CN209149526U - 一种锂电池火灾报警与防护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及报警装置技术领域，尤其为一种锂电池火灾报警与防护装置，包括主控单元以及盒体，所述电压采集接口、电流采集模块以及三位一体探测模块均连接AD转换模块，且电压采集接口、电流采集模块与锂电池输出端连接，所述三位一体探测模块设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述AD转换模块连接到CAN通信模块，所述主控单元通过CAN总线与CAN通信模块连接，所述CAN通信模块通过电量计量模块与AD转换模块连接，所述CAN通信模块连接有细水雾灭火装置。本实用新型，能有效探测到电池箱的早期火灾并给予报警，同时实现火灾自动扑灭并持续抑制，杜绝电池的火灾复燃。能够有效的降低火灾风险，保护生命与财产安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及报警装置技术领域，具体为一种锂电池火灾报警与防护装置。
背景技术
目前新能源汽车动力电池使用的主流电池是锂电池(包括三元电池在内)。伴随着锂电池安全问题日益突出，如电池使用过程中因与安装箱体之间撞击、连接件松动引起过流发热、电池管理系统失控导致过充或过放、因外力因素导致的电池内部或外部线路短路等原因造成电池内部温度升高而导致电解液挥发分解并产生可燃气体，电池发生鼓包、爆裂最后发生火灾的情况，如何能及时有效探测到电池箱的早期火灾并给予报警，同时实现火灾自动扑灭并持续抑制、降低火灾风险，保护生命与财产安全是亟待解决的难题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种锂电池火灾报警与防护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。所述锂电池火灾报警与防护装置能有效探测到电池箱的早期火灾并给予报警，同时实现火灾自动扑灭并持续抑制，杜绝电池的火灾复燃。能够有效的降低火灾风险，保护生命与财产安全。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种锂电池火灾报警与防护装置，包括主控单元以及盒体，还包括电压采集接口、电流采集模块以及温度采集模块和三位一体探测模块，所述电压采集接口、电流采集模块以及三位一体探测模块均连接AD转换模块，且电压采集接口、电流采集模块与锂电池输出端连接，所述三位一体探测模块设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述AD转换模块连接到CAN通信模块，所述主控单元安装在盒体内，且通过CAN总线与CAN通信模块连接，所述CAN通信模块通过电量计量模块与AD转换模块连接，所述CAN通信模块连接有细水雾灭火装置，所述细水雾灭火装置设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述主控单元还连接有报警模块。
优选的，所述三位一体探测模块包括用于监测锂电池箱内环境温度变化的温度传感器、分别探测锂电池箱内是否发生电解液泄漏产生的可燃气体以及是否有火焰产生的可燃气体传感器以及红外火焰传感器。
优选的，所述报警模块包括安装在盒体上的蜂鸣器以及报警指示灯。
优选的，还包括与主控单元连接的OLED显示屏以及手动开关，所述OLED显示屏以及手动开关安装在盒体上。
优选的，所述主控单元采用STC12C5A60S芯片，电流采集模块采用ACS712ELCTRG-05B型霍尔式电流互感器，AD转换模块采用MSP430，电量计量模块采用HLW8012芯片，温度采集模块采用DS18B20温度传感器、可燃气体传感器为TGS-813可燃气体传感器，红外火焰传感器采用火焰传感器JNHB1004。
优选的，所述OLED显示屏采用采用分辨率为128×64、型号为WEO012864G的OLED屏。
优选的，所述CAN通信模块采用CAN控制器，与温度传感器、红外传感器以及可燃气体传感器、报警模块组成CAN线内网，通过广播方式接收其内部环境数据。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型，使用时，电压采集接口、ACS712ELCTRG-05B型霍尔式电流互感器、DS18B20温度传感器、TGS-813可燃气体传感器、火焰传感器JNHB1004能够对电池工作电压、电流、温度及荷电状态等主要参数和工作状态进行实时监控和健康评估，参数异常时，利用细水雾灭火装置进行有效的灭火，降低锂电池温度，预防复燃的发生，通过报警指示灯4自主声光报警。
本实用新型，能有效探测到电池箱的早期火灾并给予报警，同时实现火灾自动扑灭并持续抑制，杜绝电池的火灾复燃。能够有效的降低火灾风险，保护生命与财产安全。
附图说明
图1为本实用新型原理框图；
图2为本实用新型三位一体探测模块示意图；
图3为本实用新型结构示意图；
图4为本实用新型各部件分布在公交车上的示意图；
图5为本实用新型主控单元功能原理框图。
图中：1-盒体；2-OLED显示屏；3-手动开关；4-报警指示灯；5-蜂鸣器；6-CAN通信模块接口。
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。
请参阅图1～5，本实用新型提供一种技术方案：
一种锂电池火灾报警与防护装置，包括主控单元以及盒体1，还包括电压采集接口、电流采集模块以及温度采集模块和三位一体探测模块，所述电压采集接口、电流采集模块以及三位一体探测模块均连接AD转换模块，且电压采集接口、电流采集模块与锂电池输出端连接，所述三位一体探测模块设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述AD转换模块连接到CAN通信模块，所述主控单元安装在盒体1内，且通过CAN总线与CAN通信模块连接，所述CAN通信模块通过电量计量模块与AD转换模块连接，所述CAN通信模块连接有细水雾灭火装置，所述细水雾灭火装置设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述主控单元还连接有报警模块。
所述三位一体探测模块包括用于监测锂电池箱内环境温度变化的温度传感器、分别探测锂电池箱内是否发生电解液泄漏产生的可燃气体以及是否有火焰产生的可燃气体传感器以及红外火焰传感器。
所述报警模块包括安装在盒体上的蜂鸣器5以及报警指示灯4。
还包括与主控单元连接的OLED显示屏2以及手动开关3，所述OLED显示屏2以及手动开关3安装在盒体1上。
所述主控单元采用STC12C5A60S芯片，电流采集模块采用ACS712ELCTR G-05B型霍尔式电流互感器，AD转换模块采用MSP430，电量计量模块采用HLW8012芯片，温度采集模块采用DS18B20温度传感器、可燃气体传感器为TGS-813可燃气体传感器，红外火焰传感器采用火焰传感器JNHB1004。
所述OLED显示屏2采用采用分辨率为128×64、型号为WEO012864G的OLED屏。
如图3所示，该装置的OLED显示屏2、手动开关3、报警指示灯4、蜂鸣器5、CAN通信模块接口6对应安装在盒体1的内外，电压采集接口、电流采集模块设置在在所要监测的锂电池安装箱内，并且连接到锂电池的输入端上，气体采样泵安装在所要监测的锂电池安装箱内，并将箱内气体送入到气相色谱仪，对气体成分进行定性分析。安装尺寸规格为22mm×44mm，该尺寸与驾驶室常用面板开关安装尺寸相同。
如图4所示，主控单元、OLED显示屏2、手动开关3、报警指示灯4、蜂鸣器5、CAN通信模块接口6集成在盒体1上，然后安装在客车或公交车的驾驶室的面板上：A处，三位一体探测模块安装在客车或公交车的安装锂电池的箱体B内：D处，细水雾灭火装置安装在客车或公交车的安装锂电池的箱体内：C处，三位一体探测模块、细水雾灭火装置通过CAN总线与CAN通信模块接口6连接，实现主控单元对其的控制。
OLED显示屏2，将探测数据及报警状态进行实时显示，显示内容包括电池箱标号，探测器工作状态，工作状态内容如下：正常工作、可燃气体报警、高温报警、火灾报警、灭火剂触发、故障报警；
蜂鸣器5，当监测点发生险情时，蜂鸣器5发出刺耳的报警声，该报警开关集成了声光报警功能，监测点发生险情时，报警开关能够发出醒目的声光报警；
报警指示灯4采用(三组)发光指示灯，当监测点发生初级险情时，黄色指示灯间隔性闪烁；出现较高级别险情时，黄色指示灯和红色指示灯常亮；
防误动手动开关，必要情况下，可由驾驶员进行操作，启动灭火剂进行灭火；
CAN通讯模块，与探AD转换器、DS18B20温度传感器之间通过CAN总线进行通讯，并具备CAN转发功能；
该报警开关的主控单元、OLED显示屏2手动开关3、报警指示灯4、蜂鸣器5与电压采集接口、电流采集模块、AD转换器、DS18B20温度传感器、组成CAN线内网，通过应答方式接收安装锂电池箱体内部环境数据，并向整车控制器CAN线外网进行转发。
一种锂电池火灾报警与防护装置，报警包括如下步骤：
OLED显示屏2，将探测数据及报警状态进行实时显示，显示策略如下：
①可燃气体报警：发生可燃气体泄漏
②高温报警：电池箱内部温度高于设定阈值
③火灾报警：出现明火
④细水雾灭火装置的灭火剂触发：灭火剂已触发
⑤故障报警：探测器发生故障
⑥电池箱编号
显示屏采用分辨率为128×64的OLED屏，安装在报警开关顶盖处，该显示屏无背光，具有低功耗的特点；
蜂鸣器，当监测点发生险情时，蜂鸣器发出刺耳的报警声；
采用dB>85(小于1米范围内)的蜂鸣器进行声音报警，当监测点发生险情时，蜂鸣器发出刺耳的报警声，提醒驾驶员；
发光指示灯，安装在顶盖处，当监测点发生初级险情时，黄色指示灯间隔性闪烁；出现较高级别险情时，黄色指示灯和红色指示灯常亮；
防误动手动开关，具有破拨部件，必要情况下，可由驾驶员进行操作，启动灭火剂进行灭火；
报警开关内部集成CAN通讯模块，能够与DS18B20温度传感器、气体采样泵等之间通过CAN总线进行通讯，并具备CAN转发功能。
为了适应新能源汽车仪表台安装尺寸要求，增加该装置的安装通用性，该装置盒体1开关安装尺寸为(宽)22mm×(长)44mm，与汽车仪表台常用开关安装尺寸相同。
锂电池起火原因有内部故障：过充、短路、高阻抗和外部故障：撞击、穿刺、加热等，这些都可导致电池以及(锂)电池箱内温度急剧升高，发生温度升高，导致电解液蒸发和分解，严重者，发生燃烧。
本实用新型，温度传感器监测锂电池箱内部温度环境，并且将探测的温度信息反馈到主控单元；
当锂电池箱内部温度大于预设的阈值时，主控单元将通过CAN总线实时向OLED显示屏2显示高温报警；
本实用新型，采用可燃气体传感器，检测准确，精度高，可探测烷烃类、醇类、汽油、碳酸二甲脂等挥发性有机物，可燃蒸气，
若检测到可燃气体，主控单元将通过CAN总线实时向OLED显示屏2显示可燃气体报警；
本实用新型，采用红外火焰传感器，能够探测较宽红外波段，尤其对红外火焰灵敏；
若检测到火焰，主控单元块将通过CAN总线实时向OLED显示屏2显示火灾报警；
若三位一体探测模块同时检测到2种及以上报警，通过启动主动单元控制触发信号输出；
CAN通信模块采用CAN控制器，与温度传感器、红外传感器以及可燃气体传感器、OLED显示屏2、报警模块组成CAN线内网，通过广播方式接收其内部环境数据；
该装置的显示频采用低功耗的OLED屏，安装在驾驶室，通过CAN总线接收内部环境数据，并显示工作状态；显示屏工作状态如下：工作正常、高温报警、可燃气体报警、火灾报警、细水雾灭火装置的灭火剂触发。
为了降低可燃气体传感器误报率，提高传感器的可靠性，还可采用催化燃烧式传感器，该类型传感器具有较好的温湿度稳定性，由于内部独特的桥电路结构设计，使其温漂效应显著降低，同时该类传感器具有较宽的使用温度范围(-40～80℃)，能够满足车辆使用环境的要求；
主控单元具有数据通讯化处理、可视化显示处理、故障自检、运行数据记录、启动控制等功能。
基于锂电池的火灾特征，灭火剂不仅需要对锂电池火灾进行有效的灭火，同时还要通过降低锂电池温度，预防复燃的发生，本实用新型，采用细水雾灭火装置进行灭火，主控单元控制细水雾灭火装置电动阀打开，喷头进行喷射、喷洒灭火，细水雾灭火剂具有如下优点：冷却效果好、可屏蔽热辐射、可部分吸收烟尘和毒气，最主要的是，细水雾能够有效地控制火灾的温度，从而达到灭火、防止复燃的效果，并且细水雾价格低廉、来源广、实用性高，所以实验选取细水雾作为灭火剂。
本实用新型的系统适，用场合：电池箱、电池舱、动力舱；具有实时监测锂电池箱内部环境，将状态发通过CAN线发出，通过OLED显示屏2显示锂电池箱工作状态。
OLED显示屏2，对测量值进行阈值诊断显示，并通过报警指示灯4进行声光报警，锂电池电压信号直接经电压采集接口送入AD转换器转换为数字量后送主控芯片处理，电流信号通过电流采集模块得到一个与电流成线性关系的电压值，再将其输入AD转换器转换转换为数字量后通过CAN通讯模块送入主控芯片，锂电池箱内部的温度信号、红外火焰信号、可燃气体信号直接由温度传感器、可燃气体传感器、红外火焰传感器集成三位一体探测模块采集，通过CAN通讯模块输入主控芯片处理，超过阈值即进行相应灭火或报警响应，主控芯片录入锂电池SOC测量方法程序以及整机运行的程序，SOC测量方法采用容量积分法，该方法是一种常见的电量累计方法，通过累积电池在充电或放电时的电量来估计电池的SOC，并根据电池的电压、温度、放电率等对数值进行补偿。本实用新型，能在环境温度和可燃气体体积分数、以及红外火焰变化很小时就触发探测报警，而且通过细水雾灭火装置进行有效的灭火，降低锂电池温度，预防复燃的发生，因此能实现锂电池火灾早期探测以及灭火。
本实用新型，使用时，电压采集接口、ACS712ELCTRG-05B型霍尔式电流互感器、DS18B20温度传感器、TGS-813可燃气体传感器、火焰传感器JNHB1004能够对电池工作电压、电流、温度及荷电状态等主要参数和工作状态进行实时监控和健康评估，参数异常时，利用细水雾灭火装置进行有效的灭火，降低锂电池温度，预防复燃的发生，通过报警指示灯4自主声光报警。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种锂电池火灾报警与防护装置，包括主控单元以及盒体，其特征在于，还包括电压采集接口、电流采集模块以及温度采集模块和三位一体探测模块，所述电压采集接口、电流采集模块以及三位一体探测模块均连接AD转换模块，且电压采集接口、电流采集模块与锂电池输出端连接，所述三位一体探测模块设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述AD转换模块连接到CAN通信模块，所述主控单元安装在盒体内，且通过CAN总线与CAN通信模块连接，所述CAN通信模块通过电量计量模块与AD转换模块连接，所述CAN通信模块连接有细水雾灭火装置，所述细水雾灭火装置设置在所要监测的锂电池安装箱内，所述主控单元还连接有报警模块。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池火灾报警与防护装置，其特征在于：所述三位一体探测模块包括用于监测锂电池箱内环境温度变化的温度传感器、分别探测锂电池箱内是否发生电解液泄漏产生的可燃气体以及是否有火焰产生的可燃气体传感器以及红外火焰传感器。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池火灾报警与防护装置，其特征在于：所述报警模块包括安装在盒体上的蜂鸣器以及报警指示灯。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种锂电池火灾报警与防护装置，其特征在于：还包括与主控单元连接的OLED显示屏以及手动开关，所述OLED显示屏以及手动开关安装在盒体上。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池火灾报警与防护装置，其特征在于：所述主控单元采用STC12C5A60S芯片，电流采集模块采用ACS712ELCTRG-05B型霍尔式电流互感器，AD转换模块采用MSP430，电量计量模块采用HLW8012芯片，温度采集模块采用DS18B20温度传感器、可燃气体传感器为TGS-813可燃气体传感器，红外火焰传感器采用火焰传感器JNHB1004。
6.根据权利要求4所述的一种锂电池火灾报警与防护装置，其特征在于：所述OLED显示屏采用采用分辨率为128×64、型号为WEO012864G的OLED屏。
7.根据权利要求4所述的一种锂电池火灾报警与防护装置，其特征在于：所述CAN通信模块采用CAN控制器，与温度传感器、红外传感器以及可燃气体传感器、报警模块组成CAN线内网，通过广播方式接收其内部环境数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A lithium battery fire alarm and protection device Granted publication date: 20190723 Pledgee: Huishang Bank Co.,Ltd. Hefei Shuguang Road Branch Pledgor: HEFEI JIUXIANG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980047869 |