电瓶车自动防火报警器设计

彭冠军　张龙　王刚　高晨曦　王慎　刘士杰

摘 要：电瓶车作为一种方便、快捷、环保的代步工具已越来越受到人们的青睐，但由此带来的消防安全隐患也不容忽视.本文通过对老化电池的实验报告分析进行了电路设计，构建了一款由感应器感应端感应电池温度异常变化会自动产生电压信号，再由输出端输入报警器大喇叭发出声音信号，来引起用户警惕，从而达到起火前的报警。

关键词：传感器;自动防火;报警器;电瓶车

中图分类号：TP212 文献标识码：A

随着时代的发展人们对于电瓶车的印象不仅仅是两轮、三轮车，新能源汽车作为新兴产业也方便着人们的生活。其大多以电车为主。由于技术方面还不完善，电车起火导致火灾的事情时有发生。造成火灾的主要原因有：一线路老化、二电池短路、三充电器不匹配、四外部原因（过多充电、电压不稳、充电环境）。引起电动车起火的主要原因有电气线路短路、接触电阻过大、过负荷以及电池发热爆炸起火等。所以如果电动车起火发生在人员密集的出租屋、小区内的楼梯间楼道、疏散通道、安全出口，时间又是大家毫无防备的半夜的话很容易引发群死群伤事故！消防人员介绍，一台电动车燃烧所产生的毒气足以杀死数百人，人体吸入200多℃的浓烟时，会造成呼吸道烧伤。如果吸入700多℃的浓烟，在很短的时间就会失去生命。一旦发生火灾，留给住户的逃生时间比想象中还要短。频频引发的火灾事故，不仅让市民十分揪心，也给国家和个人财产造成了巨大的损失。那么，如何避免电动车充电引发的火灾事故？针对此类问题我们觉得将相应的传感器与报警器相连，通过声音报警提醒车主车辆着火。传感器的预想主要有烟雾传感器和温度传感器，考虑到社会因素及因打火机香水等高温易燃易爆物我们选择温度传感器。一般锂电池在150℃的高温下会产生异常那么我们设置的感应温度在150℃左右。由于车辆上空间较小且起火多在电瓶处我们将其放置在电瓶附近易传感准确温度。由于在高温环境所选用的传感器与报警器应耐高温及固定良好可用金属外壳包裹线路选用的中型被复线（三根铜丝四根钢丝纽绞而成再往外是涂有石蜡和柏油的纱布外包一层橡胶绝缘导电良好防水防火）对于其他存有安全隐患的部位可以并联报警器到相应位置走线，应注意不妨碍行驶不乱搭电线。

1 报警器设计思路

图1为设计思路图，首先应收集大量的有关热传感器的资料，热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等优秀特点。可用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。并且随着科技的发展热电阻传感器的测温范围也随之扩展，高温方面也出现了多种用于100℃～1 300℃的热电阻传感器。进行各类传感器的小实验，找到一般情况下室内外电瓶车电池发生自燃的可能温度，进行了实验数据的记录总结找到报警器发出报警时的合理温度，找到具有对应特性的金属将其作为传感器的感应端接入电瓶车电池上，通过传感器与报警器的连接最终实现电瓶测温报警，将所得原型进行试验投入生活。

2 电池燃烧的过程分析

根据题意，首先要搜寻电动车起火的主要原因：（1）外部原因：可能与着火体相连起火。高温暴晒电瓶自燃。（2）内部原因：电路老化短路起火等。根据上述现象应该选择对温度敏感的温度传感器作为感应工具，其材料外壳必须耐高温并设有一定的温度分级。在测试了许多原件后最终采用热敏电阻。过程中导线处理比较复杂外皮率先熔化即采取外壳包装导线选材进行解决。与其相连的是报警器其选材同样需要耐高温切以声音预警要有较大声音能够提醒到车主。因为电车空间狭小为避免事故发生两者之间连接走线贴于车身。若车辆失火位置不同可连接多个于不同位置皆可报警。这里选择于电瓶上方安置。完毕之后经过多次模拟失火情况，实验过程安全顺利实验结果与预期相符。

3 自动防火报警器设计

3.1 实验数据的收集

老化电池在过度充电的情况下非常容易出现电池温度的异常变化，我们对一辆老化的电动车进行模拟过充实验，在插上电3分钟后，探测仪上显示电流升高到了68安培，电压也由原来的20福特升高到进95福特。电池线路温度从25℃上升到265℃，电池外壳的温度也有20℃迅速升高到了201℃。试验不到7分钟，电池线路温度达到了615℃，电池外壳温度也达到了357℃。此时已达到电池自燃的危险温度。电动自行车内有明显的烟雾冒出，温度还在不断攀升，随即发生轰燃。获得了多组实验数据之后，通过对实验数据的分析与总结我们就得到了电瓶起火的一般过程：

故障——短路——起火升温——剧烈燃烧或爆炸

3.2 感应器构建

根据实验过程得出的结论以后便可以开展对传感器的筛选。对项目需求的测温范围的大小（当电瓶或者外界温度达到357℃即危险温度时）和精度要求、测温元件大小是否得当、和其方便性选择了一种较为合适的FHF02 热通量传感器（图3所示），探测部分长3 cm宽3 cm;厚度9 mm使用FHF02非常简洁方便。其优点主要有：

· 易弯曲 （弯曲半径 ≥ 50 x 10-3 m）;

· 较低的热阻;

· 较宽的温度测量范围;

· 较快的响应时间;

· 较大的监测区域;

· 仪器中加入了热电堆，可用来测量温度;

· 仪器本身坚固耐用，仪器线缆带有应变消除特性;

· IP防护等级：IP67;

· 传感器内部包含散热片，有效降低传感器在高温测量环境中热导率的温度依赖性。

连接完成后，可以通过FHF02传感器测量并输出一个电压信号时报警器开关闭合从而使报警器发出响铃。

这种传感器的优势在于测量精度高;热电阻传感器之所以有较高的测量精度，主要依靠的是电阻材料的稳定性，复现性较好。其次，与热电偶相比，它没有参比端误差问题;可以适用在较大的测量范围，尤其在低温方面;易于使用在自动测量中使用。

3.3 传感器与报警器的组装

将传感器的感应端接入靠近电池工作部位，当感应器发现电池温度异常产生电压信号，电压到来后引起了喇叭回路中电流的变化，电流传至高音喇叭形成完整的具有电压电流的闭合回路，用电器喇叭便可开始工作此时便可以实现电池的高温报警。再通过合理的排线和安放做到不影响电瓶的正常使用。维修时要选择专业的维修机构或人员进行，不得拆卸电气保护装置，更不能不擅自拆卸和保护装置完好有效。

4 结语

平时生活中因各种原因可能导致电瓶车起火，存在安全隐患降低电瓶车的使用寿命甚至造成生命财产安全损失。根据此类问题我们对症下药提出了合理的设计方案。电瓶车防火报警器的出现实现了热传感系统与电瓶车防火工作的联系，有效预防和遏制了电动车火灾，其好处不仅在于能够及时避免火灾的发生，提高了电车使用安全指数，减少事故发生。在生活中我们仍要做到不私拉电线不使用没有检验合格的不适配充电器，避免长时间充电，浅放勤充。做到电瓶车起火的防患于未然。

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