礦用防爆電池管理方案模版
一、項目基本情況概述
煤礦井下緊急救生艙是一個密封式逃生避難場所?？晒┚略跒?zāi)變時期井下人員避險之用,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,以便讓他們脫險或等待救援。該產(chǎn)品能提供避難人員至少96小時所需的氧氣、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的高新技術(shù)裝備。該救生艙主要應(yīng)用于煤礦井下,同時也可用于非煤礦山、核電站、地鐵、地下停車場等場所廣泛使用。
礦用避難硐室和礦用可移動救生艙是國家'十一五'科技支撐計劃'礦井重大應(yīng)急救援關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)'項目,(2006年國家科技部 批準(zhǔn)主項,項目編號:2006bak25b00-4k),是一項關(guān)于礦業(yè)生產(chǎn)安全的重點國家項目,也是一項'人命關(guān)天'的民生項目,該項目系統(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),通過同級級聯(lián)通訊,8并組合成48v/480ah的電池組。
每個電池組子系統(tǒng)為獨立的系統(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),采取上位機軟件直接編輯模式(系統(tǒng)調(diào)試大都在井上進行)。
3.采用公用的充電模塊,用直流繼電器控制每個電池箱的充放電,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作為主機和第1個電池包的采集單元,其他每個電池包配置一個24路的從機(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。主機對所有采集的數(shù)據(jù)進行分析和計算,對于在警戒值以外的電池包報警,對超過保護值的電池包通過級電器實行保護操作。
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)開始進入充電模式,在充電過程中電池管理系統(tǒng)會監(jiān)控電池單電壓、充電電流、電池的溫度,但發(fā)現(xiàn)異常時先發(fā)出警告性報警,然后會切斷充電回路,停止充電,但電池管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池之間不均衡會自動啟動均衡裝置,保證每節(jié)電池都會充滿。
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)電芯到達放電截止條件,在放電過程中電池管理系統(tǒng)會對電池的電壓、溫度,放電電流監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)異常系統(tǒng)會立即中止放電。i/o模塊通過采集個子系統(tǒng)的信息,計算出電源管理系統(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,啟動保護功能。
5.當(dāng)系統(tǒng)既不充電也不放電時,系統(tǒng)進入睡眠模式,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、信號采集電路、供電和保護線路異常時,系統(tǒng)也會報警。
7.電源系統(tǒng)的運行信息和故障信息會通過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、報警條件和保護條件。
9.電池管理系統(tǒng)具備輸出短路保護功能和電池信息采集線開路功能。
功能
項目
功能描述
數(shù)據(jù)采集/計算
電壓檢測
利用專用電壓測量芯片,內(nèi)含12位a/d轉(zhuǎn)換器使測量有效位達到8mv,電池巡檢周期達到20ms。從而精確及時監(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。單體電壓測量回路在待機或休眠模式下,漏電不超過 50ua
溫度采集
溫度控制包括溫度測量和電池箱加熱、風(fēng)冷控制。根據(jù)電池箱內(nèi)部溫度場典型分布安裝,針對電池管理系統(tǒng)自身溫度,進風(fēng)口、出風(fēng)口等溫度點等進行測量,并實時判斷電池箱過溫、低溫或溫差過大等故障,根據(jù)電池箱溫度情況進行加熱或風(fēng)冷控制.
電流檢測
電流檢測包括電流測量,并實時判斷電池組過流報警保護
絕緣檢測
支持絕緣檢測功能,按照國家電動汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行絕緣狀態(tài)檢測
soc估算
實時計算電池組soc以及電池組可提供的瞬時充放電功率(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向整車實時提供動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電芯進行均衡管理功能,進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)置了強大的系統(tǒng)自檢功能,系統(tǒng)上電后對電壓、溫度、通訊、存儲器等部件進行檢測,保證系統(tǒng)自身的工作正常
報警功能
系統(tǒng)監(jiān)測
bms對整車電池的離散性進行分析并根據(jù)不同故障類型進行報警,同時對電池充放電次數(shù)以及歷史數(shù)據(jù)進行記錄,以便進行系統(tǒng)診斷及性能優(yōu)化。
圖表3 bms功能列表
三、系統(tǒng)特點
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)實施本安保護
4)全系統(tǒng)電器元件實施'雙八五'檢測
5)全系統(tǒng)實施模塊化組合
6)全過程實施標(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、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)
報警名稱
報警值
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
單體過充保護
3.8±0.05v
單電壓高
>3.3v
電流
10a(0.20c)
均充時間過長
>24h
充電量
0.1c
放電狀態(tài)
低電池電壓
<2.4v
過放保護電壓
2.2±0.1v
低總電壓
<51.2v
電流
0.1c 5a
放出容量
放電時間>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的告警和保護參數(shù)
說明:以上保護參數(shù)可現(xiàn)場通過上位機設(shè)置。
項目
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的測量精度
五、系統(tǒng)配置
序號
型號
數(shù)量
單位
備注
1
bms24路集中式
1
pcs
主機及24路采集功能
2
bms24路從機
n
pcs
每個從控盒最多可監(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
每個電池均需配置
圖表7 系統(tǒng)配置表
