礦用防爆電池管理方案

1、礦用防爆電池管理方案 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

2、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，（2021年國(guó)家科技部 批準(zhǔn)主項(xiàng)，項(xiàng)目編號(hào)：2021BAK25B00-4K），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(guò)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(guò)同級(jí)級(jí)聯(lián)通訊，8并組合成48V/48

3、0Ah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(guò)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(guò)保護(hù)值的電池包通過(guò)級(jí)電器實(shí)行保護(hù)操作。 三、電池管理系

4、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(guò)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(guò)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(guò)采集個(gè)子系統(tǒng)的信息，計(jì)算出電源管理系統(tǒng)的

5、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(guò)LED燈指示或通過(guò)液晶屏定量地顯示出來(lái)。液晶屏顯示的信息會(huì)沒(méi)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

6、 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(guò)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(guò) 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(guò)溫、低溫或溫差過(guò)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(guò)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

7、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(guò)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(guò)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

8、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(guò)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 (36V72V) 功耗 6-10W 工

9、作溫度 -2085 儲(chǔ)存溫度 -40125 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(guò)高 59V 均充電壓過(guò)低 35V 均衡開啟電流 3.350.05V 過(guò)流保護(hù) 單體過(guò)充保護(hù) 3.80.05V 單電壓高 3.3V 電流 10A(0.20C) 均充時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 24h 充電量 0.1C 放電狀態(tài) 低電池電壓 2.4V 過(guò)放保護(hù)電壓 2.20.1V 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(guò)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(shuō)明：以上保護(hù)參數(shù)可現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)上位機(jī)設(shè)置。 項(xiàng)目 技術(shù)參數(shù)及精度 總電壓 0-1000V0.3% FSR 電流 0-800A 1% FSR 溫度 0.5(-1085 )，2(-55-10, 85125) 單體電壓 0-5V 0.3% FSR SOC SOC80% 精度3% 80%SOC20% 精度5% SOC20% 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