滅火救援裝備智能充電柜的設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用

陳建 張恒

（1.湖南省消防救援總隊(duì)，湖南長(zhǎng)沙 410205；2.浙江咸亨創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)中心有限公司，浙江海寧 314400）

1.滅火救援裝備智能充電柜研究背景

在消防救援站現(xiàn)有配備的滅火救援裝備中，以電池為動(dòng)力的裝備占比數(shù)量多，如偵檢類、照明類、通信類，以及部分破拆類的裝備，均是以電池為動(dòng)力。這類裝備由于重量輕、便攜性好、使用頻率較高，但由于電池容量有限，每次救援結(jié)束后，均需要及時(shí)進(jìn)行充電。現(xiàn)有充電方法往往是臨時(shí)接線、隨意亂充，充電過(guò)程未得到有效監(jiān)管；過(guò)充時(shí)易引發(fā)電池爆炸和燃燒，且不易被發(fā)現(xiàn)；個(gè)別電池老舊容量耗盡，不易被檢測(cè)，充電后持續(xù)作業(yè)時(shí)間短。特別是當(dāng)前部分地區(qū)出現(xiàn)的電動(dòng)汽車、電動(dòng)平衡車等在充電過(guò)程中發(fā)生火災(zāi)，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，給消防救援站滅火救援裝備的充電也提出了警醒。

2.滅火救援裝備智能充電柜設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過(guò)調(diào)研，筆者以消防救援站常見的且需要經(jīng)常充電的佩戴式防爆照明燈、便攜式手提照明燈、對(duì)講機(jī)裝備為對(duì)象，設(shè)計(jì)了3個(gè)固定裝備充電層，同時(shí)考慮其他裝備充電，設(shè)計(jì)一個(gè)自由充電層；固定裝備充電層均設(shè)計(jì)了一個(gè)電池容量檢測(cè)位，專門用于電池容量的檢測(cè)。為防止電池過(guò)充引發(fā)火災(zāi)無(wú)法控制，內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)干粉滅火球，整體外觀如圖1所示。滅火救援裝備智能充電柜由以下幾個(gè)模塊組成[1-2]。

圖1 滅火救援裝備智能充電柜

（1）配電模塊。在配單模塊設(shè)計(jì)中，通過(guò)給配電單元模塊配備電源按鈕，可以實(shí)現(xiàn)模塊電源一鍵通斷，同時(shí)配電模塊的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠通過(guò)柜體的顯示屏進(jìn)行顯示，直觀準(zhǔn)確的反映柜體電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。同時(shí)，為進(jìn)一步提升配電模式的安全性與穩(wěn)定性，還配置了空氣開關(guān)和防雷器，能夠有效降低操作時(shí)的觸電風(fēng)險(xiǎn)和遭遇雷擊風(fēng)險(xiǎn)。（2）總控模塊。總控模塊的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是集中管理，提升管理效率。因此，專門為總控模塊配置了1塊10英寸的Andriod觸控屏，能夠顯示多項(xiàng)系統(tǒng)信息。總控模塊能夠結(jié)合系統(tǒng)各項(xiàng)信息，對(duì)電池壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，管理人員通過(guò)觸控屏就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和開啟各項(xiàng)功能。該設(shè)計(jì)提升了滅火救援裝備智能充電柜的智能化水平。（3）佩戴式防爆照明燈充電檢測(cè)模塊。在佩戴式防爆照明燈充電檢測(cè)模塊設(shè)置方面，整個(gè)模塊可放置12個(gè)佩戴式防爆照明燈，能同時(shí)給11個(gè)佩戴式防爆照明燈充電。模塊最右側(cè)設(shè)置1個(gè)專用的電池性能檢測(cè)位，通過(guò)電池自動(dòng)充放電實(shí)現(xiàn)電池性能檢測(cè)，并在顯示屏幕上提供檢測(cè)結(jié)果，供指戰(zhàn)員參考電池是否需要報(bào)廢處理。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于能夠支持多個(gè)設(shè)備同時(shí)充電，有效的提升充電的效率。同時(shí)，通過(guò)屏幕較為直觀的觀察到電池性能各項(xiàng)參數(shù)，如圖2所示。（4）便攜式手提照明燈充電檢測(cè)模塊。便攜式手提照明燈充電檢測(cè)模塊提供6個(gè)便攜式手提照明燈控制位置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)5個(gè)便攜式手提照明燈同時(shí)充電。模塊中設(shè)置了能夠?qū)ｉT用于電池性能檢測(cè)的檢測(cè)位來(lái)檢測(cè)電池的性能，相關(guān)的檢測(cè)結(jié)果也會(huì)顯示在充電柜的顯示屏上，能夠讓指戰(zhàn)員對(duì)電池進(jìn)行管理。（5）對(duì)講機(jī)電池充電分析模塊。對(duì)講機(jī)電池充電分析模塊提供了12個(gè)充電位，能夠同時(shí)為12臺(tái)對(duì)講機(jī)進(jìn)行充電，同時(shí)能夠?qū)?塊電池進(jìn)行修復(fù)、容量測(cè)試、循環(huán)壽命測(cè)試等智能分析功能。在充電以及檢測(cè)的過(guò)程中，能夠獲取電池的電量、電壓等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池性能狀態(tài)的判斷。（6）對(duì)講機(jī)充電模塊。在對(duì)講機(jī)充電模塊設(shè)置中，一共設(shè)置了12個(gè)對(duì)講機(jī)充電位，能夠?qū)崿F(xiàn)12個(gè)對(duì)講機(jī)同時(shí)充電，在很大程度上提升了對(duì)講機(jī)的充電效率。（7）自由充電層。在自由充電層，該模塊可以容納3個(gè)USB排插，兩腳插頭及三腳插頭，可直接供220V電源。指戰(zhàn)員可根據(jù)實(shí)際需要，選擇相應(yīng)的插孔進(jìn)行充電。該模塊可輸出5V/1A-3A,滿足常規(guī)5V電池充電需求。

圖2 電池分析檢測(cè)界面

3.滅火救援裝備智能充電柜的特點(diǎn)

（1）引入6S設(shè)計(jì)理念，提升充電管理便捷性。在滅火救援裝備智能充電柜設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將6S理念引入到充電管理設(shè)計(jì)中，整柜采用模塊化設(shè)計(jì)，整潔、規(guī)范，大大提高了管理人員的管理效率。（2）過(guò)充過(guò)放保護(hù)功能，防止充電柜出現(xiàn)過(guò)載。為提升充電過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性，專門設(shè)置了過(guò)充過(guò)放保護(hù)功能。當(dāng)電池滿電的狀態(tài)下繼續(xù)充電時(shí)，將導(dǎo)致電池電壓升高，電池變形和漏液?jiǎn)栴}。尤其是普遍采用鋰電池作為電源，在過(guò)充的情況下，電池溫度會(huì)快速上升，不僅會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生影響，還會(huì)引發(fā)火災(zāi)。過(guò)放主要指蓄電池放電超過(guò)了儲(chǔ)能的規(guī)定值，導(dǎo)致電池內(nèi)部活性物質(zhì)受到損傷，進(jìn)而影響電池壽命。該功能設(shè)計(jì)，不僅能有效防止電池性能受到損傷，延長(zhǎng)電池使用壽命，而且還能夠防止充電功率過(guò)高，引起充電柜過(guò)載，導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。（3）電池性能監(jiān)測(cè)，保證相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定可用。該智能充電柜中專門設(shè)計(jì)了可以用于顯示電池各項(xiàng)參數(shù)的高清顯示屏，界面設(shè)計(jì)較為友好，設(shè)備管理人員能夠直接通過(guò)操作顯示屏調(diào)取電池的充電參數(shù)，了解電池充電情況。該充電柜內(nèi)部系統(tǒng)也能通過(guò)采集電池的充電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池健康情況進(jìn)行管理。指戰(zhàn)員可通過(guò)電池的性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，直觀了解電池的損耗，提醒相關(guān)人員及時(shí)更換老化電池。（4）安全防護(hù)設(shè)置，消除火災(zāi)隱患。充電柜在使用過(guò)程中，其自身的穩(wěn)定性不僅受自身性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，在使用的過(guò)程中也存在不確定性因素的影響。如在一些較為極端的高溫條件下，滅火救援裝備電池有自燃的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，在充電柜中專門設(shè)置了干粉滅火球和智能溫控風(fēng)扇，當(dāng)內(nèi)部起火后，干粉滅火球就會(huì)自動(dòng)釋放，且在平時(shí)充電過(guò)程中，智能溫控風(fēng)扇能夠根據(jù)柜體內(nèi)部溫度高低，增加或減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，將柜體內(nèi)部溫度維持在穩(wěn)定的適宜范圍內(nèi)，最大程度降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。（5）電池健康保護(hù)設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)電池壽命。充電柜的基本功能不僅需要保證充電的效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電設(shè)備的有效管理，而且還需要考慮到充電策略對(duì)電池本身壽命的影響。該充電柜由于能夠?qū)﹄姵爻潆妳?shù)進(jìn)行全面的采集，能夠根據(jù)電池充電情況對(duì)充電策略進(jìn)行調(diào)整，不僅能保證充電的效率，而且還能有效防止充電速度過(guò)快給電池造成的損傷，這對(duì)于延長(zhǎng)設(shè)備內(nèi)置蓄電池使用壽命，節(jié)省設(shè)備更換成本具有重要的意義。

4.滅火救援裝備智能充電柜的實(shí)踐應(yīng)用情況

目前，該款滅火救援裝備智能充電柜已經(jīng)在湖南省消防救援總隊(duì)機(jī)關(guān)和200個(gè)消防救援站得到了實(shí)踐應(yīng)用。從實(shí)際應(yīng)用情況上來(lái)看，該充電柜能夠始終保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行，期間并未出現(xiàn)硬件和軟件故障。在出現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)的情況下，也能為電池進(jìn)行穩(wěn)定地充電。通過(guò)近9個(gè)月的實(shí)踐，該充電柜解決了一些基層的實(shí)際問(wèn)題，得到了基層指戰(zhàn)員的肯定，對(duì)于提升戰(zhàn)斗力具有一定的意義。