輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統，實現15組電池箱級聯充電過程均衡管理，以延長電池使用壽命。
【背景技術】
[0002]輪胎式集裝箱龍門起重機(簡稱“RTGC”)是集裝箱堆場裝卸作業(yè)的關鍵裝備，其靈活的裝卸特性深受用戶歡迎，但大量的燃油消耗和物料下降過程中的能量浪費一直成為這種設備急需解決的難題。
[0003]采用混合動力將是港口起重設備的主要研究方向之一，研究具有良好的工作穩(wěn)定性的混合動力，可通過快速充電和能量反饋技術提高RTGC的節(jié)能效果，既達到了節(jié)能，并且兼顧到起重設備轉場的靈活性，以及后續(xù)維護的便捷性，具有廣闊的市場空間及前景。輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統的研究源于電動汽車的技術，并且伴隨電動汽車技術的發(fā)展而發(fā)展，而電動汽車目前使用的電池，均是采用2到3組(一組均由12節(jié)鋰電池串聯構成的電池箱)電池箱級聯后為電動汽車提供驅動的電能。而輪胎式集裝箱龍門起重機由于起吊集裝箱，要求電機驅動力應該是電動汽車驅動力的幾倍，所以傳統的電動汽車電池管理系統已不能滿足輪胎式集裝箱龍門起重機電池管理系統的需求。
[0004]為此，本實用新型提出一種輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統，該系統可以將電池組進行15組級聯在一起，電池組總電壓可以達到576V，輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統還應具有過壓、欠壓、過流、電池過熱等保護功能，且通過電壓與對應剩余容量的對應關系，實時監(jiān)測電池剩余容量。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是，如何采用15組電池級聯方式獲得高電壓，并利主動或被動均衡方式，實現對180節(jié)電池充電過程均衡控制，對延長電池使用壽命具有重要的意義。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統，包括第一測量板、第二測量板、第三測量板、第四測量板、第五測量板、第六測量板、第七測量板、第八測量板、第九測量板、第十測量板、第十一測量板、第十二測量板、第十三測量板、第十四測量板、第十五測量板、主控板和電池綜合監(jiān)控系統；第一測量板、第二測量板、第三測量板、第四測量板、第五測量板、第六測量板、第七測量板、第Λ測量板、第九測量板、第十測量板、第十一測量板、第十二測量板、第十三測量板、第十四測量板和第十五測量板之間通過級聯方式連接在一起；主控板與第十五測量板通過級聯口連接在一起；主控板與電池綜合監(jiān)控系統通過CAN總線接口連接。
[0007]測量板包括測量板包括12節(jié)鋰電池串聯構成的電池組、供電隔離電路、IPA接口、IPB接口、第一以太網隔離變壓器、第二以太網隔離變壓器、主測量芯片、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第四溫度傳感器；12節(jié)鋰電池串聯構成的電池組與主測量芯片對應接口連接；第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第四溫度傳感器輸出端分別與與主測量芯片對應接口連接；第一以太網隔尚變壓器的輸出端與主測量芯片對應接口連接；第一以太網隔離變壓器的輸入端與IPA接口連接；第二以太網隔離變壓器的輸出端與主測量芯片對應接口連接；第二以太網隔離變壓器的輸入端與IPB接口連接；供電隔離電路的輸入端與12節(jié)鋰電池串聯構成的電池組連接，供電隔離電路的輸出端與主測量芯片的電源端連接。
[0008]主控板包括第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、鑰匙開關電路、CAN總線接□電路、以太網接□電路、時鐘電路、電源電路、主控板CPU、平衡指示燈電路、正常指示燈電路、第一繼電器輸出電路、第二繼電器輸出電路、SD卡存儲電路、液晶顯示電路、按鍵電路、看門狗電路；第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器的輸出端分別與主控板CPU的A/D端連接；鑰匙開關電路的輸出端與主控板CPU的I/O 口連接；CAN總線接口電路與主控板CPU的通信口連接；以太網接口電路與主控板CPU的通信口連接；時鐘電路的輸出口與主控板CPU的I/O 口連接；電源電路與主控板CPU的電源端連接；平衡指示燈電路、正常指示燈電路、第一繼電器輸出電路、第二繼電器輸出電路的輸入端分別與主控板CPU的I/O 口連接；SD卡存儲電路的輸入端與主控板CPU的I/O 口連接；液晶顯示電路的輸入端與主控板CPU的I/O 口連接；按鍵電路的輸出端與主控板CPU的I/O 口連接；看門狗電路的輸出端與主控板CPU的I/O 口連接。
[0009]電池綜合監(jiān)控系統包括PLC、電池管理系統軟件；電池管理系統軟件嵌入在PLC中；電池管理系統軟件包括電池狀態(tài)監(jiān)測、電池優(yōu)化控制、電池信息處理；電池狀態(tài)監(jiān)測包括電池電壓檢測、電池電流檢測、電池溫度檢測、電池電荷狀態(tài)估計、電池健康狀態(tài)估計；電池優(yōu)化控制包括電池均衡控制、電池充放電安全控制、溫度控制；電池信息處理包括歷史信息存儲與顯示、系統內部信息通信、系統與外部信息交互。
[0010]主測量芯片采用LTC6804-1 ;主測量芯片可以測量12節(jié)鋰電池單節(jié)電池電壓和12節(jié)電池總電壓，也可以測量12節(jié)鋰電池四點溫度；第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第四溫度傳感器均為熱敏電阻；第一以太網隔離變壓器、第二以太網隔離變壓器均采用HR601860 ;單節(jié)鋰電池電壓為3.2V。
[0011]第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器均采用霍爾電流傳感器ACS770LCB-050B ;時鐘電路采用DS1302 ；CAN總線接口電路采用CTM8251T ;看門狗電路采用TPL5010 ;主控板CPU采用PIC18F66K80⑵；電源電路采用220VAC輸入12VDC輸出的開關電源再經降壓后輸出5VDC和3.3VDC，為主控板提供工作電源。
[0012]電池均衡控制包括主動均衡控制和被動均衡控制；主動均衡控制方案是:每個單體對應的電路子結構形如Buck-Boost電路，當系統檢測到第i個單體電壓高于平均電壓時，就控制其對應的開關導通，則此單體放電，放出的能量存儲于與單體并聯的儲能元件中；開關斷開后，i中的電能會充入i+l，i+2…n(n為總單體數目)，還有一部分電能會存儲于電容中，由于處于續(xù)流回路，電流會對當電容電壓達到預設最高值時控制導通，這樣i中的能量又轉移回到i中，端電壓下降，當電容電壓低于預設的最低值時控制斷開，i中的能量即可回饋到電池組；被動均衡控制方案是:由開關管控制功率電阻放電，電池均衡速度快；電池充放電均衡控制過程，測量板負責單節(jié)電池的管理，實時監(jiān)視每節(jié)電池的電壓，并且在收到主控板的通信信號后對電池電壓進行均衡，測量板與主控板之間采用IPA總線通訊，每當主控板要求數據時，測量板將采集回來的數據發(fā)回主控板，由主控板對數據進行分析和處理。
[0013]本實用新型的積極效果是:由于輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力在電池使用過程中存在雙向電流流向，即在使用過程中存在往復充放電現象，這樣給傳統的S0C計量方式計量帶來困難，因此，本實用新型利用3個獨立不同檔位的電流互感器，并借助電壓和剩余容量對應的曲線關系，解決了輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池在電流出現往復波動時電池剩余電量的計量問題；為了提高系統的維護性，將實時采集數據記錄在SD存儲卡上，進行工作狀態(tài)追蹤；還可以通過外部網絡進行遠程狀態(tài)診斷和維護。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1的輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統原理結構圖。
[0015]圖2為實施例1的測量板原理結構圖。
[0016]圖3為實施例1的主控板原理結構圖。
[0017]圖4為實施例1的電池綜合監(jiān)控系統原理框圖。
[0018]圖5為實施例1的電池主動均衡原理圖。
[0019]圖6為實施例1的電池被動均衡原理圖。
[0020]圖7為實施例1的供電隔離電路原理圖。
[0021]圖8為實施例1的LTC6804-1引腳接口圖。
[0022]圖9為實施例1的測量板電池均衡控制流程圖。
【具體實施方式】
[0023]如附圖1所示，一種輪胎式集裝箱龍門起重機混合動力電池管理系統，包括第一測量板、第二測量板、第三測量板、第四測量板、第五測量板、第六測量板、第七測量板、第八測量板、第九測量板、第十測量板、第十一測量板、第十二測量板、第十三測量板、第十四測量板、第十五測量板、主控板和電池綜合監(jiān)控系統；第一測量板、第二測量板、第三測量板、第四測量板、第五測量板、第六測量板、第七測量板、第Λ測量板、第九測量板、第十測量板、第十一測量板、第十二測量板、第十三測量板、第十四測量板和第十五測量板之間通過級聯方式連接在一起；主控板與第十五測量板通過級聯口連接在一起；主控板與電池綜合監(jiān)控系統通過CAN總線接口連接。
[0024]如附圖2所示，測量板包括測量板包括12節(jié)鋰電池串聯構成的電池組、供電隔離電路、IPA接口、IPB接口、第一以太網隔離變壓器、第二以太網隔離變壓器、主測量芯片、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第四溫度傳感器；12節(jié)鋰電池串聯構成的電池組與主測量芯片對應接口連接；第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、第四溫度傳感器輸出端分別與與主測量芯片對應接口連接；第一以太網隔離變壓器的輸出端與主測量芯片對應接口連接；第一以太網隔離變壓器的輸入端與IPA接口連接；第二以太網隔離變壓器的輸出端與主測量芯片對應接口連接；第二以太網隔離變壓器的輸入端與IPB接口連接；供電隔離電路的輸入端與12節(jié)鋰電池串聯構成的電池組連接，供電隔離電路的輸出端與主測量芯片的電源端連接。
[0025]如附圖3所示，主控板包括第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、鑰匙開關電路、CAN總線接口電路、以太網接口電路、時鐘電路、電源電路、主控板CPU、平衡指示燈電路、正常指示燈電路、第一繼電器輸出電路、第二繼電器輸出電路、SD卡存儲電路、液晶顯示電路、按鍵電路、看門狗電路；第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器的輸出端分別與主控板CPU的A/D端連