李朝陽

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

智能軌道快運(yùn)列車(ART)是一種創(chuàng)新型現(xiàn)代城市低地板電車，與現(xiàn)代有軌電車相比，該車采用膠輪承載，取代了傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌，因此不需要鋪設(shè)專用的物理軌道，通過軌跡跟隨控制技術(shù)，控制車輛在虛擬軌道上智能導(dǎo)向，同時(shí)依靠特定的信號(hào)控制技術(shù)對(duì)列車在虛擬軌道行進(jìn)進(jìn)行約束，提高安全性[1]。ART在行車、充電模式下，通過BMS實(shí)時(shí)監(jiān)控電池系統(tǒng)狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前電池系統(tǒng)電壓、電流、溫度、絕緣情況，判斷電池系統(tǒng)安全性。當(dāng)ART由行車或者充電模式進(jìn)入到靜置狀態(tài)時(shí)(ART低壓電源斷開后)，列車各設(shè)備均處于無電狀態(tài)，而此時(shí)單體電芯的化學(xué)反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)仍持續(xù)進(jìn)行，由于BMS無法對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，所以，單體電芯從活躍狀態(tài)到平靜狀態(tài)的這段時(shí)間內(nèi)可能引發(fā)電池過溫故障、漏液導(dǎo)致的絕緣故障等，造成重大安全隱患[2]。

為解決此問題，本文針對(duì)ART設(shè)計(jì)了一種電池系統(tǒng)全天候在線監(jiān)控方案，該方案通過電池系統(tǒng)配置24 h監(jiān)控DC/DC模塊，由DC/DC模塊定時(shí)自喚醒，向BMS定時(shí)輸出低壓電源、喚醒BMS，實(shí)現(xiàn)BMS定時(shí)監(jiān)控電池系統(tǒng)狀態(tài)，上報(bào)后臺(tái)監(jiān)控平臺(tái)，后臺(tái)根據(jù)電池狀態(tài)進(jìn)行分析、處理，實(shí)現(xiàn)車輛靜置狀態(tài)下電池故障預(yù)警[3]。

1 監(jiān)控系統(tǒng)電氣方案設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)主要由BMS、DC/DC、火災(zāi)煙霧探測報(bào)警器、云智通監(jiān)控模塊(TBOX)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)組成。各部件通過CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信及交互指令，智能軌道快運(yùn)列車在靜置狀態(tài)下，由DC/DC給BMS和火災(zāi)煙霧探測報(bào)警器提供24 V電源，電氣連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 ART電池系統(tǒng)監(jiān)控原理圖

ART插槍充電時(shí)，BMS與充電樁握手成功后，通過CAN網(wǎng)絡(luò)與DC/DC模塊進(jìn)行通信，充電樁輸出A+信號(hào)使能DC/DC，DC/DC輸出24 V使能BMS，BMS發(fā)送相應(yīng)報(bào)文指令輸出鎖止信號(hào)，保持DC/DC24 V持續(xù)輸出，充電下電時(shí)設(shè)置DC/DC模塊喚醒模式以及喚醒時(shí)間間隔，DC/DC停止輸出24 V。

行車時(shí)，DC/DC模塊處于休眠模式，行車下電后激活DC/DC模塊，設(shè)置喚醒模式以及喚醒時(shí)間間隔。

充電下電及行車下電時(shí)(車輛靜置)，DC/DC進(jìn)入喚醒模式，將自行根據(jù)設(shè)定邏輯進(jìn)行自喚醒，當(dāng)達(dá)到喚醒間隔時(shí)間時(shí)，DC/DC開始工作，同時(shí)輸出24 V給BMS、TBOX、火災(zāi)煙霧探測報(bào)警器。BMS對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，并同步將監(jiān)測及報(bào)警信息上傳至TBOX，TBOX將電池系統(tǒng)信息及時(shí)反饋至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以便工作人員能及時(shí)掌握電池系統(tǒng)信息，若電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也能及時(shí)安排工作人員前往現(xiàn)場對(duì)ART進(jìn)行維護(hù)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件控制設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件控制為BMS與DC/DC協(xié)同交互控制，軟件控制由喚醒邏輯和休眠邏輯組成。

2.1 喚醒邏輯

DC/DC模塊低壓控制端引腳定義如表1所示。

表1 DC/DC模塊控制端引腳定義

其中，控制信號(hào)Aux1、Aux2、Disable高電平為有效，低電平為無效，CAN報(bào)文DC/DC控制指令==0為“無效”，即“禁止輸出24 V無效”，1為“有效”，即“禁止輸出24 V有效”；接收BMS喚醒時(shí)間設(shè)定后以BMS所設(shè)定時(shí)間喚醒，未接收BMS喚醒時(shí)間設(shè)定時(shí)以BMS前一次設(shè)定時(shí)間喚醒。喚醒時(shí)間設(shè)定超出范圍時(shí)視作無效操作，喚醒時(shí)間采用前一次設(shè)定時(shí)間喚醒；Keyon信號(hào)消失時(shí)，BMS可通過Aux2信號(hào)喚醒DC/DC控制電路，并通過CAN通訊重新設(shè)置喚醒時(shí)間；Aux2為BMS端所發(fā)送給DC/DC的控制信號(hào)；Loss即未收到CAN報(bào)文，持續(xù)5 s未收到CAN報(bào)文判定為Loss；本方案自喚醒流程如圖2所示。

圖2 監(jiān)控喚醒流程

2.2 休眠邏輯

當(dāng)CAN通信指令正常，若此時(shí)BMS并未給DC/DC發(fā)送Aux2指令，DC/DC不進(jìn)入自喚醒模式，即關(guān)閉休眠模式；當(dāng)BMS與DC/DC之間無通訊時(shí)(列車下電)，下電時(shí)刻，BMS發(fā)送Aux2指令給DC/DC，則DC/DC不進(jìn)入休眠(等待自喚醒)，休眠邏輯如表2所示。

表2 休眠邏輯

CAN報(bào)文DC/DC控制指令==0為“無效”，即“禁止輸出24 V無效”，1為“有效”，即“禁止輸出24 V有效”；控制信號(hào)Aux1(A+)、Aux2、Disable(keyon)高電平為有效，低電平為無效；Aux2為BMS端所發(fā)送給DC/DC的控制信號(hào)；Loss即未收到CAN報(bào)文，持續(xù)5 s未收到CAN報(bào)文判定為Loss。

3 總結(jié)

本文提出了ART列車電池系統(tǒng)全天候在線監(jiān)控方案，通過BMS與DC/DC之間的CAN交互，讓DC/DC分別進(jìn)入自喚醒模式和休眠模式，有效解決了ART在下電后電池系統(tǒng)處于無監(jiān)控的盲區(qū)狀態(tài)，提高了ART列車的可靠性與安全性。