CN112350396A - 一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统及方法,属于冶金铁路运输技术领域。本发明系统,包括:BMS系统模块,采集电池组的状态信息;系统监控模块,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;充电模块,接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;整流监测模块,输出充电电压;配电输出模块,所述配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电。本发明将冶金行业轨道式车辆车载电池系统化、集成化,有效的解决了电池充电、管理、监控的难题,满足了轨道式车辆控制无人化的需求。

Description

一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统及方法
技术领域
本发明涉及冶金铁路运输技术领域,并且更具体地,涉及一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统及方法。
背景技术
冶金行业的轨道式车辆是钢铁厂内承担铁水、钢渣、材料等物料运输任务的重要装备,车辆本身是不具备电力的,现代物流需要在车辆上配备一系列的电气设备以实现自动化、无人化运输;这些电气设备的供电就成为了问题,现有的一般做法是在车辆上直接配置蓄电池,但需要配备人员定期用地面设备手动进行充电,由于电池的运行状态无法实时监测,车辆配电的安全性无法保证,这种直接采用蓄电池供电的方式不仅用工维护成本高、作业效率低,而且还存在着诸多安全隐患,已经无法满足现代物流运输中无人化、智能化、降本增效的现实需求。冶金行业轨道式车辆要实现无人化作业必须要配备车载智能电池系统。
对于车载智能电池系统,电池类型的选择尤为重要,相对于传统的铅酸蓄电池,磷酸铁锂电池有着安全性能可靠、环保、使用寿命长、能量密度高、体积小、重量轻、无记忆效应、利于集成等优势,故本车载智能电池系统选用磷酸铁锂电池作为电池包模块。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统,包括:
BMS系统模块,所述BMS系统模块对电池组进行管理,采集电池组的状态信息;
系统监控模块,所述系统监控模块调用BMS系统模块采集的电池组的状态信息,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;
充电模块,所述充电模块接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;
整流监测模块,所述整流监测模块,接入充电模块输入的电压,对电压进行转换,并对电压进行电压电流的欠压过压监测,输出充电电压;
配电输出模块,所述配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电。
可选的,系统还包括:物联网无线模块,所述物流网无线模块,采集系统监控模块采集的电池组的状态信息,并将状态信息发送至上位机,所述上位机通过状态信息确定电池组是否需要充电或放电,并根据状态信息,控制系统监测模块生成控制命令。
可选的,充电模块设置有电气互锁和防浪涌器。
可选的,整流监测模块,设置有过压欠压监测装置和熔断器,所述过压欠压装置用于监测电源电压是否异常,若异常则通过熔断器,熔断整流监测模块电路。
可选的,整流监测模块、BMS系统模块、和配电输出模块,与系统监控模块及物联网模块间使用CAN总线进行连接。
本发明还提出了一种用于轨道式车辆智能电池管理的方法,包括:
通过BMS系统模块采集电池组的状态信息;
控制系统监控模块调用BMS系统模块采集的电池组的状态信息,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;
控制充电模块接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;
控制整流监测模块,接入充电模块输入的电压,对电压进行转换,并对电压进行电压电流的欠压过压监测,输出充电电压;
控制配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电。
可选的,方法还包括:控制物流网无线模块,采集系统监控模块采集的电池组的状态信息,并将状态信息发送至上位机,所述上位机通过状态信息确定电池组是否需要充电或放电,并根据状态信息,控制系统监测模块生成控制命令。
可选的,充电模块设置有电气互锁和防浪涌器。
可选的,整流监测模块,设置有过压欠压监测装置和熔断器,所述过压欠压装置用于监测电源电压是否异常,若异常则通过熔断器,熔断整流监测模块电路。
可选的,整流监测模块、BMS系统模块、和配电输出模块,与系统监控模块及物联网模块间使用CAN总线进行连接。
本发明将冶金行业轨道式车辆车载电池系统化、集成化,有效的解决了电池充电、管理、监控的难题,满足了轨道式车辆控制无人化的需求。
附图说明
图1为本发明一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统结构图;
图2为本发明一种用于轨道式车辆智能电池管理的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统,如图1所示,包括:
BMS系统模块,所述BMS系统模块对电池组进行管理,采集电池组的状态信息;
系统监控模块,所述系统监控模块调用BMS系统模块采集的电池组的状态信息,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;
充电模块,所述充电模块接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;
整流监测模块,所述整流监测模块,接入充电模块输入的电压,对电压进行转换,并对电压进行电压电流的欠压过压监测,输出充电电压;
配电输出模块,所述配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电;
物联网无线模块,所述物流网无线模块,采集系统监控模块采集的电池组的状态信息,并将状态信息发送至上位机,所述上位机通过状态信息确定电池组是否需要充电或放电,并根据状态信息,控制系统监测模块生成控制命令。
充电模块设置有电气互锁和防浪涌器。
整流监测模块,设置有过压欠压监测装置和熔断器,所述过压欠压装置用于监测电源电压是否异常,若异常则通过熔断器,熔断整流监测模块电路。
整流监测模块、BMS系统模块、和配电输出模块,与系统监控模块及物联网模块间使用CAN总线进行连接。
充电模块包括:自动及手动充电功能;
整流监测模块:将充电电压220VAC转换为24VDC,整流模块的输入输出端设置电能监测模块、过压欠压保护器监测电压、电流;
BMS系统模块:配置磷酸铁锂电池包组,数量可增减,采用工业级BMS电池管理系统,采集电池组状态信息,管理电池组的充放电状态;
系统监控模块:电池系统控制中心,需编写控制程序,实现电池系统充电放电、输出配电、监控报警逻辑控制的功能;
配电输出模块:220VAC及24VDC配电输出功能;
物联网无线模块:采集系统监控模块发送的报警、状态信息,通过4G网络发送给上位机平台;
正常充电状态:
当监控系统监测到电池电量不足时经物联网无线模块向上位机发送需要充电信息,且系统监控模块数字信号输入点SW1旋钮转至系统启动,SW2旋钮转至自适应充电,之后有两种充电方式:
其一轨道式车辆驶入自动充电站指定位置车载滑触线与地面自动充电装置碳刷接触,地面自动充电装置接通电源,220VAC交流电接入车载电池系统控制柜,自动充电接触器线圈KT1延时得电吸合,KT1常开触点导通,电源接入220VAC~24VDC整流模块,其二通过轨道式车载智能电池系统控制柜上预留的220VAC工业插座手动接入外部220VAC电源,手动充电接触器线圈KM1得电吸合,KM1常开触点导通,电源接入220VAC~24VDC整流模块,220VAC输入整流模块整流后输出24VDC,同时电能监测模块将测得整流模块输入输出电压电流等信息通过CAN总线传输给系统监控模块,系统监控模块确认电压电流正常,输出数字控制信号使启动充电线圈KM2吸合,KM2常开触点导通,24VDC输出线圈KM3、220VAC输出线圈KM4保持断开不吸合,24VDC电源接入BMS电池管理模块,再通过BMS电池管理模块给并联的磷酸铁锂电池包充电,BMS模块通过CAN总线实时向系统监控管理模块发送电池状态信息、如电池电压、充电电流、温度、电池总容量、电池电量等,当电量充满时,系统监控模块经物联网无线模块向上位机发送电已充满信息,同时停止输出数字控制信号使启动充电线圈KM2断开,KM2常开触点断开,输出数字控制信号使24VDC输出线圈KM3、220VAC输出线圈KM4吸合,电池进入放电状态。
正常放电状态:
电池充满后,系统监控模块使启动充电线圈KM2断开,KM2常开触点断开,外部电源被隔离,轨道式车辆可离开自动充电装置或手动拔出电源插头,断开外部电源,系统监控模块输出数字控制信号使24VDC输出线圈KM3、220VAC输出线圈KM4吸合,KM3、KM4常开触点导通,电池处于放电状态,24VDC通过逆变模块转换为220VAC,同时输出220VAC、24VDC配电给车载控制系统,BMS模块通过CAN总线实时向系统监控管理模块发送电池状态信息、如电池电压、放电电流、温度、电池总容量、电池电量等,当电量下降到设置值时,系统监控模块经物联网无线模块向上位机发送需要充电信息,重复上述充电流程。
安全控制部分:
手动自动充电电路设置电气互锁,防止误操作;
手动自动充电电路配置防雷器,防止外部出现浪涌电流破环内部电气件;
整流模块前配置过压欠压模块,用以检测电源电压是否正常,若有异常则断开至整流模块电路;
整流模块24VDC输出配置熔断器,防止因整流模块异常导致元器件损坏;
在整流模块输入输出侧配置电能监测模块,采集电压、电流信息通过CAN总线传输给系统监控模块,便于系统监控模块进行逻辑判断,若电压、电流任一出现异常,系统监控模块则断开KM2接触器隔离电池系统与外部充电电源;
BSM电池管理模块采集电池电压、电流、温度、电池总容量、电池电量等信息通过CAN总线传输给系统监控模块,便于系统监控模块进行逻辑判断,若温度、总容量、电压、电流出现异常则断开KM2~KM4,停止充电及不向外输出电源,并通过物联网无线模块发送报警信息;
电柜通过机柜空调保持恒温,以利于电池系统散热,机柜空调通过断路器开启关闭,在逆变模块电路220VAC输出端取电;
逆变模块通过CAN总线传输输入输出电压、电流信息给系统监控模块,便于系统监控模块进行逻辑判断,若电压、电流异常则断开KM4停止输出220VAC配电;
物联网无线模块主要用于将系统监控模块发送过来的信息通过4G网络发送给控制室上位机服务器平台,便于管理人员监控分析车载电池系统状态;
系统监控模块含内部控制器,配置有数字量输入输出接点、CAN总线接口,将旋钮输入信号、接触器线圈输出控制信号、各模块通讯信息相整合编程,实现上述功能;
本发明还提出了一种用于轨道式车辆智能电池管理的方法,如图2所示,包括:
通过BMS系统模块采集电池组的状态信息;
控制系统监控模块调用BMS系统模块采集的电池组的状态信息,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;
控制充电模块接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;
控制整流监测模块,接入充电模块输入的电压,对电压进行转换,并对电压进行电压电流的欠压过压监测,输出充电电压;
控制配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电;
控制物流网无线模块,采集系统监控模块采集的电池组的状态信息,并将状态信息发送至上位机,所述上位机通过状态信息确定电池组是否需要充电或放电,并根据状态信息,控制系统监测模块生成控制命令。
充电模块设置有电气互锁和防浪涌器。
整流监测模块,设置有过压欠压监测装置和熔断器,所述过压欠压装置用于监测电源电压是否异常,若异常则通过熔断器,熔断整流监测模块电路。
整流监测模块、BMS系统模块、和配电输出模块,与系统监控模块及物联网模块间使用CAN总线进行连接。
本发明将冶金行业轨道式车辆车载电池系统化、集成化,有效的解决了电池充电、管理、监控的难题,满足了轨道式车辆控制无人化的需求。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现,例如,面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于轨道式车辆智能电池管理的系统,所述系统包括:
BMS系统模块,所述BMS系统模块对电池组进行管理,采集电池组的状态信息;
系统监控模块,所述系统监控模块调用BMS系统模块采集的电池组的状态信息,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;
充电模块,所述充电模块接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;
整流监测模块,所述整流监测模块,接入充电模块输入的电压,对电压进行转换,并对电压进行电压电流的欠压过压监测,输出充电电压;
配电输出模块,所述配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电。
2.根据权利要求1所述的系统,所述系统还包括:物联网无线模块,所述物流网无线模块,采集系统监控模块采集的电池组的状态信息,并将状态信息发送至上位机,所述上位机通过状态信息确定电池组是否需要充电或放电,并根据状态信息,控制系统监测模块生成控制命令。
3.根据权利要求1所述的系统,所述充电模块设置有电气互锁和防浪涌器。
4.根据权利要求1所述的系统,所述整流监测模块,设置有过压欠压监测装置和熔断器,所述过压欠压装置用于监测电源电压是否异常,若异常则通过熔断器,熔断整流监测模块电路。
5.根据权利要求1所述的系统,所述整流监测模块、BMS系统模块、和配电输出模块,与系统监控模块及物联网模块间使用CAN总线进行连接。
6.一种用于轨道式车辆智能电池管理的方法,所述方法包括:
通过BMS系统模块采集电池组的状态信息;
控制系统监控模块调用BMS系统模块采集的电池组的状态信息,根据电池组的状态信息,生成控制命令,控制电池组的充电;
控制充电模块接收系统监测模块发出的控制命令后接入电压;
控制整流监测模块,接入充电模块输入的电压,对电压进行转换,并对电压进行电压电流的欠压过压监测,输出充电电压;
控制配电输出模块,接入充电电压,根据电池组的充电接口,确定电池组的充电电压,并根据电池组的充电电压进行配电,配电完成后,为电池组充电。
7.根据权利要求6所述的方法,所述方法还包括:控制物流网无线模块,采集系统监控模块采集的电池组的状态信息,并将状态信息发送至上位机,所述上位机通过状态信息确定电池组是否需要充电或放电,并根据状态信息,控制系统监测模块生成控制命令。
8.根据权利要求6所述的方法,所述充电模块设置有电气互锁和防浪涌器。
9.根据权利要求6所述的方法,所述整流监测模块,设置有过压欠压监测装置和熔断器,所述过压欠压装置用于监测电源电压是否异常,若异常则通过熔断器,熔断整流监测模块电路。
10.根据权利要求6所述的方法,所述整流监测模块、BMS系统模块、和配电输出模块,与系统监控模块及物联网模块间使用CAN总线进行连接。
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