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矿用48V/60Ah磷酸铁锂后备电源BMS说明书
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一、项目基本情况概述
根据煤炭总公司和安标中心联合颁布的《矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源(试行稿)》(以下简称《锂电暂行稿》)在接下来几年,我国煤矿设备的蓄电池将以磷酸铁锂电池为主,《锂电暂行稿》对电池和电池管理系统提出严格的安全技术要求。郑州宏钜电子科技有限公司(以下简称郑州宏钜电子)依靠强大的技术实力和多年研发矿用防爆备用电源的工作经验,开发了矿用磷酸铁锂电池系统。其中各项指标依照《锂电暂行稿》的参数为标志,以便顺利的获得安标认证和防爆认证。该产品主要应用于煤矿井下,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。
矿用锂电池管理系统包括:串联电池组模块、数据采集板、电池管理主控板、显示单元、充电单元、保护报警单元等。管理系统由多个电池管理单元组成,电池管理单元之间采用MAX485/CAN通讯,电池管理单元可对共16路动力电池组进行监测管理,主要包括16路电池组的单体电压、总电压、总电流、温度;并可通过I/O状态设置完成相应的继电器控制,通过CAN总线接口和RS232接口与外部通讯,通过充电接口完成充电检测等等。
二、技术指标及电器原理图
单个电池管理系统分层上下2层结构如系统,下层是单体电压、温度采样单元,每个采样板负责8个单体电池。主控板进行信息的采集和处理。
单个48V/60Ah电池管理系统可以根据用户的需要组成任意Ah的系统,子系统既可以之间没有环流并联工作,也可以单独工作,电器原理图如下图。
2、单个管理系统技术指标
序号 | 项目 | 标准 | 备注 |
1 | 输入电压 | 127AC、380AC、660AC | |
2 | 输出电压 | 直流DC48V | |
交流127AC | |||
3 | 输出功率 | ≤4KW | |
4 | 环境温度 | -20℃~+40℃ | |
5 | 相对湿度 | ≤98%(+25℃) | |
6 | 单体过充电压 | ≥3.70V | |
7 | 单体过放电压 | ≤2.9V | |
8 | 单体均衡电压 | 3.625+0.025V | |
9 | 充电电流 | ≤10A | |
10 | 过充电流 | ≥4A | |
11 | 过放电流 | ≥150A | |
12 | 短路保护 | 有 | |
13 | 高温保护 | ≥+50℃ | |
14 | 尺寸重量 | 350 x 240 x 140 mm |
三、BMS外部接口定义
1、采集板外部接口定义
采样板的功能完成管理8只磷酸铁锂电池的电压采样、温度采样、均衡功能。
1.1、采集单元实物图
图1:采集板实物图
1.2、采集单元6针接插件引脚定义
图2:6芯接插件机械结构示意图
表1: 6芯接插件引脚定义
引脚 | 符号 | 定义 |
1 | VDD | +12V电源正(输入) |
2 | VDD | +12V电源正(输入) |
3 | 高压V- | +48V电池地 |
4 | 485A | 485通信线+ |
5 | 485B | 485通信线- |
6 | VSS | +12V电源地(输入) |
1.3、采集单元12针接插件引脚定义
图3: 12芯接插件机械结构示意图
表2: 12芯接插件引脚定义
引脚 | 符号 | 定义 |
1 | VCC | +5V电源正(输出) |
2 | nDQ | 温度采样信号线 |
3 | B7 | 单体电池7+ |
4 | B5 | 单体电池5+ |
5 | B3 | 单体电池3+ |
6 | B1 | 单体电池1+ |
7 | GND | +5V电源负(输出) |
8 | B8 | 单体电池8+ |
9 | B6 | 单体电池6+ |
10 | B4 | 单体电池4+ |
11 | B2 | 单体电池2+ |
12 | B0 | 高压V- |
2、电池组连接说明
电池组连接图包含电池组的成组方式、采样板采样线的连接方式、单体电池温度传感器的连接方式。
图4:电池组连接图
图5:采样单元采样线的连线图
图6:采样单元温度线的连线图
3、温度传感器
3.1、温度传感器简介
温度传感器 DS18B20 的简要实物示意图如图7所示:
图7
注意:
1、DQ 为数字信号输入/输出端;GND 为电源地;VDD 为外接供电电源输入端。三根线不能短路,否则上电会使传感器烧毁。
2、测温电缆线:建议采用屏蔽4 芯双绞线,其中一对线接地线与信号线,另一组接VCC 和地线,屏蔽层在源端单点接地。
3.2、温度传感器的接线示意图,如图8。
图8:温度传感器的接线示意图
4、液晶显示器
4.1、液晶显示器工作界面
系统显示单元为自动切换显示,分别显示单体电池电压、单体电池温度、总体电压、充电电流、放电电流、电池容量、系统状态、系统通信状态。
4.2、液晶显示器20针引脚接口
本系统只利用了1、2、3、14、15、18、19、20引脚。
5、系统主控箱
5.1、系统主控箱实物图
5.2、主控箱出线接口定义
5.2.1、显示屏接口
液晶显示器采用5芯的航空插头。
5芯插头引脚 | 定义 | 液晶显示器引脚 | 备注 |
1 | +12V(红色) | 18、19、20引脚 | 液晶显示器电压+ |
2 | GND(黑色) | 1、2、3 | 液晶显示器电压- |
3 | DTR232(绿色) | 15 | 液晶显示器忙信号 |
4 | TXD232(蓝色) | 14 | 显示器接收引脚 |
5 | NC |
注:NC为空闲引脚(以下同)
5.2.2、采集板接口
采集板接口采用4芯的航空插头。采集板接口电缆一端连接到主控箱,另一端连接到采集板的6芯接口上。
4芯插头引脚 | 定义 | 备注 |
1 | 485A | 绿色 |
2 | 485B | 蓝色 |
3 | GND | 黑色 |
4 | +12V | 红色 |
5.2.3、控制接口
控制接口采用6芯的航空插头,包含以下三个部分:
1、 外部交流接触器:控制外部交流接触器吸合、断开。
2、 逆变器:逆变器输出AC127V电压连接到主控板。
3、 外部负载:控制直流48V风扇运行或停止。
6芯插头引脚 | 定义 | 备注 |
1 | AC127V_1(红线) | 逆变器输出 |
2 |
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