矿用胶轮车铅酸蓄电池管理系统研究

发布时间：2020-06-04 21:35

【摘要】：能源开采与环境保护密不可分,摆脱对石油的单一依赖,重视新能源的发展才是长久之计。煤矿井下车辆致力于以新能源来改善动力源,但在使用过程中,蓄电池暴露出过充电、过放电、热失控等情况,从而导致其循环次数短、使用效率低等一系列问题,造成了较大的经济损失。由此可见,研究蓄电池的管理与控制系统,对蓄电池的运行状态提供实时检测和早期预报,使其能够合理的充放电,也让使用者及时了解到蓄电池的状态信息,以便合理健康的使用,降低或杜绝蓄电池事故发生率具有一定的研究价值和现实意义。本文以矿用胶轮车铅酸蓄电池为研究对象,在总结分析铅酸蓄电池的国内外研究现状的基础上,分析了矿用铅酸蓄电池的整车匹配问题,确定蓄电池额定电压与容量以及蓄电池研究参数和整车合理应用措施。通过对矿用铅酸蓄电池特性试验分析,从其内部电化学反应到充放电特性来寻找对容量及循环次数的主要影响因素,分析了不同特性参数是如何影响电池容量与循环次数,并进行电池管理系统的相关研究。重点研究了蓄电池荷电状态的估算,通过对常用估算方法的分析,主要应用BP神经网络算法对蓄电池荷电状态的估算建模、采样训练与仿真。结合车辆在煤矿井下应用的工况分析,对其管理与控制系统做出整体方案设计,以STM32F103C8T6为主控单元,设计了电压、电流与温度等采集模块,通过NRF24LE1内嵌2.4GHz GFSK收发器对从控单元之间、从控与主控单元间进行无线通讯,通过CAN总线与整车控制器、充电机进行通讯;在MDK-arm环境下进行相应模块的软件开发,尤其是蓄电池信息采集与荷电状态估算子程序、充电子程序、放电子程序及系统的人机交互界面设计。以矿用WJX-10FB胶轮车铅酸蓄电池为例,对矿用铅酸蓄电池管理系统进行了功能试验,试验结果表明,本文采用的荷电状态估算方法,可将误差控制在4%左右,不超行业要求5%;充电控制策略将电压误差可控在0.05V以内,充电电流与电压波动幅度有所减小。本文通过对矿用铅酸蓄电池管理与控制技术的研究,实现了蓄电池以更健康的方式运行,保持和提升其循环次数与综合使用效率,在一定程度上保证了矿用胶轮车更加安全可靠长久的运行,也为其他井下车型的类似设计提供参考,具有一定的工程应用和理论研究价值。
【图文】：

产品测试,蓄电池,铅酸蓄电池,电池

图 1.1 WJX-10FB 型胶轮车年的产品测试、应用过程中，逐渐暴露出该车使用过程中的故障是最主要的问题，并导致车辆交货期严重滞后、大量人损失超过 200 万元。发生故障如下：过度充电，且长期得不到很好的维护，使得蓄电池单体爆批 2 组电池装置使用约 10 个月，电池性能下降，只能全部更换电池后，改用专业化电池维护，使用寿命明显加长，但是组矿用铅酸蓄电池续航里程较短，坚持到 2 年更换蓄电池；池最初开始充电时耗水量较小，随着使用耗水量不断加大，高加水量超过 3000kg。过程表明，矿用铅酸蓄电池在充放电维护不到位的情况下，放电现象。过充将引起蓄电池耗水严重，导致电池高温、浪池着火等危险事故；过放将导致电池寿命急速下降，经统计

简单分布

1 绪论性能。在矿用胶轮车铅酸蓄电池中，除了对其荷电状态的监测，蓄电池的充放电性能池组及整车性能都影响巨大，，因此在对其管理中最重要的部分之一就是控制蓄电充放电电压及电流。快速充电桩或是高效率的充电设备作为电机车使用中必不可助设备，对蓄电池组或是整车都至关重要，但常常电机车厂家与电池及充电桩厂是同一生产商，因此这里面还存在整车与充电装置的匹配问题，若是能从蓄电池制单元直接对其充电电压及电流进行调节，便可有效解决匹配问题，更智能的调池组充电。国内外对于电池管理系统的研究均投入了巨大的人力物力，近些年煤车辆也开始投入对矿用蓄电池管理系统的研究开发当中，但由于行业特殊，所受素较多，研究人数相对较少，可供参考文献也非常少。BMS 简单分布式拓补结构所示。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912;TD634

【参考文献】