專利名稱：一種防爆電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防爆電源裝置，特別涉及到用于I類和II類防爆炸環(huán)境下的以鋰電池組為能源的防爆電源裝置。
背景技術：
目前，磷酸鐵鋰動力電池七大優(yōu)勢一、超長壽命，長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在 300次左右，磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命達到2000次以上。綜合性能價格比為鉛酸電池的 4倍。二、使用安全，磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，即使在最惡劣的交通事故中也不會產(chǎn)生爆炸。三、可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1. 5C充電40 分鐘內即可使電池充滿，起動電流可達2C，而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。四、耐高溫，磷酸鐵鋰電熱峰值可達350°C-500°C。五、大容量。六、無記憶效應。七、綠色環(huán)保。
由于磷酸鐵鋰電池具有上述優(yōu)點，將其用于I類和II類防爆炸環(huán)境下需要管理好整個磷酸鐵鋰電池組的安全。本發(fā)明將電池組、電池管理系統(tǒng)放置在不同的隔爆環(huán)境中，即使電池組和電池管理系統(tǒng)里面的電器部件因可能存在的自燃、短路、高溫而產(chǎn)生火花或者放電，也不會和可燃物(例如瓦斯氣體等)接觸引發(fā)事故。發(fā)明內容
本發(fā)明采取了如下的技術方案
一種用于I類和II類防爆環(huán)境的防爆電源裝置，包括防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組，以及連接用防爆電纜和防爆柜組件構成；
所述防爆電池管理系統(tǒng)外部是中間有隔板分開的兩個具有隔爆結構主腔和接線腔的金屬防爆柜，隔板上設置有多個接線柱；內部主腔內設置有多組數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、顯示模塊、絕緣檢測模塊、熔斷器、電流傳感器、充電接觸器、放電接觸器，它們各自和接線柱一端通過多條信號線分別連接；接線腔壁外側設置有多個電纜外接裝置；接線腔壁上有和電纜外接裝置相匹配的通孔；電纜外接裝置和防爆電纜之間設置密封結構；
所述防爆鋰電池組外部是中間有隔板分開的兩個具有隔爆結構的主腔和接線腔的金屬防爆柜，隔板上設置有多個接線柱；內部主腔內設置有多個可充電鋰電池單體模塊組，各單體鋰電池通過夾具固定結組串聯(lián)連接；各單體鋰電池爬電距離至少大于等于6毫米，接線腔壁外側設置有多個電纜外接裝置；接線腔壁上有和電纜外接裝置相匹配的通孔； 電纜外接裝置用于連接防爆電池管理系統(tǒng)、防爆充電裝置、各種防爆負載裝置。
所述防爆電池管理系統(tǒng)接線腔電纜外接裝置和防爆鋰電池組電纜外接裝置之間設置有一一對應的多根防爆電纜；防爆電纜的一端通過接線腔的電纜外接裝置和接線腔壁上的通孔，連接在接線柱的一端；防爆電纜的另一端通過鋰電池組防爆柜外壁的電纜外接裝置和側壁的通孔，連接在接線柱的一端；電纜外接裝置和防爆電纜之間設置密封結構。
根據(jù)本發(fā)明的進一步改進
所述充電接觸器、熔斷器、鋰電池組依次串聯(lián)形成充電回路；
所述鋰電池組、熔斷器、放電接觸器依次串聯(lián)形成放電回路；
所述數(shù)據(jù)采集模塊通過線束采集單體鋰電池的電壓、溫度數(shù)據(jù)，以及對充電不一致的單體電池實施均衡管理；數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過共用的數(shù)據(jù)通訊線以串行通訊的方式傳送給主控模塊；
所述電流傳感器連接在鋰電池組的負極，檢測鋰電池組的電流，并將檢測結果傳送給主控模塊；
所述主控模塊讀取來自電流傳感器、多組數(shù)據(jù)采集模塊的信息，并將這些信息顯示在顯示模塊上，若這些信息不符合預先設置的要求，將做出報警處理，主控模塊可檢測鋰電池組的總電流、總電壓、溫度參數(shù)，如果鋰電池組出現(xiàn)欠壓、過壓、高溫和過流故障，則通知充電接觸器/放電接觸器斷開充/放電回路，對整個鋰電池組實施保護；所述絕緣檢測模塊可以對供電系統(tǒng)進行漏電和觸電檢測。
根據(jù)本發(fā)明的進一步改進
所述防爆電源裝置具備防爆安全保護功能，能夠對每一個單體電池的電壓、工作電流、工作溫度、絕緣狀態(tài)、故障狀態(tài)進行實時監(jiān)控，可控制使用過程中出現(xiàn)的電流過大、電壓過高或過低、溫度過高等異常情況，切斷電路實施保護；可對單體電池出現(xiàn)異常進行警報；由充電接觸器、熔斷器、鋰電池組依次串聯(lián)形成充電回路，在檢測到電壓過高時可以切斷電路實施保護；由熔斷器、放電接觸器依次串聯(lián)形成放電回路在使用狀態(tài)異常時可以切斷電路實施保護；
根據(jù)本發(fā)明的進一步改進
所述主控模塊、顯示模塊、多組數(shù)據(jù)采集模塊共用24V直流電壓；
根據(jù)本發(fā)明的進一步改進
所述主控模塊通過CAN通訊總線和整車控制器通信。
本發(fā)明的有益效果一.整個電源系統(tǒng)置于隔爆外殼內，即使單體鋰電池或者鋰電池或者構成電源管理系統(tǒng)的其他電器部件因短路或電器自燃產(chǎn)生電火花，也不會和礦井下面的可燃氣體(例如瓦斯氣體)有效接觸而產(chǎn)生瓦斯爆炸，從而避免了人生安全等重大事故的發(fā)生。二.電源管理系統(tǒng)能實時采集單體鋰電池和鋰電池組的溫度、電壓、電流并對其進行有效管理，使單體鋰電池/鋰電池處于最佳的安全工作狀態(tài)；


圖1為本發(fā)明的結構示意圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；具體實施方式
參考圖1，圖1包括了防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組以及連接用防爆電纜和防爆柜組件。
防爆電池管理系統(tǒng)包括主腔和接線腔，主腔和接線腔之間設置有隔板，隔板上設置有多個接線柱。
主腔內布置有多組數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、顯示模塊、絕緣檢測模塊、熔斷器、電流傳感器、充電接觸器、放電接觸器，它們各自和接線柱一端通過多條信號線分別連接。接線腔外設置有多個電纜接入裝置，其中的一個和防爆整車控制裝置相連；而且，接線腔壁上開有和多個多個電纜接入裝置一一對應的通孔。
防爆鋰電池組也包括主腔和接線腔，主腔和接線腔之間也設置有隔板。鋰電池組置于主腔內，它有多個單體鋰電池串聯(lián)而成，每個單體鋰電池的爬電距離大于或者等于6 毫米。整個鋰電池組由夾具固定在主腔內。這樣，即使在防爆鋰電池組和其他物體撞擊的情況下也能保證鋰電池組不和主腔的側壁相碰撞，從而保證了鋰電池組的安全。隔板上設置有多個接線柱。接線腔設置有多個電纜接入裝置，其中的一部分電纜接入裝置和防爆電池管理系統(tǒng)的接線腔內的電纜接入裝置一一對應，而另一部分電纜接入裝置則外接有防爆充電裝置和防爆負載裝置。
連接防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組的是多根防爆電纜。防爆電纜的一端穿過防爆電池管理系統(tǒng)的電纜接入裝置和防爆電池管理系統(tǒng)的接線腔壁上的孔，連接在防爆電池管理系統(tǒng)的接線柱上；另一端穿過防爆鋰電池組的電纜接入裝置和防爆鋰電池組的接線腔壁上的孔，連接在防爆鋰電池組的接線柱上。防爆電纜的兩端和電纜接入裝置之間設置有密封結構，其作用是阻止外面的氣體進入接線腔，讓整個結構更加安全。這些防爆電纜可以將防爆電池管理系統(tǒng)主腔內的多組數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、絕緣檢測模塊、電流傳感器、充電接觸器、放電接觸器等控制信號和數(shù)據(jù)采集信號傳遞給防爆鋰電池組并對其實施信號傳遞和智能控制。
參見圖2，圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
整個防爆電池管理系統(tǒng)的工作原理如下
當防爆鋰電池組充電或者對外放電時，防爆電池管理系統(tǒng)能夠實時檢測防爆鋰電池組的單體電壓、總電流、溫度參數(shù)，必要時可將這些信息顯示在顯示模塊上，用戶可以通過顯示模塊知道這些信息。充電接觸器和放電接觸器可以對鋰電池組過壓、過流、欠壓、欠流、過溫實施保護。
整個防爆電池管理系統(tǒng)對防爆鋰電池組的控制和管理過程如下
由防爆電池管理系統(tǒng)、防爆鋰電池組、防爆電纜及附屬配件共組成本發(fā)明的兩套回路充電回路和放電回路。充電回路由充電接觸器、熔斷器、鋰電池組串聯(lián)組成；放電回路由鋰電池組、熔斷器、放電接觸器依次串聯(lián)組成。在本實施例中，鋰電池組由100塊回規(guī)格的單體鋰電池串聯(lián)而成。共有13個數(shù)據(jù)檢測模塊分別對100塊同規(guī)格的單體鋰電池進行電壓和溫度檢測，每一個數(shù)據(jù)檢測模塊可以檢測8塊單體鋰電池電壓和溫度，并能對充電不一致的單體電池實行均衡管理。13個數(shù)據(jù)檢測模塊將采集到的鋰電池組的信息通過串行通訊傳送給主控模塊。同時，在鋰電池組的負極的地方設置有電流傳感器，電流傳感器可以檢測鋰電池組的串聯(lián)電流，并將電流信息傳遞給主控模塊。主控模塊將電壓、溫度、電流數(shù)據(jù)顯示在顯示模塊上，并和預先設置的數(shù)據(jù)做比較，若有異常，則采取如下措施實施安全控制
1.充電過程若主控模塊發(fā)現(xiàn)鋰電池組過壓、過流、欠壓、欠流、過溫異常，則控制充電接觸器斷開充電回路，對鋰電池組實施安全保護；
2.放電過程若主挖模塊發(fā)現(xiàn)鋰電池組過壓、過流、欠壓、欠流、過溫異常，則控制放電接觸器斷開放電回路，對鋰電池組實施安全保護。
本發(fā)明對鋰電池組的安全保護還有如下方法
1.在防爆電源管理系統(tǒng)內設置有絕緣檢測模塊，可以對整個充電回路和放電回路實施漏電和觸電檢測；
2.在充電回路和放電回路中串聯(lián)有熔斷器，可以實施電流短路保護。
此外，為保證主控模塊、顯示模塊、多組數(shù)據(jù)采集模塊正常工作，它們共用24V直流電；為了將整個鋰電池組的各種信息和車上其他的控制模塊共享，主控模塊還外接有防爆整車控制裝置并進行CAN通訊。
防爆鋰電池組的正極外接有防爆充電裝置，防爆鋰電池組的負極連接有防爆負載裝置，主控模塊和防爆充電裝置可進行CAN通訊，主控模塊和防爆負載裝置也可以進行CAN 通訊。
需要說明的是，本發(fā)明中所列舉的100塊單體電池和13個數(shù)據(jù)檢測模塊只是其中的一個實施例。根據(jù)實際需要，可以對單體電池的數(shù)量以及數(shù)據(jù)檢測塊的數(shù)量做適當?shù)脑黾踊驕p少。
綜上所述本發(fā)明對鋰電池組的保護通過機械和電器方式得以實現(xiàn)
機械方式
通過設計獨立的防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組以及連接它們的防爆電纜，可以預防電器部件因自燃、短路、放電出現(xiàn)的電火花和可燃氣體接觸發(fā)生爆炸；
通過設計鋰電池組固定夾具，防止鋰電池組其他物體相撞。
電氣保護方式
采用智能控制方式對電池組電流、電壓、溫度實施檢測，若發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不符合設定數(shù)值，則斷開充電回路或者放電回路，對鋰電池組實施保護；
采用熔斷器對充電回路或放電回路實施短路保護；
采用絕緣檢測模塊對充電回路或者斷電回路實施漏電或觸電檢測。
權利要求
1.一種用于I類和II類防爆環(huán)境的防爆電源裝置，包括防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組，以及連接用防爆電纜和防爆柜組件構成；所述防爆電池管理系統(tǒng)外部是中間有隔板分開的兩個具有隔爆結構主腔和接線腔的金屬防爆柜，隔板上設置有多個接線柱；內部主腔內設置有多組數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、 顯示模塊、絕緣檢測模塊、熔斷器、電流傳感器、充電接觸器、放電接觸器，它們各自和接線柱一端通過多條信號線分別連接；接線腔壁外側設置有多個電纜外接裝置；接線腔壁上有和電纜外接裝置相匹配的通孔；電纜外接裝置和防爆電纜之間設置密封結構；所述防爆鋰電池組外部是中間有隔板分開的兩個具有隔爆結構的主腔和接線腔的金屬防爆柜，隔板上設置有多個接線柱；內部主腔內設置有多個可充電鋰電池單體模塊組，各單體鋰電池通過夾具固定結組串聯(lián)連接；各單體鋰電池爬電距離至少大于等于6毫米，接線腔壁外側設置有多個電纜外接裝置；接線腔壁上有和電纜外接裝置相匹配的通孔；電纜外接裝置用于連接防爆電池管理系統(tǒng)、防爆充電裝置、各種防爆負載裝置。所述防爆電池管理系統(tǒng)接線腔電纜外接裝置和防爆鋰電池組電纜外接裝置之間設置有一一對應的多根防爆電纜；防爆電纜的一端通過接線腔的電纜外接裝置和接線腔壁上的通孔，連接在接線柱的一端；防爆電纜的另一端通過鋰電池組防爆柜外壁的電纜外接裝置和側壁的通孔，連接在接線柱的一端；電纜外接裝置和防爆電纜之間設置密封結構。
2.根據(jù)權利要求1中所述的用于I類和II類防爆環(huán)境的防爆電源裝置，其特征在于所述充電接觸器、熔斷器、鋰電池組依次串聯(lián)形成充電回路；所述鋰電池組、熔斷器、放電接觸器依次串聯(lián)形成放電回路；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過線束采集單體鋰電池的電壓、溫度數(shù)據(jù)，以及對充電不一致的單體電池實施均衡管理；數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過共用的數(shù)據(jù)通訊線以串行通訊的方式傳送給主控模塊；所述電流傳感器連接在鋰電池組的負極，檢測鋰電池組的電流，并將檢測結果傳送給主控模塊；所述主控模塊讀取來自電流傳感器、多組數(shù)據(jù)采集模塊的信息，并將這些信息顯示在顯示模塊上，若這些信息不符合預先設置的要求，將做出報警處理，主控模塊可檢測鋰電池組的總電流、總電壓、溫度參數(shù)，如果鋰電池組出現(xiàn)欠壓、過壓、高溫和過流故障，則通知充電接觸器/放電接觸器斷開充/放電回路，對整個鋰電池組實施保護；所述絕緣檢測模塊可以對供電系統(tǒng)進行漏電和觸電檢測。
3.根據(jù)權利要求1中所述的用于I類和II類防爆環(huán)境的防爆電源裝置，其特征在于所述防爆電源裝置具備防爆安全保護功能，能夠對每一個單體電池的電壓、工作電流、工作溫度、絕緣狀態(tài)、故障狀態(tài)進行實時監(jiān)控，可控制使用過程中出現(xiàn)的電流過大、電壓過高或過低、溫度過高等異常情況，切斷電路實施保護；可對單體電池出現(xiàn)異常進行警報；由充電接觸器、熔斷器、鋰電池組依次串聯(lián)形成充電回路，在檢測到電壓過高時可以切斷電路實施保護；由熔斷器、放電接觸器依次串聯(lián)形成放電回路在使用狀態(tài)異常時可以切斷電路實施保護；
4.根據(jù)權利要求1中所述的用于I類和II類防爆環(huán)境的防爆電源裝置，其特征在于 所述主控模塊、顯示模塊、多組數(shù)據(jù)采集模塊共用24V直流電壓；
5.根據(jù)權利要求1中所述的用于I類和II類防爆環(huán)境的防爆電源裝置，其特征在于所述主控模塊通過CAN通訊總線和整車控制器通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防爆電源裝置，它由防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組以及連接用防爆電纜和防爆柜組件構成。防爆電池管理系統(tǒng)外部是中間有隔板分開的兩個具有隔爆結構主腔和接線腔的金屬防爆柜，里面的主腔內放置有電器部件多組數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、顯示模塊、絕緣檢測模塊、熔斷器、電流傳感器、充電接觸器、放電接觸器，接線腔隔板上設置有多個接線柱。防爆鋰電池組也設置有由隔板分開的主腔和接線腔，鋰電池組放置在主腔內且有夾具安裝固定串聯(lián)連接，接線腔隔板上也設置有多個接線柱。電防爆電纜連接防爆電池管理系統(tǒng)和防爆鋰電池組，防爆電池管理系統(tǒng)對防爆鋰電池組的電流、電壓、溫度實施安全管理控制。本發(fā)明防爆電源裝置具備防爆安全保護功能，防爆鋰電池組出現(xiàn)欠壓、過壓、高溫和過流故障，則通知充電接觸器/放電接觸器斷開充/放電回路，對整個鋰電池組實施保護。
文檔編號H02H7/18GK102522791SQ20111041103
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者張偉 申請人:深圳市德塔電動汽車科技有限公司