一种火灾预防探测装置的制作方法

1.本实用新型涉及火灾预防检测技术领域，特别是涉及一种火灾预防探测装置。


背景技术：

2.随着我国能源消费结构转型升级，以储能技术为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视。在实现“双碳”的大背景下，“站在风口”的新能源、新材料环保等相关行业和产业链，迎来历史性发展机遇。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，如太阳能、风能、地热能、氢能、核能等。这些能源被收集起来，储存在锂电池集装箱内，这种一般我们都是叫做储能电站。储能单元是以锂离子电池为基本构成单元，锂离子电池是含能物质，从本质上讲具有危险本质，特别是在密闭封闭的空间。因此，锂离子电池的安全问题越来越受到社会各界关注。锂离子电池火灾与普通火灾具有较大的不同，其作为能量聚集体，在热失控发生后容易引发周围电池发生连锁燃烧爆炸反应。
3.目前国际上对锂离子电池火灾尚未形成统一的技术标准。锂离子电池储能系统消防保护研究尚处于起步阶段，现有技术对锂离子电池火灾缺乏针对性，锂离子电池火灾的预测预警、防火分隔、灭火设施的功能设计、设置方案等也有待完善。现在市场上的储能电站的火灾预防方案主要还是使用传统的可燃气体探测器加上传统烟感和温感这样的方式进行，即现有储能电站火灾防控方案一般是两套设备，一套是可燃气体探测器加可燃气体控制器，另一套是火灾探测器(烟感和温感)加火灾控制器。这两套共同构成储能电站的消防系统。由于每个探测器是单独设计，并没有很好的整合资源，这样的方案成本高，占用空间大且安装比较复杂。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是要提供一种火灾预防探测装置，能够更好地整合资源，节约成本，降低占用空间，并且便于安装。
5.本实用新型的另一个目的是快速地测量浓度很低的co和h2。
6.本实用新型的进一步的一个目的是增强系统的抗电磁干扰性能。
7.根据本实用新型的目的，本实用新型提供了一种火灾预防探测装置，包括：
8.可燃气体传感器，用于检测锂电池在热失控初期释放的可燃气体的数据；
9.温度烟雾传感器，包括相连的温度检测单元和烟雾检测单元，分别用于检测所述锂电池的温度和环境中的烟雾数据；
10.控制器，与所述可燃气体传感器和所述温度烟雾传感器均相连，用于获取所述可燃气体的数据、所述锂电池的温度和所述烟雾数据；和
11.通信单元，与所述控制器相连，用于将控制器的数据传输至电池管理系统和/或消防主机，以便控制对所述锂电池的停止充放电或启用消防装置。
12.可选地，所述可燃气体传感器包括co传感器和h2传感器，分别用于检测co的浓度和h2的浓度。
13.可选地，所述可燃气体传感器包括：
14.可燃气体传感器电路，包括可燃气体探头，用于探测所述可燃气体的浓度；
15.温度补偿电路，包括热敏电阻；
16.可燃气体主控单元，与所述可燃气体传感器电路和所述温度补偿电路均相连。
17.可选地，所述可燃气体传感器电路还包括用于检测所述可燃气体探头处的电压的脱落检测端口，所述脱落检测端口与所述可燃气体主控单元相连，以便所述可燃气体主控单元获取所述可燃气体探头是否脱落的信息。
18.可选地，所述通信单元包括can总线收发单元和485专用收发单元，分别用于与所述电池管理系统和所述消防主机通信连接。
19.可选地，火灾预防探测装置还包括：
20.显示单元，与所述控制器相连，用于根据控制器的显示控制信息进行相应的显示。
21.可选地，火灾预防探测装置还包括：
22.红外通信单元，与所述控制器相连且与红外遥控器通信连接，用于接收所述红外遥控器发送的红外信号。
23.可选地，火灾预防探测装置还包括：
24.flash芯片，与所述控制器相连，用于保存警报信息和时间信息。
25.可选地，火灾预防探测装置还包括：
26.电源模块，用于将预设电压转换为所述火灾预防探测装置的各个器件和电路可用的电压值。
27.可选地，所述电源模块包括依次连接的保护电路、滤波电路和防反接电路，所述保护电路用于防止雷击和浪涌且包括电感、压敏电阻和电容，所述压敏电阻与所述电容并联后与所述电感串联，所述滤波电路和所述防反接电路分别用于抗干扰和防止电源反接。
28.根据本实用新型的一个实施例，火灾预防探测装置包括了可燃气体传感器和温度烟雾传感器，可以检测锂电池在热失控初期释放的可燃气体的数据、锂电池温度和环境中的烟雾情况，可燃气体传感器和温度烟雾传感器均与控制器相连，控制器还通过通信单元分别与电池管理系统和消防主机相连，因此能够在锂电池出现热失控的初期、温度过高和环境中出现烟雾时及时通知电池管理系统和消防主机，防止火灾。由于该火灾预防探测装置集成了可燃气体传感器和温度烟雾传感器，因此能够更好地整合资源，节约成本，降低占用空间，并且便于安装。
29.根据本实用新型的一个实施例，采用高灵敏的co传感器和h2传感器结合放大电路，能够快速地测量浓度很低的co和h2。
30.根据本实用新型的一个实施例，控制器的电源与外围电路的电源采用了一个磁珠进行了隔离，同时在控制器所有的vdd电源管脚都加了退耦电容，增强系统的抗电磁干扰性能。
31.根据本实用新型的一个实施例，通过选用抗干扰的各个传感器可以解决测微量h2和co易干扰的问题。
32.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
33.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
34.图1是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的结构框图；
35.图2是根据本实用新型另一个实施例的火灾预防探测装置的结构框图；
36.图3是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的co传感器的co传感器电路的电路图；
37.图4是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的co传感器的温度补偿电路的电路图；
38.图5是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的co传感器的co主控单元的电路图；
39.图6是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的控制器的电路图；
40.图7是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的温度检测单元的电路图；
41.图8是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的烟雾检测单元的电路图；
42.图9是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的烟雾检测单元的结构示意图；
43.图10是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的can总线收发单元的电路图；
44.图11是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的485专用收发单元的电路图；
45.图12是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的显示单元的电路图；
46.图13是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的第二降压电路的电路图；
47.图14是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置的第一降压电路的电路图。
48.附图标记：
49.100-火灾预防探测装置、10-可燃气体传感器、11-co传感器、111-co传感器电路、112-温度补偿电路、113-co主控单元、12-h2传感器、20-温度烟雾传感器、21-温度检测单元、22-烟雾检测单元、30-控制器、40-通信单元、41-can总线收发单元、42-485专用收发单元、50-显示单元、60-红外通信单元、70-flash芯片、80-电源模块、81-第一降压电路、801-保护电路、802-滤波电路、803-防反接电路、82-第二降压电路、90-继电器。
具体实施方式
50.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限
bias可以通过一个低通滤波器后接入co主控单元113的引脚14。co主控单元113的引脚5和6与控制器30的引脚51和52相连，以将co传感器11测得的co的信息传输至控制器30，使得控制器30通过串口获得co传感的标定数据以及浓度数据等。
55.如图4所示，温度补偿电路112包括热敏电阻th1，当然还包括放大电路，通过图4中的放大器u2.1实现，温度补偿电路112的nadc2端口与co主控单元113的引脚16相连，以通过热敏电阻th1进行温度补偿，抑制环境温度过高或者过低的时候导致co传感器11产生的漂移，增强测量的精确性和稳定性，以保证co的测量精度。
56.进一步的一个实施例中，如图3所示，可燃气体传感器10电路还包括用于检测可燃气体探头处的电压的脱落检测端口sens，脱落检测端口sens与co探头s1的引脚1相连，通过检测引脚1处是否有电压来判断可燃气体探头处是否脱落。脱落检测端口与可燃气体主控单元相连，以便可燃气体主控单元获取可燃气体探头是否脱落的信息。例如，脱落检测端口sens通过连接一个低通滤波器后与co主控单元113的引脚15连接。
57.h2传感器12可以采用与上述co传感器11相同的电路来实现h2传感器12的检测，只需要将图3中的co探头s1换成相应的h2探头即可，在此不再赘述。h2传感器12的信号输出引脚可以与控制器30的引脚29和30相连，以使得控制器30通过串口获得h2传感器12的标定数据以及浓度数据。
58.本实施例中的采用高灵敏的co传感器11和h2传感器12结合放大电路，能够快速地测量浓度很低的co和h2。
59.如图6所示，控制器30可以选用的是兆易创新的gd32f303rct6芯片，该芯片采用lqfp-64封装，使用的是arm cortex-m4内核，cpu最大主频达到120mhz，有256k的rom和48k的ram，拥有丰富的外设和强大的性能。为了保证控制器30运行的稳定性，该模块的设计将控制器30的电源与外围电路的电源采用了一个磁珠l3进行了隔离，同时在控制器30所有的vdd电源管脚都加了100nf的退耦电容(c20～c25)，增强系统的抗电磁干扰性能。
60.图7是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的温度检测单元21的电路图。如图7所示，一个实施例中，温度检测单元21包括温度传感器h3，可以选用性价比较高的ntc温度传感器，参数为100k
±
1％，b值3950，具有响应速度快、电路简单、测量精度高等优点，ntc阻值随着温度的升高而降低，根据这一特性可直接分压(r11)后经过控制器30的a/d转换，通过程序查表、滤波的方式得到温度数据。温度传感器h3的ntc_adc管脚与控制器30的引脚9相连，以便将测得的温度数据传输至控制器30。
61.图8是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的烟雾检测单元22的电路图。图9是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的烟雾检测单元22的结构示意图。如图8所示，烟雾检测单元22包括烟雾传感器h1、调理电路和烟雾主控板cn3，烟雾传感器h1可以采用集成红外烟感。调理电路和烟雾主控板cn3将烟雾传感器h1测得的烟雾浓度线性地转换成ad值。烟雾主控板cn3的引脚2和3和控制器30的引脚16和17相连，以便控制器30直接获取烟雾浓度数据。烟雾检测单元22通过烟雾主控板cn3的引脚1与温度传感器h3的引脚2相连，使得烟雾检测单元22和温度检测单元21连接在一个电路板上。如图9所示，烟雾检测单元22封装为一个伸出有5个检测端的装置。
62.本实施例通过选用抗干扰的各个传感器可以解决测微量h2和co易干扰的问题。
63.图10是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的can总线收发单元
41的电路图。图11是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的485专用收发单元42的电路图。一个实施例中，通信单元40包括can总线收发单元41(参检图10)和485专用收发单元42(参见图11)，分别用于与电池管理系统和消防主机通信连接。如图10所示，can总线收发单元41包括can总线收发器u7，可以采用mcp2551型号的收发器，can总线收发器u7的can0_rs端口、can0_tx端口、can0_rx端口分别与控制器30的引脚57、61和62相连，进行can总线数据通讯的收发处理，实现与电池管理系统的通信。如图11所示，485专用收发单元42包括485专用收发器u6(可以采用max3485收发器)，485专用收发器u6的tx4_485端口、rx4_485端口和485_cs端口分别与控制器30的引脚53、54和55相连，可直接进行数据收发，同时在总线上增加tvs管和保险丝、电容等器件，可以抑制总线干扰。
64.本实施例的火灾预防探测装置100包括rs485和can两种总线通讯方式，能够兼容市面上绝大部分的电池管理系统和消防主机。
65.如图2所示，火灾预防探测装置100还包括红外通信单元6040，与控制器30相连且与红外遥控器通信连接，用于接收红外遥控器发送的红外信号，红外通信单元6040与控制器30的引脚40相连。红外通信单元6040可以是设置在显示单元50的显示面板上的红外接收器，普通用户可以通过特定的红外遥控器进行四种测量量的报警点设置，高级用户可以进行h2、co、烟雾的标定等。
66.图12是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的显示单元50的电路图。如图2所示，一个实施例中，火灾预防探测装置100还包括显示单元50，与控制器30相连，用于根据控制器30的显示控制信息进行相应的显示。如图12所示，显示单元50采用两个四位的数码管，具有成本低、稳定性高的优点，数码管的驱动芯片选用两线串行接口(sclk，din)的led驱动芯片tm1640(u1)，该芯片的seg1～seg8引脚与数码管的a～g段选引脚相连，grid1～grid8引脚与数码管的dig位选引脚相连，u1的接口lsclk和ldin与控制器30的引脚37、38相连，单片机可以通过时序控制数码管显示的内容。显示单元50的显示面板上可以包括电源指示灯、故障指示灯、低报指示灯和高报指示灯，事实显示装置当前的状态。
67.如图2所示，进一步地，火灾预防探测装置100还包括flash芯片70，与控制器30相连，用于保存警报信息和时间信息。例如，图6中控制器30的引脚20至23是spi0的接口与外置的flash芯片70连接，外置1m的flash芯片70可以保存探测器的报警信息，时间信息等数据。
68.图13是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的第二降压电路82的电路图。图14是根据本实用新型一个实施例的火灾预防探测装置100的第一降压电路81的电路图。如图2所示，火灾预防探测装置100还包括电源模块80，用于将预设电压转换为火灾预防探测装置100的各个器件和电路可用的电压值。电源模块80包括第一降压电路81和第二降压电路82，第一降压电路81用于将直流24v电压将至5v，第二降压电路82用于将直流5v电压将至3.3v。如图14所示，第一降压电路81将直流24v电压经过滤波、整流(防反接)然后经过dcdc电源芯片u2降压处理后得到传感器、显示器等部分电路所需要的5v电压，这里使用dcdc电源模块80是因为dcdc电源具有工作效率高，输入电压范围宽，静态功耗低等优点。如图13所示，5v电压经第二降压电路82的芯片u1将压至各个控制芯片(控制器30、各个主控芯片)所需的3.3v电压。
69.进一步地，如图13所示，电源模块80包括依次连接的保护电路801、滤波电路802和
防反接电路803，保护电路801包括电感l2、压敏电阻r4和电容c6，压敏电阻r4和电容c6并联后与电感l2串联，用于防止雷击和浪涌，滤波电路802和防反接电路803分别用于抗干扰和防止电源反接。即第一降压电路81具有防雷击、防浪涌、滤除输入杂波功能，可以有效的防护电源输入线路受外接的干扰，保持输入电压的持续稳定，能够满足国标电磁兼容的要求。
70.上述实施例的火灾预防探测装置100进行了本质安全型和隔爆型复合的防爆认证，可以达到使用环境要求，符合易爆环境的防爆要求。
71.如图6所示，进一步地，控制器30的引脚1可以接纽扣电池，保证主电掉电的时候，控制器30能够正常计时。控制器30的引脚3、4接32.768khz的晶振，可以给控制器30计时提供高精度的基准。控制器30的引脚25、26控制输出的继电器90与声光报警。控制器30的引脚42、43是串口0，为默认预留的打印调试接口。控制器30的引脚46、49是swd接口，用于程序的烧录和调试。
72.具体工作时，装置上电后，会有短暂的声光提示，所有led闪烁一下后设备进入预热状态，此时数码管会有倒计时界面，倒计时结束同时预热结束，此时设备进入监测状态。监测状态可以监测4种变量，数码管滚动显示h2、co、温度、烟雾的数据量，控制器30通过轮询4种传感器的探测值，将数值显示出来，将数据实时存放在内部寄存器中。本探测装置具有标准的485modbus协议，其他设备可以通过rs485总线随时读取测量的数据，同时这些数据也会通过can总线周期性的向外发送报文，可以与bms电池管理系统进行通信。该探测装置具有两级声光报警功能，当测量的h2、co、温度、烟雾任意变量超过了相应的报警设定值则发出对应声光报警。该探测装置具有故障检测功能，当传感器探头与主板通信故障或者传感器脱落，设备会亮故障指示灯。
73.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。