電瓶車自動防火報警器設計

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、環保的代步工具已越來越受到人們的青睞，但由此帶來的消防安全隱患也不容忽視.本文通過對老化電池的實驗報告分析進行了電路設計，構建了一款由感應器感應端感應電池溫度異常變化會自動產生電壓信號，再由輸出端輸入報警器大喇叭發出聲音信號，來引起用戶警惕，從而達到起火前的報警。

關鍵詞：傳感器;自動防火;報警器;電瓶車

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A

隨著時代的發展人們對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業也方便著人們的生活。其大多以電車為主。由于技術方面還不完善，電車起火導致火災的事情時有發生。造成火災的主要原因有：一線路老化、二電池短路、三充電器不匹配、四外部原因（過多充電、電壓不穩、充電環境）。引起電動車起火的主要原因有電氣線路短路、接觸電阻過大、過負荷以及電池發熱爆炸起火等。所以如果電動車起火發生在人員密集的出租屋、小區內的樓梯間樓道、疏散通道、安全出口，時間又是大家毫無防備的半夜的話很容易引發群死群傷事故！消防人員介紹，一臺電動車燃燒所產生的毒氣足以殺死數百人，人體吸入200多℃的濃煙時，會造成呼吸道燒傷。如果吸入700多℃的濃煙，在很短的時間就會失去生命。一旦發生火災，留給住戶的逃生時間比想象中還要短。頻頻引發的火災事故，不僅讓市民十分揪心，也給國家和個人財產造成了巨大的損失。那么，如何避免電動車充電引發的火災事故？針對此類問題我們覺得將相應的傳感器與報警器相連，通過聲音報警提醒車主車輛著火。傳感器的預想主要有煙霧傳感器和溫度傳感器，考慮到社會因素及因打火機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℃的高溫下會產生異常那么我們設置的感應溫度在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確溫度。由于在高溫環境所選用的傳感器與報警器應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電良好防水防火）對于其他存有安全隱患的部位可以并聯報警器到相應位置走線，應注意不妨礙行駛不亂搭電線。

1 報警器設計思路

圖1為設計思路圖，首先應收集大量的有關熱傳感器的資料，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測量溫度及與溫度有關的參數。在溫度檢測精度要求比較高的場合，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大、線性好、性能穩定、使用溫度范圍寬、加工容易等優秀特點。可用于測量-200℃～+500℃范圍內的溫度。并且隨著科技的發展熱電阻傳感器的測溫范圍也隨之擴展，高溫方面也出現了多種用于100℃～1 300℃的熱電阻傳感器。進行各類傳感器的小實驗，找到一般情況下室內外電瓶車電池發生自燃的可能溫度，進行了實驗數據的記錄總結找到報警器發出報警時的合理溫度，找到具有對應特性的金屬將其作為傳感器的感應端接入電瓶車電池上，通過傳感器與報警器的連接最終實現電瓶測溫報警，將所得原型進行試驗投入生活。

2 電池燃燒的過程分析

根據題意，首先要搜尋電動車起火的主要原因：（1）外部原因：可能與著火體相連起火。高溫暴曬電瓶自燃。（2）內部原因：電路老化短路起火等。根據上述現象應該選擇對溫度敏感的溫度傳感器作為感應工具，其材料外殼必須耐高溫并設有一定的溫度分級。在測試了許多原件后最終采用熱敏電阻。過程中導線處理比較復雜外皮率先熔化即采取外殼包裝導線選材進行解決。與其相連的是報警器其選材同樣需要耐高溫切以聲音預警要有較大聲音能夠提醒到車主。因為電車空間狹小為避免事故發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于不同位置皆可報警。這里選擇于電瓶上方安置。完畢之后經過多次模擬失火情況，實驗過程安全順利實驗結果與預期相符。

3 自動防火報警器設計

3.1 實驗數據的收集

老化電池在過度充電的情況下非常容易出現電池溫度的異常變化，我們對一輛老化的電動車進行模擬過充實驗，在插上電3分鐘后，探測儀上顯示電流升高到了68安培，電壓也由原來的20福特升高到進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℃。試驗不到7分鐘，電池線路溫度達到了615℃，電池外殼溫度也達到了357℃。此時已達到電池自燃的危險溫度。電動自行車內有明顯的煙霧冒出，溫度還在不斷攀升，隨即發生轟燃。獲得了多組實驗數據之后，通過對實驗數據的分析與總結我們就得到了電瓶起火的一般過程：

故障——短路——起火升溫——劇烈燃燒或爆炸

3.2 感應器構建

根據實驗過程得出的結論以后便可以開展對傳感器的篩選。對項目需求的測溫范圍的大小（當電瓶或者外界溫度達到357℃即危險溫度時）和精度要求、測溫元件大小是否得當、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），探測部分長3 cm寬3 cm;厚度9 mm使用FHF02非常簡潔方便。其優點主要有：

· 易彎曲 （彎曲半徑 ≥ 50 x 10-3 m）;

· 較低的熱阻;

· 較寬的溫度測量范圍;

· 較快的響應時間;

· 較大的監測區域;

· 儀器中加入了熱電堆，可用來測量溫度;

· 儀器本身堅固耐用，儀器線纜帶有應變消除特性;

· IP防護等級：IP67;

· 傳感器內部包含散熱片，有效降低傳感器在高溫測量環境中熱導率的溫度依賴性。

連接完成后，可以通過FHF02傳感器測量并輸出一個電壓信號時報警器開關閉合從而使報警器發出響鈴。

這種傳感器的優勢在于測量精度高;熱電阻傳感器之所以有較高的測量精度，主要依靠的是電阻材料的穩定性，復現性較好。其次，與熱電偶相比，它沒有參比端誤差問題;可以適用在較大的測量范圍，尤其在低溫方面;易于使用在自動測量中使用。

3.3 傳感器與報警器的組裝

將傳感器的感應端接入靠近電池工作部位，當感應器發現電池溫度異常產生電壓信號，電壓到來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，用電器喇叭便可開始工作此時便可以實現電池的高溫報警。再通過合理的排線和安放做到不影響電瓶的正常使用。維修時要選擇專業的維修機構或人員進行，不得拆卸電氣保護裝置，更不能不擅自拆卸和保護裝置完好有效。

4 結語

平時生活中因各種原因可能導致電瓶車起火，存在安全隱患降低電瓶車的使用壽命甚至造成生命財產安全損失。根據此類問題我們對癥下藥提出了合理的設計方案。電瓶車防火報警器的出現實現了熱傳感系統與電瓶車防火工作的聯系，有效預防和遏制了電動車火災，其好處不僅在于能夠及時避免火災的發生，提高了電車使用安全指數，減少事故發生。在生活中我們仍要做到不私拉電線不使用沒有檢驗合格的不適配充電器，避免長時間充電，淺放勤充。做到電瓶車起火的防患于未然。

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