一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電源系統(tǒng)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著煤炭工業(yè)發(fā)展和礦山裝備技術(shù)進(jìn)步，井下運(yùn)輸車輛、礦用救生艙等對(duì)防爆電 源的容量要求越來(lái)越高。為滿足目前煤礦裝備的迫切需要，急需研制出可用于煤礦井下的 大容量防爆電源。
[0003] 礦用救生艙是在煤礦井下發(fā)生突發(fā)緊急情況時(shí)，為遇險(xiǎn)礦工提供密閉的應(yīng)急避 險(xiǎn)、生存基本條件的裝備。由于鉛酸和媒領(lǐng)W及媒氨電池存在比能量和比功率密度低，且自 放電率較高等缺點(diǎn)，并不適合在煤礦裝備，尤其是礦用救生艙中應(yīng)用。而裡離子蓄電池由于 具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛、無(wú)記憶效 應(yīng)且能循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，特別適合作為礦用大容量電源使用。
[0004] 現(xiàn)有的緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)，故障檢測(cè)速度慢，當(dāng)外部電源停止供電時(shí)， 需要較長(zhǎng)的時(shí)間切換到備用電源，且往往需要人工操作，設(shè)置不智能，故障定位能力差，不 具備信息顯示功能，井下應(yīng)用可靠性和安全性均不夠完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種性能穩(wěn)定、可靠性高、智能程度高的井下緊 急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)和方法。
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)，第一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊（127/24VAC-DC轉(zhuǎn) 換模塊）輸入端連接供電模塊，輸出端一端連接逆變器模塊，對(duì)外提供1路本安電源，另一 端連接檢測(cè)模塊，對(duì)外部提供2路非安電源；
[000引第二AC-DC轉(zhuǎn)換模塊（127/36VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊）輸入端連接供電模塊（127V交流 供電模塊），輸出端通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊（36/5VDC-DC轉(zhuǎn)換模塊）后分別連接控制模塊和液 晶顯示模塊，為其提供電源；
[0009] 檢測(cè)模塊的輸入端一端連接逆變器模塊，接收逆變器模塊的交流信號(hào)，另一端連 接供電模塊，對(duì)供電模塊進(jìn)行檢測(cè)；輸出端連接控制模塊，將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到控制模塊；
[0010] 采集模塊輸入端連接裡電池組模塊，采集裡電池組模塊的性能參數(shù)，輸出端連接 控制模塊，將采集到的性能參數(shù)發(fā)送到控制模塊；
[0011] 開(kāi)關(guān)模塊的輸入端連接控制模塊，接收控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)，輸出端一端連 接逆變器模塊，另一端連接裡電池組模塊，實(shí)現(xiàn)裡電池組模塊和第一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊之間 的供電切換；
[0012] 裡電池組模塊還與逆變器模塊連接，對(duì)外輸出2路非安電源W及1路本安電源；
[0013] 液晶顯示模塊連接控制模塊的輸出端，接收并顯示控制模塊發(fā)送的參數(shù)及故障信 息。
[0014] 所述檢測(cè)模塊包括3路24V直流輸出檢測(cè)電路和127V交流輸出檢測(cè)電路。
[0015] 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)，其特征在于；所述第 一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊為將127V交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換模塊。
[0016] 所述第二AC-DC轉(zhuǎn)換模塊為將127V交流電壓轉(zhuǎn)換為36V直流電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換 模塊。
[0017] 所述開(kāi)關(guān)模塊包括H個(gè)繼電器，第一繼電器和第二繼電器置于第一路非安輸出電 路和第二路非安輸出電路，控制裡電池組模塊的非安輸出，第H繼電器置于本安輸出電路， 切換本安輸出。
[0018] 所述采集模塊由多路開(kāi)關(guān)、電壓跟隨電路和AD轉(zhuǎn)換電路順序連接。
[0019] 供電模塊為系統(tǒng)提供127V交流電壓。
[0020] 在第一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊的兩路非安輸出W及第一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊與逆變器模塊 之間增設(shè)二極管。
[0021] 一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制方法，包括W下過(guò)程：
[0022] 步驟1 ;判斷第二AC-DC轉(zhuǎn)換模塊是否有電，如果是，則繼續(xù)判斷第一 AC-DC轉(zhuǎn)換 模塊是否有電，否則開(kāi)啟H個(gè)繼電器；
[002引步驟2 ;如果第一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊有電，則返回判斷第二AC-DC轉(zhuǎn)換模塊是否有 電，否則記錄該路故障信息，并發(fā)送到液晶顯示模塊；
[0024] 步驟3 ;當(dāng)開(kāi)啟立個(gè)繼電器后，視帽裡電池組模塊的性能參數(shù)，利用得到的裡電池 組性能參數(shù)進(jìn)行SOC估計(jì)，判斷總電壓是否小于22. 4V，如果是，則記錄低壓故障，并判斷 SOC是否小于10 %，否則直接判斷SOC是否小于10% ;
[002引步驟4 ;如果SOC小于10%，則記錄低電量故障后判斷電池箱溫度是否高于55。 否則直接判斷電池箱溫度是否高于55C ;
[0026] 步驟5 ;如果電池箱溫度高于55C，則記錄高溫故障后判斷是否有短路故障處理 超過(guò)30分鐘，否則直接判斷是否有短路故障處理超過(guò)30分鐘；
[0027] 步驟6 ;如果有短路故障處理超過(guò)30分鐘，則開(kāi)啟第一繼電器和第二繼電器后判 斷總電流是否大于12A，否則直接判斷總電流是否大于12A ;
[0028] 步驟7 ;如果總電流大于12A，則斷開(kāi)第一繼電器和第二繼電器后單獨(dú)開(kāi)啟第一繼 電器，然后判斷總電流是否仍然大于12A，否則向液晶顯示模塊發(fā)送參數(shù)及故障情況，返回 測(cè)量裡電池組模塊的性能參數(shù)；
[0029] 步驟8 ;如果總電流仍然大于12A，則斷開(kāi)第一繼電器并開(kāi)啟第二繼電器，然后向 液晶顯示模塊發(fā)送參數(shù)及故障情況，返回測(cè)量裡電池組模塊的性能參數(shù)，否則直接向液晶 顯示模塊發(fā)送參數(shù)及故障情況，返回測(cè)量裡電池組模塊的性能參數(shù)。
[0030] 所述SOC估計(jì)包括W下過(guò)程：
[0031] 步驟1 ;建立裡電池組的狀態(tài)方程；
[0032] 步驟2 ;建立裡電池組的測(cè)量方程；
[0033] 步驟3 ;采用基于卡爾曼濾波的方法對(duì)裡電池組SOC進(jìn)行估計(jì)。
[0034] 所述性能參數(shù)包括總電壓、總電流、單體電池電壓和溫度。
[0035] 本發(fā)明具有W下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
[003引I.本發(fā)明為集中式控制系統(tǒng)，具有性能穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)、智能程度高等特點(diǎn)。
[0037] 2.本發(fā)明的控制器可W對(duì)外部電源是否故障做出快速判斷，當(dāng)外部電源發(fā)生故障 時(shí)，可快速做出反應(yīng)，自主切換到內(nèi)部裡電池組進(jìn)行供電，保障井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備的正常運(yùn) 行。
[0038] 3.本發(fā)明具有信息顯示功能，系統(tǒng)信息及故障情況可及時(shí)顯示在液晶顯示面板 上，方便用戶了解系統(tǒng)實(shí)際情況并及時(shí)排除故障。
[0039] 4.本發(fā)明提供一種外部電源故障快速判斷方法，可在故障發(fā)生0. 1砂內(nèi)進(jìn)行判斷 并迅速做出響應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)框架圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)原理圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)控制流程圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明的3路24V直流輸出的檢測(cè)電路圖；
[0044] 圖5為本發(fā)明的127V交流輸出的檢測(cè)電路；
[0045] 圖6為本發(fā)明的裡電池 Randles模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0047] 本發(fā)明提供了一種井下緊急避險(xiǎn)設(shè)備用電源控制系統(tǒng)，其包括裡電池組模塊、開(kāi) 關(guān)模塊、采集模塊、液晶顯示模塊、36/5VDC-DC轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊（單片機(jī)）、檢測(cè)模塊、逆 變器模塊、127/24VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊、127/36VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊、127V交流供電模塊。該發(fā)明 在外部供電正常時(shí)，可對(duì)2路非安輸出和1路本安輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，若某路輸出發(fā)生故障 可迅速定位，并將故障信息顯示在顯示面板上，方便工作人員進(jìn)行故障排除；若外部供電故 障，系統(tǒng)可在0. 1砂內(nèi)檢測(cè)出故障，并迅速完成供電源的切換，使裡電池組對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行 供電；在裡電池組對(duì)外部設(shè)備供電時(shí)，若輸出的2路非安發(fā)生短路故障，系統(tǒng)會(huì)切斷非安輸 出并進(jìn)行排查，啟動(dòng)無(wú)故障的非安輸出，并將故障位置顯示在信息顯示面板上，方便相關(guān)人 員排除故障。
[004引如圖1所示，本發(fā)明所述的127V交流供電模塊與127/24VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊、 127/36VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊（第二AC-DC轉(zhuǎn)換模塊）連接，127/24VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊（第一AC-DC 轉(zhuǎn)換模塊）與逆變器模塊連接，127/36VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊與36/5VDC-DC轉(zhuǎn)換模塊連接，其中 127/24VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊提供2路非安輸出，逆變器模塊提供1路本安輸出，36/5VDC-DC轉(zhuǎn) 換模塊為控制模塊、液晶顯示模塊供電。
[0049] 發(fā)明所述的檢測(cè)模塊與逆變器模塊、127/24VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊、127/36VAC-DC轉(zhuǎn)換 模塊及控制模塊連接，其中127/36VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊的電壓檢測(cè)線布置在前端，可對(duì)外部供 電故障做出快速響應(yīng)，避免轉(zhuǎn)換器對(duì)故障響應(yīng)的延遲，127/24VAC-DC轉(zhuǎn)換模塊的電壓檢測(cè) 線布置在后端，若某一路非安輸出發(fā)生故障，可進(jìn)行故障的定位，方便工作人員及時(shí)排除故 障。
[0050] 發(fā)明所述的開(kāi)關(guān)模塊由繼電器J1、J2、J3構(gòu)成，其中J1、J2控制裡電池組模塊的 非安輸出，J3進(jìn)行本安輸出的切換，所有繼電器都采用5V驅(qū)動(dòng)線圈。繼電器周圍5mm內(nèi)不 得放置任何器件，方便灌膠。
[005。 發(fā)明所述的采集模塊有多路開(kāi)關(guān)、電壓跟隨電路、AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，由于單體電池 數(shù)量較多，多路開(kāi)關(guān)可對(duì)單體電池的電壓進(jìn)行分時(shí)測(cè)量，減少AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)量。
[0052] 如圖2所示，井下正常工作時(shí)，系統(tǒng)有外部127V交流電，經(jīng)過(guò)AC/DC(127V/36V)和 DC/DC(36V/5V)模塊給控制器。DC/DC(36V/5V)輸出端出1路給液晶供電；此時(shí)控制器監(jiān)視 到電源端有36V，認(rèn)為此刻由外部交流供電，控制器控制繼電器J1、J2、J3不工作，斷開(kāi)電池 對(duì)外通路，電池不輸出。
[0053] 當(dāng)井下外電中斷時(shí)，AC/DC無(wú)法工作，36V消失，系統(tǒng)供電由外部供電轉(zhuǎn)為電池供 電，同時(shí)控制器監(jiān)視外部電壓消失，認(rèn)為外部127V斷電，控制器控制繼電器J1、J2、J3接通， 電池開(kāi)始對(duì)外部負(fù)載供電；本安模塊供電切換到逆變電源端。
[0054] 圖4為3路24V直流輸出的檢測(cè)電路，輸入端連接第一 AC-DC轉(zhuǎn)換模塊和逆變器 模塊，電壓檢測(cè)端子與控制器模塊連接，當(dāng)24V輸出端供電正常時(shí)，檢測(cè)端子的正負(fù)兩端會(huì) 有壓降，否則兩個(gè)端子電壓為零。
[005引圖5為127V交流輸出的檢測(cè)電路，輸入端連接供電模塊，電壓檢測(cè)端子與控制器 相連，若供電正常，發(fā)光二極管常亮，電壓檢測(cè)端子為高電平，否則發(fā)光二極管不亮，電壓檢 測(cè)端子為低電