礦用防爆電池管理方案模版

一、項(xiàng)目基本情況概述

煤礦井下緊急救生艙是一個(gè)密封式逃生避難場(chǎng)所?？晒┚略跒?zāi)變時(shí)期井下人員避險(xiǎn)之用,是一種與外界隔離、提供維持生命的安全環(huán)境空間,意在為井下的礦工在逃生不可能的情況下避難,以便讓他們脫險(xiǎn)或等待救援。該產(chǎn)品能提供避難人員至少96小時(shí)所需的氧氣、水、食物,以及所需的救生包、衛(wèi)生設(shè)施、通信設(shè)備、環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備等。為了保證救生艙內(nèi)人員的健康生存,它具有氧氣提供裝置、一氧化碳和二氧化碳吸收裝置、除濕降溫空調(diào)系統(tǒng)。該裝置系統(tǒng)屬于逃生避難的一種先進(jìn)的高新技術(shù)裝備。該救生艙主要應(yīng)用于煤礦井下,同時(shí)也可用于非煤礦山、核電站、地鐵、地下停車場(chǎng)等場(chǎng)所廣泛使用。

礦用避難硐室和礦用可移動(dòng)救生艙是國(guó)家'十一五'科技支撐計(jì)劃'礦井重大應(yīng)急救援關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)'項(xiàng)目,(2006年國(guó)家科技部 批準(zhǔn)主項(xiàng),項(xiàng)目編號(hào):2006bak25b00-4k),是一項(xiàng)關(guān)于礦業(yè)生產(chǎn)安全的重點(diǎn)國(guó)家項(xiàng)目,也是一項(xiàng)'人命關(guān)天'的民生項(xiàng)目,該項(xiàng)目系統(tǒng)龐 大,配套復(fù)雜,要求安全性、可靠性、功能性、適用性和可操作性標(biāo)準(zhǔn)高。

二、電源系統(tǒng)介紹

1.系統(tǒng)以3.2v/60ah的磷酸鐵鋰單體電池為基礎(chǔ)器件,通過針對(duì)煤礦救生艙電源領(lǐng)域的特殊要求配套開發(fā)的bms模塊將16個(gè)3.2v/60ah的電池串聯(lián)組合成48v/60ah的電池組。

2.以帶bms系統(tǒng)的48v/60ah電池組為子系統(tǒng),通過同級(jí)級(jí)聯(lián)通訊,8并組合成48v/480ah的電池組。

每個(gè)電池組子系統(tǒng)為獨(dú)立的系統(tǒng),電池管理系統(tǒng),顯示屏和led狀態(tài)指示,組網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊接口,如果需要設(shè)置修改參數(shù),采取上位機(jī)軟件直接編輯模式(系統(tǒng)調(diào)試大都在井上進(jìn)行)。

3.采用公用的充電模塊,用直流繼電器控制每個(gè)電池箱的充放電,以降低成本和功耗。

電池管理系統(tǒng)的布局如圖2所示,整個(gè)系統(tǒng)采用一種主從式的結(jié)構(gòu)連接,以24路的集中式bms作為主機(jī)和第1個(gè)電池包的采集單元,其他每個(gè)電池包配置一個(gè)24路的從機(jī)(采集模塊),通過can通訊協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。主機(jī)對(duì)所有采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算,對(duì)于在警戒值以外的電池包報(bào)警,對(duì)超過保護(hù)值的電池包通過級(jí)電器實(shí)行保護(hù)操作。

三、電池管理系統(tǒng)的功能

1.將系統(tǒng)按照示意圖分別接到負(fù)載端,井下交流電源端和集中控制端口。

2.當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電池組系統(tǒng)電壓或單節(jié)電池電壓低于設(shè)定的值,系統(tǒng)開始進(jìn)入充電模式,在充電過程中電池管理系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控電池單電壓、充電電流、電池的溫度,但發(fā)現(xiàn)異常時(shí)先發(fā)出警告性報(bào)警,然后會(huì)切斷充電回路,停止充電,但電池管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池之間不均衡會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)均衡裝置,保證每節(jié)電池都會(huì)充滿。

3.當(dāng)接到放電指令后,電池組開始向負(fù)載放電,直到電池組內(nèi)單節(jié)電芯到達(dá)放電截止條件,在放電過程中電池管理系統(tǒng)會(huì)對(duì)電池的電壓、溫度,放電電流監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)異常系統(tǒng)會(huì)立即中止放電。i/o模塊通過采集個(gè)子系統(tǒng)的信息,計(jì)算出電源管理系統(tǒng)的充、放電狀態(tài),充、放電電流,電池組(剩余)容量。

4.當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到單節(jié)電池溫度低于或者高于電池組工作的極限溫度時(shí),啟動(dòng)保護(hù)功能。

5.當(dāng)系統(tǒng)既不充電也不放電時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式,系統(tǒng)只需要很小的能量維持芯片的供電。

6.電池管理系統(tǒng)有自檢功能,當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的感知部分、信號(hào)采集電路、供電和保護(hù)線路異常時(shí),系統(tǒng)也會(huì)報(bào)警。

7.電源系統(tǒng)的運(yùn)行信息和故障信息會(huì)通過led燈指示或通過液晶屏定量地顯示出來。液晶屏顯示的信息會(huì)沒兩秒鐘刷新一次。

8.用戶可使用專用的軟件設(shè)置電源系統(tǒng)的工作條件、報(bào)警條件和保護(hù)條件。

9.電池管理系統(tǒng)具備輸出短路保護(hù)功能和電池信息采集線開路功能。

功能

項(xiàng)目

功能描述

數(shù)據(jù)采集/計(jì)算

電壓檢測(cè)

利用專用電壓測(cè)量芯片,內(nèi)含12位a/d轉(zhuǎn)換器使測(cè)量有效位達(dá)到8mv,電池巡檢周期達(dá)到20ms。從而精確及時(shí)監(jiān)控電池在使用過程中的狀態(tài)及變化,有效地防止電池的不正當(dāng)使用。單體電壓測(cè)量回路在待機(jī)或休眠模式下,漏電不超過 50ua

溫度采集

溫度控制包括溫度測(cè)量和電池箱加熱、風(fēng)冷控制。根據(jù)電池箱內(nèi)部溫度場(chǎng)典型分布安裝,針對(duì)電池管理系統(tǒng)自身溫度,進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口等溫度點(diǎn)等進(jìn)行測(cè)量,并實(shí)時(shí)判斷電池箱過溫、低溫或溫差過大等故障,根據(jù)電池箱溫度情況進(jìn)行加熱或風(fēng)冷控制.

電流檢測(cè)

電流檢測(cè)包括電流測(cè)量,并實(shí)時(shí)判斷電池組過流報(bào)警保護(hù)

絕緣檢測(cè)

支持絕緣檢測(cè)功能,按照國(guó)家電動(dòng)汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行絕緣狀態(tài)檢測(cè)

soc估算

實(shí)時(shí)計(jì)算電池組soc以及電池組可提供的瞬時(shí)充放電功率(電流)

通訊功能

can通訊

can通訊保持與整車的通信,根據(jù)整車制定的can協(xié)議,通過高速的can向整車實(shí)時(shí)提供動(dòng)力蓄電池各工作狀態(tài)及電池管理系統(tǒng)工作狀態(tài)

均衡功能

放電均衡

可以按照協(xié)定的均衡管理控制策略對(duì)電芯進(jìn)行均衡管理功能,進(jìn)而減少電池在使用過程的不一致性,提高整組電池的使用性能

自檢功能

系統(tǒng)自檢

bms設(shè)置了強(qiáng)大的系統(tǒng)自檢功能,系統(tǒng)上電后對(duì)電壓、溫度、通訊、存儲(chǔ)器等部件進(jìn)行檢測(cè),保證系統(tǒng)自身的工作正常

報(bào)警功能

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

bms對(duì)整車電池的離散性進(jìn)行分析并根據(jù)不同故障類型進(jìn)行報(bào)警,同時(shí)對(duì)電池充放電次數(shù)以及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,以便進(jìn)行系統(tǒng)診斷及性能優(yōu)化。

圖表3 bms功能列表

三、系統(tǒng)特點(diǎn)

1)全方位顯示救生艙各功能區(qū)電源狀態(tài)。

2)全面滿足各功能區(qū)電能消耗

3)全電源系統(tǒng)實(shí)施本安保護(hù)

4)全系統(tǒng)電器元件實(shí)施'雙八五'檢測(cè)

5)全系統(tǒng)實(shí)施模塊化組合

6)全過程實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理

四、主要技術(shù)參數(shù)

bms鋰電池管理系統(tǒng)具有監(jiān)視和控制功能,可用于鋰電池組或鉛酸蓄電池組,最多可監(jiān)控24串電池,提供電池組監(jiān)控、soc估算、充放電保護(hù)、電池組均衡、溫度控制等功能,并提供can和rs485兩種通訊方式。

項(xiàng)目

技術(shù)參數(shù)

工作電壓

dc 48v (36v~72v)

功耗

6-10w

工作溫度

-20℃~85℃

儲(chǔ)存溫度

-40℃~125℃

通訊

can2.0b/rs232/rs485

24路集中式bms

284.5*102*40 mm

24路采集模塊

163.5*100*33mm

圖表4 bms工作參數(shù)

工作狀態(tài)

報(bào)警名稱

報(bào)警值

均充狀態(tài)

均充電壓過高

>59v

均充電壓過低

<35v

均衡開啟電流

3.35±0.05v

過流保護(hù)

單體過充保護(hù)

3.8±0.05v

單電壓高

>3.3v

電流

10a(0.20c)

均充時(shí)間過長(zhǎng)

>24h

充電量

0.1c

放電狀態(tài)

低電池電壓

<2.4v

過放保護(hù)電壓

2.2±0.1v

低總電壓

<51.2v

電流

0.1c 5a

放出容量

放電時(shí)間>15min

循環(huán)次數(shù)

超過10%c10放電次數(shù)

溫度告警

環(huán)境溫度高

>45℃

電池溫度高

>60℃

環(huán)境溫度低

<5℃

電池溫差

>5℃

圖表5 bms的告警和保護(hù)參數(shù)

說明:以上保護(hù)參數(shù)可現(xiàn)場(chǎng)通過上位機(jī)設(shè)置。

項(xiàng)目

技術(shù)參數(shù)及精度

總電壓

0-1000v 0.3% fsr

電流

0-800a 1% fsr

溫度

±0.5℃(-10~85℃),±2℃(-55~-10℃, 85~125℃)

單體電壓

0-5v 0.3% fsr

soc

soc≥80%精度≤3%

80%>soc>20% 精度≤5%

soc≤20%精度≤3%

圖表6 bms的測(cè)量精度

五、系統(tǒng)配置

序號(hào)

型號(hào)

數(shù)量

單位

備注

1

bms24路集中式

1

pcs

主機(jī)及24路采集功能

2

bms24路從機(jī)

n

pcs

每個(gè)從控盒最多可監(jiān)控24節(jié)電池,.

3

集中式線束

1

套

4

從機(jī)盒線束

n

套

6

分流器300a

1

pcs

根據(jù)使用選擇相應(yīng)的量程

7

溫度傳感器

16(1+n)

pcs

每個(gè)電池均需配置

圖表7 系統(tǒng)配置表