一种井下紧急避险设备用电源控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电源系统领域，具体说是一种井下紧急避险设备用电源控制系统和方 法。
【背景技术】
[0002] 随着煤炭工业发展和矿山装备技术进步，井下运输车辆、矿用救生舱等对防爆电 源的容量要求越来越高。为满足目前煤矿装备的迫切需要，急需研制出可用于煤矿井下的 大容量防爆电源。
[0003] 矿用救生舱是在煤矿井下发生突发紧急情况时，为遇险矿工提供密闭的应急避 险、生存基本条件的装备。由于铅酸和媒領W及媒氨电池存在比能量和比功率密度低，且自 放电率较高等缺点，并不适合在煤矿装备，尤其是矿用救生舱中应用。而裡离子蓄电池由于 具有重量轻、储能大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛、无记忆效 应且能循环使用等优点，特别适合作为矿用大容量电源使用。
[0004] 现有的紧急避险设备用电源控制系统，故障检测速度慢，当外部电源停止供电时， 需要较长的时间切换到备用电源，且往往需要人工操作，设置不智能，故障定位能力差，不 具备信息显示功能，井下应用可靠性和安全性均不够完善。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种性能稳定、可靠性高、智能程度高的井下紧 急避险设备用电源控制系统和方法。
[0006] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0007] -种井下紧急避险设备用电源控制系统，第一 AC-DC转换模块（127/24VAC-DC转 换模块）输入端连接供电模块，输出端一端连接逆变器模块，对外提供1路本安电源，另一 端连接检测模块，对外部提供2路非安电源；
[000引第二AC-DC转换模块（127/36VAC-DC转换模块）输入端连接供电模块（127V交流 供电模块），输出端通过DC-DC转换模块（36/5VDC-DC转换模块）后分别连接控制模块和液 晶显示模块，为其提供电源；
[0009] 检测模块的输入端一端连接逆变器模块，接收逆变器模块的交流信号，另一端连 接供电模块，对供电模块进行检测；输出端连接控制模块，将检测信号发送到控制模块；
[0010] 采集模块输入端连接裡电池组模块，采集裡电池组模块的性能参数，输出端连接 控制模块，将采集到的性能参数发送到控制模块；
[0011] 开关模块的输入端连接控制模块，接收控制模块发出的控制信号，输出端一端连 接逆变器模块，另一端连接裡电池组模块，实现裡电池组模块和第一 AC-DC转换模块之间 的供电切换；
[0012] 裡电池组模块还与逆变器模块连接，对外输出2路非安电源W及1路本安电源；
[0013] 液晶显示模块连接控制模块的输出端，接收并显示控制模块发送的参数及故障信 息。
[0014] 所述检测模块包括3路24V直流输出检测电路和127V交流输出检测电路。
[0015] 根据权利要求1所述的井下紧急避险设备用电源控制系统，其特征在于；所述第 一 AC-DC转换模块为将127V交流电压转换为24V直流电压的AC-DC转换模块。
[0016] 所述第二AC-DC转换模块为将127V交流电压转换为36V直流电压的AC-DC转换 模块。
[0017] 所述开关模块包括H个继电器，第一继电器和第二继电器置于第一路非安输出电 路和第二路非安输出电路，控制裡电池组模块的非安输出，第H继电器置于本安输出电路， 切换本安输出。
[0018] 所述采集模块由多路开关、电压跟随电路和AD转换电路顺序连接。
[0019] 供电模块为系统提供127V交流电压。
[0020] 在第一 AC-DC转换模块的两路非安输出W及第一 AC-DC转换模块与逆变器模块 之间增设二极管。
[0021] 一种井下紧急避险设备用电源控制方法，包括W下过程：
[0022] 步骤1 ;判断第二AC-DC转换模块是否有电，如果是，则继续判断第一 AC-DC转换 模块是否有电，否则开启H个继电器；
[002引步骤2 ;如果第一 AC-DC转换模块有电，则返回判断第二AC-DC转换模块是否有 电，否则记录该路故障信息，并发送到液晶显示模块；
[0024] 步骤3 ;当开启立个继电器后，视帽裡电池组模块的性能参数，利用得到的裡电池 组性能参数进行SOC估计，判断总电压是否小于22. 4V，如果是，则记录低压故障，并判断 SOC是否小于10 %，否则直接判断SOC是否小于10% ;
[002引步骤4 ;如果SOC小于10%，则记录低电量故障后判断电池箱温度是否高于55。 否则直接判断电池箱温度是否高于55C ;
[0026] 步骤5 ;如果电池箱温度高于55C，则记录高温故障后判断是否有短路故障处理 超过30分钟，否则直接判断是否有短路故障处理超过30分钟；
[0027] 步骤6 ;如果有短路故障处理超过30分钟，则开启第一继电器和第二继电器后判 断总电流是否大于12A，否则直接判断总电流是否大于12A ;
[0028] 步骤7 ;如果总电流大于12A，则断开第一继电器和第二继电器后单独开启第一继 电器，然后判断总电流是否仍然大于12A，否则向液晶显示模块发送参数及故障情况，返回 测量裡电池组模块的性能参数；
[0029] 步骤8 ;如果总电流仍然大于12A，则断开第一继电器并开启第二继电器，然后向 液晶显示模块发送参数及故障情况，返回测量裡电池组模块的性能参数，否则直接向液晶 显示模块发送参数及故障情况，返回测量裡电池组模块的性能参数。
[0030] 所述SOC估计包括W下过程：
[0031] 步骤1 ;建立裡电池组的状态方程；
[0032] 步骤2 ;建立裡电池组的测量方程；
[0033] 步骤3 ;采用基于卡尔曼滤波的方法对裡电池组SOC进行估计。
[0034] 所述性能参数包括总电压、总电流、单体电池电压和温度。
[0035] 本发明具有W下有益效果及优点：
[003引I.本发明为集中式控制系统，具有性能稳定，可靠性强、智能程度高等特点。
[0037] 2.本发明的控制器可W对外部电源是否故障做出快速判断，当外部电源发生故障 时，可快速做出反应，自主切换到内部裡电池组进行供电，保障井下紧急避险设备的正常运 行。
[0038] 3.本发明具有信息显示功能，系统信息及故障情况可及时显示在液晶显示面板 上，方便用户了解系统实际情况并及时排除故障。
[0039] 4.本发明提供一种外部电源故障快速判断方法，可在故障发生0. 1砂内进行判断 并迅速做出响应。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的井下紧急避险设备用电源控制系统框架图；
[0041] 图2为本发明的系统电气结构原理图；
[0042] 图3为本发明的系统控制流程图；
[0043] 图4为本发明的3路24V直流输出的检测电路图；
[0044] 图5为本发明的127V交流输出的检测电路；
[0045] 图6为本发明的裡电池 Randles模型图。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0047] 本发明提供了一种井下紧急避险设备用电源控制系统，其包括裡电池组模块、开 关模块、采集模块、液晶显示模块、36/5VDC-DC转换模块、控制模块（单片机）、检测模块、逆 变器模块、127/24VAC-DC转换模块、127/36VAC-DC转换模块、127V交流供电模块。该发明 在外部供电正常时，可对2路非安输出和1路本安输出进行实时检测，若某路输出发生故障 可迅速定位，并将故障信息显示在显示面板上，方便工作人员进行故障排除；若外部供电故 障，系统可在0. 1砂内检测出故障，并迅速完成供电源的切换，使裡电池组对外部设备进行 供电；在裡电池组对外部设备供电时，若输出的2路非安发生短路故障，系统会切断非安输 出并进行排查，启动无故障的非安输出，并将故障位置显示在信息显示面板上，方便相关人 员排除故障。
[004引如图1所示，本发明所述的127V交流供电模块与127/24VAC-DC转换模块、 127/36VAC-DC转换模块（第二AC-DC转换模块）连接，127/24VAC-DC转换模块（第一AC-DC 转换模块）与逆变器模块连接，127/36VAC-DC转换模块与36/5VDC-DC转换模块连接，其中 127/24VAC-DC转换模块提供2路非安输出，逆变器模块提供1路本安输出，36/5VDC-DC转 换模块为控制模块、液晶显示模块供电。
[0049] 发明所述的检测模块与逆变器模块、127/24VAC-DC转换模块、127/36VAC-DC转换 模块及控制模块连接，其中127/36VAC-DC转换模块的电压检测线布置在前端，可对外部供 电故障做出快速响应，避免转换器对故障响应的延迟，127/24VAC-DC转换模块的电压检测 线布置在后端，若某一路非安输出发生故障，可进行故障的定位，方便工作人员及时排除故 障。
[0050] 发明所述的开关模块由继电器J1、J2、J3构成，其中J1、J2控制裡电池组模块的 非安输出，J3进行本安输出的切换，所有继电器都采用5V驱动线圈。继电器周围5mm内不 得放置任何器件，方便灌胶。
[005。 发明所述的采集模块有多路开关、电压跟随电路、AD转换电路构成，由于单体电池 数量较多，多路开关可对单体电池的电压进行分时测量，减少AD转换器的数量。
[0052] 如图2所示，井下正常工作时，系统有外部127V交流电，经过AC/DC(127V/36V)和 DC/DC(36V/5V)模块给控制器。DC/DC(36V/5V)输出端出1路给液晶供电；此时控制器监视 到电源端有36V，认为此刻由外部交流供电，控制器控制继电器J1、J2、J3不工作，断开电池 对外通路，电池不输出。
[0053] 当井下外电中断时，AC/DC无法工作，36V消失，系统供电由外部供电转为电池供 电，同时控制器监视外部电压消失，认为外部127V断电，控制器控制继电器J1、J2、J3接通， 电池开始对外部负载供电；本安模块供电切换到逆变电源端。
[0054] 图4为3路24V直流输出的检测电路，输入端连接第一 AC-DC转换模块和逆变器 模块，电压检测端子与控制器模块连接，当24V输出端供电正常时，检测端子的正负两端会 有压降，否则两个端子电压为零。
[005引图5为127V交流输出的检测电路，输入端连接供电模块，电压检测端子与控制器 相连，若供电正常，发光二极管常亮，电压检测端子为高电平，否则发光二极管不亮，电压检 测端子为低电