CN206225496U

CN206225496U - 矿用锂电池防爆控制装置

Info

Publication number: CN206225496U
Application number: CN201621358076.2U
Authority: CN
Inventors: 魏来; 李楠
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2026-12-12

Abstract

本实用新型公开了一种矿用锂电池防爆控制装置，恒流源模块的输出端与温度采集模块相连，恒流源模块的输出端与压力采集模块相连，温度采集模块、压力采集模块均与锂电池模块连接；温度采集模块、压力采集模块、甲烷采集模块分别与对应的模拟电压比较模块的第一输入端连接，对应的参考电压模块的输出端分别与每个模拟电压比较模块的第二输入端连接，每个模拟电压比较模块的输出端均与光耦隔离模块的输入端连接，光耦隔离模块的输出端与断路器相连接。本实用新型解决了现有技术中矿用锂电池产生短路导致温度升高，或者由于过充、过放、长时间放置导致内压增加，都可能导致电池产生爆炸，进而导致井下可燃气体产生大面积爆炸的问题。

Description

矿用锂电池防爆控制装置

技术领域

本实用新型属于锂电池控制电路技术领域，涉及一种矿用锂电池防爆控制装置。

背景技术

目前煤炭矿井备用电源以及避难洞室供电系统多采用锂电池进行供电。锂电池具有体积小，容量大，电压稳定，可以循环使用等优点。煤矿井下含有大量的甲烷、煤尘等可燃性物质。当矿用锂电池产生短路导致温度升高，或者由于过充、过放、长时间放置导致内压增加，都可能导致电池产生爆炸，进而导致井下可燃气体产生大面积爆炸。因此，为防止锂电供电电源自爆导致煤矿矿井产生大面积爆炸事故的发生，亟需一种矿用锂电池防爆控制装置。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种矿用锂电池防爆控制装置，解决了现有技术中矿用锂电池产生短路导致温度升高，或者由于过充、过放、长时间放置导致内压增加，都可能导致电池产生爆炸，进而导致井下可燃气体产生大面积爆炸的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种矿用锂电池防爆控制装置，包括恒流源模块、压力采集模块、温度采集模块、甲烷采集模块、参考电压模块、模拟电压比较模块、光耦隔离模块与断路器；恒流源模块的输出端分别与温度采集模块、压力采集模块相连，温度采集模块、压力采集模块均与锂电池模块连接；温度采集模块、压力采集模块、甲烷采集模块分别与对应的模拟电压比较模块的第一输入端连接，对应的参考电压模块的输出端分别与每个模拟电压比较模块的第二输入端连接，每个模拟电压比较模块的输出端均与光耦隔离模块的输入端连接，光耦隔离模块的输出端与断路器相连接。

本实用新型的特征还在于，进一步的，所述恒流源模块包括电容C1、电阻R1、电阻R2、二极管D1、稳压二极管D2、三极管BG1、三极管BG2、电阻R3，电容C1、电阻R1、电阻R2的一端均与VCC电压端连接，电容C1的另一端与三极管BG1的集电极连接，电阻R1的另一端与三极管BG1的发射极连接，电阻R2的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与三极管BG1的基极、三极管BG2的集电极连接，三极管BG2的基极与三极管BG1的集电极连接，三极管BG2的发射极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与稳压二极管D2的正极连接，稳压二极管D2的正极为恒流源模块的输出端，稳压二极管D2的负极与三极管BG1的集电极连接。

进一步的，所述温度采集模块包括温度传感器，温度传感器一端与Tout端连接，温度传感器另一端接地；温度传感器的型号为PT100。

进一步的，所述压力采集模块包括压力传感器，压力传感器一端与Pout端连接，压力传感器另一端接地；压力传感器的型号为BX120。

进一步的，所述甲烷采集模块包括气体传感器，气体传感器的型号为ZYMQ-4，气体传感器的引脚3连接VCC电压端，气体传感器的引脚2接地；气体传感器的引脚1接Qout端。

进一步的，所述参考电压模块包括集成三端稳压块，集成三端稳压块的引脚3为输入端，集成三端稳压块的引脚2为输出端；集成三端稳压块的引脚3分别连接VCC电压端、二极管D4的负极，二极管D4的正极连接集成三端稳压块的引脚2，电阻R4一端连接集成三端稳压块的引脚2，电阻R4另一端与可调电阻R5一端串联，串联结点连接集成三端稳压块的引脚1，可调电阻R5另一端分别与电容C4的一端、电容C3的一端、电容C5的一端连接，电容C4的另一端连接集成三端稳压块的引脚1，电容C3的另一端连接集成三端稳压块的引脚3；电容C5的另一端与集成三端稳压块的引脚2连接。

进一步的，所述模拟电压比较模块包括与门集成芯片和三个比较电路，与门集成芯片的型号为74HC08，与门集成芯片的引脚1Y和与自身的引脚2A连接；三个比较电路均包括电压比较器和电阻R10，电压比较器的型号为LM339，三个比较电路的电压比较器的引脚12接地，引脚3连接VCC电压端，引脚2与引脚3之间连接电阻R10，引脚5连接参考电压模块5的输出端；第一路比较电路的电压比较器的引脚4连接温度采集模块的输出端，引脚2接与门集成芯片的引脚1A；第二路比较电路的电压比较器的引脚4连接压力采集模块的输出端，电压比较器的引脚2接与门集成芯片的引脚1B；第三路比较电路的电压比较器的引脚4连接甲烷采集模块的输出端，电压比较器的引脚2接与门集成芯片的引脚2B。

进一步的，所述光耦隔离模块包括光耦，光耦的型号为光耦TLP521，光耦的发光二级管正极和与门集成芯片的引脚2Y连接，光耦的发光二级管负极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，光耦的三极管发射极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端串联，电阻R13的另一端与电阻R11的接地端连接；光耦的三极管集电极连接VSS端。

进一步的，所述断路器包括三极管BG3、开关K1，电阻R12与电阻R13的串联结点与三极管BG3的基极连接，三极管BG3的发射极与电阻R11的接地端连接，三极管BG3的集电极与开关K1的一端连接，开关K1的另一端与VSS端连接，二极管D5的正极连接三极管BG3的集电极，二极管D5的负极连接VSS端。

本实用新型的有益效果是：本实用新型对锂电池的温度、内压以及井下环境进行实时检测，当温度过高、内压增大、甲烷等可燃性气体超标中的任何一项发生时，自动停止电池对外供电；该控制装置可以有效的防止环境甲烷含量过高，锂电池由于短路以及内压过大产生自爆从而导致大面积井下爆炸，为提高人身安全、保障安全生产奠定可靠基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

图中，1.恒流源模块，2.压力采集模块，3.温度采集模块，4.甲烷采集模块，5.参考电压模块，6.模拟电压比较模块，7.光耦隔离模块，8.断路器，9.锂电池模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型矿用锂电池防爆控制装置，包括恒流源模块1、压力采集模块2、温度采集模块3、甲烷采集模块4、参考电压模块5、模拟电压比较模块6、光耦隔离模块7与断路器8。恒流源模块1的输出端分别与温度采集模块3、压力采集模块2相连，温度采集模块3、压力采集模块2均与锂电池模块9连接，温度采集模块3对锂电池模块9的温度进行采集，压力采集模块2对锂电池模块9的内部压力进行采集；甲烷采集模块4检测环境中甲烷含量；温度采集模块3、压力采集模块2、甲烷采集模块4分别与对应的模拟电压比较模块6的第一输入端连接，对应的参考电压模块5的输出端分别与每个模拟电压比较模块6的第二输入端连接，每个模拟电压比较模块6的输出端均与光耦隔离模块7的输入端连接，对模拟电压比较模块6的输出信号进行隔离和放大，光耦隔离模块7的输出端与断路器8相连接，根据模拟电压比较模块6的输出控制断路器8的导通与闭合。

恒流源模块1包括电容C1、电阻R1、电阻R2、二极管D1、稳压二极管D2、三极管BG1、三极管BG2、电阻R3，电容C1、电阻R1、电阻R2的一端均与VCC电压端连接，电容C1的另一端与三极管BG1的集电极连接，电阻R1的另一端与三极管BG1的发射极连接，电阻R2的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与三极管BG1的基极、三极管BG2的集电极连接，三极管BG2的基极与三极管BG1的集电极连接，三极管BG2的发射极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与稳压二极管D2的正极连接，稳压二极管D2的正极为恒流源模块1的输出端，稳压二极管D2的负极与三极管BG1的集电极连接。

温度采集模块3包括温度传感器，温度传感器一端与Tout端连接，温度传感器另一端接地；温度传感器的型号为PT100，用来采集电池的温度，防止温度过高。

压力采集模块2包括压力传感器，压力传感器一端与Pout端连接，压力传感器另一端接地；压力传感器的型号为BX120，用来采集电池的内压。

甲烷采集模块4包括气体传感器，气体传感器的型号为ZYMQ-4，气体传感器的引脚3连接VCC电压端，气体传感器的引脚2接地；气体传感器的引脚1接Vout端或Qout端。

参考电压模块5包括集成三端稳压块，集成三端稳压块的型号为LM317；集成三端稳压块的引脚3为输入端，集成三端稳压块的引脚2为输出端；集成三端稳压块的引脚3分别连接VCC电压端、二极管D4的负极，二极管D4的正极连接集成三端稳压块的引脚2，电阻R4一端连接集成三端稳压块的引脚2，电阻R4另一端与可调电阻R5一端串联，串联结点连接集成三端稳压块的引脚1，可调电阻R5另一端分别与电容C4的一端、电容C3的一端、电容C5的一端连接，电容C4的另一端连接集成三端稳压块的引脚1，电容C3的另一端连接集成三端稳压块的引脚3；电容C5的另一端与集成三端稳压块的引脚2连接。

模拟电压比较模块6包括三个比较电路和与门集成芯片，与门集成芯片的型号为74HC08，与门集成芯片的引脚1Y和与自身的引脚2A连接。三个比较电路均包括电压比较器和电阻R10，电压比较器的型号为LM339；三个比较电路的电压比较器的引脚12接地，引脚3连接VCC电压端，引脚2与引脚3之间连接电阻R10，引脚5连接参考电压模块5的输出端；第一路比较电路的电压比较器的引脚4连接Tout端，引脚2接与门集成芯片的引脚1A；第二路比较电路的电压比较器的引脚4连接Pout端，电压比较器的引脚2接与门集成芯片的引脚1B；第三路比较电路的电压比较器的引脚4连接Qout端，电压比较器的引脚2接与门集成芯片的引脚2B。

光耦隔离模块7包括光耦，光耦的型号为光耦TLP521，光耦的发光二级管正极和与门集成芯片的引脚2Y连接，光耦的发光二级管负极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，光耦的三极管发射极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端串联，电阻R13的另一端与电阻R11的接地端连接；光耦的三极管集电极连接VSS端。

断路器8包括三极管BG3、开关K1，电阻R12与电阻R13的串联结点与三极管BG3的基极连接，三极管BG3的发射极与电阻R11的接地端连接，三极管BG3的集电极与开关K1的一端连接，开关K1的另一端与VSS端连接，二极管D5的正极连接三极管BG3的集电极，二极管D5的负极连接VSS端。

与门集成芯片对采集的温度、压力、甲烷信号进行与操作，温度、压力、甲烷值在设定范围内，输出为0，光耦隔离模块7处于断路状态，系统正常工作；温度、压力、甲烷中的任一测量值超出范围，输出为1，光耦隔离模块7工作，切断系统的工作状态。

其中，电阻R1的阻值为1KΩ，电阻R2的阻值为1KΩ，电阻R3的阻值为330Ω，电阻R4的阻值为1KΩ，可调电阻R5的阻值为3.3KΩ，电阻R10的阻值为4.7KΩ，电阻R11的阻值为1KΩ，电阻R12的阻值为1KΩ，电阻R13的阻值为4.7KΩ；电容C4的型号为10μF/25V，电容C5的电容为100μF。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，包括恒流源模块(1)、压力采集模块(2)、温度采集模块(3)、甲烷采集模块(4)、参考电压模块(5)、模拟电压比较模块(6)、光耦隔离模块(7)与断路器(8)；恒流源模块(1)的输出端分别与温度采集模块(3)、压力采集模块(2)相连，温度采集模块(3)、压力采集模块(2)均与锂电池模块(9)连接；温度采集模块(3)、压力采集模块(2)、甲烷采集模块(4)分别与对应的模拟电压比较模块(6)的第一输入端连接，对应的参考电压模块(5)的输出端分别与每个模拟电压比较模块(6)的第二输入端连接，每个模拟电压比较模块(6)的输出端均与光耦隔离模块(7)的输入端连接，光耦隔离模块(7)的输出端与断路器(8)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述恒流源模块(1)包括电容C1、电阻R1、电阻R2、二极管D1、稳压二极管D2、三极管BG1、三极管BG2、电阻R3，电容C1、电阻R1、电阻R2的一端均与VCC电压端连接，电容C1的另一端与三极管BG1的集电极连接，电阻R1的另一端与三极管BG1的发射极连接，电阻R2的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别与三极管BG1的基极、三极管BG2的集电极连接，三极管BG2的基极与三极管BG1的集电极连接，三极管BG2的发射极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与稳压二极管D2的正极连接，稳压二极管D2的正极为恒流源模块(1)的输出端，稳压二极管D2的负极与三极管BG1的集电极连接。

3.根据权利要求1所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述温度采集模块(3)包括温度传感器，温度传感器一端与Tout端连接，温度传感器另一端接地；温度传感器的型号为PT100。

4.根据权利要求1所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述压力采集模块(2)包括压力传感器，压力传感器一端与Pout端连接，压力传感器另一端接地；压力传感器的型号为BX120。

5.根据权利要求1所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述甲烷采集模块(4)包括气体传感器，气体传感器的型号为ZYMQ-4，气体传感器的引脚3连接VCC电压端，气体传感器的引脚2接地；气体传感器的引脚1接Qout端。

6.根据权利要求1所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述参考电压模块(5)包括集成三端稳压块，集成三端稳压块的引脚3为输入端，集成三端稳压块的引脚2为输出端；集成三端稳压块的引脚3分别连接VCC电压端、二极管D4的负极，二极管D4的正极连接集成三端稳压块的引脚2，电阻R4一端连接集成三端稳压块的引脚2，电阻R4另一端与可调电阻R5一端串联，串联结点连接集成三端稳压块的引脚1，可调电阻R5另一端分别与电容C4的一端、电容C3的一端、电容C5的一端连接，电容C4的另一端连接集成三端稳压块的引脚1，电容C3的另一端连接集成三端稳压块的引脚3；电容C5的另一端与集成三端稳压块的引脚2连接。

7.根据权利要求1所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述模拟电压比较模块(6)包括与门集成芯片和三个比较电路，与门集成芯片的型号为74HC08，与门集成芯片的引脚1Y和与自身的引脚2A连接；三个比较电路均包括电压比较器和电阻R10，电压比较器的型号为LM339；三个比较电路的电压比较器的引脚12接地，引脚3连接VCC电压端，引脚2与引脚3之间连接电阻R10，引脚5连接参考电压模块(5)的输出端；第一路比较电路的电压比较器的引脚4连接温度采集模块(3)的输出端，引脚2接与门集成芯片的引脚1A；第二路比较电路的电压比较器的引脚4连接压力采集模块(2)的输出端，电压比较器的引脚2接与门集成芯片的引脚1B；第三路比较电路的电压比较器的引脚4连接甲烷采集模块(4)的输出端，电压比较器的引脚2接与门集成芯片的引脚2B。

8.根据权利要求7所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述光耦隔离模块(7)包括光耦，光耦的型号为光耦TLP521，光耦的发光二级管正极和与门集成芯片的引脚2Y连接，光耦的发光二级管负极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端接地，光耦的三极管发射极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R13的一端串联，电阻R13的另一端与电阻R11的接地端连接；光耦的三极管集电极连接VSS端。

9.根据权利要求8所述的一种矿用锂电池防爆控制装置，其特征在于，所述断路器(8)包括三极管BG3、开关K1，电阻R12与电阻R13的串联结点与三极管BG3的基极连接，三极管BG3的发射极与电阻R11的接地端连接，三极管BG3的集电极与开关K1的一端连接，开关K1的另一端与VSS端连接，二极管D5的正极连接三极管BG3的集电极，二极管D5的负极连接VSS端。