CN102298116A - 用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置 - Google Patents

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周巧莲
皇甫小燕
冯娟
郭其一
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SHANGHAI SHENTONG METRO GROUP CO Ltd
Shanghai Shentong Rail Transit Research & Consulting Co Ltd
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Shanghai Shentong Rail Transit Research & Consulting Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置，包括：蓄电池组；在所述的蓄电池组中每个蓄电池的电极柱上固定连接一密封安装阀；在所述的密封安装阀的上层空腔内安置一温度传感器；所述的温度传感器通过连线与车载控制器连接；本发明的有益效果是：可真实地反映出车载蓄电池组中每个蓄电池的温度以及蓄电池组的平均温度，并能够针对蓄电池单体建立长期的状态跟踪检测，设定合适的报警阈值，并实时检测蓄电池单体是否出现故障，便于及时维修和更换。

Description

用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置
技术领域
本发明涉及一种城轨车辆车载监控装置，尤其涉及一种用于车载蓄电池组的车载监控装置。
背景技术
随着城市化进程和流动人口的剧增，轨道交通车辆是缓解不堪负重的地面交通压力的有效工具，由于它的快速、经济、舒适、准时等特点，倍受人们亲睐，在许多国家和城市得到广泛的应用。但轨道交通车辆在快速运营中有一个潜在的安全问题，那就是火灾时有发生。轨道交通车辆火灾极易引发群死群伤恶性事故，造成生命财产的巨大损失，从而引起了人们的广泛重视。
在轨道交通车辆的火灾事故中，由于车载辅助供电后备电源的蓄电池组的过温过热而发生起火是火灾事故的一个重要原因，在轨道交通车辆之一的磁悬浮列车的运营中，由于车载蓄电池过温过热而引发起火更是火灾事故的首要元凶。
在现有技术中，为了确保地铁、城轨列车、磁悬浮列车等轨道交通车辆工作的可靠性，针对蓄电池模块进行过温保护以及超温报警已经成为一个成为一个亟待解决的问题。通过安装蓄电池车载监控装置，能够实时有效地监控蓄电池组充放电过程中的温度变化差异，能够反映出各电池物理化学性能的差异，便于维修人员及时发现异常电池，以便及时处理或更换，确保整个系统的可靠性。
在我国，目前针对轨道交通车辆蓄电池组所安装的温度检测和报警装置尚属少数，通过串行数字型温度传感器集成多个温度传感器接口，同时具备温度检测、显示以及故障诊断、超温报警的车载监控装置尚属空白，在上海地铁2号线使用80编组的FNC 262MR型镍镉蓄电池中，仅设置了一个PT100温度传感器，采集单点的温度无法对整个蓄电池组进行实时有效的监控，更无法对蓄电池个体进行长期的状态跟踪检测和有效的故障诊断。
在实用新型专利《一种具有温度检测及显示报警功能的密封蓄电池》(专利号02225808.6)中，提到了一种采用集成耐酸碱、耐腐蚀的温度传感器密封式蓄电池，通过安装在蓄电池内部的电极柱、电极板、蓄电池侧面等多个部位进行温度采样，取得较高准确性的温度数据，然而针对蓄电池单体内部采取的多点温度数据所具有的准确度不尽相同，是否能够采用平均化取得代表性的温度值尚缺乏理论依据，另该专利对于我国现有的轨道交通城轨列车的实际情况来说并不适用，仅对于一个蓄电池单体的温度采集就需要安装多个温度传感器以及同模拟温度传感器相配置的信号放大电路、信号报警电路等，大大提高了蓄电池的成本，在施工和运营中不具可行性，并不适合轨道车辆现有碱性蓄电池模块的改装工作。除此之外，密封性蓄电池不适于轨道交通车辆组建车载监控网络，不具有发展性和可扩展性。
所以设计一种用于车载蓄电池组的车载监控装置是技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置，旨在解决上述的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：蓄电池组；在所述的蓄电池组中每个蓄电池的电极柱上固定连接一密封安装阀；在所述的密封安装阀的上层空腔内安置一温度传感器；所述的温度传感器通过连线与车载控制器连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可真实地反映出车载蓄电池组中每个蓄电池的温度以及蓄电池组的平均温度，并能够针对蓄电池单体建立长期的状态跟踪检测，设定合适的报警阈值，并实时检测蓄电池单体是否出现故障，便于及时维修和更换。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是采用本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
由图1可见：本发明包括：蓄电池组；在所述的蓄电池组中每个蓄电池1的电极柱上固定连接一密封安装阀2；在所述的密封安装阀2的上层空腔内安置一温度传感器3；所述的温度传感器3通过连线4与车载控制器连接；
所述的温度传感器是串行数字型温度传感器；
密封安装阀2通过与电极柱螺纹的紧密配合，旋转拧紧固定在蓄电池电极柱上，使得温度传感器探头与电极柱金属表面紧密接触。
由图2可见：车载控制器中设有车载控制与诊断软件，能够对温度传感器采集到的温度信号进行分析处理，车载软件中的故障诊断模块能够存储蓄电池组每个单体充放电过程的温度诊断表，该温度诊断表由维护人员根据蓄电池单体一周内充放电过程中温度随充放电时间变化的大量数据，采用人工神经网络建立数学模型，获得充放电随采样时间变化的曲线，能够较好地代表蓄电池单体的充放电特性，形成温度表存储在控制器中。车载监控软件实时检测蓄电池组的工作温升并对蓄电池单体进行诊断，便于维护人员及时发现异常电池，以便及时处理，确保整个系统工作的可靠性，控制器具有的报警功能可随时向外发出报警信息，便于即使及时处理出现的问题。该装置适用于轨道交通车辆所使用的所有蓄电池组，可用于对现有轨道交通车辆蓄电池模块进行改装，安装和拆卸过程非常方便，十分适合轨道交通车辆的实际工作状况。除此之外，该车载监控软件还具有CAN接口以及RS485接口，便于组建分布式车载监控网络，具有较强的实用性和扩展性。
在本发明中温度传感器采用数字温度传感器DS1820，根据其独特的单总线数据传输协议向车载控制器发送温度信号，其理论最小转换时间可达到93.75ms，通过软件设置可实现温度测控精度为0.1□C。
显示模块是一种摄氏温度数字显示器或者华氏温度数字显示器，通过显示界面和控制按钮可以查看当前连接到蓄电池车载控制器的蓄电池单体个数、蓄电池单体ID号、蓄电池单体的温度、蓄电池单体工作温度、蓄电池组的平均温度以及是否发生故障等信息。
控制按钮和指示灯主要包括上下左右方向按键、软件重启按键、返回、确认按键，以及车载电源开关，车载指示灯主要包括正常工作指示灯(绿色显示)和故障报警指示灯(红色显示)。
安装阀由工程塑料(ABS或MBS)构成，其螺纹同蓄电池模块的电极柱相配合，上部空腔中密封保护温度传感器，并同蓄电池电极柱旋转拧合，使得温度传感器探头与电极柱金属表面紧密接触，杜绝了外部环境的干扰，能够有效地保护温度传感器以及蓄电池电极柱免受雨水、潮湿天气侵蚀以及异物撞击。
控制器与温度传感器接口通过密封的I/O扩展板连接，根据DS1820独有的单总线工作原理，可方便地进行级联扩展，便于对轨道交通车辆蓄电池组的改装。
车载软件中主要包括数据采集与通信模块，故障诊断模块以及温度显示模块，数据采集与通信模块主要接收多个温度传感器采集到的温度信号，对其进行处理，并将蓄电池单体充放电的温度值存储起来，定时送到故障诊断模块，当蓄电池闲置状态下温度变化范围很小，并长时间没有显著变化时，可认为蓄电池模块没有进行充放电工作，状态指示灯灭，故障指示灯灭，数据采集与通信模块不将温度值送入故障诊断模块；除此之外，若多个车载控制装置级联或者同上位机组建分布式系统，数据采集与通信模块还负责将采集到的温度信号和报警信号传递给上位机；故障诊断模块中存储有每个连接的蓄电池单体的充放电温度表，通过实际温度同温度表中的正常温度进行比较，判断蓄电池单体是否出现故障，若温度变化异常，采用人工神经网络建立的充放电模型还具有一定的预测性，能够提前若干时间进行温度预警；温度显示模块主要将蓄电池温度信号显示在液晶屏上，便于工作人员进行查询和维护。
本发明与现阶段轨道交通车辆所采用的单个模拟温度传感器相比，具有强大的温度检测、显示与故障诊断、超温报警功能，弥补了轨道交通车辆蓄电池车载监控装置的空白。
本发明还具有CAN总线接口和RS485总线接口，具有较强的实用性和可扩展性，便于轨道交通车辆组建分布式监控系统。
数据采集与通信模块根据单总线协议接收多个数字温度传感器采集到的温度信号，每个数字温度传感器对应蓄电池单体ID，并对其进行处理，当蓄电池模块进行充放电时，蓄电池组的温度发生变化，数据采集与通信模块将蓄电池单体充放电的温度值存储起来，并定时送到故障诊断模块进行处理，此时正常工作指示灯亮(绿色)，故障指示灯灭。当蓄电池闲置状态下温度变化范围很小，并长时间没有显著变化时，可认为蓄电池模块没有进行充放电工作，状态指示灯灭，故障指示灯灭，数据采集与通信模块不将温度值送入故障诊断模块；除此之外，如果由若多个车载控制装置级联或者同上位机组建分布式系统，数据采集与通信模块还负责将采到的温度信号和报警信号传递给上位机。
故障诊断模块中存储有每个连接的蓄电池单体的充放电温度表，该温度表由维护人员通过上位机取得车载监控软件每日的最新数据，通过大量正常充放电的数据进行训练，建立人工神经网络数学模型，获得最接近蓄电池单体充放电的温度曲线，形成温度随采样时间变化的温度表，该温度表具有较高的准确度。故障诊断模块将实际温度同温度表中的正常温度进行比较，从而判断蓄电池单体是否出现故障，若温度变化异常，采用人工神经网络建立的充放电模型还具有一定的预测性，能够提前若干时间进行温度预警。若蓄电池单体处于故障状态，状态指示灯灭，故障指示灯亮(红色)。
温度显示模块主要将蓄电池温度信号显示在液晶屏上，并具有上下左右方向盘、确认、返回、软件重启等按钮，便于工作人员进行查询和维护，除此之外，温度显示模块通过状态指示灯以及故障指示灯显示当前蓄电池组的工作状态，便于进行蓄电池过温过热报警。若蓄电池车载监控装置发生故障，维护人员通过电源开关关闭车载监控装置电源，可进行拆卸修复。
数字温度传感器根据单总线协议同车载控制器相连，车载控制器I/O扩展板位于密封的控制器壳体下方，便于防水，同时提高车载装置工作的可靠性，连接线通过固定在蓄电池模块上的防水电缆分组引出，再分别安装在每个蓄电池单体的电极柱上，通过安全阀的紧密拧合，温度传感器的探头同电极柱的表面完美结合，密封安全阀更提供了良好的防护效果，避免外界环境的干扰，从而提高温度传感器工作的准确性。
上述结构中的电路连接部分可采用现有技术中已经广泛应用的电子电路，不再给出详细描述。
预留的CAN总线接口和RS485总线接口还使得车载监控装置具有较强的可扩展性和实用性，便于组建轨道交通车辆的车载监控网络，全面提高机车运行的安全性和可靠性。综上所述，具备温度检测、显示以及故障诊断、超温报警功能的蓄电池车载监控装置成本很低，却具有强大的温度检测与报警功能，同时还具有较好的创新性、可行性、实用性和扩展性，它能够长期而有效地反映出蓄电池单体以及蓄电池组充放电的工作温度，为监测运行、延长电池使用寿命和及时发现电池的失效提供良好依据，也为整体轨道交通车辆的可靠运行提供良好保障，大大提高了蓄电池本身的温度检测与报警功能，具有良好的社会和经济效益。

Claims (3)

1.一种用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置，包括：蓄电池组；其特征在于：在所述的蓄电池组中每个蓄电池的电极柱上固定连接一密封安装阀；在所述的密封安装阀的上层空腔内安置一温度传感器；所述的温度传感器通过连线与车载控制器连接。
2.根据权利要求1所述的用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置，其特征在于：所述的温度传感器是串行数字型温度传感器。
3.根据权利要求1所述的用于车载蓄电池组的温度检测与诊断报警的车载监控装置，其特征在于：密封安装阀通过与电极柱螺纹的紧密配合，旋转拧紧固定在蓄电池电极柱上，使得温度传感器探头与电极柱金属表面紧密接触。
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