矿井救生舱48V360AH磷酸铁锂电池技术方案

矿井救生舱48V/360AH磷酸铁锂电池技术方案1二○一一年九月前言青岛海霸能源集团是国内最早研发、生产磷酸铁锂电池的公司之一，作为国家火炬计划参与者,公司确立了高标准、高起点的长远发展目标，并组织建立了集团研发中心，取得了国家多项发明专利和实用新型专利。公司研发生产的磷酸铁锂圆柱形、方形电池在国内最早实现产业化，并远销欧美等几十个国家和地区。“矿用救生舱备用电源”项目作为国家十一五重大科技支撑计划“遇险人员快速救护关键技术与装备研究”项目的一个子项，科研主旨就是用来研究解决矿山企业的重大灾害应急救援的一系列关键技术，为矿工在灾变环境下提供稳定可靠、保障齐全的维生空间，把灾害的损失降到最低。矿用救生舱备用电源一般用铅酸电池组，而铅酸电池充电时，电解硫酸铅会析出氢离子，造成潜在的安全隐患。根据GB3836.2-2010《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》中明确禁止存在析氢危险的蓄电池在隔爆外壳内使用。为满足目前煤矿装备的迫切需要，青岛海霸能源集团有限公司设计了高可靠性、技术先进、节能环保、使用方便的48V/360Ah新型磷酸铁锂电池组电源方案。23一、概述本产品设计适合于组合磷酸铁锂电池，该方案适用于矿用救生舱供电系统。本部分是青岛海霸能源集团有限公司为矿用救生舱电源供电的磷酸铁锂电池技术方案。本技术方案严格遵守、执行了国内、国际有关磷酸铁锂电池标准中所涉及的所有技术规范和技术要求，并符合《矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求(第三次征求意见稿)》等相关要求。三、方案组成详细介绍1、电池组共6组，每组选用16只60AH功率型单体电池（HPP611120P60Ah）串联，实现容量为48V/60AH，各组在防爆箱外通过管理系统实现关联，最终实现48V/360AH供电电源。电池单体容量为：3.0V60Ah；单体尺寸为：114mm×61mm×199mm；单体重量为2040±20g；电池组总重量约为200kg（含管理系统重量，但不含隔爆箱重量）。二、客户需求及相关工作参数1、采用救生舱用电源供电；一次性充满电后持续供电不低于96小时。2、采用BMS管理系统保护方式。3、充电时交流输入电压127V，充电电流不超过40A。4、单组电源为48V/60AH,共6组并联，总容量采用48V/360AH。5、充电时间约10～11小时。42、单体电池规格参数额定容量60Ah标称电压3.0V充电限制电压3.85V放电终止电压2.0V标准充电电流0.2C最大充电电流0.5C标准放电电流1C最大持续放电电流180A最大瞬时放电电流5C(15S)3C放电容量≥54Ah重量2040±20g内阻1mΩ尺寸（L×W×H）114×61×199(mm³)工作温度（充电）0～55℃工作温度（放电）-20～60℃额定能量192Wh体积比能量140.2Wh/L质量比能量93.7Wh/Kg大气压力86～106KPa相对湿度25%～95%RH储存温度-20～55℃53、48V/360AH电池组规格参数序号项目单位规格参数1额定容量Ah360.02标称电压V48.03充电方式/恒流/恒压4充电限制电压V58.45放电终止电压V36.86充电电流A≤40.07充电时间h10～119重量kg≤20010内阻mΩ＜1611尺寸(长×宽×高）mm228×488×199（单组）12工作温度℃-20～6013储存温度℃5～40储存大气压力KPa86～106储存相对湿度/≤90%单组电池实物图64、管理系统实现功能及参数4.1整个管理系统主要由模块管理层（BMMS）和总成管理层（BPMS），两层管理体系构成。采用每8串一个BMMS。4.2BMMS负责采集本支路单体电压，温度等信息，并带有均衡和热管理功能，并可根据并联支路电压温度信息进行充放电控制；同时，BMMS还通过总线将这些信息上传到BPMS和LCD上。4.3BPMS集中所有电池组的信息，并可以与显示屏、监控系统等进行通讯；同时接收相应指令，根据电池状态调整充放电功率。4.4BMMS功能简介功能描述单体电压检测对单体电池电压进行实时检测单体温度检测在电池箱体内部放置多个温度传感器，可对每节电芯温度进行实时检测模块电流检测检测单体电池串联组成的电池箱体模块的充放电电流通讯通过CAN总线将电池信息上传给BPMS均衡管理提高单体电池电压的一致性，并设置温度，均衡失效等多重保护，确保均衡的稳定可靠充放电控制过充、过放、过热、过流、短路等异常状态下断开故障模块充放电，实现每模块的故障就地隔离，减小故障影响范围防倒灌充电、放电接口串联二极管，防止不同电压的电池并联后产生环流显示与报警配有小LCD屏(根据用户需求可选），可显示本支路电池电压，温度以及故障信息74.5BPMS功能简介功能描述显示与报警将所有电池组的信息（电压，电流，SOC，故障）通过LCD屏显示出来通讯外带多路CAN接口，可实现与BPMS，后台监控系统进行通讯数据存储BPMS可将电池阵列的电压，温度，每次的充放电量，充放电次数等记录下来无线传输BPMS自带DTU模块，可实现远程监控系统自检系统上电后，可对各支路BPMS、BMMS工作状况进行检测，保证系统自身工作正常SOH估计根据各BCMS上传的信息，对整个电池阵列进行SOH估计项目规格备注管理层级两级最大支持串数512最大支持节数8192电压采集范围0～5V单体电压采集精度±2‰总压精度±2‰电流采集精度±1%SOC精度6%估算方法实验室精度3%温度采集数目与电芯数目相同温度采集精度±1℃温度采集范围-40～125℃均衡电流平均2A，最大6A可同时开启3路均衡均衡类型主动式无损均衡数据存储容量最大支持8G可存储8年的电池信息与故障信息外部通信类型CAN2.0/485/USB2.0等内部通信类型CAN2.0工作输入电压DC12V/24V工作温度-30～75℃存储温度-45～125℃4.6BMS系统参数84.7管理系统及显示屏尺寸BMMS外观尺寸215*113*35BPMS尺寸图165*103*35触摸显示屏尺寸图功能描述触摸显示屏结构尺寸176×140×40(mm)安装孔163×133(mm)功耗6W/个总功耗6Ｗ工作电压24V5、电池组与管理系统工作参数9类别名称条件动作报警参数接近设定值预报警过压报警单体电压≥3.75V无10秒内报警欠压报警单体电压≤2.6V过热报警单体温度≥60℃过流报警模块电流≥15A过充保护失效报警过充10秒后仍有充电电流过放保护失效报警过放10秒后仍有放电电流过热保护失效报警过热10秒后仍有充电电流过流保护失效报警过流10秒后仍有放电电流BMMS保护（一级保护）检测开路保护单体电压丢失10秒内切断充电10秒内报警通信开路保护通信连接丢失过充保护单体电压≥3.8V过放保护单体电压≤2.0V10秒内切断放电过热保护单体温度≥70℃10秒内切断充放电过流保护模块电流≥25A0.1秒内切断相应电路放电短路保护放电电流≥60A50ms内切断放电BPMS保护（二级保护）检测开路保护单体电压丢失10秒内切断充电10秒内报警通信开路保护通信连接丢失过充保护失效保护过充保护失效报警过放保护失效保护过放保护失效报警10秒内切断放电过热保护失效保护过热保护失效报警10秒内切断充放电过流保护失效保护过流保护失效报警0.1秒内切断相应电路电池组过流保护并联总电流≥A0.1秒内切断相应电路恢复检测开路恢复单体电压正常接通充电10秒内清除通信开路恢复通信接通过充保护恢复单体电压≤3.75V延迟10秒接通充放电过放保护恢复单体电压≥2.6V过热保护恢复单体温度≤60℃过流保护恢复模块电流≤15A短路保护恢复放电电流≤15A过放应急放电过放后手动控制接通放电持续报警6、充电器功能1）充电机内部集成有源功率因数校正（PFC），可以实现对电网零污染，避免大电流冲击电网。2）输入电压范围非常宽，AC85V～AC265V，适合世界任何地区的电压等级，对于电网波动以及车辆出口具有很大的便利性。3）整机效率非常高，可以达到93%以上，传统的充电机只能达到80%左右。4）充电过程的智能温度补偿处理功能，可避免蓄电池出现过充或者欠充等原因引起的损坏，大大延长了蓄电池的使用寿命。5）整个充电机是一个全密封、防水设计，防护等级可以达到IP46。充电机内部做了抗震处理，抗震等级可达到SAEJ1378，完全达到汽车电器的使用标准。6）适合铅酸、锂电池等各种蓄电池充电。充电模式灵活、可编程，预置了可选择的10条充电曲线。大电流充电时具有CAN通信接口，可以和带CAN总线的BMS实现实时通信。7）磷酸铁锂电池专用充电器具有如下保护特性：过热保护、短路保护、反接保护、输入低压和过压保护。117、充电器技术参数充电器的技术指标选用2.0KW充电机，型号：TCCH-H48-35输出电压48V，输出电压最大值58.4V，输出电流最大值35A充电时间约10~11小时额定输入电压：AC85V~AC265V额定频率：45~65Hz满载效率≥93%防护等级：IP46工作温度-40℃~+55℃存储温度：-40℃~+100℃充电控制：通过CAN总线控制尺寸：348mm*180mm*140mm（长宽高）净重：6.33kg充电机实物图8、方案结构组成序号方案组成模块单位数量备注148V/60Ah组616只/组28串一级管理系统（BMMS）个122只/组3二级主控器（BPMS）个143.5英寸触摸显示屏台6每组一台55.7英寸触摸显示屏台1二组管理系统显示6电流传感器个17继电器个2充、放电各一个8TCCH-H48-35型充电机台1139、方案示意图汇报完毕谢谢各位领导14