CN216311956U

CN216311956U - 一种机车辅助电池系统

Info

Publication number: CN216311956U
Application number: CN202122472707.0U
Authority: CN
Inventors: 杨莹凤; 黄敬云
Original assignee: CHANGZHOU KEXING RAILWAY EQUIPMENT CO LTD
Current assignee: CHANGZHOU KEXING RAILWAY EQUIPMENT CO LTD
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2031-10-13

Abstract

本实用新型提供一种机车辅助电池系统，包括第一电池箱、第二电池箱、电池管理系统BMS和触摸屏，电池管理系统BMS包括第一从控模块、第二从控模块和主控模块，第一从控模块采集第一电池箱的电压和温度信息；第二从控模块采集第二电池箱的电压和温度信息；第一从控模块、第二从控模块、主控模块之间均通过CAN总线通信，主控模块接收第一从控模块和第二从控模块的数据进行分析、判断、存储当前电池组状态，并记录报警信息；主控模块通过RS485串口通讯与触摸屏连接，并将电池组状态信息显示在触摸屏上。将电池箱拆分开进行设置，安装时可以分开进行，可以有效利用机车上的空间，避免由于电池体积过大不便于安装的缺陷。

Description

一种机车辅助电池系统

技术领域

本实用新型涉及机车电源技术领域，特别是涉及一种机车辅助电池系统。

背景技术

到目前为止，国内机车的用电蓄电池基本分为两大类：铅酸蓄电池和镍镉蓄电池。锂电池在高铁上已有应用，在机车上近期有少量技改项目正在实施。在内燃机车上一般采用铅酸蓄电池用作辅助电源，铅酸蓄电池能量密度为30－45Wh/kg，循环寿命小于500次100%DOD，自放电率/月4－5%，充放电效率90%，安全性高，但铅酸电池所用重金属材质会造成环境污染，钛酸锂电池能量密度为55－90Wh/kg，循环寿命大于10000次100%DOD，自放电率/月1%，充放电效率大于99%，安全性高，但钛酸锂电池所用材质绿色环保，对环境不造成污染。钛酸锂电池可在－40℃到55℃环境下使用，超高倍率充放电，一般支持6C以上持续充放电，12C以上短时充放电，在不同放电深度工况下，循环寿命1~6万次，至少是铅酸电池的20倍，因此，锂电池的在机车上的应用也越来越多。

目前机车用辅助锂电池包括多个电池模组，多个电池模组全部设置在同一个电池箱内，因此会导致整体结构的尺寸过大，从而导致安装时占用的空间比较大，容易与机车上其他结构产生干扰，不便于电池的放置和安装。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种机车辅助电池系统。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种机车辅助电池系统，包括第一电池箱、第二电池箱、电池管理系统BMS和触摸屏，所述电池管理系统BMS包括第一从控模块、第二从控模块和主控模块，所述第一从控模块与第一电池箱连接，采集第一电池箱的电压和温度信息；所述第二从控模块与第二电池箱连接，采集第二电池箱的电压和温度信息；所述第一从控模块和第二从控模块之间，以及第一从控模块和第二从控模块与主控模块之间均通过CAN总线通信，所述主控模块接收第一从控模块和第二从控模块的数据进行分析、判断、存储当前电池组状态，并记录报警信息；所述主控模块通过RS485串口通讯与触摸屏连接，并将电池组状态信息显示在触摸屏上。

进一步，所述主控模块包括通讯接口、总电流监测模块、外围设备输入接口以及外围设备输出控制接口，其中，

所述通讯接口包括3路CAN接口和1路RS485接口，其中，一路CAN接口用于内部通信，一路CAN接口用于系统维护、一路CAN接口作为备用接口，RS485接口用于与充电机进行连接；作为优选，CAN接口采用CAN2.0B。

总电流监测模块包括霍尔电流传感器，通过霍尔电流传感器实时监测电池组充放电电流，霍尔电流传感器的电源范围为±12~15V供电，监测范围可选，精度±1%；

所述外围设备输入接口包括3路输入接口；

所述外围设备输出控制接口包括6路功率输出接口，其中，4路为高边控制输出，2路为低边控制输出，且每路功率输出接口的输出电流不超过1A。

进一步，所述第一从控模块和第二从控模块的结构相同，包括通讯接口、电池电压采集和均衡模块、温度采集模块、外围设备接口以及报警模块，其中，

所述通讯接口包括1路CAN接口，用于与主控模块和其他从控模块之间进行数据传输；

所述电池电压采集模块用于采集单体电池电压，并将电压数据上传至主控模块，同时该电池电压采集模块还具有被动均衡功能，对不同单体电池之间的电压进行均衡。

所述温度采集模块包括NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻用于采集电池箱内的温度，并将温度数据通过从控模块传递给主控模块；

所述外围设备接口包括2路输入接口和2路功率输出接口，所述输入接口用于接收外部数据；所述功率输出接口用于输出控制信号，且均为低边驱动输出，且每个功率输出接口的输出电流不超过1A；

所述报警模块包括指示灯和/或蜂鸣器，用于当电池电压或温度超过设定的报警阈值时发出警示。

进一步，所述第一电池箱和第二电池箱内均设有电池模组，所述电池模组包括若干电池单体和信号采集板，所述电池单体串联后的正极形成电池模组的正极，电池单体串联后的负极形成电池模组的负极，且所述信号采集板设置在所有电池单体的一侧，且与每个电池单体通过线路连接，用于采集每个电池单体的当前状态。

具体的，所述第一从控模块固定在第一电池箱内，且所述第一电池箱内还设有熔断器，所述第一电池箱的侧壁上设有与外部连接的连接器。

具体的，所述霍尔电流传感器、第二从控模块和主控模块均设置在第二电池箱内，所述第二电池箱内还设有熔断器以及至少一个接触器，所述第二电池箱的侧壁上设有与外部连接的至少一个连接器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种机车辅助电池系统，将电池箱拆分开进行设置，安装时可以分开进行，可以有效利用机车上的空间，避免由于电池体积过大不便于安装的缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型机车辅助电池系统的原理示意图。

图2是第一电池箱的布局示意图。

图3是第二电池箱的布局示意图。

图4是电池模组的布局示意图。

图中：1、第一电池箱，11、第一从控模块，12、熔断器，13、连接器，2、第二电池箱，21、第二从控模块，22、主控模块，23、接触器，24、霍尔电流传感器，25、熔断器，26、连接器，3、电池模组，31、信号采集板，32、信号采集口，33、模组正极，34、模组负极。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型的一种机车辅助电池系统，包括第一电池箱、第二电池箱、电池管理系统BMS和触摸屏，所述电池管理系统BMS包括第一从控模块、第二从控模块和主控模块，所述第一从控模块与第一电池箱连接，采集第一电池箱的电压和温度信息；所述第二从控模块与第二电池箱连接，采集第二电池箱的电压和温度信息；所述第一从控模块和第二从控模块之间，以及第一从控模块和第二从控模块与主控模块之间均通过CAN总线通信，所述主控模块接收第一从控模块和第二从控模块的数据进行分析、判断、存储当前电池组状态，并记录报警信息；所述主控模块通过RS485串口通讯与触摸屏连接，并将电池组状态信息显示在触摸屏上。本实施例中采用的触摸屏的型号为DMT80480T070_18WT，是一款串口7寸DGUS组态屏。

本实施例中电池管理系统BMS采用了分布式系统结构，该系统包括主控模块B11A01A以及两个从控模块B12A32A。该BMS系统用于锂离子电池系统的保护和管理、整车继电器控制及充电控制，对电池状态的监测、显示、数据存储、传输，电池充放电控制等功能。电池状态监测包括电压、电流、温度、SOC（剩余电量）和绝缘信息等。在电池状态异常时管理系统会给出并记录报警信息，同时根据控制策略做出相应的保护措施，以延长电池的使用寿命。

主控模块包括通讯接口、总电流监测模块、外围设备输入接口以及外围设备输出控制接口，其中，所述通讯接口包括3路CAN接口和1路RS485接口，其中，一路CAN接口用于内部通信，一路CAN接口用于系统维护、一路CAN接口作为备用接口，RS485接口用于与充电机进行连接；作为优选，CAN接口采用CAN2.0B。总电流监测模块包括霍尔电流传感器，通过霍尔电流传感器实时监测电池组充放电电流，霍尔电流传感器的电源范围为±12~15V供电，监测范围可选，精度±1%；所述外围设备输入接口包括3路输入接口；所述外围设备输出控制接口包括6路功率输出接口，其中，4路为高边控制输出，2路为低边控制输出，且每路功率输出接口的输出电流不超过1A。

第一从控模块和第二从控模块的结构相同，包括通讯接口、电池电压采集和均衡模块、温度采集模块、外围设备接口以及报警模块，其中，所述通讯接口包括1路CAN接口，用于与主控模块和其他从控模块之间进行数据传输；所述电池电压采集模块用于采集单体电池电压，并将电压数据上传至主控模块，同时该电池电压采集模块还具有被动均衡功能，对不同单体电池之间的电压进行均衡；作为优选，电池电压采集模块最多可以采集32只单体电池的电压。所述温度采集模块包括NTC热敏电阻，所述NTC热敏电阻用于采集电池箱内的温度，并将温度数据通过从控模块传递给主控模块；本实施例中采用型号为CWF4B-103F4150的NTC热敏电阻，且最多可采集8个温度点。所述外围设备接口包括2路输入接口和2路功率输出接口，所述输入接口用于接收外部数据；所述功率输出接口用于输出控制信号，且均为低边驱动输出，且每个功率输出接口的输出电流不超过1A；所述报警模块包括指示灯和/或蜂鸣器，用于当电池电压或温度超过设定的报警阈值时发出警示。

如图2所示，第一电池箱1内设有两个电池模组3，两个电池模组3分别位于第一电池箱1的两侧，第一从控模块11固定在第一电池箱1内，且第一电池箱1内还设有熔断器12，所述第一电池箱1的侧壁上设有与外部连接的连接器13。

如图3所示，第二电池箱2内也设有两个电池模组3，霍尔电流传感器24、第二从控模块21和主控模块22均设置在第二电池箱2内，所述第二电池箱2内还设有熔断器25以及至少一个接触器23，所述第二电池箱2的侧壁上设有与外部连接的至少一个连接器26。本实施例中接触器23和连接器26均为两个。

第一电池箱1和第二电池箱2之间信号通过CAN总线连接，本实施例中电池箱的尺寸：长×宽×高为726×510×492，单位mm。

如图4所示，电池模组3包括若干电池单体和信号采集板31，所述电池单体串联后的正极形成电池模组的模组正极33，电池单体串联后的负极形成电池模组的模组负极34，且所述信号采集板31设置在所有电池单体的一侧，且与每个电池单体通过线路连接，用于采集每个电池单体的当前状态，电池模组3靠近模组正极34的一侧还设有信号采集口32，用于输出采集信号。电池箱内的电池模组3的数量可以根据需求进行设置，本实施例中，每个电池箱内设置有两个电池模组3，分别位于电池箱的两侧，两个电池模组3之间的电池箱空间布置从控模块、主控模块、熔断器、接触器等电气元件。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种机车辅助电池系统，其特征在于：包括第一电池箱、第二电池箱、电池管理系统BMS和触摸屏，所述电池管理系统BMS包括第一从控模块、第二从控模块和主控模块，所述第一从控模块与第一电池箱连接，采集第一电池箱的电压和温度信息；所述第二从控模块与第二电池箱连接，采集第二电池箱的电压和温度信息；所述第一从控模块和第二从控模块之间，以及第一从控模块和第二从控模块与主控模块之间均通过CAN总线通信，所述主控模块接收第一从控模块和第二从控模块的数据进行分析、判断、存储当前电池组状态，并记录报警信息；所述主控模块通过RS485串口通讯与触摸屏连接，并将电池组状态信息显示在触摸屏上。

2.如权利要求1所述的机车辅助电池系统，其特征在于：所述主控模块包括通讯接口、总电流监测模块、外围设备输入接口以及外围设备输出控制接口，其中，

所述通讯接口包括3路CAN接口和1路RS485接口，其中，一路CAN接口用于内部通信，一路CAN接口用于系统维护、一路CAN接口作为备用接口，RS485接口用于与充电机进行连接；

总电流监测模块包括霍尔电流传感器，通过霍尔电流传感器实时监测电池组充放电电流；

所述外围设备输入接口包括3路输入接口；

3.如权利要求2所述的机车辅助电池系统，其特征在于：所述第一从控模块和第二从控模块的结构相同，包括通讯接口、电池电压采集和均衡模块、温度采集模块、外围设备接口以及报警模块，其中，

所述电池电压采集模块用于采集单体电池电压，并将电压数据上传至主控模块；

4.如权利要求3所述的机车辅助电池系统，其特征在于：所述第一电池箱和第二电池箱内均设有电池模组，所述电池模组包括若干电池单体和信号采集板，所述电池单体串联后的正极形成电池模组的正极，电池单体串联后的负极形成电池模组的负极，且所述信号采集板设置在所有电池单体的一侧，且与每个电池单体通过线路连接，用于采集每个电池单体的当前状态。

5.如权利要求4所述的机车辅助电池系统，其特征在于：所述第一从控模块固定在第一电池箱内，且所述第一电池箱内还设有熔断器，所述第一电池箱的侧壁上设有与外部连接的连接器。

6.如权利要求5所述的机车辅助电池系统，其特征在于：所述霍尔电流传感器、第二从控模块和主控模块均设置在第二电池箱内，所述第二电池箱内还设有熔断器以及至少一个接触器，所述第二电池箱的侧壁上设有与外部连接的至少一个连接器。