丁冬

摘 要：隨著我國科學技術的飛速發(fā)展，城市進程也在不斷加快，促進了我國動車、高鐵、地鐵各種交通工具的發(fā)展。當前，興起了一股興能源趨勢，同時也在不斷改進車載儲能技術。構建新型環(huán)保交通軌道車輛十分重要，當前不斷加快綠色節(jié)約型綜合交通系統(tǒng)。其中一項新型能源便是鋰電池，這需要我們及時管理和監(jiān)控各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后設計與之相關的軌道交通電池管理系統(tǒng)十分必要。

關鍵詞：軌道;交通車輛;電池管理;系統(tǒng)研究

1 軌道交通BMS設計方案

1.1 軌道交通BMS實際應用特點

不同于一般電動汽車，實際運行環(huán)境和電池配置數(shù)量各不相同，軌道交通車輛電池管理系統(tǒng)有其復雜、特殊性，其差異主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1.1實際運行情況

從具體角度來說，城市軌道交通的各項性能受其實際環(huán)境的影響，當車輛振動次數(shù)較多、力度較大時，環(huán)境溫度差別也大。整個設備操作過程比較復雜，軌道交通儲能電池系統(tǒng)受回收制動能量或電網(wǎng)給整車提供動力的影響。面對當前各種運行情況，它的儲備功能也不一致。城市交通軌道也應根據(jù)各種運行工序強化其放充電具體策略。

1.1.2電池實際構造

關于電池的實際配置，軌道交通出行工具其動力來源于各級電池，其基本電壓等級高于一般電動汽車。總的來說，電動汽車其電壓系統(tǒng)一般為350-450V左右，實際軌道交通車輛電業(yè)等級為700-1100v左右。其電池功率越高，配備電池系統(tǒng)所需的數(shù)量也不斷增加，就城市軌道交通而言，設計軌道交通BMS系統(tǒng)，需要考慮電池系統(tǒng)各種不一致的均衡策略。

實際安放電池組，應考慮其具體位置。電動汽車的實際電池儲能系統(tǒng)一般被放置在車輛尾部電池艙內。列車兩端徹底下放置著軌道交通車輛的電池系統(tǒng)，這直接影響到BMS的拓撲結構。

1.1.3可靠性和安全性

就安全性能和可靠性來說，為了實際維護汽車行業(yè)和軌道交通行業(yè)的等級安全，可以設置不同的行業(yè)標準，換句話說，人們關注的重點內容便是軌道交通安全。就通信冗余而言，具體各部件和一般整車均可以選用MVB總線或太網(wǎng)，以工業(yè)為基礎。應急充電機、雙向變流器、顯示屏和BMS均可以使用RS485和CAN總線。除此之外，實際運用硬線通信軌道交通也特別廣泛，當其網(wǎng)絡系統(tǒng)癱瘓時，可以完成整車和BMS之間的信息交互。具體設計軌道交通車輛BMS時，應不斷總結廣義電池管理系統(tǒng)中的各項實際功能，具體運行軌道交通車輛時，應嚴格遵循BMS的實際特點，從而選擇合適的BMS拓撲結構。

1.2 分析BMS拓撲結構

2 交通軌道BMS總體設計方案

2.1 拓撲和電池系統(tǒng)參數(shù)

一般來說，拓撲結構直接影響到電池組的連接方法、電池管理系統(tǒng)的實際環(huán)境、擺放電池組的具體位置。這些因素也會不斷影響電池管理系統(tǒng)的控制性和可靠性。總的來說，模塊式、主從式、分布式和集中式共同組成了電池管理系統(tǒng)的拓撲結構。

模塊式電池管理系統(tǒng)里面含有多個子模塊，子模塊運用各種數(shù)據(jù)傳播的方法定期上傳部分數(shù)據(jù)信息。一般來說，電池組附近放置了各種子模塊，為了獲取更多的電池，需要不斷增加各種子模塊。這種模塊式BMS的實際優(yōu)點是方便管理各種線束，便于不斷擴張，它的缺點便是整個數(shù)據(jù)信息傳遞復雜、速度較慢，每個模塊功能比較冗雜，提高了其實際成本，這種方法使用于部分特殊場合。

集中式電池管理系統(tǒng)中的各種模塊被運用于單獨組件中，同一塊板子包含了檢測電流、溫度、電壓單體等各種設備。這種拓撲結構電池管理系統(tǒng)的優(yōu)點是結構緊湊、方便維修、經(jīng)濟劃算，其缺點是線束復雜、數(shù)百根電線穿過其高壓部分，強化了短路風險，被廣泛運用于電壓低、容量低、電池數(shù)目少的各類場景中。

多個從控制器或單個主控制器共同組成了主從式電池管理系統(tǒng)，主控制器負責接收或處理控制器內的部分數(shù)據(jù)，同時給控制其發(fā)送各種均衡指令，方便搜集控制器內的各種通信數(shù)據(jù)，收集電池的各項數(shù)據(jù)信息。溫度、均衡電路、單體電壓共同組成了從控制器。各控制之間存在各類通信線路，主從式電池管理系統(tǒng)的實際拓撲結構如圖所示，集合了模塊式電池管理系統(tǒng)的各類優(yōu)點，主控制器包含了控制器的各項功能，這區(qū)別于模塊式電池管理系統(tǒng)，其成本比較廉價。

2.2 軌道交通BMS控制方法

SOC便是電池荷電狀態(tài)，美國先進電池聯(lián)合會如實定義了SOC這個概念，在同等放電倍率的情況下，電池剩余電量和相同條件規(guī)

其中，恒定電流放電時的限定容量便為Q N，電池的實際剩余電量便為QC，當電池迅速充電，其電壓SOC的實際值變?yōu)?，不斷放電時其電壓SOC的實際值為0。就電池管理系統(tǒng)而言，如何準確估算SOC的實際值是十分重要的，為了反映出剩余電量的實際情況可以使用電池SOC值，方便估算車輛的實際續(xù)航里程。同時，可以根據(jù)SOC的具體信息反映電池的實際情況，并判定電池是否放充過電。針對下代地鐵列車而言，為了控制整個列車整車控制系統(tǒng)，需要強化SOC各種功能，不斷延長電池的實際壽命，強化電池安全性能。

就電池管理技術而言，如何精準評估SOC成為一項重要難題，估算電池SOC值受到多種因素的影響。例如：電池溫度、自放電率、充放電倍率、電池壽命等多種因素。不能使用傳感器直接測量SOC具體數(shù)據(jù)，必須檢測工作電流、電阻、溫度和電池電壓等多種參數(shù)，并通過一定的數(shù)字模型進行估算?，F(xiàn)階段，各種SOC估算方法共同組成了國內外實際電池。總的來說包括：安時積分法、內阻法、開路電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡法和觀測器等各種方法。不同的SOC預算方法有著不同的優(yōu)缺點。

各種新型的SOC估算法是以開路電壓法和安時積分法為基礎，近幾年興起的SOC估算法難以衡量算法復雜度和估算精準度之間的實際關系，很難滿足其具體實際運用，大部分仍處于理論研究和試驗階段。開路電壓法便是不斷完善電池當前的實際放電狀態(tài)，SOC和OCV仍具有一定的關聯(lián)性，可以不斷提高電池的實際放電額能力。依據(jù)OCV-SOC的實際關系便能估算出SOC的具體方法，這種方法被稱為開路電壓法。受其極化因素的影響，需要及時測量開路電壓，估算出開路電壓SOC的初始值。

總的來說，開路電壓法使用初期放置各類電池和長時間具體靜置。從而解決安時積分法估算不準確的問題，為了合理估算出電池soc值，可以使用開路電壓和安時積分相結合的方法。

3 總結

隨著人們生活水平的提高，當前對我國城市軌道交通要求越來越高。本文主要總結了軌道交通BMS的實際硬件電路設計。關于BMS的實際功能需求，從軌道交通BMS實際應用特點、電池實際構造、可行性和安全性方面進行了說明，意在優(yōu)化我們城市軌道交通電池管理系統(tǒng)。

參考文獻

[1]郭甜.軌道交通車輛電池管理系統(tǒng)研究與設計[D].北京交通大學，2018.

[2]張文斌.燃料電池有軌電車動力系統(tǒng)關鍵技術研究[D].清華大學，2017.

[3]高旭賀.地鐵工程車輛的動力電池管理系統(tǒng)設計[D].大連交通大學，2018.

[4]唐鵬飛.城市軌道交通安全設備設施配置研究[D].華南理工大學，2016.

[5]姜亞欣.城市軌道交通車輛車廂溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)及控制方法研究[D].上海工程技術大學，2016.

[6]徐曉棟.城市軌道儲能系統(tǒng)性能研究與測試[D].北京交通大學，2015.