矿用防爆电池管理方案

1、安全技术/矿山安全矿用防爆电池管理方案一、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

2、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。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

3、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

4、保护功能和电池信息采集线开路功能。功能项目功能描述数据采集/ 计算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.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

5、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。项目技术参数工作电压DC 48V (36V72V)功耗6-10W工作温度-20C85C储存温度-40C125C通讯CAN2.0B/RS232/RS48524路集中式BMS284.5*102*40 mm24路采集模块163.5*100*33mm图表4 BMS工作参数工作状态报警名称报警值均充状态均充电

6、压过高59V均充电压过低35V均衡开启电流3.350.05V过流保护单体过充保护3.80.05V单电压高3.3V电流10A(0.20C)均充时间过长24h充电量0.1C放电状态低电池电压2.4V过放保护电压2.20.1V低总电压51.2V电流0.1C 5A放出容量放电时间15min循环次数超过10%C10放电次数温度告警环境温度高45C电池温度高60C环境温度低5C电池温差5C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。项目技术参数及精度总电压0-1000V0.3% FSR电流0-800A 1% FSR温度0.5C(-1085 C),2C(-55-10C, 85125C)单体电压0-5V 0.3% FSRSOCSOC80% 精度 3% 80%S0C20% 精度 5%SOC20% 精度 3%图表6 BMS的测量精度五、系统配置序号型号数量单位备注1BMS24路集中式1PCS主机及24路采集功能2BMS24路从机NPCS每个从控盒最多可监控24节电池,.3集中式线束1套4从机盒线束N套6分流器300A1PCS根据使用选择相应的量程7温度传感器16(1+N)PCS每个电池均需配置图表7系统配置表

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