一种电动汽车智能监控灭火装置及其灭火方法与流程

本发明属于电动汽车安全技技术领域，具体涉及一种电动汽车智能监控灭火装置。

背景技术：

随着电动汽车的推广，其保有量快速上升。但电动汽车的起火事故也随之增多。当前电动汽车起火的主要部位集中于电机舱和电池仓。电动汽车发生起火和传统燃油车不同，一旦起火，火势发展迅猛，使得驾驶员没有足够的时间去灭火，甚至导致无法逃生，危及生命。

现有的自动灭火装置的结构虽然简单，但是在灭火效率、范围和时机上尚有待提高。当前电动汽车普及率快速增长，车辆因碰撞起火和自燃的事件明显增加，电动汽车起火时火势迅猛，传统的自动灭火装置灭火效率低，启动灭火时间延迟长，且不能检测出失火部位和导致起火的短路电路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电动汽车智能监控灭火装置。

本发明一种电动汽车智能监控灭火装置，

本发明一种电动汽车智能监控灭火装置，包括灭火器主体、连接管路、喷射灭火模块和故障识别电路。灭火器主体安装在电动汽车的底盘上。灭火器主体的输出口与节流阀的输入口通过灭火剂输出管道连接。电池仓及电机舱内均设置有多个喷射灭火模块。电动汽车的各个电气回路中的关键节点处均有一个喷射灭火模块。连接管路自节流阀起分为两个灭火分路，分别通向电池仓、电机舱，并连接到所有喷射灭火模块。

所述的喷射灭火模块包括可调式喷头、喷头调节驱动组件、通水管和电磁阀。可调式喷头包括中心主喷头、n根弹簧和n个分支喷头。n个分支喷头均与中心主喷头的边缘处铰接，且通过弹簧连接；分支喷头与中心主喷头的铰接轴位于中心主喷头正面的边缘处。各分支喷头由喷头调节驱动组件驱动翻转。中心主喷头及各个分支喷头的内部均设置有流道，正面均开设有连通流道的多个喷孔；中心主喷头内的流道通过软管连接到n个分支喷头内的流道。中心主喷头内的流道经通水管、电磁阀连接到对应的灭火分路上。

所述电动汽车内的各个关键节点均对应一个故障识别定位电路。故障位置定位电路包括运算放大器u1、功率放大器u3和sr触发器u2。运算放大器u1的正相输入端接电阻r3及电阻r4的一端。电阻r3的另一端接基准电压es；电阻r4接地；运算放大器u1的正向供电端接基准电压es，反向供电端接地。运算放大器u1的输出端接电阻r2的一端；电阻r2的另一端接电阻r1的一端及sr触发器u2的s引脚；电阻r1的另一端接地。功率放大器u3的输出引脚接sr触发器u2的r引脚，供电引脚接外部供电电压，地线引脚接地。sr触发器u2的供电引脚接外部供电电压，地线引脚接地；运算放大器u1的反相输入端及功率放大器u3的输入引脚为智能识别电路的输入端，均与对应的关键节点连接；sr触发器u2的q引脚为智能识别电路的输出端。

作为优选，n个分支喷头沿着中心主喷头中心轴线的周向均布。

作为优选，部分或全部喷射灭火模块上安装有检测控制盒。所述的检测控制盒内设置有信号采集器、温度传感器和控制器。温度传感器的信号输出接口与信号采集器的信号输入接口连接。所述信号采集器的信号输出接口与控制器的信号输入接口连接。各个控制器与节流阀的控制接口分别连接。连接控制器与节流阀的导线沿着连接管路布置。

作为优选，所述的检测控制盒内还设置有烟雾传感器、火焰传感器、一氧化碳传感器和可燃气体传感器。烟雾传感器、火焰传感器、一氧化碳传感器及可燃气体传感器的信号输出接口均与信号采集器的信号输入接口连接。

作为优选，电池仓及电机舱的四个角上均安装有喷射灭火模块；位于电池仓或电机舱角上的可调式喷头朝向电池仓或电机舱的中部。

作为优选，所述的喷头调节驱动组件包括驱动电机、n个导向轮和n根牵拉线。n个导向轮均支承在中心主喷头的背面，且与n个分支喷头分别对应；驱动电机固定在中心主喷头的背面，输出轴上固定绕线辊。n根牵拉线的一端与n个分支喷头的背面分别固定，另一端经导向轮改变方向，连接至驱动电机输出轴的绕线辊上。当驱动电机带动绕线辊正向转动时，n根牵拉线均被释放；各分支喷头在弹簧的推力下翻转合拢。当驱动电机带动绕线辊反向转动时，n根牵拉线均被收回；各分支喷头在弹簧的推力下翻转张开。

作为优选，输入运算放大器u1正相输入端的标准电压大于电动汽车上关键节点在非故障状态下电压的两倍。

作为优选，所述的灭火器主体与电动汽车底盘通过灭火器卡件固定。所述的灭火器卡件包括上环、下环、铰链、锁扣、基板和螺栓。基板与电动汽车的底盘固定。下环与基板通过螺栓固定。上环的一端与下环的一端通过铰链铰接，另一端与下环的另一端通过锁扣可拆卸固定。上环和下环卡住灭火器主体。

该电动汽车智能监控灭火装置的灭火方法包括常规明火灭火方法和电路故障预灭火方法。

明火扑灭方法如下：

烟雾传感器、火焰传感器和温度传感器分别检测环境中的温度，系统会判断任意一个传感器的检测值是否超过阈值。当传感器检测值超过阈值时，节流阀开启，检测值超过阈值的那个传感器对应的电池仓或电机仓内的喷射灭火模块8的电磁阀均开启；使得对应的喷头喷出灭火剂，实现灭火。节流阀开启，对应的电池仓或电机仓内的喷射灭火模块的电磁阀均开启，各个可调式喷头内的分支喷头呈半合拢的状态，集中于一点喷出灭火剂，进行高效率灭火。若火势加大，则各个可调式喷头内的喷头调节驱动组件驱动各分支喷头张开，增大灭火范围。

电路故障预灭火方法的具体步骤如下：

步骤一，各故障识别电路分别检测对应的关键节点的电压变化情况，并向控制器或车载电脑传输可识别故障信号。

步骤二，控制器或车载电脑根据故障识别电路输出的可识别故障信号判断对应的电路是否发生易起火故障。

步骤三，当其中一个故障识别电路检测到对应的关键节点发生易起火故障时，车载电脑向驾驶室的显示屏发送警报信号；

同时，电池仓或电机舱内对应故障电路关键节点的喷射灭火模块8内的电磁阀开启，使得该喷射灭火模块在各分支喷头合拢状态下对关键节点进行定点喷射灭火剂，使得关键节点降温并隔绝空气。

作为优选，所述电路故障预灭火方法的步骤三中，在检测到易起火故障后，若车辆处于非行驶状态，则车载电脑向电动汽车内的断路器发送断电信号，使得断路器切断电池与其他耗电元件的连接。只有当驾驶员或者维修人员重置后，车载电脑才会重启断路器，线路恢复供电。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明对灭火系统做了创新。针对易高温、易燃汽车部位设计了两个分路子系统，分别置于电机舱和电池仓，真正做到监测整车安全。且子系统结构为管路包覆，结构简单，效率高效。

2.本发明在电路故障预灭火功能上做了创新。增加了故障识别电路，可以根据电路故障进行检测，实现报警和预灭火，大大提高了电动汽车的安全性。

3.本发明在喷头结构上做了创新。本发明所设计的可调式喷头在喷射范围和效率上都有了显著的提高，尤其是在灭火的效率上有很大的提高。喷头提供两种灭火模式，一种为半合拢状态，另一种为展开状态。半合拢状态下的各分支喷头内折，中心主喷头与分支喷头喷出的灭火器集中在一个关键节点所在的小范围内，提高了灭火的效率；在展开状态下，各分支喷头与中心主喷头的喷射范围大幅提升，可以让干粉灭火剂很分散，不仅可以高效扑灭火势还可以隔绝空气，抑制火势发展。

4.本发明与传统的车辆自动灭火系统相比，采用控制模组——传感器集合思路，集信息采集器、烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、可燃气体传感器、电路检测器、电路故障智能识别传感器和智能确认芯片多种传感器和智能芯片于一体，且控制模组与喷头结合在一起，在情况发生时做到全方面监控，搭配智能确认芯片在算法优化上得到了高效率提高，让灭火系统反映时间大幅度缩短，对车内人员的安全作出进一步保障。

5.本发明与传统灭火系统相比，还增加了物理降温的功能。在电池仓或者电机舱某部件温度超出正常值时，经过智能芯片的计算控制灭火剂控制器打开让喷头喷射干粉，根据传感器监测到的温度、气体、火焰的类型和程度不同让喷头喷射不同程度和范围的干粉，干粉可以降温防止温度过高起火，可以隔绝空气防止易燃气体发生自燃。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中灭火器卡件结构示意图；

图3为本发明中喷射灭火模块的剖面示意图；

图4为本发明中可调式喷头的正面视图；

图5为本发明中可调式喷头的背面视图；

图6为本发明中故障识别电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种电动汽车智能监控灭火装置应用在电动汽车中。电动汽车的底盘14上安装有电池仓1和电机舱2。电池仓1内的电池与其供电的电路之间均设置有断路器。

该电动汽车智能监控灭火装置，包括灭火器主体3、连接管路7、喷射灭火模块8和故障识别电路。灭火器主体3通过灭火器卡件4安装在底盘14上。灭火器卡件4包括上环、下环、铰链4-1、锁扣4-2、基板4-3和螺栓4-4。基板与电动汽车的底盘14固定。下环与基板4-3通过螺栓4-4固定。上环的一端与下环的一端通过铰链4-1铰接，另一端与下环的另一端通过锁扣4-2可拆卸固定。上环和下环卡住灭火器主体3。

如图1和3所示，灭火器主体3的输出口与节流阀6的输入口通过灭火剂输出管道5连接。所述节流阀6可以根据控制器传递的信号控制灭火器主体输出口的开启程度，以此达到控制灭火剂的速度、压强，使得喷头可以根据不同程度情况喷射不同程度不同范围的灭火剂，精确覆盖故障部位，实现精确控制。

电池仓1及电机舱2内的四个角及各个关键节点处均安装有喷射灭火模块8。喷射灭火模块8通过转动副或螺纹连接的方式实现绕竖直轴线转动的转向调节。关键节点为电池仓1、电机舱2内着火风险加高的位置，本实施例中为关键回路的接口位置；关键回路的接口位置包括电池充电路接口、电池输出电路接口、电机驱动电路接口。连接管路7自节流阀6起分为两个灭火分路15，分别通向电池仓1、电机舱2。两个灭火分路15在电池仓1、电机舱2各自形成回路，并经过各个喷射灭火模块8处。

如图3、4和5所示，喷射灭火模块8包括可调式喷头9、喷头调节驱动组件10、检测控制盒11、通水管12和电磁阀13。位于电池仓1或电机舱2角上的可调式喷头9朝向电池仓1或电机舱2的中部。位于关键节点处的可调式喷头9朝向对应的关键节点。可调式喷头9的外侧面呈五角星状，包括中心主喷头9-1、五根弹簧9-2和五个分支喷头9-3。五个分支喷头9-3均与中心主喷头9-1的边缘处铰接，且通过弹簧9-2连接；分支喷头9-3与中心主喷头9-1的铰接轴位于中心主喷头9-1正面的边缘处，使得分支喷头9-3能够在弹簧9-2的推力下向中心主喷头9-1的正面翻转合拢。五个分支喷头9-3沿着中心主喷头9-1中心轴线的周向均布。当各个分支喷头9-3翻转合拢时，可调式喷头9的喷射范围减小，灭火剂集中喷射到关键节点处，从而更加高效的对关键节点进行灭火；当各个分支喷头9-3翻转张开时，可调式喷头9的喷射范围增大，从而在着火时能够扑灭更大范围的明火。

喷头调节驱动组件10包括驱动电机10-1、五个导向轮10-2和五根牵拉线10-3。五个导向轮10-2均支承在中心主喷头9-1的背面，且与五个分支喷头9-3分别对应；驱动电机10-1固定在中心主喷头9-1的背面，输出轴上固定绕线辊。五根牵拉线10-3的一端与五个分支喷头9-3的背面分别固定，另一端经导向轮10-2改变方向，连接至驱动电机10-1输出轴的绕线辊上。当驱动电机10-1带动绕线辊正向转动时，五根牵拉线10-3均被释放；各分支喷头9-3在弹簧9-2的推力下翻转合拢。当驱动电机10-1带动绕线辊反向转动时，五根牵拉线10-3均被收回；各分支喷头9-3在弹簧9-2的推力下翻转张开。

中心主喷头9-1及各个分支喷头9-3的内部均设置有流道9-4，正面均开设有连通流道的多个喷孔9-6；中心主喷头9-1内的流道设置有五个分流出口；中心主喷头9-1的五个分流出口分别通过软管9-5连接到五个分支喷头9-3内的流道，为分支喷头9-3输送灭火剂。

检测控制盒11安装在可调式喷头9的背侧。通水管12的一端穿过检测控制盒11，并与可调式喷头9中心主喷头9-1内的流道连通。电磁阀13的一个通液口与通水管12的另一端通过螺纹连接。电磁阀13的另一个通液口连接到灭火分路15；电磁阀13采用直动式电磁单向滑动阀。当电磁阀13在通电时导通，断电时截止。

如图3、4和5所示，在初始状态时驱动电机10-1不运行，传感器检测到小火信号时，芯片会发出信号喷射灭火剂，此时分支喷头9-3处于半合拢部分(翻折合拢至与中心主喷头9-1轴线呈45°角的状态)和中央部分一起作用于一点，喷射灭火剂的速率和强度足以扑灭绝大多数火情；当火势变大时，芯片发出信号让驱动电机10-1正转，通过牵拉线10-3带动分支喷头9-3翻转张开，使得整个可调式喷头9的喷射面呈平面五角星状，喷射范围大大增加。火情结束时驱动电机10-1反转，使得各分支喷头9-3在弹簧9-2的作用下复位至半合拢状态。

检测控制盒11内设置有信号采集器、烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、可燃气体传感器和控制器。控制器选用智能确认芯片，能方便地实现外部输入参数设置和电流、电压检测等任务。烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、一氧化碳传感器及可燃气体传感器的信号输出接口均与信号采集器的信号输入接口连接。信号采集器的信号输出接口与控制器的信号输入接口连接。各个控制器与节流阀的控制接口分别通过导线。连接控制器与节流阀的导线沿着连接管路7布置。

在出现起火因素时，由烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、一氧化碳传感器或可燃气体传感器检测到起火因素，并向信号采集器发送信号，信号采集器再向控制器输送信号，控制器一方面向驾驶室仪表盘提示和预警播报，另一方面将信号传递到节流阀6，此时节流阀6开启，将灭火剂输送到各个喷头处。起火因素包括汽车温度高于额定值、可燃气体浓度超过阈值、明火和烟雾。

如图6所示，电动汽车的各个电气回路中的关键节点均对应一个故障识别电路。故障识别电路包括运算放大器u1、功率放大器u3和sr触发器u2。运算放大器u1的正相输入端接电阻r3及电阻r4的一端。电阻r3的另一端接基准电压es；电阻r4接地；运算放大器u1的正向供电端接基准电压es，反向供电端接地。运算放大器u1的输出端接电阻r2的一端；电阻r2的另一端接电阻r1的一端及sr触发器u2的s引脚；电阻r1的另一端接地。功率放大器u3的输出引脚接sr触发器u2的r引脚，供电引脚接外部供电电压vcc，地线引脚接地。sr触发器u2的供电引脚接外部供电电压vcc，地线引脚接地；运算放大器u1的反相输入端及功率放大器u3的输入引脚为故障识别电路的输入端，均与对应的关键节点z通过电压放大器连接；sr触发器u2的q引脚为智能识别电路的输出端。输入运算放大器u1的标准电压u0大于电动汽车上关键节点在非故障状态下电压的两倍；当关键节点输出的第一故障信号sc大于标准电压u0时，判定关键节点所在的电路发生短路或电压过大。

如图6所示，关键节点传输向故障识别电路的信号分为完全相同的第一故障信号sc和第二故障信号p0，分别传输到运算放大器u1的反相输入端、功率放大器u3的输入引脚。运算放大器u1对第一故障信号sc被放大到检测系统可以准确分析计算的范围后输入运算放大器u1；运算放大器u1将第一故障信号sc与输入运算放大器u1的标准电压u0进行比较，并据此输出范围信号sd；范围信号sd传输到sr触发器识别。第二故障信号p0经过反相器u3反相后，转化为可识别功率信号rd，并将可识别功率信号rd输出到sr触发器u2的r引脚；sr触发器的q'引脚(负相输出引脚)将可识别故障信号p1传输到控制器或车载电脑。当电动汽车的电路发生易导致起火的故障时，范围信号sd和可识别功率信号rd使得sr触发器产生响应，使得sr触发器的q引脚输出的可识别故障信号p1发生变化。易导致起火的故障包括漏电短路、金属性短路、高温短路、匝间短路、接触不良、瞬间电压冲击和瞬间大过流。当短路和瞬间大过流时，关键节点的电压将快速下降；故认为关键节点传输向故障识别电路通过检测关键节点处是否出现“电压快速下降”来判断是否发生易导致起火的故障。sr触发器的输入信号发生变化，输出信号在延迟后发生变化。若单位时间的变化量超过预设值，则认为发生易导致起火的故障。

因此，本发明中的控制器根据可识别故障信号p1判断电动汽车电路中关键节点的电压变化情况，从而判断电动汽车的电路是否发生易导致起火的故障。当控制器判断电动汽车电路中出现易起火故障时，控制器控制对应的喷头喷出灭火剂对发生故障的关键节点进行覆盖和预灭火，从而避免电池和电机起火导致人员伤亡和财产损失。

电动汽车智能监控灭火装置的灭火方法包括常规指标灭火方法和电路故障预灭火方法。

所述的明火扑灭方法具体如下：

烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、可燃气体传感器分别检测环境中的烟雾浓度、是否有明火、温度、一氧化碳浓度、热燃气体浓度；若任意一个烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、一氧化碳传感器及可燃气体传感器的检测值超过阈值时，节流阀开启，检测值超过阈值的那个传感器对应的电池仓或电机仓内的喷射灭火模块8的电磁阀均开启；使得对应的喷头喷出灭火剂，实现灭火。节流阀开启，对应的电池仓或电机仓内的喷射灭火模块的电磁阀均开启，各个可调式喷头内的分支喷头呈半合拢的状态，集中于一点喷出灭火剂，进行高效率灭火。若火势加大，则各个可调式喷头内的喷头调节驱动组件驱动各分支喷头张开，增大灭火范围。

所述的电路故障预灭火方法的具体步骤如下：

步骤一、各故障识别电路根据输入电压信号的变化情况，实时检测对应关键节点所在电路，并向控制器或车载电脑传输可识别故障类型信号p1。

步骤二、控制器或车载电脑根据故障识别电路输出的可识别故障类型信号p1判断对应的电路是否发生易起火故障；当故障识别电路检测到关键节点的电压单位时间降低幅度超过预设值时，认为发生易起火故障。

控制器根据是否有故障选择对应的电路故障标签e(s)λ，λ＝1,2,3…。当对应的电动汽车电路无故障时，e(s)λ＝e(s)1＝0000；当对应的电动汽车电路短路或电流过大时，对应的电动汽车电路供电电源电压下降、电动应力增大，局部噪声增强、电流剧增、发生非预期的能量转换，这时e(s)λ＝e(s)1＝0011。

步骤三、当其中一个故障识别电路检测到电动汽车的其中一个电路发生易起火故障时，控制器向车载电脑发送故障警报及发生故障的电路序号；车载电脑向驾驶室的显示屏发送警报信号；若车辆处于非行驶状态，则车载电脑向电动汽车内的断路器发送断电信号，使得断路器切断电池与其他耗电元件的连接。只有当驾驶员或者维修人员重置后，车载电脑才会重启断路器，线路恢复供电。

同时，电池仓1或电机舱2内对应故障电路关键节点的喷射灭火模块8内的电磁阀开启，使得该喷射灭火模块8在各分支喷头9-3合拢状态下对关键节点进行定点喷射灭火剂，使得关键节点降温并隔绝空气。

由于电路故障预灭火方法中，对电路中的易起火故障进行检测，故能够在起火前预判可能起火的位置并进行预灭火，设计了两种模式灭火模式，极大提高了灭火效率，遏制火情发展，从而保证车内人员安全，避免更大的经济损失。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：电动汽车的各个关键节点上还串联有电流传感器；各电流传感器的信号输出线均连接到各个控制器上，使得各个控制器能够实时监控各个关键节点的电流，提高故障的检测精度。

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