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電機車廣泛應(yīng)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(huán)境相對封閉,為安全以及環(huán)?？紤],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(yīng)用中,往往會面臨著工期長且急促,因此在該工況下設(shè)備出現(xiàn)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(shè)計了一種電機車用鋰電池箱控制系統(tǒng)。

1 鋰電池箱系統(tǒng)的組成架構(gòu)

鋰電池箱控制系統(tǒng)有以下設(shè)備組成,①電池組:作為鋰電池箱動力源,為控制系統(tǒng)提供動力源。②DC/DC:將電池組串并所得的高壓電轉(zhuǎn)換為低壓電給控制系統(tǒng)供電。③智能配電盒:將DC/DC轉(zhuǎn)出的低壓電進行分配控制,作為控制系統(tǒng)的電路管理單元。④BMU:電池管理系統(tǒng)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(tǒng)主機,采集鋰電池箱控制系統(tǒng)中所有設(shè)備的信息,并做處理。⑥遠程監(jiān)控:將鋰電池箱系統(tǒng)的信息傳輸給后臺,實時監(jiān)控鋰電池箱的狀態(tài)。⑦絕緣檢測儀:監(jiān)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(zhí)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(tǒng)組成設(shè)備的簡要概述。

2 鋰電池箱系統(tǒng)的連接方式

設(shè)計鋰電池箱控制系統(tǒng)的連接原理圖如下圖1所示:

結(jié)合上圖1所示,鋰電池箱控制系統(tǒng)連接,所有設(shè)備連接分別對應(yīng)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(zhuǎn)換成低壓電(這里是24V)統(tǒng)一接入智能配電盒啟動鋰電池控制系統(tǒng)。接觸器則是通過接收由智能配電盒轉(zhuǎn)發(fā)BCU的電信號,來執(zhí)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(tǒng)的低壓電路控制都是由BCU和智能配電盒聯(lián)和完成的。DC/DC將高壓轉(zhuǎn)換的24V電源輸出給智能配電盒,智能配電盒內(nèi)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(tǒng)的各個設(shè)備。

2.2 CAN總線連接 本文設(shè)計的鋰電池箱控制系統(tǒng)的通訊主要是通過CAN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的,其中BCU與智能配電盒、DC/DC、BMU、遠程監(jiān)控、絕緣檢測儀是通過內(nèi)部CAN總線通訊連接。各個設(shè)備的狀態(tài)信息都通過CAN網(wǎng)絡(luò)傳遞給BCU,再由BCU決策控制鋰電池箱系統(tǒng)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(gòu)成了整個鋰電池箱控制系統(tǒng)的CAN總線連接。

3 鋰電池箱系統(tǒng)的控制策略

結(jié)合上圖1所示,下文詳細介紹鋰電池箱系統(tǒng)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(tài)通過CAN通訊反饋給BCU。電池組通過DC/DC將轉(zhuǎn)換的低壓24V電源統(tǒng)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(shè)備,并實時在線監(jiān)測用電回路的狀態(tài),再通過CAN通訊將狀態(tài)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(tài),控制鋰電池箱主接觸器的開合,實現(xiàn)閉環(huán)控制,提高了產(chǎn)品的可靠性和安全性。

BCU會將電池箱系統(tǒng)狀態(tài)通過CAN通訊傳輸給遠程監(jiān)控,再由遠程監(jiān)控將鋰電池箱系統(tǒng)狀態(tài)傳遞給遠程監(jiān)控中心平臺,這樣可以通過后臺實時監(jiān)控鋰電池箱系統(tǒng)狀態(tài)。遠程監(jiān)控搭載兩路CAN無線通訊,通過遠程監(jiān)控中心平臺下發(fā)無線通訊指令,可以實現(xiàn)軟件遠程升級,提高了產(chǎn)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(tǒng)中搭載智能配電盒以及遠程監(jiān)控,來實現(xiàn)遠程操控鋰電池箱控制系統(tǒng),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(jié)束語

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

該鋰電池箱控制系統(tǒng)已批量應(yīng)用在電機車領(lǐng)域,客戶反響良好,可為后續(xù)鋰電池箱的優(yōu)化拓展設(shè)計提供參考。