CN203056624U

CN203056624U - 矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源

Info

Publication number: CN203056624U
Application number: CN 201220715721
Authority: CN
Inventors: 于东波; 张鹏; 郭京义
Original assignee: BEIJING CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2022-12-21

Abstract

本实用新型一种矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，包括隔爆外壳；隔爆外壳内具有两相对密闭的空间A与空间B，隔爆外壳顶部通过顶盖将空间A与空间B密封；空间A内设置管理模块、充电模块、通信模块、变压器；空间B内设置锂离子蓄电池组；隔爆外壳侧壁上安装显示模块；管理模块由主控板与均衡板构成；主控板通过SPI接口与均衡板相连，且通过端子与锂离子蓄电池组相连，主控板还与充电模块、显示模块相连；主控板内集成有通信模块；通信模块通过CAN总线与外部监控设备相连；均衡板和充电模块均与锂离子蓄电池组相连。隔爆外壳侧壁上还固定有端子引入壳体，通过壳体内部的接线母排，实现外部设备与内部模块间的电器连接。本实用新型的优点为：安全可靠，发热量小，损耗低，并可以长时间稳定工作。

Description

矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源

技术领域

本实用新型属于工业控制领域，具体来说，是矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源。

背景技术

现有的矿用应急电源属于铅酸电池电源，且只有简单的电路保护功能。由于铅酸电池本身性质的限制，现有的矿用应急电源使用效率低，不易维护，故障率高，且不能长时间使用。所以，现有的矿用应急电源不能满足矿用救生系统以及其他应急系统的供电需要。锂离子蓄电池电源是一种更高效的矿用应急电源，锂离子蓄电池电量大，体积小，支持大电流放电，使用效率高，但是一定时间后会出现单体电池充放电不均衡，导致单体电池性能下降甚至损坏，从而使应急电源使用寿命急剧缩短。由于锂的化学性质非常活泼，很容易燃烧，当电池过度充放电或使用不当时，电池内部持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，使电池内压加大。压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。所以矿用锂离子蓄电池电源需要一定的防护措施。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，可大幅度延长矿用应急电源的使用寿命及提高使用效率，且提高了锂离子蓄电池的安全性。

本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，其特征在于：具有隔爆外壳，隔爆外壳内部具有纵向隔板，通过隔板将隔爆外壳内部分隔为两个相对独立密封的空间A与空间B；隔爆外壳顶部通过顶盖将空间A与空间B密封；顶盖上安装有把手。

其中，空间A中设置有：用于为外部用电设备供电的锂离子蓄电池组；锂离子蓄电池组通过外部供电设备提供充电电能。

空间B内设置有：用来控制锂离子蓄电池组充放电，并实时检测锂离子蓄电池组的电压的充电模块；当充电模块检测到的电压值大于锂离子蓄电池组的电压变化曲线峰值最高点时，充电模块自动停止对锂离子蓄电池组的充电；当充电模块检测到的电压值小于锂离子蓄电池组的电压变化曲线峰值最低点时，充电模块自动对锂离子蓄电池组进行充电。

用来将控制锂离子蓄电池组中单体锂离子蓄电池进行容量均配的均衡板；均衡板支持大电流10A电流均衡操作；均衡板通过判断主控板采集的单体锂离子蓄电池电压控制锂离子蓄电池组中单体锂离子蓄电池电压过高的电池向其它单体锂离子蓄电池进行放电操作，控制其它单体锂离子蓄电池锂离子向蓄电池组中单体锂离子蓄电池电压过低的电池进行充电操作电池。用于实时采集锂离子蓄电池组的使用状态信息，发送给显示模块与外部监控设备的主控板；所述主控板还接收外部监控设备发送的控制信号，控制锂离子蓄电池组的运行，控制均衡板进行均衡操作，以及控制充电模块对各单体锂离子蓄电池进行充放电控制；且当主控板采集到的锂离子蓄电池组的使用状态信息中的任意一项超过或低于额定值区间时，则主控板向显示单元发送警报信号。用来对主控板采集的锂离子蓄电池组的使用状态进行显示，且接收报警信号进行报警的显示模块。以及用于主控板与外部监控设备间通信的通信模块。上述主控板、均衡板、通信模块、充电模块均通过锂离子蓄电池组供电；主控板、衡板均与充电模块均采用企业级多层PCB板。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，具有完善的电池管理系统，智能监视管理单节电池及电池组；

2、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，具有完善的充放电保护功能，具有更高的可靠性；

3、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源中的均衡板支持大电流均衡操作；且在主动均衡时可控制锂离子蓄电池组中单体锂离子蓄电池电压过高的电池向其它单体锂离子蓄电池进行放电操作，可控制其它单体锂离子蓄电池锂离子向蓄电池组中单体锂离子蓄电池电压过低的电池进行充电操作，从而达到电池容量均配，缩短了电池均衡时间，而且避免了电池能量的浪费；

4、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，发热量小，损耗低，运行稳定；

5、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，具有高强度外壳，有效隔绝爆炸及各类危险，安全可靠；

6、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，抗干扰能力强，适用于各类恶劣工作环境；

7、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，具有智能液晶显示界面，实时显示各类运行参数；

8、本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，具有使用CAN通讯系统，可远程实时监视运行状态及设置各种参数。

附图说明

图1为本实用新型矿用锂离子蓄电池电源的整体结构框图；

图2为本实用新型矿用锂离子蓄电池电源的结构机械示意图。

图中：

1-隔爆外壳 2-管理模块 3-充电模块 4-通信模块

5-显示模块 6-变压器 7-锂离子蓄电池组 8-端子引入壳体

9-接线母排 10-散热平台 11-支架 101-穿墙端子

102-顶盖 103-把手 201-控制板 202-均衡板

801-充电端子组 802-放电端子组 803-监控设备连接端子组

具体实施方式

本实用新型矿用锂离子蓄电池电源，包括高强度隔爆外壳1，以及隔爆外壳1内部设置的管理模块2、充电模块3、通信模块4、显示模块5、变压器6以及锂离子蓄电池组7，如图1、图2所示。

所述隔爆外壳1采用Q345B低合金钢材质，其力学性能如下：Q345B材料屈服强度为345MPa,抗拉强度为470MPa,密度7800kg/m3，弹性模量210GPa，泊松比0.3；隔爆外壳1可承受至少1.5MPa的压力强度，充分保证内部模块与锂离子蓄电池组7安全性。隔爆外壳1内部具有纵向隔板（同为Q345B材料），通过隔板将隔爆外壳1内部分隔为两个相对独立密封的空间A与空间B；空间A内部设置有锂离子蓄电池组7；锂离子蓄电池组7采用安全性、可靠性高，且容量较高的单体锂离子蓄电池组7成；空间B用来设置管理模块2、充电模块3、通信模块4与变压器6，管理模块2、充电模块3、通信模块4、变压器6均与锂离子蓄电池组7不直接接触；且位于空间B处的隔爆外壳1侧壁上采用嵌入式安装显示模块5。隔板上安装有高强度穿墙端子101，用来实现空间A内的锂离子蓄电池组7与空间B内的管理模块2、充电模块3以及通信模块4间的电气连接。

所述隔爆外壳1一侧还焊接固定有端子引入壳体8，与隔爆外壳1形成一体结构，且同样采用Q345B材料。端子引入壳体8内部设置有接线母排9，且外侧壁上安装有充电端子组801、放电端子组802以及监控设备连接端子组803，由此外部设备可通过接线母排9实现与隔爆外壳1内部锂离子蓄电池组7、管理模块2、通信模块4以及变压器6间的连接，满足GB3836要求。其中，充电端子组801用来连接外部供电设备，且通过接线母排9与变压器6相连，变压器6连接充电模块3，充电模块3通过穿墙端子101连接锂离子蓄电池组7，由此通过外部供电设备为锂离子蓄电池组7提供充电时所需电能。放电端子组802用来连接外部用电设备，且通过接线母排9以及穿墙端子101与锂离子蓄电池组7相连，实现锂离子蓄电池组7对外部用电设备进行供电。监控设备连接端子组803用来连接外部监控设备，且通过接线母排9与管理模块2相连，实现外部监控设备与管理模块2间的通信与控制。隔爆外壳1顶部通过顶盖102将空间A与空间B密封，与外界隔绝，保证矿用锂离子蓄电池电源安全使用；且顶盖与端子引入壳体上均安装有把手，便于整个锂离子蓄电池电源的搬运。

上述管理模块2由主控板201与均衡板202构成，主控板201与均衡板202均采用企业级多层PCB（Printed Circuit Board）板。主控板201通过穿墙端子101与锂离子蓄电池组7相连，且与均衡板202、充电模块3、显示模块5以及外部监控设备相连；均衡板202和充电模块3均与锂离子蓄电池组7相连。其中，主控板201用来实时采集锂离子蓄电池组7的使用状态信息（包括：各单体锂离子蓄电池电压、温度以及锂离子蓄电池组7电流、电压、温度、容量），发送到显示单元5实时显示；显示单元中具有与锂离子蓄电池组7的使用状态信息中各项对应的报警指示灯，当主控板采集到的锂离子蓄电池组7的使用状态信息中的任意一项超过或低于额定值区间时，则主控板向显示单元发送警报信号，控制对应的指示灯闪烁报警。

所述通信模块4集成在主控板201中，用来将锂离子蓄电池组7的使用状态信息进行转码后，实时、完整的发送到外部监控设备中，实现对锂离子蓄电池组7的外部实时监控；同时主控板201还通过通信模块4接收外部监控设备发送的控制信号，控制锂离子蓄电池组7的运行，控制均衡板202对各单体锂离子蓄电池进行均衡操作，以及控制充电模块3对各单体锂离子蓄电池进行充放电控制；且当主控板201采集到的锂离子蓄电池电压值低于额定电压值U1（额定的最低电压值，电压值U1大于锂离子蓄电池组7电压变化曲线峰值最低点）或高于额定电压值U2（额定最高电压值，电压值U2小于锂离子蓄电池组7电压变化曲线峰值最高点）时，则可通过外部监控设备手动控制充电模块3对锂离子蓄电池组7进行充电或停止充电；或由主控板201自动控制充电模块3对锂离子蓄电池组7进行充电或停止充电；由此实现锂离子蓄电池组的充放电手动或自动控制。

上述均衡板202具有包括主动均衡、充电均衡、放电均衡与静态均衡功能，且支持8～10A 大电流均衡操作；其中，均衡板202的主动均衡功能采用新的均衡模式，通过均衡板202的主动均衡功能可控制锂离子蓄电池组中高电压单体锂离子蓄电池向低电压单体锂离子蓄电池进行电池容量均配。即：当一个单体锂离子蓄电池电压过低时，均衡板202通过主动均衡功能控制其它节电池对其进行充电；当一个单体锂离子蓄电池电压过高时，则控制其对其它单体锂离子蓄电池进行充电，从而达到放电的目的；由此，缩短了电池均衡时间，而且避免了电池能量的浪费。

充电模块3还具有硬件强制保护功能，可实时检测锂离子蓄电池组7的电压，当充电模块检测到的电压值大于锂离子蓄电池组7的电压变化曲线峰值最高点时，则锂离子蓄电池组7出现过充现象，此时充电模块3立刻强制停止锂离子蓄电池组的充电工作。当充电模块3检测到的电压值小于锂离子蓄电池组7的电压变化曲线峰值最低点时，则锂离子蓄电池组7出现过放现象，此时充电模块3立刻强制启动锂离子蓄电池组的充电工作；从而防止发生意外情况，保证充电模块3及锂离子蓄电池组7的安全性和可靠性。

上述管理模块2、充电模块3、通信模块4均通过锂离子蓄电池组供电；且上述主控板201通过SPI（Serial Peripheral Interface）接口与均衡板202相连，通过SPI通信方式与均衡板202进行通信及控制；通信模块4通过CAN（Controller Area Network）总线与外部监控设备相连，通过CAN总线通讯方式与外部监控设备进行数据通信。上述充电模块3为充电机电路板，采用企业级多层PCB板，包括恒流电路与恒压电路；各个元器件均采用军工级和企业级元器件组成。其中，恒流电路用来控制充电电流，恒压电路用来控制充电电压，从而实现稳定充电，保证充电模块3的安全性与可靠性。充电模块3通过高效导热硅胶设置在全铝制散热平台10上，通过散热平台10固定在隔爆外壳1内，由此可保证充电模块3的安全高效；且主控板201、均衡板202与充电模块3三者间通过支架11相对分层固定。

Claims

1.矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：具有隔爆外壳，隔爆外壳内部具有纵向隔板，通过隔板将隔爆外壳内部分隔为两个相对独立密封的空间A与空间B；隔爆外壳顶部通过顶盖将空间A与空间B密封；

空间A中设置有：

用于为外部用电设备供电的锂离子蓄电池组；锂离子蓄电池组通过外部供电设备提供充电电能；

空间B内设置有：

用来控制锂离子蓄电池组充放电，并实时检测锂离子蓄电池组的电压的充电模块；当充电模块检测到的电压值大于锂离子蓄电池组的电压变化曲线峰值最高点时，充电模块自动停止对锂离子蓄电池组的充电；当充电模块检测到的电压值小于锂离子蓄电池组的电压变化曲线峰值最低点时，充电模块自动对锂离子蓄电池组进行充电；

用来控制锂离子蓄电池组中单体锂离子蓄电池进行容量均配的均衡板；均衡板支持大电流10A电流均衡操作；均衡板通过判断主控板采集的单体锂离子蓄电池电压控制锂离子蓄电池组中单体锂离子蓄电池电压过高的电池向其它单体锂离子蓄电池进行放电操作，控制其它单体锂离子蓄电池锂离子向蓄电池组中单体锂离子蓄电池电压过低的电池进行充电操作电池；

用于实时采集锂离子蓄电池组的使用状态信息，发送给显示模块与外部监控设备的主控板；所述主控板还接收外部监控设备发送的控制信号，控制锂离子蓄电池组的运行，控制均衡板进行均衡操作，以及控制充电模块对各单体锂离子蓄电池进行充放电控制；且当主控板采集到的锂离子蓄电池组的使用状态信息中的任意一项超过或低于额定值区间时，则主控板向显示单元发送警报信号；

用来对主控板采集的锂离子蓄电池组的使用状态进行显示，且接收报警信号进行报警的显示模块；

以及用于主控板与外部监控设备间通信的通信模块；

上述主控板、均衡板、通信模块、充电模块均通过锂离子蓄电池组供电。

2.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述主控板通过SPI接口与均衡板相连，通过SPI通信方式与均衡板进行通信及控制；通信模块通过CAN总线与外部监控设备相连，通过CAN总线通讯方式与外部监控设备进行数据通信。

3.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述充电模块充电模块为充电机电路板，包括用于控制充电电流的恒流电路，与用来控制充电电压的恒压电路。

4.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述主控板、均衡板与充电模块三者间通过支架相对分层固定。

5.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述充电模块通过高效导热硅胶设置在全铝制散热平台上，通过散热平台固定在隔爆外壳内。

6.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述隔爆外壳采用Q345B低合金钢材质。

7.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述隔爆外壳具有承受至少1.5MPa的压力的结构强度。

8.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述顶盖上安装有把手。

9.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述显示单元中具有报警指示灯。

10.如权利要求1所述矿用隔爆型大电流主动均衡锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述主控板、衡板均与充电模块均采用企业级多层PCB板。