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CN103645442A - 电力机车蓄电池剩余容量的检测装置 - Google Patents

电力机车蓄电池剩余容量的检测装置 Download PDF

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CN103645442A
CN103645442A CN201310653604.1A CN201310653604A CN103645442A CN 103645442 A CN103645442 A CN 103645442A CN 201310653604 A CN201310653604 A CN 201310653604A CN 103645442 A CN103645442 A CN 103645442A
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China
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battery
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electric locomotive
single battery
storage battery
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CN201310653604.1A
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English (en)
Inventor
何安清
王艳
丁艳辉
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CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd
Original Assignee
CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置，包括电流采集单元、电压采集单元、蓄电池采样装置和蓄电池控制器，其中，蓄电池控制器中预存储有蓄电池组中蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与蓄电池单体的剩余容量的对应关系。本发明在电力机车运行且蓄电池组放电过程中，对各蓄电池单体的电压和电流进行采集，然后计算得到的各蓄电池单体的内阻值，并在内阻值和蓄电池单体剩余容量的对应关系中，查找到各蓄电池单体的剩余容量，从而实现对电力机车蓄电池剩余容量的检测，为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据，避免电力机车蓄电池过充电和过放电情况的发生，延长电力机车蓄电池的使用寿命。

Description

电力机车蓄电池剩余容量的检测装置
技术领域
本发明涉及电力机车蓄电池技术领域，更具体地说，涉及一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置。
背景技术
电力机车蓄电池是电力机车直流供电系统的重要组成部分，它作为直流供电的后备电源，主要担负着电力机车在降弓状态下、过分相区时或者运动过程中受电弓离线造成供电中断时，为电力机车的启动、控制系统、监控系统及通讯系统提供稳定、安全、可靠的供电保障，确保电力机车上重要设备的正常运行。
电力机车上常用的蓄电池充电装置，一般通过设定的输出特性控制功能对电力机车蓄电池进行均衡充电和浮充充电管理。由于蓄电池充电装置不具备蓄电池检测功能，使得当电力机车蓄电池剩余容量不清楚时，蓄电池充电装置对电力机车蓄电池充电，容易出现过充电情况，或是电力机车蓄电池出现过放电等情况，从而导致电力机车蓄电池的使用寿命受到影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置，以实现对电力机车蓄电池剩余容量的检测，为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据，避免电力机车蓄电池过充电和过放电情况的发生，延长电力机车蓄电池的使用寿命。
一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置，包括：
与蓄电池组连接，用于采集所述蓄电池组的放电电流的电流采集单元，所述放电电流为所述蓄电池组在电力机车通过无电分相区运行过程中产生；
与所述蓄电池组连接，用于采集所述蓄电池组中各蓄电池单体的电压的电压采集单元；
分别与所述电流采集单元、所述电压采集单元连接，用于对所述电流采集单元输出的电流信号、所述电压采集单元输出的电压信号进行模数转换的蓄电池采样装置；
与所述蓄电池采样装置连接，预存储有所述蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与所述蓄电池单体的剩余容量的对应关系，用于对获取的各所述蓄电池单体的电压信号和电流信号计算，得到各所述蓄电池单体的内阻值，并从所述内阻值和所述蓄电池单体的剩余容量的对应关系中，查找到各所述蓄电池单体的剩余容量的蓄电池控制器。
优选的，所述电压采集单元为多路开关电路，所述多路开关电路中的每个开关分别与所述蓄电池组中的一个所述蓄电池单体连接，每个所述开关在采集与所述开关连接的所述蓄电池单体的电压时导通。
优选的，所述蓄电池采样装置内集成设置有采样保持电路和模数转换器；
所述采样保持电路的分别与所述电流采集单元、所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述蓄电池控制器连接，所述采样保持电路在所述模数转换器对所述电流采集单元输出的电流信号模数转换期间，保持所述电流采集单元输出的电流信号不变。
优选的，所述电压采集单元设置在所述蓄电池采样装置内。
优选的，所述电流采集单元为电流传感器。
优选的，所述电流互感器套设在所述蓄电池组的放电支路上。
优选的，还包括：显示单元；
所述显示单元与所述蓄电池控制器连接，用于显示各所述蓄电池单体的剩余容量。
优选的，所述蓄电池组中的各所述蓄电池单体串联连接。
优选的，还包括：温度采集单元，所述温度采集单元与所述蓄电池采样装置连接，用于采集所述蓄电池组的环境温度。
优选的，所述温度采集单元为温度传感器。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置，包括电流采集单元、电压采集单元、蓄电池采样装置和蓄电池控制器，其中，蓄电池控制器中预存储有蓄电池组中蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与蓄电池单体的剩余容量的对应关系。本发明在电力机车运行且蓄电池组放电过程中，对各蓄电池单体的电压和电流进行采集，然后计算得到的各蓄电池单体的内阻值，并在内阻值和蓄电池单体剩余容量的对应关系中，查找到各蓄电池单体的剩余容量，从而实现对电力机车蓄电池剩余容量的检测，为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据，避免电力机车蓄电池过充电和过放电情况的发生，延长电力机车蓄电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种与图2对应的蓄电池电压采样的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结构示意图，检测装置包括：电流采集单元11、电压采集单元12、蓄电池采样装置13和蓄电池控制器14；
其中：
电流采集单元11与蓄电池组01连接，用于采集蓄电池组01的放电电流，其中，所述放电电流为蓄电池组01在电力机车通过无电分相区运行过程中产生，此时，电力机车通过无电分相区，蓄电池组01处于自然放电状态的阶段。
电压采集单元12与蓄电池组01连接，用于采集蓄电池组01中各蓄电池单体的电压。
蓄电池采样装置13分别与电流采集单元11、电压采集单元12连接，用于对电流采集单元11输出的电流信号、电压采集单元12输出的电压信号进行模数转换。
蓄电池控制器14与蓄电池采样装置13连接，蓄电池控制器14预存储有蓄电池组01中蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与蓄电池单体的剩余容量的对应关系，蓄电池控制器14对获取的各蓄电池单体的电压信号和电流信号计算，得到各蓄电池单体的内阻值，并从内阻值和蓄电池单体的剩余容量的对应关系中，查找到各蓄电池单体的剩余容量。
本发明在电力机车通过无电分相区运行且蓄电池组01放电过程中，对各蓄电池单体的电压和电流进行采集，然后计算得到的各蓄电池单体的内阻值，并在内阻值和蓄电池单体剩余容量的对应关系中，查找到各蓄电池单体的剩余容量，从而实现对电力机车蓄电池剩余容量的检测，为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据，避免电力机车蓄电池过充电和过放电情况的发生，延长电力机车蓄电池的使用寿命。
同时，还可以根据蓄电池单体的剩余容量判断该蓄电池单体是否已经老化，以便及时更换，从而有效降低由于蓄电池单体老化带来的不必要的损失。
优选的，本实施例中的蓄电池组01可以为阀控式密封铅酸电池（ValveRegulated Lead Acid Battery，VRLA），又称为免维护铅酸蓄电池或VRLA蓄电池。
需要说明的一点是，电压采集单元12可以设置在蓄电池采样装置13内。
电压采集单元12可以为多路开关电路。
电流采集单元11可以为电流传感器。
蓄电池组01中的蓄电池单体串联连接，并且蓄电池单体的型号相同。
蓄电池采样装置13可以集成设置有采样保持电路和模数转换器。
参见图2，本发明实施例公开了另一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结构示意图，检测装置包括：电流采集单元21、多路开关电路22、蓄电池采样装置23和蓄电池控制器24；
在本实施例中，多路开关电路22设置在蓄电池采样装置23中，蓄电池采样装置23集成设置有采样保持电路25和模数转换器26；
具体的，蓄电池充电装置002与蓄电池组001中的各蓄电池单体004（图2中仅示出四个蓄电池单体004）串联连接，以为各蓄电池单体004充电；
蓄电池组001对电力机车中的负载003的充电电流I的方向参见图2。
电流采集单元21套设在蓄电池组001的放电支路上，用于采集蓄电池组001的放电电流，其中，所述放电电流为蓄电池组001在电力机车运行过程中产生，此时，电力机车通过无电分相区，蓄电池组001处于自然放电状态的阶段。
多路开关电路22中的每个开关分别与蓄电池组001中的一个蓄电池单体004连接（具体与蓄电池单体004的蓄电池极板连接），每个开关在采集与该开关连接的蓄电池单体004的电压时导通。
多路开关电路22的输出端与模数转换器26的输入端连接，多路开关电路22将采集的电压信号传送给模数转换器26。
采样保持电路25分别与电流采集单元21、模数转换器26连接，采样保持电路25用于在模数转换器26对电流采集单元21输出的电流信号模数转换期间，保持电流采集单元21输出的电流信号不变，从而避免因负载003的变化导致电流信号的变化，保证了电流信号的采集和多路开关电路22电压信号的采集同步。
模数转换器26的输出端与蓄电池控制器24连接，用于将对电流采集单元21输出的电流信号模数转化得到的电流信号，以及多路开关电路22输出的电压信号模数转化得到的电压信号传送给蓄电池控制器24。
蓄电池控制器24预存储有蓄电池组001中各蓄电池单体004的内阻变化区间内的各个内阻值，和与各个内阻值对应的蓄电池单体004的剩余容量，蓄电池控制器24对获取的各蓄电池单体004的电压信号和电流信号计算，得到各蓄电池单体004的内阻值，并从内阻值和蓄电池单体的剩余容量的对应关系中，查找到各蓄电池单体004的剩余容量。
其中，蓄电池采样装置23与蓄电池控制器24可以通过CAN（ControllerArea Network，控制器局域网络）总线连接。
蓄电池控制器24中各蓄电池单体004的内阻值和各蓄电池单体004的剩余容量的对应关系可以绘制成内阻值-剩余容量曲线。
本发明在电力机车通过无电分相区运行且蓄电池组001放电过程中，对各蓄电池单体004的电压和电流进行采集，然后计算得到的各蓄电池单体004的内阻值，并在内阻值和蓄电池单体004的剩余容量的对应关系中，查找到各蓄电池单体004的剩余容量，从而实现对电力机车蓄电池剩余容量的检测，为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据，避免电力机车蓄电池过充电和过放电情况的发生，延长电力机车蓄电池的使用寿命。
同时，还可以根据蓄电池单体004的剩余容量判断该蓄电池单体004是否已经老化，以便及时更换，从而有效降低由于蓄电池单体004老化带来的不必要的损失。
需要说明的一点是，本实施例中电流采集单元21可以为电流互感器。
为进一步优化上述实施例，还可以包括：温度采集单元27；
温度采集单元27与蓄电池采样装置23连接，具体与蓄电池采样装置23中的模数转换器26连接，温度采集单元27将采集的蓄电池组001的环境温度传送给模数转换器26进行模数转换，模数转换器26将模数转换后的环境温度传送给蓄电池控制器24，蓄电池控制器24对于计算得到的各蓄电池单体004的内阻值进行温度校正，得到个蓄电池单体004的动态内阻。
温度采集单元27可以为温度传感器，在实际使用时，温度采集单元27可以设置在一个蓄电池单体004上。
为进一步优化上述实施例，还可以包括：显示单元28，显示单元28与蓄电池控制器24连接，用于显示各蓄电池单体004的剩余容量。
参见图3，本发明实施例公开了一种与图2对应的蓄电池电压采样的原理图，蓄电池充电装置002与蓄电池组001中的各蓄电池单体004串联连接，各蓄电池单体004与多路开关电路22连接，多路开关电路22通过模数转换器26与蓄电池控制器24连接，蓄电池组001对电力机车中的负载003的充电电流I的方向参见图3。蓄电池电压采样原理具体参见上述实施例，此处不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置，其特征在于，包括：
与蓄电池组连接，用于采集所述蓄电池组的放电电流的电流采集单元，所述放电电流为所述蓄电池组在电力机车通过无电分相区运行过程中产生；
与所述蓄电池组连接，用于采集所述蓄电池组中各蓄电池单体的电压的电压采集单元；
分别与所述电流采集单元、所述电压采集单元连接，用于对所述电流采集单元输出的电流信号、所述电压采集单元输出的电压信号进行模数转换的蓄电池采样装置；
与所述蓄电池采样装置连接，预存储有所述蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与所述蓄电池单体的剩余容量的对应关系，用于对获取的各所述蓄电池单体的电压信号和电流信号计算，得到各所述蓄电池单体的内阻值，并从所述内阻值和所述蓄电池单体的剩余容量的对应关系中，查找到各所述蓄电池单体的剩余容量的蓄电池控制器。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述电压采集单元为多路开关电路，所述多路开关电路中的每个开关分别与所述蓄电池组中的一个所述蓄电池单体连接，每个所述开关在采集与所述开关连接的所述蓄电池单体的电压时导通。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述蓄电池采样装置内集成设置有采样保持电路和模数转换器；
所述采样保持电路的分别与所述电流采集单元、所述模数转换器连接，所述模数转换器与所述蓄电池控制器连接，所述采样保持电路在所述模数转换器对所述电流采集单元输出的电流信号模数转换期间，保持所述电流采集单元输出的电流信号不变。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述电压采集单元设置在所述蓄电池采样装置内。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述电流采集单元为电流传感器。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述电流互感器套设在所述蓄电池组的放电支路上。
7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：显示单元；
所述显示单元与所述蓄电池控制器连接，用于显示各所述蓄电池单体的剩余容量。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述蓄电池组中的各所述蓄电池单体串联连接。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：温度采集单元，所述温度采集单元与所述蓄电池采样装置连接，用于采集所述蓄电池组的环境温度。
10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述温度采集单元为温度传感器。
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