礦用隔爆型鋰離子電源的研制

摘 要：文章對(duì)礦用隔爆型鋰離子電源的研制進(jìn)行了分析，該電源包括多節(jié)串聯(lián)的單體鋰電池以及與多節(jié)鋰電池連接的電源管理模塊，與電源管理模塊連接的顯示屏；所述的電源管理模塊具有溫度檢測(cè)模塊和電壓檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)鋰電池的檢測(cè)開路保護(hù)、通信開路保護(hù)、過充保護(hù)、過放保護(hù)等多種保護(hù)，文章包括技術(shù)領(lǐng)域、主要研制內(nèi)容、具體實(shí)施方式、鋰離子電源技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：礦用隔爆型鋰離子電源；實(shí)施；研制

1 技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)研究方向涉及鋰離子電源管理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種礦用隔爆型鋰離子電源，設(shè)置于煤礦井下緊急避險(xiǎn)硐室或救生艙。

2 背景技術(shù)

為進(jìn)一步遏制我國(guó)煤礦重特大事故多發(fā)頻發(fā)的態(tài)勢(shì)，加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作，提高企業(yè)安全生產(chǎn)水平，國(guó)務(wù)院明確要求推行緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)裝備，煤礦井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建，需以提高礦井安全防護(hù)和應(yīng)急救援水平，保護(hù)礦工的生命安全為最終目標(biāo)，通過分析自身安全生產(chǎn)條件，結(jié)合國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局對(duì)避難硐室設(shè)置及技術(shù)要求，構(gòu)建起覆蓋全礦井的井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)。

井下緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)以井下避難硐室為核心，通過與礦井原有壓風(fēng)、供電和信息處理等系統(tǒng)的有效對(duì)接進(jìn)行構(gòu)建，且與礦井生產(chǎn)環(huán)境相適應(yīng)。煤礦避險(xiǎn)系統(tǒng)用鋰離子電源主要功能是接入避險(xiǎn)系統(tǒng)用各種設(shè)施，如：防爆空調(diào)、照明燈、防爆電機(jī)、硐室用監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，作為其緊急情況下的后備電源。而現(xiàn)在煤礦井下暫時(shí)沒有用鋰離子電池做后備電源，在出現(xiàn)故障或發(fā)生礦難時(shí)，井下人員的安全得不到保障。

3 主要研制內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，研制提供一種礦用隔爆型鋰離子電源，在出現(xiàn)故障或發(fā)生礦難時(shí)，作為后備電源保障井下人員的安全。

本方案是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種礦用隔爆型鋰離子電源，包括多節(jié)串聯(lián)的單體鋰電池以及與多節(jié)鋰電池連接的電源管理模塊，與電源管理模塊連接的顯示屏；所述的電源管理模塊具有溫度檢測(cè)模塊和電壓檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)鋰電池的檢測(cè)開路保護(hù)、通信開路保護(hù)、過充保護(hù)、過放保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)以及放電短路保護(hù)。

本技術(shù)的有益效果是：在出現(xiàn)故障或發(fā)生礦難時(shí)，作為后備電源保障井下人員的安全；各組成部分設(shè)計(jì)靈巧，結(jié)構(gòu)合理，且方便安裝；整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，且運(yùn)行安全可靠。

下面結(jié)合圖1及實(shí)施案例對(duì)其進(jìn)一步說明。

4 具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種礦用隔爆型鋰離子電源，包括多節(jié)串聯(lián)的單體鋰電池以及與多節(jié)鋰電池連接的電源管理模塊（BMMS模塊），與電源管理系統(tǒng)連接的顯示屏；所述的電源管理模塊具有溫度檢測(cè)模塊和電壓檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)鋰電池的檢測(cè)開路保護(hù)、通信開路保護(hù)、過充保護(hù)、過放保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)以及放電短路保護(hù)。電源管理模塊連接有報(bào)警裝置和通信裝置，實(shí)現(xiàn)報(bào)警及通信功能。BMMS模塊功能如表1。

將多節(jié)鋰電池、電源管理模塊以及顯示屏設(shè)置在一個(gè)具有電池腔、管理系統(tǒng)腔和接線腔的隔爆箱中，多節(jié)鋰電池安裝在電池腔中，電源管理模塊和顯示屏安裝在管理系統(tǒng)腔中。

本實(shí)施例中，每組離子電源由八節(jié)單體串聯(lián)鋰電池（3.2V、60ah）、BMMS模塊、顯示屏組成。其中，顯示屏采用LED顯示。

其中10～50組鋰離子電源構(gòu)成鋰離子電源系統(tǒng)，每8～10組BMMS模塊連接到BTMS管理系統(tǒng)構(gòu)成二級(jí)管理系統(tǒng)，多組BTMS管理系統(tǒng)聯(lián)接到BPMS管理系統(tǒng)構(gòu)成三級(jí)管理系統(tǒng)。

本系統(tǒng)是集鋰離子電池、電源管理模塊、顯示報(bào)警系統(tǒng)及通信系統(tǒng)為一體的高性能電源管理系統(tǒng)，有良好的電性能、安全性能和環(huán)境適應(yīng)性能，可適應(yīng)于煤礦井下有瓦斯（甲烷）、煤塵等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中；為救生艙、避難硐室、通信設(shè)備等煤礦設(shè)備提供可靠的備用能源支持，保證救生艙、避難硐室、通信設(shè)備等煤礦設(shè)備內(nèi)各種設(shè)備的電力需要，具備對(duì)單體電池及電池組的自主管理與自動(dòng)維護(hù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組內(nèi)電池的電壓、溫度等參數(shù)，并上傳；具有多臺(tái)使用過程中相互通信控制及數(shù)據(jù)上傳的功能，具備對(duì)電源中電池故障、檢測(cè)故障、通信故障等監(jiān)測(cè)、判斷、保護(hù)和報(bào)警功能，并具備LCD顯示功能。

BMMS模塊主要檢測(cè)電池電壓、電流，防止過沖電或過放電，實(shí)現(xiàn)保護(hù)預(yù)警。BPMS集中所有電池組的信息，并可以與顯示屏、監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行通訊；同時(shí)接收相應(yīng)指令，根據(jù)電池狀態(tài)調(diào)整充放電功率。

本實(shí)用新型達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：

防爆型式：隔爆型Exd[ib]I。

鋰離子電池：（1）輸入電壓：DC 24V；電池組的標(biāo)稱容量：3000Ah。（2）防爆型式：隔爆型。（3）鋰離子電池由八組單體電池和管理系統(tǒng)組成。每組配置如下：a.單體電池標(biāo)稱電壓：3.2V；b.單體電池標(biāo)稱容量：60Ah；c.單體電池允許最大充電電壓：3.65V；d.單體電池允許最低放電截止電壓：2.3V；e.單體電池最大允許充電電流：60A；f.單體電池最大允許放電電流：180A；g.單體電池?cái)?shù)量：8個(gè)（串聯(lián)）；h.單體電池最高允許工作溫度：60℃。

本電源可以接入避險(xiǎn)系統(tǒng)用各種設(shè)施，如：防爆空調(diào)、照明燈、防爆電機(jī)、硐室用監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，作為其緊急情況下的后備電源。

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作者簡(jiǎn)介：王士祥，男，工程師，從事機(jī)電設(shè)備技術(shù)管理工作。