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北京消防|礦用防爆電池管理方案|消防檢測|電氣檢測
發(fā)布日期：2019-02-02 12:57:37
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(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(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(diǎn)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(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(jī)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(jī)（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(jī)。主機(jī)對所有采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(hù)值的電池包通過級電器實行保護(hù)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(jìn)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(dá)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(hù)功能。
5. 當(dāng)系統(tǒng)既不充電也不放電時，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、信號采集電路、供電和保護(hù)線路異常時，系統(tǒng)也會報警。
7. 電源系統(tǒng)的運(yùn)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(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。
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功能
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項目
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功能描述
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數(shù)據(jù)采集/計算
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電壓檢測
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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(dá)到8mv，電池巡檢周期達(dá)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(jī)或休眠模式下，漏電不超過 50uA
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溫度采集
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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(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口等溫度點(diǎn)等進(jìn)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(jìn)行加熱或風(fēng)冷控制.
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電流檢測
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電流檢測包括電流測量，并實時判斷電池組過流報警保護(hù)
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絕緣檢測
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支持絕緣檢測功能，按照國家電動汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行絕緣狀態(tài)檢測
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SOC估算
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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）
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通訊功能
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CAN通訊
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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)
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均衡功能
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放電均衡
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可以按照協(xié)定的均衡管理控制策略對電芯進(jìn)行均衡管理功能，進(jìn)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
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自檢功能
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系統(tǒng)自檢
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BMS設(shè)置了強(qiáng)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(jìn)行檢測，保證系統(tǒng)自身的工作正常
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報警功能
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系統(tǒng)監(jiān)測
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BMS對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)行報警，同時對電池充放電次數(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。
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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)實施本安保護(hù)
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(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。
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項目
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技術(shù)參數(shù)
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工作電壓
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DC 48V (36V~72V)
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功耗
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6-10W
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工作溫度
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-20℃~85℃
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儲存溫度
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-40℃~125℃
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通訊
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CAN2.0B/RS232/RS485
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24路集中式BMS
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284.5*102*40 mm
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24路采集模塊
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163.5*100*33mm
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圖表4 BMS工作參數(shù)
消防安全評估-電氣檢測電子電氣產(chǎn)品老化測試
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工作狀態(tài)
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報警名稱
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報警值
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均充狀態(tài)
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均充電壓過高
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＞59V
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均充電壓過低
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＜35V
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均衡開啟電流
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3.35%uB10.05V
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過流保護(hù)
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單體過充保護(hù)
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3.8%uB10.05V
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單電壓高
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＞3.3V
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電流
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10A(0.20C)
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均充時間過長
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＞24h
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充電量
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0.1C
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放電狀態(tài)
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低電池電壓
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＜2.4V
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過放保護(hù)電壓
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2.2%uB10.1V
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低總電壓
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＜51.2V
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電流
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0.1C 5A
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放出容量
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放???時間＞15min
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循環(huán)次數(shù)
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超過10á0放電次數(shù)
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溫度告警
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環(huán)境溫度高
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＞45℃
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電池溫度高
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＞60℃
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環(huán)境溫度低
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＜5℃
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電池溫差
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＞5℃
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圖表5 BMS的告警和保護(hù)參數(shù)
說明：以上保護(hù)參數(shù)可現(xiàn)場通過上位機(jī)設(shè)置。
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項目
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技術(shù)參數(shù)及精度
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總電壓
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0-1000V0.3% FSR
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電流
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0-800A 1% FSR
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溫度
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%uB10.5℃(-10~85 ℃)，%uB12℃(-55~-10℃, 85~125℃)
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單體電壓
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0-5V 0.3% FSR
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SOC
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SOC≥80% 精度≤3%
80%＞SOC＞20% 精度≤5%
SOC≤20% 精度≤3%
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圖表6 BMS的測量精度
五、系統(tǒng)配置
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序號
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型號
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數(shù)量
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單位
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備注
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BMS24路集中式 |
1 |
PCS |
主機(jī)及24路采集功能
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2 |
BMS24路從機(jī) |
N |
PCS |
每個從控盒最多可監(jiān)控24節(jié)電池,.
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3 |
集中式線束 |
1 |
套 |
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4 |
從機(jī)盒線束 |
N |
套 |
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6 |
分流器300A
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1 |
PCS |
根據(jù)使用選擇相應(yīng)的量程 |
7 |
溫度傳感器 |
16（1+N）
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PCS |
每個電池均需配置 |
我們這里還有材料檢測、燒樣檢測，目前成立了專業(yè)的檢測研究室。
圖表7 系統(tǒng)配置表
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