一种用于防爆搬运车的动力系统的制作方法

1.本发明属于动力系统领域，涉及一种用于防爆搬运车的动力系统。


背景技术：

2.舰船用的防爆搬运车需要在海上船舶使用，需要克服海上的众多不利因素。同时，在实际使用过程中，现有搬运车低温充电困难、续航时间短，电池组数据采集、均衡管理效果差以及控制策略不当等问题，急需解决。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于防爆搬运车的动力系统，以解决现有搬运车低温充电困难、续航时间短，电池组数据采集、均衡管理效果差以及控制策略不当等问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于防爆搬运车的动力系统，该系统包括央控制隔爆箱、电池加热模块、dc220v直流电源、防爆电池组、防爆电机驱动器、防爆显示器和充电机；
5.中央控制隔爆箱采用hwbms-001，连接电池加热模块、dc220v直流电源、防爆电池组、防爆电机驱动器、防爆显示器和充电机，用于完成电池组状态监测、上下电动作决策执行、及系统自检；
6.电池加热模块采用dc220v供电，连接防爆电池组，用于为电池加热；
7.防爆电池组包括电池组1和电池组2，每个电池组采用16块电芯串联的方式，用于为搬运车提供动力；
8.电机驱动器的输入电压为dc36-48v，最大电流为150a，用于驱动电机；
9.防爆显示器采用dc12v电源接口，rs485通信接口；
10.充电机用于为防爆电池组充电，输入ac220v，输出dc48v；
11.该系统的工作流程包括：
12.s1、通过旋转搬运车上的旋钮开关进行系统上电，若上电正常，显示器电源指示灯为绿色；
13.s2、系统正常上电后，系统进行整车状态参数自检，自检完成后，显示器显示电池组的状态信息；
14.s3、旋转电机启动/停止按钮，电机供电正常，通过车体手动档杆进行前进/后退以及调速控制，显示器实时查看电池组状态参数；
15.s4、插入充电枪，主显示器显示电池组充电状态，系统默认电池组1优先充电，显示器显示电池组1处于充电状态，电池电量达到预设状态时，系统自动切换至电池组2进行充电；
16.s5、拔掉充电枪，系统默认电池组2优先放电，显示器显示电池组2处于放电状态，电池电量达到预设状态时，切换至电池组1进行放电；
17.s6、在双电池组均处于亏点状态时，放电接触器均处于断开状态，旋转搬运车上的
应急开回家旋钮开关，系统强行闭合电池组为电机控制器供电，主显示器显示电池健康状态严重警告信息。
18.进一步地，中央控制隔爆箱包括箱体、bms、dc12v直流电源、霍尔电流传感器、接触器、继电器和功率电阻，中央控制隔爆箱具有母线电压输入输出接口、电芯温度电压采集接口、显示器通信接口及负载供电接口。
19.进一步地，中央控制隔爆箱的箱体和箱盖分别采用厚12mm和8mm的低合金钢板焊接成型，箱体和箱盖采用螺栓紧密连接；中央控制隔爆箱进出线采用防爆填料函，填料函安装在箱体左右两侧，左右两侧箱体底部留有安装孔位，方便设备与支架安装；设备铭牌置于箱盖上，材料为黄铜。
20.进一步地，bms由1个电池主控单元bcu和2个电池前端采集管理单元bmu1和bmu2组成，dc12v直流电源、bcu安装在箱体内，bmu安装在箱体侧面。
21.进一步地，bmu1对应电池组1，bmu2对应电池组2，bmu完成各自对应的电池组中单体电池电压、温度检测，soc、soh计算，通过内部通信总线将检测和计算数据上报至bcu，bcu检测外部应急开回家信号，按照自身检测结果以及bmu上传的电池温度、电压数据，对系统工况进行状态评估，进行综合管理、调度和充放电管理。
22.进一步地，bcu选用st公司的stm32f105rbt6，bmu的主控芯片选用nxp公司的mpc5744p数字信号处理芯片。
23.进一步地，soc计算需要对电池进行电化学模型建模，建立仿真电池包内部结构物理和电学模型；根据固相物质守恒与电荷守恒、电解液液相物质守恒与电荷守恒、电极反应动力学等物理原则构建电池状态的偏微分方程，对该方程进行求解，并采用无极卡尔曼滤波算法求解方程组，最终得到正负极固相、电解液液相中各自的锂离子浓度，即为soc；在soc计算时，根据当前电池组内的最高最低电量电芯进行soc计算，综合平均后得到整包的soc。
24.进一步地，soh计算时，基于bmu实时采集的电池数据，结合电池电化学模型，对影响电池性能的老化参数进行参数敏感性分析，通过这些电化学老化参数得到电池的容量，健康状态信息，即为soh。
25.进一步地，bms软件包括bmu软件、bcu软件和显示软件；bmu软件包括数据采集、状态评估、均衡管理、充电机状态检测、故障处理、自检、数据交互软件，bcu软件包括外设控制、自检、数据存储、数据处理、报警故障判定、数据交互软件，显示软件包括电池组信息显示界面、系统自检显示界面和故障显示界面；bcu控制软件通过can连接bmu1软件和bmu2软件，通过rs485连接显示软件；bmu1软件获得电池组1母线电压、电流，电池组1单体电压、温度以及充电机信号，bmu2软件获得电池组2母线电压、电流，电池组2单体电压、温度以及充电机信号。
26.进一步地，中央控制隔爆箱的箱体采用铝材料进行了板材全焊接处理，对印制件进行了三防处理，连接器接线端做灌封处理，整体为密封设计防止水汽和盐雾进入箱内；采用高强度金属材料，结构设计避免应力集中，以抵抗船体结构传递来的冲击力；机箱外表面涂耐腐蚀防护漆。
27.本发明提供一种用于防爆搬运车的动力系统，本发明有效解决了现有搬运车低温充电困难、续航时间短，电池组数据采集、均衡管理效果差以及控制策略不当等问题，做到
了先进可靠、风险可控、经久耐用。
附图说明
28.图1为本发明的用于防爆搬运车的动力系统框图；
29.图2为本发明的中央控制隔爆箱整体示意图；
30.图3为本发明的中央控制隔爆箱爆炸图；
31.图4为本发明的bms框图；
32.图5为本发明的bms软件框图；
33.图6为本发明的bms信号连接图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
35.本发明针对军用特殊环境下设备的环境适应性、电磁兼容适应性、电源适应性进行了优化设计，实现了先进可靠，经久耐用。
36.整车动力系统包括1套中央控制隔爆箱、2套电池加热模块、1套dc220v直流电源、2套防爆电池组、1套防爆电机驱动器、1套防爆显示器、1套充电机、防爆填料函及线束，如图1所示。
37.其中，
38.中央控制隔爆箱采用hwbms-001，连接电池加热模块、dc220v直流电源、防爆电池组、防爆电机驱动器、防爆显示器和充电机，用于完成电池组状态监测、上下电动作决策执行、系统自检等功能；
39.电池加热模块采用dc220v供电，连接防爆电池组，用于为电池加热；
40.防爆电池组包括电池组1和电池组2，每个电池组采用16块电芯串联的方式，用于为搬运车提供动力；
41.电机驱动器的输入电压为dc36-48v，最大电流为150a；
42.防爆显示器采用dc12v电源接口，rs485通信接口；
43.充电机用于为防爆电池组充电，输入ac220v，输出dc48v。
44.本发明的动力系统设计如下：
45.供电功能：通过电池组1或2向电机、电池组管理系统防爆接线箱、显示器等设备供电。
46.电池组管理系统功能：
47.放电管理：在电池组放电过程中过压、欠压、过流、短路、过温保护，电池组之间能够自动切换；
48.充电管理：实现电池组充电过程中职能管理，具有充电枪状态自动检测、充电保护和电压均衡功能；
49.监测显示：实时检测电池组母线电压、母线电流、单体电池电压、单体电池温度、环境温度、电池组与车体绝缘电阻等参数，并通过防爆显示器进行显示；
50.电池剩余电量估算：通过单体电池电压、电流、单体电池温度等参数实时估算电池
剩余电量；
51.电池监控状态评估：通过单体电池电压、电流、单体电池温度等参数实时评估电池监控状态；
52.故障诊断报警及自动保护：具有电池故障诊断、报警及自动保护功能；
53.系统自检：系统上电后实现自检；
54.数据记录存储：支持运行数据、故障数据、历史事件数据记录，存储事件不少于6个月；
55.应急回家：车辆因电量低无法启动车辆情况下，拨动应急开回家开关可强行启动车辆。
56.电池系统功能：当环境温度偏低时，用户可收到你个接通加热膜开关，通过加热膜对电池组进行加热。
57.动力系统工作流程为：
58.s1、通过旋转搬运车上的旋钮开关进行系统上电，若上电正常，显示器电源指示灯为绿色；
59.s2、系统正常上电后，系统进行整车状态参数自检，自检完成后，显示器显示电池组的状态信息；
60.s3、旋转电机启动/停止按钮，电机供电正常，通过车体手动档杆进行前进/后退以及调速控制，显示器实时查看电池组状态参数；
61.s4、插入充电枪，主显示器显示电池组充电状态，系统默认电池组1优先充电，显示器显示电池组1处于充电状态，电池电量达到预设状态时，系统自动切换至电池组2进行充电；
62.s5、拔掉充电枪，系统默认电池组2优先放电，显示器显示电池组2处于放电状态，电池电量达到预设状态时，切换至电池组1进行放电；
63.s6、在双电池组均处于亏点状态时，放电接触器均处于断开状态，旋转搬运车上的应急开回家旋钮开关，系统强行闭合电池组为电机控制器供电，主显示器显示电池健康状态严重警告信息。
64.中央控制隔爆箱设计
65.中央控制隔爆箱包括箱体、bms、dc12v直流电源、霍尔电流传感器、接触器、继电器和功率电阻。bms由1个电池主控单元bcu和2个电池前端采集管理单元bmu组成。中央控制隔爆箱具有母线电压输入输出接口、电芯温度电压采集接口、显示器通信接口及负载供电接口。
66.中央控制隔爆箱的箱体和箱盖分别采用厚12mm和8mm的低合金钢板(q345c)焊接成型，箱体和箱盖采用螺栓紧密连接。中央控制隔爆箱进出线采用防爆填料函，填料函安装在箱体左右两侧，左右两侧箱体底部留有安装孔位，方便设备与支架安装。设备铭牌置于箱盖上，材料为黄铜。箱体整体的长*宽*厚为392*212*160mm，如图2所示。
67.如图3所示，dc12v直流电源、bcu安装在箱体内，bmu安装在箱体侧面。中央控制隔爆箱的bms设计包括bcu设计、bmu设计和dc电源设计，其中，bmu面向前端电池单元采集电池温度与电压，bcu作为决策层与执行层控制整车充放电流程与现实，dc电源用于为bms供电。
68.如图4所示，本系统采用两级分布式硬件平台架构，bms包括1个bcu主板和2个bmu
从板。bmu1对应电池组1，bmu2对应电池组2，bmu完成各自对应的电池组中单体电池电压、温度检测，soc、soh计算，通过内部通信总线将检测和计算数据上报至bcu，bcu检测外部应急开回家等无源信号，按照自身检测结果以及bmu上传的电池温度、电压数据，对系统工况进行状态评估，进行综合管理、调度和充放电管理。bcu选用st公司的stm32f105rbt6。bmu的主控芯片选用nxp公司的mpc5744p数字信号处理芯片。
69.soc计算需要对电池进行电化学模型建模，建立仿真电池包内部结构物理和电学模型。根据固相物质守恒与电荷守恒、电解液液相物质守恒与电荷守恒、电极反应动力学等物理原则构建电池状态的偏微分方程，对该方程进行求解，并采用无极卡尔曼滤波算法求解方程组，最终得到正负极固相、电解液液相中各自的锂离子浓度，即为soc。在实际应用过程中，soc计算时，根据当前电池组内的最高最低电量电芯进行soc计算，综合平均后得到整包的soc。
70.soh计算时，基于bmu实时采集的电池数据，结合电池电化学模型，对影响电池性能的老化参数进行参数敏感性分析，通过这些电化学老化参数得到电池的容量，健康状态信息，即为soh。在实际应用过程中，soh计算需要根据各个参数对电池老化的敏感度进行综合考虑。
71.如图5、6所示，bms软件包括bmu软件、bcu软件和显示软件。bmu软件包括数据采集、状态评估、均衡管理、充电机状态检测、故障处理、自检、数据交互等软件，bcu软件包括外设控制、自检、数据存储、数据处理、报警故障判定、数据交互等软件，显示软件包括电池组信息显示界面、系统自检显示界面和故障显示界面。
72.bcu控制软件通过can连接bmu1软件和bmu2软件，通过rs485连接显示软件。bmu1软件获得电池组1母线电压、电流，电池组1单体电压、温度以及充电机信号，bmu2软件获得电池组2母线电压、电流，电池组2单体电压、温度以及充电机信号。
73.本发明的系统对机箱主体采用铝材料进行了板材全焊接处理，对印制件进行了三防处理，连接器接线端做灌封处理，整体为密封设计防止水汽和盐雾进入箱内。
74.本发明采用高强度金属材料，结构设计避免应力集中，以抵抗船体结构传递来的冲击力。
75.本发明机箱外表面涂耐腐蚀防护漆，选针式内连接器以适应震动和冲击要求。
76.本发明有效解决了现有搬运车低温充电困难、续航时间短，电池组数据采集、均衡管理效果差以及控制策略不当等问题，做到了先进可靠、风险可控、经久耐用。
77.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，该系统包括中央控制隔爆箱、电池加热模块、dc220v直流电源、防爆电池组、防爆电机驱动器、防爆显示器和充电机；中央控制隔爆箱采用hwbms-001，连接电池加热模块、dc220v直流电源、防爆电池组、防爆电机驱动器、防爆显示器和充电机，用于完成电池组状态监测、上下电动作决策执行、及系统自检；电池加热模块采用dc220v供电，连接防爆电池组，用于为电池加热；防爆电池组包括电池组1和电池组2，每个电池组采用16块电芯串联的方式，用于为搬运车提供动力；电机驱动器的输入电压为dc36-48v，最大电流为150a，用于驱动电机；防爆显示器采用dc12v电源接口，rs485通信接口；充电机用于为防爆电池组充电，输入ac220v，输出dc48v；该系统的工作流程包括：s1、通过旋转搬运车上的旋钮开关进行系统上电，若上电正常，显示器电源指示灯为绿色；s2、系统正常上电后，系统进行整车状态参数自检，自检完成后，显示器显示电池组的状态信息；s3、旋转电机启动/停止按钮，电机供电正常，通过车体手动档杆进行前进/后退以及调速控制，显示器实时查看电池组状态参数；s4、插入充电枪，主显示器显示电池组充电状态，系统默认电池组1优先充电，显示器显示电池组1处于充电状态，电池电量达到预设状态时，系统自动切换至电池组2进行充电；s5、拔掉充电枪，系统默认电池组2优先放电，显示器显示电池组2处于放电状态，电池电量达到预设状态时，切换至电池组1进行放电；s6、在双电池组均处于亏点状态时，放电接触器均处于断开状态，旋转搬运车上的应急开回家旋钮开关，系统强行闭合电池组为电机控制器供电，主显示器显示电池健康状态严重警告信息。2.如权利要求1所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，中央控制隔爆箱包括箱体、bms、dc12v直流电源、霍尔电流传感器、接触器、继电器和功率电阻，中央控制隔爆箱具有母线电压输入输出接口、电芯温度电压采集接口、显示器通信接口及负载供电接口。3.如权利要求2所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，中央控制隔爆箱的箱体和箱盖分别采用厚12mm和8mm的低合金钢板焊接成型，箱体和箱盖采用螺栓紧密连接；中央控制隔爆箱进出线采用防爆填料函，填料函安装在箱体左右两侧，左右两侧箱体底部留有安装孔位，方便设备与支架安装；设备铭牌置于箱盖上，材料为黄铜。4.如权利要求2所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，bms由1个电池主控单元bcu和2个电池前端采集管理单元bmu1和bmu2组成，dc12v直流电源、bcu安装在箱体内，bmu安装在箱体侧面。5.如权利要求4所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，bmu1对应电池组1，bmu2对应电池组2，bmu完成各自对应的电池组中单体电池电压、温度检测，soc、soh计算，通过内部通信总线将检测和计算数据上报至bcu，bcu检测外部应急开回家信号，按照自身检测结果以及bmu上传的电池温度、电压数据，对系统工况进行状态评估，进行综合管理、调度
和充放电管理。6.如权利要求5所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，bcu选用st公司的stm32f105rbt6，bmu的主控芯片选用nxp公司的mpc5744p数字信号处理芯片。7.如权利要求5所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，soc计算需要对电池进行电化学模型建模，建立仿真电池包内部结构物理和电学模型；根据固相物质守恒与电荷守恒、电解液液相物质守恒与电荷守恒、电极反应动力学等物理原则构建电池状态的偏微分方程，对该方程进行求解，并采用无极卡尔曼滤波算法求解方程组，最终得到正负极固相、电解液液相中各自的锂离子浓度，即为soc；在soc计算时，根据当前电池组内的最高最低电量电芯进行soc计算，综合平均后得到整包的soc。8.如权利要求5所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，soh计算时，基于bmu实时采集的电池数据，结合电池电化学模型，对影响电池性能的老化参数进行参数敏感性分析，通过这些电化学老化参数得到电池的容量，健康状态信息，即为soh。9.如权利要求5所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，bms软件包括bmu软件、bcu软件和显示软件；bmu软件包括数据采集、状态评估、均衡管理、充电机状态检测、故障处理、自检、数据交互软件，bcu软件包括外设控制、自检、数据存储、数据处理、报警故障判定、数据交互软件，显示软件包括电池组信息显示界面、系统自检显示界面和故障显示界面；bcu控制软件通过can连接bmu1软件和bmu2软件，通过rs485连接显示软件；bmu1软件获得电池组1母线电压、电流，电池组1单体电压、温度以及充电机信号，bmu2软件获得电池组2母线电压、电流，电池组2单体电压、温度以及充电机信号。10.如权利要求1所述的用于防爆搬运车的动力系统，其特征在于，中央控制隔爆箱的箱体采用铝材料进行了板材全焊接处理，对印制件进行了三防处理，连接器接线端做灌封处理，整体为密封设计防止水汽和盐雾进入箱内；采用高强度金属材料，结构设计避免应力集中，以抵抗船体结构传递来的冲击力；机箱外表面涂耐腐蚀防护漆。

技术总结
本发明涉及一种用于防爆搬运车的动力系统，属于动力系统设计领域。本发明的系统包括央控制隔爆箱、电池加热模块、DC220V直流电源、防爆电池组、防爆电机驱动器、防爆显示器和充电机。本发明有效解决了现有搬运车低温充电困难、续航时间短，电池组数据采集、均衡管理效果差以及控制策略不当等问题，做到了先进可靠、风险可控、经久耐用。经久耐用。经久耐用。


技术研发人员：郭奎 赵珍强 张志强 张新福 黄海波 李周清 阎炼 王琦 杜昊 周捷
受保护的技术使用者：中国人民解放军92942部队
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/7/4