CN100425905C - 多功能锂离子电池救生应急矿灯 - Google Patents

多功能锂离子电池救生应急矿灯 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能锂离子电池救生应急矿灯，包括控制部分、矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池，控制部分、矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池相互连接，其特征在于所述控制部分设置有锂离子电池保护模块、场效应管和电池保护开关，锂离子电池保护模块、场效应管和电池保护开关相互连接后分别与矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池连接。本发明通过对锂离子电池矿灯进行功能和结构上的改进，使其具有在井下作业遇险时为应急救生提供超长时间低照度照明和求救信号自动手动定位发送的功能。本发明结构合理，使用方便，提高了矿工井下作业的安全性。

Description

多功能锂离子电池救生应急矿灯
技术领域：
本发明涉及一种矿灯，特别是一种多功能锂离子电池救生应急矿灯，它主要用于井下作业以及井下作业遇险时的应急求救信号定位发送。
背景技术：
现有技术中的矿灯原先都是以铅酸电池作为电源的，铅酸电池因电气连接方式和不能全封闭等缺陷常成为井下作业的安全隐患。近年来国家有关部门大力支持用聚合物锂离子电池矿灯替代铅酸电池矿灯，聚合物锂离子电池矿灯在提高安全性方面虽然有很大的进步，但是在使用上仍然只是单一的照明功能，且锂离子电池为了保证电池的电芯不被损坏和安全使用的要求，不管单电芯还是多电芯的组合锂离子电池都必须带有保护控制电路，常规的充电管理和保护电路在满足上述要求的同时也限制了电池剩余电能在特殊场合下需要救生应急时的综合利用。在采矿作业出现险情时，井下的公共照明和通风系统往往也呈现瘫痪状态，此时尚未遇难人员的唯一照明装置就是戴在头上的帽(矿)灯。就目前的矿灯而言往往只具备单一的照明功能，根据国标规定矿灯有效照明时间≥11小时，矿灯制造商出于成本制约在选择电芯容量时，最长照明时间大多控制13小时之内。目前国内井下连续采矿作业时间多数在11小时左右，假如在井下作业尾期出现险情，此时矿灯的常规照明时间已剩1~2小时，虽然可以转入副照明灯状态以适当延长照明时间，但当电池的电压下降到3V左右(液态锂离子电池保护值为2.4V左右)，锂离子电池的电池保护电路为保证电池电芯的使用循环寿命，电池保护电路将自动进入过放保护状态，电池电路被切断，照明被终止，但实际上此时电池内部的电能尚未被全部利用，即没有利用锂离子电池的剩余电能实现长时间低照度照明、求救信号定位发送以及自动报警功能。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种具有长时间低照度照明、求救信号定位发送以及自动报警功能的多功能锂离子电池救生应急矿灯。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种多功能锂离子电池救生应急矿灯，包括控制部分、矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池，控制部分、矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池相互连接，其特征在于所述控制部分设置有锂离子电池保护模块、场效应管和电池保护开关，锂离子电池保护模块、场效应管和电池保护开关相互连接后分别与矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池连接。
本发明所述矿灯部分设置有主灯、应急副灯和照明按钮，主灯与应急副灯并联以后与照明按钮串接。
本发明所述声光报警部分设置有声光报警开关、传感器、报警按钮、频闪器、报警指示灯和声报警器，声光报警开关与传感器并联后与报警按钮串接，频闪器和报警指示灯串接以后与声报警器并联，然后再与报警按钮的另一端串接。
本发明所述锂离子电池保护模块采用R5421N，场效应管采用FTD2017A。
本发明通过对锂离子电池矿灯进行功能和结构上的改进，使其具有在井下作业遇险时为应急救生提供超长时间低照度照明和求救信号自动手动定位发送的功能。本发明结构合理，使用方便，提高了矿工井下作业的安全性。
附图说明：
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的电路图。
图3本发明实施例锂离子电池的测试曲线和测试数据图。
具体实施方式：
参见图1、图2，本发明实施例多功能锂离子电池救生应急矿灯包括矿灯部分I、声光报警部分II、控制部分III和锂离子电池B，矿灯部分I、声光报警部分II、控制部分III和锂离子电池B相互连接，矿灯部分I设置有主灯D1、应急副灯D2和照明按钮K2，主灯D1与应急副灯D2并联以后与照明按钮K2串接，声光报警部分II声光报警部分设置有声光报警开关K1-2、传感器S、报警按钮K3、频闪器P、报警指示灯D3和声报警器F，声光报警开关K1-2与传感器S并联后与报警按钮K3串接，频闪器P和报警指示灯D3串接以后与声报警器F并联，然后再与报警按钮K3的另一端串接，控制部分III包括锂离子电池保护模块U1、场效应管U2、电池保护开关K1-1、可调电阻PTC、电阻R1、R2、电容C1、C2、C3，控制部分III和锂离子电池B与矿灯部分I、声光报警部分II分别连接，锂离子电池保护模块U1采用R5421N，场效应管U2采用FTD2017A。
当井下采矿作业出现险情时，使用者用手指压碎安全帽灯内侧的应急启动按钮K1保护盖，同时压下应急按钮K1(双刀双置自锁按钮开关)，应急启动按钮K1的电池保护开关K1-1闭合，将锂离子电池过放保护电路中起开关作用的场效应管U2(MOSFET管)旁路导通，将控制部分III中的电池保护退出控制，同时应急启动按钮K1的声光报警开关K1-2闭合，将声光报警部分II的报警指示灯D3、频闪器P、声报警器F、报警按钮K3接入，锂离子电池B将一直维持供电直到控制电路不能工作为止。在此其间，使用者可以通过照明按钮K2(单刀三置)实现对主灯D1、应急副灯D2的照明控制，并可以通过报警按钮K3(单刀双置常闭型)实现声光求救信号的发送和终止，根据实时需要进行人为的照明和报警工作状态选择以适当延长控制电路的工作时间。
当井下发生险情或者生存环境严重缺氧时，在此条件下幸存者的体能和自控意识及控制能力都会极度下降。由于本发明具备自动和手动声光报警功能，所以当上述情况出现时，本发明的自动功能在满足以下条件时：1)一定时间内无人为控制输入指令；2)使用者在一定时间内无活动信号，此时传感器S导通，自动声光报警发送功能将被启动，并按一定的时间间隔向外发送作用距离较远的高频率声波信号和红色闪光信号，向救援人员指示待救援人员的方位。
本发明的报警指示灯D3为红色超亮LED，具有亮度高穿透能力强的特点。本发明的声报警器F为驱动发声一体化的低电压高频蜂鸣器，传输距离较远。
本发明设计了一特殊防爆型应急启动控制按钮，按钮顶部设有一片保护盖板，平时不得压碎保护盖板，在井下作业结束升井后交充电房时可进行检查管理，一旦出现险情时使用者可用母指压碎应急启动控制按钮保护盖板同时压下自锁型按钮开关(防爆型)，此时电池过放保护电路的过放保护功能将被取消，同时打开报警电路，电池放电电压一直维持到应急电路不能工作为止，剩余电能被得到充分利用。
矿灯电池的未使用部分电能加过放保护值后面部分的电能合起来将为以下的救生应急功能电路提供电源动力，本发明具有：
一、低微功耗长时照明功能
目前锂电池矿灯的主灯发光器件多采用大功率白光LED，光通量30LM以上，工作电压3V~4.2V，平均工作电流350mA，平均功率1W；应急副灯采用超高亮度白光LED，发光强度4000mcd(IF＝20mA)，工作电压1.95V~4.2V，平均工作电流30mA，平均功率80mW。当应急照明被启动后，如果电池电压≥3V时，主副灯可通过多功能按钮开关(防爆型)随意切换并可根据使用环境要求选择连续照明和间断照明，当电池电压下降至＜3V时，控制电路切断主灯工作回路并继续保持应急副灯工作回路处于导通状态，应急副灯可根据使用环境要求选择连续照明和间断照明直至电池电压下降至1.95V以下。根据我司的测试中心对矿灯电池的电芯实际测试曲线和测试数据证明(参见图3)，电池在常规过放保护后的剩余电能在平均电流30mA下还可增加放电时间达6小时。按照30％通电率的间接照明计算，实际低照度照明时间可额外延长20小时，加上常规过放保护前的2~3小时电能余量(700~1050mAh)，实际上可为井下作业遇险时提供应急救生达50~100小时的能量，这无疑给幸存者带来了更大的自救或等待援救的机率。
二、求救信号定位指示功能
当井下发生险情时有时会导致生存环境严重缺氧，在此条件下幸存者的体能和自控意识及控制能力都会极度下降。由于本发明具备自动和手动声光信号发生器功能，所以当上述情况出现时，本发明将发挥作用。
自动功能，当矿灯控制电路在满足以下条件时：1)一定时间内无人为控制输入指令2)矿灯使用者在一定时间内无活动信号，此时人体活动探测传感开关导通，自动声光信号发送功能将被启动，并按一定的时间间隔向外发送作用距离较远的高频率声波信号和红色闪光信号，信号的作用目的是向救援人员指示待救援人员的方位。
手动功能，当幸存者尚具备自控意识和控制能力时，可由幸存者通过应急启动控制按钮及多功能控制按钮自行决定和控制声光信号发生器的工作方式(连续或间隔发射将由使用者控制)。
三、矿工重伤自动报警功能
在井下采矿作业工人个体遇到意外事故伤害后，当伤害较重自身已经失去呼救能力时，本发明在到矿灯处于非正常工作状态时，自动控制电路会启动紧急声光报警信号向邻近的作业工人进行求救。
本发明解决了长久以来矿灯产品功能单一的不科学与不合理的结构，同时不失为井下作业工人的生命保障提供了又一个更为科学和可靠的实用工具。
本发明是一种用于井下作业的安防产品，目的是对锂离子电池矿灯进行功能和结构上的科学改造，并对矿灯电池的剩余电能进行合理和充分的利用，使其具有在井下作业遇险时为应急救生提供超长时间低照度照明功能和求救信号定位发生功能的新型综合实用工具。

Claims (4)

1、一种多功能锂离子电池救生应急矿灯，包括控制部分、矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池，控制部分、矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池相互连接，其特征在于：所述控制部分设置有锂离子电池保护模块、场效应管和电池保护开关，锂离子电池保护模块、场效应管和电池保护开关相互连接后分别与矿灯部分、声光报警部分和锂离子电池连接。
2、根据权利要求1所述的多功能锂离子电池救生应急矿灯，其特征在于：所述矿灯部分设置有主灯、应急副灯和照明按钮，主灯与应急副灯并联以后与照明按钮串接。
3、根据权利要求1所述的多功能锂离子电池救生应急矿灯，其特征在于：所述声光报警部分设置有声光报警开关、传感器、报警按钮、频闪器、报警指示灯和声报警器，声光报警开关与传感器并联后与报警按钮串接，频闪器和报警指示灯串接以后与声报警器并联，然后再与报警按钮的另一端串接。
4、根据权利要求1所述的多功能锂离子电池救生应急矿灯，其特征在于：所述锂离子电池保护模块采用R5421N，场效应管采用FTD2017A。
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