CN105699908A - 一种轨道车辆用蓄电池监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆用蓄电池监控系统，包括：电池数据采集设备、数据显示设备、数据传输设备和数据控制中心；其中，所述电池数据采集设备用于实时采集蓄电池组的电池参数信息，并将所述电池参数信息传输至所述数据显示设备；所述数据显示设备用于显示所述电池参数信息；所述数据传输设备用于从所述电池数据采集设备或所述数据显示设备中获取所述电池参数信息，并通过网络将所述电池参数信息传输至所述数据控制中心；所述数据控制中心对所述电池参数信息进行统计分析，得到蓄电池组的电池参数对电池衰退的变化规律和蓄电池组在轨道车辆上的工作状态和使用寿命。该监控系统有利于提高轨道车辆运行安全性。

Description

一种轨道车辆用蓄电池监控系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆领域，尤其涉及一种轨道车辆用蓄电池监控系统。

背景技术

目前，轨道车辆中一般需要安装足够容量的蓄电池组作为DC110V辅助电源，以用于其升弓受电以及应急使用。其中，在车辆紧急情况下应急通风要求至少大于90分钟，其余应急用电要求至少维持2小时，包括应急照明、应急显示、应急开关门、维修用电、通讯及其控制等。

一方面，由于轨道车辆运行里程较长，而且轨道车辆中的动车运行速度较快，如此对于安装在车辆底部的蓄电池组来说，运行环境和温度等工况较为恶劣，会导致蓄电池性能的急速劣化，进而有可能导致整组电池失效，极端情况甚至会导致燃烧等安全问题。为了保障轨道列车的运行安全性，有必要设计一种轨道车辆用蓄电池监控系统，以实现对蓄电池组的监控，以实现对蓄电池的性能参数、使用寿命等性能进行监控。

另一方面，为解决蓄电池组的轻量化、无污染、长寿命等方面的问题，锂电池逐渐备受人们的青睐。目前，锂电池即将在动车组上装车并进行运用考核，考虑到轨道列车的安全性以及锂电池在车上的不确定性，也有必要设计一种轨道车辆用蓄电池监控系统，以实现对锂电池的性能参数、使用寿命等性能进行监控，从而能够及时发现应用在轨道车辆上的锂电池存在的问题，也为锂电池后续装车的优化和可靠性提供数据支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种轨道车辆用蓄电池监控系统，以解决上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种轨道车辆用蓄电池监控系统，包括：

电池数据采集设备、数据显示设备、数据传输设备和数据控制中心；

其中，所述电池数据采集设备用于实时采集蓄电池组的电池参数信息，并将所述电池参数信息传输至所述数据显示设备；

所述数据显示设备用于显示所述电池参数信息；

所述数据传输设备用于从所述电池数据采集设备或所述数据显示设备中获取所述电池参数信息，并通过网络将所述电池参数信息传输至所述数据控制中心；

所述数据控制中心对所述电池参数信息进行统计分析，得到蓄电池组的电池参数对电池衰退的变化规律和蓄电池组在轨道车辆上的工作状态和使用寿命。

可选地，所述电池数据采集设备包括自检模块，所述自检模块用于对所述电池数据采集设备内的各个部件进行自检，并将自检结果传输至所述数据显示设备；

所述数据显示设备还包括用于显示所述自检结果的显示子模块。

可选地，在所述数据显示设备上，对显示的电池参数信息设置有高限值和/或低限值，当显示的电池参数信息高于其对应的高限值和/或低于其对应的低限值时，所述数据显示设备对该电池参数信息进行报警模式的显示。

可选地，所述数据显示设备为轨道车辆驾驶室内的显示屏。

可选地，所述显示屏上设置有用于显示所述电池参数信息的显示界面。

可选地，所述显示屏还设置有自检按钮，通过控制所述自检按钮可以控制所述电池数据采集设备进行自检。

可选地，所述数据传输设备为设置于轨道车辆控制柜内的无线传输装置。

可选地，所述数据控制中心对所述电池参数信息进行统计分析，具体包括：

所述数据控制中心按照车型、运行线路、时间对电池参数信息进行排列，对所述电池参数信息进行区分，并按照天、周、月、年对电池参数信息进行统计分析。

可选地，所述蓄电池组为碱性镍镉蓄电池组、铅酸蓄电池组或锂电池组。

可选地，还包括：

感烟和感温传感器，用于检测盛放所述蓄电池组的电池箱内的烟雾浓度和温度，并实时监控所述蓄电池组的过充、过放、欠充、过流、过热、均衡控制；还用于将监测到的数据信息传输至所述数据显示设备和/或所述数据传输设备。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的轨道车辆用蓄电池监控系统通过其数据显示设备能够显示蓄电池组的电池参数信息，从而使工作人员能够及时发现蓄电池的故障信息，从而为轨道车辆运行提供了安全保障。而且通过数据控制中心能够得到蓄电池组的电池参数对电池衰退的变化规律和蓄电池组在轨道车辆上的工作状态和使用寿命。因此，通过该监控系统，能够实现对轨道车辆蓄电池的性能参数和使用寿命的监控，有利于提高轨道车辆运行的安全性。

此外，当本发明提供的轨道车辆用蓄电池监控系统用于监控在轨道车辆上运行考核的锂电池时，能够实时监控锂电池的性能参数和使用寿命等性能，如此，能够及时发现锂电池存在的问题，也为锂电池后续装车的优化和可靠性提供了强有力的数据支撑。

附图说明

为了清楚地理解本发明的具体实施方式，下面将描述本发明具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本发明的部分实施例，本领域技术人员在未付出创造性劳动的前提下还可以获得其它附图。

图1是本发明实施例提供的轨道车辆用蓄电池监控系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的轨道车辆用蓄电池监控系统的更形象具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚、完整，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

首先需要说明的是，本发明实施例所述的轨道车辆包括但不限于动车、地铁、高铁等车辆。

图1是本发明实施例提供的轨道车辆用蓄电池监控系统结构示意图。如图1所示，该监控系统用于对蓄电池组11进行监控。其中，蓄电池组11通常安装在轨道车辆底部的蓄电池箱01内。作为本发明的具体实施例，蓄电池组11可以为目前轨道车辆通常采用的碱性镍镉蓄电池组或铅酸蓄电池组，另外，在保证蓄电池系统应急供电功能的基础上，解决蓄电池组的轻量化、无污染、长寿命等多方面问题，本发明实施例所述的蓄电池组11还可以为锂电池组。而且，由于锂电池自身的优点，锂电池组将在轨道车辆上逐渐代替碱性镍镉蓄电池和铅酸蓄电池成为主流应用蓄电池，将会在轨道车辆上进行大规模的推广应用。另外，本发明实施例采用的蓄电池组11的电池容量可以根据整车负载计算得到。

如图1所示，该监控系统包括：

电池数据采集设备12、数据显示设备13、数据传输设备14和数据控制中心15；

电池数据采集设备12可以安装在蓄电池箱01内，其中，电池数据采集设备12和蓄电池组11的电池电芯之间设置有采集连线，通过采集连线，电池数据采集设备12可以采集蓄电池组11的电池参数信息。作为示例，电池参数信息包括但不限于蓄电池组总电压、蓄电池组内单节电池电压、蓄电池组温度、蓄电池组充放电电流、蓄电池组放电次数、蓄电池组荷电状态、蓄电池组健康状态和蓄电池组异常信息。此外，在本发明实施例中，电池数据采集设备12还可以具有电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理和热管理等功能。另外，电池数据采集设备12内还可以设置有自检模块，该自检模块用于对电池数据采集设备内的电压、温度、通讯、时钟、存储器等进行自检，从而保证电池数据采集设备12自身能够正常工作。需要说明的是，在本发明实施例中，电池数据采集设备12相当于电池管理系统BTM(BatteryManagementSystem)。

此外，在蓄电池箱01内还设置有控制开关以及对外的电源线。其中，电源线是给轨道车辆上的辅助负载供电以及接受充电机的充电。

在本发明实施例中，电池数据采集设备12与数据显示设备13之间通过电池数据采集通信线02和电池数据采集设备自诊断通信线03连接。通过电池数据采集通信线02，电池数据采集设备12将其采集到的电池参数信息传输至数据显示内的自检模块将自检结果传输至数据显示设备13上。作为示例，电池数据采集通信线02和电池数据采集设备自诊断通信线03可以为通信线RS485。

在本发明实施例中，数据显示设备13用于显示电池参数信息以及自检结果。具体地，数据显示设备13除了包括显示电池参数信息的显示子模块外，还包括显示自检结果的显示子模块。而且，为了使得工作人员及时发现电池参数和自检结果的异常，在数据显示设备13上对每个显示数据均设置有高限值和/或低限值，当显示的电池参数和自检结果中的数据高于其对应的高限值或者低于其对应的低限值时，数据显示设备对该显示数据进行报警模式的显示，以提醒工作人员查看报警数据，并做进一步的处理，从而提高轨道车辆的运行安全。

作为本发明的一个具体实施例，上述所述的数据显示设备13可以为轨道车辆驾驶室内的显示屏。具体地，当轨道车辆为动车时，该数据显示设备13可以为动车驾驶时内的MON屏，当轨道车辆为地铁时，该数据显示设备13可以为地铁驾驶室内的TCMS屏。更具体地，在轨道车辆驾驶室内的显示屏上设置有专门显示电池参数信息的显示界面。在该显示界面内可以显示电池参数信息表格、报警提示。此外，在显示屏上还可以设置有报告功能按钮。如此，驾驶员能够实时观察蓄电池组的电池参数信息和自检结果，从而能够及时发现蓄电池的故障信息，有利于保障轨道车辆运行的安全性。另外，在轨道车辆驾驶室内的显示屏上还可以设置有电池数据采集设备12的自检按钮。当自检按钮按下后，电池数据采集设备12进行自检。如此，驾驶员可以在驾驶室内控制电池数据采集设备12的自检。

作为实施例的变型，数据显示设备13也可以为专门为显示电池参数信息和自检结果设置的显示设备。

此外，作为本发明实施例的变型，电池数据采集设备12与数据传输设备14之间也可以通过电池数据采集通信线02’和电池数据采集设备自诊断通信线03’连接。通过电池数据采集通信线02’，电池数据采集设备12将其采集到的电池参数信息传输至数据传输设备14；通过电池数据采集设备自诊断通信线03’，电池数据采集设备12将自检结果传输至数据传输设备14上。

在数据显示设备13和数据传输设备14之间可以通过通信线连接，如此，数据传输设备14还可以从数据显示设备13上获取电池参数信息和自检结果。

数据传输设备14与数据控制中心15之间通过网络实现通信连接，如此，数据传输设备14能够将其获取到的电池参数信息和自检结果发送至数据控制中心15上。在本发明实施例中，实现数据传输设备14与数据控制中心15之间通信的网络例如可以为移动网络如2G/3G/4G网络，还可以为Wifi无线网络。

作为本发明的一具体实施例，上述所述的数据传输设备14也可以为设置在轨道车辆控制柜内的无线传输装置WTD(WirelessTransmittedData)。需要说明的是，在本发明实施例中，数据传输设备14不仅能够将其接收到的数据通过网络传输至数据控制中心15，其还可以能够分析和处理其接收到的各个数据，并实现数据的本地存储。在本发明实施例中，数据传输设备14可以通过三方插件实现对数据的备份存储。

在本发明实施例中，数据控制中心15可以为设置在地面某一固定位置的服务器，在本发明实施例中，数据控制中心15可以设置有专门的存储、PC操作机、应用软件等。该数据控制中心15通过其上的存储装置能够存储一组蓄电池组长期运行过程中的电池性能参数，以此对蓄电池组进行数据的统计、处理和分析，具体地，该数据控制中心15可以按照车型、运行线路、时间等信息对数据进行排列，对所采集的数据进行详细的区分，按照天、周、月、年对数据进行统计分析，从而得到蓄电池组的电池参数对电池衰退的变化规律和蓄电池组在轨道车辆上的工作状态和使用寿命。需要说明的是，蓄电池组在轨道车辆上的使用寿命可以通过容量衰减量进行判断，因为动车车辆是高速运行，而且放在车下，运行环境、温度等工况比较恶劣，所以只能通过该方式进行寿命的判断和评估。

此外，该数据控制中心15可以与多列轨道车辆进行通信，如此可以获得多列轨道车辆的数据信息，并对获得的数据信息进行统计分析。如此，数据控制中心15能够获取到运行在全国各地的轨道车辆的蓄电池参数信息，并将获取到的参数信息进行统计、记录和分析，因此，通过该数据控制中心能够实现轨道车辆的集中管控。集中管控的优点在于能将通过实时监控获取的数据进行统计分析，并能够及时的发现问题，也为蓄电池后续装车的优化和可靠性提供强有力的数据支撑。

另外，在本发明实施例中，数据控制中心15具备在线监控、运行数据存储、数据转储、数据处理分析、故障统计分析和数据库管理等功能。

作为示例，数据控制中心15可以对以下数据进行汇总分析：

1.蓄电池组总电压的实时测量并记录；

2.蓄电池组内单节电池电压的实时测量并记录；

3.蓄电池组温度的实时测量并记录；

4.蓄电池组充放电电流的实时测量并记录；

5.蓄电池组放电次数记录；

6.蓄电池组SOC(荷电状态)的计算并记录；

7.蓄电池组SOH(健康状态)的判定并记录；

8.蓄电池组异常信息记录。

另外，数据控制中心15还可以与充电机进行数据交互，其从充电机上可以获取到以下数据信息：

过充、过放、欠充、过热、过流保护与诊断，电池均衡控制，单体蓄电池电压检测，锂电池管理系统(BMS)的自诊断检测，接触器控制，接触器状态辅助触点检测，时钟、故障记录等功能，充电过程控制以及与充电机的交互通讯信息。

此外，由于在车辆运行中时蓄电池尤其锂电池对充放电条件要求较为苛刻，其在过充过放电、不均衡充电状态下，会导致组内电池性能极速劣化，进而导致整组电池失效，极端情况甚至会导致燃烧等安全问题。为了进一步提高轨道车辆运行的安全性，上述所述的监控系统还可以包括：

感烟和感温传感器16，用于检测盛放所述蓄电池组的电池箱内的烟雾浓度和温度，并实时监控所述蓄电池组的过充、过放、欠充、过流、过热、均衡控制；还用于将监测到的数据信息传输至所述数据显示设备和/或所述数据传输设备。此外，感烟和感温传感器16还可以将其检测到的电池箱内的烟雾浓度和温度传输至数据显示设备13和/或所述数据传输设备14，进而经由数据传输设备14传输至数据控制中心15。

以上为本发明实施例提供的轨道车辆用蓄电池监控系统的具体实施方式。通过该监控系统上的数据显示设备能够显示蓄电池组的电池参数信息，从而使工作人员能够及时发现蓄电池的故障信息，从而为轨道车辆运行提供了安全保障。而且通过数据控制中心能够得到蓄电池组的电池参数对电池衰退的变化规律和蓄电池组在轨道车辆上的工作状态和使用寿命。因此，通过该监控系统，能够实现对轨道车辆蓄电池的性能参数和使用寿命的监控，有利于提高轨道车辆运行的安全性。

需要说明的是，该监控系统特别适用于对锂电池的监控。这是因为，目前锂电池作为DC110V辅助电源供电系统即将在动车组上装车并进行运用考核。考虑到轨道车辆的安全性以及锂电池在轨道车辆上的不确定性，需要对轨道车辆用锂电池的参数信息进行实时监控，并在长期的运行考核中对获取到的数据进行统计分析，通过研究分析，最终得到锂电池最优的安装、配置、充放电及关键数据的监控。

此外，当本发明提供的轨道车辆用蓄电池监控系统用于监控在轨道车辆上运行考核的锂电池时，能够实时监控锂电池的性能参数和使用寿命等性能，如此，数据控制中心15通过对电池参数信息的统计分析，可以判断出运行线路、运行环境、运行速度等等与锂电池参数之间的关系，通过这些关系可以对锂电池的安装、配置、充放电及关键数据的监控进行优化，并且能够及时发现锂电池存在的问题，也为锂电池后续装车的可靠运行提供了强有力的数据支撑。

此外，为了使得本发明实施例提供的轨道车辆用蓄电池监控系统更加形象具体，本发明实施例还结合各个设备与车辆的位置关系提供了监控系统的另一结构示意图，具体如图2所示。需要说明的是，图2所示的监控系统结构与图1所示的监控系统结构相同，只是将每个设备的位置更加形象化了。鉴于图2所示的监控系统结构与图1所示的监控系统结构相同，其不同之处仅在于图2将各个设备的位置更加形象具体化了，为了简要起见，在此不再对图2所示的监控系统进行详细描述，详细信息请参见图1的相关描述。

以上为本发明的优选实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道车辆用蓄电池监控系统，其特征在于，包括：

电池数据采集设备、数据显示设备、数据传输设备和数据控制中心；

其中，所述电池数据采集设备用于实时采集蓄电池组的电池参数信息，并将所述电池参数信息传输至所述数据显示设备；

所述数据显示设备用于显示所述电池参数信息；

所述数据传输设备用于从所述电池数据采集设备或所述数据显示设备中获取所述电池参数信息，并通过网络将所述电池参数信息传输至所述数据控制中心；

所述数据控制中心对所述电池参数信息进行统计分析，得到蓄电池组的电池参数对电池衰退的变化规律和蓄电池组在轨道车辆上的工作状态和使用寿命。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池数据采集设备包括自检模块，所述自检模块用于对所述电池数据采集设备内的各个部件进行自检，并将自检结果传输至所述数据显示设备；

所述数据显示设备还包括用于显示所述自检结果的显示子模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述数据显示设备上，对显示的电池参数信息设置有高限值和/或低限值，当显示的电池参数信息高于其对应的高限值和/或低于其对应的低限值时，所述数据显示设备对该电池参数信息进行报警模式的显示。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据显示设备为轨道车辆驾驶室内的显示屏。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述显示屏上设置有用于显示所述电池参数信息的显示界面。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述显示屏还设置有自检按钮，通过控制所述自检按钮可以控制所述电池数据采集设备进行自检。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据传输设备为设置于轨道车辆控制柜内的无线传输装置。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据控制中心对所述电池参数信息进行统计分析，具体包括：

所述数据控制中心按照车型、运行线路、时间对电池参数信息进行排列，对所述电池参数信息进行区分，并按照天、周、月、年对电池参数信息进行统计分析。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄电池组为碱性镍镉蓄电池组、铅酸蓄电池组或锂电池组。

10.根据权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

感烟和感温传感器，用于检测盛放所述蓄电池组的电池箱内的烟雾浓度和温度，并实时监控所述蓄电池组的过充、过放、欠充、过流、过热、均衡控制；还用于将监测到的数据信息传输至所述数据显示设备和/或所述数据传输设备。