探究高可靠性的船用多重冗余鋰電池管理系統研發

蘇錦宏+++熊天學

摘 要：我國的海岸線較長，因此領海面積非常廣闊。在海洋事業發展的整個過程中，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的研究方面表現為缺失現象，勢必無法較好地捍衛國家的領海，同時對于相關海洋產業的進展而言，也會產生一定的負面影響。文章針對高可靠性的船用多重冗余鋰電池管理系統展開討論，并提出合理化建議。

關鍵詞：可靠性；船用；冗余；鋰電池；系統

1 船用多重冗余鋰電池管理系統分析

在現代科技快速發展的過程中，船用多重冗余鋰電池管理系統已經成為了必要的研究內容，這對于海洋產業的發展，幾乎產生決定性的影響。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，主要是由雙機主從冗余與三線傳輸冗余兩個部分組成的。在系統內部，雙機主從冗余的運作，主要是通過BMS（鋰電池的能量管理系統）直接進行控制的；而BMS的主控備用工作，則是通過兩個單元模塊共同實現的，這樣有利于實現對船用多重冗余鋰電池管理系統較高的掌控。在系統的設計過程中，還采用了CAN總線進行模式的選擇，通信工作也是通過CAN總線來完成的，這樣的操作方法，優勢在于更好地控制系統中的熱備份冗余。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轉，可以幫助船用多重冗余鋰電池管理系統，達到良性循環的效果，明顯提升可靠性，基本上不會出現嚴重的問題。

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，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的使用，完全按照理論的標準來完成，并不能在最終的成績上達到最佳，還可能造成惡性循環，屆時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，針對船用多重冗余鋰電池管理系統的可靠性展開分析。經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滿足馬爾科夫假設的內容；第二，組成電池管理系統的電路單元模塊，其在壽命服從指數上，表現為分布狀態，并且各個單元的狀態為相互獨立的情況；第三，不考慮系統兩個電路單元，或者是兩個以上電路單元在同一時刻出現故障的現象；第四，假定船用多重冗余鋰電池管理系統在運行的過程中，忽略切換過程對系統可靠性的影響。上述的幾種假定條件，在實際運行中是有可能發生的，并且發生的概率也比較高。在假定條件的作用下，船用多重冗余鋰電池管理系統的冗余狀態轉移得到了切實的分析。

3 試驗結果

就船用多重冗余鋰電池管理系統本身而言，其是符合時代發展的一種產物，而未來的船只應用也需要這樣的系統來提供相應的幫助。從以上的研究來看，船用多重冗余鋰電池管理系統的理論可行性、可靠性都比較高，在假定條件的作用下表現也不錯?？墒窍胍尨枚嘀厝哂噤囯姵毓芾硐到y真正的在實際工作當中得到應用，還應該針對試驗的具體結果展開分析，了解系統的實踐效果。針對船用多重冗余鋰電池管理系統的試驗結果，利用邏輯分析儀得到了試驗的波形圖，分析認為：在正常的情況下，BCU的生命信號，主要是表現為5Hz的方波信號。

當BCU設備發送相應的信號以后，可以通過CAN總線，有效的實現與LECU的通信作用。相反的，當BCU出現故障以后，5Hz的方波生命信號，將會表現為消失的情況，此時的故障BCU，不會再進行信號的發送工作，而BCU備用設備，則會代替原有的設備來進行信號的發送處理，從而繼續通過CAN總線，達到與LECU通信的目的。值得注意的是，在不同故障條件下，故障檢測時間約1s～2s，冗余切換時間約4s～6s，且隨著故障等級的加深，實現冗余所需要的檢測時間和切換時間都有不同程度的延長。這樣的試驗結果，說明能夠在故障狀況下，達到斷點恢復以及雙機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的正常使用，對維護工作的開展，也帶來很多的幫助。

4 系統討論

船用多重冗余鋰電池管理系統研究難度比較高，有很多的技術難題都需要進行大量的突破才能得到良好的結果。在本次研究中，關于船用多重冗余鋰電池管理系統的可靠性，提出了很多的內容分析，最終在理論研究上、可靠性分析上、實踐效果上，都得到了不錯的成績，具體表現在以下幾點：第一，提出了一種由雙機主從冗余與三線傳輸冗余兩部分組成的多重冗余方案，雙機主從冗余實現了控制系統的熱備份冗余，三線傳輸冗余由CAN總線、Zigbee無線和獨立線路三種單元模塊組成，最大限度地提高了BMS的冗余，實現了新能源船舶的可靠、高效續航能力。第二，采用馬爾科夫過程理論分析了系統在關鍵節點設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具有高可靠性的本質特性。第三，試驗結果證實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

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

[2]張科，張義軍.船用電池組管理系統設計[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研究[J].企業技術開發，2012（10）：23-24.

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

[5]李振宇，鄭為民，吳濤.船用蓄電池智能檢測儀的設計[J].集美大學學報（自然科學版）網絡版（預印本），2010（02）：48-52.