CN111939500A - 一种充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法 - Google Patents

一种充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法，属于充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种充换电站的火情预警及消防联控系统硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括监控装置、预警装置和消防装置，所述监控装置设置在充换电站的内部及外部，用于对充换电站的火情信息进行监控及分析处理，所述充换电站的内部设置有多个电池，所述电池的外部设置有预警装置，所述预警装置能够采集电池的内部及外部状态信息、并将采集的信息发送至总控制器进行电池的火情相关参数信息判断；所述总控制器控制消防装置对发生火情的电池作出相应动作；本发明应用于充换电站。

Description

一种充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法
技术领域
本发明一种充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法，属于充换电站的火情预警及消防联控系统及其控制方法技术领域。
背景技术
电动车续航里程短、充电时间长，是目前制约其市场扩充的主要技术弊端。换电技术是用满电电池替换馈电电池，采用自动化换电作业，约3分钟完成电池更换，解决了电动车充电耗时的问题。
充换电站集电池充电、换电于一体，一个站至少储放几十块备用电池。鉴于目前电池着火引发的电动车事故频发，充换电站电池的安全管控是推广电动车换电技术的关键，因此,亟需提供一种能够实现充换电站的火情预警-消防联控的系统，提高站内安全。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种充换电站的火情预警及消防联控系统硬件结构的改进。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种充换电站的火情预警及消防联控系统，包括监控装置、预警装置和消防装置，所述监控装置设置在充换电站的内部及外部，用于对充换电站的火情信息进行监控及分析处理，所述充换电站的内部设置有多个电池，所述电池放置在电池充电架上，所述电池的外部设置有预警装置，所述预警装置能够采集电池的内部及外部状态信息、并将采集的信息发送至总控制器进行电池的火情相关参数信息判断；
所述总控制器控制消防装置对发生火情的电池作出相应动作。
所述预警装置包括烟雾传感器、第一热红外成像仪，所述烟雾传感器、第一热红外成像仪设置在充换电站的内部，用于采集电池的外部火情信息，所述烟雾传感器、第一热红外成像仪通过导线分别与总控制器相连。
所述消防装置包括灭火装置和消防柜，所述灭火装置设置在充换电站的内部，所述消防柜设置在充换电站的外部，用于对危险电池进行放置及降温处理；
所述消防柜的内部设置有水池和第二热红外成像仪，所述水池的表面设置有水管开关，所述水管开关、第二热红外成像仪分别通过导线与总控制器相连。
所述充换电站的内部还设置有报警装置，所述报警装置设置成对电池及充换电站内的火情状态进行报警，所述报警装置的动作通过总控制器进行控制。
所述灭火装置与预警装置联动，所述总控制器分析判断某一火情相关参数信息超出设定的安全阈值时，启动灭火措施，所述灭火措施包括启动报警装置、切断电池的外部电源、将故障电池转移至站外消防柜内、启动相应的灭火装置。
所述充换电站的内部还设置有电池中转架、电池自动搬运机器人，所述电池自动搬运机器人用于实现电池的搬运工作；
所述充换电站的外部还设置有换电机构，在换电机构与充换电站之间、消防柜与充换电站之间均设置有滑轨。
所述监控装置包括站内监控平台和远程监控平台，所述站内监控平台用于将火情信息进行站内显示，通过人工触发灭火装置启动或通过人工辅助灭火；
所述站内监控平台通过导线与总控制器相连；
所述远程监控平台用于将火情信息进行远程监控，所述远程监控平台通过无线网络与总控制器无线连接。
所述报警装置包括声光报警器，所述声光报警器通过导线与总控制器相连。
所述总控制器还通过导线与电池管理系统BMS的主控制器相连，用于将电池内部的电池信息传输至总控制器进行火情判断。
一种充换电站的火情预警及消防联控控制方法，包括以下步骤：
步骤一：控制烟雾传感器、第一热红外成像仪采集电池外部的火情信息，并将采集的火情信息发送至总控制器，电池管理系统BMS的主控制器发送电池内部的物理量数据至总控制器；
步骤二：总控制器分析判断电池的各物理量数据是否正常，同时判断火情信息是否在设定的阈值范围内，所述物理量数据包括单池电压、单池压差、单池温度、单池温度变化率、电池总电量SOC、电池绝缘值，所述火情信息包括烟雾浓度、环境温度，其中烟雾浓度异常范围为烟雾浓度不小于0.1mg/m3，环境温度异常范围为环境温度不小于68℃；
步骤三：总控制器对分析判断的结果进行相应控制，当电池的内部、外部火情信息均处于设定的对应阈值范围之内，充换电站正常运行；
当电池的内部、外部火情信息有任意参数值超出设定的阈值范围及出现异常时，转至步骤四；
步骤四：当出现异常的数据为电池内部的单池数据异常时，或当烟雾浓度数据异常、或环境温度数据异常时，总控制器执行总消防指令，所述总消防指令包括：启动报警装置及声光报警器报警、烟雾报警器报警，将异常数据信息发总之站内监控平台及远程监控平台，切断所有电池的外接电源；
步骤五：总控制器判断异常点位置，并控制相应装置执行相应的消防作业；判断情况为：当电池内部发生异常时，电池自动搬运机器人将异常电池迅速转移至消防柜，启动水池的水管开关打开水管，直至电池温度降至环境温度，关闭水管开关，通过第二热红外成像仪对电池外部信息继续监测观察24h，确保电池内部温度无异常；
当电池外部发生异常，启动站内的灭火装置，并迅速将危险点处的电池转移至安全处。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的充换电站的火情预警及消防联控系统通过在电池外部的充电及存放区设置烟雾传感器、第一热红外成像仪，可不间断地监控电池内、外部与火情密切相关的参数，具有报警-消防自动联控功能，提高了监控效率；采用热红外成像仪通过360度监控，可实现站内全方位温度采集；站内设置与火情传感器联动的灭火装置，当检测到某一参数超出其安全阈值时，启动灭火措施，包括发出声光报警、迅速切断所有电池外部电源、将故障电池转移至站外消防柜内、启动相应的灭火装置，响应快速及时，极大地提高了对充换电站内部火情的监控及消防处理效率。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图3为本发明控制方法的流程图。
图中：1为充换电站、2为电池充电架、3为电池中转架、4为电池、5为烟雾传感器、6为第一热红外成像仪、7为灭火装置、8为总控制器、9为电池自动搬运机器人、10为滑轨、11为消防柜、12为水池、13为站内监控平台、14为无线网络、15为远程监控平台、16为换电机构、17为第二热红外成像仪、18为声光报警器、121为水管开关。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明一种充换电站的火情预警及消防联控系统，包括监控装置、预警装置和消防装置，所述监控装置设置在充换电站1的内部及外部，用于对充换电站1的火情信息进行监控及分析处理，所述充换电站1的内部设置有多个电池4，所述电池4放置在电池充电架2上，所述电池4的外部设置有预警装置，所述预警装置能够采集电池4的内部及外部状态信息、并将采集的信息发送至总控制器8进行电池4的火情相关参数信息判断；
所述总控制器8控制消防装置对发生火情的电池4作出相应动作。
所述预警装置包括烟雾传感器5、第一热红外成像仪6，所述烟雾传感器5、第一热红外成像仪6设置在充换电站1的内部，用于采集电池4的外部火情信息，所述烟雾传感器5、第一热红外成像仪6通过导线分别与总控制器8相连。
所述消防装置包括灭火装置7和消防柜11，所述灭火装置7设置在充换电站1的内部，所述消防柜11设置在充换电站1的外部，用于对危险电池进行放置及降温处理；
所述消防柜11的内部设置有水池12和第二热红外成像仪17，所述水池12的表面设置有水管开关121，所述水管开关121、第二热红外成像仪17分别通过导线与总控制器8相连。
所述充换电站1的内部还设置有报警装置，所述报警装置设置成对电池4及充换电站1内的火情状态进行报警，所述报警装置的动作通过总控制器8进行控制。
所述灭火装置7与预警装置联动，所述总控制器8分析判断某一火情相关参数信息超出设定的安全阈值时，启动灭火措施，所述灭火措施包括启动报警装置、切断电池4的外部电源、将故障电池转移至站外消防柜11内、启动相应的灭火装置7。
所述充换电站1的内部还设置有电池中转架3、电池自动搬运机器人9，所述电池自动搬运机器人9用于实现电池的搬运工作；
所述充换电站1的外部还设置有换电机构16，在换电机构16与充换电站1之间、消防柜11与充换电站1之间均设置有滑轨10。
所述监控装置包括站内监控平台13和远程监控平台15，所述站内监控平台13用于将火情信息进行站内显示，通过人工触发灭火装置7启动或通过人工辅助灭火；
所述站内监控平台13通过导线与总控制器8相连；
所述远程监控平台15用于将火情信息进行远程监控，所述远程监控平台15通过无线网络14与总控制器8无线连接。
所述报警装置包括声光报警器18，所述声光报警器18通过导线与总控制器8相连。
所述总控制器8还通过导线与电池管理系统BMS的主控制器相连，用于将电池4内部的电池信息传输至总控制器8进行火情判断。
一种充换电站的火情预警及消防联控控制方法，包括以下步骤：
步骤一：控制烟雾传感器5、第一热红外成像仪6采集电池4外部的火情信息，并将采集的火情信息发送至总控制器8，电池管理系统BMS的主控制器发送电池4内部的物理量数据至总控制器8；
步骤二：总控制器8分析判断电池4的各物理量数据是否正常，同时判断火情信息是否在设定的阈值范围内，所述物理量数据包括单池电压、单池压差、单池温度、单池温度变化率、电池总电量SOC、电池绝缘值，所述火情信息包括烟雾浓度、环境温度，其中烟雾浓度异常范围为烟雾浓度不小于0.1mg/m3，环境温度异常范围为环境温度不小于68℃；
步骤三：总控制器8对分析判断的结果进行相应控制，当电池4的内部、外部火情信息均处于设定的对应阈值范围之内，充换电站1正常运行；
当电池4的内部、外部火情信息有任意参数值超出设定的阈值范围及出现异常时，转至步骤四；
步骤四：当出现异常的数据为电池4内部的单池数据异常时，或当烟雾浓度数据异常、或环境温度数据异常时，总控制器8执行总消防指令，所述总消防指令包括：启动报警装置及声光报警器报警、烟雾报警器报警，将异常数据信息发总之站内监控平台13及远程监控平台15，切断所有电池的外接电源；
步骤五：总控制器8判断异常点位置，并控制相应装置执行相应的消防作业；判断情况为：当电池4内部发生异常时，电池自动搬运机器人9将异常电池迅速转移至消防柜11，启动水池12的水管开关121打开水管，直至电池温度降至环境温度，关闭水管开关121，通过第二热红外成像仪17对电池外部信息继续监测观察24h，确保电池内部温度无异常；
当电池外部发生异常，启动站内的灭火装置7，并迅速将危险点处的电池转移至安全处。
本发明提供的充换电站的火情预警及消防联控系统，在动力电池内部、充换电站1内部均设置传感器，实时监测电池4内、外重要信息；充换电站1内设置总控制器8，通过接收电池4内、外的传感器信息，综合判断火情危险指数；充换电站1外设置消防柜11，用于危险电池的放置及降温、灭火；总控制器8判断电池4内火情参数超出安全阈值时，迅速将故障电池转移至站外消防柜11内，然后启动相应的降温、灭火工作；总控制器8判断电池4外部监测参数超出安全阈值时，立即启动站内灭火装置7；总控制器8可发送站内火警信息到远程监控平台15，实现远程监控。
本发明的充换电站的火情预警及消防联控系统，包括充换电站1、电池充电架2、电池中转架3、电池4、烟雾传感器5、第一热红外成像仪6、灭火装置7、总控制器8、电池自动搬运机器人9、滑轨10、消防柜11、水池12、站内监控平台13、无线网络14、远程总监控平台15、换电机构16、第二热红外成像仪17、声光报警器18和水管开关121。
首先在充换电站1内部设置电池自动搬运机器人9，完成电池的搬运工作，包括将汽车拆卸的馈电电池由换电机构16搬运至电池充电架2、将充满电的电池4由电池充电架2搬运至电池中转架3、将电池由电池中转架3搬至换电机构16、将非正常电池搬移至灭火柜11等。
站内设置总控制器8、烟雾传感器5、第一热红外成像仪6、灭火装置7，站外设置消防柜11，总控制器8接收电池管理系统BMS的主控制器、烟雾传感器5、第一热红外成像仪6的输出信息，当检测到电池参数（温度、单池电压、绝缘值、总电压、温升、压降等）、站内温度、烟雾浓度异常时，首先触发声光报警器18、将异常信息发送至站内监控平台13和远程总监控平台15、切断所有电池4外围电源。若总控制器8判断异常点位于电池内部，则立即将异常的电池4搬运至消防柜11，同时跟踪异常的电池4转移过程中各检测参数，判断是否启动灭火装置7；若总控制器8判断异常点在电池外部，则启动灭火装置7，同时将异常点周围电池，搬移至远离异常点。
站内设置报警器18、站内安全监控平台13，当异常发生时，除自动消除危险外，可人工辅助判断危险程度，必要时人工触发灭火装置7、或人工辅助灭火。
站外设置灭火柜11，用于异常电池的放置与降温、灭火处理。灭火柜11内设置第二热红外成像仪17、水池12，水池12具有可流动水源，水深可浸泡电池，可对异常电池进行降温处理，直至电池内部温度达到环境温度。
站外设置远程监控平台15和总监控平台，总监控平台监控各充换电站1信息，必要时调动外部灭火援助，进一步保障充换电站1安全。
第一热红外成像仪6、第二热红外成像仪17均采用360°监控方式实现对充换电站1及消防柜11内部的全方位温度监控，提高了火情检测效率。
本发明的工作流程如图3所示。1）总控制器8接收电池管理系统BMS主控制器、烟雾传感器5、第一热红外成像仪6监测信息。2）总控制器8判断各物理量是否正常（单池电压、单池压差、单池温度、单池温度变化率、电池总电量SOC、电池绝缘值、烟雾浓度、环境温度），若均处于对应阈值范围之内，则充换电站1正常运行。3）若任意参数值出现异常，包括电池管理系统BMS系统主控制器上传数据异常（如某品牌的单池电压低于2.8V或高于4.2V、单池压差大于500mV、单池温度高于65℃、单池温差大于15℃、SOC大于100%、电池绝缘值小于200kΩ，这些故障阈值的设置由电池供应商具体提供）、烟雾传感器采集数据异常（烟雾浓度≥0.1mg/m3）、热红外成像仪采集数据异常（环境温度≥68℃），总控制器8将执行总消防指令，包括：①声光报警器18启动，②异常信息发送至站内监控平台13、远程总监控平台15，③切断所有电池4的外接电源。4）总控制器8判断异常点位置，并执行相应的消防作业：①若电池内部发生异常，电池自动搬运机器人9将异常电池迅速转移至消防柜11，打开水管开关121，至电池4温度降至环境温度，关闭水管开关121，继续观察24h，确保电池4内部温度无异常；②若电池外部发生异常，则触发站内灭火装置7，并迅速将危险点处电池4转移至安全处。
电动车电池起火多因缺少安全监控、火情预警及联动灭火功能，本发明除利用电池4原有的安全监控及BMS系统，增加电池4外部充电及存放区域的烟雾浓度监控、热红外仪成像监控，可不间断地监控电池内、外部与火情密切相关的参数。
站内设置与火情信息联动的灭火装置7，当检测到某一参数超出其安全阈值时，启动灭火措施，包括发出声光报警器18发出声光报警、迅速切断所有电池外部电源、将故障电池转移至站外消防柜11内、启动相应的灭火装置7。
站内设置电池自动搬运机器人9，提高充换电站自动化程度，减少人工作业，避免电池火灾对人员的伤亡。
站外设置灭火柜11，用于放置故障危险电池，防止异常的电池4火灾蔓延，且灭火柜11内部设置第二热红外成像仪17、水池12，用于故障电池的状态监控、降温以防止火灾扩大。
站内监控平台13、远程总监控平台15，可实时了解站内信息，必要时增加人工干预进行灭火，避免危险的扩大。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种充换电站的火情预警及消防联控系统，包括监控装置、预警装置和消防装置，其特征在于：所述监控装置设置在充换电站（1）的内部及外部，用于对充换电站（1）的火情信息进行监控及分析处理，所述充换电站（1）的内部设置有多个电池（4），所述电池（4）放置在电池充电架（2）上，所述电池（4）的外部设置有预警装置，所述预警装置能够采集电池（4）的内部及外部状态信息、并将采集的信息发送至总控制器（8）进行电池（4）的火情相关参数信息判断；
所述总控制器（8）控制消防装置对发生火情的电池（4）作出相应动作。
2.根据权利要求1所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述预警装置包括烟雾传感器（5）、第一热红外成像仪（6），所述烟雾传感器（5）、第一热红外成像仪（6）设置在充换电站（1）的内部，用于采集电池（4）的外部火情信息，所述烟雾传感器（5）、第一热红外成像仪（6）通过导线分别与总控制器（8）相连。
3.根据权利要求2所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述消防装置包括灭火装置（7）和消防柜（11），所述灭火装置（7）设置在充换电站（1）的内部，所述消防柜（11）设置在充换电站（1）的外部，用于对危险电池进行放置及降温处理；
所述消防柜（11）的内部设置有水池（12）和第二热红外成像仪（17），所述水池（12）的表面设置有水管开关（121），所述水管开关（121）、第二热红外成像仪（17）分别通过导线与总控制器（8）相连。
4.根据权利要求3所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述充换电站（1）的内部还设置有报警装置，所述报警装置设置成对电池（4）及充换电站（1）内的火情状态进行报警，所述报警装置的动作通过总控制器（8）进行控制。
5.根据权利要求4所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述灭火装置（7）与预警装置联动，所述总控制器（8）分析判断某一火情相关参数信息超出设定的安全阈值时，启动灭火措施，所述灭火措施包括启动报警装置、切断电池（4）的外部电源、将故障电池转移至站外消防柜（11）内、启动相应的灭火装置（7）。
6.根据权利要求5所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述充换电站（1）的内部还设置有电池中转架（3）、电池自动搬运机器人（9），所述电池自动搬运机器人（9）用于实现电池的搬运工作；
所述充换电站（1）的外部还设置有换电机构（16），在换电机构（16）与充换电站（1）之间、消防柜（11）与充换电站（1）之间均设置有滑轨（10）。
7.根据权利要求6所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述监控装置包括站内监控平台（13）和远程监控平台（15），所述站内监控平台（13）用于将火情信息进行站内显示，通过人工触发灭火装置（7）启动或通过人工辅助灭火；
所述站内监控平台(13)通过导线与总控制器（8）相连；
所述远程监控平台（15）用于将火情信息进行远程监控，所述远程监控平台（15）通过无线网络（14）与总控制器（8）无线连接。
8.根据权利要求7所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述报警装置包括声光报警器（18），所述声光报警器（18）通过导线与总控制器（8）相连。
9.根据权利要求8所述的一种充换电站的火情预警及消防联控系统，其特征在于：所述总控制器（8）还通过导线与电池管理系统BMS的主控制器相连，用于将电池（4）内部的电池信息传输至总控制器（8）进行火情判断。
10.一种充换电站的火情预警及消防联控控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：控制烟雾传感器（5）、第一热红外成像仪（6）采集电池（4）外部的火情信息，并将采集的火情信息发送至总控制器（8），电池管理系统BMS的主控制器发送电池（4）内部的物理量数据至总控制器（8）；
步骤二：总控制器（8）分析判断电池（4）的各物理量数据是否正常，同时判断火情信息是否在设定的阈值范围内，所述物理量数据包括单池电压、单池压差、单池温度、单池温度变化率、电池总电量SOC、电池绝缘值，所述火情信息包括烟雾浓度、环境温度，其中烟雾浓度异常范围为烟雾浓度不小于0.1mg/m3，环境温度异常范围为环境温度不小于68℃；
步骤三：总控制器（8）对分析判断的结果进行相应控制，当电池（4）的内部、外部火情信息均处于设定的对应阈值范围之内，充换电站（1）正常运行；
当电池（4）的内部、外部火情信息有任意参数值超出设定的阈值范围及出现异常时，转至步骤四；
步骤四：当出现异常的数据为电池（4）内部的单池数据异常时，或当烟雾浓度数据异常、或环境温度数据异常时，总控制器（8）执行总消防指令，所述总消防指令包括：启动报警装置及声光报警器报警、烟雾报警器报警，将异常数据信息发总之站内监控平台(13)及远程监控平台(15)，切断所有电池的外接电源；
步骤五：总控制器（8）判断异常点位置，并控制相应装置执行相应的消防作业；判断情况为：当电池（4）内部发生异常时，电池自动搬运机器人（9）将异常电池迅速转移至消防柜（11），启动水池（12）的水管开关（121）打开水管，直至电池温度降至环境温度，关闭水管开关（121），通过第二热红外成像仪（17）对电池外部信息继续监测观察24h，确保电池内部温度无异常；
当电池外部发生异常，启动站内的灭火装置（7），并迅速将危险点处的电池转移至安全处。
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