本發(fā)明涉及一種鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置及其方法。
背景技術(shù):
對(duì)于需要脫離母船獨(dú)立工作的水聲設(shè)備(如聲吶浮標(biāo)、應(yīng)答器),其內(nèi)部必須使用電池供電。鋰電池因?yàn)轶w積小、容量高的特點(diǎn),受到普遍使用。由于水聲設(shè)備均工作在水面以下,所以必須采用密封的結(jié)構(gòu),那么就造成了在密封艙內(nèi)使用鋰電池的情況。這使水聲設(shè)備在給鋰電池充電或者存放的過程中存在很大安全隱患,一旦鋰電池發(fā)生自燃,產(chǎn)生的大量氣體得不到釋放會(huì)使密封艙發(fā)生爆炸,使設(shè)備發(fā)生損毀,甚至威脅到設(shè)備維護(hù)人員的安全。目前,國(guó)內(nèi)水聲行業(yè)已發(fā)生多起鋰電池密封艙爆炸事故,有的甚至造成人員傷亡和不同程度的財(cái)產(chǎn)損失?,F(xiàn)有鋰電池監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)僅能通過檢查電壓、電流控制充電系統(tǒng)防止充電過度,或者監(jiān)測(cè)自燃現(xiàn)象再使用滅火劑進(jìn)行滅火,均無法不適合在狹小的密封艙內(nèi)使用,不能排出密封艙爆炸的隱患。一般情況下,密封艙均存在抽氣口,用來檢測(cè)密封艙的氣密性,這就給本裝置的使用帶來了可行性,是本裝置能夠便捷使用的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鋰電池監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)無法應(yīng)用在狹小的密封艙內(nèi)的問題,而提出一種鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置及其方法。
一種鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,其組成包括泄壓主體和輔助轉(zhuǎn)接頭,泄壓主體包括由上至下漸縮的外殼體、安裝接頭、信息采集單元、信息處理單元、通信單元、示警單元和泄壓?jiǎn)卧畔⒉杉瘑卧B接信息處理單元,信息處理單元同時(shí)連接通信單元、示警單元和泄壓?jiǎn)卧?/p>
外殼體末端連接同軸心設(shè)置的安裝接頭,外殼體內(nèi)部被隔板分割為左腔室和右腔室,右腔室內(nèi)設(shè)置信息處理腔;信息采集單元安裝在安裝接頭的末端,信息處理單元安裝在信息處理腔內(nèi)部,通信單元安裝在右腔室一側(cè)的外殼體的外壁上,示警單元安裝在右腔室一側(cè)的外殼體的頂部,泄壓?jiǎn)卧惭b在左腔室內(nèi)部的頂面上;其中,
外殼體包括由上至下依次同軸心連接的上筒、過渡筒和下筒,且上筒為直筒形,過渡筒為母線向中軸線靠攏的筒形,下筒為直筒形;
安裝接頭外壁具有外螺紋,輔助轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部設(shè)置與安裝接頭配合旋接的內(nèi)螺紋。
一種鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置的報(bào)警泄壓方法,所述方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一、鋰電池發(fā)生自燃時(shí),鋰電池內(nèi)電解液與電池內(nèi)部金屬鋰發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生C4H10、C2H4、C2H6可燃?xì)怏w,信息采集單元中的可燃?xì)怏w傳感器檢測(cè)出密封艙內(nèi)可燃?xì)怏w的含量上升,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以I2C接口將數(shù)據(jù)上傳給信息處理單元,同時(shí)溫度傳感器和壓力傳感器以秒為周期記錄密封艙內(nèi)的溫度溫度值和壓力值并上傳給信息處理單元;
步驟二、信息處理單元將接收到的來自數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,確認(rèn)發(fā)生警報(bào)后,記錄當(dāng)前溫度值和壓力值,并根據(jù)壓力值判斷當(dāng)前警報(bào)級(jí)別;
步驟三、依據(jù)不同警報(bào)級(jí)別,信息處理單元設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)泄壓?jiǎn)卧獔?zhí)行泄壓過程、通知示警單元開始報(bào)警、通過串口給出AT指令通知通信單元將警報(bào)級(jí)別、當(dāng)前溫度值和壓力值以短信方式發(fā)送給預(yù)設(shè)值班人員;
其中,AT即Attention,AT指令集是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的。通過終端適配器、終端設(shè)備發(fā)送的AT指令是用來控制移動(dòng)臺(tái)的功能的,與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互,用戶通過AT指令進(jìn)行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制;
步驟四、泄壓?jiǎn)卧獔?zhí)行泄壓過程具體為:
信息處理單元通過GPIO接口給出的信號(hào)觸發(fā)繼電器開啟交流供電電路,并根據(jù)警報(bào)級(jí)別通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出相應(yīng)的模擬電壓改變雙向可控硅的導(dǎo)通角,改變變速電機(jī)的輸入電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變速電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇,風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)使密封罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,加速密封罐內(nèi)部可燃?xì)怏w的排出和外部冷空氣的進(jìn)入,防止爆炸的發(fā)生;
步驟五、示警單元報(bào)警過程具體為:
信息處理單元根據(jù)警報(bào)級(jí)別通過GPIO接口給出的信號(hào)觸發(fā)繼電器,開啟對(duì)應(yīng)顏色的警示燈,語音芯片根據(jù)信息處理單元的GPIO接口給出的信號(hào)判斷播放相應(yīng)報(bào)警語音;
步驟六、隨著泄壓過程的不斷進(jìn)行,溫度傳感器和壓力傳感器以秒為單位實(shí)時(shí)采集密封艙內(nèi)的溫度值和壓力值并提供給信息處理單元,信息處理單元根據(jù)實(shí)時(shí)更新的溫度值和壓力值并調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,調(diào)整泄壓進(jìn)程,并且實(shí)時(shí)通過通信單元遠(yuǎn)程通知現(xiàn)場(chǎng)值班人員。
本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明的硬件電子部分包括信息采集單元、信息處理單元、通信單元、示警單元和泄壓?jiǎn)卧?,安裝在硬件結(jié)構(gòu)件上實(shí)現(xiàn)對(duì)具備抽氣口、內(nèi)置鋰電池的密封艙設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與保護(hù)。一旦密封艙內(nèi)置的鋰電池出現(xiàn)自燃現(xiàn)象,本發(fā)明設(shè)計(jì)的裝置能夠快速進(jìn)行泄壓處理,排出可燃?xì)怏w、補(bǔ)充冷空氣、平衡艙內(nèi)外氣壓,防止劇烈燃燒產(chǎn)生大量氣體導(dǎo)致的爆炸事故,同時(shí)以聲光的方式發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)警報(bào),提示人員安全撤離,并且通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送示警信息以及艙內(nèi)氣壓和溫度參數(shù),為工作人員現(xiàn)場(chǎng)處理提供依據(jù)。
另外,本發(fā)明設(shè)計(jì)的安裝接頭和輔助轉(zhuǎn)換接頭配合使用,安裝接頭為外螺紋,輔助轉(zhuǎn)換接頭為內(nèi)螺紋。輔助轉(zhuǎn)換接頭的下部與密封艙抽氣口配合使用,輔助轉(zhuǎn)換接頭具有多種尺寸和不同的螺紋型號(hào),能夠滿足各種尺寸的抽氣口的安裝使用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明涉及的外殼體的結(jié)構(gòu)示意;
圖3為本發(fā)明涉及的系統(tǒng)硬件整體框圖;
圖4為本發(fā)明涉及的信息采集單元的硬件框圖;
圖5為本發(fā)明涉及的示警單元硬件框圖;
圖6為本發(fā)明涉及的泄壓?jiǎn)卧布驁D;
圖7為本發(fā)明涉及的流程框圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一:
本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,結(jié)合圖1所示,其組成包括泄壓主體和輔助轉(zhuǎn)接頭31,泄壓主體包括由上至下漸縮的外殼體1、安裝接頭2、信息采集單元3、信息處理單元4、通信單元5、示警單元6和泄壓?jiǎn)卧?,信息采集單元3連接信息處理單元4,信息處理單元4同時(shí)連接通信單元5、示警單元6和泄壓?jiǎn)卧?;
外殼體1末端連接同軸心設(shè)置的安裝接頭2,外殼體1內(nèi)部被隔板8分割為左腔室9和右腔室10,右腔室10內(nèi)設(shè)置信息處理腔11;信息采集單元3安裝在安裝接頭2的末端,信息處理單元4安裝在信息處理腔11內(nèi)部,通信單元5安裝在右腔室10一側(cè)的外殼體1的外壁上,示警單元6安裝在右腔室10一側(cè)的外殼體1的頂部,泄壓?jiǎn)卧?安裝在左腔室9內(nèi)部的頂面上;其中,
外殼體1包括由上至下依次同軸心連接的上筒12、過渡筒13和下筒14,且上筒12為直筒形,過渡筒13為母線向中軸線靠攏的筒形,下筒14為直筒形;
安裝接頭2外壁具有外螺紋,輔助轉(zhuǎn)接頭31內(nèi)部設(shè)置與安裝接頭2配合旋接的內(nèi)螺紋;輔助轉(zhuǎn)接頭31下部與密封艙抽氣口配合使用。
具體實(shí)施方式二:
與具體實(shí)施方式一不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述的信息采集單元3包括可燃?xì)怏w傳感器15、壓力傳感器16、溫度傳感器17和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片18,模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片18分別連接可燃?xì)怏w傳感器15、壓力傳感器16、溫度傳感器17。若鋰電池發(fā)生自燃時(shí),可燃?xì)怏w傳感器15檢測(cè)到密封艙內(nèi)可燃?xì)怏w的含量上升,壓力傳感器16和溫度傳感器17記錄密封艙內(nèi)壓力、溫度,并將結(jié)果以數(shù)字形式信息,傳輸給信息處理模塊。
具體實(shí)施方式三:
與具體實(shí)施方式一或二不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述的信息處理單元4采用MSP430F1611主控芯片。
具體實(shí)施方式四:
與具體實(shí)施方式三不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述的通信單元5采用華為公司的ME909u-521 4G通信芯片。
具體實(shí)施方式五:
與具體實(shí)施方式一、二或四不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述的示警單元6包括繼電器19、警示燈驅(qū)動(dòng)電路20、警示燈組21、語音芯片22、功放電路23和揚(yáng)聲器24,示警單元6中的語音芯片22和繼電器19連接信息處理單元4,繼電器19的輸出端連接警示燈驅(qū)動(dòng)電路20的輸入端,警示燈驅(qū)動(dòng)電路20的輸出端連接警示燈組21,語音芯片22的輸出端連接功放電路23的輸入端,功放電路23的輸出端連接揚(yáng)聲器24;其中,
警示燈組21包括黃色警示燈和紅色警示燈。兩種顏色分別設(shè)定為不同的警報(bào)級(jí)別,在接收到信息處理單元4的通知后,根據(jù)警報(bào)級(jí)別亮起相應(yīng)顏色的警示燈,揚(yáng)聲器24開始自動(dòng)語音報(bào)警,現(xiàn)場(chǎng)值班人員可依據(jù)示警單元6提供的信息采取應(yīng)急處理或緊急撤離。
具體實(shí)施方式六:
與具體實(shí)施方式五不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述語音芯片22的型號(hào)為ISD2540,該芯片內(nèi)置存儲(chǔ)器可錄音40s,足夠存放多條報(bào)警語音,可通過外部控制選擇播放。
具體實(shí)施方式七:
與具體實(shí)施方式一、二、四或六不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述的泄壓?jiǎn)卧?包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路25、變速電機(jī)26和風(fēng)扇27,其中,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路25包括繼電器19、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片28、交流供電電路29和雙向可控硅30;
泄壓?jiǎn)卧?中的繼電器19和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片28連接信息處理單元4,繼電器19的輸出端連接交流供電模塊的輸入端,交流供電模塊的輸出端連接雙向可控硅30的輸入端,數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片28的輸出端連接雙向可控硅30的輸入端,雙向可控硅30的輸出端練級(jí)而變速電機(jī)26,變速電機(jī)26連接風(fēng)扇27。在接收到信息處理模塊4的通知后,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路25觸發(fā),變速電機(jī)26立即開始工作,驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇27,風(fēng)扇27轉(zhuǎn)動(dòng)開始泄壓操作,加速內(nèi)部可燃?xì)怏w排出并使外部冷空氣快速進(jìn)入。
具體實(shí)施方式八:
與具體實(shí)施方式七不同的是,本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置,所述可燃?xì)怏w傳感器15的型號(hào)為TSD_2610傳感器。
具體實(shí)施方式九:
本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓裝置的報(bào)警泄壓方法,所述方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一、鋰電池發(fā)生自燃時(shí),鋰電池內(nèi)電解液與電池內(nèi)部金屬鋰發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生C4H10、C2H4、C2H6可燃?xì)怏w,信息采集單元3中的可燃?xì)怏w傳感器15檢測(cè)出密封艙內(nèi)可燃?xì)怏w的含量上升,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片18以I2C接口將數(shù)據(jù)上傳給信息處理單元4,同時(shí)溫度傳感器17和壓力傳感器16以秒為周期記錄密封艙內(nèi)的溫度溫度值和壓力值并上傳給信息處理單元4;
步驟二、信息處理單元4將接收到的來自數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片28的數(shù)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,確認(rèn)發(fā)生警報(bào)后,記錄當(dāng)前溫度值和壓力值,并根據(jù)壓力值判斷當(dāng)前警報(bào)級(jí)別;
步驟三、依據(jù)不同警報(bào)級(jí)別,信息處理單元4設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)扇27轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)泄壓?jiǎn)卧?執(zhí)行泄壓過程、通知示警單元6開始報(bào)警、通過串口給出AT指令通知通信單元5將警報(bào)級(jí)別、當(dāng)前溫度值和壓力值以短信方式發(fā)送給預(yù)設(shè)值班人員;其中,AT即Attention,AT指令集是從終端設(shè)備(Terminal Equipment,TE)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment,DTE)向終端適配器(Terminal Adapter,TA)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(Data Circuit Terminal Equipment,DCE)發(fā)送的。通過TA,TE發(fā)送AT指令來控制移動(dòng)臺(tái)(Mobile Station,MS)的功能,與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶可以通過AT指令進(jìn)行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。
步驟四、泄壓?jiǎn)卧?執(zhí)行泄壓過程具體為:
信息處理單元4通過GPIO接口即為通用輸入/輸出接口給出的信號(hào)觸發(fā)繼電器19開啟交流供電電路29,并根據(jù)警報(bào)級(jí)別通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片28輸出相應(yīng)的模擬電壓改變雙向可控硅30的導(dǎo)通角,改變變速電機(jī)26的輸入電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變速電機(jī)26轉(zhuǎn)速的控制,驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇27,風(fēng)扇27的轉(zhuǎn)動(dòng)使密封罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,加速密封罐內(nèi)部可燃?xì)怏w的排出和外部冷空氣的進(jìn)入,防止爆炸的發(fā)生;
步驟五、示警單元6報(bào)警過程具體為:
信息處理單元4根據(jù)警報(bào)級(jí)別通過GPIO接口即為通用輸入/輸出接口給出的信號(hào)觸發(fā)繼電器19,開啟對(duì)應(yīng)顏色的警示燈,語音芯片22根據(jù)信息處理單元4的GPIO接口即為通用輸入/輸出接口給出的信號(hào)判斷播放相應(yīng)報(bào)警語音;
步驟六、隨著泄壓過程的不斷進(jìn)行,溫度傳感器17和壓力傳感器16以秒為單位實(shí)時(shí)采集密封艙內(nèi)的溫度值和壓力值并提供給信息處理單元4,信息處理單元4根據(jù)實(shí)時(shí)更新的溫度值和壓力值并調(diào)節(jié)風(fēng)扇27轉(zhuǎn)速,調(diào)整泄壓進(jìn)程,并且實(shí)時(shí)通過通信單元5遠(yuǎn)程通知現(xiàn)場(chǎng)值班人員。
具體實(shí)施方式十:
本實(shí)施方式的鋰電池密封艙安全報(bào)警泄壓方法,步驟二所述的根據(jù)壓力值判斷當(dāng)前警報(bào)級(jí)別的過程為,所述警報(bào)級(jí)別按照由低到高分為Ⅰ級(jí)警報(bào)、Ⅱ級(jí)警報(bào)、Ⅲ級(jí)警報(bào),
當(dāng)壓力值在大于1Mpa并且小于密封艙最大承內(nèi)壓力值二分之一的范圍內(nèi)時(shí),確定為Ⅰ級(jí)警報(bào),只有黃色警示燈亮,進(jìn)行1級(jí)語音播報(bào),并通知值班人員,開啟泄壓?jiǎn)卧?級(jí)警報(bào)參數(shù)執(zhí)行泄壓操作;
壓力值在大于密封艙最大承內(nèi)壓力值二分之一并且小于密封艙最大承內(nèi)壓力值的三分之二的范圍內(nèi)時(shí),確定為Ⅱ級(jí)警報(bào),只有紅色警示燈亮,進(jìn)行2級(jí)語音播報(bào),通知值班人員,開啟泄壓?jiǎn)卧?級(jí)警報(bào)參數(shù)執(zhí)行泄壓操作;
當(dāng)壓力值在大于密封艙最大承內(nèi)壓力值三分之二并且小于密封艙最大承內(nèi)壓力值的范圍內(nèi)時(shí),確定為Ⅲ級(jí)警報(bào),黃色警示燈和紅色警示燈都亮,進(jìn)行3級(jí)語音播報(bào),通知值班人員,開啟泄壓?jiǎn)卧?級(jí)警報(bào)參數(shù)執(zhí)行泄壓操作。
實(shí)施例1:
信息采集單元中的可燃?xì)怏w傳感器檢測(cè)出密封艙內(nèi)可燃?xì)怏w的含量上升,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以I2C接口將數(shù)據(jù)上傳給信息處理單元,同時(shí)溫度傳感器和壓力傳感器以秒為周期記錄密封艙內(nèi)的溫度溫度值和壓力值并上傳給信息處理單元;
信息處理單元將接收到的來自數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,確認(rèn)發(fā)生警報(bào)后,記錄當(dāng)前溫度值和壓力值,并根據(jù)壓力值判斷當(dāng)前警報(bào)級(jí)別,警報(bào)級(jí)別按照由低到高分為Ⅰ級(jí)警報(bào)、Ⅱ級(jí)警報(bào)、Ⅲ級(jí)警報(bào),各級(jí)警報(bào)對(duì)應(yīng)的壓力值與密封艙最大承內(nèi)壓力值有關(guān),假設(shè)目標(biāo)設(shè)備管壁厚5mm,內(nèi)徑196mm,采用304不銹鋼材料,根據(jù)計(jì)算屬于薄壁管,通過承內(nèi)壓力計(jì)算公式可以估計(jì)該密封艙最大承內(nèi)壓力值為4.97Mpa,所以
當(dāng)壓力值在1Mpa至2.49Mpa范圍內(nèi)時(shí),確定為Ⅰ級(jí)警報(bào),只有黃色警示燈亮,進(jìn)行1級(jí)語音播報(bào),并通知值班人員,開啟泄壓?jiǎn)卧?級(jí)警報(bào)參數(shù)執(zhí)行泄壓操作;
當(dāng)壓力值在2.49Mpa至3.31Mpa范圍內(nèi)時(shí),確定為Ⅱ級(jí)警報(bào),只有紅色警示燈亮,進(jìn)行2級(jí)語音播報(bào),通知值班人員,開啟泄壓?jiǎn)卧?級(jí)警報(bào)參數(shù)執(zhí)行泄壓操作;
當(dāng)壓力值在3.31Mpa至4.97Mpa范圍內(nèi)時(shí),確定為Ⅲ級(jí)警報(bào),黃色警示燈和紅色警示燈都亮,進(jìn)行3級(jí)語音播報(bào),通知值班人員,開啟泄壓?jiǎn)卧?級(jí)警報(bào)參數(shù)執(zhí)行泄壓操作。
依據(jù)不同警報(bào)級(jí)別,信息處理單元設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)泄壓?jiǎn)卧獔?zhí)行泄壓過程、通知示警單元開始報(bào)警、通過串口給出AT指令通知通信單元5將警報(bào)級(jí)別、當(dāng)前溫度值和壓力值以短信方式發(fā)送給預(yù)設(shè)值班人員。
本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例,在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下,本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形,但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。