一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统技术方案

一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统，所述管理系统包括超级储能电池堆(1)、汇流柜(2)、储能变流器(3)、变压器(4)、焊机或焊后热处理机(5)，所述超级储能电池堆(1)、汇流柜(2)、储能变流器(3)、变压器(4)、焊机、焊后热处理机(5)依次相互联通。本发明专利技术提出的技术方案提供一种适用于闪光焊机或焊后热处理机超级电池储能管理系统，该套管理系统采用超级储能电池供电，完全消除了配置柴油发电机组的传统闪光焊机或焊后热处理机工作时带来的浓烟、噪声及有害气体污染，绿色环保，改善了施工环境，极其有利于地铁、隧道的钢轨焊接施工。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统
本专利技术属于高速铁路作业
，更具体讲就是涉及大功率超级电池储能供电的闪光焊机。伴随我国铁路建设及相关技术的快速发展，钢轨闪光焊接、焊后感应热处理等短时间大功率供电需求的施工作业装备越来越多的应用在铁路施工现场。闪光焊机现在已经成为国内外铁路钢轨焊接的一种最稳定的焊接工具。钢轨焊接过程中的高温会导致焊接接头的性能大幅度下降，接头强度和韧性降低，钢轨接头焊后热处理机是对接头重新加热到奥氏体化温度自然冷却或用压缩空气冷却，通过焊后热处理工艺提高焊接接头综合机械性能。现在的移动式钢轨闪光焊机和焊后热处理机一般都是由柴油机交流发电机组、调压控制系统及机头组成。因为闪光焊机的工作原理是依靠瞬间短路电流对焊接接头加热，而焊后热处理机需要提供较大功率已使焊接接头可以重新加到到奥氏体化温度。故柴油机交流发电机组会处于瞬间过载状态，又有在实际使用过程中我们的焊机才使用三相交流发电机的一相，致使交流发电机在实际使用过程中极度不平衡，效率也就大大降低；再次我们现在的地铁隧道里和高原轨道焊接时越来越多，在隧道里长期使用柴油发电机会因为缺氧造成柴油机的功率损失，同时因为缺氧造成柴油燃烧不充分而造成颗粒物输出，这样造成严重的空气污染，严重伤害操作人员的身体健康；在高原上海拔超过2500米就开始造成柴油机功率损失和发电机的效率降低，在海拔4500米高度时，发电机的有效效率为83％，柴油机的功率损失会更低了。目前，国内外现有移动式交流钢轨闪光焊机或焊后热处理机均采用三相柴油发电机组供电，主电路通常采用三相取两相作为单项电源向交流闪光焊机主电路供电。造成低压侧三相负荷不均衡。因焊机和焊后热处理机均需要在较大功率下工作，因此在焊机和焊后热处理机工作时，柴油发电机组处于短时过载工况，这种供电过渡过程直接影响闪光焊稳定性和顶锻速度，进而影响接头质量，由于柴油机短时过载，造成气缸缸体、活塞环、曲轴过度磨损，使缸体间隙增大，压缩比下降而使燃油燃烧不充分，柴油机发生冒黑烟、噪声增大、寿命缩短、一氧化碳等有毒气体排放量增加等许多问题。
技术介绍

技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统，所述一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统，所述管理系统包括超级储能电池堆、汇流柜、储能变流器、变压器、焊机或焊后热处理机，所述超级储能电池堆、汇流柜、储能变流器、变压器、焊机、焊后热处理机依次相互联通。超级储能电池堆中包括多组电池簇，其中，电池簇中包括高压箱、电池模组和电池模组管理单元，其中，多个单体电池串联组成电池模组。其中一级管理单元位于超级储能电池堆内；二级和三级管理单元位于汇流柜内，三级管理单元分别与显示屏和储能变流器通过RS485协议进行通讯。多个电池模组串联形成一个电池簇，电池簇中设置高压箱，电池簇管理单元设置在高压箱内，多组电池簇并联一个电池堆管理单元。电池模组管理单元负责采集电池模组的电压、温度等实时信息，同时进行自动充放电双向均衡管理、在线检测，属于系统三级管理单元。电池簇管理单元负责管理一簇电池组，对本簇电池的运行信息收集，故障的诊断和报警，电池均衡计算、绝缘检测、继电器粘连检测，控制相关继电器，与本电池簇管理单元进行数据通讯交互等，属于系统二级管理单元。电池堆管理单元负责电池堆整体系统的管理，完成各簇电池状态收集、分析、监控和调度；电池堆电量计算；系统故障诊断、报警；系统上下电及充放电策略管理；与显示屏、储能变流器进行数据交互，属于系统一级管理单元。高压箱是电池簇高压控制单元，箱体内集成本簇总正、总负继电器，预充回路，是本簇电池组并离网的控制单元；高压配电箱还集成了电池管理系统的二级主控单元即电池簇管理单元。在焊机、焊后热处理机工作时，超级储能电池堆中的单体电池放电，单体电池串联形成电池模组，流电电池模组管理单元在线采集电池模组的电压、温度等实时信息，并将采集到的信息传递给电池簇管理单元，电池簇管理单元除接收电池模组管理单元信息外，同时进行绝缘检测、继电器粘连检测，并根据采集到的信息进行电池均衡计算，进行故障诊断和报警，并将信息传递给位于汇流柜内的电池堆管理单元；电池簇直流电通过线缆将电池组直流电进行汇流，电池堆管理单元完成各簇电池状态收集、分析、监控和调度，计算电池堆电量，进行故障诊断、报警，与显示屏和储能变流器进行数据交互，电池堆的电量、电流、电压及故障信息通过显示屏进行显示；根据放电指令将直流电输入到储能变流器，储能变流器在离网状态下根据电池堆指令，将直流电逆变为具有一定电压和频率的交流电输入到变压器，变压器进一步稳定电压后为焊机、焊后热处理机供电，焊机或焊后热处理机5进行正常的焊接或热处理工作；在对电池组进行充电时，显示屏切换至充电模式，电网或小型发电机将三相交流电通过变压器4输入到储能变流器，储能变流器将三相交流电变为直流电后通过汇流柜为超级储能电池组充电，此时电池堆、电池簇和电池模组管理单元一次对电池组充电过程进行监控。焊机、焊后热处理机的超级储能电池管理系统对单体电池均衡管理，电池均衡管理基于电池荷电状态即SOC进行估算，根据系统设定的阈值进行控制，SOC具体按照安时积分法，当前SOC计算采用SOC初始值(SOC0)减电流与时间积分占总容量的百分比公式如为：其中，SOC0为荷电状态初始值，t1为当前时间，t0为前一时间，i为电流，Qtota为电池标称容量。本专利技术提出的技术方案提供一种适用于闪光焊机或焊后热处理机超级电池储能管理系统，该套管理系统采用超级储能电池供电，完全消除了配置柴油发电机组的传统闪光焊机或焊后热处理机工作时带来的浓烟、噪声及有害气体污染，绿色环保，改善了施工环境，极其有利于地铁、隧道的钢轨焊接施工。控制超级电池储能管理系统的方法和装置可以合理控制焊机和焊后热处理机在工作时的电力输出，超级电池储能管理系统能够精确高效地完成电池状态采集、电池寿命估算、电池能量均衡、电池故障分析诊断、电池信息管理；与储能变流器数据交互完成电池的充放电管理，确保系统安全、高效运行。以完成钢轨焊接和焊后热处理操作并且可以管理在电池组放电完成后通过网电或小型发电机为电池组充电，实现超级电池储能管理系统的循环使用，从而实现替代传统柴油发电机组为焊机和焊后处理机提供动力。解决柴油发电机组工作时带来的环境污染问题。附图说明图1为一种适用于闪光焊机和焊后热处理机的超级电池储能管理系统整体结构示意图。图2为超级电池储能管理系统拓扑结构示意图。图3为电池管理流程控制示意图。图4为给出采用SOC估算与实验测试值的偏差图。图5为对SOC算法的累积误差进行多维度校正策略图。图6为电芯不同倍率充放电曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统进行详细描述。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统，所述管理系统包括超级储能电池堆(1)、汇流柜(2)、储能变流器(3)、变压器(4)、焊机或焊后热处理机(5)，其特征在于，所述超级储能电池堆(1)、汇流柜(2)、储能变流器(3)、变压器(4)、焊机、焊后热处理机(5)依次相互联通。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于闪光焊机或焊后热处理机的超级储能电池管理系统，所述管理系统包括超级储能电池堆(1)、汇流柜(2)、储能变流器(3)、变压器(4)、焊机或焊后热处理机(5)，其特征在于，所述超级储能电池堆(1)、汇流柜(2)、储能变流器(3)、变压器(4)、焊机、焊后热处理机(5)依次相互联通。


2.根据权利要求1所述的管理系统，其特征在于，所述超级储能电池堆(1)中包括多组电池簇(7)，其中，电池簇(7)中包括高压箱(13)、电池模组(11)和电池模组管理单元(12)，其中，多个单体电池串联组成电池模组(11)。


3.根据权利要求1所述的管理系统，其特征在于，所述管理系统采用三级控制管理，其中一级管理单元位于超级储能电池堆(1)内；二级和三级管理单元位于汇流柜(2)内，三级管理单元分别与显示屏(6)和储能变流器(3)通过RS485协议进行通讯。


4.根据权利要求2所述的管理系统，其特征在于，所述多个电池模组串联形成一个电池簇(15)，电池簇(15)中设置高压箱(13)，电池簇管理单元(16)设置在高压箱(13)内，多组电池簇(15)并联一个电池堆管理单元(10)。


5.根据权利要求2所述的管理系统，其特征在于，所述电池模组管理单元(12)负责采集电池模组的电压、温度等实时信息，同时进行自动充放电双向均衡管理、在线检测，属于系统三级管理单元。


6.根据权利要求4所述的管理系统，其特征在于，所述电池簇管理单元(16)负责管理一簇电池组，对本簇电池的运行信息收集，故障的诊断和报警，电池均衡计算、绝缘检测、继电器粘连检测，控制相关继电器，与本电池簇管理单元(16)进行数据通讯交互等，属于系统二级管理单元。


7.根据权利要求4所述的管理系统，其特征在于，所述电池堆管理单元(10)负责电池堆(1)整体系统的管理，完成各簇电池状态收集、分析、监控和调度；电池堆电量计算；系统故障诊断、报警；系统上下电及充放电策略管理；与显示屏、储能变流器进行数据交互，属于系统一级管理单元。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王莹莹，李力，杨云堂，高振坤，胡达，赵国，王红刚，李金华，高林，胡玉堂，田晓波，彭鹏，刘颖鑫，张琪，周烨，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京中铁科新材料技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，中铁一局集团新运工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11