一种用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统的制作方法

本技术涉及煤矿井下电机车电源和锂离子蓄电池。具体地说是用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统。

背景技术：

1、低碳经济时代，我国在新能源及节能减排方面取得了快速发展，锂电池由于具有较高的能量及更具有环保性，已经开始全面取代传统的铅酸、镍氢和镍镉电池，成为21世纪最重要的储能元件，其发展的技术水平快慢将直接影响整个新能源产业的发展速度和质量。目前锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车、通信、储能、轨道交通、矿用市场等领域拓展。全球锂电池需求量随着应用领域的不断扩展而逐年递增。

2、矿用电机车作为重要的煤矿机电运输装备，一直在我国煤矿发展中起到重要地位，一般煤矿用电机车分为架线式电机车和蓄电池电机车两大类。我国《煤矿安全规程》规定，在高瓦斯矿井进风的主要运输巷道和瓦斯矿井的主要回风巷及采区进、回风巷内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车，再加上蓄电池电机车具有机动、灵活、供电成本低、无火花易防爆等优点，因此，作为机车电源的蓄电池得到了广泛的应用。为了实现矿用蓄电池电机车的电力持久，通常使用多块蓄电池作为动力，但电池在生产过程中，由于生产工艺或材质的原因使得电池组中的每一节电池的电压、电阻、容量等一致性存在差异，这种差异体现为电池组充满或放完电时串联电池芯之间的电压不相同。这种情况下导致电池组充电的过程中，电压过高的电池因充满而提前中断充电，电压较低的电池则处于未充满状态，整个电池组体现出来的容量为电池组中性能最差的电池的容量，使用时很容易发生过充和过放现象，不易发现，会导致电池提前失效。

技术实现思路

1、为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可实现对电池组充电进行均衡操作的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，包括控制模块、电池模块、电池电压监测与均衡模块、电流监测模块和单体温度监测模块；所述电池模块与电池电压监测与均衡模块电连接，电池电压监测与均衡模块、电流监测模块和单体温度监测模块与所述控制模块电连接；

4、所述电池模块由若干电池单体串联而成的，每一节电池单体的正负极引出接线端子；第一节电池单体的负极接地，之后的电池单体的负极接第一节电池正极；

5、所述电池电压监测与均衡模块用于测量电池单体的电压以及对一致性差的电池单体进行均衡，所述包括电压采集管理芯片和与所述电压采集管理芯片的串行接口连接的若干单体电压监测与均衡电路；所述单体电压监测与均衡电路包括mos管、放电电阻、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第一连接端、第二连接端和第三连接端，

6、所述电池单体的正极经第一连接端连接至上一节电池单体的负极同时经第三连接端连接电压采集管理芯片的一个串行接口，由电压采集管理芯片实现电压的测量，第一节电池单体的负极接地；所述第一连接端经第三电阻连接至所述mos管的漏极，所述第二连接端经第二电阻连接至所述mos管的栅极，所述第二稳压二极管连接在mos管的栅极与源极之间，所述mos管的源极连接至电池单体正极，所述放电电阻与所述第三电阻并联；当电池组中所有电池一致性较好时mos管处于断开状态，电池正常充电，当其中一节的电池单体由于电压较高时，连接该电池单体的控制引脚s、即第二连接端输出低电平，mos管导通，电池通过放电电阻进行放电，直至与其他电池电压差符合允许值停止均衡，正常充电。

7、进一步的，所述单体电压监测与均衡电路还包括发光二级管，所述发光二级管和第三电阻串联后与所述放电电阻并联；当mos管导通时，发光二级管点亮，表示正在均衡中。

8、进一步的，所述单体电压监测与均衡电路还包括rc滤波电路，所述rc滤波电路连接在所述电池单体的正极与第一稳压二极管之间。

9、进一步的，所述单体电压监测与均衡电路还包括第一保险丝和第二保险丝，所述第一保险丝连接在所述电池单体与mos管的源极之间，所述第二保险丝连接在第一连接端与第三电阻之间。

10、进一步的，所述电压采集管理芯片型号为ltc6803。

11、进一步的，所述电池单体的输入电压范围为-0.5v～8v，所述放电电阻的阻值为82ω，功率为1w。

12、进一步的，所述电流监测模块基于霍尔传感器来测量电流，所述霍尔传感器的型号为chf-50fs或chb-6mp。

13、进一步的，所述单体温度监测模块包括对应每一节电池单体的ds18b20温度传感器和与所述ds18b20温度传感器连接的测温电路。

14、进一步的，所述通讯接口模块内部采用rs-485接口芯片。

15、本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：

16、本实用新型通过设置电池电压监测与均衡模块实现了对每节电池单体的充电均衡，每个电池单体用mos管控制放电电阻的通断，对电压较高的电池单体的充电电流予以消耗，减少了电池单体之间的不一致性，最大限度地发挥动力锂电池的效用，延长电池的使用寿命，增加安全性；同时电池电压监测与均衡模块结构简单、均衡成本低、拓展性强。

技术特征：

1.一种用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，包括控制模块、电池模块、电池电压监测与均衡模块；所述电池模块与电池电压监测与均衡模块电连接，电池电压监测与均衡模块与所述控制模块电连接；

2.根据权利要求1所述的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，所述单体电压监测与均衡电路还包括发光二极管(d3)，所述发光二极管(d3)和第三电阻(r3)串联后与所述放电电阻(er1)并联。

3.根据权利要求1所述的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，所述单体电压监测与均衡电路还包括rc滤波电路(4)，所述rc滤波电路(4)连接在所述电池单体(5)的正极与第一稳压二极管之间(d1)。

4.根据权利要求1所述的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，所述单体电压监测与均衡电路还包括第一保险丝(f1)和第二保险丝(f2)，所述第一保险丝(f1)连接在所述电池单体(5)与mos管(q1)的源极之间，所述第二保险丝(f2)连接在第一连接端(1)与第三电阻(r3)之间。

5.根据权利要求1所述的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，所述电压采集管理芯片(u1)型号为ltc6803。

6.根据权利要求1所述的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，所述电池单体(5)的输入电压范围为-0.5v～8v。

7.根据权利要求1所述的用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，其特征在于，所述放电电阻(er1)阻值为82ω，功率为1w。

技术总结
本技术公开了一种用于矿用电机车电源的蓄电池管理系统，包括控制模块、电池模块、电池电压监测与均衡模块；所述电池模块与电池电压监测与均衡模块电连接，电池电压监测与均衡模块与所述控制模块电连接；本技术通过设置电池电压监测与均衡模块实现了对每节电池单体的充电均衡，每个电池单体用MOS管控制放电电阻的通断，对电压较高的电池单体的充电电流予以消耗，减少了电池单体之间的不一致性，最大限度地发挥动力锂电池的效用，延长电池的使用寿命，增加安全性；同时电池电压监测与均衡模块结构简单、均衡成本低、拓展性强。

技术研发人员：刘亮平,付文俊,张亮,智为然,张帅,程子厚
受保护的技术使用者：北京中煤矿山工程有限公司
技术研发日：20230519
技术公布日：2024/1/14