專利名稱：礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于工業(yè)控制領(lǐng)域，具體來說，是礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的礦用應(yīng)急電源屬于鉛酸電池電源，且只有簡單的電路保護功能。由于鉛酸電池本身性質(zhì)的限制，現(xiàn)有的礦用應(yīng)急電源使用效率低，不易維護，故障率高，且不能長時間使用。所以，現(xiàn)有的礦用應(yīng)急電源不能滿足礦用救生系統(tǒng)以及其他應(yīng)急系統(tǒng)的供電需要。鋰離子蓄電池電源是一種更高效的礦用應(yīng)急電源，鋰離子蓄電池電量大，體積小，支持大電流放電，使用效率高，但是一定時間后會出現(xiàn)單體電池充放電不均衡，導(dǎo)致單體電池性能下降甚至損壞，從而使應(yīng)急電源使用壽命急劇縮短。由于鋰的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡苋菀兹紵?，當(dāng)電池過度充放電或使用不當(dāng)時，電池內(nèi)部持續(xù)升溫，活化過程中所產(chǎn)生的氣體膨脹，使電池內(nèi)壓加大。壓力達到一定程度，如外殼有傷痕，即會破裂，引起漏液、起火，甚至爆炸。所以礦用鋰離子蓄電池電源需要一定的防護措施。

實用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型提出礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，可大幅度延長礦用應(yīng)急電源的使用壽命及提高使用效率，且提高了鋰離子蓄電池的安全性。本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，其特征在于:具有隔爆外殼，隔爆外殼內(nèi)部具有縱向隔板，通過隔板將隔爆外殼內(nèi)部分隔為兩個相對獨立密封的空間A與空間B;隔爆外殼頂部通過頂蓋將空間A與空間B密封；頂蓋上安裝有把手。其中，空間A中設(shè)置有:用于為外部用電設(shè)備供電的鋰離子蓄電池組；鋰離子蓄電池組通過外部供電設(shè)備提供充電電能?？臻gB內(nèi)設(shè)置有:用來控制鋰離子蓄電池組充放電，并實時檢測鋰離子蓄電池組的電壓的充電模塊；當(dāng)充電模塊檢測到的電壓值大于鋰離子蓄電池組的電壓變化曲線峰值最高點時，充電模塊自動停止對鋰離子蓄電池組的充電；當(dāng)充電模塊檢測到的電壓值小于鋰離子蓄電池組的電壓變化曲線峰值最低點時，充電模塊自動對鋰離子蓄電池組進行充電。用來將控制鋰離子蓄電池組中單體鋰離子蓄電池進行容量均配的均衡板；均衡板支持大電流IOA電流均衡操作；均衡板通過判斷主控板采集的單體鋰離子蓄電池電壓控制鋰離子蓄電池組中單體鋰離子蓄電池電壓過高的電池向其它單體鋰離子蓄電池進行放電操作，控制其它單體鋰離子蓄電池鋰離子向蓄電池組中單體鋰離子蓄電池電壓過低的電池進行充電操作電池。用于實時采集鋰離子蓄電池組的使用狀態(tài)信息，發(fā)送給顯示模塊與外部監(jiān)控設(shè)備的主控板；所述主控板還接收外部監(jiān)控設(shè)備發(fā)送的控制信號，控制鋰離子蓄電池組的運行，控制均衡板進行均衡操作，以及控制充電模塊對各單體鋰離子蓄電池進行充放電控制；且當(dāng)主控板采集到的鋰離子蓄電池組的使用狀態(tài)信息中的任意一項超過或低于額定值區(qū)間時，則主控板向顯示單元發(fā)送警報信號。用來對主控板采集的鋰離子蓄電池組的使用狀態(tài)進行顯示，且接收報警信號進行報警的顯示模塊。以及用于主控板與外部監(jiān)控設(shè)備間通信的通信模塊。上述主控板、均衡板、通信模塊、充電模塊均通過鋰離子蓄電池組供電；主控板、衡板均與充電模塊均采用企業(yè)級多層PCB板。本實用新型的優(yōu)點在于:1、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，具有完善的電池管理系統(tǒng)，智能監(jiān)視管理單節(jié)電池及電池組；2、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，具有完善的充放電保護功能，具有更高的可靠性；3、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源中的均衡板支持大電流均衡操作；且在主動均衡時可控制鋰離子蓄電池組中單體鋰離子蓄電池電壓過高的電池向其它單體鋰離子蓄電池進行放電操作，可控制其它單體鋰離子蓄電池鋰離子向蓄電池組中單體鋰離子蓄電池電壓過低的電池進行充電操作，從而達到電池容量均配，縮短了電池均衡時間，而且避免了電池能量的浪費；4、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，發(fā)熱量小，損耗低，運行穩(wěn)定；5、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，具有高強度外殼，有效隔絕爆炸及各類危險，安全可靠；6、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，抗干擾能力強，適用于各類惡劣工作環(huán)境;7、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，具有智能液晶顯示界面，實時顯示各類運行參數(shù)；8、本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，具有使用CAN通訊系統(tǒng)，可遠程實時監(jiān)視運行狀態(tài)及設(shè)置各種參數(shù)。

圖1為本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源的結(jié)構(gòu)機械示意圖。圖中:1-隔爆外殼2-管理模塊 3-充電模塊4-通信模塊5-顯示模塊6-變壓器7-鋰離子蓄電池組 8-端子引入殼體9-接線母排10-散熱平臺 11-支架101-穿墻端子102-頂蓋103-把手201-控制板202-均衡板801-充電端子組 802-放電端子組 803-監(jiān)控設(shè)備連接端子組
具體實施方式
本實用新型礦用鋰離子蓄電池電源，包括高強度隔爆外殼1，以及隔爆外殼I內(nèi)部設(shè)置的管理模塊2、充電模塊3、通信模塊4、顯示模塊5、變壓器6以及鋰離子蓄電池組7，如圖1、圖2所示。[0026]所述隔爆外殼I采用Q345B低合金鋼材質(zhì)，其力學(xué)性能如下:Q345B材料屈服強度為345MPa，抗拉強度為470MPa，密度7800kg/m3，彈性模量210GPa，泊松比0.3 ;隔爆外殼I可承受至少1.5MPa的壓力強度，充分保證內(nèi)部模塊與鋰離子蓄電池組7安全性。隔爆外殼I內(nèi)部具有縱向隔板(同為Q345B材料)，通過隔板將隔爆外殼I內(nèi)部分隔為兩個相對獨立密封的空間A與空間B ;空間A內(nèi)部設(shè)置有鋰離子蓄電池組7 ;鋰離子蓄電池組7采用安全性、可靠性高，且容量較高的單體鋰離子蓄電池組7成；空間B用來設(shè)置管理模塊2、充電模塊3、通信模塊4與變壓器6，管理模塊2、充電模塊3、通信模塊4、變壓器6均與鋰離子蓄電池組7不直接接觸；且位于空間B處的隔爆外殼I側(cè)壁上采用嵌入式安裝顯示模塊5。隔板上安裝有高強度穿墻端子101，用來實現(xiàn)空間A內(nèi)的鋰離子蓄電池組7與空間B內(nèi)的管理模塊2、充電模塊3以及通信模塊4間的電氣連接。所述隔爆外殼I 一側(cè)還焊接固定有端子引入殼體8，與隔爆外殼I形成一體結(jié)構(gòu)，且同樣采用Q345B材料。端子引入殼體8內(nèi)部設(shè)置有接線母排9，且外側(cè)壁上安裝有充電端子組801、放電端子組802以及監(jiān)控設(shè)備連接端子組803，由此外部設(shè)備可通過接線母排9實現(xiàn)與隔爆外殼I內(nèi)部鋰離子蓄電池組7、管理模塊2、通信模塊4以及變壓器6間的連接，滿足GB3836要求。其中，充電端子組801用來連接外部供電設(shè)備，且通過接線母排9與變壓器6相連，變壓器6連接充電模塊3，充電模塊3通過穿墻端子101連接鋰離子蓄電池組7，由此通過外部供電設(shè)備為鋰離子蓄電池組7提供充電時所需電能。放電端子組802用來連接外部用電設(shè)備，且通過接線母排9以及穿墻端子101與鋰離子蓄電池組7相連，實現(xiàn)鋰離子蓄電池組7對外部用電設(shè)備進行供電。監(jiān)控設(shè)備連接端子組803用來連接外部監(jiān)控設(shè)備，且通過接線母排9與管理模塊2相連，實現(xiàn)外部監(jiān)控設(shè)備與管理模塊2間的通信與控制。隔爆外殼I頂部通過頂蓋102將空間A與空間B密封，與外界隔絕，保證礦用鋰離子蓄電池電源安全使用；且頂蓋與端子引入殼體上均安裝有把手，便于整個鋰離子蓄電池電源的搬運。上述管理模塊2由主控板201與均衡板202構(gòu)成，主控板201與均衡板202均采用企業(yè)級多層PCB (Printed Circuit Board)板。主控板201通過穿墻端子101與鋰離子蓄電池組7相連，且與均衡板202、充電模塊3、顯示模塊5以及外部監(jiān)控設(shè)備相連；均衡板202和充電模塊3均與鋰離子蓄電池組7相連。其中，主控板201用來實時采集鋰離子蓄電池組7的使用狀態(tài)信息(包括:各單體鋰離子蓄電池電壓、溫度以及鋰離子蓄電池組7電流、電壓、溫度、容量)，發(fā)送到顯示單元5實時顯示；顯示單元中具有與鋰離子蓄電池組7的使用狀態(tài)信息中各項對應(yīng)的報警指示燈，當(dāng)主控板采集到的鋰離子蓄電池組7的使用狀態(tài)信息中的任意一項超過或低于額定值區(qū)間時，則主控板向顯示單元發(fā)送警報信號，控制對應(yīng)的指示燈閃爍報警。所述通信模塊4集成在主控板201中，用來將鋰離子蓄電池組7的使用狀態(tài)信息進行轉(zhuǎn)碼后，實時、完整的發(fā)送到外部監(jiān)控設(shè)備中，實現(xiàn)對鋰離子蓄電池組7的外部實時監(jiān)控；同時主控板201還通過通信模塊4接收外部監(jiān)控設(shè)備發(fā)送的控制信號，控制鋰離子蓄電池組7的運行，控制均衡板202對各單體鋰離子蓄電池進行均衡操作，以及控制充電模塊3對各單體鋰離子蓄電池進行充放電控制；且當(dāng)主控板201采集到的鋰離子蓄電池電壓值低于額定電壓值Ul(額定的最低電壓值，電壓值Ul大于鋰離子蓄電池組7電壓變化曲線峰值最低點)或高于額定電壓值U2 (額定最高電壓值，電壓值U2小于鋰離子蓄電池組7電壓變化曲線峰值最高點)時，則可通過外部監(jiān)控設(shè)備手動控制充電模塊3對鋰離子蓄電池組7進行充電或停止充電；或由主控板201自動控制充電模塊3對鋰離子蓄電池組7進行充電或停止充電；由此實現(xiàn)鋰離子蓄電池組的充放電手動或自動控制。上述均衡板202具有包括主動均衡、充電均衡、放電均衡與靜態(tài)均衡功能，且支持8 IOA大電流均衡操作；其中，均衡板202的主動均衡功能采用新的均衡模式，通過均衡板202的主動均衡功能可控制鋰離子蓄電池組中高電壓單體鋰離子蓄電池向低電壓單體鋰離子蓄電池進行電池容量均配。即:當(dāng)一個單體鋰離子蓄電池電壓過低時，均衡板202通過主動均衡功能控制其它節(jié)電池對其進行充電；當(dāng)一個單體鋰離子蓄電池電壓過高時，則控制其對其它單體鋰離子蓄電池進行充電，從而達到放電的目的；由此，縮短了電池均衡時間，而且避免了電池能量的浪費。充電模塊3還具有硬件強制保護功能，可實時檢測鋰離子蓄電池組7的電壓，當(dāng)充電模塊檢測到的電壓值大于鋰離子蓄電池組7的電壓變化曲線峰值最高點時，則鋰離子蓄電池組7出現(xiàn)過充現(xiàn)象，此時充電模塊3立刻強制停止鋰離子蓄電池組的充電工作。當(dāng)充電模塊3檢測到的電壓值小于鋰離子蓄電池組7的電壓變化曲線峰值最低點時，則鋰離子蓄電池組7出現(xiàn)過放現(xiàn)象，此時充電模塊3立刻強制啟動鋰離子蓄電池組的充電工作；從而防止發(fā)生意外情況，保證充電模塊3及鋰離子蓄電池組7的安全性和可靠性。上述管理模塊2、充電模塊3、通信模塊4均通過鋰離子蓄電池組供電；且上述主控板201通過SPI (Serial Peripheral Interface)接口與均衡板202相連,通過SPI通信方式與均衡板202進行通信及控制；通信模塊4通過CAN (Controller Area Network)總線與外部監(jiān)控設(shè)備相連，通過CAN總線通訊方式與外部監(jiān)控設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。上述充電模塊3為充電機電路板，采用企業(yè)級多層PCB板，包括恒流電路與恒壓電路；各個元器件均采用軍工級和企業(yè)級元器件組成。其中，恒流電路用來控制充電電流，恒壓電路用來控制充電電壓，從而實現(xiàn)穩(wěn)定充電，保證充電模塊3的安全性與可靠性。充電模塊3通過高效導(dǎo)熱硅膠設(shè)置在全鋁制散熱平臺10上，通過散熱平臺10固定在隔爆外殼I內(nèi)，由此可保證充電模塊3的安全高效；且主控板201、均衡板202與充電模塊3三者間通過支架11相對分層固定。
權(quán)利要求1.礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:具有隔爆外殼，隔爆外殼內(nèi)部具有縱向隔板，通過隔板將隔爆外殼內(nèi)部分隔為兩個相對獨立密封的空間A與空間B ;隔爆外殼頂部通過頂蓋將空間A與空間B密封； 空間A中設(shè)置有: 用于為外部用電設(shè)備供電的鋰離子蓄電池組；鋰離子蓄電池組通過外部供電設(shè)備提供充電電能； 空間B內(nèi)設(shè)置有: 用來控制鋰離子蓄電池組充放電，并實時檢測鋰離子蓄電池組的電壓的充電模塊；當(dāng)充電模塊檢測到的電壓值大于鋰離子蓄電池組的電壓變化曲線峰值最高點時，充電模塊自動停止對鋰離子蓄電池組的充電；當(dāng)充電模塊檢測到的電壓值小于鋰離子蓄電池組的電壓變化曲線峰值最低點時，充電模塊自動對鋰離子蓄電池組進行充電； 用來控制鋰離子蓄電池組中單體鋰離子蓄電池進行容量均配的均衡板；均衡板支持大電流IOA電流均衡操作；均衡板通過判斷主控板采集的單體鋰離子蓄電池電壓控制鋰離子蓄電池組中單體鋰離子蓄電池電壓過高的電池向其它單體鋰離子蓄電池進行放電操作，控制其它單體鋰離子蓄電池鋰離子向蓄電池組中單體鋰離子蓄電池電壓過低的電池進行充電操作電池； 用于實時采集鋰離子蓄電池組的使用狀態(tài)信息，發(fā)送給顯示模塊與外部監(jiān)控設(shè)備的主控板；所述主控板還接收外部監(jiān)控設(shè)備發(fā)送的控制信號，控制鋰離子蓄電池組的運行，控制均衡板進行均衡操作，以及控制充電模塊對各單體鋰離子蓄電池進行充放電控制；且當(dāng)主控板采集到的鋰離子蓄電池組的使用狀態(tài)信息中的任意一項超過或低于額定值區(qū)間時，則主控板向顯示單元發(fā)送警報信號； 用來對主控板采集的鋰離子蓄電池組的使用狀態(tài)進行顯示，且接收報警信號進行報警的顯不|旲塊； 以及用于主控板與外部監(jiān)控設(shè)備間通信的通信模塊； 上述主控板、均衡板、通信模塊、充電模塊均通過鋰離子蓄電池組供電。
2.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述主控板通過SPI接口與均衡板相連，通過SPI通信方式與均衡板進行通信及控制；通信模塊通過CAN總線與外部監(jiān)控設(shè)備相連，通過CAN總線通訊方式與外部監(jiān)控設(shè)備進行數(shù)據(jù)通 目。
3.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述充電模塊充電模塊為充電機電路板，包括用于控制充電電流的恒流電路，與用來控制充電電壓的恒壓電路。
4.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述主控板、均衡板與充電模塊三者間通過支架相對分層固定。
5.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述充電模塊通過高效導(dǎo)熱硅膠設(shè)置在全鋁制散熱平臺上，通過散熱平臺固定在隔爆外殼內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述隔爆外殼采用Q345B低合金鋼材質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述隔爆外殼具有承受至少1.5MPa的壓力的結(jié)構(gòu)強度。
8.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述頂蓋上安裝有把手。
9.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述顯示單元中具有報警指示燈。
10.如權(quán)利要求1所述礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，其特征在于:所述主控板、衡板均與充電模塊 均采用企業(yè)級多層PCB板。
專利摘要本實用新型一種礦用隔爆型大電流主動均衡鋰離子蓄電池電源，包括隔爆外殼；隔爆外殼內(nèi)具有兩相對密閉的空間A與空間B，隔爆外殼頂部通過頂蓋將空間A與空間B密封；空間A內(nèi)設(shè)置管理模塊、充電模塊、通信模塊、變壓器；空間B內(nèi)設(shè)置鋰離子蓄電池組；隔爆外殼側(cè)壁上安裝顯示模塊；管理模塊由主控板與均衡板構(gòu)成；主控板通過SPI接口與均衡板相連，且通過端子與鋰離子蓄電池組相連，主控板還與充電模塊、顯示模塊相連；主控板內(nèi)集成有通信模塊；通信模塊通過CAN總線與外部監(jiān)控設(shè)備相連；均衡板和充電模塊均與鋰離子蓄電池組相連。隔爆外殼側(cè)壁上還固定有端子引入殼體，通過殼體內(nèi)部的接線母排，實現(xiàn)外部設(shè)備與內(nèi)部模塊間的電器連接。本實用新型的優(yōu)點為安全可靠，發(fā)熱量小，損耗低，并可以長時間穩(wěn)定工作。
文檔編號H02J7/00GK203056624SQ20122071572
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者于東波, 張鵬, 郭京義 申請人:北京康拓科技有限公司