一种煤矿隔爆型锂电池启动电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，包括电源电路、电源管理电路、司控室电路、充放电保护电路、充电电路和启动电路。在电源管理电路上设有锂电池管理单元，在充放电保护电路上设有中间继电器和直流接触器，通过锂电池管理单元能够实现单体电池的电压、温度、电流检测和报警；并且当锂电池组充电完成后，锂电池管理单元会自动控制中间继电器断开，使直流接触断开，锂电池组充电终止；当锂电池组出现非正常使用的情况下，锂电池管理单元通过控制中间继电器断开，使直流接触断开，实现锂电池组的充放电终止，使锂电池组得到保护。另外，通过第一二极管和第二二极管能够在锂电池组完全没电时，利用充电机为锂电池管理单元供电。
【专利说明】一种煤矿隔爆型锂电池启动电源
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种煤矿隔爆型锂电池启动电源。
【背景技术】
[0002]目前，煤矿柴油机车的启动电源多为隔爆启动型铅酸蓄电池，该铅酸蓄电池具有容量小、自放电量大、寿命短和环境污染严重等缺点。锂离子蓄电池具有比功率和比能量高、绿色无污染和使用寿命长等显著特点，是铅酸蓄电池的最优替代产品，是新型二次蓄电池发展的方向。安标国家中心发布《矿用锂离子蓄电池安全技术要求(试行)》和《矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求(试行)》等5个文件，这标志着锂离子蓄电池在井下的应用已经进入了实质性阶段。因此，将锂电池运用到煤矿启动电源上，对煤矿具有重大意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，作为煤矿柴油机车启动电源，代替现有的铅酸蓄电池启动电源。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，包括电源电路、电源管理电路、司控室电路、充放电保护电路、充电电路和启动电路；其中，
[0006]电源电路，包括一个锂电池组和一个总机械开关；
[0007]电源管理电路，并联在电源电路上，包括一个锂电池管理单元和一个第一二极管；
[0008]司控室电路,并联在电源电路上,包括一个第一开关和一个司控室接口 ；
[0009]充电电路，包括一个第二开关和一个充电机接口 ；
[0010]启动电路，包括一个第三开关和一个启动机接口；
[0011]充放电保护电路，包括一个中间继电器和一个直流接触器；
[0012]中间继电器并联在锂电池管理单元上；
[0013]直流接触器与充电电路和启动电路形成的并联电路串接后，共同并联连接到电源电路上；
[0014]充电机接口与一个第二二极管串接后，共同并联连接到锂电池管理单元上；
[0015]锂电池管理单元，用于完成对锂电池组单体电池的电压、温度、电流检测和报警，并控制充放电保护电路实现锂电池组的充电/放电保护。
[0016]进一步，当锂电池组完全没电时，通过充电机接口、第一二极管和第二二极管为锂电池管理单元供电。
[0017]进一步，当锂电池组出现非正常使用的情况下，锂电池管理单元通过控制中间继电器断开使直流接触器断开，实现锂电池组的充放电终止；
[0018]其中，非正常使用的情况，包括锂电池组出现过温、过压、或欠压。
[0019]进一步，当锂电池组充电完成后，锂电池管理单元自动控制中间继电器断开使直流接触器断开，锂电池组充电终止。
[0020]进一步，上述锂电池管理单元，包括一个MCU，在MCU上设有一个SPI接口、至少一个CAN总线接口、两个GP1接口、两个AD接口和一个DC/DC接口；其中，
[0021]在SPI接口上连接有一个串联电池组电压检测专用芯片；
[0022]在CAN总线接口上通过一根CAN总线连接有TFT液晶显示单元；
[0023]在一个GP1接口上连接有一个温度传感器；
[0024]在另一个GP1接口上连接所述中间继电器；
[0025]在一个AD接口上连接有一个第一单电源电流霍尔传感器；
[0026]在另一个AD接口上连接有一个第二单电源电流霍尔传感器；
[0027]在DC/DC接口上连接有DC/DC电源；
[0028]其中，第一单电源电流霍尔传感器与第二单电源霍尔传感器具有不同的量程。
[0029]进一步，一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，还包括一个隔爆箱，包括电池腔、控制腔和接线腔；其中，
[0030]锂电池组位于电池腔的内部；
[0031]锂电池管理单元、总机械开关、第一开关、第二开关和第三开关位于控制腔的内部;
[0032]司控室接口、充电机接口和启动机接口位于接线腔的内部。
[0033]本发明具有如下优点:
[0034]本发明述及的启动电源，包括电源电路、电源管理电路、司控室电路、充放电保护电路、充电电路和启动电路。在电源管理电路上设有锂电池管理单元，在充放电保护电路上设有中间继电器和直流接触器，通过锂电池管理单元能够实现单体电池的电压、温度、电流检测和报警；并且当锂电池组充电完成后，锂电池管理单元会自动控制中间继电器断开，使直流接触断开，锂电池组充电终止；当锂电池组出现非正常使用的情况下，锂电池管理单元通过控制中间继电器断开，使直流接触断开，实现锂电池组的充放电终止，使锂电池组得到保护。另外，通过第一二极管和第二二极管能够在锂电池组完全没电时，利用充电机为锂电池管理单元供电，确保了在任何情况下锂电池管理单元都能正常工作。本发明符合煤矿特殊要求，功能齐全，具有体积小、放电电流大、容量大、体积小、寿命长和污染小的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明中煤矿隔爆型锂电池启动电源的电路框图；
[0036]图2为图1中锂电池管理单元的结构框图；
[0037]图3为本发明中煤矿隔爆型锂电池启动电源的实物连接图；
[0038]其中，1-锂电池组，2-总机械开关，3-锂电池管理单元，4-第一二极管，5-第一开关，6-司控室接口，7-中间继电器，8-直流接触器，9-第二开关；
[0039]10-充电机接口，11-第三开关，12-启动机接口，13-第二二极管，14-串联电池组电压检测专用芯片，15-TFT液晶显示单元，16-温度传感器，17-第一单电源电流霍尔传感器，18-第二单电源电流霍尔传感器，19-DC/DC电源；
[0040]20-电池腔，21-控制腔，22-接线腔。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0042]结合图1所示，一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，包括电源电路、电源管理电路、司控室电路、充放电保护电路、充电电路和启动电路。其中，
[0043]电源电路，包括一个锂电池组I和一个总机械开关2。
[0044]电源管理电路，并联在电源电路上，包括一个锂电池管理单元3和一个第一二极管4。
[0045]司控室电路,并联在电源电路上,包括一个第一开关5和一个司控室接口 6,司控室接口 6可以连接照明灯等设备。
[0046]充电电路，包括一个第二开关9和一个充电机接口 10，充电机接口 10连接充电机，用于对锂电池组进行充电。
[0047]启动电路，包括一个第三开关11和一个启动机接口12，启动机接口 12连接启动机，用于实现启动功能。充电电路与启动电路并联连接。
[0048]充放电保护电路，包括一个中间继电器7和一个直流接触器8，其中，
[0049]中间继电器7并联在锂电池管理单元3上；
[0050]由充电电路与启动电路形成的并联电路，与直流接触器8串联连接后，共同并联连接到电源电路上。
[0051]充电机接口 12与一个第二二极管13串接后，共同并联连接到锂电池管理单元3上。
[0052]锂电池管理单元3，用于完成对锂电池组单体电池的电压、温度、电流检测和报警，并控制充放电保护电路实现锂电池组的充电/放电保护。
[0053]其大致工作过程如下:
[0054]用户在使用时，首先闭合总机械开关2，此时，锂电池管理单元3开始工作。然后闭合第一开关5，锂电池组I为司控室供电。
[0055]在锂电池组I工作正常的情况下，锂电池管理单元3控制中间继电器7吸合，使直流接触8导通，此时，用户只要手动闭合第三开关11就能完成启动功能。
[0056]当启动完成后，被启动的动力设备带动充电机开始工作，用户可手动闭合第二开关9实现充电机对锂电池组I的充电。
[0057]当锂电池组I充电完成后，锂电池管理单元3会自动控制中间继电器7断开，使直流接触8断开，锂电池组I充电终止。
[0058]当锂电池组出现非正常使用的情况下，锂电池管理单元3通过控制中间继电器7断开，使直流接触8断开，实现锂电池组I的充放电终止，使锂电池组I得到保护；
[0059]其中，非正常使用的情况，包括过温、过压、或欠压等等。
[0060]其中，二极管Dl和D2实现了在锂电池组I完全没电时，利用充电机等外接电源为锂电池管理单元3供电的功能，确保了在任何情况下锂电池管理单元3都能正常工作。
[0061 ] 如图2所示，锂电池管理单元3，包括一个MCU，在MCU上设有一个SPI接口、至少一个CAN总线接口、两个GP1接口、两个AD接口和一个DC/DC接口。其中，
[0062]在SPI接口上连接有一个串联电池组电压检测专用芯片14，通过串联电池组电压检测专用芯片14进行电压检测；
[0063]在CAN总线接口上通过一根CAN总线连接有TFT液晶显示单元15 ；
[0064]在一个GP1接口上连接有一个温度传感器16，通过单总线通讯的温度传感器16进行温度检测；
[0065]在另一个GP1接口上连接中间继电器7 ;
[0066]在一个AD接口上连接有一个第一单电源电流霍尔传感器17 ；
[0067]在另一个AD接口上连接有一个第二单电源电流霍尔传感器18 ；
[0068]在DC/DC接口上连接有DC/DC电源19 ；
[0069]其中，第一单电源电流霍尔传感器17与第二单电源霍尔传感器18具有不同的量程，通过两个量程不同的单电源电流霍尔传感器HALLl和HALL2进行电流检测。
[0070]TFT液晶显示单元15通过CAN总线和锂电池管理单元3相连接，TFT液晶显示单元15同样也有自己的MCU对TFT屏幕进行控制，并通过MCU自带的CAN总线接收锂电池管理单元3发来的数据。
[0071 ] 通过MCU对TFT屏幕的控制，设计的第一个界面主要显示单体电池电压、单体电池温度、充放电电流，第二个报警界面，主要显示过压、过温、检测线断线等报警。
[0072]此外，煤矿隔爆型锂电池启动电源，还包括一个隔爆箱。
[0073]隔爆箱，包括一个电池腔20、一个控制腔21和一个接线腔22。其中，
[0074]锂电池组I和温度传感器16位于电池腔20的内部；
[0075]锂电池管理单元3、总机械开关2、第一开关5、第二开关9和第三开关11位于控制腔21的内部；
[0076]司控室接口 6、充电机接口 10和启动机接口 12位于接线腔22的内部。
[0077]当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【权利要求】
1.一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，其特征在于，包括电源电路、电源管理电路、司控室电路、充放电保护电路、充电电路和启动电路；其中， 电源电路，包括一个锂电池组和一个总机械开关； 电源管理电路，并联在电源电路上，包括一个锂电池管理单元和一个第一二极管； 司控室电路，并联在电源电路上，包括一个第一开关和一个司控室接口 ； 充电电路，包括一个第二开关和一个充电机接口； 启动电路，包括一个第三开关和一个启动机接口； 充放电保护电路，包括一个中间继电器和一个直流接触器； 中间继电器并联在锂电池管理单元上； 直流接触器与充电电路和启动电路形成的并联电路串接后，共同并联连接到电源电路上； 充电机接口与一个第二二极管串接后，共同并联连接到锂电池管理单元上； 锂电池管理单元，用于完成对锂电池组单体电池的电压、温度、电流检测和报警，并控制充放电保护电路实现锂电池组的充电/放电保护。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，其特征在于，当锂电池组完全没电时，通过充电机接口、第一二极管和第二二极管为锂电池管理单元供电。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，其特征在于，当锂电池组出现非正常使用的情况下，锂电池管理单元通过控制中间继电器断开使直流接触器断开，实现锂电池组的充放电终止； 其中，非正常使用的情况，包括锂电池组出现过温、过压、或欠压。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，其特征在于，当锂电池组充电完成后，锂电池管理单元自动控制中间继电器断开使直流接触器断开，锂电池组充电终止。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，其特征在于，所述锂电池管理单元，包括一个MCU，在MCU上设有一个SPI接口、至少一个CAN总线接口、两个GP1接口、两个AD接口和一个DC/DC接口 ；其中， 在SPI接口上连接有一个串联电池组电压检测专用芯片； 在CAN总线接口上通过一根CAN总线连接有TFT液晶显示单元； 在一个GP1接口上连接有一个温度传感器； 在另一个GP1接口上连接所述中间继电器； 在一个AD接口上连接有一个第一单电源电流霍尔传感器； 在另一个AD接口上连接有一个第二单电源电流霍尔传感器； 在DC/DC接口上连接有DC/DC电源； 其中，第一单电源电流霍尔传感器与第二单电源霍尔传感器具有不同的量程。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种煤矿隔爆型锂电池启动电源，其特征在于，还包括一个隔爆箱，包括电池腔、控制腔和接线腔；其中， 锂电池组位于电池腔的内部； 锂电池管理单元、总机械开关、第一开关、第二开关和第三开关位于控制腔的内部； 司控室接口、充电机接口和启动机接口位于接线腔的内部。
【文档编号】H02J7/00GK104333061SQ201410588248
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】肖林京, 常龙, 于鹏杰, 于志豪, 张玉龙 申请人:山东科技大学