CN111403647A - 一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿用电源技术领域，具体地说是一种把锂离子单体电池应用到煤矿井下，用来提供直流动力电源的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，尤其是一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，包括防爆箱主体（1）、锂电池模块（2）、电池管理系统（3）和外部显示控制箱（4）；防爆箱主体（1）内设有电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）；所述锂电池模块（2）安装在所述电池腔（5）内。能使非防爆的磷酸铁锂离子电池适用于防爆壳体内的空气不流通、有爆炸危险等特殊使用环境内，使矿用隔爆型锂离子蓄电池电源具有输出电压平稳、续航能力强、智能化高等优点，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及矿用电源技术领域，具体地说是一种把锂离子单体电池应用到煤矿井下，用来提供直流动力电源的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，尤其是一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源。
背景技术
锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型蓄电池，经过多年的发展，现已在电子产品、电动工具、不间断电源、电动自行车、电动汽车等多领域得到大范围的应用。
根据锂离子电池正极材料的不同，锂离子电池可分为钴酸锂电池、三元系电池、锰酸锂电池和磷酸铁锂电池等几大类，其中磷酸铁锂电池倍率性能良好且循环寿命最长、安全性能最好，在电动汽车、电动自行车、通信电源等方面得到广泛应用，并不断进入重要电源领域。
单轨吊机车用矿用隔爆型锂离子电源箱就是应用安全可靠的磷酸铁锂电池串联成大容量电源，为适应煤矿环境下电气设备使用要求进行特殊防爆设计，使其具有温度检测模块和电压检测模块，实现锂电池的检测开路保护、通信开路保护、过充保护、过放保护、过热保护、过流保护以及放电短路保护等功能。
为了使锂离子单体电池能够适用于防爆壳体内的空气不流通、有爆炸危险、体积有限等特殊使用环境内，本发明提供一种矿用隔爆型锂离子蓄电池电源。
发明内容
本发明为解决上述技术问题之一，解决现有技术中的非防爆的磷酸铁锂离子电池在煤矿井下无法使用和锂离子电池监测、管理比较困难的难题，而提供一种设备采用特殊防爆设计，使其具有温度检测、电压检测、过充保护、过放保护等功能的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，所采用的技术方案是：一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，包括防爆箱主体（1）、锂电池模块（2）、电池管理系统（3）和外部显示控制箱（4）；防爆箱主体（1）内设有电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）；所述锂电池模块（2）安装在所述电池腔（5）内；所述电池管理系统（3）安装在所述控制腔（7）内；所述外部显示控制箱（4）由连接线引出用于显示电池电压、电流和温度等信息，并控制电源供电或由外部电源对其充电的通断。
优选地，所述的防爆箱主体（1）内的电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）彼此独立、隔爆，腔体间通过M12单芯接线柱、Φ46九芯接线柱过腔端子实现连接。
优选地，所述防爆箱主体（1）采用长方体结构，其内部包括电池腔、接线腔、控制腔；所述电池腔布置在右侧；所述接线腔和控制腔空间小于所述电池腔且布置在所述防爆箱主体（1）的左侧，所述接线腔和控制腔采用上下方位布置，各所述腔体上均设有方便检修和安装的单独的上盖。
优选地，所述防爆箱主体（1）的箱体的底板和上盖分别采用厚度δ20mm和厚度δ25mm的Q235A钢板，所述防爆箱主体（1）的侧板采用厚度δ8mm的Q235A钢板，各所述腔体与对应的上盖中间预留8mm的空隙，空隙是为了方便凝结水的排出。
优选地，防爆箱壳体采用热处理等工艺进行强化机械强度处理，提高隔爆壳体的机械强度。
优选地，壳体内喷抗荷漆，能有效防止箱体内部电晕发生。
优选地，所述的锂电池模块（2）由78节磷酸铁锂离子单体电池串联而成，组成了额定能量25000Wh、额定电压250V的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源。
优选地，所述锂离子单体电池为采用电压为3.2V，容量100Ah，且取得煤矿安全认证的磷酸铁锂离子电池。
优选地，所述的电池管理系统（3）由电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路、充放电保护电路、均衡与电池健康监测电路组成。
可以实时检测电池组内电池的电压、电流、温度等参数，具备对电源中电池故障、检测故障、通信故障等监测、判断、保护和报警功能。
电压采集电路用于采用接入每节单体电池的正负极，分别采集电压数据；
电流采集电路采用采样电阻法，用于采集的是电池组的充放电电流；
温度采集电路用于采用测量热敏电阻电压的方法采集每节电池的温度信息；
充放电保护电路通过现有单片机控制开关管的通断，从而来决定电池组与外接设备的连接状态；
均衡与电池健康监测电路采用能量转移型均衡，其基本原理是通过电容或电感将电量从电压较高的电池转移到电压较低的电池。
优选地，所述外部显示控制箱（4）采用隔爆形式，布置有LCD显示屏幕和控制按钮。
优选地，所述的外部显示控制箱（4）采用LCD显示屏显示电池电压、电流和温度等信息，并在系统自检正常后控制对外供电或由外部电源对其充电。
外部显示控制箱（4）与所述防爆箱主体（1）的接线腔通过电缆相连接，连接电缆由接线腔的引出线喇叭口引出；
LCD显示屏可以显示电池电压、电流和温度等信息，在系统自检正常后，控制按钮可控制该电源对外供电或由外部电源对其充电。
本发明的有益效果体现在：能使非防爆的磷酸铁锂离子电池适用于防爆壳体内的空气不流通、有爆炸危险等特殊使用环境内，使矿用隔爆型锂离子蓄电池电源具有输出电压平稳、续航能力强、智能化高等优点，适合推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本矿用隔爆型锂离子蓄电池电源的内部组装结构示意图。
图2为图1带盖上的结构示意图。
图3为本发明的防爆箱主体的立体结构示意图。
图4为本发明的结构拓扑图。
图5为本发明的电池管理单元的电气原理图。
图6为本发明的电池管理模块原理图。
图7为本发明的电压采集电路。
图8为本发明的电流采集电路。
图9为本发明的温度采集电路。
图10为本发明的充放电保护电路。
图11为本发明的均衡与电池健康监测电路。
图12为本发明的外部显示控制箱。
图中，1、防爆箱主体； 2、锂电池模块；3、电池管理系统； 4、外部显示控制箱； 5、电池腔；6、接线腔；7、控制腔；8、上盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-12中所示，一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，包括防爆箱主体（1）、锂电池模块（2）、电池管理系统（3）和外部显示控制箱（4）；防爆箱主体（1）内设有电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）；所述锂电池模块（2）安装在所述电池腔（5）内；所述电池管理系统（3）安装在所述控制腔（7）内；所述外部显示控制箱（4）由连接线引出用于显示电池电压、电流和温度等信息，并控制电源供电或由外部电源对其充电的通断。
优选地，所述的防爆箱主体（1）内的电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）彼此独立、隔爆，腔体间通过M12单芯接线柱、Φ46九芯接线柱过腔端子实现连接。
优选地，所述防爆箱主体（1）采用长方体结构，其内部包括电池腔（5）、接线腔（6）、控制腔（7）；所述电池腔（5）布置在右侧；所述接线腔（6）和控制腔（7）空间小于所述电池腔（5）且布置在所述防爆箱主体（1）的左侧，所述接线腔（5）和控制腔（7）采用上下方位布置，各所述腔体上均设有方便检修和安装的单独的上盖（8）。
优选地，所述防爆箱主体（1）的箱体的底板和上盖分别采用厚度δ20mm和厚度δ25mm的Q235A钢板，所述防爆箱主体（1）的侧板采用厚度δ8mm的Q235A钢板，各所述腔体与对应的上盖中间预留8mm的空隙，空隙是为了方便凝结水的排出。
优选地，防爆箱壳体采用热处理等工艺进行强化机械强度处理，提高隔爆壳体的机械强度。
优选地，壳体内喷抗荷漆，能有效防止箱体内部电晕发生。
优选地，所述的锂电池模块（2）由78节磷酸铁锂离子单体电池串联而成，组成了额定能量25000Wh、额定电压250V的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源。
优选地，所述锂离子单体电池为采用电压为3.2V，容量100Ah，且取得煤矿安全认证的磷酸铁锂离子电池。
优选地，所述的电池管理系统（3）由电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路、充放电保护电路、均衡与电池健康监测电路组成。
电池管理模块原理图。
图中，现有电路中的电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路、充放电保护电路、均衡与电池健康监测电路以及外部显示控制箱用于配合来解释本发明整体方案的原理，本领域技术人员根据原理图以及基础常识可以知晓。
可以实时检测电池组内电池的电压、电流、温度等参数，具备对电源中电池故障、检测故障、通信故障等监测、判断、保护和报警功能。
电压采集电路用于采用接入每节单体电池的正负极，分别采集电压数据；
电流采集电路采用采样电阻法，用于采集的是电池组的充放电电流；
温度采集电路用于采用测量热敏电阻电压的方法采集每节电池的温度信息；
充放电保护电路通过现有单片机控制开关管的通断，从而来决定电池组与外接设备的连接状态；
均衡与电池健康监测电路采用能量转移型均衡，其基本原理是通过电容或电感将电量从电压较高的电池转移到电压较低的电池。
优选地，所述外部显示控制箱（4）采用隔爆形式，布置有LCD显示屏幕和控制按钮。
优选地，所述的外部显示控制箱（4）采用LCD显示屏显示电池电压、电流和温度等信息，并在系统自检正常后控制对外供电或由外部电源对其充电。
外部显示控制箱（4）与所述防爆箱主体（1）的接线腔通过电缆相连接，连接电缆由接线腔的引出线喇叭口引出；
LCD显示屏可以显示电池电压、电流和温度等信息，在系统自检正常后，控制按钮可控制该电源对外供电或由外部电源对其充电。
本矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，可实现非防爆的磷酸铁锂离子电池在防爆壳体内的使用，该电源可配合煤矿单轨吊的使用，满足煤矿井下单轨吊的供电需求；具有输出电压平稳、续航能力强、智能化高等优点，各组成部分设计灵巧，结构合理，安装方便，增强设备运行的可靠行；电源管理模块具有温度检测模块和电压检测模块，实现锂电池的检测开路保护、通信开路保护、过充保护、过放保护、过热保护、过流保护以及放电短路保护等功能；是一种以结构、热管理、电管理于一体的集成化的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，技术先进， 安全可靠，满足智能化矿井的新型发展需求。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：包括防爆箱主体（1）、锂电池模块（2）、电池管理系统（3）和外部显示控制箱（4）；防爆箱主体（1）内设有电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）；所述锂电池模块（2）安装在所述电池腔（5）内；所述电池管理系统（3）安装在所述控制腔（7）内；所述外部显示控制箱（4）由连接线引出用于显示电池电压、电流和温度等信息，并控制电源供电或由外部电源对其充电的通断。
2.根据权利要求1或2所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述的防爆箱主体（1）内的电池腔（5）、接线腔（6）和控制腔（7）彼此独立、隔爆。
3.根据权利要求2或3所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述的锂电池模块（2）由78节磷酸铁锂离子单体电池串联而成，组成了额定能量25000Wh、额定电压250V的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源。
4.根据权利要求3所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述的电池管理系统（3）由电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路、充放电保护电路、均衡与电池健康监测电路组成。
5.根据权利要求4所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述外部显示控制箱（4）采用隔爆形式，布置有LCD显示屏幕和控制按钮。
6.根据权利要求5所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述防爆箱主体（1）采用长方体结构，其内部包括电池腔、接线腔、控制腔；所述电池腔布置在右侧；所述接线腔和控制腔空间小于所述电池腔且布置在所述防爆箱主体（1）的左侧，所述接线腔和控制腔采用上下方位布置，各所述腔体上均设有方便检修和安装的单独的上盖。
7.根据权利要求6所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述防爆箱主体（1）的箱体的底板和上盖分别采用厚度δ20mm和厚度δ25mm的Q235A钢板，所述防爆箱主体（1）的侧板采用厚度δ8mm的Q235A钢板，各所述腔体与对应的上盖中间预留8mm的空隙，空隙是为了方便凝结水的排出。
8.根据权利要求7所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：防爆箱壳体采用热处理等工艺进行强化机械强度处理，提高隔爆壳体的机械强度。
9.根据权利要求8所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：防爆箱壳体内喷抗荷漆，能有效防止箱体内部电晕发生。
10.根据权利要求9所述的一种采用本安屏操作箱的矿用隔爆型锂离子蓄电池电源，其特征在于：所述锂离子单体电池为采用电压为3.2V，容量100Ah，且取得煤矿安全认证的磷酸铁锂离子电池。
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