陳建 張恒

（1.湖南省消防救援總隊，湖南長沙 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，均需要及時進行充電?，F(xiàn)有充電方法往往是臨時接線、隨意亂充，充電過程未得到有效監(jiān)管；過充時易引發(fā)電池爆炸和燃燒，且不易被發(fā)現(xiàn)；個別電池老舊容量耗盡，不易被檢測，充電后持續(xù)作業(yè)時間短。特別是當前部分地區(qū)出現(xiàn)的電動汽車、電動平衡車等在充電過程中發(fā)生火災(zāi)，造成人員傷亡和財產(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)計方案

經(jīng)過調(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、對講機裝備為對象，設(shè)計了3個固定裝備充電層，同時考慮其他裝備充電，設(shè)計一個自由充電層；固定裝備充電層均設(shè)計了一個電池容量檢測位，專門用于電池容量的檢測。為防止電池過充引發(fā)火災(zāi)無法控制，內(nèi)部設(shè)置了一個干粉滅火球，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)計中，通過給配電單元模塊配備電源按鈕，可以實現(xiàn)模塊電源一鍵通斷，同時配電模塊的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠通過柜體的顯示屏進行顯示，直觀準確的反映柜體電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。同時，為進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的觸電風險和遭遇雷擊風險。（2）總控模塊?？偪啬K的總體設(shè)計目標是集中管理，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，能夠顯示多項系統(tǒng)信息?？偪啬K能夠結(jié)合系統(tǒng)各項信息，對電池壽命進行預(yù)測分析，管理人員通過觸控屏就能實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和開啟各項功能。該設(shè)計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模塊。在佩戴式防爆照明燈充電檢測模塊設(shè)置方面，整個模塊可放置12個佩戴式防爆照明燈，能同時給11個佩戴式防爆照明燈充電。模塊最右側(cè)設(shè)置1個專用的電池性能檢測位，通過電池自動充放電實現(xiàn)電池性能檢測，并在顯示屏幕上提供檢測結(jié)果，供指戰(zhàn)員參考電池是否需要報廢處理。這種設(shè)計的優(yōu)勢在于能夠支持多個設(shè)備同時充電，有效的提升充電的效率。同時，通過屏幕較為直觀的觀察到電池性能各項參數(shù)，如圖2所示。（4）便攜式手提照明燈充電檢測模塊。便攜式手提照明燈充電檢測模塊提供6個便攜式手提照明燈控制位置，能夠?qū)崿F(xiàn)對5個便攜式手提照明燈同時充電。模塊中設(shè)置了能夠?qū)ｉT用于電池性能檢測的檢測位來檢測電池的性能，相關(guān)的檢測結(jié)果也會顯示在充電柜的顯示屏上，能夠讓指戰(zhàn)員對電池進行管理。（5）對講機電池充電分析模塊。對講機電池充電分析模塊提供了12個充電位，能夠同時為12臺對講機進行充電，同時能夠?qū)?塊電池進行修復(fù)、容量測試、循環(huán)壽命測試等智能分析功能。在充電以及檢測的過程中，能夠獲取電池的電量、電壓等信息，實現(xiàn)對電池性能狀態(tài)的判斷。（6）對講機充電模塊。在對講機充電模塊設(shè)置中，一共設(shè)置了12個對講機充電位，能夠?qū)崿F(xiàn)12個對講機同時充電，在很大程度上提升了對講機的充電效率。（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)實際需要，選擇相應(yīng)的插孔進行充電。該模塊可輸出5V/1A-3A,滿足常規(guī)5V電池充電需求。

圖2 電池分析檢測界面

3.滅火救援裝備智能充電柜的特點

（1）引入6S設(shè)計理念，提升充電管理便捷性。在滅火救援裝備智能充電柜設(shè)計的過程中，將6S理念引入到充電管理設(shè)計中，整柜采用模塊化設(shè)計，整潔、規(guī)范，大大提高了管理人員的管理效率。（2）過充過放保護功能，防止充電柜出現(xiàn)過載。為提升充電過程的安全性和穩(wěn)定性，專門設(shè)置了過充過放保護功能。當電池滿電的狀態(tài)下繼續(xù)充電時，將導(dǎo)致電池電壓升高，電池變形和漏液問題。尤其是普遍采用鋰電池作為電源，在過充的情況下，電池溫度會快速上升，不僅會對電池性能產(chǎn)生影響，還會引發(fā)火災(zāi)。過放主要指蓄電池放電超過了儲能的規(guī)定值，導(dǎo)致電池內(nèi)部活性物質(zhì)受到損傷，進而影響電池壽命。該功能設(shè)計，不僅能有效防止電池性能受到損傷，延長電池使用壽命，而且還能夠防止充電功率過高，引起充電柜過載，導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。（3）電池性能監(jiān)測，保證相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定可用。該智能充電柜中專門設(shè)計了可以用于顯示電池各項參數(shù)的高清顯示屏，界面設(shè)計較為友好，設(shè)備管理人員能夠直接通過操作顯示屏調(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)也能通過采集電池的充電數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對電池健康情況進行管理。指戰(zhàn)員可通過電池的性能監(jiān)測數(shù)據(jù)，直觀了解電池的損耗，提醒相關(guān)人員及時更換老化電池。（4）安全防護設(shè)置，消除火災(zāi)隱患。充電柜在使用過程中，其自身的穩(wěn)定性不僅受自身性能和系統(tǒng)設(shè)計的影響，在使用的過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險。針對這一問題，在充電柜中專門設(shè)置了干粉滅火球和智能溫控風扇，當內(nèi)部起火后，干粉滅火球就會自動釋放，且在平時充電過程中，智能溫控風扇能夠根據(jù)柜體內(nèi)部溫度高低，增加或減小風扇轉(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)風險。（5）電池健康保護設(shè)計，延長電池壽命。充電柜的基本功能不僅需要保證充電的效率，實現(xiàn)對充電設(shè)備的有效管理，而且還需要考慮到充電策略對電池本身壽命的影響。該充電柜由于能夠?qū)﹄姵爻潆妳?shù)進行全面的采集，能夠根據(jù)電池充電情況對充電策略進行調(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快給電池造成的損傷，這對于延長設(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機關(guān)和200個消防救援站得到了實踐應(yīng)用。從實際應(yīng)用情況上來看，該充電柜能夠始終保持安全穩(wěn)定的運行，期間并未出現(xiàn)硬件和軟件故障。在出現(xiàn)電網(wǎng)波動的情況下，也能為電池進行穩(wěn)定地充電。通過近9個月的實踐，該充電柜解決了一些基層的實際問題，得到了基層指戰(zhàn)員的肯定，對于提升戰(zhàn)斗力具有一定的意義。