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。可供井下在災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、衛生設施、通信設備、環境氣體監測設備等。為了保證救生艙內人員的健康生存,它具有氧氣提供裝置、一氧化碳和二氧化碳吸收裝置、除濕降溫空調系統。該裝置系統屬于逃生避難的一種先進的高新技術裝備。該救生艙主要應用于煤礦井下,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'礦井重大應急救援關鍵技術研發'項目,(2006年國家科技部 批準主項,項目編號:2006bak25b00-4k),是一項關于礦業生產安全的重點國家項目,也是一項'人命關天'的民生項目,該項目系統龐 大,配套復雜,要求安全性、可靠性、功能性、適用性和可操作性標準高。
二、電源系統介紹
1.系統以3.2v/60ah的磷酸鐵鋰單體電池為基礎器件,通過針對煤礦救生艙電源領域的特殊要求配套開發的bms模塊將16個3.2v/60ah的電池串聯組合成48v/60ah的電池組。
2.以帶bms系統的48v/60ah電池組為子系統,通過同級級聯通訊,8并組合成48v/480ah的電池組。
每個電池組子系統為獨立的系統,電池管理系統,顯示屏和led狀態指示,組網數據通訊接口,如果需要設置修改參數,采取上位機軟件直接編輯模式(系統調試大都在井上進行)。
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。
電池管理系統的布局如圖2所示,整個系統采用一種主從式的結構連接,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通訊協議將采集的數據傳送給主機。主機對所有采集的數據進行分析和計算,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、電池管理系統的功能
1.將系統按照示意圖分別接到負載端,井下交流電源端和集中控制端口。
2.當電池管理系統監測到電池組系統電壓或單節電池電壓低于設定的值,系統開始進入充電模式,在充電過程中電池管理系統會監控電池單電壓、充電電流、電池的溫度,但發現異常時先發出警告性報警,然后會切斷充電回路,停止充電,但電池管理系統發現電池之間不均衡會自動啟動均衡裝置,保證每節電池都會充滿。
3.當接到放電指令后,電池組開始向負載放電,直到電池組內單節電芯到達放電截止條件,在放電過程中電池管理系統會對電池的電壓、溫度,放電電流監測,一旦發現異常系統會立即中止放電。i/o模塊通過采集個子系統的信息,計算出電源管理系統的充、放電狀態,充、放電電流,電池組(剩余)容量。
4.當電池管理系統監測到單節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.當系統既不充電也不放電時,系統進入睡眠模式,系統只需要很小的能量維持芯片的供電。
6.電池管理系統有自檢功能,當發現電池管理系統的感知部分、信號采集電路、供電和保護線路異常時,系統也會報警。
7.電源系統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置電源系統的工作條件、報警條件和保護條件。
9.電池管理系統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
數據采集/計算
電壓檢測
利用專用電壓測量芯片,內含12位a/d轉換器使測量有效位達到8mv,電池巡檢周期達到20ms。從而精確及時監控電池在使用過程中的狀態及變化,有效地防止電池的不正當使用。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、風冷控制。根據電池箱內部溫度場典型分布安裝,針對電池管理系統自身溫度,進風口、出風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,根據電池箱溫度情況進行加熱或風冷控制.
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標準進行絕緣狀態檢測
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,根據整車制定的can協議,通過高速的can向整車實時提供動力蓄電池各工作狀態及電池管理系統工作狀態
均衡功能
放電均衡
可以按照協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
系統自檢
bms設置了強大的系統自檢功能,系統上電后對電壓、溫度、通訊、存儲器等部件進行檢測,保證系統自身的工作正常
報警功能
系統監測
bms對整車電池的離散性進行分析并根據不同故障類型進行報警,同時對電池充放電次數以及歷史數據進行記錄,以便進行系統診斷及性能優化。
圖表3 bms功能列表
三、系統特點
1)全方位顯示救生艙各功能區電源狀態。
2)全面滿足各功能區電能消耗
3)全電源系統實施本安保護
4)全系統電器元件實施'雙八五'檢測
5)全系統實施模塊化組合
6)全過程實施標準化管理
四、主要技術參數
bms鋰電池管理系統具有監視和控制功能,可用于鋰電池組或鉛酸蓄電池組,最多可監控24串電池,提供電池組監控、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
技術參數
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
工作狀態
報警名稱
報警值
均充狀態
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
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
循環次數
超過10%c10放電次數
溫度告警
環境溫度高
>45℃
電池溫度高
>60℃
環境溫度低
<5℃
電池溫差
>5℃
圖表5 bms的告警和保護參數
說明:以上保護參數可現場通過上位機設置。
項目
技術參數及精度
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、系統配置
序號
型號
數量
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控24節電池,.
3
集中式線束
1
套
4
從機盒線束
n
套
6
分流器300a
1
pcs
根據使用選擇相應的量程
7
溫度傳感器
16(1+n)
pcs
每個電池均需配置
圖表7 系統配置表
