基于轨道车辆列车网络的蓄电池在线监测方法

葛莲 理文祥

摘要：蓄电池是轨道车辆辅助电源系统的重要组成部分，实时掌握蓄电池的性能和状态对于车辆至关重要。本文介绍了一种基于列车网络的蓄电池在线监测方法，在利用车辆既有设备的前提下实现蓄电池的监测。

关键词：轨道车辆;列车网络;蓄电池;监测

1. 引言

辅助电源系统为轨道交通系统中最为关键的子系统之一。蓄电池是辅助电源系统的重要组成部分，因此实时掌握蓄电池的性能和状态，对于车辆的正常运营和紧急供电至关重要。目前，蓄电池在线监测功能的实现通常是通过配置独立的蓄电池在线监测装置和采集单元。

2. 轨道交通系统蓄电池监测常用监测方法

2.1 常用监测方法

目前城市轨道车辆进行蓄电池在线监测时，通常配置独立的蓄电池在线监测装置和采集单元;进行蓄电池电量的监测时，通常利用放电法来监测蓄电池自身容量的容积。

常用监测方法为：在蓄电池单体上安装电压、温度采集单元，每组蓄电池或每个蓄电池单体配置一个电流传感器，采集单元和传感器将蓄电池的电压、温度、电流等电气参数信息发送给蓄电池在线监测装置独立的控制分析模块，该模块进行数据的分析处理判断，并将结果上传到列车网络系统中，列车网络仅作数据接收、信息显示和故障数据记录等工作，不参与数据的分析处理判断等工作。

2.2 常用监测方法缺点

2.2.1 现有蓄电池在线监测在车辆既有的列车网络和蓄电池充电机的传感器基础上，需要额外增加独立的蓄电池在线监测装置及其采集单元，不仅增加了车辆的电气和机械接口，而且增加了车辆的制造成本;

2.2.2 当额外增加的蓄电池在线监测装置及其采集单元安装不牢或通讯电缆布线不规范时，在线监测装置的电缆容易落在蓄电池单体的表面上，存在发生短路甚至火灾的隐患;

2.2.3 当蓄电池组下车维护时，需要将该装置拆除，待维护结束后再重新安装到蓄电池单体上，如此既增加了维护人员的工作量，又增加了车辆的故障点，效率低下。

3. 基于轨道车辆列车网络的蓄电池在线监测方法

因为常用监测方法具有成本高、效率低、维护工作量大、安全隐患多等缺点，所以特别有必要积極探索利用车辆既有设备来实现蓄电池的在线监测功能需求，而文中提出的基于轨道车辆列车网络的蓄电池在线监测系统就能满足相应的功能。

3.1在线监测方法

根据蓄电池在线监测的电路原理图（如图1），采用蓄电池充电机内既有的电压传感器、电流传感器采集蓄电池组的电压、充放电电流等电气参数，采用蓄电池箱内既有的温度传感器采集蓄电池组的环境温度参数;蓄电池充电机将这些模拟信号转换为数字信号，通过列车MVB 总线发送到车辆控制单元（VCU）中。当VCU 接收到此信号后，按照图2 所示的流程，根据设定的逻辑判断，如电压过高和过低、蓄电池电流超限、温度超限的各阀值，进行蓄电池组的电压、充放电电流、温度等参数的在线诊断、实时显示、报警提示和数据记录。此外，VCU 将蓄电池充电机发送过来的电流和温度参数，按照设定的计算公式（如公式1），对蓄电池组充放电电流进行时间的积分，进而计算得到蓄电池组当前的剩余电量（SOC），并按设定的逻辑判断，如蓄电池组SOC 过低的阀值，进行蓄电池组剩余电量的在线计算、实时显示、报警提示和数据记录。

3.2 实际应用情况

某城市地铁项目有蓄电池在线监测的功能需求，在其地铁车辆的司机室显示屏上，能实时查询蓄电池的相关状态信息，如图3 所示。

4. 结论

基于轨道车辆列车网络的蓄电池在线监测系统，主要利用轨道车辆既有的蓄电池充电机内部的电压传感器、电流传感器，以及蓄电池箱内的温度传感器，通过列车MVB 总线将蓄电池的相关参数发送到车辆控制单元中，实现车载蓄电池状态的实时监测。因此，该方法具有以下优点：（1）不需配置额外的在线监测装置及其采集单元，利用车辆既有的列车网络和蓄电池充电机的传感器实现在线监测功能，不用改变车辆的电气和机械接口，仅车辆的列车网络和蓄电池充电机的数据接口进行适应性调整，制造成本低;（2）蓄电池充电机仅将采集到的蓄电池组电压、电流、温度等信息实时发送给列车网络，不参与数据的分析处理判断工作，由列车网络对这些数据进行分析处理判断，并完成相关信息显示和故障数据记录等工作;（3）进行蓄电池剩余电量的监测时，采用安时积分法实时计算蓄电池组当前时刻能放出的电量;（4）蓄电池上不需增加在线监测的通讯电缆，电缆不会落在蓄电池单体的表面上，从而不会发生短路或者火灾的情况，安全性好;（5）当蓄电池组进行下车维护时，正常拆除蓄电池的正负极接线和温度传感器接线即可，故障点少、故障率低，维护方便。通过实验和具体地铁车辆项目的验证，该系统能及时较反馈蓄电池的状态，为轨道车辆的司乘人员和工程技术维护人员提供维护依据和指导。

参考文献：

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[2]TB/T3061-2016 机车车辆用蓄电池.

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[4]方小斌，动力电池荷电状态估算方法的研究[J].通信电源技术，2014，（6）：13-15，32.

（1.中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031;2.南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京210012、）