CN216209738U - 城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，所述在线监测系统包括BMS主控制器、双通道电流传感器、温度传感器和蓄电池电压采集组件，BMS主控制器分别与双通道电流传感器、多个温度传感器、蓄电池电压采集组件连接，双通道电流传感器分别采集列车正常工况和休眠工况的镍镉蓄电池的总电流；温度传感器采集镍镉蓄电池的温度以及镍镉蓄电池的箱体的温度；蓄电池电压采集组件采集镍镉蓄电池的单体电压，BMS主控制器通过MVB总线与车载总线进行数据交互。本实用新型以电池监测系统为核心，架构分布合理，实时监测单体电池及电池组的信息，并通过网络接口将数据实时传输给车辆，人机交互性强。

Description

城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种城市轨道交通车辆用镍镉蓄电池在线监测系统，属于城市轨道交通辅助供电蓄电池技术领域。

背景技术

随着轨道交通行业的飞速发展，列车用蓄电池的保有量大幅增加，蓄电池的维护检测工作越发繁重。目前轨道交通电池检测工作大多还处于人工操作阶段，受设备限制，所测参数不全面，间隔较长。当电池逐步进入老化阶段时，其退化的风险、故障的频率会相应增大，检测的工作量也随之加大。此外，轨道交通蓄电池的离散性一直困扰着业界，其离散性不单在其生产过程，而且还贯穿整个使用过程，落后电池存在一段时间后，会很快拉低整组电池的性能，严重时可能引发电池组崩溃。新一代地铁技术的快速发展，无人驾驶和紧急牵引的广泛使用，对蓄电池提出了更高的要求。如何有效提高蓄电池的可靠性，降低因电池故障导致的事故发生概率，从而提升运营安全变得越发重要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统。通过在线监测系统实时检测电池组总电压、充放电电流、电池组温度、单体电池电压，并根据参数对电池组进行过放、过流和过温预警。根据上述数据计算电池组的剩余容量、分析电池组的健康情况，对电池进行故障预判，并通过网络接口将蓄电池组实时信息发送给车辆，使司机和营运部门的操作人员能够根据蓄电池的状况及时进行正确地操作，减少营运部门的日常检修维护工作，以及因为蓄电池而造成的机破、临修等，降低运营成本。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，包括BMS主控制器、双通道电流传感器、温度传感器和蓄电池电压采集组件，BMS主控制器分别与双通道电流传感器、多个温度传感器、蓄电池电压采集组件连接，双通道电流传感器分别采集列车正常工况和休眠工况的镍镉蓄电池的总电流；温度传感器采集镍镉蓄电池以及镍镉蓄电池的箱体的温度；蓄电池电压采集组件采集镍镉蓄电池的单体电压；BMS主控制器对镍镉蓄电池的电池组进行总压检测，BMS主控制器通过MVB总线与车载总线进行数据交互。

进一步地，所述BMS主控制器采用隔离采样电路采集镍镉蓄电池的总电压。

进一步地，所述双通道电流传感器：双通道霍尔电流传感器采集、监测镍镉蓄电池的电池组的充电电流、放电电流、休眠工况电流。

进一步地，所述温度传感器采用集成灌封热敏电阻的OT端子。

进一步地，采用集成模拟前端采集单体电池电压；所述蓄电池电压采集组件总共42个通道采集单体电池的电压。

进一步地，所述BMS主控制器包括电源电路、通讯电路、模拟量采集电路、时钟电路、存储单元和核心处理单元，通讯电路通过MVB总线与车载总线进行数据交互。

进一步地，所述存储单元：64K铁电非易失性存储器用于存储在线监测系统的关键参数，大容量Flash用于存储在线监测系统运行和故障数据。

进一步地，所述BMS主控制器的外壳预留调试接口，用于程序升级和运行数据下载；BMS主控制器的外壳设置3个LED指示灯，包括电源指示灯、运行指示灯和通信指示灯。本实用新型的优点如下：

本实用新型以电池监测系统为核心，架构分布合理，实时监测单体电池及电池组的信息(包括温度采集、总电流采集、单体电压采集、总电压采集)，并通过网络接口将数据实时传输给车辆，人机交互性强。

本实用新型能有效识别出短板电池，拟合各参数变化曲线图，对健康状态出现问题的蓄电池进行告警，运维人员可根据告警信息及时维护或更换相应的电池，延长整体电池组的运行寿命。

列车休眠工况下部分设备仍然处于得电状态，蓄电池处于小电流长时间深度放电工况，本实用新型采用不同量程的双通道电流传感器，不间断采集列车正常工况和休眠工况的电池电流，可以确保SOC计算更加精确。

本实用新型可以实时保存运行数据和故障信息，用户可以通过上位机查询并导出蓄电池的历史数据，分析判断蓄电池的未来变化趋势。

附图说明

图1是本实用新型系统结构图；

图2是在线监测系统的采集原理图；

图3是系统主板3D视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统主要由主控制盒、电流传感器、温度传感器、蓄电池电压采集组件等组成。主机由电源电路、通讯电路、模拟量采集电路、时钟电路、存储单元及核心处理单元等组成，通讯电路通过MVB总线与车载总线进行数据交互。

参照图1所示，本实施例的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，每套系统包括：

1个BMS主控制器，带外壳；

1个双通道电流传感器(分别采集列车正常工况和休眠工况的电流)；

12个温度传感器(其中10路用于蓄电池温度监测，2路用于箱体温度监测)；

1套蓄电池电压采集组件(每2个电池为一路，每个蓄电池箱内有42路)，包括线缆、接线端子、连接器等。

BMS主控制器分别与上述双通道电流传感器、多个温度传感器、蓄电池电压采集组件连接，可以对镍镉蓄电池组进行总压检测，单体电压检测，电流检测，温度检测，对电池组数据进行集中分析和处理，判断电池组的运行状况，进行报警和控制，BMS主控制器通过MVB总线与车载总线进行数据交互。

其中，关于总电压检测：BMS主控制器由镍镉蓄电池直接供电，采用隔离采样电路直接从BMS主控制器的供电端进行电压采集，实现对整个电池组的电压检测，同时可以确保蓄电池其他负载的供电安全。

关于单体电压检测：采用集成模拟前端采集单体电池电压，由于地铁车辆所用镍镉蓄电池多采用84节串联的方式进行装配，如使用84路电压采集，线缆数量将非常庞大，对安装布线会造成极大的麻烦，因此设计了蓄电池电压采集组件，采用2节电池一采的方式，总共42个通道。参照图2所示：B1-连接蓄电池电压总负，间隔两节电池连接B1，B1/B1-分别为这一路电压的正负极，输入连接器作为第一路采样电压，电压值为两节电池的串联电压；B1同时又作为第二路采样电压的负极，与正极的B2组成第二路采样电压；以此类推，最终B42+连接蓄电池电压总正，与B41组成第42路采样电压。

关于总电流检测：采用双通道霍尔电流传感器实现对蓄电池组的充电电流、放电电流、休眠工况电流的采集及监测。

关于温度采集：采用集成灌封热敏电阻的OT端子检测电池温度和箱体温度。

关于工作电源：高压隔离电源模块将DC110V转换为板端控制系统电源。

关于数据传输：采用MVB总线与列车网络实现数据交互，同时主机控制盒预留调试接口，用于程序升级和运行数据下载。

关于数据存储：64K铁电非易失性存储器用于存储系统的关键参数，大容量Flash用于存储系统运行和故障数据，如：电压、温度、电流、各种故障信息等。

关于故障预判：系统能够根据电池组运行数据预判故障，进行预警，可输出预警信息有：电池组过充预警、电池组欠压预警、温度过高预警、放电过流预警、充电过流预警、单体电池故障预警。

关于SOC计算：引入蓄电池充/放电电流、蓄电池组电压、环境温度等系数，基于安时积分法和开路电压法计算蓄电池SOC，同时根据电池容量-温度曲线，进行温度补偿修正，提高SOC精度。

关于状态指示：BMS控制器的外壳设置3个LED指示灯。电源指示灯：正常上电后常亮、绿色；运行指示灯：系统正常运行时闪烁、绿色，故障时红色常亮；通信指示灯：正常通信时时闪烁、绿色，通信中断红色常亮。

参照图3所示，为本实施例的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统主板图，其中，P1:供电及总压采集端口；P2:电流采集端口；P3:单体电压采集端口1；P4:单体电压采集端口2；P5:温度采集端口；P6:MVB端口1；P7:MVB端口2；P8:LED状态指示灯；P9:调试用CAN端口；P10:侧插式旋转编码开关。

以上所述仅为本实用新型的优选例实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述在线监测系统包括BMS主控制器、双通道电流传感器、温度传感器和蓄电池电压采集组件，BMS主控制器分别与双通道电流传感器、多个温度传感器、蓄电池电压采集组件连接，双通道电流传感器分别采集列车正常工况和休眠工况的镍镉蓄电池的总电流；温度传感器采集镍镉蓄电池以及镍镉蓄电池的箱体的温度；蓄电池电压采集组件采集镍镉蓄电池的单体电压；BMS主控制器对镍镉蓄电池的电池组进行总压检测，BMS主控制器通过MVB总线与车载总线进行数据交互。

2.如权利要求1所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述BMS主控制器采用隔离采样电路采集镍镉蓄电池的总电压。

3.如权利要求1或2所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述双通道电流传感器：双通道霍尔电流传感器采集、监测镍镉蓄电池的电池组的充电电流、放电电流、休眠工况电流。

4.如权利要求1或2所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述温度传感器采用集成灌封热敏电阻的OT端子。

5.如权利要求1或2所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，采用集成模拟前端采集单体电池电压；所述蓄电池电压采集组件总共42个通道采集单体电池的电压。

6.如权利要求1或2所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述BMS主控制器包括电源电路、通讯电路、模拟量采集电路、时钟电路、存储单元和核心处理单元，通讯电路通过MVB总线与车载总线进行数据交互。

7.如权利要求6所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述存储单元：64K铁电非易失性存储器用于存储在线监测系统的关键参数，大容量Flash用于存储在线监测系统运行和故障数据。

8.如权利要求6所述的城市轨道交通镍镉蓄电池在线监测系统，其特征在于，所述BMS主控制器的外壳预留调试接口，用于程序升级和运行数据下载；BMS主控制器的外壳设置3个LED指示灯，包括电源指示灯、运行指示灯和通信指示灯。

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