CN112652142A - 一种船舶动力电池火灾监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶动力电池火灾监测系统及方法，该方法包括：获取CAN控制器传输的多个传感监测值，多个传感监测值包括温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值；根据多个传感监测值，判断是否满足最高故障条件；若满足最高故障条件，则确定故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第一预设时长；若超过第一预设时长，则根据船舶运行状态控制进行报警。本发明通过采集动力电池箱体内压力、温度、湿度、烟雾、火焰热辐射，利用多源信息融合算法，达到报警准确、误报率极低的效果，使其具有灵敏度高、可靠性高、抗干扰、实时性好、具有主动响应火情机制的特点。

Description

一种船舶动力电池火灾监测系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶动力电池火灾监测系统及方法。

背景技术

近年来，由于受环境保护、减少有害气体排放等政策的影响，锂电池、氢氧燃料电池等清洁能源以及余热发电等技术正在船舶上得到应用，船舶能源种类从以化石能源为主的局面逐渐向低碳化能源转变。多种能源的接入推动了船舶动力系统朝着电气化方向发展，未来船舶的能源种类将多种多样，能源应用形式呈现多元化、混合化。但是，当前船用电池监测还停留在电芯级，船用电池的安全隐患不容忽视。现有技术中，对船用电池的预警往往是通过监测电池的温度是否达到警戒值，但该方法信息来源单一，准确度不高，误预警、漏预警的现象时有发生，且通信传递方式缓慢，对船舶的正常运行不利。

综上，如何高效率地针对船舶动力电池进行安全预警是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种船舶动力电池火灾监测系统及方法，用以解决现有技术如何高效率地针对船舶动力电池进行安全预警的问题。

本发明提供一种船舶动力电池火灾监测系统，包括多个传感器、主控芯片、存储电路、CAN控制器、供电电路、拓展IO口、高低电平电路以及报警电路，其中：

所述多个传感器，包括分别与所述CAN控制器电连接的温度传感器、压力传感器、湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器；

所述主控电路，分别与所述存储电路、所述CAN控制器、所述供电电路、所述拓展IO口、所述高低电平电路以及所述报警电路电连接；

所述CAN控制器，包括第一芯片U1、第二芯片U2、晶体振荡器、多个电容、多个电阻以及与所述多个传感器电连接的多个接插件，其中：

所述第一芯片U1的第一引脚电连接至所述第二芯片U2的第一引脚；所述第一芯片U1的第二引脚电连接至所述第二芯片U2的第四引脚；所述第一芯片U1的第七引脚分别电连接至所述晶体振荡器的第一端、第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地；所述第一芯片U1的第八引脚分别电连接至所述晶体振荡器的第二端、第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地；所述第一芯片U1的第九引脚接地；所述第一芯片U1的第十二管脚至第十六管脚分别电连接至第一接插件；所述第一芯片U1的第十七管脚电连接至第一电阻的第一端；所述第一芯片U1的第十八管脚分别电连接至供电电源VCC、所述第一电阻的第二端；

所述第二芯片U2的第二引脚、第八引脚接地；所述第二芯片U2的第三引脚电连接至所述供电电源VCC，所述第二芯片U2的第六引脚和第七引脚分别电连接至第一分流点，所述第一分流点分别电连接至第二接插件至第四接插件。

进一步地，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：无线通信电路，所述无线通信电路分别与所述多个传感器、所述主控芯片电连接。

进一步地，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：串口屏，所述串口屏与所述CAN控制器电连接。

进一步地，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：定位电路，所述定位电路与所述主控芯片电连接。

进一步地，所述报警电路包括语音报警器，所述语音报警器与所述主控芯片电连接。

进一步地，所述第一芯片U1芯片型号为MCP2515，所述第二芯片U2芯片型号为TJA1050。

本发明实施例还提供一种船舶动力电池火灾监测方法，基于如上所述的船舶动力电池火灾监测系统，所述船舶动力电池火灾监测方法包括：

获取CAN控制器传输的多个传感监测值，所述多个传感监测值包括温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值；

根据所述多个传感监测值，判断是否满足最高故障条件；

若满足所述最高故障条件，则确定故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第一预设时长；

若超过所述第一预设时长，则根据船舶运行状态控制进行报警。

进一步地，所述根据船舶运行状态控制进行报警包括：

若船舶为开动状态，则控制启动串口屏显示所述故障信息、控制启动报警电路实现声光报警；

若船舶为停靠状态，则控制启动无线通信电路将所述故障信息传输至指挥中心，并通过所述无线通信电路接入船舶的消防系统，以主动采取措施灭火。

进一步地，上述船舶动力电池火灾监测方法还包括：

若未超过所述第一预设时长，则判定故障消除，停止报警，并保存所述故障信息。

进一步地，上述船舶动力电池火灾监测方法还包括：

若未满足所述最高故障条件，则根据所述多个传感监测值，判断是否满足二级故障条件；

若满足所述二级故障条件，则确定所述故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第二预设时长；

若超过所述第二预设时长，则根据所述船舶运行状态控制进行报警；

若未满足所述二级故障条件，则根据所述多个传感监测值，判断是否满足三级故障条件；

若满足所述三级故障条件，则确定所述故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第三预设时长；

若超过所述第三预设时长，则根据所述船舶运行状态控制进行报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在船舶动力电池火灾监测系统中，通过设置多个传感器，通过采集动力电池箱体内压力、温度、湿度、烟雾、火焰热辐射，判断锂动力电池是否具有火灾隐患及火灾形成与否，并通过多个传感器与CAN控制器电连接的结构，结合CAN总线技术与通信技术将信息及时传输给主控芯片，将系统与船舶本身的电子系统网络架构结合，实现系统的模块化；通过设置主控电路分别与存储电路、CAN控制器、供电电路、拓展IO口、高低电平电路以及报警电路的电连接结构，实现接收多个传感监测值，以此进行有效的信号处理，并将信号处理的结果输出相应的控制信号，传输至存储电路和报警电路，以此进行故障信息的预警和存储，通过设置供电电路、拓展IO口、高低电平电路的电连接结构，有效地为主控电路供电，进行信号地输入输出；通过设置CAN控制器中的第一芯片U1与第二芯片U2之间的电连接结构，保证信号的稳定输入，通过设置多个电容、多个电阻以去除高频干扰，以此进一步使主控芯片稳定接收传感信号。除此之外，在本发明提出的船舶动力电池火灾监测方法中，首先，通过温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值，全面地结合多种因素判断动力电池的安全性，提高准确度；然后，根据预设的最高故障条件，结合多个传感监测值进行比较判断；进而，若满足最高故障条件，说明发生了故障，利用主控芯片对故障信息进行处理和判断，并结合两次故障确定的间隔时长，判断是否进行了处理，若还没处理，则继续报警。综上，本发明通过采集动力电池箱体内压力、温度、湿度、烟雾、火焰热辐射，利用多源信息融合算法，达到报警准确、误报率极低的效果，使其具有灵敏度高、可靠性高、抗干扰、实时性好、具有主动响应火情机制的特点。

附图说明

图1为本发明提供的船舶动力电池火灾监测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的CAN控制器的结构示意图；

图3为本发明提供的船舶动力电池火灾监测方法的流程示意图；

图4为本发明提供的报警的流程示意图；

图5为本发明提供的判断故障的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种船舶动力电池火灾监测系统，结合图1、图2来看，图1为本发明提供的船舶动力电池火灾监测系统的结构示意图，图2为本发明提供的CAN控制器的结构示意图，上述提供的船舶动力电池火灾监测系统包括包括多个传感器、主控芯片、存储电路、CAN控制器、供电电路、拓展IO口、高低电平电路以及报警电路，其中：

所述多个传感器，包括分别与所述CAN控制器电连接的温度传感器、压力传感器、湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器；

所述主控电路，分别与所述存储电路、所述CAN控制器、所述供电电路、所述拓展IO口、所述高低电平电路以及所述报警电路电连接；

所述CAN控制器，包括第一芯片U1、第二芯片U2、晶体振荡器、多个电容、多个电阻以及与所述多个传感器电连接的多个接插件，其中：

所述第一芯片U1的第一引脚电连接至所述第二芯片U2的第一引脚；所述第一芯片U1的第二引脚电连接至所述第二芯片U2的第四引脚；所述第一芯片U1的第七引脚分别电连接至所述晶体振荡器的第一端、第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地；所述第一芯片U1的第八引脚分别电连接至所述晶体振荡器的第二端、第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地；所述第一芯片U1的第九引脚接地；所述第一芯片U1的第十二管脚至第十六管脚分别电连接至第一接插件；所述第一芯片U1的第十七管脚电连接至第一电阻的第一端；所述第一芯片U1的第十八管脚分别电连接至供电电源VCC、所述第一电阻的第二端；

所述第二芯片U2的第二引脚、第八引脚接地；所述第二芯片U2的第三引脚电连接至所述供电电源VCC，所述第二芯片U2的第六引脚和第七引脚分别电连接至第一分流点，所述第一分流点分别电连接至第二接插件至第四接插件。

在本发明实施例中，在船舶动力电池火灾监测系统中，通过设置多个传感器，通过采集动力电池箱体内温度、湿度、烟雾、火焰热辐射，判断锂动力电池是否具有火灾隐患及火灾形成与否，并通过多个传感器与CAN控制器电连接的结构，结合CAN总线技术与通信技术将信息及时传输给主控芯片，将系统与船舶本身的电子系统网络架构结合，实现系统的模块化；通过设置主控电路分别与存储电路、CAN控制器、供电电路、拓展IO口、高低电平电路以及报警电路的电连接结构，实现接收多个传感监测值，以此进行有效的信号处理，并将信号处理的结果输出相应的控制信号，传输至存储电路和报警电路，以此进行故障信息的预警和存储，通过设置供电电路、拓展IO口、高低电平电路的电连接结构，有效地为主控电路供电，进行信号地输入输出；通过设置CAN控制器中的第一芯片U1与第二芯片U2之间的电连接结构，保证信号的稳定输入，通过设置多个电容、多个电阻以去除高频干扰，以此进一步使主控芯片稳定接收传感信号。

优选地，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：无线通信电路，所述无线通信电路分别与所述多个传感器、所述主控芯片电连接。由此，设置无线通信电路，保证系统通信方式的多样性，以此进行故障信息的准确传递。

优选地，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：串口屏，所述串口屏与所述CAN控制器电连接。由此，通过设置串口屏，利用CAN通信的双向性，通过CAN控制器接收主控芯片的控制信号，有效触发相关信息的显示。

优选地，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：定位电路，所述定位电路与所述主控芯片电连接。由此，设置定位电路，将定位电路的定位信号传输至主控芯片，有效触发主控芯片的控制。

优选地，所述报警电路包括语音报警器，所述语音报警器与所述主控芯片电连接。由此，设置语音报警器，接收主控芯片的控制信号，有效触发报警。

优选地，所述第一芯片U1芯片型号为MCP2515，所述第二芯片U2芯片型号为TJA1050。由此，选取对应的芯片型号，保证CAN通信的有效进行。

实施例2

本发明实施例提供了一种船舶动力电池火灾监测方法，结合图3来看，图3为本发明提供的船舶动力电池火灾监测方法的流程示意图，上述提供的船舶动力电池火灾监测方法包括步骤S1至步骤S4，其中：

在步骤S1中，获取CAN控制器传输的多个传感监测值，所述多个传感监测值包括温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值；

在步骤S2中，根据所述多个传感监测值，判断是否满足最高故障条件；

在步骤S3中，若满足所述最高故障条件，则确定故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第一预设时长；

在步骤S4中，若超过所述第一预设时长，则根据船舶运行状态控制进行报警。

在本发明实施例中，首先，通过温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值，全面地结合多种因素判断动力电池的安全性，提高准确度；然后，根据预设的最高故障条件，结合多个传感监测值进行比较判断；进而，若满足最高故障条件，说明发生了故障，利用主控芯片对故障信息进行处理和判断，并结合两次故障确定的间隔时长，判断是否进行了处理，若还没处理，则继续报警，以此保证报警的准确性。

优选地，结合图4来看，图4为本发明提供的报警的流程示意图，上述步骤S4包括步骤S41至步骤S42，其中：

在步骤S41中，若船舶为开动状态，则控制启动串口屏显示所述故障信息、控制启动报警电路实现声光报警。

在步骤S42中，若船舶为停靠状态，则控制启动无线通信电路将所述故障信息传输至指挥中心，并通过所述无线通信电路接入船舶的消防系统，以主动采取措施灭火。

由此，结合船舶的开动状态或停止状态，实现不同的报警方式，满足不同运行状态下的需求。

优选地，结合图5来看，图5为本发明提供的判断故障的流程示意图，上述船舶动力电池火灾监测方法还包括步骤S5至步骤S10，其中：

在步骤S5中，若未满足所述最高故障条件，则根据所述多个传感监测值，判断是否满足二级故障条件；

在步骤S6中，若满足所述二级故障条件，则确定所述故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第二预设时长；

在步骤S7中，若超过所述第二预设时长，则根据所述船舶运行状态控制进行报警；

在步骤S8中，若未满足所述二级故障条件，则根据所述多个传感监测值，判断是否满足三级故障条件；

在步骤S9中，若满足所述三级故障条件，则确定所述故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第三预设时长；

在步骤S10中，若超过所述第三预设时长，则根据所述船舶运行状态控制进行报警。

由此，设置最高故障条件、二级故障条件以及三级故障条件，以此进行故障判断，有效区分故障等级，以此便于操作人员进行相应的应对处理。

本发明公开了一种船舶动力电池火灾监测系统及方法，在船舶动力电池火灾监测系统中，通过设置多个传感器，通过采集动力电池箱体内压力、温度、湿度、烟雾、火焰热辐射，判断锂动力电池是否具有火灾隐患及火灾形成与否，并通过多个传感器与CAN控制器电连接的结构，结合CAN总线技术与通信技术将信息及时传输给主控芯片，将系统与船舶本身的电子系统网络架构结合，实现系统的模块化；通过设置主控电路分别与存储电路、CAN控制器、供电电路、拓展IO口、高低电平电路以及报警电路的电连接结构，实现接收多个传感监测值，以此进行有效的信号处理，并将信号处理的结果输出相应的控制信号，传输至存储电路和报警电路，以此进行故障信息的预警和存储，通过设置供电电路、拓展IO口、高低电平电路的电连接结构，有效地为主控电路供电，进行信号地输入输出；通过设置CAN控制器中的第一芯片U1与第二芯片U2之间的电连接结构，保证信号的稳定输入，通过设置多个电容、多个电阻以去除高频干扰，以此进一步使主控芯片稳定接收传感信号。除此之外，在本发明提出的船舶动力电池火灾监测方法中，首先，通过温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值，全面地结合多种因素判断动力电池的安全性，提高准确度；然后，根据预设的最高故障条件，结合多个传感监测值进行比较判断；进而，若满足最高故障条件，说明发生了故障，利用主控芯片对故障信息进行处理和判断，并结合两次故障确定的间隔时长，判断是否进行了处理，若还没处理，则继续报警。

本发明技术方案，通过采集动力电池箱体内温度、湿度、烟雾、火焰热辐射，利用多源信息融合算法，达到报警准确、误报率极低的效果，使其具有灵敏度高、可靠性高、抗干扰、实时性好、具有主动响应火情机制的特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶动力电池火灾监测系统，其特征在于，包括多个传感器、主控芯片、存储电路、CAN控制器、供电电路、拓展IO口、高低电平电路以及报警电路，其中：

所述多个传感器，包括分别与所述CAN控制器电连接的温度传感器、压力传感器、湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器；

所述主控电路，分别与所述存储电路、所述CAN控制器、所述供电电路、所述拓展IO口、所述高低电平电路以及所述报警电路电连接；

所述CAN控制器，包括第一芯片U1、第二芯片U2、晶体振荡器、多个电容、多个电阻以及与所述多个传感器电连接的多个接插件，其中：

所述第一芯片U1的第一引脚电连接至所述第二芯片U2的第一引脚；所述第一芯片U1的第二引脚电连接至所述第二芯片U2的第四引脚；所述第一芯片U1的第七引脚分别电连接至所述晶体振荡器的第一端、第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地；所述第一芯片U1的第八引脚分别电连接至所述晶体振荡器的第二端、第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地；所述第一芯片U1的第九引脚接地；所述第一芯片U1的第十二管脚至第十六管脚分别电连接至第一接插件；所述第一芯片U1的第十七管脚电连接至第一电阻的第一端；所述第一芯片U1的第十八管脚分别电连接至供电电源VCC、所述第一电阻的第二端；

所述第二芯片U2的第二引脚、第八引脚接地；所述第二芯片U2的第三引脚电连接至所述供电电源VCC，所述第二芯片U2的第六引脚和第七引脚分别电连接至第一分流点，所述第一分流点分别电连接至第二接插件至第四接插件。

2.根据权利要求1所述的船舶动力电池火灾监测系统，其特征在于，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：无线通信电路，所述无线通信电路分别与所述多个传感器、所述主控芯片电连接。

3.根据权利要求1所述的船舶动力电池火灾监测系统，其特征在于，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：串口屏，所述串口屏与所述CAN控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的船舶动力电池火灾监测系统，其特征在于，所述船舶动力电池火灾监测系统还包括：定位电路，所述定位电路与所述主控芯片电连接。

5.根据权利要求1所述的船舶动力电池火灾监测系统，其特征在于，所述报警电路包括语音报警器，所述语音报警器与所述主控芯片电连接。

6.根据权利要求1所述的船舶动力电池火灾监测系统，其特征在于，所述第一芯片U1芯片型号为MCP2515，所述第二芯片U2芯片型号为TJA1050。

7.一种船舶动力电池火灾监测方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的船舶动力电池火灾监测系统，所述船舶动力电池火灾监测方法包括：

获取CAN控制器传输的多个传感监测值，所述多个传感监测值包括温度监测值、压力监测值、湿度监测值、烟雾监测值、火焰监测值；

根据所述多个传感监测值，判断是否满足最高故障条件；

若满足所述最高故障条件，则确定故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第一预设时长；

若超过所述第一预设时长，则根据船舶运行状态控制进行报警。

8.根据权利要求7所述的船舶动力电池火灾监测方法，其特征在于，所述根据船舶运行状态控制进行报警包括：

若船舶为开动状态，则控制启动串口屏显示所述故障信息、控制启动报警电路实现声光报警；

若船舶为停靠状态，则控制启动无线通信电路将所述故障信息传输至指挥中心，并通过所述无线通信电路接入船舶的消防系统，以主动采取措施灭火。

9.根据权利要求8所述的船舶动力电池火灾监测方法，其特征在于，还包括：

若未超过所述第一预设时长，则判定故障消除，停止报警，并保存所述故障信息。

10.根据权利要求9所述的船舶动力电池火灾监测方法，其特征在于，还包括：

若未满足所述最高故障条件，则根据所述多个传感监测值，判断是否满足二级故障条件；

若满足所述二级故障条件，则确定所述故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第二预设时长；

若超过所述第二预设时长，则根据所述船舶运行状态控制进行报警；

若未满足所述二级故障条件，则根据所述多个传感监测值，判断是否满足三级故障条件；

若满足所述三级故障条件，则确定所述故障信息，并判断当前时刻与上次故障确定时刻的间隔时间是否超过第三预设时长；

若超过所述第三预设时长，则根据所述船舶运行状态控制进行报警。

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