充入电箱9中。
主控制器6与设备控制器19和设备高压20通过电信号连接，且主控制器6与所述液氮瓶出口电磁阀21通过电信号连接。
实施例1
一种燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火设备，包括整车氢气气瓶1，所述整车氢气气瓶1通过一级减压阀2、二级减压阀3和总电磁阀5，通过三通分别进入电磁阀8和燃料电池7，另外一路三通进入电池阀N18和电箱9，置换出来的氢气，通过两位三通阀23进入汽水分离器4，将氢气分离出，再次进入主管路，进行循环，所述电箱9内设置有氢浓度传感器10、烟雾浓度传感器11、VOC传感器12、CO传感器13、温度传感器14、氧浓度传感器15和压力传感器16，主控制器6根据传感器测量数据和设定逻辑中的参数对比，综合判定连接不同电箱9的电磁阀117和电磁阀N18是否开启，将氢气充入对应的电箱9中，所述电箱9传感器在检测到电箱9内PACK热失控状态后，主控制器6会与总控制阀5、电磁阀8、电磁阀117和电磁阀N18通讯，关闭总控制阀5、电磁阀8、电磁阀117和电磁阀N18，燃料电池7停止工作，同时，所述主控制器6向两位三通阀23通讯，与汽水分离器4相连通道关闭，排空通道打开，将电箱9内置换出气体排空，同时，主控制器6向设备控制器19通讯，设置设备控制器19，关闭设备高压20，同时，主控制器6向液氮瓶出口电磁阀21通讯，液氮瓶出口电磁阀21打开，将液氮瓶22中低温氮气快速充入电箱9中，将电箱9内温度降低，防止热失控。
一种利用上述设备进行燃料电池车动力电池箱火灾抑制和灭火的方法，其为：上述设备工作时，和燃料电池车辆氢瓶共用氢气源，不需要额外增加灭火剂安装空间，大幅降低整车重量，实现车辆轻量化，提升车辆续驶里程，采用氢做为电箱9内空气和其他气体的置换气体，根据氢气的固有物理化学特性，能把电箱9内的气体置换干净，保证电箱9内氢气的纯度，通过上进气，下排气的结构，能快速干净的把电箱9内气体置换出来，大幅缩减置换气体时间，控制气体进入的阀类无需长时间工作，大幅节省电耗，提升车辆续驶里程，电箱9内纯氢包括在低压和高压电器元件之间，将电器元件着火点会随着氢气提升至400℃，而常规电箱9在充放电过程中电池温度≤65℃，大幅提升电箱9着火风险温度，在电箱9内传感器检测到电箱9内异常情况时，启动液氮电磁阀，将低温液氮快速充入电箱9，迅速将电箱9内温度降到可燃物着火点以下，并隔绝助燃气体，低温液氮使电池活性降低，电池停止供电，同时主控制器6向整车通讯，整车控制器切断设备高压，保证电池和设备安全，同理，主控制器6向电磁阀通讯，关闭主管路电池阀、燃料电池进气电池阀和燃料电池停止工作，保证整车和电箱9安全。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
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