CN109466376A - 一种矿用机车锂电池启动电源电池管理*** - Google Patents

一种矿用机车锂电池启动电源电池管理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***。矿用机车锂电池启动电源电池管理***能对一组(8节3.2V、100Ah单体锂电池组成的电池组)矿用机车锂电池电源进行管理，***支持车载CAN总线通信，可外接串口通讯LCD显示屏，具备锂电池组状态、输入电流、输出电压、输出电流、电池组各单体电池温度、电池组各单体电池的电压、电池组充电、放电状态和电流、剩余容量(SOC)、过充、过放、短路以及过温报警等状态信息等功能，可用于矿用机车锂电池启动电源的锂电池管理。

Description

一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***
技术领域
本发明涉及一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***。
背景技术
矿用无轨胶轮车是一种灵活轻便、安全隐患少、价格低廉的煤矿巷道运输车，启动电源为无轨胶轮车辆提供车辆启动电源和照明电源，是车辆的关键设备。GB3836.2-2010《***性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》中明确禁止“在正常使用时可能释放电解气体的电池”(铅酸电池)在隔爆外壳内使用，市面常用的铅酸车辆启动电源未来将被禁止在煤矿井下使用，届时矿用锂电池机车启动电源是矿用机车启动电源的唯一选择。矿用机车锂电池启动电源管理***用于监测启动电源中锂离子电池的电压、电流、温度等参数实，对电池不具备放电情况下及时切断电池的充放电，避免电池因为过充、过流等问题产生安全问题，同时为了延长电池使用寿命，管理***通过均衡保证电池组各单体电池容量趋向一致，延长电池寿命，确保电源长期有效运行。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种矿用机车锂电池启动电源管理***，实现了对一组8节、100Ah锂离子电池组的管理。
为了解决上述技术问题，本发明公开一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其包括***接口电路、CPU***电路、电压采集均衡模块电路、温度检测电路、电流检测电路和CAN模块电路；
所述的***接口电路用于提供液晶屏接口、短路检测接口、充放电控制、JTAG接口、UART调试接口和供电接口。
进一步地，所述CPU***电路包括STM32F107单片机一个、晶振电路2个、滤波电容四个、稳流电感二个、异常保护与报警装置、实时时钟；
所述的STM32F107单片机由3.3V直流电压供电；
所述的晶振电路包括32.768KHz晶振电路和25MHz晶振电路；
所述的32.768KHz晶振电路用于给CPU提供实时时钟信号，所述的25MHz晶振电路用于给CPU提供片外***时钟信号；
所述的实时时钟包括3.3V纽扣电池和电池座，其用于给STM32F107单片机的实时时钟模块供电。
进一步地，所述电压采集均衡模块电路包括LTC 6803芯片及***器件，通过LTC6803可以对电池组进行电压检测和均衡控制；
所述的电压采集均衡模块采用被动均衡方式对电池组进行均衡，采用阻值10欧姆、功率15W的水泥电阻对电池组中容量较高的电池进行放电，以达到电池组中各单体电池容量一致。
进一步地,所述的温度检测电路。选用-50～100℃的线性10K欧姆热敏电阻，与10K欧姆的电阻串联接***3.3V电源和地中，电阻连接端接STM32F107的AD转化管脚。
进一步地,温度检测电路。选用-50～100℃的线性10K欧姆热敏电阻，与10K欧姆的电阻串联接***3.3V电源和地中，热敏电阻和10K欧姆电子连接端接STM32F107的AD转换管脚。
进一步地，电流检测电路，选用南京中霍的型号为“CHCS-EKB5-1000A”和“CHCS-LTSH-15A”的霍尔电流传感器，分别用于检测矿用启动电源的放电和充电电流检测；
所述的“CHCS-EKB5-1000A”和“CHCS-LTSH-15A”霍尔电流传感器均由5V供电，输出0～2.5V的信号，信号经过LC型的π滤波(电感10nH，电容10nF)电路连接端接STM32F107的AD转化管脚。
进一步地，CAN模块电路包括收发器和隔离器，其中收发器为德州仪器的SN65HVD230芯片，隔离器为HCPL-0611型号光耦隔离器。
进一步地，所述的电池组由8节锂离子电池串联，电池组电压信号通过100欧姆保护电阻链接到LTC6803的C0～C8管脚，用于对电池电压的实时检测，LTC6803的S1～S8管脚接型号为SI2301的P沟道场效应管的2管脚，场效应管用于驱动均衡水泥电阻和均衡指示电路。
本发明具有单体电池过充电压保护、过放电压保护、过放电压保护失效检测功能，具有充电过流保护、放电过流保护、温度保护功能、均衡充电控制等功能。本发明支持LCD液晶屏，显示启动电源的状态参数包括：电池组状态、输入电流、输出电压、输出电流、电池组各单体电池温度、电池组各单体电池的电压、电池组充电、放电状态和电流、剩余容量(SOC)、过充、过放、短路以及过温报警等状态信息。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明针对矿用机车锂电池启动电源的8节锂离子电池进行管理；本发明具有多种电池保护功能，提高锂电池在井下使用的安全性；本发明的集成度高，便于矿山井下危险***生产环境隔爆设备腔体内安装。
附图说明
图1为本发明的一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***组成框图；
图2为本发明的一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***典型引用框图；
图3为本发明的电压检测电路模块原理框图；
图4为本发明的CPU***原理框图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
结合附图1，说明：一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***由***接口电路、CPU***电路、电压采集均衡模块电路、温度检测电路、电流检测电路(霍尔电压采集)、CAN模块电路组成；
***接口电路提供液晶屏接口、短路检测接口、充放电控制、JTAG接口、UART调试接口、供电接口。
结合附图2，说明：一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***典型应用原理图，本发明对通过外部DC-DC模块提供的24V电源运行，对电池组的电压和温度进行实时监测，通过霍尔电流传感器实时监测电源的充放电电流，控制电源的充放电开关，并将电源信息在LCD显示屏上显示。
电源运行在正常状态时，BMS管理***控制设备放电继电器、充电继电器闭合。在检测到电池单体电池过压、过放、放电过流、温度超过给定阀值(通常由锂离子电池特性确定)的情况下切断放电继电器，并通过LCD显示屏报警。在检测到单体电池过充、充电过流、温度异常或是电源充满状态(通常由锂离子电池特性确定)，切断电源充电继电器，并通过LCD显示屏报警。
结合附图3，说明：所述电压采集均衡模块电路包括LTC 6803芯片及***器件组成，通过LTC6803可以对电池组进行电压检测和均衡控制；
所述的电池组由8节锂离子电池串联，电池组电压信号通过100欧姆保护电阻链接到LTC6803的C0～C8管脚，用于对电池电压的实时检测，LTC6803的S1～S8管脚接型号为SI2301的P沟道场效应管的2管脚，场效应管用于驱动均衡水泥电阻和均衡指示电路。
所述的电压采集均衡模块采用被动均衡方式对电池组进行均衡，采用阻值10欧姆、功率15W的水泥电阻对电池组中容量较高的电池进行放电，以达到电池组中各单体电池容量一致。
结合附图4，说明：所述CPU***电路包括STM32F107单片机一个、晶振电路2个、滤波电容四个、稳流电感二个、异常保护与报警装置、实时时钟；
所述的STM32F107单片机由3.3V直流电压供电，32.768KHz晶振用于给CPU提供实时时钟信号，25MHz晶振用于给CPU提供片外***时钟信号；
所述的实时时钟包括3.3V纽扣电池和电池座，用于给STM32F107单片机的实时时钟模块供电。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于，包括***接口电路、CPU***电路、电压采集均衡模块电路、温度检测电路、电流检测电路和CAN模块电路；
所述的***接口电路用于提供液晶屏接口、短路检测接口、充放电控制、JTAG接口、UART调试接口和供电接口。
2.根据权利要求1所述的矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于：所述CPU***电路包括STM32F107单片机一个、晶振电路2个、滤波电容四个、稳流电感二个、异常保护与报警装置、实时时钟；
所述的STM32F107单片机由3.3V直流电压供电；
所述的晶振电路包括32.768KHz晶振电路和25MHz晶振电路；
所述的32.768KHz晶振电路用于给CPU提供实时时钟信号，所述的25MHz晶振电路用于给CPU提供片外***时钟信号；
所述的实时时钟包括3.3V纽扣电池和电池座，其用于给STM32F107单片机的实时时钟模块供电。
3.根据权利要求1所述的矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于，所述电压采集均衡模块电路包括LTC 6803芯片及***器件，通过LTC6803可以对电池组进行电压检测和均衡控制。
4.根据权利要求1所述的矿用矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于,所述的温度检测电路使用-50～100℃的线性10K欧姆热敏电阻，与10K欧姆的电阻串联接***3.3V电源和地中，电阻连接端接STM32F107的AD转化管脚。
5.根据权利要求1所述的矿用矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于，所述的电流检测电路选用南京中霍的型号为“CHCS-EKB5-1000A”和“CHCS-LTSH-15A”的霍尔电流传感器，分别用于检测矿用启动电源的放电和充电电流检测；
所述的“CHCS-EKB5-1000A”和“CHCS-LTSH-15A”霍尔电流传感器均由5V供电，输出0～2.5V的信号，信号经过LC型的π滤波电路连接端接STM32F107的AD转化管脚。
6.根据权利要求1所述的矿用矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于，CAN模块电路包括收发器和隔离器，其中收发器为德州仪器的SN65HVD230芯片，隔离器为HCPL-0611型号光耦隔离器。
7.根据权利要求3所述的矿用矿用机车锂电池启动电源电池管理***，其特征在于，电池组由8节锂离子电池串联，电池组电压信号通过100欧姆保护电阻链接到LTC6803的C0～C8管脚，用于对电池电压的实时检测，LTC6803的S1～S8管脚接型号为SI2301的P沟道场效应管的2管脚，场效应管用于驱动均衡水泥电阻和均衡指示电路。
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