煤矿井下备用电源网络化电池管理系统研究.pdf

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煤矿井下备用电源网络化电池管理系统研究李博
煤矿井下备用电源网络化电池管理系统研究
李博
煤炭科学研究总院北京,100013)
摘要:针对目前煤矿井下特殊工作环境及相关行业标准,设计一种适合煤矿井下大容量UPS锂电池电源需求的电源
管理系统。实现对电源的单体电池电压、电池组容量、均衡性等多种参数的实时监测与显示,对整个UPS电源系统内所
有电池组进行循环容量自检和均衡控。并且将单体电源通过CAN总线控制,在总线上实现了整个UPS电源管理系统的智
能相互管理和控制。该系统提高了整个煤矿井下IUPS电源的可靠性和电源使用效率
关键词:电池管理系统;CAN总线;智能控制;SOC估计
Abstract: According to coal mine special working environment and related industry standards, a battery management
system is designed which is suitable for the coal mine with large capacity UPS lithium battery power demand. It realizes to
power multiple parameters real-time monitoring and display Such as voltage, current, battery capacity, equilibrium and so on
The realization of the entire UPS power system all the battery cycle capacity self check and balance control. At the same time
single power supply is controlled by CAN bus. It realized the entire UPS power management system of intelligent interaction
management and control. The system improves the UPS in coal mine underground power supply reliability and power efficiency
Key words: Battery management system; CAN bus; Intelligent control; SOC estimation
中图分类号:TP393.07
文献标示码:A
文章编号:1001-9227(2012)-06-0042-02
0前言
统、电池均衡管理系统、数据通讯系统、数据显示系统和网络
煤矿井下UPS电源是煤矿发生临时断电或发生安全事故后管理系统组成。整个系统采用图1所示总线式结构。
确保相关安全监控和生命保暲保障装置运行的重要保障设备,
单体电源监测、保护系统
生命保障设备的能否持续、可靠运行,是遇险的井下工作人员
单体电源管理系统监测参数主要包括:设备工作状态、电
的重要生存依仗。其中电池管理系统可靠性对整个备用供电系池组电压、单体电池电压、充电电流、输出电流、电池组环境
统尤为重要。因此、研究一种适合煤矿井下用UPS电源管理系温度等,时时采集并反馈到显示系统中。
统具有很大的社会效益和经济效益。
保护功能主要包括:单体电池过压充电保护、单体电池过
放电压保护、充电过流保护、放电过流保护、输出短路保护
1矿用电池管理系统技术现状
环境温度保护(图2为隔爆箱内充电时温度曲线)、信息采集线
早期电池管理系统一般只有监测电池电压、温度、电流开路保护,以应对各种非正常使用状态下对UPS电源本身及负
以及保护等简单功能,随着电池在各行业的广泛应用,使用环载的保护,并定期对UPS电源进行自检,检测电池的电量以及
境的复杂多样和使用技术要求的不断提高,使得电池管理技术电源整体的性能。
得到了极大的发展。而根据煤矿井下的实际需求和相关行业标2.2均衍管理系统
准要求,矿用大容量电池的电池管理系统主要具备以下几个功
由于锂离子电池制作工艺限制,单体电池的自放电率不能
能:电池外部环境信息监测系统、电量估计系统、自检系统
致,随着不一致性的逐步累加,将严重影响电池组的使用寿
电池均衡系统等,目前煤矿井下的电池管理的大部分技术都相命,因此电池组需要进行均衡管理。目前锂离子电池均衡管理
对比较成熟,其技术核心在于
的方法主要为被动均衡型和主动补偿型,被动均衡型是将电池
(1)均衡充电技术。
组中电压高于平均电压的电池释放一部分能量,时期电压接近
(2)电量管理由于受到媒矿井下电源箱体的限制,不具备平均值,主动补偿型式是在对电池电极上串联一个均衡电路,
散热条件,电源箱体内的温度需要精确控制。
通过智能判断对电压低的单体电池进行主动充电补偿。这种方
()SOC的估计算法。
法均衡效率高,有益于增加电池组的使用寿命,但控制电路相
(4)网络化智能管理技术的突破
对复杂,该系统中采用主动补偿方式进行均衡管理。
2.3S0C估计系统
2系统组成与功能
S0C估算时,充分考虑到由于内阻的因素造成的电量损失
该电池管理系统由单体电池监测、自检系统、SOC估计系和库伦效率,并采用目前电动汽车常用的S0C估计方法
收稿?期:2012
安时计算法为主原理见公式(1),通过负载电流的积分估计
作者简介:李博(1982-)男,北京人,工程师,硕士,从事S0C,并结合库伦效率因素进行非线性处理,拟合80c变化
煤矿应急救援技术方面研究。
的真实曲线。
基金项目:北京市科委重大专项资助项目(11001070
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