電瓶車自動(dòng)防火報(bào)警器設(shè)計(jì)

彭冠軍　張龍　王剛　高晨曦　王慎　劉士杰

摘 要：電瓶車作為一種方便、快捷、環(huán)保的代步工具已越來(lái)越受到人們的青睞，但由此帶來(lái)的消防安全隱患也不容忽視.本文通過(guò)對(duì)老化電池的實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一款由感應(yīng)器感應(yīng)端感應(yīng)電池溫度異常變化會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生電壓信號(hào)，再由輸出端輸入報(bào)警器大喇叭發(fā)出聲音信號(hào)，來(lái)引起用戶警惕，從而達(dá)到起火前的報(bào)警。

關(guān)鍵詞：傳感器;自動(dòng)防火;報(bào)警器;電瓶車

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著時(shí)代的發(fā)展人們對(duì)于電瓶車的印象不僅僅是兩輪、三輪車，新能源汽車作為新興產(chǎn)業(yè)也方便著人們的生活。其大多以電車為主。由于技術(shù)方面還不完善，電車起火導(dǎo)致火災(zāi)的事情時(shí)有發(fā)生。造成火災(zāi)的主要原因有：一線路老化、二電池短路、三充電器不匹配、四外部原因（過(guò)多充電、電壓不穩(wěn)、充電環(huán)境）。引起電動(dòng)車起火的主要原因有電氣線路短路、接觸電阻過(guò)大、過(guò)負(fù)荷以及電池發(fā)熱爆炸起火等。所以如果電動(dòng)車起火發(fā)生在人員密集的出租屋、小區(qū)內(nèi)的樓梯間樓道、疏散通道、安全出口，時(shí)間又是大家毫無(wú)防備的半夜的話很容易引發(fā)群死群傷事故！消防人員介紹，一臺(tái)電動(dòng)車燃燒所產(chǎn)生的毒氣足以殺死數(shù)百人，人體吸入200多℃的濃煙時(shí)，會(huì)造成呼吸道燒傷。如果吸入700多℃的濃煙，在很短的時(shí)間就會(huì)失去生命。一旦發(fā)生火災(zāi)，留給住戶的逃生時(shí)間比想象中還要短。頻頻引發(fā)的火災(zāi)事故，不僅讓市民十分揪心，也給國(guó)家和個(gè)人財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。那么，如何避免電動(dòng)車充電引發(fā)的火災(zāi)事故？針對(duì)此類問(wèn)題我們覺(jué)得將相應(yīng)的傳感器與報(bào)警器相連，通過(guò)聲音報(bào)警提醒車主車輛著火。傳感器的預(yù)想主要有煙霧傳感器和溫度傳感器，考慮到社會(huì)因素及因打火機(jī)香水等高溫易燃易爆物我們選擇溫度傳感器。一般鋰電池在150℃的高溫下會(huì)產(chǎn)生異常那么我們?cè)O(shè)置的感應(yīng)溫度在150℃左右。由于車輛上空間較小且起火多在電瓶處我們將其放置在電瓶附近易傳感準(zhǔn)確溫度。由于在高溫環(huán)境所選用的傳感器與報(bào)警器應(yīng)耐高溫及固定良好可用金屬外殼包裹線路選用的中型被復(fù)線（三根銅絲四根鋼絲紐絞而成再往外是涂有石蠟和柏油的紗布外包一層橡膠絕緣導(dǎo)電良好防水防火）對(duì)于其他存有安全隱患的部位可以并聯(lián)報(bào)警器到相應(yīng)位置走線，應(yīng)注意不妨礙行駛不亂搭電線。

1 報(bào)警器設(shè)計(jì)思路

圖1為設(shè)計(jì)思路圖，首先應(yīng)收集大量的有關(guān)熱傳感器的資料，熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等優(yōu)秀特點(diǎn)?？捎糜跍y(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。并且隨著科技的發(fā)展熱電阻傳感器的測(cè)溫范圍也隨之?dāng)U展，高溫方面也出現(xiàn)了多種用于100℃～1 300℃的熱電阻傳感器。進(jìn)行各類傳感器的小實(shí)驗(yàn)，找到一般情況下室內(nèi)外電瓶車電池發(fā)生自燃的可能溫度，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄總結(jié)找到報(bào)警器發(fā)出報(bào)警時(shí)的合理溫度，找到具有對(duì)應(yīng)特性的金屬將其作為傳感器的感應(yīng)端接入電瓶車電池上，通過(guò)傳感器與報(bào)警器的連接最終實(shí)現(xiàn)電瓶測(cè)溫報(bào)警，將所得原型進(jìn)行試驗(yàn)投入生活。

2 電池燃燒的過(guò)程分析

根據(jù)題意，首先要搜尋電動(dòng)車起火的主要原因：（1）外部原因：可能與著火體相連起火。高溫暴曬電瓶自燃。（2）內(nèi)部原因：電路老化短路起火等。根據(jù)上述現(xiàn)象應(yīng)該選擇對(duì)溫度敏感的溫度傳感器作為感應(yīng)工具，其材料外殼必須耐高溫并設(shè)有一定的溫度分級(jí)。在測(cè)試了許多原件后最終采用熱敏電阻。過(guò)程中導(dǎo)線處理比較復(fù)雜外皮率先熔化即采取外殼包裝導(dǎo)線選材進(jìn)行解決。與其相連的是報(bào)警器其選材同樣需要耐高溫切以聲音預(yù)警要有較大聲音能夠提醒到車主。因?yàn)殡娷嚳臻g狹小為避免事故發(fā)生兩者之間連接走線貼于車身。若車輛失火位置不同可連接多個(gè)于不同位置皆可報(bào)警。這里選擇于電瓶上方安置。完畢之后經(jīng)過(guò)多次模擬失火情況，實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全順利實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期相符。

3 自動(dòng)防火報(bào)警器設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集

老化電池在過(guò)度充電的情況下非常容易出現(xiàn)電池溫度的異常變化，我們對(duì)一輛老化的電動(dòng)車進(jìn)行模擬過(guò)充實(shí)驗(yàn)，在插上電3分鐘后，探測(cè)儀上顯示電流升高到了68安培，電壓也由原來(lái)的20福特升高到進(jìn)95福特。電池線路溫度從25℃上升到265℃，電池外殼的溫度也有20℃迅速升高到了201℃。試驗(yàn)不到7分鐘，電池線路溫度達(dá)到了615℃，電池外殼溫度也達(dá)到了357℃。此時(shí)已達(dá)到電池自燃的危險(xiǎn)溫度。電動(dòng)自行車內(nèi)有明顯的煙霧冒出，溫度還在不斷攀升，隨即發(fā)生轟燃。獲得了多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與總結(jié)我們就得到了電瓶起火的一般過(guò)程：

故障——短路——起火升溫——?jiǎng)×胰紵虮?/p>

3.2 感應(yīng)器構(gòu)建

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程得出的結(jié)論以后便可以開(kāi)展對(duì)傳感器的篩選。對(duì)項(xiàng)目需求的測(cè)溫范圍的大?。ó?dāng)電瓶或者外界溫度達(dá)到357℃即危險(xiǎn)溫度時(shí)）和精度要求、測(cè)溫元件大小是否得當(dāng)、和其方便性選擇了一種較為合適的FHF02 熱通量傳感器（圖3所示），探測(cè)部分長(zhǎng)3 cm寬3 cm;厚度9 mm使用FHF02非常簡(jiǎn)潔方便。其優(yōu)點(diǎn)主要有：

· 易彎曲 （彎曲半徑 ≥ 50 x 10-3 m）;

· 較低的熱阻;

· 較寬的溫度測(cè)量范圍;

· 較快的響應(yīng)時(shí)間;

· 較大的監(jiān)測(cè)區(qū)域;

· 儀器中加入了熱電堆，可用來(lái)測(cè)量溫度;

· 儀器本身堅(jiān)固耐用，儀器線纜帶有應(yīng)變消除特性;

· IP防護(hù)等級(jí)：IP67;

· 傳感器內(nèi)部包含散熱片，有效降低傳感器在高溫測(cè)量環(huán)境中熱導(dǎo)率的溫度依賴性。

連接完成后，可以通過(guò)FHF02傳感器測(cè)量并輸出一個(gè)電壓信號(hào)時(shí)報(bào)警器開(kāi)關(guān)閉合從而使報(bào)警器發(fā)出響鈴。

這種傳感器的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量精度高;熱電阻傳感器之所以有較高的測(cè)量精度，主要依靠的是電阻材料的穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)性較好。其次，與熱電偶相比，它沒(méi)有參比端誤差問(wèn)題;可以適用在較大的測(cè)量范圍，尤其在低溫方面;易于使用在自動(dòng)測(cè)量中使用。

3.3 傳感器與報(bào)警器的組裝

將傳感器的感應(yīng)端接入靠近電池工作部位，當(dāng)感應(yīng)器發(fā)現(xiàn)電池溫度異常產(chǎn)生電壓信號(hào)，電壓到來(lái)后引起了喇叭回路中電流的變化，電流傳至高音喇叭形成完整的具有電壓電流的閉合回路，用電器喇叭便可開(kāi)始工作此時(shí)便可以實(shí)現(xiàn)電池的高溫報(bào)警。再通過(guò)合理的排線和安放做到不影響電瓶的正常使用。維修時(shí)要選擇專業(yè)的維修機(jī)構(gòu)或人員進(jìn)行，不得拆卸電氣保護(hù)裝置，更不能不擅自拆卸和保護(hù)裝置完好有效。

4 結(jié)語(yǔ)

平時(shí)生活中因各種原因可能導(dǎo)致電瓶車起火，存在安全隱患降低電瓶車的使用壽命甚至造成生命財(cái)產(chǎn)安全損失。根據(jù)此類問(wèn)題我們對(duì)癥下藥提出了合理的設(shè)計(jì)方案。電瓶車防火報(bào)警器的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了熱傳感系統(tǒng)與電瓶車防火工作的聯(lián)系，有效預(yù)防和遏制了電動(dòng)車火災(zāi)，其好處不僅在于能夠及時(shí)避免火災(zāi)的發(fā)生，提高了電車使用安全指數(shù)，減少事故發(fā)生。在生活中我們?nèi)砸龅讲凰嚼娋€不使用沒(méi)有檢驗(yàn)合格的不適配充電器，避免長(zhǎng)時(shí)間充電，淺放勤充。做到電瓶車起火的防患于未然。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱自勤.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]王文雪，張志勇.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2004.

[3]趙旦峰，劉昕.集成溫度傳感器再多點(diǎn)溫度測(cè)量中的應(yīng)用[J].傳感器技術(shù)，1997（01）.

[4]陳光絨.單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用教程[M].北京大學(xué)出版社，2006.

[5]黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程[M].北京電子工業(yè)出版社，2005.

[6]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京高等教育出版社，1998.

[7]華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京高等教育出版社，1999.

[8]胡宴如.模擬電子技術(shù)[M].高等教育出版社，2004.