锂电池组充放电管理系统的研究

锂电池组充放电管理系统的研究

1.轮胎吊柴油车轮悬臂能源混合系统是一种基于胎盘悬挂的节能系统。在满足胎盘动力的正常运行的基础上，应尽可能减少驱动机的损失。通过在轮胎吊动力系统中增设锂电池组作为能量存储单元和控制单元，将原有的大型柴油发电机组更换为小型发电机组。这样在轮胎吊运行时，轮胎吊驱动装置由锂电池组提供能量，在下降动作中，起升电机借助锂电池组控制单元，将集装箱下降时释放能量给锂电池组充电。整个设计系统中，小型柴油发电机仅负责为锂电池组充电，在锂电池组满电之后，小型柴油发动机自动停止运行，从而减少轮胎吊柴油消耗量。可见，锂电池组作为轮胎吊的主要能量供应装置，必须要保证锂电池组容量满足驱动运行标准以及电池组使用安全，这就需要做好锂电池管理系统设计工作。2.电池管理系统能监测充放电状态为了能够实现轮胎吊节能减排的设计目标，锂电池管理系统必须要能够满足以下几点要求：(1）管理系统要能够实时监控锂电池的运行状态，通过采集数据、分析数据、处理数据，实现SOC估算、故障定位分析、充放电控制、数据存储等功能，所采集的数据信息可以直接在触摸液晶管理器中呈现。(2）管理系统可以精准估算锂电池组负荷状态，确保电池余量在允许范围内，防止锂电池组过量充电、过量放电损害电池。显示界面可以直接呈现出可视化电池电量、荷电状态。(3）管理系统可以对电池各类负荷条件充电状态进行计算、对比、记忆、报告，充电状态SOC控制误差在±1.5%以内。(4）管理系统实时监控电池组运行状态，电池组在充放电当中，可以实时采集单体电池的运行温度与电压、电池组总电压、充放电流，避免电池组或单体电池过充、放电等问题。(5）管理系统时刻呈现出电池的使用情况，找出存在故障的电池，并自动平衡、修复电池组，确保电池组运行效率与可靠性。如果电池组或单体电池产生(6）严重故障情况，系统会自动切断电池模块并发出警报。(7）管理系统系显示界面时刻呈现电池电压、作业温度、环境温度、环境湿度，工作人员可以在操作界面数据库模块中查找历史数据。(8）电池管理系统自带平衡功能，实现模板中单体电池平衡，保证充电的均衡性，确保每个单体电池都处于均匀一致状态。(9）如果系统检查出电池存在虚冲情况，系统会自动判定、排除，保证锂电池能够正常充电。(10）系统会自动建立每个单体电池的运行档案，离线对采集数据进行分析。3.电池管理系统的设计3.1放电深度dod控制整个电池组采用日本东芝原装进口电池，电池组设计使用寿命为10年左右。电池的放电深度（DOD）控制通常不高于电池组总容量的50%范围内，电池寿命要求可满足年均8万TEU。电池具有强大的充、放电能力，在低温状态下性能稳定，放电能力良好；有快速充电性能，在6分钟内充电至80%。3.2实时监控和实时预报整个电池管理系统中，主要的功能包括：电池信息实时监控、SOC估算、故障分析、数据处理、数据传输、温度监控、充放电控制、数据存储等，同时带有触摸液晶管理器。本改造项目采用东芝的管理系统，该系统可以估算电池组荷电状态，根据剩余电量控制电池组SOC保持在合理范围内，避免过充、放电等问题降低电池寿命，实时预报整个混合动力轮胎吊剩余电能、电池负荷。系统可以采集单体电池运行参数，实现单独控制和管理，对可能出现故障的单体电池进行自平衡、自我修复，提高整个系统运行的可靠性。RTG锂电池混合动力系统可以保持混动系统正常运行，对故障进行判断和分析，系统中融合了监控程序软件，实现实时监控、实时预报功能。在显示界面直接呈现出电池供电系统状态信号、故障信号。记录电池充电、放电、异常情况，控制SOC、SOH。3.3电池房、电气房本改造工程均选用日本安川进口品牌的电器元器件，每个设备中都配有中文标识。该公司的电池组整流、逆变单元在港口起重机领域应用十分广泛，技术也非常成熟。在电池组控制单元控制柜设计当中，要重点考虑隔热层设计、散热空间设计，满足轮胎吊的使用要求。电池房、电器房要做好接地工作，设计中采用了35平方接地线连接。系统所有电缆均采用防护敷设、管道敷设形式，不会直接暴露在露天环境中，电气房、电池房中的电池柜与内控柜连接，箱梁内部采用先绑固定，鞍梁外使用线槽固定，鞍梁外出现口预留出充足防磨损、割伤措施，还可以避免阳光长期暴晒、雨水侵蚀。所有线缆都采用统一标号，按照规范标准进行排布，扎线带固定电缆的情况，钢扎带占据35%，线路中有不低于10%比例的备用线，连接好接线端子并设置备用标识。数据通讯数据线中要有屏蔽线，并进行接地设计，同一设备中采用同型号通讯线缆，还备用一条线缆，线路设计要与动力线缆保持一定间隔。3.4电池房及照明设施在锂电池房内集成电池组、管理系统、控制单元、整流逆变单元等。电池房设计当中要考虑有充足散热空间、冷却风道、隔热层，根据电池房实际运行情况安装足够容量的空调设施，冷却设计性能要求在夏季高温直射条件下依然维持在25℃以内，如果电池房温度超出了预定标准时，会自动启动警报系统提醒司机。在电气房侧专门加装平台上设置电池房，根据国家提出的电池房制作标准，电池房的防护等级不低于IP55级。电池房材料选择防尘、防风雨、阻燃保温材料，并配别隔振措施。采用密封门，有完善的门锁和坚固的把手，材料为304不锈钢。电池房照度为200-300LUX，采用飞利浦LED照明灯具，为了保持电池房环境安装，在电池房内设置了温感器、烟感器，如果发现高温、浓烟系统会自动报警。电池房内采用开放式单排布置控制柜，电池接线柱侧装有绝缘隔离板，通道在600mm以上。设计中为了确保后期运维便捷性，预留出了足够保养、检修的空间。电池房内至少设置3个供测试仪器或者照明单相、三相电源国标插座，为了保证室内湿度达到标准，还设置了防冷凝、防潮加热器，同时配备应急灯具。电池房内的故障显示器，可供工作人员快速查看电池故障情况和历史数据，实时呈现电池组、单体电池的电压、电流等状态。4.系统控制功能综上所述，本文通过实际项目案例对锂电池管理系统展开了研究，提出了实时监控、主动均衡的BMS设计方案，管理系统可以同时兼顾电池均匀性、使用便捷性，同时实现了电池