(1.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院，湖南 株洲 412001；2.株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

無人駕駛作為城市軌道交通最重要的發(fā)展方向之一，近年逐漸成為各地軌道交通建設(shè)首選方案，目前國內(nèi)在建的無人駕駛地鐵線路超過15條，占新開工建設(shè)線路50%以上。相比有人駕駛，無人駕駛從車地機電設(shè)備、運營管理到維保均有很大不同。如列車喚醒功能，有人駕駛模式下是由司機發(fā)出喚醒命令，無人駕駛則是由OCC遠程喚醒。但若車輛長期停放后，由于蓄電池本身老化或部分設(shè)備持續(xù)耗電等因素，可能使得無人駕駛列車車載蓄電池饋電，從而導(dǎo)致列車無法被遠程喚醒。

為了解決該問題，本文主要對有人駕駛的低壓喚醒回路進行研究，并根據(jù)無人駕駛的場景需求，提出針對性的解決方案。

1 蓄電池監(jiān)測傳統(tǒng)方案

1.1 有人駕駛蓄電池監(jiān)測傳統(tǒng)方案

地鐵車輛低壓供電的負載一般分永久負載和常規(guī)負載。絕大部分設(shè)備如牽引控制單元、制動控制單元、蓄電池充電機控制單元、照明等均為常規(guī)負載，常規(guī)負載需要在列車喚醒以后才能得到供電，而用于控制列車喚醒的回路則為永久負載。

1)永久負載在任何時候(包括休眠狀態(tài))都被接入蓄電池的供電回路中，以保證隨時可以喚醒列車。對于無人駕駛列車，除了喚醒控制回路以外，車載ATC的喚醒模塊也為永久負載。

2)常規(guī)負載僅在列車喚醒以后才能得到供電，常規(guī)負載受電成功以后才稱為喚醒成功。

同時，為了保護車載蓄電池，避免其饋電影響使用壽命，還設(shè)置了蓄電池欠壓保護系統(tǒng)，并被用于常規(guī)負載的控制。即常規(guī)負載的得電條件除了列車喚醒以外，還需要車載蓄電池電壓正常。目前典型的常規(guī)有人駕駛列車的低壓供電回路如圖1所示。

圖1 有人駕駛列車的一種蓄電池供電回路

如圖1所示，其車載蓄電池保護電壓為84 V(84 V為一個典型值，根據(jù)蓄電池選型不同可能有細微差別)，即車載蓄電池電壓低于84 V時，欠壓保護繼電器失電，其觸點11&14斷開，則常規(guī)負載”接觸器無法得電，其觸點不能閉合，蓄電池輸出的DC110 V無法到達低壓供電母線，常規(guī)負載不能得電。

對于一般有人駕駛的車輛休眠以后，在車載蓄電池電壓正常的情況下，此時“欠壓保護”得電，其觸點11&14閉合，司機可操作喚醒開關(guān)使得喚醒回路工作，使“列車喚醒”繼電器得電，其觸點43&44閉合，則“常規(guī)負載”接觸器得電，其觸點1&2閉合，使得列車常規(guī)負載母線得電，常規(guī)負載受電成功，完成喚醒過程。

1.2 傳統(tǒng)方案的缺點

正常情況下，無人駕駛列車休眠后，可通過車載信號系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制列車喚醒，無需上車操作。

但若列車停放時間過長，或蓄電池顯著老化導(dǎo)致容量降低等因素，加上休眠期間永久負載的持續(xù)消耗，則可能發(fā)生車載蓄電池嚴重饋電，以致電壓低于84 V的情況。此時，若仍然采用上述2種方案，將導(dǎo)致休眠的列車無法正常喚醒。也即現(xiàn)有方案存在以下問題。

1)蓄電池有饋電的風險，并影響蓄電池使用壽命。

2)蓄電池饋電以后導(dǎo)致列車無法遠程喚醒，影響列車使用率。

2 無人駕駛新方案的研究

為了解決以上問題，現(xiàn)提出一種對蓄電池電壓進行分級監(jiān)視和保護的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用2個欠壓保護繼電器對蓄電池電壓進行監(jiān)控，對應(yīng)的保護電壓分別為Ua，Ub，且Ua>Ub，具體取值根據(jù)蓄電池類型和容量確定。當電壓達低于2種不同的保護電壓時，將分別設(shè)置不同的對應(yīng)措施。

系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

圖2 一種電壓分級監(jiān)視功能的蓄電池供電回路

圖3 低壓監(jiān)視和ATC喚醒控制回路

增加設(shè)置一個低壓保護繼電器，低壓保護繼電器的觸點被車載ATC監(jiān)控，如圖2和圖3所示。當蓄電池電壓下降到Ua時，此時“欠壓保護”繼電器還未失電，欠壓保護還未起作用，但“低壓保護”繼電器已經(jīng)失電，其觸點動作并被車載ATC監(jiān)視到。

車載ATC系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)好的控制邏輯，控制其內(nèi)部“ATC遠程喚醒”繼電器觸點閉合，使得“列車喚醒”繼電器得電，并喚醒列車，使常規(guī)負載工作。此時蓄電池充電機獲得控制電，可以輸出DC110V對蓄電池充電，使得蓄電池電壓回升。

根據(jù)蓄電池容量和充電電流等特性，ATC系統(tǒng)可預(yù)設(shè)充電時間t，當蓄電池電壓恢復(fù)正常以后，車載ATC可以控制列車喚醒繼電器失電使列車休眠，也可以等待其他命令。

通過該方案的實施，可以從根本上避免車載蓄電池深度饋電，有效提高蓄電池使用壽命；并且由于任何時候蓄電池電壓不會降低到欠壓保護系統(tǒng)動作，確保了無人駕駛列車在任何時候都能夠投入運用，有效提高了列車的使用率。

3 結(jié)語

蓄電池監(jiān)測和保護的新方案避免了無人駕駛列車在休眠時其車載蓄電池電壓持續(xù)下降的問題，從根本上解決了由于欠壓保護動作導(dǎo)致無法喚醒的問題，有效提高了列車使用率，降低了無人駕駛列車的運營成本。同時，該方案也避免了車載蓄電池饋電，有利于蓄電池的保養(yǎng)，解決了饋電導(dǎo)致的蓄電池加速老化的問題。

本方案可以為后續(xù)無人駕駛項目車輛電氣設(shè)計和信號系統(tǒng)設(shè)計提供參考。