CN110116622A - 轨道车辆用蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轨道车辆用蓄电池系统，若干个蓄电池单元相互串联在一起形成蓄电池系统，蓄电池系统的总正端、总负端分别连接到充放电接口上，蓄电池单元包括蓄电池组和蓄电池保护装置，蓄电池组包括若干个相互串联的蓄电池模块，蓄电池模块包括若干个相互串联或/和并联的单体蓄电池；蓄电池保护装置包括电池管理系统、电流传感器、继电器、二极管和DC/DC转换器，蓄电池组的总正端或总负端依次串接电流传感器、继电器，二极管并接在继电器的两端，DC/DC转换器并接在蓄电池组的两端上，DC/DC转换器用于将蓄电池组的电压转换成低压直流控制电并将转换得到的低压直流控制电提供给低压电源模块。本发明设计简单、新颖，安全性高，维护成本低。

Description

轨道车辆用蓄电池系统
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆用蓄电池系统。
背景技术
目前，轨道用蓄电池系统主要为整车提供备用电源，在入库、出库、过分相、外电网异常时，提供应急备用电源，包括的负载项有应急照明、轴温报警装置长期供电、防滑器长期供电以及低压控制单元供电等。DC110V蓄电池系统带电量应满足整车直流应急用电全负载1h加应急用电5h需求。轨道车辆用辅助蓄电池运用最为广泛的是铅酸蓄电池、镍镉碱性电池。镍镉蓄电池能量密度低、含重金属污染、且有严重的记忆效应；镍镉电池安全性不强、且能量密度低，导致相同电量要求下，其体积和重量大，且需定期维护，维护成本较高。
发明内容
本发明旨在提供一种设计简单、新颖、安全性高、维护成本较低的轨道车辆用蓄电池系统。
本发明通过以下方案实现：
一种轨道车辆用蓄电池系统，若干个蓄电池单元相互串联在一起形成蓄电池系统，所述蓄电池系统的总正端、总负端分别连接到充放电接口上，所述充放电接口作为与充电机连接的输入接口且作为整车负载应急供电的输出端口；
所述蓄电池单元包括蓄电池组和蓄电池保护装置，所述蓄电池组包括若干个相互串联的蓄电池模块，所述蓄电池模块包括若干个相互串联或/和并联的单体蓄电池；蓄电池模块为最小可更换单元，若其中一个蓄电池模块出现异常，则可直接将该蓄电池模块进行更换；
所述蓄电池保护装置包括电池管理系统、电流传感器、继电器、二极管和DC/DC转换器，所述电池管理系统包括电池数据采集模块、数据信息处理模块、电池控制模块和低压电源模块，所述电池数据采集模块用于采集蓄电池组电流、蓄电池组电压、蓄电池模块电压和单体蓄电池温度并将采集到的电池数据传输至数据信息处理模块，所述数据信息处理模块对接收到的电池数据进行处理分析得到蓄电池组状态并将蓄电池组状态信息传输至电池控制模块，所述电池控制模块根据接收到的蓄电池组状态信息控制继电器的闭合与断开，当蓄电池组状态为正常模式时，电池控制模块控制继电器闭合，当蓄电池组状态为保护模式时，电池控制模块控制继电器断开；所述低压电源模块用于将DC/DC转换器转换得到的低压直流控制电提供给电池管理系统；
所述蓄电池组的总正端或总负端依次串接电流传感器、继电器，所述二极管并接在继电器的两端，所述DC/DC转换器并接在蓄电池组的两端上，所述DC/DC转换器用于将蓄电池组的电压转换成低压直流控制电并将转换得到的低压直流控制电提供给低压电源模块。
电流传感器一般为霍尔电流传感器。电流传感器用于对通过蓄电池组的电流进行精确测量，通过蓄电池组的充放电电流即充电机对蓄电池系统输出的电流或者蓄电池系统对负载放电的电流。通过采集蓄电池组电流可准确分析轨道车辆用蓄电池系统运行工况，并用于电池SOC估算，评估电池健康状态。
继电器的设置，在任一蓄电池组处于充电保护模式时，整个蓄电池系统无法进行充电，防止蓄电池组过充，保证蓄电池组的一致性。二极管的设置，当蓄电池组处于正常模式时，蓄电池系统可通过继电器进行放电；当任一蓄电池组处于保护模式时，蓄电池组对应的继电器处于断开状态，此时若负载需要应急供电，由于二极管的单向导电性，该蓄电池组可通过相对应的二极管进行放电，使蓄电池系统输出不间断。
蓄电池模块中的单体蓄电池优选镍氢电池。
进一步地，所述继电器后还串接有熔断器。熔断器用于蓄电池组的短路保护和过载保护。
进一步地，所述电池管理系统还包括通讯模块，所述通讯模块用于电池管理系统与充电机、整车之间的信息互送，所述通讯模块采用CAN通讯和RS485通讯。具体地，所述RS485通讯用于电池管理系统BMS 221与整车显示屏通讯，将蓄电池相关信息上传显示，便于检修人员检修；所述CAN通讯用于电池管理系统与充电机、整车、远程监控装置进行信息交互，并将蓄电池相关信息上传至指定平台上，便于用户或售后服务人员进行维护和保养。所述蓄电池相关信息包括蓄电池组电压、蓄电池组电流、蓄电池模块电压、单体蓄电池温度、电池荷电状态(SOC)以及故障状态等信息。
进一步地，所述蓄电池保护装置还包括远程监控装置，所述远程监控装置与通讯模块相连接，所述远程监控装置用于将蓄电池组相关信息通过后台服务器进行保存和显示，所述远程监控装置的电源由低压电源模块提供。
进一步地，所述保护模式包括过压保护模式、过流保护模式、过温保护模式和硬件故障保护模式。硬件故障保护包括温度传感器故障、蓄电池模块点丢失故障等。蓄电池组没有触发保护模式阈值时，处于正常模式。
本发明的轨道车辆用蓄电池系统，设计简单、新颖，安全性较高，易维护，维护成本较低，该蓄电池系统无需定期补充电解液，无需任何补液装置，操作便捷，继电器的设置，保证蓄电池系统内的任一蓄电池组在充电过程中不会过充、过热、过流，同时，任一蓄电池组的蓄电池保护装置处于充电保护模式时，整个蓄电池系统无法进行充电，防止电池过充，保证蓄电池组的一致性；二极管的设置，保证了蓄电池系统输出不间断，满足轨道用不间断电源要求。
附图说明
图1为实施例1中轨道车辆用蓄电池系统的框架示意图；
图2为实施例1中蓄电池单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种轨道车辆用蓄电池系统，如图1所示，两个蓄电池单元1相互串联在一起形成蓄电池系统，蓄电池系统的总正端、总负端分别连接到充放电接口2上，充放电接口2作为与充电机连接的输入接口且作为整车负载应急供电的输出端口；
如图2所示，蓄电池单元2包括蓄电池组21和蓄电池保护装置22，蓄电池组21包括若干个相互串联的蓄电池模块211，蓄电池模块211包括若干个先并联后串联的单体蓄电池，单体蓄电池为镍氢电池；
蓄电池保护装置22包括电池管理系统BMS 221、霍尔电流传感器222、继电器223、二极管224和DC/DC转换器225和远程监控装置226，电池管理系统BMS 221包括电池数据采集模块2211、数据信息处理模块2212、电池控制模块2213、低压电源模块2214和通讯模块2215，电池数据采集模块2211用于采集蓄电池组电流、蓄电池组电压、蓄电池模块电压和单体蓄电池温度并将采集到的电池数据传输至数据信息处理模块2212，数据信息处理模块2212对接收到的电池数据进行处理分析得到蓄电池组状态并将蓄电池组状态信息传输至电池控制模块2213，电池控制模块2213根据接收到的蓄电池组状态信息控制继电器223的闭合与断开，当蓄电池组状态为正常模式时，电池控制模块2213控制继电器223闭合，当蓄电池组状态为保护模式时，电池控制模块2213控制继电器223断开，保护模式包括过压保护模式、过流保护模式、过温保护模式和硬件故障保护模式；低压电源模块2214用于将DC/DC转换器225转换得到的低压直流控制电提供给电池管理系统BMS 221，通讯模块2215用于电池管理系统BMS221与充电机、整车之间的信息互送，通讯模块2215采用CAN通讯和RS485通讯，具体地，RS485通讯用于电池管理系统BMS 221与整车显示屏通讯，将蓄电池相关信息上传显示，便于检修人员检修；CAN通讯用于电池管理系统与充电机、整车、远程监控装置进行信息交互，并将蓄电池相关信息上传至指定平台上，便于用户或售后服务人员进行维护和保养。蓄电池相关信息包括蓄电池组电压、蓄电池组电流、蓄电池模块电压、单体蓄电池温度、电池荷电状态(SOC)以及故障状态等信息；
蓄电池组21的总正端或总负端依次串接霍尔电流传感器222、继电器223、熔断器227，二极管224并接在继电器223的两端，DC/DC转换器225并接在蓄电池组21的两端上，DC/DC转换器225用于将蓄电池组21的电压转换成低压直流控制电并将转换得到的低压直流控制电提供给低压电源模块2214，远程监控装置226与通讯模块2215相连接，远程监控装置226用于将蓄电池组21相关信息通过后台服务器进行保存和显示，具体地，电池管理系统BMS 221通过通讯模块2215的CAN通讯将蓄电池相关信息以及实时位置状态(GPS实时定位)传送至指定云平台进行集中分析和处理，判断蓄电池组的运行状况。
实施例2
一种轨道车辆用蓄电池系统，其结构与实施例1中的轨道车辆用蓄电池系统的结构相类似，其不同之处在于：蓄电池保护装置中未设置远程监控装置，蓄电池模块包括若干个相互串联的单体蓄电池。

Claims (5)

1.一种轨道车辆用蓄电池系统，其特征在于：若干个蓄电池单元相互串联在一起形成蓄电池系统，所述蓄电池系统的总正端、总负端分别连接到充放电接口上，所述充放电接口作为与充电机连接的输入接口且作为整车负载应急供电的输出端口；
所述蓄电池单元包括蓄电池组和蓄电池保护装置，所述蓄电池组包括若干个相互串联的蓄电池模块，所述蓄电池模块包括若干个相互串联或/和并联的单体蓄电池；
所述蓄电池保护装置包括电池管理系统、电流传感器、继电器、二极管和DC/DC转换器，所述电池管理系统包括电池数据采集模块、数据信息处理模块、电池控制模块和低压电源模块，所述电池数据采集模块用于采集蓄电池组电流、蓄电池组电压、蓄电池模块电压和单体蓄电池温度并将采集到的电池数据传输至数据信息处理模块，所述数据信息处理模块对接收到的电池数据进行处理分析得到蓄电池组状态并将蓄电池组状态信息传输至电池控制模块，所述电池控制模块根据接收到的蓄电池组状态信息控制继电器的闭合与断开，当蓄电池组状态为正常模式时，电池控制模块控制继电器闭合，当蓄电池组状态为保护模式时，电池控制模块控制继电器断开；所述低压电源模块用于将DC/DC转换器转换得到的低压直流控制电提供给电池管理系统；
所述蓄电池组的总正端或总负端依次串接电流传感器、继电器，所述二极管并接在继电器的两端，所述DC/DC转换器并接在蓄电池组的两端上，所述DC/DC转换器用于将蓄电池组的电压转换成低压直流控制电并将转换得到的低压直流控制电提供给低压电源模块。
2.如权利要求1所述的轨道车辆用蓄电池系统，其特征在于：所述继电器后还串接有熔断器。
3.如权利要求1所述的轨道车辆用蓄电池系统，其特征在于：所述电池管理系统还包括通讯模块，所述通讯模块用于电池管理系统与充电机、整车之间的信息互送，所述通讯模块采用CAN通讯和RS485通讯。
4.如权利要求2所述的轨道车辆用蓄电池系统，其特征在于：所述蓄电池保护装置还包括远程监控装置，所述远程监控装置与通讯模块相连接，所述远程监控装置用于将蓄电池组相关信息通过后台服务器进行保存和显示，所述远程监控装置的电源由低压电源模块提供。
5.如权利要求1～4任一所述的轨道车辆用蓄电池系统，其特征在于：所述保护模式包括过压保护模式、过流保护模式、过温保护模式和硬件故障保护模式。
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