CN109662823A - 电热水袋智能防爆充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电热水袋智能防爆充电器，包括姿态检测单元，姿态检测单元附着在电热水袋外壳上，姿态检测单元通过传感器检测电热水袋外壳膨胀引起的姿态检测单元的姿态变化、电热水袋的倾斜角度和/或电热水袋的运动加速度，并将上述检测值与设定值进行对比，若超过设定值，则对电热水袋停止充电加热。本发明可检测热水袋受热膨胀后是否处于即将爆炸的状态、可检测用户是否规范充电加热、可检测用户是否边加热边使用，不仅可靠性高，而且漏警率低。

Description

电热水袋智能防爆充电器
技术领域
本发明涉及安全用电技术领域，尤其是一种适用于电热水袋加热的智能防爆充电器。
背景技术
电热水袋通常包括密封的袋体，袋体内的热储存介质及发热装置，发热装置的电路总成上通常设置有温控器，当热储存介质达到一定的温度，温控器控制电路断开电源，但现有技术中温控器失灵的情况时有发生，造成爆炸、起火等安全隐患。
根据国家标准GB4706.99-2009 22.7要求，柔性暖手器(电热水袋)在结构上应有防止在通电过程中出现暖手器内气压过高的保护装置，目前市场上普遍使用一种防爆夹防止电热水袋加热过程中爆炸，如：中国专利CN206391077U名称为一种新型的电热水袋用防爆夹，中国专利CN206102823U名称为一种新型智能热水袋防爆架，中国专利CN205434059U名称为一种电热水袋安全防爆夹等。虽然，这种采用防爆夹的电热水袋可以提高电热水袋的使用安全性，但是存在以下一些的问题：
大部分防爆夹，结构复杂，使用寿命短，故障率高，容易损坏，使用不够安全，防爆夹内采用微动开关控制电路的通断。其存在的缺点是：电流经过接触点，接触点直径为1毫米左右，上面容易产生积碳，使触点难以承受电流的电弧，造成开关失灵。这些防爆夹的智能化程度低，不能检测用户是否进行规范加热，如用户未将热水袋水平放置加热，或用户在电加热过程中移动热水袋等行为。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种电热水袋智能防爆充电器，可检测电热水袋受热膨胀后是否处于即将爆炸的状态，可检测用户是否规范加热，可靠性高，漏警率低。
本发明所采用的技术方案为：一种电热水袋智能防爆充电器，包括姿态检测单元，所述的姿态检测单元附着在电热水袋外壳上，姿态检测单元通过传感器检测电热水袋外壳膨胀引起的姿态检测单元的姿态变化，若姿态变化超过设定值，如爆炸，则对电热水袋停止充电加热。
为了防止用户将热水袋放置在坡度较大的位置加热，导致热水袋内部的发热体露出水面干烧，缩短热水袋使用寿命或发热体干烧短路后产生的其他危险，本发明所述的姿态检测单元还通过传感器检测电热水袋的倾斜角度，若电热水袋的倾斜角度超过设定值，则对电热水袋停止充电加热。
为了防止用户边加热边使用，本发明所述的姿态检测单元还通过加速度传感器采集的加速度信号来判断电热水袋是否处于运动状态，如果电热水袋的运动加速度超过设定值，则表明热水袋处于运动状态，则对电热水袋停止充电加热。
进一步的说，本发明所述的传感器为加速度传感器，姿态检测单元通过加速度传感器采集的加速度信号换算得到角度数据，通过比较当前角度和初始角度的差值，即可得到角度变化数据。
再进一步的说，本发明所述的传感器为三轴加速度传感器，三轴加速度传感器采集电热水袋三个正交方向的加速度，并将采集到的加速度数据输出给信号处理模块。
为了增加产品的通用性，本发明包括插在电热水袋插座上的充电头，所述的姿态检测单元设置于充电头内，随充电头一起附着在电热水袋外壳上。
本发明所述的充电头内还设置有加电控制模块，所述的姿态检测单元与加电控制模块集成在电路板上，姿态检测单元包括传感器以及信号处理模块；所述的传感器采集电热水袋的姿态信号并输出给信号处理模块；所述的信号处理模块将采集到的姿态信号处理后输出指令至加电控制模块，进而决定对/不对电热水袋充电加热。
再进一步具体的说，本发明所述的信号处理模块根据三轴加速度传感器输出的加速度信号计算电热水袋加热过程中的充电头所插电热水袋部位表面与水平面的前后夹角的变化量和左右夹角的变化量判断电热水袋加热过程中是否过充膨胀至临近爆炸；
本发明所述的姿态检测单元设置于充电头内，随充电头一起附着在电热水袋外壳上，所述的充电头内还设置有加电控制模块，所述的姿态检测单元与加电控制模块集成在电路板上，姿态检测单元包括传感器以及信号处理模块；所述的传感器采集电热水袋的倾斜角度并输出给信号处理模块；所述的信号处理模块将采集到的电热水袋的倾斜角度处理后输出指令至加电控制模块，进而决定对/不对电热水袋充电加热。
再进一步具体的说，本发明所述的信号处理模块根据三轴加速度传感器输出的加速度信号计算电热水袋加热开始时刻的充电头所插电热水袋外壳表面与水平面的前后夹角和左右夹角判断电热水袋加热开始时刻的是否倾斜。
本发明所述的姿态检测单元设置于充电头内，随充电头一起附着在电热水袋外壳上，所述的充电头内还设置有加电控制模块，所述的姿态检测单元与加电控制模块集成在电路板上，姿态检测单元包括传感器以及信号处理模块；所述的传感器采集电热水袋的加速度信号并输出给信号处理模块；所述的信号处理模块将采集到的加速度信号处理后输出指令至加电控制模块，进而决定对/不对电热水袋充电加热。
为了防止用户对电热水袋进行长时间持续的充电，本发明在加热时间超过电热水袋设定的最长加热时间时对电热水袋停止充电加热。
为了能够更好的起到提醒作用，本发明还包括显示电热水袋的加热状态以及报警状态的报警信号灯模块；所述的报警信号灯模块与信号处理模块连接；
本发明还包括系统供电模块，所述的系统供电模块将交流电源转化为直流电源给三轴加速度采集模块、信号处理模块、加电控制模块和报警信号灯模块供电。
本发明的有益效果是：
1、本发明可检测电热水袋加热过程中充电头所插电热水袋部位上表面与水平面夹角的变化量，当热水袋温控开关损坏时，热水袋处于过加热状态，体积持续膨胀，充电头所插电热水袋部位的上表面与水平面的夹角持续变化，当形变量大于某设定值时，信号处理模块输出信号给加电控制模块，控制热水袋断电，提升用户使用安全性。
2、本发明可通过倾斜角检测热水袋加热时的初始水平度，促使用户对热水袋规范加热，防止用户将热水袋放置在坡度较大的位置加热，导致热水袋内部的发热体露出水面干烧，缩短热水袋使用寿命或发热体干烧短路后产生的其他危险，提升热水袋使用寿命和用户使用安全性。
3、本发明可通过运动加速度检测热水袋加热过程中是否被用户把玩使用，促使用户对热水袋规范加热，防止用户边加热边使用，提升用户使用安全性。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图；
图2是本发明的测量原理示意图；
图3是本发明的测量原理后视图；
图4-5是本发明的使用状态图；
图6是本发明的产品结构剖视图；
图中：101、三轴加速度采集模块；102、信号处理模块；100、系统供电模块；104、加电控制模块；103、报警信号灯模块；A、电热水袋；B、充电头；1、充电头外壳；2、电源线；3、姿态检测单元；4、集成电路板。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-6所示的是一种电热水袋智能防爆充电器，充电头B与电源线2一体设置，附着在电热水袋外壳上。使用状态如图4-5所示，姿态检测单元3设置在充电头内部的集成电路板上。
电路结构原理如图1所示，包括三轴加速度采集模块101、信号处理模块102、系统供电模块100、加电控制模块104以及报警信号灯模块103。
如图2所示，充电头B设置在电热水袋A表面非顶部正中央的位置。
三轴加速度采集模块安装在充电头内部集成电路板正中央，当充电头插在热水袋上时，三轴加速度采集模块的基准面与水平面存在两个固定夹角，前后夹角和左右夹角γ；
三轴加速度采集模块可以采集三个正交方向的加速度，ax、ay、az，加速度数据输出给信号处理模块；
信号处理模块与三轴加速度采集模块连接，接受三轴加速度采集模块输出的三轴加速度信号，经过信号处理，可解算出充电头所插热水袋部位上表面与水平面的两个夹角，前后夹角和左右夹角γ′
当加速度采集模块测量精度较高时，存在关系γ′≈γ；
以及，解算出三轴加速度采集模块的运动加速度asum
三轴加速度采集模块与充电头固连，充电头插在电热水袋上，三轴加速度采集模块的运动加速度asum即为电热水袋的运动加速度，当电热水袋静止时，asum值的大小等于当地重力加速度g
g≈9.8m/s2 (4)
当电热水袋运动时，asum值的大小以g值为初始值增大或减小；
信号处理模块根据用户设定的初始夹角门限参数和γ1判定热水袋加热开始时刻的水平放置姿态是否合理
热水袋加热开始时刻的水平放置姿态合理，则信号处理模块输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热，同时记录热水袋加热开始时刻的水平初始姿态和γ0，否则输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒1次慢闪烁报警给用户；
信号处理模块根据用户设定的运动加速度变化门限参数Δa判定热水袋加热过程中是否存在运动
热水袋加热过程中不存在运动，则信号处理模块输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热，否则输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒1次慢闪烁报警给用户；
信号处理模块可以检测热水袋上表面水平姿态变化量，根据用户设定的热水袋加热过程中上表面水平姿态变化门限参数判定热水袋是否过充临近爆炸
热水袋加热过程中未过充，则信号处理模块输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热，否则输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒5次快闪烁报警给用户；
信号处理模块可以检测热水袋持续加热时间，根据用户设定的热水袋最大加热时间门限参数Tmax，判定热水袋是否过充
热水袋加热过程中未过充，则信号处理模块输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热，否则输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒1次快闪烁报警给用户；
当智能加热插座处于报警状态时，需要用户从热水袋上拔下充电头或拔掉电源插头，警报方可解除。
系统供电模块将220V交流电源转化为3.3V直流电源给三轴加速度采集模块、信号处理模块、加电控制模块和报警信号灯模块供电；
加电控制模块由双向可控硅和驱动芯片组成，驱动芯片接受信号处理模块的控制信号，控制双向可控硅通断电，采用双向可控硅实现热水袋供电加热控制，实现给热水袋供电加热和断电不加热；无微动开关、行程开关或其他机械开关，可靠性高，使用寿命长。
报警信号灯模块由红色LED灯和绿色LED灯组成，红色LED灯由信号处理模块控制，实现每秒1次慢闪或每秒5次快闪给用户报警，绿色LED连接热水袋内部输出的报警信号，由温控开关控制，正常加热时一直点亮，加热完成时熄灭。
下面通过具体实施参数进行说明。
实施例一
设定的初始夹角门限参数和γ1＝10°，信号处理模块测量出ax＝2.0m/s2、ay＝0m/s2、az＝9.59m/s2，根据公式(1)～(2)计算出热水袋加热开始时刻的水平放置姿态为和γ′＝0°，根据公式(5)可以判定热水袋加热开始时刻的水平放置姿态不合理，信号处理模块输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒1次慢闪烁报警给用户。
实施例二
设定的初始夹角门限参数和γ1＝10°，信号处理模块测量出ax＝0.5m/s2、ay＝0m/s2、az＝9.787m/s2，根据公式(1)～(2)计算出热水袋加热开始时刻的水平放置姿态为和γ′＝0°，根据公式(5)可以判定热水袋加热开始时刻的水平放置姿态合理，信号处理模块输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热，同时记录热水袋加热开始时刻的水平初始姿态和γ0＝0°。
实施例三
设定的运动加速度变化门限参数Δa＝2m/s2，信号处理模块测量出ax＝3m/s2、ay＝0m/s2、az＝4m/s2，根据公式(3)计算出asum＝5m/s2，根据公式(6)判定热水袋加热过程中存在运动，输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒1次慢闪烁报警给用户。
实施例四
设定的运动加速度变化门限参数Δa＝2m/s2，信号处理模块测量出ax＝3m/s2、ay＝0m/s2、az＝9m/s2，根据公式(3)计算出asum＝9.49m/s2，根据公式(6)判定热水袋加热过程中不存在运动，则输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热。
实施例五
设定的热水袋加热过程中上表面水平姿态变化门限参数信号处理模块记录热水袋加热开始时刻的水平初始姿态加热过程中测量插座所插热水袋部位上表面与水平面的夹角根据公式(7)判定热水袋已过充临近爆炸，则输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒5次快闪烁报警给用户。
实施例六
设定的热水袋加热过程中上表面水平姿态变化门限参数信号处理模块记录热水袋加热开始时刻的水平初始姿态加热过程中测量插座所插热水袋部位上表面与水平面的夹角根据公式(7)判定热水袋未过充，则输出信号给加电控制模块对热水袋加电充热。
实施例七
设定的热水袋最大加热时间门限参数Tmax＝600s，信号处理模块记录热水袋持续加热时间thold＝601s，根据公式(8)判定热水袋过充，则输出信号给加电控制模块不对热水袋加电充热，同时输出信号给报警信号灯模块让红色报警信号以每秒1次快闪烁报警给用户。
本方案不适用充电头所插部位在热水袋顶部正中央的热水袋，这类热水袋膨胀时，顶部正中央的上表面与水平面的夹角变化不明显，会增加本方案的漏检率。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (13)

1.一种电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：包括姿态检测单元，所述的姿态检测单元附着在电热水袋外壳上，姿态检测单元通过传感器检测电热水袋外壳膨胀引起的姿态检测单元的姿态变化，若姿态变化超过设定值，则对电热水袋停止充电加热。
2.如权利要求1所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的姿态变化具体为角度变化。
3.如权利要求1所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的姿态检测单元还通过传感器检测电热水袋的倾斜角度，若电热水袋的倾斜角度超过设定值，则对电热水袋停止充电加热。
4.如权利要求2或3所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的传感器为加速度传感器，姿态检测单元通过加速度传感器采集的加速度信号换算得到角度数据，通过比较当前角度和初始角度的差值，即可得到角度变化数据。
5.如权利要求4所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的姿态检测单元还通过加速度传感器采集的加速度信号来判断电热水袋是否处于运动状态，如果电热水袋的运动加速度超过设定值，则表明热水袋处于运动状态，则对电热水袋停止充电加热。
6.如权利要求1、2、3或5所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：包括插在电热水袋插座上的充电头，所述的姿态检测单元设置于充电头内，随充电头一起附着在电热水袋外壳上。
7.如权利要求6所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的充电头内还设置有加电控制模块，所述的姿态检测单元与加电控制模块集成在电路板上，姿态检测单元包括传感器以及信号处理模块；所述的传感器采集电热水袋的姿态信号并输出给信号处理模块；所述的信号处理模块将采集到的姿态信号处理后输出指令至加电控制模块，进而决定对/不对电热水袋充电加热。
8.如权利要求6所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的姿态检测单元设置于充电头内，随充电头一起附着在电热水袋外壳上，所述的充电头内还设置有加电控制模块，所述的姿态检测单元与加电控制模块集成在电路板上，姿态检测单元包括传感器以及信号处理模块；所述的传感器采集电热水袋的倾斜角度并输出给信号处理模块；所述的信号处理模块将采集到的电热水袋的倾斜角度处理后输出指令至加电控制模块，进而决定对/不对电热水袋充电加热。
9.如权利要求6所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的姿态检测单元设置于充电头内，随充电头一起附着在电热水袋外壳上，所述的充电头内还设置有加电控制模块，所述的姿态检测单元与加电控制模块集成在电路板上，姿态检测单元包括传感器以及信号处理模块；所述的传感器采集电热水袋的加速度信号并输出给信号处理模块；所述的信号处理模块将采集到的加速度信号处理后输出指令至加电控制模块，进而决定对/不对电热水袋充电加热。
10.如权利要求6所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的传感器为三轴加速度传感器，三轴加速度传感器采集电热水袋三个正交方向的加速度，并将采集到的加速度数据输出给信号处理模块。
11.如权利要求10所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：所述的信号处理模块根据三轴加速度传感器输出的加速度信号计算电热水袋加热过程中的充电头所插电热水袋部位表面与水平面的前后夹角的变化量和左右夹角的变化量判断电热水袋加热过程中是否过充膨胀至临近爆炸；
所述的信号处理模块根据三轴加速度传感器输出的加速度信号计算电热水袋加热开始时刻的充电头所插电热水袋外壳表面与水平面的前后夹角和左右夹角判断电热水袋加热开始时刻的是否倾斜。
12.如权利要求1所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：该智能防爆充电器在加热时间超过电热水袋设定的最长加热时间时对电热水袋停止充电加热。
13.如权利要求1所述的电热水袋智能防爆充电器，其特征在于：还包括显示电热水袋的加热状态以及报警状态的报警信号灯模块；所述的报警信号灯模块与信号处理模块连接；
还包括系统供电模块，所述的系统供电模块将交流电源转化为直流电源给三轴加速度采集模块、信号处理模块、加电控制模块和报警信号灯模块供电。
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