CN210554238U - 一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其中火花取出电路将电池充电过程中产生的火花信号传输至火花信号处理电路中，火花信号处理电路将火花信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传输至中央处理器中，温度处理电路将电池所处环境的温度信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传输至中央处理器中，中央处理器接收并对数字信号进行处理后传输至输出电路中。本实用新型不仅对充电电池所处环境进行监测，同时还对电池充电过程中产生的火花信号进行监测，可以在电池充电过程中，对电池实时监控并作出相应的警报或直接终止对电池的充电，从而提高电池的使用寿命。

Description

一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电源设备技术领域，尤其涉及一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置。

背景技术

电动汽车是国家大力推广的新能源车，对环境的保护，能源的替代都有着巨大的作用。电动自行车在中国已经是一个非常普及的交通工具，2013年中国电动自行车的保有量已经突破了2亿辆。电动汽车与电动自行车都有着一个相同的动力源，那就是可充电电源，而正是因为这个相同的动力源，也给它们带来了相同的不安全因素。

2018年7月至9月，正处高温的酷暑时节，电动汽车起火事故频发。仅8月和9月两个月内被曝光的事故就超过了15起，多家新能源车主流品牌都未能幸免，引起了工信部的强烈关注。同时也引发了外界对电动汽车电池技术路线以及安全监管的质疑。

电动自行车由于普及高，造成的危害则更为严重。2018年11月3日，辽宁铁岭某小区正在充电的电车突然发生爆炸，事故导致一女子死亡，一男童受伤，在抢救4天后也不幸离世。2018年1月2日，宿州市埇桥区北苑小区一居民楼楼道发生电动车火灾，造成5人受伤，其中3人特重度烧伤。2017年12月13日，北京朝阳区十八里店乡白墙子村一村民宅基地自建房发生电动车火灾，导致5人遇难。此类的由于电动自行车自燃形成的火灾及爆炸已经极大的威胁到了人民的生命安全。

这一件件触目惊心的事情让电动汽车和电动自行车的安全备受关注。这些不安全因素都离不开电池这个关键部件。电动汽车和电动自行车都是通过对储能电池充电获得能源的，许多火灾发生原因是在充放电过程中产生了各种接触不良及电池内部打火等情况。在这些情况中，会出现多次具有大电流的火花，这些火花会使局部产生的热能达到电动车塑料件的点火能，从而就会造成电动车塑料件的自燃，进而变成火灾。这个机理已经由国家消防部门多次论定。

实用新型内容

实用新型目的：针对电动汽车及电动自行车在充电过程中，存在有接触不良及电池内部打火等不安全情况的问题，本实用新型提出了一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置。

技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，所述保护装置包括有火花取出电路、火花信号处理电路、中央处理器、温度处理电路和输出电路，所述火花取出电路将电动汽车及电动自行车电池充电过程中产生的火花信号传输至火花信号处理电路中，所述火花信号处理电路将火花信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传输至中央处理器中，所述温度处理电路将电动汽车及电动自行车电池所处环境探测到的温度信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传输至中央处理器中，所述中央处理器接收火花信号处理电路传输的数字信号和温度处理电路传输的数字信号，并对所述数字信号进行处理后传输至输出电路中。

进一步地讲，所述火花取出电路包括开关S1、宽频变流器CT、第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管D1，所述开关S1和宽频变流器CT的原级线圈的两端均电性连接电动汽车及电动自行车电池的充电电路，所述宽频变流器CT的副级线圈的一端电性连接第一电阻R1的输入端、第一电容C1的输入端和第一二极管D1的阳极，所述宽频变流器CT的副级线圈的另一端电性连接第一电阻R1的输出端和第一电容C1的输出端，所述宽频变流器CT的副级线圈的另一端、第一电阻R1的输出端和第一电容C1的输出端均接地，所述第一二极管D1的阴极电性连接火花信号处理电路的输入端。

进一步地讲，所述火花信号处理电路中包括有宽频变流器和模数转换电路，所述宽频变流器接收火花取出电路传输来的火花信号，并将所述火花信号转换为抗干扰检波单向电压形式，同时将所述抗干扰检波单向电压形式的火花信号传输至模数转换电路中进行模数转换，所述模数转换电路将转换后的数字信号传输至中央处理器中。

进一步地讲，所述温度处理电路包括温度感应器和模数转换电路，所述温度感应器感受电动汽车及电动自行车电池所处于的外部环境温度，并将所述温度信号传输至模数转换电路中进行模数转换，所述模数转换电路将转换后的数字信号传输至中央处理器中。

进一步地讲，所述中央处理器为各类数字信号处理芯片中的一种，用于判断电动汽车及电动自行车电池在充电过程中是否会发生自燃。

进一步地讲，所述输出电路包括警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块，所述警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块通过不同端口均电性连接中央处理器的输出端，且所述警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块之间存在有并联时序关系。

进一步地讲，所述警告修理模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二二极管D2、第三二极管D3和第一三极管Q1，所述第二电阻R2的输入端电性连接中央处理器的输出端、输出端电性连接第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的集电极电性连接第三电阻R3的输入端和第四电阻R4的输入端，所述第三电阻R3的输出端和第四电阻R4的输出端均电性连接第二二极管D2的阳极、声光警报模块和切断充放电模块，所述第二二极管D2的阴极电性连接第三二极管D3的阳极，所述第三二极管D3的阴极电性连接第五电阻R5的输入端，所述第一三极管Q1的发射极和第五电阻R5的输出端均接地。

进一步地讲，所述声光警报模块包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四二极管D4、第五二极管D5、第二三极管Q2和扬声器LS，所述第六电阻R6的输入端电性连接中央处理器的输出端、输出端电性连接第二三极管Q2的基极，所述第二三极管Q2的集电极电性连接第七电阻R7的输入端和第八电阻R8的输入端，所述第七电阻R7的输出端和第八电阻R8的输出端均电性连接第四二极管D4的阳极、警告修理模块和切断充放电模块，所述第四二极管D4的阴极电性连接第五二极管D5的阳极和扬声器LS的输入端，所述第五二极管D5的阴极电性连接第九电阻R9的输入端，所述扬声器LS的输出端电性连接第九电阻R9的输出端，所述第九电阻R9的输出端和第二三极管Q2的发射极均接地。

进一步地讲，所述切断充放电模块包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第三三极管Q3和固态继电器J，所述第十电阻R10的输入端电性连接中央处理器的输出端、输出端电性连接第三三极管Q3的基极，所述第三三极管Q3的集电极电性连接第十一电阻R11的输入端和固态继电器J的输入端，所述第十一电阻R11的输出端电性连接固态继电器J的输入端、警告修理模块和声光警报模块，所述固态继电器J的输出端和第三三极管Q3的发射极均接地。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益技术效果：

本实用新型的保护装置包括有火花取出电路、火花信号处理电路、中央处理器、温度处理电路和输出电路，不仅对充电电池所处的外部环境进行监测，同时还对电池充电过程中产生的火花信号进行监测，通过中央处理器对数字信号的实时处理，可以在电池充电过程中，对电池实时监控并作出相应的警报行为或直接终止对电池的充电，从而减少以电池为能源的充放电自燃的现象，提高电池的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的保护装置的流程示意图；

图2是本实用新型的火花取出电路的电路示意图；

图3是本实用新型的火花取出电路在电池正常充放电时对应的电流波形图；

图4是本实用新型的火花取出电路在电池充放电过程中产生火花信号时对应的电流波形图；

图5是本实用新型的火花信号处理电路的流程示意图；

图6是本实用新型的温度处理电路的流程示意图；

图7是本实用新型的中央处理器接收和发送信号的示意图；

图8是本实用新型的输出电路的电路示意图；

图9是本实用新型的中央处理器处理数字信号的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。其中，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。

实施例1

参考图1，本实施例提供了一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，该保护装置包括有火花取出电路、火花信号处理电路、中央处理器、温度处理电路和输出电路。其中火花取出电路将采集电动汽车及电动自行车电池充电过程中产生的火花信号，并将采集到的火花信号传输至火花信号处理电路中。火花信号处理电路接收到火花取出电路传输的火花信号后，对火花信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输至中央处理器中。同时温度处理电路将采集电动汽车及电动自行车电池所处环境探测到的温度信号，并将该温度信号也进行模数转换，且将模数转换得到的数字信号也传输至中央处理器中。中央处理器将接收火花信号处理电路传输的数字信号和温度处理电路传输的数字信号，并对接收的两个数字信号进行处理后传输至输出电路中。具体地讲，中央处理器可以为各类数字处理芯片中的任意一种，本实施例中，中央处理器选择为FPGA芯片，即FPGA芯片用于判断电动汽车及电动自行车电池在充电过程中是否会发生自燃现象。

参考图2，本实施例中的火花取出电路包括开关S1、宽频变流器CT、第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管D1，其中开关S1和宽频变流器CT的原级线圈的两端均电性连接电动汽车及电动自行车电池的充电电路，而宽频变流器CT的副级线圈的一端电性连接第一电阻R1的输入端、第一电容C1的输入端和第一二极管D1的阳极，宽频变流器CT的副级线圈的另一端电性连接第一电阻R1的输出端和第一电容C1的输出端，同时宽频变流器CT的副级线圈的另一端接地，也就是说，第一电阻R1的输出端和第一电容C1的输出端均接地。而第一二极管D1的阴极则电性连接火花信号处理电路的输入端。

参考图3，当电动汽车及电动自行车电池在充电过程中，未产生火花信号时，其流过宽频变流器CT一次的电流是一个平滑的直流电流。

参考图4，当电动汽车及电动自行车电池在充电过程中，产生火花信号时，其流过宽频变流器CT一次的电流是一个宽频的随机变化的电流。在本实施例中，火花取出电路就是要将这个随机变化的电流取出来，并通过火花信号处理电路传输至FPGA芯片中。具体地讲，当流过宽频变流器CT的原级线圈的电流为直流电流时，宽频变流器CT的副级线圈感应的电流将为零。当流过宽频变流器CT的原级线圈的电流为随机变化的电流时，宽频变流器CT的副级线圈将会感应到一个相同变化率、相同频率的电流。从而可以通过宽频变流器CT取出这个随机变化的电流，并经过抗干扰检波，使其成为一个单向的、变化的、宽频的火花电流映像，该映像可以表示火花信号的电流值频率以及火花信号维持的时间。

参考图5，本实施例中的火花信号处理电路包括有宽频变流器和模数转换电路。其中宽频变流器接收并处理火花取出电路传输过来的火花信号，具体地讲，宽频变流器将传输来的火花信号转换为抗干扰检波单向电压形式，并将抗干扰检波单向电压形式的火花信号传输至模数转换电路中进行模数转换，之后模数转换电路将转换后的数字信号传输至中央处理器中。

参考图6，本实施例中的温度处理电路包括有温度感应器和模数转换电路。其中温度感应器用于感受电动汽车及电动自行车电池所处于的外部环境温度，并将探测到的温度信号传输至模数转换电路中进行模数转换，之后模数转换电路将转换后的数字信号传输至中央处理器中。

参考图7，本实施例中的中央处理器接收火花信号数据和环境温度信号数据，再对火花信号数据和环境温度信号数据进行处理后，将其根据实际情况传输至输出电路中。其中输出电路包括有警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块，同时警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块通过不同的端口均电性连接中央处理器，且警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块之间存在有并联时序关系。也就是说，中央处理器根据实际情况将火花信号数据和环境温度信号数据传输至警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块中。

参考图8，本实施例中的警告修理模块包括有第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二二极管D2、第三二极管D3和第一三极管Q1。其中中央处理器的输出端电性连接第二电阻R2的输入端，第二电阻R2的输出端电性连接第一三极管Q1的基极。而第一三极管Q1的集电极电性连接第三电阻R3的输入端和第四电阻R4的输入端，第一三极管Q1的发射极接地。

同时第三电阻R3的输出端和第四电阻R4的输出端均电性连接第二二极管D2的阳极、声光警报模块和切断充放电模块，第二二极管D2的阴极电性连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极电性连接第五电阻R5的输入端，而第五电阻R5的输出端则直接接地。

本实施例中的声光警报模块包括有第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四二极管D4、第五二极管D5、第二三极管Q2和扬声器LS。其中中央处理器的输出端电性连接第六电阻R6的输入端，第六电阻R6的输出端电性连接第二三极管Q2的基极。第二三极管Q2的集电极电性连接第七电阻R7的输入端和第八电阻R8的输入端、发射极直接接地。

第七电阻R7的输出端和第八电阻R8的输出端均电性连接第四二极管D4的阳极、警告修理模块和切断充放电模块，第四二极管D4的阴极电性连接第五二极管D5的阳极和扬声器LS的输入端，第五二极管D5的阴极电性连接第九电阻R9的输入端，同时第九电阻R9的输出端电性连接扬声器LS的输出端，且第九电阻R9的输出端和扬声器LS的输出端均接地。

本实施例中的切断充放电模块包括有第十电阻R10、第十一电阻R11、第三三极管Q3和固态继电器J。其中中央处理器的输出端电性连接第十电阻R10的输入端，第十电阻R10的输出端电性连接第三三极管Q3的基极。第三三极管Q3的集电极电性连接第十一电阻R11的输入端和固态继电器J的输入端、发射极直接接地。

同时第十一电阻R11的输出端电性连接固态继电器J的输入端、警告修理模块和声光警报模块，且固态继电器J的输出端则直接接地。

现有的电动汽车及电动自行车的组成主要有塑料件组成，而充电电池的自燃现象，主要也是塑料件的燃烧。而电动汽车及电动自行车的塑料件的燃烧取决于三个因素，分别为：火花电流的大小，火花电流持续的时间以及环境温度。

由于冬夏季环境温度的不同，塑料件的自燃对火花电流的要求也是不同的，冬季由于环境温度较低，短时间内高电流的火花电流难以形成自燃。但是在夏季，由于环境温度较高，短时间的火花电流就已经足够达到自燃需要的所有条件。

参考图9，本实施例还提供了一种自燃保护装置处理数字信号的方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：中央处理器内的计数器在预设时间内对火花信号处理电路传输数字信号的次数进行计数，并根据计数器中在预设时间内记录的数字，获取火花信号处理电路在预设时间内传输数字信号的次数。

具体地讲，计数器每通过1秒钟就对火花信号进行一次取值，每取到一次火花信号，计数器中的数字就增加1。在连续取值20秒钟后，获取得到计数器中的数字大小。其中计数器中的数字大小能够表征火花信号的延续时间。

步骤S2：在中央处理器内设置警告修理值、警戒值和中断值，且警告修理值、警戒值和中断值三者的大小依次不断增大。同时警戒值和中断值是根据电动汽车及电动自行车的电池所处的外部环境温度值进行决定的。具体地讲，当外部环境处于夏季时对应的警戒值和中断值，将均小于外部环境处于冬季时对应的警戒值和中断值。在本实施例中，警告修理值选择为3，警戒值选择为10，中断值选择为15。

步骤S3：根据火花信号处理电路在预设时间内传输数字信号的次数，即根据计数器中的数字大小，判断该传输的次数与警告修理值和警戒值之间的关系。具体为：

当传输数字信号的次数小于警告修理值3时，则电动汽车及电动自行车的电池在充电过程中未出现任何问题，从而警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块接收到中央处理器传输的信号后，均不启动。

当传输数字信号的次数不小于警告修理值3而小于警戒值10时，电动汽车及电动自行车的电池在充电过程中，存在有接触不良及电池内部打火等情况，但是该情况均不会造成电池发生自燃。从而中央处理器将向警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块中发出警告修理信号，进而警告修理模块将启动，声光警报模块和切断充放电模块不启动。

当传输数字信号的次数不小于警戒值10时，电动汽车及电动自行车的电池在充电过程中，已经非常接近自燃的发生条件了，进而需要执行下一步骤。

步骤S4：根据温度处理电路传输的数字信号对应的数值大小，判断温度处理电路传输的数字信号对应的数值大小与警戒值和中断值之间的关系。具体为：

当温度处理电路传输的数字信号对应的数值大小不小于警戒值10而小于中断值15时，中央处理器将向警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块中发出警报信号，进而声光警报模块将启动，警告修理模块和切断充放电模块不启动。

当温度处理电路传输的数字信号对应的数值大小不小于中断值15时，中央处理器将向警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块中发出自行中断信号，进而切断充放电模块将启动，警告修理模块和声光警报模块均不启动。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述保护装置包括有火花取出电路、火花信号处理电路、中央处理器、温度处理电路和输出电路，所述火花取出电路将电动汽车及电动自行车电池充电过程中产生的火花信号传输至火花信号处理电路中，所述火花信号处理电路将火花信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传输至中央处理器中，所述温度处理电路将电动汽车及电动自行车电池所处环境探测到的温度信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传输至中央处理器中，所述中央处理器接收火花信号处理电路传输的数字信号和温度处理电路传输的数字信号，并对所述数字信号进行处理后传输至输出电路中。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述火花取出电路包括开关S1、宽频变流器CT、第一电阻R1、第一电容C1和第一二极管D1，所述开关S1和宽频变流器CT的原级线圈的两端均电性连接电动汽车及电动自行车电池的充电电路，所述宽频变流器CT的副级线圈的一端电性连接第一电阻R1的输入端、第一电容C1的输入端和第一二极管D1的阳极，所述宽频变流器CT的副级线圈的另一端电性连接第一电阻R1的输出端和第一电容C1的输出端，所述宽频变流器CT的副级线圈的另一端、第一电阻R1的输出端和第一电容C1的输出端均接地，所述第一二极管D1的阴极电性连接火花信号处理电路的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述火花信号处理电路中包括有宽频变流器和模数转换电路，所述宽频变流器接收火花取出电路传输来的火花信号，并将所述火花信号转换为抗干扰检波单向电压形式，同时将所述抗干扰检波单向电压形式的火花信号传输至模数转换电路中进行模数转换，所述模数转换电路将转换后的数字信号传输至中央处理器中。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述温度处理电路包括温度感应器和模数转换电路，所述温度感应器感受电动汽车及电动自行车电池所处于的外部环境温度，并将所述温度信号传输至模数转换电路中进行模数转换，所述模数转换电路将转换后的数字信号传输至中央处理器中。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述中央处理器为各类数字信号处理芯片中的一种，用于判断电动汽车及电动自行车电池在充电过程中是否会发生自燃。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述输出电路包括警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块，所述警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块通过不同端口均电性连接中央处理器的输出端，且所述警告修理模块、声光警报模块和切断充放电模块之间存在有并联时序关系。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述警告修理模块包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二二极管D2、第三二极管D3和第一三极管Q1，所述第二电阻R2的输入端电性连接中央处理器的输出端、输出端电性连接第一三极管Q1的基极，所述第一三极管Q1的集电极电性连接第三电阻R3的输入端和第四电阻R4的输入端，所述第三电阻R3的输出端和第四电阻R4的输出端均电性连接第二二极管D2的阳极、声光警报模块和切断充放电模块，所述第二二极管D2的阴极电性连接第三二极管D3的阳极，所述第三二极管D3的阴极电性连接第五电阻R5的输入端，所述第一三极管Q1的发射极和第五电阻R5的输出端均接地。

8.根据权利要求6所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述声光警报模块包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四二极管D4、第五二极管D5、第二三极管Q2和扬声器LS，所述第六电阻R6的输入端电性连接中央处理器的输出端、输出端电性连接第二三极管Q2的基极，所述第二三极管Q2的集电极电性连接第七电阻R7的输入端和第八电阻R8的输入端，所述第七电阻R7的输出端和第八电阻R8的输出端均电性连接第四二极管D4的阳极、警告修理模块和切断充放电模块，所述第四二极管D4的阴极电性连接第五二极管D5的阳极和扬声器LS的输入端，所述第五二极管D5的阴极电性连接第九电阻R9的输入端，所述扬声器LS的输出端电性连接第九电阻R9的输出端，所述第九电阻R9的输出端和第二三极管Q2的发射极均接地。

9.根据权利要求6所述的一种电动汽车及电动自行车充放电自燃保护装置，其特征在于：所述切断充放电模块包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第三三极管Q3和固态继电器J，所述第十电阻R10的输入端电性连接中央处理器的输出端、输出端电性连接第三三极管Q3的基极，所述第三三极管Q3的集电极电性连接第十一电阻R11的输入端和固态继电器J的输入端，所述第十一电阻R11的输出端电性连接固态继电器J的输入端、警告修理模块和声光警报模块，所述固态继电器J的输出端和第三三极管Q3的发射极均接地。

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