矿用电机车电池管理系统研究与设计

发布时间：2020-10-21 18:51

　　 矿用电机车作为煤炭生产的主要辅助运输设备,承担着人员、设备的运输任务,它的运行性能影响着煤矿的产能和经济效益。蓄电池式电机车的动力来源为蓄电池组,铅酸电池具有安全性高、技术成熟、成本低等优点,作为动力装置在蓄电池式电机车中应用普遍,但铅酸电池在使用中存在循环寿命短、充电效率低等问题。因此,在电机车工作过程中需要引入电池管理技术来克服蓄电池自身的不足,这对提高电机车运行的安全性和经济效益具有十分重要的意义。论文以蓄电池电机车的蓄电池组为研究对象,首先对蓄电池工作机理、矿用电机车运行工况的动力需求进行了深入分析,在此基础上设计了新的电池组充电电路拓扑和充放电控制策略。电池组充电过程分为串联恒流阶段和并联恒压阶段,根据单体电池的电荷量,通过开关器件改变电池组的充电结构,在充电过程中电池单体间能量能实现自均衡,并在SOC估算方法上考虑了电池温度的影响,使用安时积分法和开路电压法相结合的估算方法对蓄电池进行SOC估算。考虑到蓄电池充放电电流对蓄电池的影响,论文采用了双向DC-DC功率变换电路对蓄电池组充放电进行控制,设计了基于PI控制的蓄电池组充放电控制器,蓄电池组充电过程中,电流闭环控制实现恒流充电,电压外环电流内环双闭环控制实现恒压充电;蓄电池组放电过程中,使用双闭环实现电池组放电电压的稳定,并对放电电流进行限制。在Matlab环境下建立了蓄电池组充放电的仿真模型,仿真结果验证了电池组结构和控制策略的正确性和可行性。最后,完成了电池管理系统测试平台的设计,包含硬件电路设计和软件设计,并分别进行了电池单体电压测试、电流测试、充电均衡测试和电池组放电测试。测试结果表明所设计的矿用电机车电池管理系统能使蓄电池组在充电过程中具有较好的均衡性,并在蓄电池组放电过程中有效缓解蓄电池的放电电流。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TD634
【部分图文】：

矿用电机车实物图

图 1.2 矿用电机车蓄电池箱体理学家普兰特发明了铅酸电池，铅酸电池在中国和安全性好的优点，在交通、电力、通讯、军事的应用[9]。目前，大部分矿用电机车仍然采用铅于便携式小型电子设备，随着电池技术的进步，成功。在《矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术安全性控制和生产工艺中还存在诸多问题，电池矿用电机车长时间大电流放电的要求，在电机的发展前景。铅酸电池与锂电池的性能参数如表表 1.2 储能元件参数数 铅酸电池 锂电池Wh/kg) 30 200 60 130Wh/kg) 100 170 200命/次 0 500 600 2000

指电池容量低于额定容量的 80%且不能恢复时，其充寿命决定了蓄电池的循环寿命，影响蓄电池循环寿电池使用寿命影响很大，由于蓄电池的正极活性物质程中，PbO2转换为 PbSO4；充电过程中，PbSO4转化4小，蓄电池在进行充放电过程中，活性物质不断地进互结合就变得越来越松散，极易脱落。蓄电池在大电较大，大尺寸的 PbSO4在充电时不容易被还原，迫使影响蓄电池的寿命[40,41]。池循环寿命的关系，如图 2.9 所示，25%放电深度时；100%放电深度，电池的循环寿命最高可达 200 次环寿命越短，若要延长蓄电池循环寿命，在使用中在一个合理的放电深度[43]。
【参考文献】

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本文编号：2850472