CN216120439U - 一种磁悬浮车辆用锂电池箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于配电设备技术领域，具体涉及一种磁悬浮车辆用锂电池箱，本磁悬浮车辆用锂电池箱包括：设置在箱体内的锂电池模块、电源分配单元和电加热模块；其中电源分配单元采集锂电池模块的工作参数，且当锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，电源分配单元切断锂电池模块与外部充电机之间的充电回路；以及锂电池模块的温度数据低于设定值时，电源分配单元驱动电加热模块对锂电池模块加热；本实用新型通过设置电源分配单元能够实时监测锂电池模块的工作状态，保证充放电的安全性，同时在低温时驱动电加热模块工作，实现对锂电池模块加热保证其在低温环境下对车辆紧急供电。

Description

一种磁悬浮车辆用锂电池箱

技术领域

本实用新型属于配电设备技术领域，具体涉及一种磁悬浮车辆用锂电池箱。

背景技术

传统机车或地铁车辆用的电池一般为铅酸蓄电池或镍镉蓄电池。车辆出现故障、或长时间休眠后(10天以上)、或处在低温环境下(零下25℃左右)，需要蓄电池为整车低压负载提供应急电源，要求所有蓄电池供电的设备可以正常唤醒、正常启动、正常工作，一般电压平台为DC110V或DC24V。

无论是铅酸蓄电池还是镍镉电池，都属于传统的二次电池。成本虽然低，但是体积普遍较大，且容量低，无论是性能还是安全性都相对较差，并且含有铅等污染严重的金属，较低的比能量和循环寿命都使其应用率逐年降低。

传统蓄电池的方案在整车布置中，因为体积过大，也会影响车辆车下电气设备的排布及线缆安装；另外较低的能量密度、较小的循环寿命也增加了使用的维护成本；另外，铅酸蓄电池的温度变化对其工作性能影响较大，不能广泛应用于低温环境场景。此外，铅酸蓄电池无BMS管理系统，安全可靠性较差。

因此，亟需开发一种新的磁悬浮车辆用锂电池箱，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种磁悬浮车辆用锂电池箱，以解决上述背景技术所提及的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种磁悬浮车辆用锂电池箱，其包括：设置在箱体内的锂电池模块、电源分配单元和电加热模块；其中所述锂电池模块连接外部充电机，所述电源分配单元与锂电池模块电性相连，所述电加热模块与电源分配单元电性相连；所述电源分配单元适于采集锂电池模块的工作参数，且当所述锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，所述电源分配单元适于切断锂电池模块与外部充电机之间的充电回路；以及所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述电源分配单元适于驱动电加热模块对锂电池模块加热。

在其中一个实施例中，所述锂电池模块包括：若干单体锂电池；各所述单体锂电池连接外部充电机、负载，即各所述单体锂电池通过外部充电机进行充电，且各所述单体锂电池适于向负载供电。

在其中一个实施例中，所述电源分配单元包括：主控处理器、与主控处理器电性相连的电压采样电路；所述电压采样电路连接各单体锂电池，以采集各单体锂电池的电压数据发送至主控处理器。

在其中一个实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的充放电接触器；所述充放电接触器设置在锂电池模块与外部充电机之间的充电回路上，即当所述锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，所述主控处理器适于驱动充放电接触器断开，以切断所述锂电池模块与外部充电机之间的充电回路。

在其中一个实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的温度采样电路；所述温度采样电路设置在锂电池模块内，以采集所述锂电池模块的温度数据发送至主控处理器，即所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述主控处理器适于驱动电加热模块对锂电池模块加热。

在其中一个实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的电流采样电路和电池均衡电路；所述电流采样电路通过一设置在锂电池模块与外部充电机之间的充电回路上的电流传感器对各所述单体锂电池的总电流进行采样，并发送至所述主控处理器；所述电池均衡电路连接各单体锂电池，所述主控处理器通过电池均衡电路均衡各单体锂电池的输入电压和输出电压。

在其中一个实施例中，所述主控处理器通过整车CAN总线、调试CAN总线分别连接整车系统、调试系统，且所述主控处理器的CANH端、CANL端均设置有用于抑制共模干扰的电感和用于ESD保护的二极管；所述主控处理器的CANH端、CANL端分别配置相应终端匹配电阻。

在其中一个实施例中，所述电加热模块包括：与主控处理器电性相连的电加热接触器和电加热膜；所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述主控处理器适于驱动电加热接触器闭合使电加热膜通电，以对所述锂电池模块加热。

在其中一个实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的以太网通讯口和串口转USB口。

在其中一个实施例中，所述锂电池模块设置在箱体的腔体内，并通过安装板将锂电池模块与电源分配单元隔开，且所述箱体的一侧面开设有通风口。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过设置电源分配单元能够实时监测锂电池模块的工作状态，保证充放电的安全性，同时在低温时驱动电加热模块工作，实现对锂电池模块加热保证其在低温环境下对车辆紧急供电。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的磁悬浮车辆用锂电池箱的原理框图；

图2是本实用新型的磁悬浮车辆用锂电池箱的电路框图；

图3是本实用新型的电源分配单元的电路框图；

图4是本实用新型的电源分配单元的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

在本实施例中，如图1至图4所示，本实施例提供了一种磁悬浮车辆用锂电池箱，其包括：设置在箱体内的锂电池模块、电源分配单元和电加热模块；其中所述锂电池模块连接外部充电机，所述电源分配单元与锂电池模块电性相连，所述电加热模块与电源分配单元电性相连；所述电源分配单元适于采集锂电池模块的工作参数，且当所述锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，所述电源分配单元适于切断锂电池模块与外部充电机之间的充电回路；以及所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述电源分配单元适于驱动电加热模块对锂电池模块加热。

在本实施例中，图2至图3中LBB为箱体，PACK为锂电池模块、PDU为电源分配单元、BCH为外部充电机。

在本实施例中，本实施例通过设置电源分配单元能够实时监测锂电池模块的工作状态，保证充放电的安全性，同时在低温时驱动电加热模块工作，实现对锂电池模块加热保证其在低温环境下对车辆紧急供电。

在本实施例中，所述锂电池模块包括：若干单体锂电池；各所述单体锂电池连接外部充电机、负载，即各所述单体锂电池通过外部充电机进行充电，且各所述单体锂电池适于向负载供电。

在本实施例中，单体锂电池采用磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池能量密度较高，相同的体积下具有较大的容量，为车辆排布节省了较大空间；磷酸铁锂电池循环寿命长，可达6年以上，循环次数多，节省了后期的使用的运维成本。

在本实施例中，锂电池模块在应急供电时，能够供给磁悬浮车辆紧急照明、紧急通风、车载安全设备、广播、通讯系统等负载共计3.07kW工作30分钟，保证左、右开关门至少1次共计3.77kW持续10s，以及网压恢复时辅助电源启动一次共计3.37kW持续1min的要求；锂电池模块在休眠供电时，能保证负载持续休眠24h，休眠功率22.7W，再进行唤醒，唤醒功率323W，持续1min。

在本实施例中，电源分配单元配备了配电单元，包括电压传感器、电流传感器、接触器、二极管、熔断器等保护控制电路，为锂电池模块的充放电提供更安全可靠保障，同时电源分配单元具备过充、过放、过流、绝缘监测、温度保护功能。

在本实施例中，所述电源分配单元包括：主控处理器、与主控处理器电性相连的电压采样电路；所述电压采样电路连接各单体锂电池，以采集各单体锂电池的电压数据发送至主控处理器。

在本实施例中，电源分配单元分为两种状态，休眠状态和运行状态，以保证系统的低功耗运行，减少对电池的能量浪费。其中，休眠状态下，MCU电源模式为等待，此时CPU暂停，Flash不可用，外设继续工作。系统进入休眠状态的条件为：BMS未接收到列车司控台的心跳信息超过6秒钟；所有接触器状态都断开，电池无告警。系统唤醒进入运行状态的条件为：整车CAN总线上来自唤醒模块的唤醒信号触发外设中断；系统初始化是指芯片上资源的初始化，主要包括AD模块、CAN模块、I2C模块、SPI模块、GPIO模块、UART模块、定时器模块等。硬件自检是在系统初始化之后进行必要的寄存器清零，所使用的硬件接口检查；BCU定时器定时使CAN0询问BMU、LVU，等待应答，收到应答后发生中断，进入中断服务程序，开始电池数据获取，结束后返回主程序，进行故障诊断、状态估计、数据存储。每执行完一次主程序，都会将当前获取的电池状态信息存储到EEPROM中更新电池状态，如果故障诊断时发现故障，直接跳转到数据存储环节，除了存储获取的电池状态信息，还会存储相应故障码供维护分析故障使用；此外会存储到FLASH中，将这些信息替换最旧的历史数据，形成历史记录。定时器的设置时间应大于主程序执行时间，满足执行一次主程序后产生中断。

在本实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的充放电接触器；所述充放电接触器设置在锂电池模块与外部充电机之间的充电回路上，即当所述锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，所述主控处理器适于驱动充放电接触器断开，以切断所述锂电池模块与外部充电机之间的充电回路。

在本实施例中，当正常工作状态下，充放电接触器处于闭合状态，当任一单体锂电池电压达到上限电压时，充放电接触器断开，切断充电回路，但是锂电池模块可以通过续流二极管对外放电，此时向车辆紧急照明、紧急通风、车载安全设备、广播、通讯系统等提供低压24V负载。

在本实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的温度采样电路；所述温度采样电路设置在锂电池模块内，以采集所述锂电池模块的温度数据发送至主控处理器，即所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述主控处理器适于驱动电加热模块对锂电池模块加热。

在本实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的电流采样电路和电池均衡电路；所述电流采样电路通过一设置在锂电池模块与外部充电机之间的充电回路上的电流传感器对各所述单体锂电池的总电流进行采样，并发送至所述主控处理器；所述电池均衡电路连接各单体锂电池，所述主控处理器通过电池均衡电路均衡各单体锂电池的输入电压和输出电压。

在本实施例中，所述主控处理器通过整车CAN总线、调试CAN总线分别连接整车系统、调试系统，且所述主控处理器的CANH端、CANL端均设置有用于抑制共模干扰的电感和用于ESD保护的二极管；所述主控处理器的CANH端、CANL端分别配置相应终端匹配电阻。

在本实施例中，为实现CAN收发器的良好工作状态，在主控处理器的CANH端和CANL端分别设置抑制共模干扰的电感和CAN总线ESD保护二极管PESD1CAN，以及若干滤波电容；为增强CAN通信的抗干扰能力，在CANH端和CANL端分别配置60.4Ω的终端匹配电阻；为增加主控处理器抗干扰能力，片选CS、写保护WP、HOLD或复位引脚均增加上拉电阻，使其初始具备高电平；在主控处理器的电源端和地端增设0.1uF的旁路电容，可有效滤除高频噪声；为实现锂电池模块的充放电管理，增加接触器控制触点(DIDO)，实现充放电时充放电接触器控制。充放电接触器由主控处理器通过1路IO口控制继电器来实现对充放电接触器的控制，选用的充放电接触器带有辅助触点，由主控处理器通过1路IO口接受反馈信号；为防止外设信号对主控处理器的干扰，造成主控处理器损坏或误判，所有控制电路需使用光耦进行隔离；为便于调试和监测各数据信息，直观反映出各电压、电流、温度、故障等信号，需要建立上位机界面，而主控处理器可通过转换芯片FT232RL将USB通信与UART通信进行转换，通过单片机UART口转换成USB口，便于热插拔，以及程序调试和通信。

在本实施例中，所述电加热模块包括：与主控处理器电性相连的电加热接触器和电加热膜；所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述主控处理器适于驱动电加热接触器闭合使电加热膜通电，以对所述锂电池模块加热。

在本实施例中，通过设置电加热接触器和电加热膜能够使锂电池模块在较宽的温度范围内使用，特别是在低温环境下，保证的车辆紧急供电。

在本实施例中，当主控处理器检测到温度数据低于5℃时，驱动电加热接触器上电，电加热膜给锂电池模块加热；当温度数据高于5℃时，电加热接触器断开，电加热膜停止加热。

在本实施例中，所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的以太网通讯口和串口转USB口。

在本实施例中，电源分配单元中各路硬件集成一张板卡，覆盖所有功能，包括电压采样，电池均衡总电流采样，温度采样，充放电控制，预设以太网通讯口，串口转USB B口用做调试。

在本实施例中，电源分配单元实现电池单体电压、温度信息的采集以及均衡功能的控制，实现温度测量、电压测量、均衡控制和输出管理，系统总电压检测、充电机的电压检测、系统总电流检测以及绝缘检测，采集的数据传输给主控芯片，由主控处理器负责信息汇总处理、故障诊断与控制，并通过整车CAN总线实现与整车系统进行数据交互，通过调试CAN总线实现与上位机信息交互，预留以太网口，串口转USB口。

在本实施例中，所述锂电池模块设置在箱体的腔体内，并通过安装板将锂电池模块与电源分配单元隔开，且所述箱体的一侧面开设有通风口。

在本实施例中，箱体采用单腔体布置形式，无托盘结构；由于采用锂电池模块仅需一个通风口即能散热，提高工作效率，同时箱体上设置有两个格兰用于固定锁紧主电路正负极电缆，两个连接器作为信号接口，并在箱体的上部设置4个吊座与车体连接，箱体的下部设置2个连接板、14个螺栓与外部充电机连接。

综上所述，本实用新型通过设置电源分配单元能够实时监测锂电池模块的工作状态，保证充放电的安全性，同时在低温时驱动电加热模块工作，实现对锂电池模块加热保证其在低温环境下对车辆紧急供电；锂电池模块采用磷酸铁锂电芯，代替了传统的铅酸蓄电池及镍镉电池的方案，使得电池寿命得到了极大的提高，增加了循环充电次数，存电率也大幅度得到了提升；容量密度在相同体积下也高于传统电池方案；另外，锂电池更高的稳定性也避免了爆炸等事故发生，有更突出的安全性能；同时，锂电池也更加的绿色环保，减少了重金属污染。

本申请中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。并且，本申请所涉及的软件程序均为现有技术，本申请不涉及对软件程序作出任何改进。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，包括：

设置在箱体内的锂电池模块、电源分配单元和电加热模块；其中

所述锂电池模块连接外部充电机，所述电源分配单元与锂电池模块电性相连，所述电加热模块与电源分配单元电性相连；

所述电源分配单元适于采集锂电池模块的工作参数，且当所述锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，所述电源分配单元适于切断锂电池模块与外部充电机之间的充电回路；以及

所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述电源分配单元适于驱动电加热模块对锂电池模块加热。

2.如权利要求1所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述锂电池模块包括：若干单体锂电池；

各所述单体锂电池连接外部充电机、负载，即

各所述单体锂电池通过外部充电机进行充电，且各所述单体锂电池适于向负载供电。

3.如权利要求2所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述电源分配单元包括：主控处理器、与主控处理器电性相连的电压采样电路；

所述电压采样电路连接各单体锂电池，以采集各单体锂电池的电压数据发送至主控处理器。

4.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的充放电接触器；

所述充放电接触器设置在锂电池模块与外部充电机之间的充电回路上，即

当所述锂电池模块中任一单体锂电池电压达到上限电压时，所述主控处理器适于驱动充放电接触器断开，以切断所述锂电池模块与外部充电机之间的充电回路。

5.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的温度采样电路；

所述温度采样电路设置在锂电池模块内，以采集所述锂电池模块的温度数据发送至主控处理器，即

所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述主控处理器适于驱动电加热模块对锂电池模块加热。

6.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的电流采样电路和电池均衡电路；

所述电流采样电路通过一设置在锂电池模块与外部充电机之间的充电回路上的电流传感器对各所述单体锂电池的总电流进行采样，并发送至所述主控处理器；

所述电池均衡电路连接各单体锂电池，所述主控处理器通过电池均衡电路均衡各单体锂电池的输入电压和输出电压。

7.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述主控处理器通过整车CAN总线、调试CAN总线分别连接整车系统、调试系统，且所述主控处理器的CANH端、CANL端均设置有用于抑制共模干扰的电感和用于ESD保护的二极管；

所述主控处理器的CANH端、CANL端分别配置相应终端匹配电阻。

8.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述电加热模块包括：与主控处理器电性相连的电加热接触器和电加热膜；

所述锂电池模块的温度数据低于设定值时，所述主控处理器适于驱动电加热接触器闭合使电加热膜通电，以对所述锂电池模块加热。

9.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述电源分配单元还包括：与主控处理器电性相连的以太网通讯口和串口转USB口。

10.如权利要求3所述的磁悬浮车辆用锂电池箱，其特征在于，

所述锂电池模块设置在箱体的腔体内，并通过安装板将锂电池模块与电源分配单元隔开，且所述箱体的一侧面开设有通风口。

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