煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法技术

本发明专利技术提供一种煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法，对入库新车首次充电量，根据辅运斜井坡道长度和角度以及新车参数利用人工计算得出；从新车第一次下井运行开始，由防爆电动车的电池管理系统累计计算各次下井运行有效总制动电量Q

【技术实现步骤摘要】
煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法
本专利技术涉及煤矿防爆电动车充电管理
，具体涉及一种煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法。
技术介绍
防爆电动车是煤矿下井重要运输工具之一。防爆电动车在下井前需要在防爆电动车库充电以保证电池电量能够满足执行运输任务所需的行程。煤矿一般都将车库建在煤矿辅运斜井的井口，防爆电动车在车库充完电驶出运行时，首先会遇到少则5公里、多则10公里以上辅运斜井的长距离下坡，防爆电动车自重大，在如此长距离的下坡道上运行时如果单靠机械制动，势必会使制动器过热，造成刹车失效，甚至引发火灾，因此防爆电动车在煤矿下井长距离的下坡道上运行时一般采用电制动代替常规的机械制动，利用防爆电动车的驱动电机在下坡时发电，产生反向牵引力使车辆制动。采用电制动时，如何处理电机在电制动的同时产生的制动能量是需要考虑的问题。目前处理电机在电制动时产生的制动能量的方法一般有两种：其一，利用放电电阻将制动能量消耗掉，但防爆电动车自重及载重大，坡道距离长，若采用放电电阻消耗制动能量则放电电阻的发热量巨大，表面温度超高，不符合煤矿电器安全技术要求规定；其二，以能量回收的方式将制动能量用于给电池充电，由于煤矿防爆电动车一般都将车库建在辅运斜井的井口，如果车辆每次出车前都充满电，车辆在下井时，由于电池SOC(即荷电状态，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值)较高，整车控制器为保护电池会禁止能量回收，使得电制动失效，为了避免这种情况就需要车辆在充电时，给电池预留一部分空电量不要充满，专供车辆下井时回收制动能量，但若留空电量过大，回收能量无法将电池充满，影响车辆的续航里程；若留空电量过小，回收能量过早将电池充满，则会导致电制动中途失效。而且，随着矿井的掘进，防爆电动车行驶的坡道动态地不断延长，实际生产中也不能将煤矿防爆电动车电池预留空电量设置为一个固定值，此外，随着电池组使用过程中充放电的次数增加，电池组老化也会使其额定容量在动态变化，因此，防爆电动车在每次下井前如何进行合理的充电，使其既能将下坡过程中产生制动电量最大程度地回收，又能保证车辆的最大行程，是行业人员亟需要考虑的问题。而目前煤矿防爆电动车下井前充电的做法是：由车辆维护人员根据经验确定每辆防爆电动车下井前充电所需要的充电量，工作量大，主观性强，准确度较低，影响车辆的使用效率并存在一定的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种煤矿防爆电动车下井前充电量计算方法，该方法考虑矿井坡道动态延长及电池老化对性能的影响因素，自动计算出每次下井前所需的充电量，在保证下坡安全电制动的前提下，既能将下坡过程中产生的制动电量最大程度地予以回收，又能保证车辆的最大行程，节约人工，提高效率。本专利技术的技术方案是：本专利技术的煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法，依托防爆电动车具有的电池管理系统以及防爆电动车的出厂参数实施，包括以下步骤：步骤一，根据煤矿辅运斜井坡道长度和角度以及防爆电动车的出厂参数，人工计算新出厂并抵达煤矿辅运斜井井口车库的防爆电动车第一次下井前首次充电所需的充电量；步骤二，在电池管理系统内，设置下井运行过程中电池组电流由正变负后的负电流持续时间判断阈值T-，以及电流由负变为正后的正电流持续时间判断阈值T+；步骤三，防爆电动车从第一次下井运行开始，每次下井运行过程中执行以下动作：①车辆运行过程中电池管理系统实时监测电池组电流，每当监测到电池组电流由正变负直至电池组电流再由负变正的时刻止，记为一次电池组制动充电，设本次下井运行过程中电池组制动充电总次数为n次，n为大于1的自然数，电池管理系统按照以下步骤分次累计并更新本次下井运行有效制动电量Qs(z)：Ⅰ、电池管理系统下井前将有效制动电量的初始值Qs(0)置为0；Ⅱ、电池管理系统从下坡第1次制动充电直至驶出坡道前的第n次制动充电，均按式(5)计算每次制动充入电池组的制动电量Q－(x)，单位为Ah，并按式(6)计算相邻2次制动充电期间电池组驱动输出电量Q+(y)，单位为Ah，式中，ix(t)为由电流传感器测得的当次实时制动充电电流，单位为A，Tx为电池管理系统监测的当次制动充电电流的持续时间，单位为s；iy(t)为由电流传感器测得的当次放电电流，单位为A，Ty为电池管理系统监测的当次放电电流持续时间，单位为s；系数用于将单位A·s转换为A·h；x＝1，2，……，n；y＝1，2，……，n-1；Ⅲ、电池管理系统将每次制动充电电流的持续时间Tx以及放电电流持续时间Ty相应与负电流持续时间判断阈值T-和正电流持续时间判断阈值T+进行比较，并在每次充电状态转放电状态时按式(7)、放电状态转充电状态时按式(8)累计并更新本次下井运行有效制动电量Qs(z)：式中，Q-(x)为第x次制动充电量；Q+(y)为第y次驱动放电量；Qs(z-1)为第z-1次充电、放电状态变化时累计的有效制动电量；Qs(z)为第z次充电、放电状态变化时累计的有效制动电量，z＝1，2，……，n；IV、第n次充电结束后，本次下井运行有效总制动电量Qs＝Qs(n)；②电池管理系统存储有效总制动电量Qs，并将本次运行所得的有效总制动电量Qs置为下次充电时的预留空电量Qr并记录；③电池管理系统更新并保存最近5次的预留空电量Qr作为历史数据；④电池管理系统根据本次下井为第m次下井运行，相应确定是否根据保存的预留空电量Qr历史数据，对预留空电量Qr进行修正：若m＜5，则令：Q′r＝Qr(9)若m≥5，则令：Q′r＝x1×Qr[1]+x2×Qr[2]+x3×Qr[3]+x4×Qr[4]+x5×Qr[5](10)式中，Q′r为本次下井所得预留空电量Qr的修正值，x1～x5为权值，各权值可根据实际工况相应确定；步骤四，防爆电动车从第一次下井运行结束后，在第一次充电之前，电池管理系统根据电池组的标称数据，计算电池组当前实际容量Qa；步骤五，防爆电动车从第一次下井运行结束后的第一次充电开始的各次充电，按以下具体步骤实施：①电池管理系统按式(13)计算电池组本次充电所需充入电量Qin：Qin＝Qa×p-QL-Q'r(13)式中，Qa为由步骤四所得的电池组当前实际容量；p为电池组标称的SOC使用窗口上限；QL为本次充电前由电池管理系统记录的电池组剩余的电量；Q′r为预留空电量Qr的修正值，其取值根据本次充电为第几次下井后的充电，按照上述步骤三的具体步骤④相应确定；②防爆电动车充电时，电池管理系统实时累计由车库充电机向电池组充入的电量Qc，当Qc＝Qin时，结束充电。进一步的方案是：上述步骤一包括以下具体步骤：①根据式(1)计算防爆电动车的电池组额定能量E0：式中，Q0为防爆电动车电池组标称的额定电量，单位为Ah；V0为电池组标称的额定电压，单位为V；系数用于将E0的单位由w·h转换为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法，其特征在于：依托防爆电动车具有的电池管理系统实施，包括以下步骤：/n步骤一，根据煤矿辅运斜井坡道长度和角度以及防爆电动车的出厂参数，人工计算新出厂并抵达煤矿辅运斜井井口车库的防爆电动车第一次下井前首次充电所需的充电量；/n步骤二，在电池管理系统内，设置下井运行过程中电池组电流由正变负后的负电流持续时间判断阈值T

【技术特征摘要】
1.一种煤矿防爆电动车下井前充电电量计算方法，其特征在于：依托防爆电动车具有的电池管理系统实施，包括以下步骤：
步骤一，根据煤矿辅运斜井坡道长度和角度以及防爆电动车的出厂参数，人工计算新出厂并抵达煤矿辅运斜井井口车库的防爆电动车第一次下井前首次充电所需的充电量；
步骤二，在电池管理系统内，设置下井运行过程中电池组电流由正变负后的负电流持续时间判断阈值T-，以及电流由负变为正后的正电流持续时间判断阈值T+；
步骤三，防爆电动车从第一次下井运行开始，每次下井运行过程中执行以下动作：
①车辆运行过程中电池管理系统实时监测电池组电流，每当监测到电池组电流由正变负直至电池组电流再由负变正的时刻止，记为一次电池组制动充电，设本次下井运行过程中电池组制动充电总次数为n次，n为大于1的自然数，电池管理系统按照以下步骤分次累计并更新本次下井运行有效制动电量Qs(z)：
Ⅰ、电池管理系统下井前将有效制动电量的初始值Qs(0)置为0；
Ⅱ、电池管理系统从下坡第1次制动充电直至驶出坡道前的第n次制动充电，均按式(5)计算每次制动充入电池组的制动电量Q－(x)，单位为Ah，并按式(6)计算相邻2次制动充电期间电池组驱动输出电量Q+(y)，单位为Ah，






式中，ix(t)为由电流传感器测得的当次实时制动充电电流，单位为A，Tx为电池管理系统监测的当次制动充电电流的持续时间，单位为s；iy(t)为由电流传感器测得的当次放电电流，单位为A，Ty为电池管理系统监测的当次放电电流持续时间，单位为s；系数用于将单位A·s转换为A·h；x＝1，2，……，n；y＝1，2，……，n-1；
Ⅲ、电池管理系统将每次制动充电电流的持续时间Tx以及放电电流持续时间Ty相应与负电流持续时间判断阈值T-和正电流持续时间判断阈值T+进行比较，并在每次充电状态转放电状态时按式(7)、放电状态转充电状态时按式(8)累计并更新本次下井运行有效制动电量Qs(z)：






式中，Q-(x)为第x次制动充电量；Q+(y)为第y次驱动放电量；Qs(z-1)为第z-1次充电、放电状态变化时累计的有效制动电量；Qs(z)为第z次充电、放电状态变化时累计的有效制动电量，z＝1，2，……，n；
IV、第n次充电结束后，本次下井运行有效总制动电量Qs＝Qs(n)；
②电池管理系统存储有效总制动电量Qs，并将本次运行所得的有效总制动电量Qs置为下次充电时的预留空电量Qr并记录；
③电池管理系统更新并保存最近5次的预留空电量Qr作为历史数据；
④电池管理系统根据本次下井为第m次下井运行，相应确定是否根据保存的预留空电量Qr历史数据，对预留空电量Qr进行修正：
若m＜5，则令：
Q′r＝Qr(9)
若m≥5，则令：
Q′r＝x1×Qr[1]+x2×Qr[2]+x3×Qr[3]+x4×Qr[4]+x5×Qr[5](10)
式中，Q′r为本次下井所得预留空电量Qr的修正值，x1～x5为权值，各权值可根据实际工况相应确定；
步骤四，防爆电动车从第一次下井运行结束后，在第一次充电之前，电池管理系统根据电池组的标称数据，计算电池组当前实际容量Qa；
步骤五，防爆电动车从第一次下井运行结束后的第一次充电开始的各次充电，按以下具体步骤实施：
①电池管理系统按式(13)计算电池组本次充电所需充入电量Qin：
Qin＝Qa×p-QL-Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐文，陶鹏飞，涂炯炯，
申请(专利权)人：常州科研试制中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32