井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统技术方案

本发明专利技术涉及井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统，主控装置与充放电装置、电源装置连接；充放电装置与电源装置连接；主控装置：接收充放电装置、电源装置的电源状态信号，通过CAN总线控制充放电装置的充电以及电源装置的电池管理，并将外部市电进行电压转换供给避险救生设施；还具有液晶显示功能；充放电装置：根据主控装置的控制命令进行充放电的逻辑控制；电源装置：根据主控装置的控制指令进行电源管理，用于在外电供给异常时完成对避险救生设施的不间断供电。本发明专利技术结构设计灵活，控制模式采用主从式，从属控制板与电池组放置电源防爆箱内，信息数据交换通过CAN总线与主控板完成，灵活的实现多个电源模块的管理和扩展。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统，主控装置与充放电装置、电源装置连接；充放电装置与电源装置连接；主控装置：接收充放电装置、电源装置的电源状态信号，通过CAN总线控制充放电装置的充电以及电源装置的电池管理，并将外部市电进行电压转换供给避险救生设施；还具有液晶显示功能；充放电装置：根据主控装置的控制命令进行充放电的逻辑控制；电源装置：根据主控装置的控制指令进行电源管理，用于在外电供给异常时完成对避险救生设施的不间断供电。本专利技术结构设计灵活，控制模式采用主从式，从属控制板与电池组放置电源防爆箱内，信息数据交换通过CAN总线与主控板完成，灵活的实现多个电源模块的管理和扩展。【专利说明】井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统
本专利技术属于煤矿井下紧急避险救生系统领域，尤其涉及一种为井下紧急避险救生设施提供动力的大容量电源系统。
技术介绍
我国煤矿行业事故多发，究其原因大致为设备设施落后，工艺方法陈旧，管理措施混乱。矿难事故多造成巨大损失和人员伤亡，紧急避险救生系统可在事故发生时为井下作业人员提供保障生命安全的救生空间，是井下救援系统的重要环节。事故发生时，救生设施可在失去外电供应的情况下，需要一种大容量的电源提供动力，维持整个救生设施的正常运转，保障内部工作正常，以便为涉险人员提供必要的安全保障。目前大多此类电源采用铅酸电池进行供电，铅酸电池重量和体积大，寿命短，工作和维护过程中产生有害气体。迅速增长的锂离子电池提供了一种崭新的能源存储方式，然而其应用需要配合可靠地电池管理系统和安全有效的充放电措施，目前在井下矿用环境未有应用。
技术实现思路
本专利技术为井下避险救生设施提供了一种安全可靠，维护方便的大容量电源系统。本专利技术采用的技术方案如下:井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统，其特征在于包括:主控装置与充放电装置、电源装置连接；充放电装置与电源装置连接；主控装置:接收充放电装置、电源装置的电源状态信号，通过CAN总线控制充放电装置的充电以及电源装置的电池管理，并将外部市电进行电压转换供给避险救生设施；还具有液晶显示功能；充放电装置:根据主控装置的控制命令进行充放电的逻辑控制；电源装置:根据主控装置的控制指令进行电源管理，用于在外电供给异常时完成对避险救生设施的不间断供电。所述电源装置包括从控板、电池支路、切换继电器；从控板与CAN总线、电池支路、切换继电器连接，用于采集电池支路的电池状态信号，根据主控板的控制指令进行充电均衡和放电控制；电池支路为两路，该两路的正极输出端分别与两个切换继电器的常开触点连接。所述从控板包括:从控板CPU通过CAN总线与主控装置内的主控板连接，通过电源转换模块与主控装置内的电源转换模块连接，通过采集电路与电池连接，通过光耦隔离电路与切换继电器的线圈一端连接，线圈另一端接地；还通过均衡电路与电池连接。所述均衡电路包括:电池正极通过二极管和并联的电阻的串联电路与场效应管B的S极连接，场效应管B的D极与电池负极连接，场效应管B的G极通过电阻R2与场效应管A的D极连接，场效应管B的S极与R2之间串联有电阻Rl ;场效应管A的G极与从控板CPU (30)连接，S极通过电阻R3接地；电池正负极之间还连有二极管。所述主控装置包括:主控防爆模块和与其串口连接的液晶显示模块；所述主控防爆模块包括:主控板与电源转换模块、主回路继电器、本质安全电源模块连接，电源转换模块与本质安全电源模块连接；电源转换模块用于将外部市电进行电压转换，分别供给避险救生设施、主控板、从控板和本质安全电源模块，本质安全电源模块将主控板或电源转换模块的电压进行转换作为本质安全电源输出；主回路继电器的一个常开触点与电源装置的切换继电器的常闭触点连接，另一个常开触点与主控板连接。所述主控板包括:外部供电以及主回路继电器的一个常开触点都分别通过电源转换模块、电流传感器与CPU连接，CPU与三个继电器的线圈一端连接，线圈另一端接地，继电器的常开触点与电流传感器输出端连接，其中两个继电器的另一常开触点作为非本安电源输出，第三继电器的另一常开触点与本质安全电源模块连接；CPU还通过RS-485模块与主控装置内的液晶显示模块连接，通过CAN总线与从控板连接。所述充放电装置包括充电模块和放电模块；充电模块包括:充电机和继电器的一个常开触点连接；充电继电器的另一个常开触点与电源装置的切换继电器常开触点连接；充电机通过CAN总线与主控板连接；放电模块包括放电设备和放电继电器的一个常开触点连接；继电器另一个常开触点与电源装置的切换继电器常开触点连接。所述电源装置可以为多个。本专利技术具有以下有益效果及优点:1.本专利技术结构设计灵活，可根据用户需要自由调整系统电源输出能量。控制模式采用主从式，从属控制板与电池组放置电源防爆箱内，信息数据交换通过CAN总线与主控板完成，灵活的实现多个电源模块的管理和扩展。2.本专利技术采用磷酸铁锂锂离子二次电池，可重复使用，实现外电供应正常期间的的电池自主充放电维护，相对已有的一次电池电源系统来说，具有重复使用，节约成本，提高效率的优点。3.本专利技术配有充放电管理，通过系统对切换继电器的控制，能够实现外部供电条件下，单一支路电池的自动充放电保养维护。充电管理配有单体均衡控制，以电阻耗能的方式来均衡单体电池电压，能够保证电池单体在使用过程中的电压一致性，有效地维护单体电池，延长电池组的使用寿命，提高整机系统效率和使用安全性。4.本专利技术控制系统响应迅速，通过主控板CPU对外部电路及继电器的逻辑控制，可完成在外电消失情况下，在I秒内完成内外供电模式的迅速切换，保证输出的连续性。同时，采用组合继电器切换可快速准确的定位故障环节的位置，报警并显示在液晶屏上。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的结构方框图；图2为本专利技术的主控装置结构原理方框图；图3为本专利技术的电源装置结构原理方框图；图4为本专利技术的液晶显示模块结构原理方框图；图5为本专利技术的充放电装置结构原理框图；图6为本专利技术的主控板结构方框图；图7为本专利技术的从控板结构方框图；图8为本专利技术的单体电池均衡电路图；图9为使用多个电源装置的电源组合结构原理图。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术是一种井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统，该电源系统分为主控装置1、充放电装置2和电源装置3。主控装置I包括主控防爆箱4和与其连接的液晶显示模块5;其中，如图2所示，主控防爆箱内分为主控腔和接线腔，主控腔内设有主控板(BMCU:Battery ManagementControl Unit) 6、电源转换7、主回路继电器8和本安电源模块9 ;接线腔内装有外电输入端子、电池输入端子、本安接线端子、非本安接线端子、液晶供电端子、CAN通信端子、RS485通信端子和充放电控制端子。如图4所示，液晶显示模块5本身是本质安全型模块，内部设有电源保护电路和光耦隔离模块。外部本安电源通过保护电路输出安全电压为其液晶屏及模块CPU供电，模块CPU与主控板6 (BMCU)之间通过光耦隔离进行通信。液晶显示模块5能够将电池状态信息和故障报警信息显示出来。如图5所示，充放电装置2由充电防爆箱和放电防爆箱组成。充本文档来自技高网...

【技术保护点】
井下紧急避险救生设施用大容量锂离子电池电源系统，其特征在于包括：主控装置（1）与充放电装置（2）、电源装置（3）连接；充放电装置（2）与电源装置（3）连接；主控装置（1）：接收充放电装置（2）、电源装置（3）的电源状态信号，通过CAN总线控制充放电装置（2）的充电以及电源装置（3）的电池管理，并将外部市电进行电压转换供给避险救生设施；还具有液晶显示功能；充放电装置（2）：根据主控装置（1）的控制命令进行充放电的逻辑控制；电源装置（3）：根据主控装置（1）的控制指令进行电源管理，用于在外电供给异常时完成对避险救生设施的不间断供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁学庆，任河，李博，辛荣健，刘利，王和伟，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21