CN102522791B - 一种防爆电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防爆电源装置,它由防爆电池管理系统和防爆锂电池组以及连接用防爆电缆和防爆柜组件构成。防爆电池管理系统外部是中间有隔板分开的两个具有隔爆结构主腔和接线腔的金属防爆柜,里面的主腔内放置有电器部件:多组数据采集模块、主控模块、显示模块、绝缘检测模块、熔断器、电流传感器、充电接触器、放电接触器,接线腔隔板上设置有多个接线柱。防爆锂电池组也设置有由隔板分开的主腔和接线腔,锂电池组放置在主腔内且有夹具安装固定串联连接,接线腔隔板上也设置有多个接线柱。电防爆电缆连接防爆电池管理系统和防爆锂电池组,防爆电池管理系统对防爆锂电池组的电流、电压、温度实施安全管理控制。本发明防爆电源装置具备防爆安全保护功能,防爆锂电池组出现欠压、过压、高温和过流故障,则通知充电接触器/放电接触器断开充/放电回路,对整个锂电池组实施保护。

Description

一种防爆电源装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种防爆电源装置,特别涉及到用于I类和II类防爆炸环境下的以锂 电池组为能源的防爆电源装置。
背景技术
[0002] 目前,磷酸铁锂动力电池七大优势:一、超长寿命,长寿命铅酸电池的循环寿命在 300次左右,磷酸铁锂动力电池循环寿命达到2000次以上。综合性能价格比为铅酸电池的 4倍。二、使用安全,磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题,即使在最恶劣的 交通事故中也不会产生爆炸。三、可大电流2C快速充放电,在专用充电器下,1. 5C充电40 分钟内即可使电池充满,起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。四、耐高温,磷酸铁锂 电热峰值可达350°C-50(rC。五、大容量。六、无记忆效应。七、绿色环保。
[0003] 由于磷酸铁锂电池具有上述优点,将其用于I类和II类防爆炸环境下需要管理好 整个磷酸铁锂电池组的安全。本发明将电池组、电池管理系统放置在不同的隔爆环境中,即 使电池组和电池管理系统里面的电器部件因可能存在的自燃、短路、高温而产生火花或者 放电,也不会和可燃物(例如瓦斯气体等)接触引发事故。
发明内容
[0004] 本发明采取了如下的技术方案:
[0005] -种用于I类和II类防爆环境的防爆电源装置,包括:防爆电池管理系统和防爆 锂电池组,以及连接用防爆电缆和防爆柜组件构成;
[0006] 所述防爆电池管理系统外部是中间有隔板分开的两个具有隔爆结构主腔和接线 腔的金属防爆柜,隔板上设置有多个接线柱;内部主腔内设置有多组数据采集模块、主控模 块、显示模块、绝缘检测模块、熔断器、电流传感器、充电接触器、放电接触器,它们各自和接 线柱一端通过多条信号线分别连接;接线腔壁外侧设置有多个电缆外接装置;接线腔壁上 有和电缆外接装置相匹配的通孔;电缆外接装置和防爆电缆之间设置密封结构;
[0007] 所述防爆锂电池组外部是中间有隔板分开的两个具有隔爆结构的主腔和接线腔 的金属防爆柜,隔板上设置有多个接线柱;内部主腔内设置有多个可充电锂电池单体模块 组,各单体锂电池通过夹具固定结组串联连接;各单体锂电池爬电距离至少大于等于6毫 米,接线腔壁外侧设置有多个电缆外接装置;接线腔壁上有和电缆外接装置相匹配的通孔; 电缆外接装置用于连接防爆电池管理系统、防爆充电装置、各种防爆负载装置。
[0008] 所述防爆电池管理系统接线腔电缆外接装置和防爆锂电池组电缆外接装置之间 设置有一一对应的多根防爆电缆;防爆电缆的一端通过接线腔的电缆外接装置和接线腔壁 上的通孔,连接在接线柱的一端;防爆电缆的另一端通过锂电池组防爆柜外壁的电缆外接 装置和侧壁的通孔,连接在接线柱的一端;电缆外接装置和防爆电缆之间设置密封结构。
[0009] 根据本发明的进一步改进:
[0010] 所述充电接触器、熔断器、锂电池组依次串联形成充电回路; toon] 所述锂电池组、熔断器、放电接触器依次串联形成放电回路;
[0012] 所述数据采集模块通过线束采集单体锂电池的电压、温度数据,以及对充电不一 致的单体电池实施均衡管理;数据采集模块将采集到的数据通过共用的数据通讯线以串行 通讯的方式传送给主控模块;
[0013] 所述电流传感器连接在锂电池组的负极,检测锂电池组的电流,并将检测结果传 送给主控模块;
[0014] 所述主控模块读取来自电流传感器、多组数据采集模块的信息,并将这些信息显 示在显示模块上,若这些信息不符合预先设置的要求,将做出报警处理,主控模块可检测锂 电池组的总电流、总电压、温度参数,如果锂电池组出现欠压、过压、高温和过流故障,则通 知充电接触器/放电接触器断开充/放电回路,对整个锂电池组实施保护;所述绝缘检测模 块可以对供电系统进行漏电和触电检测。
[0015] 根据本发明的进一步改进:
[0016] 所述防爆电源装置具备防爆安全保护功能,能够对每一个单体电池的电压、工作 电流、工作温度、绝缘状态、故障状态进行实时监控,可控制使用过程中出现的电流过大、电 压过高或过低、温度过高等异常情况,切断电路实施保护;可对单体电池出现异常进行警 报;由充电接触器、熔断器、锂电池组依次串联形成充电回路,在检测到电压过高时可以切 断电路实施保护;由熔断器、放电接触器依次串联形成放电回路在使用状态异常时可以切 断电路实施保护;
[0017] 根据本发明的进一步改进:
[0018] 所述主控模块、显示模块、多组数据采集模块共用24V直流电压;
[0019] 根据本发明的进一步改进:
[0020] 所述主控模块通过CAN通讯总线和整车控制器通信。
[0021] 本发明的有益效果:一.整个电源系统置于隔爆外壳内,即使单体锂电池或者锂 电池或者构成电源管理系统的其他电器部件因短路或电器自燃产生电火花,也不会和矿井 下面的可燃气体(例如瓦斯气体)有效接触而产生瓦斯爆炸,从而避免了人生安全等重大 事故的发生。二.电源管理系统能实时采集单体锂电池和锂电池组的温度、电压、电流并对 其进行有效管理,使单体锂电池/锂电池处于最佳的安全工作状态;
附图说明
[0022] 图1为本发明的结构示意图;
[0023] 图2为本发明的系统原理图;
具体实施方式
[0024] 参考图1,图1包括了防爆电池管理系统和防爆锂电池组以及连接用防爆电缆和 防爆柜组件。
[0025] 防爆电池管理系统包括主腔和接线腔,主腔和接线腔之间设置有隔板,隔板上设 置有多个接线柱。
[0026] 主腔内布置有多组数据采集模块、主控模块、显示模块、绝缘检测模块、熔断器、电 流传感器、充电接触器、放电接触器,它们各自和接线柱一端通过多条信号线分别连接。接 线腔外设置有多个电缆接入装置,其中的一个和防爆整车控制装置相连;而且,接线腔壁上 开有和多个多个电缆接入装置一一对应的通孔。
[0027] 防爆锂电池组也包括主腔和接线腔,主腔和接线腔之间也设置有隔板。锂电池组 置于主腔内,它有多个单体锂电池串联而成,每个单体锂电池的爬电距离大于或者等于6 毫米。整个锂电池组由夹具固定在主腔内。这样,即使在防爆锂电池组和其他物体撞击的 情况下也能保证锂电池组不和主腔的侧壁相碰撞,从而保证了锂电池组的安全。隔板上设 置有多个接线柱。接线腔设置有多个电缆接入装置,其中的一部分电缆接入装置和防爆电 池管理系统的接线腔内的电缆接入装置一一对应,而另一部分电缆接入装置则外接有防爆 充电装置和防爆负载装置。
[0028] 连接防爆电池管理系统和防爆锂电池组的是多根防爆电缆。防爆电缆的一端穿 过防爆电池管理系统的电缆接入装置和防爆电池管理系统的接线腔壁上的孔,连接在防爆 电池管理系统的接线柱上;另一端穿过防爆锂电池组的电缆接入装置和防爆锂电池组的接 线腔壁上的孔,连接在防爆锂电池组的接线柱上。防爆电缆的两端和电缆接入装置之间设 置有密封结构,其作用是阻止外面的气体进入接线腔,让整个结构更加安全。这些防爆电缆 可以将防爆电池管理系统主腔内的多组数据采集模块、主控模块、绝缘检测模块、电流传感 器、充电接触器、放电接触器等控制信号和数据采集信号传递给防爆锂电池组并对其实施 信号传递和智能控制。
[0029] 参见图2,图2为本发明的系统原理图。
[0030] 整个防爆电池管理系统的工作原理如下:
[0031] 当防爆锂电池组充电或者对外放电时,防爆电池管理系统能够实时检测防爆锂电 池组的单体电压、总电流、温度参数,必要时可将这些信息显示在显示模块上,用户可以通 过显示模块知道这些信息。充电接触器和放电接触器可以对锂电池组过压、过流、欠压、欠 流、过温实施保护。
[0032] 整个防爆电池管理系统对防爆锂电池组的控制和管理过程如下:
[0033] 由防爆电池管理系统、防爆锂电池组、防爆电缆及附属配件共组成本发明的两套 回路:充电回路和放电回路。充电回路由充电接触器、熔断器、锂电池组串联组成;放电回 路由锂电池组、熔断器、放电接触器依次串联组成。在本实施例中,锂电池组由100块回规 格的单体锂电池串联而成。共有13个数据检测模块分别对100块同规格的单体锂电池进 行电压和温度检测,每一个数据检测模块可以检测8块单体锂电池电压和温度,并能对充 电不一致的单体电池实行均衡管理。13个数据检测模块将采集到的锂电池组的信息通过串 行通讯传送给主控模块。同时,在锂电池组的负极的地方设置有电流传感器,电流传感器可 以检测锂电池组的串联电流,并将电流信息传递给主控模块。主控模块将电压、温度、电流 数据显示在显示模块上,并和预先设置的数据做比较,若有异常,则采取如下措施实施安全 控制:
[0034] 1.充电过程:若主控模块发现锂电池组过压、过流、欠压、欠流、过温异常,则控制 充电接触器断开充电回路,对锂电池组实施安全保护;
[0035] 2.放电过程:若主挖模块发现锂电池组过压、过流、欠压、欠流、过温异常,则控制 放电接触器断开放电回路,对锂电池组实施安全保护。
[0036] 本发明对锂电池组的安全保护还有如下方法:
[0037] 1.在防爆电源管理系统内设置有绝缘检测模块,可以对整个充电回路和放电回路 实施漏电和触电检测;
[0038] 2.在充电回路和放电回路中串联有熔断器,可以实施电流短路保护。
[0039] 此外,为保证主控模块、显示模块、多组数据采集模块正常工作,它们共用24V直 流电;为了将整个锂电池组的各种信息和车上其他的控制模块共享,主控模块还外接有防 爆整车控制装置并进行CAN通讯。
[0040] 防爆锂电池组的正极外接有防爆充电装置,防爆锂电池组的负极连接有防爆负载 装置,主控模块和防爆充电装置可进行CAN通讯,主控模块和防爆负载装置也可以进行CAN 通讯。
[0041] 需要说明的是,本发明中所列举的100块单体电池和13个数据检测模块只是其中 的一个实施例。根据实际需要,可以对单体电池的数量以及数据检测块的数量做适当的增 加或减少。
[0042] 综上所述:本发明对锂电池组的保护通过机械和电器方式得以实现:
[0043] 机械方式:
[0044] 通过设计独立的防爆电池管理系统和防爆锂电池组以及连接它们的防爆电缆,可 以预防电器部件因自燃、短路、放电出现的电火花和可燃气体接触发生爆炸;
[0045] 通过设计锂电池组固定夹具,防止锂电池组其他物体相撞。
[0046] 电气保护方式:
[0047] 采用智能控制方式对电池组电流、电压、温度实施检测,若发现这些数据不符合设 定数值,则断开充电回路或者放电回路,对锂电池组实施保护;
[0048] 采用熔断器对充电回路或放电回路实施短路保护;
[〇〇49] 采用绝缘检测模块对充电回路或者断电回路实施漏电或触电检测。

Claims (3)

1. 一种用于I类和II类防爆环境的防爆电源装置,包括:防爆电池管理系统和防爆锂 电池组,以及连接用防爆电缆和防爆柜组件构成; 所述防爆电池管理系统外部是中间由隔板分开的具有隔爆结构主腔和接线腔的金属 防爆柜,隔板上设置有多个接线柱;主腔内设置有多组数据采集模块、主控模块、显示模块、 绝缘检测模块、熔断器、电流传感器、充电接触器、放电接触器,它们各自和接线柱一端通过 多条信号线分别连接;接线腔壁外侧设置有多个电缆外接装置;接线腔壁上有和电缆外接 装置相匹配的通孔;电缆外接装置和防爆电缆之间设置密封结构; 所述防爆锂电池组外部是中间由隔板分开的具有隔爆结构的主腔和接线腔的金属防 爆柜,隔板上设置有多个接线柱;主腔内设置有多个可充电锂电池单体模块组,各锂电池单 体通过夹具固定结构串联连接;各锂电池单体爬电距离大于等于6毫米,接线腔壁外侧设 置有多个电缆外接装置;接线腔壁上有和电缆外接装置相匹配的通孔;电缆外接装置用于 连接防爆电池管理系统、防爆充电装置、防爆负载装置; 所述防爆电池管理系统接线腔电缆外接装置和防爆锂电池组电缆外接装置之间设置 有一一对应的多根防爆电缆;防爆电缆的一端通过防爆电池管理系统接线腔壁外侧的电缆 外接装置和接线腔壁上的通孔,连接在接线柱的一端;防爆电缆的另一端通过防爆锂电池 组接线腔外侧的电缆外接装置和接线腔壁上的通孔,连接在接线柱的一端;电缆外接装置 和防爆电缆之间设置密封结构; 所述充电接触器、熔断器、锂电池组依次串联形成充电回路; 所述锂电池组、熔断器、放电接触器依次串联形成放电回路; 所述数据采集模块采集单体锂电池的电压、温度数据,以及对充电不一致的锂电池单 体实施均衡管理;数据采集模块将采集到的数据通过共用的数据通讯线以串行通讯的方式 传送给主控模块; 所述电流传感器连接在锂电池组的负极,检测锂电池组的电流,并将检测结果传送给 主控模块; 所述主控模块读取来自电流传感器、多组数据采集模块的信息,并将这些信息显示在 显示模块上,若这些信息不符合预先设置的要求,将做出报警处理,主控模块能够检测锂电 池组的总电流、总电压、温度参数,如果锂电池组出现欠压、过压、高温和过流故障,则通知 充电接触器/放电接触器断开充/放电回路,对整个锂电池组实施保护; 所述绝缘检测模块能够对供电系统进行漏电和触电检测; 所述主控模块通过CAN通讯总线和整车控制器通信。
2. 根据权利要求1中所述的一种用于I类和II类防爆环境的防爆电源装置,其特征在 于:所述防爆电源装置具备防爆安全保护功能,能够对每一个单体电池的电压、工作电流、 工作温度、绝缘状态、故障状态进行实时监控,并控制使用过程中出现电流过大、电压过高 或过低、温度过高的异常情况,切断电路实施保护;对单体电池出现异常进行警报;由充电 接触器、熔断器、锂电池组依次串联形成充电回路,在检测到电压过高时能够切断电路实施 保护;由熔断器、放电接触器、锂电池组依次串联形成放电回路在使用状态异常时能够切断 电路实施保护。
3. 根据权利要求1中所述的一种用于I类和II类防爆环境的防爆电源装置,其特征在 于:所述主控模块、显示模块、多组数据采集模块共用24V直流电压。
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