電機車用鋰電池箱控制系統設計

安徽嘉茂動力科技有限公司 安徽 合肥 230000

電機車廣泛應用于礦山、冶金、地鐵施工、煤炭及隧道施工窄軌鐵路場所的物料牽引運輸[1],所處環境相對封閉,為安全以及環保考慮,電機車一般選用鋰電池做為動力源[2]。由于電機車在工程機械的應用中,往往會面臨著工期長且急促,因此在該工況下設備出現問題會嚴重影響項目進度,給終端客戶帶來極大的困擾[3]。為提高電機車鋰電池箱的安全性,可靠性以及維護便利性,本文設計了一種電機車用鋰電池箱控制系統。

1 鋰電池箱系統的組成架構

鋰電池箱控制系統有以下設備組成,①電池組:作為鋰電池箱動力源,為控制系統提供動力源。②DC/DC:將電池組串并所得的高壓電轉換為低壓電給控制系統供電。③智能配電盒:將DC/DC轉出的低壓電進行分配控制,作為控制系統的電路管理單元。④BMU:電池管理系統從機,實時采集電池組單體電芯溫度以及電壓信息。⑤BCU:電池管理系統主機,采集鋰電池箱控制系統中所有設備的信息,并做處理。⑥遠程監控:將鋰電池箱系統的信息傳輸給后臺,實時監控鋰電池箱的狀態。⑦絕緣檢測儀:監控鋰電池箱的絕緣阻值,為鋰電池箱提供安全保障。⑧高壓接觸器:鋰電池箱的動力輸出執行單元,用于閉合和切斷動力回路。以上為鋰電池箱控制系統組成設備的簡要概述。

2 鋰電池箱系統的連接方式

設計鋰電池箱控制系統的連接原理圖如下圖1所示:

結合上圖1所示,鋰電池箱控制系統連接,所有設備連接分別對應為強弱電路連接,CAN總線連接。

2.1 強弱電路連接

1)強電路連接,電池組總正、總負的高壓輸出連接至DC/DC輸入端和接觸器前端。DC/DC在接到鑰匙使能信號后,將輸入的高壓電轉換成低壓電(這里是24V)統一接入智能配電盒啟動鋰電池控制系統。接觸器則是通過接收由智能配電盒轉發BCU的電信號,來執行開合指令,進而來控制鋰電池箱的動力輸出。

2)弱電路連接,鋰電池箱控制系統的低壓電路控制都是由BCU和智能配電盒聯和完成的。DC/DC將高壓轉換的24V電源輸出給智能配電盒,智能配電盒內部通過智能控制模塊以及保險和繼電器等部件將24V電源分配給鋰電池箱控制系統的各個設備。

2.2 CAN總線連接 本文設計的鋰電池箱控制系統的通訊主要是通過CAN網絡實現的,其中BCU與智能配電盒、DC/DC、BMU、遠程監控、絕緣檢測儀是通過內部CAN總線通訊連接。各個設備的狀態信息都通過CAN網絡傳遞給BCU,再由BCU決策控制鋰電池箱系統的運行。BCU對鋰電池箱外還有兩路CAN通訊回路,一路與充電機交互通訊的,一路是與整車交互通訊的。由以上三路CAN通訊回路構成了整個鋰電池箱控制系統的CAN總線連接。

3 鋰電池箱系統的控制策略

結合上圖1所示,下文詳細介紹鋰電池箱系統的控制策略。

BMU通過采集電池組的單體溫度以及單體電壓,并實時將狀態通過CAN通訊反饋給BCU。電池組通過DC/DC將轉換的低壓24V電源統一供給智能配電盒,由智能配電盒將電源分配給上述用電設備,并實時在線監測用電回路的狀態,再通過CAN通訊將狀態反饋給BCU。絕緣檢測儀對高壓回路的絕緣值檢測,并將絕緣值實時通過CAN通訊反饋給BCU。BCU通過BMU、智能配電盒以及絕緣檢測儀所反饋的狀態,控制鋰電池箱主接觸器的開合,實現閉環控制,提高了產品的可靠性和安全性。

BCU會將電池箱系統狀態通過CAN通訊傳輸給遠程監控,再由遠程監控將鋰電池箱系統狀態傳遞給遠程監控中心平臺,這樣可以通過后臺實時監控鋰電池箱系統狀態。遠程監控搭載兩路CAN無線通訊,通過遠程監控中心平臺下發無線通訊指令,可以實現軟件遠程升級,提高了產品的維護便利性。

由上述控制策略可知:本文通過在鋰電池箱控制系統中搭載智能配電盒以及遠程監控,來實現遠程操控鋰電池箱控制系統,進而來解決隧道下維護困難的問題,極大的提高了鋰電池箱的安全性,可靠性以及維護便利性。

4 結束語

現市場上常用的鋰電池箱,大多為搭載電池管理系統的普通供電設備,僅對自身電池組進行管理,不能很好的適應電機車在地下隧道運行的工況。本文提供的控制系統方案以電池管理系統為核心搭載了智能配電盒以及遠程監控,可以實現控制系統在線診斷,遠程系統維護升級等操作。極大的提高了產品的可靠性,安全性以及維護便利性。

該鋰電池箱控制系統已批量應用在電機車領域,客戶反響良好,可為后續鋰電池箱的優化拓展設計提供參考。