锂电池密封舱安全报警泄压装置及其方法与流程

本发明涉及一种锂电池密封舱安全报警泄压装置及其方法。

背景技术：

对于需要脱离母船独立工作的水声设备(如声呐浮标、应答器)，其内部必须使用电池供电。锂电池因为体积小、容量高的特点，受到普遍使用。由于水声设备均工作在水面以下，所以必须采用密封的结构，那么就造成了在密封舱内使用锂电池的情况。这使水声设备在给锂电池充电或者存放的过程中存在很大安全隐患，一旦锂电池发生自燃，产生的大量气体得不到释放会使密封舱发生爆炸，使设备发生损毁，甚至威胁到设备维护人员的安全。目前，国内水声行业已发生多起锂电池密封舱爆炸事故，有的甚至造成人员伤亡和不同程度的财产损失。现有锂电池监测报警系统仅能通过检查电压、电流控制充电系统防止充电过度，或者监测自燃现象再使用灭火剂进行灭火，均无法不适合在狭小的密封舱内使用，不能排出密封舱爆炸的隐患。一般情况下，密封舱均存在抽气口，用来检测密封舱的气密性，这就给本装置的使用带来了可行性，是本装置能够便捷使用的关键。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有锂电池监测报警系统无法应用在狭小的密封舱内的问题，而提出一种锂电池密封舱安全报警泄压装置及其方法。

一种锂电池密封舱安全报警泄压装置，其组成包括泄压主体和辅助转接头，泄压主体包括由上至下渐缩的外壳体、安装接头、信息采集单元、信息处理单元、通信单元、示警单元和泄压单元，信息采集单元连接信息处理单元，信息处理单元同时连接通信单元、示警单元和泄压单元；

外壳体末端连接同轴心设置的安装接头，外壳体内部被隔板分割为左腔室和右腔室，右腔室内设置信息处理腔；信息采集单元安装在安装接头的末端，信息处理单元安装在信息处理腔内部，通信单元安装在右腔室一侧的外壳体的外壁上，示警单元安装在右腔室一侧的外壳体的顶部，泄压单元安装在左腔室内部的顶面上；其中，

外壳体包括由上至下依次同轴心连接的上筒、过渡筒和下筒，且上筒为直筒形，过渡筒为母线向中轴线靠拢的筒形，下筒为直筒形；

安装接头外壁具有外螺纹，辅助转接头内部设置与安装接头配合旋接的内螺纹。

一种锂电池密封舱安全报警泄压装置的报警泄压方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一、锂电池发生自燃时，锂电池内电解液与电池内部金属锂发生反应，产生C₄H₁₀、C₂H₄、C₂H₆可燃气体，信息采集单元中的可燃气体传感器检测出密封舱内可燃气体的含量上升，通过模数转换芯片以I2C接口将数据上传给信息处理单元，同时温度传感器和压力传感器以秒为周期记录密封舱内的温度温度值和压力值并上传给信息处理单元；

步骤二、信息处理单元将接收到的来自数模转换芯片的数值与预设值进行比较，确认发生警报后，记录当前温度值和压力值，并根据压力值判断当前警报级别；

步骤三、依据不同警报级别，信息处理单元设置相应的风扇转速来驱动泄压单元执行泄压过程、通知示警单元开始报警、通过串口给出AT指令通知通信单元将警报级别、当前温度值和压力值以短信方式发送给预设值班人员；

其中，AT即Attention，AT指令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的。通过终端适配器、终端设备发送的AT指令是用来控制移动台的功能的，与GSM网络业务进行交互，用户通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制；

步骤四、泄压单元执行泄压过程具体为：

信息处理单元通过GPIO接口给出的信号触发继电器开启交流供电电路，并根据警报级别通过数模转换芯片输出相应的模拟电压改变双向可控硅的导通角，改变变速电机的输入电压进而实现对变速电机转速的控制，驱动风扇，风扇的转动使密封罐内产生负压，加速密封罐内部可燃气体的排出和外部冷空气的进入，防止爆炸的发生；

步骤五、示警单元报警过程具体为：

信息处理单元根据警报级别通过GPIO接口给出的信号触发继电器，开启对应颜色的警示灯，语音芯片根据信息处理单元的GPIO接口给出的信号判断播放相应报警语音；

步骤六、随着泄压过程的不断进行，温度传感器和压力传感器以秒为单位实时采集密封舱内的温度值和压力值并提供给信息处理单元，信息处理单元根据实时更新的温度值和压力值并调节风扇转速，调整泄压进程，并且实时通过通信单元远程通知现场值班人员。

本发明的有益效果为：

本发明的硬件电子部分包括信息采集单元、信息处理单元、通信单元、示警单元和泄压单元，安装在硬件结构件上实现对具备抽气口、内置锂电池的密封舱设备的实时监控与保护。一旦密封舱内置的锂电池出现自燃现象，本发明设计的装置能够快速进行泄压处理，排出可燃气体、补充冷空气、平衡舱内外气压，防止剧烈燃烧产生大量气体导致的爆炸事故，同时以声光的方式发出现场警报，提示人员安全撤离，并且通过4G网络发送示警信息以及舱内气压和温度参数，为工作人员现场处理提供依据。

另外，本发明设计的安装接头和辅助转换接头配合使用，安装接头为外螺纹，辅助转换接头为内螺纹。辅助转换接头的下部与密封舱抽气口配合使用，辅助转换接头具有多种尺寸和不同的螺纹型号，能够满足各种尺寸的抽气口的安装使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明涉及的外壳体的结构示意；

图3为本发明涉及的系统硬件整体框图；

图4为本发明涉及的信息采集单元的硬件框图；

图5为本发明涉及的示警单元硬件框图；

图6为本发明涉及的泄压单元硬件框图；

图7为本发明涉及的流程框图。

具体实施方式

具体实施方式一：

本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，结合图1所示，其组成包括泄压主体和辅助转接头31，泄压主体包括由上至下渐缩的外壳体1、安装接头2、信息采集单元3、信息处理单元4、通信单元5、示警单元6和泄压单元7，信息采集单元3连接信息处理单元4，信息处理单元4同时连接通信单元5、示警单元6和泄压单元7；

外壳体1末端连接同轴心设置的安装接头2，外壳体1内部被隔板8分割为左腔室9和右腔室10，右腔室10内设置信息处理腔11；信息采集单元3安装在安装接头2的末端，信息处理单元4安装在信息处理腔11内部，通信单元5安装在右腔室10一侧的外壳体1的外壁上，示警单元6安装在右腔室10一侧的外壳体1的顶部，泄压单元7安装在左腔室9内部的顶面上；其中，

外壳体1包括由上至下依次同轴心连接的上筒12、过渡筒13和下筒14，且上筒12为直筒形，过渡筒13为母线向中轴线靠拢的筒形，下筒14为直筒形；

安装接头2外壁具有外螺纹，辅助转接头31内部设置与安装接头2配合旋接的内螺纹；辅助转接头31下部与密封舱抽气口配合使用。

具体实施方式二：

与具体实施方式一不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述的信息采集单元3包括可燃气体传感器15、压力传感器16、温度传感器17和模数转换芯片18，模数转换芯片18分别连接可燃气体传感器15、压力传感器16、温度传感器17。若锂电池发生自燃时，可燃气体传感器15检测到密封舱内可燃气体的含量上升，压力传感器16和温度传感器17记录密封舱内压力、温度，并将结果以数字形式信息，传输给信息处理模块。

具体实施方式三：

与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述的信息处理单元4采用MSP430F1611主控芯片。

具体实施方式四：

与具体实施方式三不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述的通信单元5采用华为公司的ME909u-521 4G通信芯片。

具体实施方式五：

与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述的示警单元6包括继电器19、警示灯驱动电路20、警示灯组21、语音芯片22、功放电路23和扬声器24，示警单元6中的语音芯片22和继电器19连接信息处理单元4，继电器19的输出端连接警示灯驱动电路20的输入端，警示灯驱动电路20的输出端连接警示灯组21，语音芯片22的输出端连接功放电路23的输入端，功放电路23的输出端连接扬声器24；其中，

警示灯组21包括黄色警示灯和红色警示灯。两种颜色分别设定为不同的警报级别，在接收到信息处理单元4的通知后，根据警报级别亮起相应颜色的警示灯，扬声器24开始自动语音报警，现场值班人员可依据示警单元6提供的信息采取应急处理或紧急撤离。

具体实施方式六：

与具体实施方式五不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述语音芯片22的型号为ISD2540，该芯片内置存储器可录音40s，足够存放多条报警语音，可通过外部控制选择播放。

具体实施方式七：

与具体实施方式一、二、四或六不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述的泄压单元7包括电机驱动电路25、变速电机26和风扇27，其中，电机驱动电路25包括继电器19、数模转换芯片28、交流供电电路29和双向可控硅30；

泄压单元7中的继电器19和数模转换芯片28连接信息处理单元4，继电器19的输出端连接交流供电模块的输入端，交流供电模块的输出端连接双向可控硅30的输入端，数模转换芯片28的输出端连接双向可控硅30的输入端，双向可控硅30的输出端练级而变速电机26，变速电机26连接风扇27。在接收到信息处理模块4的通知后，电机驱动电路25触发，变速电机26立即开始工作，驱动风扇27，风扇27转动开始泄压操作，加速内部可燃气体排出并使外部冷空气快速进入。

具体实施方式八：

与具体实施方式七不同的是，本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置，所述可燃气体传感器15的型号为TSD_2610传感器。

具体实施方式九：

本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压装置的报警泄压方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一、锂电池发生自燃时，锂电池内电解液与电池内部金属锂发生反应，产生C₄H₁₀、C₂H₄、C₂H₆可燃气体，信息采集单元3中的可燃气体传感器15检测出密封舱内可燃气体的含量上升，通过模数转换芯片18以I2C接口将数据上传给信息处理单元4，同时温度传感器17和压力传感器16以秒为周期记录密封舱内的温度温度值和压力值并上传给信息处理单元4；

步骤二、信息处理单元4将接收到的来自数模转换芯片28的数值与预设值进行比较，确认发生警报后，记录当前温度值和压力值，并根据压力值判断当前警报级别；

步骤三、依据不同警报级别，信息处理单元4设置相应的风扇27转速来驱动泄压单元7执行泄压过程、通知示警单元6开始报警、通过串口给出AT指令通知通信单元5将警报级别、当前温度值和压力值以短信方式发送给预设值班人员；其中，AT即Attention，AT指令集是从终端设备(Terminal Equipment，TE)或数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)向终端适配器(Terminal Adapter，TA)或数据电路终端设备(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)发送的。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台(Mobile Station，MS)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。

步骤四、泄压单元7执行泄压过程具体为：

信息处理单元4通过GPIO接口即为通用输入/输出接口给出的信号触发继电器19开启交流供电电路29，并根据警报级别通过数模转换芯片28输出相应的模拟电压改变双向可控硅30的导通角，改变变速电机26的输入电压进而实现对变速电机26转速的控制，驱动风扇27，风扇27的转动使密封罐内产生负压，加速密封罐内部可燃气体的排出和外部冷空气的进入，防止爆炸的发生；

步骤五、示警单元6报警过程具体为：

信息处理单元4根据警报级别通过GPIO接口即为通用输入/输出接口给出的信号触发继电器19，开启对应颜色的警示灯，语音芯片22根据信息处理单元4的GPIO接口即为通用输入/输出接口给出的信号判断播放相应报警语音；

步骤六、随着泄压过程的不断进行，温度传感器17和压力传感器16以秒为单位实时采集密封舱内的温度值和压力值并提供给信息处理单元4，信息处理单元4根据实时更新的温度值和压力值并调节风扇27转速，调整泄压进程，并且实时通过通信单元5远程通知现场值班人员。

具体实施方式十：

本实施方式的锂电池密封舱安全报警泄压方法，步骤二所述的根据压力值判断当前警报级别的过程为，所述警报级别按照由低到高分为Ⅰ级警报、Ⅱ级警报、Ⅲ级警报，

当压力值在大于1Mpa并且小于密封舱最大承内压力值二分之一的范围内时，确定为Ⅰ级警报，只有黄色警示灯亮，进行1级语音播报，并通知值班人员，开启泄压单元以1级警报参数执行泄压操作；

压力值在大于密封舱最大承内压力值二分之一并且小于密封舱最大承内压力值的三分之二的范围内时，确定为Ⅱ级警报，只有红色警示灯亮，进行2级语音播报，通知值班人员，开启泄压单元以2级警报参数执行泄压操作；

当压力值在大于密封舱最大承内压力值三分之二并且小于密封舱最大承内压力值的范围内时，确定为Ⅲ级警报，黄色警示灯和红色警示灯都亮，进行3级语音播报，通知值班人员，开启泄压单元以3级警报参数执行泄压操作。

实施例1：

信息采集单元中的可燃气体传感器检测出密封舱内可燃气体的含量上升，通过模数转换芯片以I2C接口将数据上传给信息处理单元，同时温度传感器和压力传感器以秒为周期记录密封舱内的温度温度值和压力值并上传给信息处理单元；

信息处理单元将接收到的来自数模转换芯片的数值与预设值进行比较，确认发生警报后，记录当前温度值和压力值，并根据压力值判断当前警报级别，警报级别按照由低到高分为Ⅰ级警报、Ⅱ级警报、Ⅲ级警报，各级警报对应的压力值与密封舱最大承内压力值有关，假设目标设备管壁厚5mm，内径196mm，采用304不锈钢材料，根据计算属于薄壁管，通过承内压力计算公式可以估计该密封舱最大承内压力值为4.97Mpa，所以

当压力值在1Mpa至2.49Mpa范围内时，确定为Ⅰ级警报，只有黄色警示灯亮，进行1级语音播报，并通知值班人员，开启泄压单元以1级警报参数执行泄压操作；

当压力值在2.49Mpa至3.31Mpa范围内时，确定为Ⅱ级警报，只有红色警示灯亮，进行2级语音播报，通知值班人员，开启泄压单元以2级警报参数执行泄压操作；

当压力值在3.31Mpa至4.97Mpa范围内时，确定为Ⅲ级警报，黄色警示灯和红色警示灯都亮，进行3级语音播报，通知值班人员，开启泄压单元以3级警报参数执行泄压操作。

依据不同警报级别，信息处理单元设置相应的风扇转速来驱动泄压单元执行泄压过程、通知示警单元开始报警、通过串口给出AT指令通知通信单元5将警报级别、当前温度值和压力值以短信方式发送给预设值班人员。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。