CN110562073B - 一种自灭火式电动自行车充电器与方法 - Google Patents

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Abstract

一种自灭火式电动自行车充电器及方法，适用于家用电动车使用。包括密封与散热单元、供电单元、险情监测电路单元、灭火单元；其中供电单元、险情监测电路单元、灭火单元分别设置在密封与散热单元中，密封与散热单元包括外壳上和外壳下，外壳下两个长侧面面上分别设有多个作为入风口的栅格，外壳上设有栅格、散热扇，侧底部设有平行于长侧面的多条导粉槽，供电单元和险情监测电路单元分别设置在外壳下中开有入风口栅格处，灭火单元设置在外壳的短侧面内；当充电器内部温度过高、起火等多种险情，适用性较强，在险情初期就可触发灭火装置，及时性较强，可以短时间内喷出大量灭火粉末，排险效率高。其结构简单、安装方便、制造成本低、实用性强。

Description

一种自灭火式电动自行车充电器与方法
技术领域
本发明涉及一种充电器与方法，尤其适用于一种家用电动车使用的自灭火式电动自行车充电器与方法。
背景技术
由于节能、环保、省钱以及方便快捷等特点，电动自行车要比其他交通工具更受广大群众的青睐。
但是，当前电动自行车也存在一定的安全隐患，特别是夏季充电的时候，外界温度过高，充电器内部热量不能充分散去，造成电路板温度过高，就可能会引发火灾。而当前广泛使用的充电器缺少必要的灭火装置，近年来因为电动车充电起火引发了多起事故，造成了重大的人员伤亡与财产损失。
因此，设计一种自灭火式电动自行车充电器，在出现电路过热、起火等险情初期，此充电器使用内置灭火装置对电路板进行降温灭火。对于保障人员与财产安全、提升电动自行车的安全使用具有重要意义。
发明内容
发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，成本低，使用效果好的自灭火式电动自行车充电器与方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明自灭火式电动自行车充电器，包括密封与散热单元、供电单元、险情监测电路单元、灭火单元；其中供电单元、险情监测电路单元、灭火单元分别设置在密封与散热单元中，所述密封与散热单元为矩形结构，包括相互匹配组合的外壳上和外壳下，外壳下两个长侧面上分别设有多个作为入风口的栅格，外壳下的一个短侧面上设有多个作为出风口的栅格，外壳下内紧贴出风口设有散热扇，外壳下内侧底部设有平行于长侧面的多条导粉槽，导粉槽截面是多个平行布置的矩形凸起，彼此形成平行空间，防止灭火单元喷出的灭火粉在局部积聚；供电单元和险情监测电路单元分别设置在外壳下中开有入风口栅格处，散热扇启动后在入风口和出风口之间形成“人”字型风道，为供电单元和险情监测电路单元进行散热，灭火单元设置在外壳下的另一个没有栅格的短侧面内；
所述险情监测电路单元包括单片机、温度传感器、热管、烟雾传感器、升压模块；升压模块与单片机相邻设置，升压模块输入端与单片机数字输出端相连，单片机能够控制升压模块输出端获得十千伏以上高电压，热管贴合在供电单元周围的电路板上，温度传感器贴合在热管上，热管可以迅速将供电单元的热量传递到温度传感器上，温度传感器监测温度，将数据通过模拟输入口传送给单片机，单片机根据温度传感器返回的数值判断供电单元温度是否过热；散热扇启动后在入风口和出风口之间形成“人”字型风道，在供电单元产生烟雾时，风道将烟雾吹到烟雾传感器内部，烟雾传感器检测固体颗粒数目，单片机根据烟雾传感器返回的数据判断是否有烟雾生成；
所述灭火单元包括与外壳上和外壳下匹配的灭火壳体，其中灭火壳体内顺序设有氢气瓶、起爆腔和灭火粉腔，其中灭火粉腔设置在最靠近供电单元侧，起爆腔和灭火粉腔通过设置在两者之间的隔膜，灭火粉腔内设有灭火粉，灭火粉腔外侧开有便于灭火粉喷射的开口，开口上设有密封膜，氢气瓶尾部设有直线电机，直线电机尾部设有紧定螺钉，氢气瓶的头部设有气嘴，气嘴通过导气管与起爆腔的一端连接，起爆腔的另一端设有绝缘的电极管套，电极管套在起爆腔的侧面中部设有两根电极，两根电极分别与升压模块的输出端连接，灭火壳体上设有泄气孔，泄气孔投影位置处于起爆腔投影面中央、垂直于导气管轴线与氢气瓶轴线所在平面，泄气孔从灭火壳体一侧外壁贯穿至起爆腔内部，所述气嘴在被直线电机挤压后可释放的氢气瓶内的氢气，并沿着导气管在起爆腔与空气混合，电极在升压模块输出的高电压后击穿空气，放电引爆起爆腔中的氢气空气混合气体，爆炸作用下破坏隔膜，并继续作用在灭火粉腔中设置的灭火粉，使灭火粉冲击破坏密封膜形成单向喷射，沿着外壳上、外壳下设有的平行阵列布置矩形导粉槽，均匀分布在密封与散热单元构成的空间内部。
所述供电单元包括充电电路、降压电路、点动开关、继电器；充电电路为电动车的常规充电电路，降压电路型号为HLK-PM01型降压板，降压电路输入为220V交流电，与外部220v交流电相连，输出为5V直流电，与单片机的电源输入端连接；点动开关为常开按压开关，串联在220v电源的火线上，常开继电器的常开、COM端与点动开关并联，常开继电器的控制端与单片机的数字输出端相连，单片机可以控制常开继电器的断开与闭合，220V电源经过点动开关后，分别与充电电路、降压电路的输入端相连；按下点动开关，220V交流电输入到充电电路、降压电路，充电电路向电动车输送充电电流，降压电路将220V交流电转化为5V直流电，与降压电路相连的单片机启动，单片机向常开继电器输出控制信号，继电器保持闭合状态，此时松开点动开关，220V交流电也可以不断输入到充电电路、降压电路中，保证充电器的不断运转；当单片机检测到险情，则会停止向常开继电器输送控制信号，常开继电器断开220V交流电输入，充电器停止工作。
所述单片机型号为ArduinoUno，此型号单片机具备成熟的输入输出电路，便于使用；烟雾传感器型号为攀藤G7PMS7003，该型号传感器可检测直径在0.3～10微米的固体颗粒个数。
一种自灭火式电动自行车充电器的工作方法，其步骤如下：
在使用时连接220V交流电，通过按下点动开关，充电电路、降压电路得电，单片机控制继电器闭合，保持连接，供电单元不断获得220v电力输入，向外提供充电电流，同时向险情监测电路单元供电；
当发生险情时，温度传感器检测到充电电路超过80摄氏度，或者烟雾传感器检测到空气中颗粒浓度突增，则单片机控制直线电机推动氢气瓶，气嘴在被挤压后可释放氢气瓶内的氢气，氢气沿着导气管在起爆腔与空气混合，单片机驱动升压模块想电极释放高压电，电极在高电压后击穿空气，放电引爆起爆腔中的氢氧混合气体，爆炸作用下破坏隔膜，并继续作用在灭火粉腔中设置的灭火粉，使灭火粉冲击破坏密封膜形成单向喷射，沿着外壳上、外壳下设有的平行阵列布置矩形导粉槽均布在密封与散热单元内部；所述单片机驱动升压模块在电极放电后，控制继电器断开220v电力输入，充电器停止工作。
有益效果：
1、本发明所述的自灭火式电动自行车充电器可在发生充电器过热、起火等险情时，立即对电路部分降温灭火，反应速度快，指向性强；
2、本发明所述的自灭火式电动自行车充电器，可针对散热不良、热量积聚造成的电路板缓慢过热做出防护，也可针对电路短路等突发性起火做出防护，适用面广；
3、本发明所述的自灭火式电动自行车充电器，可针在发生电路过热、起火等险情时，立即断开电源输入，安全性高；
其结构简单，使用方便，能够自行判断充电器是否过热并发生燃烧，同时在检测到发生燃烧后启动干粉灭火，其体积小，使用方便，安全可靠。
附图说明
图1为本发明自灭火式电动自行车充电器的结构分块图；
图2为本发明自灭火式电动自行车充电器的整体结构外观图；
图3为本发明自灭火式电动自行车充电器的结构示意图；
图4为本发明自灭火式电动自行车充电器的导粉槽细节放大图；
图5为本发明灭火单元的剖视图图；
图6为本发明泄气孔的细节放大图；
图7为本发明自灭火式电动自行车充电器单元连接电路图；
具体操作方式
下面结合附图对具体实施方式做进一步说明。
如图1、图2和图3所示，本发明的自灭火式电动自行车充电器，其特征在于：它包括密封与散热单元1、供电单元2、险情监测电路单元3、灭火单元4；其中供电单元2、险情监测电路单元3、灭火单元4分别设置在密封与散热单元1中，所述密封与散热单元1为矩形结构，包括相互匹配组合的外壳上101和外壳下102，外壳下102两个长侧面上分别设有多个作为入风口103的栅格，外壳下102的一个短侧面上设有多个作为出风口104的栅格，外壳下102内紧贴出风口104设有散热扇105，如图4所示，外壳下102内侧底部设有平行于长侧面的多条导粉槽106，导粉槽106截面是多个平行布置的矩形凸起，如图4中的放大图A所示，彼此形成平行空间，防止灭火单元4喷出的灭火粉在局部积聚；供电单元2和险情监测电路单元3分别设置在外壳下102中开有入风口103栅格处，散热扇105启动后在入风口103和出风口104之间形成“人”字型风道，为供电单元2和险情监测电路单元3进行散热，灭火单元4设置在外壳下102的另一个没有栅格的短侧面内；
所述险情监测电路单元3包括单片机301、温度传感器302、热管303、烟雾传感器304、升压模块305；升压模块305与单片机301相邻设置，升压模块305输入端与单片机301数字输出端相连，单片机301能够控制升压模块305输出端获得十千伏以上高电压，热管303贴合在供电单元2周围的电路板上，温度传感器302贴合在热管303上，热管303可以迅速将供电单元2的热量传递到温度传感器302上，温度传感器302监测温度，将数据通过模拟输入口传送给单片机301，单片机301根据温度传感器302返回的数值判断供电单元2温度是否过热；散热扇105启动后在入风口103和出风口104之间形成“人”字型风道，在供电单元2产生烟雾时，风道将烟雾吹到烟雾传感器304内部，烟雾传感器304检测固体颗粒数目，单片机301根据烟雾传感器304返回的数据判断是否有烟雾生成；单片机301型号为ArduinoUno，此型号单片机具备成熟的输入输出电路，便于使用；烟雾传感器304型号为攀藤G7PMS7003，该型号传感器可检测直径在0.3～10微米的固体颗粒个数。
如图5所示，所述灭火单元4包括与外壳上101和外壳下102匹配的灭火壳体401，其中灭火壳体401内顺序设有氢气瓶404、起爆腔411和灭火粉腔410，其中灭火粉腔410设置在最靠近供电单元2侧，起爆腔411和灭火粉腔410通过设置在两者之间的隔膜412，灭火粉腔410内设有灭火粉413，灭火粉腔410外侧开有便于灭火粉413喷射的开口，开口上设有密封膜408，氢气瓶404尾部设有直线电机405，直线电机405尾部设有紧定螺钉406，氢气瓶404的头部设有气嘴403，气嘴403通过导气管402与起爆腔411的一端连接，如图5中的放大图B所示，起爆腔的另一端设有绝缘的电极管套，电极管套407在起爆腔411的侧面中部设有两根电极409，如图5中的放大图C所示，两根电极409分别与升压模块305的输出端连接，如图6所示，灭火壳体401上设有泄气孔414，如图6中的放大图D所示，泄气孔414投影位置处于起爆腔411投影面中央、垂直于导气管402轴线与氢气瓶404轴线所在平面，泄气孔从灭火壳体401一侧外壁贯穿至起爆腔411内部，所述气嘴403在被直线电机405挤压后可释放的氢气瓶404内的氢气，并沿着导气管402在起爆腔411与空气混合，电极409在升压模块305输出的高电压后击穿空气，放电引爆起爆腔411中的氢气空气混合气体，爆炸作用下破坏隔膜412，并继续作用在灭火粉腔410中设置的灭火粉413，使灭火粉413冲击破坏密封膜408形成单向喷射，沿着外壳上101、外壳下102设有的平行阵列布置矩形导粉槽106，均匀分布在密封与散热单元1构成的空间内部。
如图7所示，所述供电单元2包括充电电路201、降压电路202、点动开关203、继电器204；充电电路201为电动车的常规充电电路，降压电路202型号为HLK-PM01型降压板，降压电路202输入为220V交流电，与外部220v交流电相连，输出为5V直流电，与单片机301的电源输入端连接；点动开关203为常开按压开关，串联在220v电源的火线上，常开继电器204的常开、COM端与点动开关203并联，常开继电器204的控制端与单片机301的数字输出端相连，单片机301可以控制常开继电器204的断开与闭合，220V电源经过点动开关203后，分别与充电电路201、降压电路202的输入端相连；按下点动开关203，220V交流电输入到充电电路201、降压电路202，充电电路201向电动车输送充电电流，降压电路202将220V交流电转化为5V直流电，与降压电路202相连的单片机301启动，单片机301向常开继电器204输出控制信号，继电器204保持闭合状态，此时松开点动开关203，220V交流电也可以不断输入到充电电路201、降压电路202中，保证充电器的不断运转；当单片机301检测到险情，则会停止向常开继电器204输送控制信号，常开继电器204断开220V交流电输入，充电器停止工作。
一种自灭火式电动自行车充电器的工作方法，其步骤如下：
在使用时连接220V交流电，通过按下点动开关203，充电电路201、降压电路202得电，单片机301控制继电器204闭合，保持连接，供电单元2不断获得220v电力输入，向外提供充电电流，同时向险情监测电路单元3供电；
当发生险情时，温度传感器302检测到充电电路201超过80摄氏度，或者烟雾传感器304检测到空气中颗粒浓度突增，则单片机301控制直线电机405推动氢气瓶404，气嘴403在被挤压后可释放氢气瓶404内的氢气，氢气沿着导气管402在起爆腔411与空气混合，单片机301驱动升压模块305想电极409释放高压电，电极409在高电压后击穿空气，放电引爆起爆腔411中的氢氧混合气体，爆炸作用下破坏隔膜412，并继续作用在灭火粉腔410中设置的灭火粉413，使灭火粉413冲击破坏密封膜408形成单向喷射，沿着外壳上101、外壳下102设有的平行阵列布置矩形导粉槽106均布在密封与散热单元1内部；所述单片机301驱动升压模块305在电极409放电后，控制继电器204断开220v电力输入，充电器停止工作。

Claims (4)

1.一种自灭火式电动自行车充电器，其特征在于：它包括密封与散热单元(1)、供电单元(2)、险情监测电路单元(3)、灭火单元(4)；其中供电单元(2)、险情监测电路单元(3)、灭火单元(4)分别设置在密封与散热单元(1)中，所述密封与散热单元(1)为矩形结构，包括相互匹配组合的外壳上(101)和外壳下(102)，外壳下(102)两个长侧面上分别设有多个作为入风口(103)的栅格，外壳下(102)的一个短侧面上设有多个作为出风口(104)的栅格，外壳下(102)内紧贴出风口(104)设有散热扇(105)，外壳下(102)内侧底部设有平行于长侧面的多条导粉槽(106)，导粉槽(106)截面是多个平行布置的矩形凸起，彼此形成平行空间，防止灭火单元(4)喷出的灭火粉在局部积聚；供电单元(2)和险情监测电路单元(3)分别设置在外壳下(102)中开有入风口(103)栅格处，散热扇(105)启动后在入风口(103)和出风口(104)之间形成“人”字型风道，为供电单元(2)和险情监测电路单元(3)进行散热，灭火单元(4)设置在外壳下(102)的另一个没有栅格的短侧面内；
所述险情监测电路单元(3)包括单片机(301)、温度传感器(302)、热管(303)、烟雾传感器(304)、升压模块(305)；升压模块(305)与单片机(301)相邻设置，升压模块(305)输入端与单片机(301)数字输出端相连，单片机(301)能够控制升压模块(305)输出端获得十千伏以上高电压，热管(303)贴合在供电单元(2)周围的电路板上，温度传感器(302)贴合在热管(303)上，热管(303)可以迅速将供电单元(2)的热量传递到温度传感器(302)上，温度传感器(302)监测温度，将数据通过模拟输入口传送给单片机(301)，单片机(301)根据温度传感器(302)返回的数值判断供电单元(2)温度是否过热；散热扇(105)启动后在入风口(103)和出风口(104)之间形成“人”字型风道，在供电单元(2)产生烟雾时，风道将烟雾吹到烟雾传感器(304)内部，烟雾传感器(304)检测固体颗粒数目，单片机(301)根据烟雾传感器(304)返回的数据判断是否有烟雾生成；
所述灭火单元(4)包括与外壳上(101)和外壳下(102)匹配的灭火壳体(401)，其中灭火壳体(401)内顺序设有氢气瓶(404)、起爆腔(411)和灭火粉腔(410)，其中灭火粉腔(410)设置在最靠近供电单元(2)侧，起爆腔(411)和灭火粉腔(410)通过设置在两者之间的隔膜(412)，灭火粉腔(410)内设有灭火粉(413)，灭火粉腔(410)外侧开有便于灭火粉(413)喷射的开口，开口上设有密封膜(408)，氢气瓶(404)尾部设有直线电机(405)，直线电机(405)尾部设有紧定螺钉(406)，氢气瓶(404)的头部设有气嘴(403)，气嘴(403)通过导气管(402)与起爆腔(411)的一端连接，起爆腔(411)的另一端设有绝缘的电极管套(407)，电极管套(407)在起爆腔(411)的侧面中部设有两根电极(409)，两根电极(409)分别与升压模块(305)的输出端连接，灭火壳体(401)上设有泄气孔(414)，泄气孔(414)投影位置处于起爆腔(411)投影面中央、垂直于导气管(402)轴线与氢气瓶(404)轴线所在平面，泄气孔从灭火壳体(401)一侧外壁贯穿至起爆腔(411)内部，所述气嘴(403)在被直线电机(405)挤压后可释放的氢气瓶(404)内的氢气，并沿着导气管(402)在起爆腔(411)与空气混合，电极(409)在升压模块(305)输出的高电压后击穿空气，放电引爆起爆腔(411)中的氢气空气混合气体，爆炸作用下破坏隔膜(412)，并继续作用在灭火粉腔(410)中设置的灭火粉(413)，使灭火粉(413)冲击破坏密封膜(408)形成单向喷射，沿着外壳上(101)、外壳下(102)设有的平行阵列布置矩形导粉槽(106)，均匀分布在密封与散热单元(1)构成的空间内部。
2.根据权利要求1所述的自灭火式电动自行车充电器，其特征在于：所述供电单元(2)包括充电电路(201)、降压电路(202)、点动开关(203)、继电器(204)；充电电路(201)为电动车的常规充电电路，降压电路(202)型号为HLK-PM01型降压板，降压电路(202)输入为220V交流电，与外部220v交流电相连，输出为5V直流电，与单片机(301)的电源输入端连接；点动开关(203)为常开按压开关，串联在220v电源的火线上，常开继电器(204)的常开、COM端与点动开关(203)并联，常开继电器(204)的控制端与单片机(301)的数字输出端相连，单片机(301)可以控制常开继电器(204)的断开与闭合，220V电源经过点动开关(203)后，分别与充电电路(201)、降压电路(202)的输入端相连；按下点动开关(203)，220V交流电输入到充电电路(201)、降压电路(202)，充电电路(201)向电动车输送充电电流，降压电路(202)将220V交流电转化为5V直流电，与降压电路(202)相连的单片机(301)启动，单片机(301)向常开继电器(204)输出控制信号，继电器(204)保持闭合状态，此时松开点动开关(203)，220V交流电也可以不断输入到充电电路(201)、降压电路(202)中，保证充电器的不断运转；当单片机(301)检测到险情，则会停止向常开继电器(204)输送控制信号，常开继电器(204)断开220V交流电输入，充电器停止工作。
3.根据权利要求1所述的自灭火式电动自行车充电器，其特征在于：所述单片机(301)型号为ArduinoUno，此型号单片机具备成熟的输入输出电路，便于使用；烟雾传感器(304)型号为攀藤G7PMS7003，该型号传感器可检测直径在0.3～10微米的固体颗粒个数。
4.一种使用权利要求1所述自灭火式电动自行车充电器的工作方法，其特征在于步骤如下：
在使用时连接220V交流电，通过按下点动开关(203)，充电电路(201)、降压电路(202)得电，单片机(301)控制继电器(204)闭合，保持连接，供电单元(2)不断获得220v电力输入，向外提供充电电流，同时向险情监测电路单元(3)供电；
当发生险情时，温度传感器(302)检测到充电电路(201)超过80摄氏度，或者烟雾传感器(304)检测到空气中颗粒浓度突增，则单片机(301)控制直线电机(405)推动氢气瓶(404)，气嘴(403)在被挤压后可释放氢气瓶(404)内的氢气，氢气沿着导气管(402)在起爆腔(411)与空气混合，单片机(301)驱动升压模块(305)向 电极(409)释放高压电，电极(409)在高电压后击穿空气，放电引爆起爆腔(411)中的氢氧混合气体，爆炸作用下破坏隔膜(412)，并继续作用在灭火粉腔(410)中设置的灭火粉(413)，使灭火粉(413)冲击破坏密封膜(408)形成单向喷射，沿着外壳上(101)、外壳下(102) 设有的平行阵列布置矩形导粉槽(106)均布在密封与散热单元(1)内部；所述单片机(301)驱动升压模块(305)在电极(409)放电后，控制继电器(204)断开220v电力输入，充电器停止工作。
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