基于軌道車輛列車網絡的蓄電池在線監測方法

葛蓮 理文祥

摘要：蓄電池是軌道車輛輔助電源系統的重要組成部分，實時掌握蓄電池的性能和狀態對于車輛至關重要。本文介紹了一種基于列車網絡的蓄電池在線監測方法，在利用車輛既有設備的前提下實現蓄電池的監測。

關鍵詞：軌道車輛;列車網絡;蓄電池;監測

1. 引言

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

2. 軌道交通系統蓄電池監測常用監測方法

2.1 常用監測方法

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

常用監測方法為：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、電流等電氣參數信息發送給蓄電池在線監測裝置獨立的控制分析模塊，該模塊進行數據的分析處理判斷，并將結果上傳到列車網絡系統中，列車網絡僅作數據接收、信息顯示和故障數據記錄等工作，不參與數據的分析處理判斷等工作。

2.2 常用監測方法缺點

2.2.1 現有蓄電池在線監測在車輛既有的列車網絡和蓄電池充電機的傳感器基礎上，需要額外增加獨立的蓄電池在線監測裝置及其采集單元，不僅增加了車輛的電氣和機械接口，而且增加了車輛的制造成本;

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

2.2.3 當蓄電池組下車維護時，需要將該裝置拆除，待維護結束后再重新安裝到蓄電池單體上，如此既增加了維護人員的工作量，又增加了車輛的故障點，效率低下。

3. 基于軌道車輛列車網絡的蓄電池在線監測方法

因為常用監測方法具有成本高、效率低、維護工作量大、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備來實現蓄電池的在線監測功能需求，而文中提出的基于軌道車輛列車網絡的蓄電池在線監測系統就能滿足相應的功能。

3.1在線監測方法

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

3.2 實際應用情況

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

4. 結論

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

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