探究高可靠性的船用多重冗余锂电池管理系统研发

苏锦宏+++熊天学

摘 要：我国的海岸线较长，因此领海面积非常广阔。在海洋事业发展的整个过程中，船只是否得到有效利用具有重要的影响，如果在船用多重冗余锂电池管理系统的研究方面表现为缺失现象，势必无法较好地捍卫国家的领海，同时对于相关海洋产业的进展而言，也会产生一定的负面影响。文章针对高可靠性的船用多重冗余锂电池管理系统展开讨论，并提出合理化建议。

关键词：可靠性；船用；冗余；锂电池；系统

1 船用多重冗余锂电池管理系统分析

在现代科技快速发展的过程中，船用多重冗余锂电池管理系统已经成为了必要的研究内容，这对于海洋产业的发展，几乎产生决定性的影响。在本次研究中，提出的高可靠性的船用多重冗余锂电池管理系统，主要是由双机主从冗余与三线传输冗余两个部分组成的。在系统内部，双机主从冗余的运作，主要是通过BMS（锂电池的能量管理系统）直接进行控制的；而BMS的主控备用工作，则是通过两个单元模块共同实现的，这样有利于实现对船用多重冗余锂电池管理系统较高的掌控。在系统的设计过程中，还采用了CAN总线进行模式的选择，通信工作也是通过CAN总线来完成的，这样的操作方法，优势在于更好地控制系统中的热备份冗余。除此之外，三线传输冗余，是由CAN总线、Zigbee无线，以及独立线路三种单元模块来共同组成的，通过这种方法和原理的运转，可以帮助船用多重冗余锂电池管理系统，达到良性循环的效果，明显提升可靠性，基本上不会出现严重的问题。

2 可靠性分析

本次研究所提出的高可靠性船用多重冗余锂电池管理系统，虽然在理论上具有较好的效果，但是在真正使用的过程中，肯定会遇到一些特殊的情况，或者是一些变化性的因素。倘若船用多重冗余锂电池管理系统的使用，完全按照理论的标准来完成，并不能在最终的成绩上达到最佳，还可能造成恶性循环，届时所造成的影响将难以挽回。为此，我们有必要在理论完善以后，针对船用多重冗余锂电池管理系统的可靠性展开分析。经过大量的讨论和研究，提出了假定的条件：第一，船用多重冗余锂电池管理系统满足马尔科夫假设的内容；第二，组成电池管理系统的电路单元模块，其在寿命服从指数上，表现为分布状态，并且各个单元的状态为相互独立的情况；第三，不考虑系统两个电路单元，或者是两个以上电路单元在同一时刻出现故障的现象；第四，假定船用多重冗余锂电池管理系统在运行的过程中，忽略切换过程对系统可靠性的影响。上述的几种假定条件，在实际运行中是有可能发生的，并且发生的概率也比较高。在假定条件的作用下，船用多重冗余锂电池管理系统的冗余状态转移得到了切实的分析。

3 试验结果

就船用多重冗余锂电池管理系统本身而言，其是符合时代发展的一种产物，而未来的船只应用也需要这样的系统来提供相应的帮助。从以上的研究来看，船用多重冗余锂电池管理系统的理论可行性、可靠性都比较高，在假定条件的作用下表现也不错。可是想要让船用多重冗余锂电池管理系统真正的在实际工作当中得到应用，还应该针对试验的具体结果展开分析，了解系统的实践效果。针对船用多重冗余锂电池管理系统的试验结果，利用逻辑分析仪得到了试验的波形图，分析认为：在正常的情况下，BCU的生命信号，主要是表现为5Hz的方波信号。

当BCU设备发送相应的信号以后，可以通过CAN总线，有效的实现与LECU的通信作用。相反的，当BCU出现故障以后，5Hz的方波生命信号，将会表现为消失的情况，此时的故障BCU，不会再进行信号的发送工作，而BCU备用设备，则会代替原有的设备来进行信号的发送处理，从而继续通过CAN总线，达到与LECU通信的目的。值得注意的是，在不同故障条件下，故障检测时间约1s～2s，冗余切换时间约4s～6s，且随着故障等级的加深，实现冗余所需要的检测时间和切换时间都有不同程度的延长。这样的试验结果，说明能够在故障状况下，达到断点恢复以及双机主从冗余的热备份工作效果，并且不耽误船用多重冗余锂电池管理系统的正常使用，对维护工作的开展，也带来很多的帮助。

4 系统讨论

船用多重冗余鋰电池管理系统研究难度比较高，有很多的技术难题都需要进行大量的突破才能得到良好的结果。在本次研究中，关于船用多重冗余锂电池管理系统的可靠性，提出了很多的内容分析，最终在理论研究上、可靠性分析上、实践效果上，都得到了不错的成绩，具体表现在以下几点：第一，提出了一种由双机主从冗余与三线传输冗余两部分组成的多重冗余方案，双机主从冗余实现了控制系统的热备份冗余，三线传输冗余由CAN总线、Zigbee无线和独立线路三种单元模块组成，最大限度地提高了BMS的冗余，实现了新能源船舶的可靠、高效续航能力。第二，采用马尔科夫过程理论分析了系统在关键节点设备及通信线路冗余下的可靠性能，揭示了所研究的多重冗余系统具有高可靠性的本质特性。第三，试验结果证实了所研究的具有高可靠性船用BMS多重冗余方案理论分析的正确性和可行性。

参考文献

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