一种矿用锂电池管理系统的制作方法

本实用新型涉及电池管理领域，具体为矿用锂电池管理系统。

背景技术：

煤矿井下紧急救生舱是一个密封式逃生避难场所，其可供井下灾变时期人员避险之用，是一种与外界隔离、提供维持生命的安全环境空间，意在为井下的矿工避难，以便让他们脱险或等待救援。为了保证救生舱内人员的健康生存，它具备有氧气提供装置、一氧化碳和二氧化碳吸收装置、除湿降温空调系统。其同时也可用于非煤矿山、核电站、地铁、地下停车场等场所广泛使用。

为了满足井下复杂的运行环境及井下避难硐室对电池电源运行稳定、安全可靠、大电流输出等关键要求，国内采用磷酸铁锂电池作为矿用避难硐室和矿用可移动救生舱的电池，同时要求矿用蓄电池必须能对所有的单体电池的电压、电流、温度等参数进行检测，且检测信息的显示和故障报警功能均需满足实际需要。

综上，该技术有必要进行改进。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种煤矿井下紧急救生舱中应急电源用的矿用锂电池管理系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种矿用锂电池管理系统，包括若干电池模块，还包括管理系统主机、强电控制模块和若干管理系统从机，所述管理系统主机分别与各管理系统从机和强电控制模块连接；其中，所述若干管理系统从机均与强电控制模块连接；所述若干管理系统从机分别与若干电池模块对应连接；所述强电控制模块还与负载连接。

作为该技术方案的改进，所述系统还包括显示器，所述显示器与管理系统主机连接。

作为该技术方案的改进，所述强电控制模块包括电流采集模块、充电控制模块和放电控制模块，所述放电控制模块的一端和充电控制模块和连接，另一端和电流采集模块连接；所述电流采集模块与管理系统主机连接。

进一步地，所述管理系统从机包括CPU、高压浮地测量模块、温度测量模块和均衡模块，所述高压浮地测量模块、温度测量模块和均衡模块均与CPU连接。

进一步地，所述均衡模块包括若干电阻和若干开关，所述电池模块包括至少一节电池，其中所述每节电池分别与开关串联后与电阻并联。

进一步地，所述管理系统主机、强电控制模块和若干管理系统从机之间分别通过CAN通讯总线连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的矿用锂电池管理系统，包括管理系统主机、强电控制模块和若干管理系统从机，其中管理系统从机分别与各电池模块连接，其可对各电池的电压、电流、温度等信息进行采集及控制，实现对设备的控制方式更加灵活多变，通过直接和设备相连克服了传统方法难以解决的问题。本方案结构设计简单，安全性高，可广泛应用于电池管理领域。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例的管理系统从机结构图；

图3是本实用新型第三实施例的管理系统主机结构图；

图4是本实用新型第四实施例的强电控制模块结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1，是本实用新型第一实施例的结构示意图。本实用新型提供一种矿用锂电池管理系统，包括若干电池模块，还包括管理系统主机2、强电控制模块4和若干管理系统从机1，所述管理系统主机2分别与管理系统从机1和强电控制模块4连接；其中，所述若干管理系统从机1均与强电控制模块4连接；所述若干管理系统从机1分别与若干电池模块对应连接；所述强电控制模块4还与负载5连接。

每个电池模块由1-6串电池串联组成。多个电池模块通过串并联的方式组成一个矿用电池包。对于每一个电池模块配备一个管理系统从机1进行监测；电池模块之间的并联通过强电控制模块4进行；整个系统的监控由管理系统主机2完成。

作为该技术方案的改进，所述系统还包括显示器3，所述显示器3与管理系统主机2连接。

一种矿用锂电池管理系统，其包括三部分：管理系统从机(CCM)1,管理系统主机(BMU)2,强电控制模块(ECB)4。

管理系统从机(CCM)1检测电池模块内各个电池单体的电压，箱体的温度、接收BMU发出的指令，对电池进行容量均衡并与BMU进行通讯，上传电池模块信息。

管理系统主机(BMU)2对电池模块进行SOC估计，显示信息的传输，报警，与管理系统从机1进行总线通讯。

所述管理系统主机(BMU)2具有单体电池过充电压保护、单体电池过充电压保护失效报警、单体电池过放电压保护、单体电池过放电压保护失效报警、过充电流保护等功能。保护电路有辅助反馈信号，当保护电路动作时，反馈电路将信号反馈给管理系统主机(BMU)2。没有收到正确的反馈信号，管理系统主机2报失效报警。

强电控制模块(ECB)4完成矿用电池包的电流检测，控制电池模组充放电，控制系统充放电。

对于每一个电池模块配备一个管理系统从机1进行监测；电池模块之间的并联通过强电控制模块4进行；整个系统的监控由管理系统主机2完成。

参照图2，是本实用新型第二实施例的管理系统从机结构图。所述管理系统从机包括CPU、高压浮地测量模块、温度测量模块和均衡模块，所述高压浮地测量模块、温度测量模块和均衡模块均与CPU连接。

其中，所述均衡模块包括若干电阻和若干开关，所述电池模块包括至少一节电池，其中所述每节电池分别与开关串联后与电阻并联。

管理系统从机(CCM)上集成了CPU、高压浮地测量模块、温度测量模块、CAN通讯模块、均衡模块；其中高压浮地测量模块、温度测量模块分别主要采集每个单体电池的电压和温度(包括环境温度和PCB板温度)，并将采集的电池信息通线传给管理系统从机的CPU单元。其可以对所有电池同时进行均衡；单节电池电压的采集通过CPU控制高压浮地测量模块完成。高压浮地测量模块可以令被测系统的系统信号通过信号隔离电路与浮地测量电路进行传递；通过隔离电路把浮地测量电路同被测系统其他电路隔离开，使得浮地测量系统不受大地电性能的影响。

其中温度测量模块采用易扩展的温度传感器，实现对每节电池温度及PCB板温度的检测。

均衡模块提供均衡开关接口，CPU以通过写均衡模块的相关寄存器来控制均衡的开启和关闭。均衡模块可为负载消耗型均衡电路：在每节电池上并联一个电阻，串联一个开关做控制，当某节电池电压过高时，打开开关，充电电流通过电阻分流，这样电压高的电池充电电流小，电压低的电池充电电流大。

参照图3，是本实用新型第三实施例的管理系统主机结构图。所述管理系统主机、强电控制模块和若干管理系统从机之间分别通过CAN通讯总线连接。

管理系统主机(BMU)包括CPU、CAN通讯模块、控制总线。通过CAN通讯模块可以与管理系统从机(CCM)进行双向通讯，管理系统从机(CCM)上传电池单体电压和温度信息，同时接收管理系统主机下发的均衡控制命令；通过屏幕显示模块与外部显示屏幕或监控系统相连；控制总线与强电控制盒(ECB)相连，当电池出现异常现象，如过充过放过流等，管理系统主机(BMU)通过控制总线通知强电控制盒(ECB)迅速切断充放电回路，保护电池。

参照图4,是本实用新型第四实施例的强电控制模块结构图。所述强电控制模块包括电流采集模块、充电控制模块和放电控制模块，所述放电控制模块的一端和充电控制模块和连接，另一端和电流采集模块连接；所述电流采集模块与管理系统主机连接。

强电控制盒(ECB)包括熔断器、充电控制模块、放电控制模块、电流采集模块，控制总线。强电控制盒(ECB)通过控制总线与管理系统主机(BMU)进行连接，将电流模块采集的电流信息发送给管理系统主机(BMU)，当电池出现异常现象，如过充过放过流等，管理系统主机(BMU)通过控制总线通知强电控制盒(ECB)控制充电控制模块，放电控制模块采取相应动作，切断充电电流或者切断放电负载电路。

本方案提供的矿用锂电池管理系统，包括若干个管理系统从机(CCM),若干个管理系统从机(CCM),通过CAN通讯总线连接一个管理系统主机(BMU)。管理系统主机(BMU)通过控制总线连接一个强电控制模块(ECB)，并与一个显示器通过总线连接。

强电控制盒(模块)与若干个管理系统从机(CCM)对应的电池模块输出相连，同时与系统放电负载相连；管理系统从机(CCM)检测电池模块内各个电池单体的电压，箱体的温度、接收BMU的指令对电池进行容量均衡并与BMU进行通讯，上传电池模块信息；管理系统主机(BMU)对电池模块进行SOC估计，显示信息的传输，报警，与CCM进行总线通讯；强电控制盒(ECB)完成矿用电池包的电流检测，控制电池模组充放电，控制系统充放电。

所述管理系统主机(BMU)对电池模块进行SOC估计，显示信息的传输，报警，与多个管理系统从机(CCM)进行总线通讯；其具有单体电池过充电压保护、单体电池过充电压保护失效报警，通过检测充电控制电路在开关前后的反馈信号，来判断是否保护电路失效，当反馈信号为高电平时，控制电路执行正确；单体电池过放电压保护,单体电池过放电压保护失效报警，通过检测充放电控制电路在开关前后的反馈信号，来判断是否保护电路失效；当反馈信号为高电平时，控制电路执行正确。

所述的强电控制盒(ECB)完成矿用电池包的电流检测，控制电池模组充放电，控制系统充放电。强电控制盒包括一个普通的保险丝，电流采集模块放在强电控制盒内，整个电源系统仅用1个总的电流采集点；需直接连接电源的总负极及其它的若干个正极；强电控制盒接插件均采用非隔爆的普通接插件及排插座。

本实用新型提供的矿用锂电池管理系统，包括管理系统主机、强电控制模块和若干管理系统从机，其中管理系统从机分别与各电池模块连接，其可对各电池的电压、电流、温度等信息进行采集及控制，实现对设备的控制方式更加灵活多变，通过直接和设备相连克服了传统方法难以解决的问题。本方案结构设计简单，安全性高，可广泛应用于电池管理领域。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。