周達鑫

摘要：蓄電池是軌道交通車輛中重要的供電設(shè)備，主要用于車輛的喚醒及緊急工況下為車輛緊急負載供電。然而在車輛運營過程中，蓄電池存在多種問題，如漏液、缺液、短路、壞死、容量不足、失效、爆炸等，為了便于監(jiān)控蓄電池的工作狀態(tài)，避免車輛運營過程中出現(xiàn)不必要的故障，現(xiàn)多個新增的項目中要求加裝蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)?？紤]到蓄電池箱安裝空間、布線難度，推薦采用分布式蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)。使用該方案可實現(xiàn)：方案簡單可靠、施工安裝難度小、測量精度高，通過本方案可及時掌握蓄電池的使用維護情況，判斷車載充電設(shè)備是否正常，方便及時排除蓄電池相關(guān)故障，避免蓄電池相關(guān)故障發(fā)生。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;蓄電池;在線監(jiān)測

1蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介

軌道列車蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)在車輛管理中占有非常重要的地位。電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能包括電池狀態(tài)估算、故障預(yù)警及報警、數(shù)據(jù)采集存儲及通信;主要功能是通過監(jiān)測整組電池的電壓、電流以及單體蓄電池電壓和溫度，實時估算電池的剩余容量;通過在線分析蓄電池數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電池故障狀態(tài)實時警報和預(yù)測，提高電池系統(tǒng)的可靠性和電池壽命，例如監(jiān)控系統(tǒng)過載或放電，以避免電池損壞;提前預(yù)測故障電池，避免由于單體蓄電池損壞而縮短電池的整體壽命;最后，蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)需要進行數(shù)據(jù)存儲和通信，大容量本地存儲設(shè)備保證流程數(shù)據(jù)存儲至少6個月，通過MVB或者TRDP與列車TCMS實時傳輸數(shù)據(jù)。由于集中電池管理系統(tǒng)的布線過于復(fù)雜，整個電池結(jié)構(gòu)的要求過于苛刻，安裝和維護也不容易，本解決方案為分布式結(jié)構(gòu)，以減少布線困難，提高系統(tǒng)的可維護性.

2電池管理系統(tǒng)拓撲及功能簡述

本方案提出一種分布式結(jié)構(gòu)的電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，可降低布線難度，提高系統(tǒng)維護性，總體的方案拓撲如圖1所示，控制系統(tǒng)由主控盒及采樣盒組成，整個電池組由80節(jié)Ni-Cd電池組成，包含16個模塊單元（電池為每五節(jié)單體組成最小模塊單元），電池模塊示意如圖2所示;通過為每個模塊獨立配置采樣盒，每個采樣盒含有5個電壓采集通道，5個溫度采樣通道，可采集到每個模塊單元上的每一節(jié)電池單體電壓以及整個模塊的溫度信息;整個系統(tǒng)通過配置16個采樣盒，可采集到整組80節(jié)電池的電壓信息，80個模塊單元的溫度信息，所采集信息通過采樣盒之間級聯(lián)的通信線傳輸?shù)街骺睾?。通過電流傳感器測量蓄電池組總電流。最終由主控盒完成整個系統(tǒng)的邏輯控制、數(shù)據(jù)分析、電池狀態(tài)估算、故障報警、數(shù)據(jù)存儲，并通過MVB、TRDP等進行在線通信，實現(xiàn)整個電池組的在線監(jiān)測。

2.1電池組剩余電量估計

SOC 是電池的荷電狀態(tài)，用來反映電池的剩余容量。在一定溫度條件和充放電倍率下，由電池的剩余容量與電池的額定容量的比值來表示。

精確的估算電池剩余電量值是電池監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。但是在實際使用過程中時，某些因素會干擾 SOC 估算的精度，例如放電倍率、溫度、自放電、循環(huán)次數(shù)、模組電池一致性等。如果估算時不考慮這些因素，將會造成比較大的偏差。

列車上并沒有傳感器能直接測量電池的 SOC，因此必須通過估計的方法推導(dǎo)得出電池的 SOC。電池組監(jiān)測系統(tǒng)通過精確測量電池組中每節(jié)電池的電壓、溫度和充放電電流，采用合適的算法對電池的 SOC 進行實時估計，以此判斷電池組的剩余電量，保證電動列車合理應(yīng)用。

本系統(tǒng)采用擴展的安時積分法進行SOC估算，綜合采用特征電壓修正、內(nèi)置電池模型自適應(yīng)修正，充放電修正等算法，通過模型及安時積分法進行最優(yōu)估算。

2.2通訊方式

主控制器可以通過MVB與整車控制通信，通過M12接口連接到以太網(wǎng)與車輛實現(xiàn)通信，同時該產(chǎn)品還擁有備用的CAN接口，可以滿足不同的通信方式。。獲取數(shù)據(jù)方式主要有以下3種方式：（1）MVB傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息;（2）通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器歷史數(shù)據(jù)信息;（3）PTU維護數(shù)據(jù)信息，PTU維護軟件可通過以太網(wǎng)或者USB接口;

2.3數(shù)據(jù)存儲及超限預(yù)警功能

（1）本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析軟件供客戶使用，可在進行數(shù)據(jù)提取、分析，以曲線或者報個型式展示蓄電池組總電壓、總電流、箱體溫度、單體電壓、單體溫度、SOC等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（2）通過告警詳情頁，可隨時調(diào)取系統(tǒng)故障、電池超限的詳細信息、提供告警產(chǎn)生時間、解除時間、告警詳情，形成報表。針對列車蓄電池實際運行工況，目前系統(tǒng)設(shè)置了總電壓過欠壓報警、充放電電流超限報警、SOC過低報警、溫度過高報警等告警信息，為蓄電池維護提供數(shù)據(jù)支持。

3簡單安裝說明

3.1采樣盒

整個電池組80節(jié)電池分別安裝在兩個電池小車中，每個電池小車上配備8個電池采樣盒，電池盒通過螺釘鎖在電池斗的側(cè)壁安裝孔上，即每個側(cè)壁安裝四個采樣盒，就近通過線束鎖接電壓及溫度采樣線，采樣盒之間通過通信線束串聯(lián)，兩個電池小車間的通信，通過使用帶屏蔽層的線纜穿越拖鏈，并使用連接頭對接，保證電池斗移動的靈活性，提高電池系統(tǒng)的可維護性。

3.2電流采集裝置

采用LTC200-SF/SP2型霍爾電流傳感器，接入主控器。

安裝方式：在電池箱體中間部位套裝在蓄電池主回路上，其工作電源從主控器取。

3.3溫度傳感器

將熱敏電阻灌封在OT端子頭上作為溫度傳感器，將溫度傳感器鎖在單體電池的銅排上，測量電池的溫度。

綜上，該方案提供了一個比較好的解決思路和辦法，為后續(xù)類似項目提供了參考和平臺，并且該方案通用性比較高，操作簡單、省時，方案的可行性高，成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景，并且會給公司帶來相應(yīng)的經(jīng)濟效益和社會效益，并且具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]張順，尹洪權(quán)，吉敏.城市軌道交通車輛蓄電池虧電故障分析及改善措施[J].城市軌道交通研究，2019，22（11）：105-107+112.

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