CN208905917U - 用于充换电站的安全防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及安全技术领域，具体涉及一种用于充换电站的安全防护系统。本实用新型旨在解决现有技术中用于电池包的灭火方案存在的灭火效率低、成本高的问题。为此目的，本实用新型的安全防护系统包括：灭火装置子系统、检测子系统、电池转运子系统和控制子系统，灭火装置子系统包括灭火装置，控制子系统能够基于检测子系统获取的状态参数信息判断电池包的状态，并且在电池包处于设定的故障状态时，控制电池转运子系统将该电池包运送至灭火装置并与灭火装置的底部对接。通过安全防护系统的设置，本实用新型能够在电池包处于设定的故障状态时，对电池包进行快速处置，极大地提高灭火效率，缩短系统的反应时间，降低灭火成本。

Description

用于充换电站的安全防护系统

技术领域

本实用新型涉及安全技术领域，具体涉及一种用于充换电站的安全防护系统。

背景技术

随着新能源汽车的保有量不断增加，新能源汽车的安全问题也越来越被各大车主和厂商所重视。以电动汽车为例，作为一种为电动汽车提供动力的优选动力源，锂离子电池由于其具有能量密度高、输出功率大、温度范围宽、使用寿命长、充电速度快、绿色环保等优点而被各大汽车厂商广泛采用。但是由于锂离子电池燃烧时具有燃烧猛烈、持续时间长、产生大量的浓烟与粉尘、出现爆炸或二次爆炸等特点，因此由锂离子电池燃烧或爆炸而导致的事故也不容忽视。

作为为电动汽车更换动力电池的场所，通常充换电站的电池架上密集存放有数个由锂离子电池组成的电池包，一旦某个电池包发生热失控，锂离子电池中的反应物便会在电池包内发生燃烧反应烧穿金属外壳，进而剧烈燃烧的火焰、电解液和反应的产物喷射到外部，很容易将火势蔓延到其他电池上，带来重大损失。为避免上述事故发生，增强充换电站的安全性，现有技术中，通常电池包内还设置有用于实时监测锂离子电池的工作状态的电池管理系统(BMS)，以便在锂离子电池出现热失控或燃烧时启动应急措施，如采用气体灭火装置喷撒气体灭火剂至指定的区域。虽然上述方法一定程度上提高了充换电站的安全性，但也不可避免地存在以下问题：首先，由于燃烧点在电池包的内部，因此气体灭火剂很难喷射到电池包内部进行及时有效地灭火，而一旦无法及时灭火造成火势蔓延，火焰很可能引起电池架上的其他电池包起火，届时后果不堪设想。其次，每次低效率地灭火都需要耗费大量的气体灭火剂，这还造成了灭火剂的极度浪费。也就是说，现有技术中用于电池包的灭火方案存在灭火效率低、成本高的问题。

相应地，本领域需要一种新的用于充换电站的安全防护系统来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中用于电池包的灭火方案存在的灭火效率低、成本高的问题，本实用新型提供了一种用于充换电站的安全防护系统，所述充换电站包括电池架，所述电池架上储存有多个电池包，所述安全防护系统包括：灭火装置子系统、检测子系统、电池转运子系统以及控制子系统，所述灭火装置子系统包括至少一个灭火装置，所述灭火装置允许电池包与其底部对接；所述检测子系统设置为获取电池包的状态参数信息并传输至控制子系统；所述电池转运子系统设置为接收控制子系统的指令并使电池包到达灭火装置的底部并与所述灭火装置的底部对接；所述控制子系统设置为根据所述状态参数信息判断电池包的状态，并且在判定电池包处于设定的故障状态时，向所述电池转运子系统下达指令，以使电池包与灭火装置的底部对接。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述设定的故障状态包括燃烧状态和/或冷却失败状态。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述检测子系统包括设置于电池包内部的电池管理单元，所述电池管理单元用于检测电池包的内芯温度或内芯温升速度。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述检测子系统还包括与电池包数量相同的烟雾传感器和/或第一温度传感器，每个电池包配置有一个烟雾传感器和/或一个第一温度传感器，所述烟雾传感器用于检测电池包附近的烟雾浓度，所述第一温度传感器用于检测电池包附近的温度。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述检测子系统还包括设置于灭火装置的位置确认传感器，所述位置确认传感器设置为能够在所述处于设定的故障状态的电池包与所述灭火装置对接好时，向所述控制子系统发出位置确认信号。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述位置确认传感器为电磁传感器、红外传感器或第二温度传感器。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述电池转运子系统包括电池输送机构和电池升降机构；其中，所述电池输送机构设置为将电池包从所述电池架上输送至所述电池升降机构；其中，所述电池升降机构设置为接收来自所述电池输送机构的电池包并使所述电池包与所述灭火装置的底部对接。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述电池转运子系统还包括换电机器人，所述换电机器人设置为接收来自所述电池升降机构的与所述灭火装置对接好的电池包并运送所述电池包到达隔离位置。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述安全防护系统还包括冷却子系统，所述冷却子系统用于对所述电池架上的电池包进行冷却。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述安全防护系统还包括安全子系统，所述安全子系统包括设置于充换电站的通风扇、泄压口和消防扑救口中的一种或几种。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述安全防护系统还包括应急子系统，所述应急子系统包括设置于充换电站的应急电源、声光报警装置和自动电话报警装置中的一种或几种。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述电池架上设置有卡锁机构。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，电池包具有上表面，所述灭火容器的下表面能够与电池包的上表面紧密贴合并且在电池包燃烧时熔化。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述灭火装置还包括设置于所述灭火容器的下表面的连接框，沿所述连接框的内壁周向设置有密封垫，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔允许电池包嵌入其中。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，所述灭火容器的下表面设置有连接框，沿所述连接框的内壁周向设置有密封垫，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔允许电池包嵌入其中，所述灭火容器的下表面还设置有阀机构，所述阀机构能够在外力的顶升下打开。

在上述用于充换电站的安全防护系统的优选技术方案中，所述阀机构包括阀盖和推杆，所述灭火容器的下表面对应地开设有阀孔，所述阀盖盖设在所述阀孔上，所述推杆与所述阀盖连接后从所述阀孔伸出；所述阀孔内还设置有限位管，所述限位管通过多根连接筋与所述灭火容器的下表面连接，所述限位管允许所述推杆穿出并且能够对嵌入所述容纳腔的电池包进行限位

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，用于充换电站的安全防护系统包括检测子系统、灭火装置子系统、电池转运子系统以及控制子系统。灭火装置子系统包括至少一个灭火装置，灭火装置允许电池包与其底部对接；检测子系统设置为能够获取电池包的状态参数信息并传输至控制子系统；电池转运子系统设置为接收控制子系统的指令并使电池包到达灭火装置的底部并与灭火装置的底部对接；控制子系统设置为根据状态参数信息判断电池包的状态，并且在判定为电池包处于设定的故障状态时，向电池转运子系统下达指令，以使处于设定的故障状态的电池包到达灭火装置的底部并与灭火装置的底部对接。优选地，设定的故障状态为燃烧状态或冷却失败状态，灭火装置可以为存放有灭火剂的灭火容器，灭火容器的底部设置为能够与电池包密封对接，并且在电池包燃烧时灭火剂能够进入电池包进行灭火。通过获取电池包的状态参数信息并根据状态参数信息判断电池包的状态、以及在电池包处于设定的故障状态时，使电池包到达灭火装置的底部并与灭火装置的底部对接，本实用新型的安全防护系统能够对处于故障状态的电池包进行快速处置，使电池包与灭火容器的底部密封对接，进而在电池包出现燃烧时，灭火容器中的灭火剂迅速进入电池包进行灭火，极大地提高了灭火效率与充换电站的安全性，缩短了系统的反应时间，降低了灭火成本，克服了现有技术中用于电池包的灭火方案存在的灭火效率低、成本高的问题，适于大规模推广。

方案1、一种用于充换电站的安全防护系统，所述充换电站包括电池架，所述电池架上储存有多个电池包，其特征在于，所述安全防护系统包括灭火装置子系统、检测子系统、电池转运子系统以及控制子系统，

所述灭火装置子系统包括至少一个灭火装置，所述灭火装置允许电池包与其底部对接；

所述检测子系统设置为获取电池包的状态参数信息并传输至控制子系统；

所述电池转运子系统设置为接收控制子系统的指令并使电池包到达灭火装置的底部并与所述灭火装置的底部对接；

所述控制子系统设置为根据所述状态参数信息判断电池包的状态，并且在判定电池包处于设定的故障状态时，向所述电池转运子系统下达指令，以使电池包与灭火装置的底部对接。

方案2、根据方案1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述设定的故障状态包括燃烧状态和/或和冷却失败状态。

方案3、根据方案1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述检测子系统包括设置于电池包内部的电池管理单元，所述电池管理单元用于检测电池包的内芯温度或内芯温升速度。

方案4、根据方案3所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述检测子系统还包括与电池包数量相同的烟雾传感器和/或第一温度传感器，每个电池包配置有一个烟雾传感器和/或一个第一温度传感器，所述烟雾传感器用于检测电池包附近的烟雾浓度，所述第一温度传感器用于检测电池包附近的温度。

方案5、根据方案4所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述检测子系统还包括设置于灭火装置的位置确认传感器，所述位置确认传感器用于在所述处于设定的故障状态的电池包与所述灭火装置成功对接时，向所述控制子系统发出位置确认信号。

方案6、根据方案5所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述位置确认传感器为电磁传感器、红外传感器或第二温度传感器。

方案7、根据方案1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述电池转运子系统包括电池输送机构和电池升降机构；

其中，所述电池输送机构设置为将电池包从所述电池架上输送至所述电池升降机构；

其中，所述电池升降机构设置为接收来自所述电池输送机构的电池包并使所述电池包与所述灭火装置的底部对接。

方案8、根据方案7所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述电池转运子系统还包括换电机器人，所述换电机器人设置为接收来自所述电池升降机构的与所述灭火装置对接好的电池包并运送所述电池包到达隔离位置。

方案9、根据方案1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述安全防护系统还包括冷却子系统，所述冷却子系统用于对所述电池架上的电池包进行冷却。

方案10、根据方案1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述安全防护系统还包括安全子系统，所述安全子系统包括设置于充换电站的通风扇、泄压口和消防扑救口中的一种或几种。

方案11、根据方案1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述安全防护系统还包括应急子系统，所述应急子系统包括设置于充换电站的应急电源、声光报警装置和自动电话报警装置中的一种或几种。

方案12、根据方案1至11中任一项所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述电池架上设置有卡锁机构。

方案13、根据方案12所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，电池包具有上表面，所述灭火容器的下表面能够与电池包的上表面紧密贴合并且在电池包燃烧时熔化。

方案14、根据方案13所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述灭火装置还包括设置于所述灭火容器的下表面的连接框，沿所述连接框的内壁周向设置有密封垫，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔允许电池包嵌入其中。

方案15、根据方案12所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，所述灭火容器的下表面设置有连接框，沿所述连接框的内壁周向设置有密封垫，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔允许电池包嵌入其中，所述灭火容器的下表面还设置有阀机构，所述阀机构能够在外力的顶升下打开。

方案16、根据方案15所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述阀机构包括阀盖和推杆，所述灭火容器的下表面对应地开设有阀孔，所述阀盖盖设在所述阀孔上，所述推杆与所述阀盖连接后从所述阀孔伸出；所述阀孔内还设置有限位管，所述限位管通过多根连接筋与所述灭火容器的下表面连接，所述限位管允许所述推杆穿出并且能够对嵌入所述容纳腔的电池包进行限位。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的用于充换电站的安全防护系统。附图中：

图1为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的组成结构图；

图2为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的结构示意图；

图3为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中卡锁机构的结构示意图；

图4为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置的第一种实施方式的结构示意图；

图5为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置的第一种实施方式的剖视示意图；

图6为图5在A向的示意图；

图7为图5在B处的局部放大示意图；

图8为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置的第二种实施方式的剖视示意图；

图9为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置的第二种实施方式的底部结构示意图；

图10为图8在C向的示意图；

图11为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法的流程示意图(一)；

图12为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法中判断电池包是否处于冷却失败状态的流程示意图；

图13为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法中判断电池包是否处于燃烧状态的流程示意图；

图14为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法的流程示意图(二)；

图15为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法中判断电池包与灭火装置是否成功对接的流程示意图；

图16为本实用新型的安全防护方法的一种可能的实施方式的判断逻辑示意图；

图17A为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的灭火过程示意图(一)；

图17B为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的灭火过程示意图(二)；

图17C为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的灭火过程示意图(三)。

附图标记列表

1、灭火装置；11、灭火容器；111、灭火容器的下表面；112、阀孔；113、限位管；114、连接筋；13、连接框；14、阀机构；141、阀盖；142、推杆；15、通风口；16、排风扇；17、密封垫；2、电池架；3、电池包；4、升降机构；5、卡锁。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中的通风口设置成截面为圆形的筒状结构，但是这种设置形式非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。如通风口还可以设置成截面为方形或矩形的筒状结构等。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

首先参照图1，对本实用新型的用于充换电站的安全防护系统进行介绍。其中，图1为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的组成结构图。

如图1所示，本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中，充换电站包括电池架，电池架上储存有多个电池包，安全防护系统主要包括灭火装置子系统、检测子系统、电池转运子系统、控制子系统、冷却子系统、安全子系统以及应急子系统。灭火装置子系统包括至少一个灭火装置，该灭火装置允许电池包与其底部对接，以便在电池包燃烧时对电池包灭火。例如，灭火装置为装有灭火剂(如水)的水箱，电池包燃烧时水箱内的水可以进入电池包灭火。检测子系统设置为能够获取电池包的状态参数信息并传输至控制子系统，如检测子系统能够获取电池包的内芯温度、内芯温升速度、电池包附近的烟雾浓度以及电池包附近的温度并将上述参数上传至控制子系统。电池转运子系统设置为能够接收控制子系统的指令并使电池包到达灭火装置的底部并与灭火装置的底部对接，如电池转运子系统为能够使电池包升降的机构，该机构能够举升电池包到达水箱的底部。冷却子系统能够对电池进行冷却，如冷却子系统为设置在电池架上的用于电池包充电时冷却的水冷盘管等。安全子系统可以为充换电站在建造时设置的通风扇、泄压口和消防扑救口等，应急子系统可以为换电站在建造时设置的应急电源、声光报警装置和电话报警装置等。控制子系统则能够与各子系统连接(可以为物理连接，也可以为通讯连接)，以接收各种状态参数信息和下达控制指令，实现对上述各子系统的统一控制，使上述各子系统能够按逻辑动作。如控制子系统能够基于接收到的检测子系统获取的状态参数信息判断电池包的状态，并且在判定结果为电池包处于设定的故障状态时，向电池转运子系统下达“使电池包与灭火装置的底部对接”的指令，从而电池转运子系统将该电池包运送至水箱的底部，以便及时快速地对电池包进行处置，同时控制安全子系统和应急子系统运行，保证人员和财产安全，避免事故的发生。

需要解释的是，通常电池包的故障状态可以包括很多种，如电池包的内部线路短路、外部线路短路、电池包与电池架连接失败、充电失败、冷却失败、内部温度过高、内部燃烧等，而本实用新型中所指的“设定的故障状态”为电池包的所有故障状态中，能够使电池包出现燃烧或使电池包即将燃烧的状态，如电池包内部出现燃烧、冷却失败导致的电池包内部温度持续升高(即将燃烧)的状态等。

从上述描述可以看出，通过在充换电站内设置水箱、进而在电池包处于设定的故障状态时将电池包与水箱的底部快速对接的设置方式，本实用新型的安全防护系统能够对处于故障状态的电池包进行快速处置，使电池包与电池架上的其他电池包隔离开，以便在电池包出现燃烧时水箱内的水能够及时进入电池包灭火，极大的提高了灭火的效率与安全性，降低了灭火成本，克服了现有技术中用于电池包的灭火方案存在的灭火效率低、成本高的问题，适于大规模推广。

接下来参照图2至图10，对本实用新型的用于充换电站的安全防护系统进行详细说明。

首先参照图2和图3，图2为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的结构示意图；图3为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中卡锁机构的结构示意图。如图2和图3所示，在一种可能的实施方式中，灭火装置1可以为存放有水(即灭火剂)的长方体的水箱，电池架2上或临近电池包3的其他置物架上设置有卡锁机构，卡锁机构在锁合时能够使灭火装置1卡置于其上，以便电池包3能够与水箱快速对接。参照图3，卡锁机构可以为分别安装于两个电池架2的顶部边缘的四个卡锁5，四个卡锁5能够通过承托的方式使水箱悬置在两个电池架2之间。当然，卡锁机构的具体形式和卡锁5的数量并非唯一，本领域技术人员还可以对其调整，只要该卡锁机构满足能够将水箱卡置于其上的条件即可。例如卡锁5的数量还可以为6个或更多，卡锁机构还可以为能够与水箱吸合的电磁锁、夹具或卡爪等。

接下来参照图4至图7，图4为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置1的第一种实施方式的结构示意图；图5为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置1的第一种实施方式的剖视示意图；图6为图5在A向的示意图；图7为图5在B处的局部放大示意图。如图4至图7所示，在一种可能的实施方式中，水箱的下表面111由低熔点材料制成并且能够与电池包的上表面紧密贴合，水箱的上表面和四个侧面则采用高熔点材料制成。例如，水箱的下表面111可以由高强度低熔点的塑料或超高分子量聚乙烯纤维等材料制成，水箱的其余表面可以由高熔点的钛铝合金或不锈钢等材料制成；水箱可以通过沿下表面周向设置的吸盘、电磁吸附装置，或水箱下表面设置滑槽/滑轨(对应的电池包上设置有滑轨/滑槽)等方式实现与电池包的紧密贴合。在电池包出现热失控或燃烧时，电池包内部着火点处的火焰将对应的电池包上表面烧穿并射出，进而射出的火焰将水箱的下表面111熔化，水箱内的水迅速进入电池包中稀释燃烧反应，直至反应终止。

参照图5至图7，进一步地，为了加强电池包与水箱的对接效果，保证水箱与电池包的连接效果，还可以在水箱的下表面111设置连接框13以替代吸盘、电磁吸附装置或滑槽/滑轨的设置，连接框13与水箱的下表面111围设形成容纳腔，容纳腔允许电池包嵌入其中。在连接框13的内壁周向还可以设置密封垫17，密封垫17能够保证电池包与水箱对接后对嵌入的部分密封。例如，密封垫17可以为耐高温、略带弹性的楔形防水橡胶垫，并且该防水橡胶垫的厚度沿电池嵌入容纳腔的方向逐渐增大。这样一来，在电池包嵌入容纳腔时，防水橡胶垫能够通过产生形变而使电池包嵌入容纳腔的部分与外界完全密封，进而在电池包产生燃烧时，使灭火过程完全封闭，水箱内的水不外漏，提高水箱的灭火效率与安全性。

返回参照图4，再进一步地，为了及时地在灭火过程中或灭火后排出电池包中的有毒有害气体，水箱的上表面还可以设置通风口15，如通风口15可以设置成横截面为圆形或矩形的筒状结构，并且在筒状结构中设置排风扇16以增加排风效果。

然后参照图8至图10，图8为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置1的第二种实施方式的剖视示意图；图9为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统中灭火装置1的第二种实施方式的底部结构示意图；图10为图8在C向的示意图。如图8至图10所示，在另一种可能的实施方式中，为提高水箱的使用寿命，进一步降低灭火成本，还可以将水箱的下表面111的材料也替换为高熔点的钛铝合金或不锈钢等材料，并且在下表面设置有在外力的顶升下能够打开的阀机构14。例如，阀机构14包括阀盖141和推杆142，水箱的下表面111对应地开设有阀孔112，阀盖141盖设在阀孔112上，推杆142与阀盖141连接后从阀孔112伸出；阀孔112内还设置有限位管113，限位管113通过多根连接筋114与灭火容器11的下表面连接，限位管113允许推杆142穿出并且能够对嵌入容纳腔的电池包进行限位。这样一来，在电池包嵌入水箱的过程中，电池包顶升阀机构14的推杆142，推杆142带动阀盖141上移，将阀机构14打开，水箱内的水进入水箱下表面和电池上表面之间的空间内储存。当电池包上部被烧穿并向外喷射出燃烧产物和少量反应物时，处于水箱下表面和电池上表面之间的水便能迅速进入电池包，稀释冷却燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。

返回参照图1，在一种可能的实施方式中，检测子系统包括配置于每个电池包的电池管理单元(BMS)、烟雾传感器和第一温度传感器。其中，电池管理单元设置于电池内部，其能够检测电池包的内芯温度或内芯的温升速度。烟雾传感器和第一温度传感器可以设置于电池包的排气阀(或称为泄压阀/安全阀)附近，如设置于电池包的排气阀附近的电池架上或排气阀附近的其他线路或结构上，以便在电池包燃烧时能够通过烟雾传感器和第一温度传感器及时获知。其中，烟雾传感器用于检测电池包排气阀附近的烟雾浓度，第一温度传感器用于获取电池包排气阀附近的温度。当然，电池管理单元还可以设置在电池包外部、与电池包通过信号线连接，并且几个电池包还可以共用一个电池管理单元；烟雾传感器和第一温度传感器也可以只设置二者中的一个。

此外，检测子系统还包括位置确认传感器，位置确认传感器用于在处于设定的故障状态的电池包与水箱成功对接时，向控制子系统发出位置确认信号，以确认电池包与水箱成功对接。如位置确认传感器可以为设置于水箱底部的电磁传感器(如金属传感器)、红外传感器或第二温度传感器等。

参照图2和图3，在一种可能的实施方式中，电池转运子系统包括电池输送机构(图中未示出)、电池升降机构4以及换电机器人(图中未示出)。电池输送机构能够将电池包3从电池架2上输送至电池升降机构4，电池升降机构4能够接收来自电池输送机构的电池包3并使该电池包3与灭火装置1对接，对接好后，电池升降机构4能够将电池包3连同灭火装置1一同降下并与换电机器人对接，换电机器人则能够接收带有灭火装置1的电池包并运送与灭火装置1对接好的电池包3到达隔离位置。为尽可能的减小灭火成本，提高灭火效率，上述的电池输送机构、电池升降机构4和换电机器人可以充分利用充换电站中现有的机构或设备实现。例如，在水箱架设与电池架2上时，电池输送机构可以为电池架2上现有的电池横移机构，其能承载电池完成在电池架2中的水平移动；电池升降机构4可以为电池架2中的升降机，其能够与电池横移机构对接并承载电池完成在电池架2中的升降，进而使电池包3与水箱底部对接；换电机器人为用于在电池架2和换电位置之间运送电池的换电小车(AGV或RGV)，其能够与升降机交换电池并且运送电池到指定的隔离位置。其中，隔离位置可以为在充换电站内/外设置的专用于处理热失控的电池包3的位置，并且该位置设置有隔离装置，如充换电站内/外设置的隔离沙箱或掩埋沙坑等。

当然，电池转运子系统的设置形式并非唯一，在不偏离本实用新型原理的条件下，本领域技术人员能够对其进行调整，以便其满足更加具体的应用场景。例如，在水箱架设于电池架2外或两个电池架2之间时，电池升降机构4还可以为换电小车上的剪式驱动架等举升机构、或者在充换电站内单独设置的剪式驱动架等。

如前所述，通过在充换电站的电池架上设置可以快速灭火的水箱，使得在电池包燃烧时水箱中的水能够及时地进入电池包内部对电池包进行灭火，本实用新型的用于充换电站的安全系统不仅可以明显提高灭火效率与灭火效果，提升整站的安全性，而且还能够使多块电池共用一个水箱，节省充换电站的布置空间，尤其节省了布局紧凑的小型充换电站的空间；而通过充分利用现有充换电站的设备布局本实用新型的安全系统，还能够大幅缩减安全系统的建设成本，使安全系统的适用性大大提高。

进一步地，水箱的设置不仅结构简单、成本低，而且由于灭火过程完全密封，不会喷射出烟尘，更不会出现二次爆炸，因此本实用新型的安全防护系统大大提升了充换电站的安全性。

接下来参照图11至图15，对本实用新型的用于充换电站的安全防护方法进行阐述。

首先参照图11，图11为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法的流程示意图(一)。如图11所示，本实用新型的用于充换电站的安全防护方法主要包括以下步骤：

S100、根据电池包的状态参数信息，判断电池包的状态，例如，控制子系统通过接收到的电池包的内芯温度、内芯温升速度、电池包排气阀附近的烟雾浓度以和温度等状态参数信息判断电池包的状态；

S200、如果电池包处于设定的故障状态，则使电池包到达灭火装置的底部并与灭火装置对接，其中，设定的故障状态包括燃烧状态和冷却失败状态，例如，灭火装置为前述的任意一种水箱时，在电池包处于燃烧或即将燃烧状态下，控制子系统控制电池输送机构将电池包运送至电池升降机构上，进而电池升降机构将电池包举升至水箱的底部并与水箱对接。

然后参照图12，图12为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法中判断电池包是否处于冷却失败状态的流程示意图。参照图12，在一种可能的实施方式中，步骤S100可以进一步包括：

S111、如果电池包的内芯温度大于第一温度阈值并且/或者电池包的内芯温升速度大于第一温升速度阈值，则对电池包进行冷却，例如，第一温度阈值为50℃，第一温升速度阈值为1℃/s，通过电池管理单元(BMS)获取电池包的内芯温度或内芯温升速度，控制子系统判断在内芯温度大于50℃并且第一温升速度大于1℃/s时，控制电池冷却子系统启动对该电池包进行冷却；

S112、在对电池包进行冷却的同时或之后，如果电池包的内芯温度大于第二温度阈值并且/或者电池包的内芯温升速度大于第二温升速度阈值，则判定电池包处于冷却失败状态，例如，第二温度阈值为80℃，第二温升速度阈值仍为1℃/s，在对电池包进行冷却之后电池管理单元实时获取电池包的内芯温度和内芯温升速度，在电池包的内芯温度大于80℃并且第二温升速度大于1℃/s时，控制子系统判定电池包处于冷却失败状态。

当然，上述第一/第二温度阈值和第一/第二温升速度阈值的设定并非唯一，针对不同类型的电池包，可以设定不同的阈值。同样地，对电池包进行冷却的判定条件也并非唯一，如在只满足内芯温度大于第一温度阈值和内芯温升速度大于第一温升速度阈值两条件中任一一个即可启动冷却系统进行冷却。处于冷却失败状态的判定条件与此类似，在此不再赘述。

接下来参照图13，图13为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法中判断电池包是否处于燃烧状态的流程示意图。如图13所示，在另一种可能的实施方式中，步骤S100还可以进一步包括：

S121、如果电池包附近的烟雾浓度大于浓度阈值，并且/或者电池包附近的温度大于第二温度阈值，则判定电池包处于燃烧状态，例如，通过设置于电池包排气阀附近的烟雾传感器和第二温度传感器获取电池包排气阀附近的烟雾浓度和温度，在烟雾浓度大于浓度阈值并且温度大于第二温度阈值时，控制子系统判定电池包处于燃烧状态。其中，浓度阈值与温度阈值可以根据烟雾传感器和第二温度传感器的设置位置进行相应的调整，其具体调整数值可基于实验得出。

参照图14，图14为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法的流程示意图(二)。如图14所示，在一种可能的实施方式中，在步骤S200之后，所述安全防护方法还包括以下步骤：

S310、判断电池包与灭火装置是否成功对接，例如，通过位置确认传感器向控制子系统发送确认信号的方式确认电池包是否与水箱成功对接；

S320、如果电池包与灭火装置成功对接，则使安全子系统运行，例如，在电池包与水箱成功对接时，此时充换电站处于相对安全的情况，即使电池包燃烧，水箱也能够及时对电池包灭火，此时只需控制充换电站的通风扇启动进行排气，使充换电站的的泄压口打开进行泄压，以及使充换电站的消防扑救口打开以便在未成功灭火时及时扑救；或者

S330、如果电池包与灭火装置未成功对接，则使安全子系统和应急子系统同时运行，例如，在电池包与水箱未成功对接时，此时充换电站处于危险情况，除了使上述安全子系统运行外，还需使充换电站及时切换至应急电源为消防提供照明，打开声光报警装置以提示充换电站的工作人员紧急撤离，以及打开自动电话报警装置，自动向110指挥中心/119消防中心报告火警。

在一种更为优选的实施方式中，为了进一步提升充换电站的安全性，在步骤S320之后，安全防护方法还可以包括：

使与灭火装置对接好的电池包到达隔离位置，例如，电池升降机构将与水箱对接好的电池包运送至换电机器人上，换电机器人将水箱和电池包一并运送至充换电站外的隔离位置。

然后参照图15，图15为本实用新型的用于充换电站的安全防护方法中判断电池包与灭火装置是否成功对接的流程示意图。如图15所示，在一种可能的实施方式中，步骤S310又可以进一步包括：

S311、如果在设定时间内接收到位置确认信号，则判定电池包与灭火装置成功对接，例如，在水箱底部设置位置确认传感器，通过控制子系统判定在设定时间内是否接收到位置确认传感器回传的位置确认信号来确定电池包是否与水箱成功对接，其中设定时间可以是通过多次电池包与水箱的对接实验获取到的对接时间，如多次实验的平均时间，也可以是电池包从热失控到起火燃烧的平均时间，也就是说，如果对接时间超过设定时间，那么电池包极有可能出现爆炸等危险情况；

S312、如果在设定时间内未接收到位置确认信号，则判定电池包与灭火装置未成功对接，例如，在电池包与水箱对接的过程中任一环节出现问题而导致在设定时间内控制子系统未接收到位置确认传感器的位置确认信号，则控制子系统判定电池包与灭火装置未成功对接。

下面参照图16并结合图17A至图17C，以电池架上方架设水箱为例，描述本实用新型的安全防护方法的一种工作流程。其中，图16为本实用新型的安全防护方法的一种可能的实施方式的判断逻辑示意图；图17A为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的灭火过程示意图(一)；图17B为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的灭火过程示意图(二)；图17C为本实用新型的用于充换电站的安全防护系统的灭火过程示意图(三)

如图16至17C所示，在一种可能的实施方式中，当电池管理单元检测到某个电池包3出现故障时，首先判断该故障状态是否为设定的故障状态，具体判断过程为：如通过采集电池包3排气阀附近的烟雾浓度和温度判断电池包3是否处于燃烧状态，如果判定处于燃烧状态，则立即使电池包3与水箱1对接；如果未处于燃烧状态，则继续采集电池包3的内芯温度或内芯温升速度，在参数未采集成功(如BMS失效)时，立即使电池包3与水箱1连接，在采集成功时，进一步判断内芯温度是否大于第一温度阈值、以及内芯温升速度是否大于第一温升速度阈值，如果内芯温度大于第一温度阈值且内芯温升速度大于第一温升速度阈值，则立即开启水冷子系统为电池包3降温(如果水冷系统已经开启则加快水冷系统的循环速度)，在水冷降温过程中实时监测内芯温度和内芯温升速度，如果内芯温度和内芯温升速度降至安全范围以下，则停止为该电池包3充电并断开电池包3与电池架2的连接，标记该电池包3出现过故障，并将此结果通知系统管理员，等待接受进一步检修；如果水冷降温过程中内芯温度继续升高至第二温度阈值，内芯温升速度达到第二温升速度阈值，则判定该电池包3处于冷却失败状态，此时立即断开电池包3的所有连接，电池架2上的电池运输单元启动，将电池包3移动到由升降机4的平台上，升降机4将电池包3上举至水箱1底部并与水箱1对接；

在对接过程中，判定电池包3是否与水箱1对接成功，如果对接成功，则打开充换电站的安全子系统，即打开充换电站顶部的通风扇、泄压口以及消防扑救口，等待水箱1对电池包3灭火后对电池进行检修；在对接成功后，电池包3可能出现燃烧，当电池包3上部被烧穿并向外喷射出燃烧产物和少量反应物的同时，水箱1的底部由于采用低熔点材料因此也被烧穿。又由于电池燃烧通过烧穿的空洞向外喷射燃烧产物及少量反应物并非完全均匀、恒压喷射，因此水箱1内的水便能迅速进入电池包3，稀释冷却燃烧反应，使反应速率急速降低，直至反应终止。如果对接未成功，则在打开充换电站的安全子系统的同时，打开应急子系统，即切断整站电力系统切换至应急电源提供应急照明、发出声光报警提示工作人员及时撤离、以及自动拨打110/119报警电话进行报警。

当然，上述流程只是用来解释本实用新型的原理，并非旨在于限制本实用新型的保护范围，在不偏离本实用新型原理的条件下，本领域技术人员能够对上述流程进行调整，以便本实用新型能够适应更加具体的应用场景。例如，在电池包3与水箱1对接成功后，还可以控制四个卡锁5打开，使升降机4将电池包3和水箱1共同降下并将电池包3和水箱1一并转运至换电机器人，进而换机器人将与水箱1对接好的电池包3运送至充换电站外的隔离位置进行隔离，以进一步提高充换电站的安全性，保证充换电站的安全。

最后需要说明的是，虽然本实施方式是结合充换电站进行描述的，但这仅仅用来阐述本实用新型的原理，并非旨在于限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员有理由将本实用新型应用于其他带有电池包3的应用场景，如应用于电池仓库或储能站等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种用于充换电站的安全防护系统，所述充换电站包括电池架，所述电池架上储存有多个电池包，其特征在于，所述安全防护系统包括灭火装置子系统、检测子系统、电池转运子系统以及控制子系统，

所述灭火装置子系统包括至少一个灭火装置，所述灭火装置允许电池包与其底部对接；

所述检测子系统设置为获取电池包的状态参数信息并传输至控制子系统；

所述电池转运子系统设置为接收控制子系统的指令并使电池包到达灭火装置的底部并与所述灭火装置的底部对接；

所述控制子系统设置为根据所述状态参数信息判断电池包的状态，并且在判定电池包处于设定的故障状态时，向所述电池转运子系统下达指令，以使电池包与灭火装置的底部对接。

2.根据权利要求1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述设定的故障状态包括燃烧状态和/或和冷却失败状态。

3.根据权利要求1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述检测子系统包括设置于电池包内部的电池管理单元，所述电池管理单元用于检测电池包的内芯温度或内芯温升速度。

4.根据权利要求3所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述检测子系统还包括与电池包数量相同的烟雾传感器和/或第一温度传感器，每个电池包配置有一个烟雾传感器和/或一个第一温度传感器，所述烟雾传感器用于检测电池包附近的烟雾浓度，所述第一温度传感器用于检测电池包附近的温度。

5.根据权利要求4所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述检测子系统还包括设置于灭火装置的位置确认传感器，所述位置确认传感器用于在所述处于设定的故障状态的电池包与所述灭火装置成功对接时，向所述控制子系统发出位置确认信号。

6.根据权利要求5所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述位置确认传感器为电磁传感器、红外传感器或第二温度传感器。

7.根据权利要求1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述电池转运子系统包括电池输送机构和电池升降机构；

其中，所述电池输送机构设置为将电池包从所述电池架上输送至所述电池升降机构；

其中，所述电池升降机构设置为接收来自所述电池输送机构的电池包并使所述电池包与所述灭火装置的底部对接。

8.根据权利要求7所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述电池转运子系统还包括换电机器人，所述换电机器人设置为接收来自所述电池升降机构的与所述灭火装置对接好的电池包并运送所述电池包到达隔离位置。

9.根据权利要求1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述安全防护系统还包括冷却子系统，所述冷却子系统用于对所述电池架上的电池包进行冷却。

10.根据权利要求1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述安全防护系统还包括安全子系统，所述安全子系统包括设置于充换电站的通风扇、泄压口和消防扑救口中的一种或几种。

11.根据权利要求1所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述安全防护系统还包括应急子系统，所述应急子系统包括设置于充换电站的应急电源、声光报警装置和自动电话报警装置中的一种或几种。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述电池架上设置有卡锁机构。

13.根据权利要求12所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，电池包具有上表面，所述灭火容器的下表面能够与电池包的上表面紧密贴合并且在电池包燃烧时熔化。

14.根据权利要求13所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述灭火装置还包括设置于所述灭火容器的下表面的连接框，沿所述连接框的内壁周向设置有密封垫，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔允许电池包嵌入其中。

15.根据权利要求12所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述灭火装置包括存放有灭火剂的灭火容器，所述灭火容器具有下表面，所述灭火容器的下表面设置有连接框，沿所述连接框的内壁周向设置有密封垫，所述连接框与所述灭火容器的下表面围设形成容纳腔，所述容纳腔允许电池包嵌入其中，所述灭火容器的下表面还设置有阀机构，所述阀机构能够在外力的顶升下打开。

16.根据权利要求15所述的用于充换电站的安全防护系统，其特征在于，所述阀机构包括阀盖和推杆，所述灭火容器的下表面对应地开设有阀孔，所述阀盖盖设在所述阀孔上，所述推杆与所述阀盖连接后从所述阀孔伸出；所述阀孔内还设置有限位管，所述限位管通过多根连接筋与所述灭火容器的下表面连接，所述限位管允许所述推杆穿出并且能够对嵌入所述容纳腔的电池包进行限位。