探究高可靠性的船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)研發(fā)

蘇錦宏+++熊天學(xué)

摘 要：我國(guó)的海岸線較長(zhǎng)，因此領(lǐng)海面積非常廣闊。在海洋事業(yè)發(fā)展的整個(gè)過程中，船只是否得到有效利用具有重要的影響，如果在船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的研究方面表現(xiàn)為缺失現(xiàn)象，勢(shì)必?zé)o法較好地捍衛(wèi)國(guó)家的領(lǐng)海，同時(shí)對(duì)于相關(guān)海洋產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展而言，也會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。文章針對(duì)高可靠性的船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)展開討論，并提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：可靠性；船用；冗余；鋰電池；系統(tǒng)

1 船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)分析

在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的過程中，船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)已經(jīng)成為了必要的研究?jī)?nèi)容，這對(duì)于海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，幾乎產(chǎn)生決定性的影響。在本次研究中，提出的高可靠性的船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)，主要是由雙機(jī)主從冗余與三線傳輸冗余兩個(gè)部分組成的。在系統(tǒng)內(nèi)部，雙機(jī)主從冗余的運(yùn)作，主要是通過BMS（鋰電池的能量管理系統(tǒng)）直接進(jìn)行控制的；而BMS的主控備用工作，則是通過兩個(gè)單元模塊共同實(shí)現(xiàn)的，這樣有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)較高的掌控。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，還采用了CAN總線進(jìn)行模式的選擇，通信工作也是通過CAN總線來完成的，這樣的操作方法，優(yōu)勢(shì)在于更好地控制系統(tǒng)中的熱備份冗余。除此之外，三線傳輸冗余，是由CAN總線、Zigbee無線，以及獨(dú)立線路三種單元模塊來共同組成的，通過這種方法和原理的運(yùn)轉(zhuǎn)，可以幫助船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)，達(dá)到良性循環(huán)的效果，明顯提升可靠性，基本上不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。

2 可靠性分析

本次研究所提出的高可靠性船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)，雖然在理論上具有較好的效果，但是在真正使用的過程中，肯定會(huì)遇到一些特殊的情況，或者是一些變化性的因素。倘若船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的使用，完全按照理論的標(biāo)準(zhǔn)來完成，并不能在最終的成績(jī)上達(dá)到最佳，還可能造成惡性循環(huán)，屆時(shí)所造成的影響將難以挽回。為此，我們有必要在理論完善以后，針對(duì)船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的可靠性展開分析。經(jīng)過大量的討論和研究，提出了假定的條件：第一，船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)滿足馬爾科夫假設(shè)的內(nèi)容；第二，組成電池管理系統(tǒng)的電路單元模塊，其在壽命服從指數(shù)上，表現(xiàn)為分布狀態(tài)，并且各個(gè)單元的狀態(tài)為相互獨(dú)立的情況；第三，不考慮系統(tǒng)兩個(gè)電路單元，或者是兩個(gè)以上電路單元在同一時(shí)刻出現(xiàn)故障的現(xiàn)象；第四，假定船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，忽略切換過程對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。上述的幾種假定條件，在實(shí)際運(yùn)行中是有可能發(fā)生的，并且發(fā)生的概率也比較高。在假定條件的作用下，船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的冗余狀態(tài)轉(zhuǎn)移得到了切實(shí)的分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果

就船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)本身而言，其是符合時(shí)代發(fā)展的一種產(chǎn)物，而未來的船只應(yīng)用也需要這樣的系統(tǒng)來提供相應(yīng)的幫助。從以上的研究來看，船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的理論可行性、可靠性都比較高，在假定條件的作用下表現(xiàn)也不錯(cuò)。可是想要讓船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)真正的在實(shí)際工作當(dāng)中得到應(yīng)用，還應(yīng)該針對(duì)試驗(yàn)的具體結(jié)果展開分析，了解系統(tǒng)的實(shí)踐效果。針對(duì)船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果，利用邏輯分析儀得到了試驗(yàn)的波形圖，分析認(rèn)為：在正常的情況下，BCU的生命信號(hào)，主要是表現(xiàn)為5Hz的方波信號(hào)。

當(dāng)BCU設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)以后，可以通過CAN總線，有效的實(shí)現(xiàn)與LECU的通信作用。相反的，當(dāng)BCU出現(xiàn)故障以后，5Hz的方波生命信號(hào)，將會(huì)表現(xiàn)為消失的情況，此時(shí)的故障BCU，不會(huì)再進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送工作，而BCU備用設(shè)備，則會(huì)代替原有的設(shè)備來進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送處理，從而繼續(xù)通過CAN總線，達(dá)到與LECU通信的目的。值得注意的是，在不同故障條件下，故障檢測(cè)時(shí)間約1s～2s，冗余切換時(shí)間約4s～6s，且隨著故障等級(jí)的加深，實(shí)現(xiàn)冗余所需要的檢測(cè)時(shí)間和切換時(shí)間都有不同程度的延長(zhǎng)。這樣的試驗(yàn)結(jié)果，說明能夠在故障狀況下，達(dá)到斷點(diǎn)恢復(fù)以及雙機(jī)主從冗余的熱備份工作效果，并且不耽誤船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的正常使用，對(duì)維護(hù)工作的開展，也帶來很多的幫助。

4 系統(tǒng)討論

船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)研究難度比較高，有很多的技術(shù)難題都需要進(jìn)行大量的突破才能得到良好的結(jié)果。在本次研究中，關(guān)于船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)的可靠性，提出了很多的內(nèi)容分析，最終在理論研究上、可靠性分析上、實(shí)踐效果上，都得到了不錯(cuò)的成績(jī)，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，提出了一種由雙機(jī)主從冗余與三線傳輸冗余兩部分組成的多重冗余方案，雙機(jī)主從冗余實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的熱備份冗余，三線傳輸冗余由CAN總線、Zigbee無線和獨(dú)立線路三種單元模塊組成，最大限度地提高了BMS的冗余，實(shí)現(xiàn)了新能源船舶的可靠、高效續(xù)航能力。第二，采用馬爾科夫過程理論分析了系統(tǒng)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)備及通信線路冗余下的可靠性能，揭示了所研究的多重冗余系統(tǒng)具有高可靠性的本質(zhì)特性。第三，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了所研究的具有高可靠性船用BMS多重冗余方案理論分析的正確性和可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]潘其永，朱子文，鄭青榕，等.典型船舶燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)研究[J].船舶工程，2016（04）：35-38.

[2]張科，張義軍.船用電池組管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科教文匯（上旬刊），2013（04）：87+89.

[3]樂鵬飛，宋雪康，張明躍.船用鋰電池組管理系統(tǒng)研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012（10）：23-24.

[4]趙亮亮，袁成清，董從林，等.船用太陽(yáng)能電池板玻璃蓋片腐蝕損傷效應(yīng)研究[J].潤(rùn)滑與密封，2010（04）：58-61.

[5]李振宇，鄭為民，吳濤.船用蓄電池智能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）網(wǎng)絡(luò)版（預(yù)印本），2010（02）：48-52.