矿用防爆电池电池管理方案

矿用防爆电池电池管理方案矿用防爆电池电池管理方案 一 项目基本情况概述 煤矿井下紧急救生舱是一个密封式逃生避难场所 可供井下在灾变时期井下人 员避险之用 是一种与外界隔离 提供维持生命的安全环境空间 意在为井下 的矿工在逃生不可能的情况下避难 以便让他们脱险或等待救援 该产品能提 供避难人员至少 96 小时所需的氧气 水 食物 以及所需的救生包 卫生设施 通信设备 环境气体监测设备等 为了保证救生舱内人员的健康生存 它具有 氧气提供装置 一氧化碳和二氧化碳吸收装置 除湿降温空调系统 该装置系 统属于逃生避难的一种先进的高新技术装备 该救生舱主要应用于煤矿井下 同时也可用于非煤矿山 核电站 地铁 地下停车场等场所广泛使用 矿用避难硐室和矿用可移动救生舱是国家 十一五 科技支撑计划 矿井重大应急 救援关键技术研发 项目 2006 年国家科技部 批准主项 项目编号 2006bak25b00 4k 是一项关于矿业生产安全的重点国家项目 也是一项 人 命关天 的民生项目 该项目系统庞 大 配套复杂 要求安全性 可靠性 功 能性 适用性和可操作性标准高 二 电源系统介绍 1 系统以 3 2v 60ah 的磷酸铁锂单体电池为基础器件 通过针对煤矿救生舱电 源领域的特殊要求配套开发的 bms 模块将 16 个 3 2v 60ah 的电池串联组合成 48v 60ah 的电池组 2 以带 bms 系统的 48v 60ah 电池组为子系统 通过同级级联通讯 8 并组合 成 48v 480ah 的电池组 每个电池组子系统为独立的系统 电池管理系统 显示屏和 led 状态指示 组 网数据通讯接口 如果需要设置修改参数 采取上位机软件直接编辑模式 系 统调试大都在井上进行 3 采用公用的充电模块 用直流继电器控制每个电池箱的充放电 以降低成本 和功耗 图表 1 防爆电源系统示意图 图表 2 电池管理系统拓扑图 电池管理系统的布局如图 2 所示 整个系统采用一种主从式的结构连接 以 24 路的集中式 bms 作为主机和第 1 个电池包的采集单元 其他每个电池包配置一 个 24 路的从机 采集模块 通过 can 通讯协议将采集的数据传送给主机 主 机对所有采集的数据进行分析和计算 对于在警戒值以外的电池包报警 对超 过保护值的电池包通过级电器实行保护操作 三 电池管理系统的功能 1 将系统按照示意图分别接到负载端 井下交流电源端和集中控制端口 2 当电池管理系统监测到电池组系统电压或单节电池电压低于设定的值 系统 开始进入充电模式 在充电过程中电池管理系统会监控电池单电压 充电电流 电池的温度 但发现异常时先发出警告性报警 然后会切断充电回路 停止充 电 但电池管理系统发现电池之间不均衡会自动启动均衡装置 保证每节电池 都会充满 3 当接到放电指令后 电池组开始向负载放电 直到电池组内单节电芯到达放 电截止条件 在放电过程中电池管理系统会对电池的电压 温度 放电电流监 测 一旦发现异常系统会立即中止放电 i o 模块通过采集个子系统的信息 计算出电源管理系统的充 放电状态 充 放电电流 电池组 剩余 容量 4 当电池管理系统监测到单节电池温度低于或者高于电池组工作的极限温度时 启动保护功能 5 当系统既不充电也不放电时 系统进入睡眠模式 系统只需要很小的能量维 持芯片的供电 6 电池管理系统有自检功能 当发现电池管理系统的感知部分 信号采集电路 供电和保护线路异常时 系统也会报警 7 电源系统的运行信息和故障信息会通过 led 灯指示或通过液晶屏定量地显示 出来 液晶屏显示的信息会没两秒钟刷新一次 8 用户可使用专用的软件设置电源系统的工作条件 报警条件和保护条件 9 电池管理系统具备输出短路保护功能和电池信息采集线开路功能 功能功能项目项目功能描述功能描述 电压检测 利用专用电压测量芯片 内含 12 位 a d 转换器使测量有效位达到 8mv 电池巡 检周期达到 20ms 从而精确及时监控电池在使用过程中的状态及变化 有效地 防止电池的不正当使用 单体电压测量回路在待机或休眠模式下 漏电不超过 50ua 温度采集 温度控制包括温度测量和电池箱加热 风冷控制 根据电池箱内部温度场典型 分布安装 针对电池管理系统自身温度 进风口 出风口等温度点等进行测量 并实时判断电池箱过温 低温或温差过大等故障 根据电池箱温度情况进行加 热或风冷控制 数据采集 计算 电流检测电流检测包括电流测量 并实时判断电池组过流报警保护 绝缘检测支持绝缘检测功能 按照国家电动汽车相关标准进行绝缘状态检测 soc 估算实时计算电池组 soc 以及电池组可提供的瞬时充放电功率 电流 通讯功能can 通讯 can 通讯保持与整车的通信 根据整车制定的 can 协议 通过高速的 can 向整 车实时提供动力蓄电池各工作状态及电池管理系统工作状态 均衡功能放电均衡 可以按照协定的均衡管理控制策略对电芯进行均衡管理功能 进而减少电池在 使用过程的不一致性 提高整组电池的使用性能 自检功能系统自检 bms 设置了强大的系统自检功能 系统上电后对电压 温度 通讯 存储器等 部件进行检测 保证系统自身的工作正常 报警功能系统监测 bms 对整车电池的离散性进行分析并根据不同故障类型进行报警 同时对电池 充放电次数以及历史数据进行记录 以便进行系统诊断及性能优化 图表 3 bms 功能列表 三 系统特点 1 全方位显示救生舱各功能区电源状态 2 全面满足各功能区电能消耗 3 全电源系统实施本安保护 4 全系统电器元件实施 双八五 检测 5 全系统实施模块化组合 6 全过程实施标准化管理 四 主要技术参数 bms 锂电池管理系统具有监视和控制功能 可用于锂电池组或铅酸蓄电池组 最多可监控 24 串电池 提供电池组监控 soc 估算 充放电保护 电池组均衡 温度控制等功能 并提供 can 和 rs485 两种通讯方式 项目项目技术参数技术参数 工作电压工作电压 dc 48v 36v 72v 功耗功耗 6 10w 工作温度工作温度 20 85 储存温度储存温度 40 125 通讯通讯 can2 0b rs232 rs485 2424 路集中式路集中式 bmsbms 284 5 102 40 mm 2424 路采集模块路采集模块 163 5 100 33mm 图表 4 bms 工作参数 工作状态工作状态报警名称报警名称报警值报警值 均充电压过高 59v 均充电压过低 35v 均衡开启电流 3 35 0 05v 过流保护 单体过充保护 3 8 0 05v 单电压高 3 3v 电流 10a 0 20c 均充时间过长 24h 均充状态均充状态 充电量 0 1c 低电池电压 2 4v 过放保护电压 2 2 0 1v 低总电压 51 2v 电流 0 1c 5a 放出容量放电时间 15min 放电状态放电状态 循环次数超过 10 c10 放电次数 环境温度高 45 电池温度高 60 环境温度低 5 温度告警温度告警 电池温差 5 图表 5 bms 的告警和保护参数 说明 以上保护参数可现场通过上位机设置 项目项目技术参数及精度技术参数及精度 总电压总电压 0 1000v0 3 fsr 电流电流 0 800a 1 fsr 温度温度 0 5 10 85 2 55 10 85 125 单体电压单体电压 0 5v 0 3 fsr socsoc soc 80 精度 3 80 soc 20 精度 5 soc 20 精度 3 图表 6 bms 的测量精度 五 系统配置 序号序号型号型号数量数量单位单位