井下锂电池应急后备电源的研制

研制了高性能、高可靠性的井下大容量锂电池应急后备电源。设计了该电源中的隔离稳压电路、本安处理电路、恒流/恒压充电电路和电池管理系统。实验样机的实验结果表明,井下大容量应急后备电源能够满足用电设备的供电要求。     

防爆电动车锂电池管理系统设计

根据GB 3836—2010系列标准和《矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求(试行)》的相关要求,设计了一种防爆电动车锂电池管理系统。该系统以STM32F105VCT7主控制器、LTC6804-2电池管理芯片为核心,基于RT-Thread实时操作系统设计,采用电池被动均衡策略来均衡电池电压。测试结果表明,采用该系统前后,12串锂电池之间的最大压差分别为0.237,0.025V,电池电压均衡效果明显。     

电动汽车锂电池组主动均衡的研究

目前,锂电池组已广泛应用于电动汽车领域,为了延长锂电池组的使用寿命及确保其安全性,需要设计简单有效的均衡方法来减小单体电池间的不一致性,从而保障电动汽车的性能和安全。针对被动均衡方式效率低、发热大、耗电多的不足,研究了锂电池组主动均衡控制方法,该方法采用了双向多变压器均衡电路,由MOS管进行开关控制,实现电池模块中任意单体的双向均衡。并对该均衡方案在LTspice IV上进行了仿真实验验证,结果表明该均衡方案均衡效果良好,达到了设计要求。     

本安电源过压、过流保护次序选择研究

过压-过流保护和过流-过压保护是本安电源过压、过流保护次序的2种形式,为研究不同的保护次序形式对本安电源安全性能的影响,建立了本安电源火花放电等效模型,确定了影响保护次序选择的本质安全性能因素。在发生过压、过流或同时发生过压与过流3种情况下,分别比较研究了2种保护次序的保护电路的性能,研究结果表明,在本安电源的设计中,过压、过流保护次序的选择并不是随机任意的,而是有原则可循的:过压保护电路的类型决定了本安电源过压、过流保护次序的选择,在设计中,首先要判断过压保护电路的类型,如果过压保护电路的类型是短路型,本安电源保护电路应设计成过流-过压的保护次序,否则应设计成过压-过流保护次序,过压-过流保护次序的保护电路截止关断时间更短,其保护效果更好,本安电源的安全性能更高。     

“防爆安全技术”讲座 第8讲 本安仪表设计准则

1本安仪表基本设计要求 本安仪表的设计主要包括电路和结构设计,这是实现仪表本安防爆性能不可分割的两个方面.本安仪表应满足三个基本要求:     

煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱的本安设计

针对煤矿井下采掘设备防爆兼本安型电气控制箱内本安电路与非本安电路并存、非本安电路的能量可能会窜入本安电路而影响本安电路防爆及本安性能的问题,从结构设计和电气隔离两方面介绍了煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱的本安设计方法,给出了电气间隙、爬电距离、绝缘及耐压、接线端子、本安布线、电源变压器、本安隔离栅印制板等结构布置方法以及RS485通信隔离电路、模拟量隔离电路、压频变换电路、电阻信号隔离电路、开关量隔离电路、继电器隔离电路等电气隔离措施。应用表明,采用该方法设计的煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱安全可靠,维护简便,能够满足煤矿井下的防爆要求。     

纯电动汽车电池管理系统的研究与设计

纯电动汽车发展的关键是锂电池组的管理与应用技术的开发。对纯电动汽车的电池管理系统进行了研究,完成了主、分控制器的模块化设计和硬件系统设计。针对分控制器模块,在外围电路中使用了多片AD7280A菊花链型链接,减少了隔离器的数量,简化了电路。通过对电池管理系统的有效管理和控制,电池组的安全性能及使用寿命得以提升,运行成本得到了控制,促进了电动汽车行业的发展。     

车载动力锂电池组主动均衡系统设计

锂电池单体的不一致性通常会导致电池组寿命下降,甚至影响电池安全性能,因此锂电池组均衡系统十分重要。通过对现有均衡技术的分析,设计了一种能量双向转移型的车载动力锂电池组主动均衡系统。详细分析了该方案的设计原理,并通过实验对所提出的均衡电路进行了分析与论证。结果表明,该方案结构简单,均衡效率高,能有效地提高锂电池单体的一致性,提升了锂电池组的使用效率。     

煤矿井下软启动器本安先导电路的改进设计

介绍了本安先导电路的原理和设计原则,阐述了采用继电器隔离方法设计的本安先导电路的基本原理,指出了该本安先导电路存在自行启动和低电压启动不稳定的问题,介绍了一种采用光电耦合器隔离控制的本安先导电路的设计。实际应用表明,改进后的本安先导电路工作电流和最大短路电流均小于由继电器控制的本安先导电路,不存在电感电容等储能元器件,电路性能更稳定,动作更可靠。     

三环控制锂电池充电器的设计

针对现有充电器存在的不足,设计了基于DK-LM3S9B96嵌入式处理器的锂电池充电器,阐述了充电器的硬件电路结构、工作原理及软件程序设计.该充电器增加了温度环,根据锂电池取样电流、电压值及电池温度等信息,由DK-LM3S9B96输出PWM信号用以控制DC/DC变换器工作和锂电池充电过程,从而实现锂电池充电器的数字化和智能化.试验结果表明,所设计的锂电池充电器具有三段式充电功能,能够满足锂电池高效充电的要求,同时也避免了使用集成芯片控制容易引起的温升、控制精度不高等问题.     

一种大功率多光口本安万兆交换机设计方案

针对目前煤矿井下通信中日渐增多的带宽需求和通信要求,提出一种大功率多光口本安万兆交换机的设计方案。硬件电路由万兆交换电路、隔离电源模块、电源管控单元、DDM及光模块电路组成,软件设计基于嵌入式Linux操作系统。该多光口本安万兆交换机符合本安设计要求,适用于煤矿井下复杂恶劣的工作环境、支持万兆上行通讯或组成冗余环网,多个光口可依现场环境配置为万兆或千兆,具有很高的可靠性和实时性,满足井下工业以太网本安终端设备的数据传输要求。     

防爆锂离子电池电源电路设计

针对煤矿对防爆锂离子电池的需求,设计了一种防爆锂离子电池电源电路,详细介绍了该电路的组成和功能。该电路采用隔爆分腔设计,当锂离子电池组或电池管理系统发生故障时,充电控制系统和放电控制系统可以快速可靠地断开与锂离子电池组的连接,确保了其他设备的安全;具有充放电保护、电压均衡保护、超温保护、实时显示等功能。     

基于两相同步升压技术的本质安全电源设计

针对基于单相同步升压技术的本质安全电源存在输出纹波较大的问题,提出了一种基于两相同步升压技术、输出端加上滤波电感及电容的本质安全电源的设计方案;以最小点燃曲线为基础,分析了该电源的本质安全性能,并对其电路参数进行了优化设计。火花试验验证了该电源设计的可行性。     

基于ARM控制的电池放电保护系统设计

论文针对电池寿命短、易充坏等特性,提出了基于ARM控制的电池放电保护系统的设计。以研究锂离子电池的放电保护为目的,设计了一款锂离子安全充放电的保护电路,系统采用ARMLPC2148为主控芯片的微控制器,通过PMOS开关器件扫描并采集电池的放电信息,利用C／C＋＋程序编程进行数据分析,其中软件采用模块化的设计,通过IARJ-Link与目标开发板连接最终实现了锂离子电池放电过程安全保护的目的,同时通过液晶屏显示了相关的测试参数。     

无线传感网络节点锂电池剩余电量估算方法

针对采用锂电池电量检测芯片DS2786进行剩余电量估算存在误差较大的问题,结合DS2786芯片和卡尔曼滤算法,提出了一种面向无线传感网络节点锂电池的剩余电量估算方法。该方法通过建立能表征锂电池特性的等效电路模型,将芯片DS2786所获得的锂电池两端开路电压和放电电流作为卡尔曼滤波算法的输入参数,进行精确的剩余电量估算。实验结果表明,该方法对于锂电池剩余电量的估计误差可维持在3%以内,且算法复杂度低,能满足嵌入式设备的应用要求。     

一种矿用本安型负载设备高可靠电源电路的设计

提出了一种基于BUCK开关电源控制芯片LM22671的矿用本安型负载设备高可靠电源电路的设计方案,详细介绍了该电路中输入抗浪涌与本安化处理部分、软启动电路、本安型BUCK开关电源的硬件设计及工作原理,给出了电路中关键元器件参数的优化方法及实验数据。当BUCK开关电源的电感值不小于47μH时,开关频率保持在500kHz且不会出现频率交叉,纹波电压基本保持在10mV且不会突然增大,开关电源关键负载点的测试效率均不低于80%,电源电路的最大短路电流、最大容性负载、最大感性负载均符合GB3836.4—2010的本安要求。该电源电路已通过火花试验和I级抗浪涌试验,证实该电路具有较高的可靠性。     

煤矿井下便携式电子设备电源设计要点

针对便携式电子设备的电源性能影响设备稳定运行的问题,探讨了便携式电子设备电源设计要点:介绍了电池类型的选择,指出选择锂电池作为后备电池较为理想;分析了电源安全栅的保护方式,指出先限流后截止的安全栅保护方式可有效提高电源的抗干扰能力;针对电池Boost升压电路中出现的振铃问题,给出了优化Boost变换器关键环路的解决方法,有效减小了电源纹波。     

基于BQ500212A的锂电池无线充电系统

设计了一套针对锂电池的谐振式电磁感应无线充电系统,该系统采用近场电磁感应方式,运用 LC串联谐振电路、电压电流检测电路、RC延时电路,实现了对锂电池无线充电的要求;并建立了系统的模型,分析了系统重要器件的的选取原则和方法。经测试,该系统不仅改善了无线充电能量传递效率,还提高了电路对各种状态响应的安全性。     

基于故障电流变化率的大功率本安电源设计

针对现有本安电源存在的输出功率小、保护效果差、动态响应速度慢等问题,设计了一种基于故障电流变化率的大功率本安电源。将本安电源等效为电势电容(EC)电路,分析了EC电路短路故障特性:短路初始阶段火花放电电流迅速上升,电流变化率会发生突变。通过检测短路故障后电路中故障电流变化率的值,可以提前预知故障状态,在故障电流达到传统电流保护方法所设置的保护阈值之前便触发保护功能,并在短路故障的初始阶段切断输出回路,提高本安电源的输出功率。大功率本安电源包括开关电源和本安保护电路2个部分:开关电源采用反激变换结构,其控制电路以UC3842为核心,反馈电路以光耦与三端稳压器TL431为核心;本安保护电路基于故障电流变化率来限制火花放电的能量,主要包括故障检测电路、比较电路、自恢复电路、软启动电路、驱动电路。本安电源样机性能测试结果表明,交流输入电压在90~265 V波动时,本安电源功率因数不小于0.96,输出直流电压纹波在20 mV以内,电源效率在85%以上。短路实验结果表明,本安电源在发生短路故障后的瞬态输出能量为65μJ,满足设计要求。     

矿井救援用本安型计算机的研制

文章介绍了一种矿井救援用本安型计算机的系统结构及分系统设计,详细介绍了其本安型电路的设计技术,从安全人机学的观点出发,阐述了其外观结构的人性化设计及可靠性设计。实际应用结果表明,该计算机在矿井事故的救援中所摄录的视频图象、语音信号清晰连续,并具有检测、存储、显示和回放功能,可在技术成熟的条件下利用该计算机所提供的信息建立专家决策系统。