葛蓮 理文祥

摘要：蓄電池是軌道車輛輔助電源系統(tǒng)的重要組成部分，實時掌握蓄電池的性能和狀態(tài)對于車輛至關(guān)重要。本文介紹了一種基于列車網(wǎng)絡(luò)的蓄電池在線監(jiān)測方法，在利用車輛既有設(shè)備的前提下實現(xiàn)蓄電池的監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;列車網(wǎng)絡(luò);蓄電池;監(jiān)測

1. 引言

輔助電源系統(tǒng)為軌道交通系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。蓄電池是輔助電源系統(tǒng)的重要組成部分，因此實時掌握蓄電池的性能和狀態(tài)，對于車輛的正常運營和緊急供電至關(guān)重要。目前，蓄電池在線監(jiān)測功能的實現(xiàn)通常是通過配置獨立的蓄電池在線監(jiān)測裝置和采集單元。

2. 軌道交通系統(tǒng)蓄電池監(jiān)測常用監(jiān)測方法

2.1 常用監(jiān)測方法

目前城市軌道車輛進(jìn)行蓄電池在線監(jiān)測時，通常配置獨立的蓄電池在線監(jiān)測裝置和采集單元;進(jìn)行蓄電池電量的監(jiān)測時，通常利用放電法來監(jiān)測蓄電池自身容量的容積。

常用監(jiān)測方法為：在蓄電池單體上安裝電壓、溫度采集單元，每組蓄電池或每個蓄電池單體配置一個電流傳感器，采集單元和傳感器將蓄電池的電壓、溫度、電流等電氣參數(shù)信息發(fā)送給蓄電池在線監(jiān)測裝置獨立的控制分析模塊，該模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理判斷，并將結(jié)果上傳到列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，列車網(wǎng)絡(luò)僅作數(shù)據(jù)接收、信息顯示和故障數(shù)據(jù)記錄等工作，不參與數(shù)據(jù)的分析處理判斷等工作。

2.2 常用監(jiān)測方法缺點

2.2.1 現(xiàn)有蓄電池在線監(jiān)測在車輛既有的列車網(wǎng)絡(luò)和蓄電池充電機(jī)的傳感器基礎(chǔ)上，需要額外增加獨立的蓄電池在線監(jiān)測裝置及其采集單元，不僅增加了車輛的電氣和機(jī)械接口，而且增加了車輛的制造成本;

2.2.2 當(dāng)額外增加的蓄電池在線監(jiān)測裝置及其采集單元安裝不牢或通訊電纜布線不規(guī)范時，在線監(jiān)測裝置的電纜容易落在蓄電池單體的表面上，存在發(fā)生短路甚至火災(zāi)的隱患;

2.2.3 當(dāng)蓄電池組下車維護(hù)時，需要將該裝置拆除，待維護(hù)結(jié)束后再重新安裝到蓄電池單體上，如此既增加了維護(hù)人員的工作量，又增加了車輛的故障點，效率低下。

3. 基于軌道車輛列車網(wǎng)絡(luò)的蓄電池在線監(jiān)測方法

因為常用監(jiān)測方法具有成本高、效率低、維護(hù)工作量大、安全隱患多等缺點，所以特別有必要積極探索利用車輛既有設(shè)備來實現(xiàn)蓄電池的在線監(jiān)測功能需求，而文中提出的基于軌道車輛列車網(wǎng)絡(luò)的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)就能滿足相應(yīng)的功能。

3.1在線監(jiān)測方法

根據(jù)蓄電池在線監(jiān)測的電路原理圖（如圖1），采用蓄電池充電機(jī)內(nèi)既有的電壓傳感器、電流傳感器采集蓄電池組的電壓、充放電電流等電氣參數(shù)，采用蓄電池箱內(nèi)既有的溫度傳感器采集蓄電池組的環(huán)境溫度參數(shù);蓄電池充電機(jī)將這些模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過列車MVB 總線發(fā)送到車輛控制單元（VCU）中。當(dāng)VCU 接收到此信號后，按照圖2 所示的流程，根據(jù)設(shè)定的邏輯判斷，如電壓過高和過低、蓄電池電流超限、溫度超限的各閥值，進(jìn)行蓄電池組的電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)的在線診斷、實時顯示、報警提示和數(shù)據(jù)記錄。此外，VCU 將蓄電池充電機(jī)發(fā)送過來的電流和溫度參數(shù)，按照設(shè)定的計算公式（如公式1），對蓄電池組充放電電流進(jìn)行時間的積分，進(jìn)而計算得到蓄電池組當(dāng)前的剩余電量（SOC），并按設(shè)定的邏輯判斷，如蓄電池組SOC 過低的閥值，進(jìn)行蓄電池組剩余電量的在線計算、實時顯示、報警提示和數(shù)據(jù)記錄。

3.2 實際應(yīng)用情況

某城市地鐵項目有蓄電池在線監(jiān)測的功能需求，在其地鐵車輛的司機(jī)室顯示屏上，能實時查詢蓄電池的相關(guān)狀態(tài)信息，如圖3 所示。

4. 結(jié)論

基于軌道車輛列車網(wǎng)絡(luò)的蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要利用軌道車輛既有的蓄電池充電機(jī)內(nèi)部的電壓傳感器、電流傳感器，以及蓄電池箱內(nèi)的溫度傳感器，通過列車MVB 總線將蓄電池的相關(guān)參數(shù)發(fā)送到車輛控制單元中，實現(xiàn)車載蓄電池狀態(tài)的實時監(jiān)測。因此，該方法具有以下優(yōu)點：（1）不需配置額外的在線監(jiān)測裝置及其采集單元，利用車輛既有的列車網(wǎng)絡(luò)和蓄電池充電機(jī)的傳感器實現(xiàn)在線監(jiān)測功能，不用改變車輛的電氣和機(jī)械接口，僅車輛的列車網(wǎng)絡(luò)和蓄電池充電機(jī)的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，制造成本低;（2）蓄電池充電機(jī)僅將采集到的蓄電池組電壓、電流、溫度等信息實時發(fā)送給列車網(wǎng)絡(luò)，不參與數(shù)據(jù)的分析處理判斷工作，由列車網(wǎng)絡(luò)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理判斷，并完成相關(guān)信息顯示和故障數(shù)據(jù)記錄等工作;（3）進(jìn)行蓄電池剩余電量的監(jiān)測時，采用安時積分法實時計算蓄電池組當(dāng)前時刻能放出的電量;（4）蓄電池上不需增加在線監(jiān)測的通訊電纜，電纜不會落在蓄電池單體的表面上，從而不會發(fā)生短路或者火災(zāi)的情況，安全性好;（5）當(dāng)蓄電池組進(jìn)行下車維護(hù)時，正常拆除蓄電池的正負(fù)極接線和溫度傳感器接線即可，故障點少、故障率低，維護(hù)方便。通過實驗和具體地鐵車輛項目的驗證，該系統(tǒng)能及時較反饋蓄電池的狀態(tài)，為軌道車輛的司乘人員和工程技術(shù)維護(hù)人員提供維護(hù)依據(jù)和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃怡然，基于監(jiān)控系統(tǒng)的蓄電池容量檢測的研究[J].通信電源技術(shù)，2007，（4）：21-23.

[2]TB/T3061-2016 機(jī)車車輛用蓄電池.

[3]志文，蓄電池維護(hù)測試技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].UPS 應(yīng)用，2006，（10）：10-12.

[4]方小斌，動力電池荷電狀態(tài)估算方法的研究[J].通信電源技術(shù)，2014，（6）：13-15，32.

（1.中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210031;2.南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇 南京210012、）