CN111044915A - 轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电源控制技术领域，尤其是一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，包括蓄电池、车载充电机、电池管理系统和标准电阻，所述车载充电机与蓄电池正负极对应连接，所述标准电阻串联在蓄电池正极端与车载充电机正极端之间，所述电池管理系统的信号采集端分别连接标准电阻的两端，蓄电池的正极端经过标准电阻后与车载负载正极端连接，电池管理系统的输出端与车载充电机的PLC控制端连接，本发明能够正确、实时的反映蓄电池的真实状况，从而控制蓄电池的充放电，还可以保护蓄电池过放电，避免蓄电池提前失效。
Description
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，具体领域为一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统。
背景技术
随着中国经济高速增长，随着城市化的发展趋势，中国高铁，轨道交通作为其重要的运输工具，无疑具有战略意义。特别是目前的智能化，人工智能的进步，对高铁，轨道交通在技术上提出了更高的要求。
传统的轨道交通车载电源系统对蓄电池容量是没有精确控制的，一般是通过蓄电池的的输出电压的变化加以估算，从而判断蓄电池的状况。由于传统轨道交通车辆所用蓄电池为备用电池或辅助电源所用，蓄电池对车辆运行而言，不是动力之源。但随着AI和智能化的要求，特别是对蓄电池要有牵引功能的需求：甚至无人驾驶；即在没有任何电力的情况下，由蓄电池牵引车辆到离事故最近的安全地段。则这种极端状况对蓄电池容量的精确的控制自关重要。
传统的检测方法：监控电池电压测试，极具风险：因为蓄电池的电压是随着电池的老化而变化的。特别是蓄电池在使用末期(或老化后)，其反映出(检测出的)电压是虚值，实际上没有容量的。
这是蓄电池的特性造成的：因为在蓄电池末期，其内阻增大，当充电时，由于内阻较大，U＝I*R；使得U升高，而当U升高，充电机通过判断U的大小，认为蓄电池充满电了，即停止充电，但此时，蓄电池并没有充进去电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，以解决现有技术中无法对蓄电池精确检测电池容量，保证蓄电池的安全使用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，包括蓄电池、车载充电机、电池管理系统和标准电阻，所述车载充电机与蓄电池正负极对应连接，所述标准电阻串联在蓄电池正极端与车载充电机正极端之间，所述电池管理系统的信号采集端分别连接标准电阻的两端，蓄电池的正极端经过标准电阻后与车载负载正极端连接，电池管理系统的输出端与车载充电机的PLC控制端连接。
优选的，所述蓄电池为车载蓄电池。
优选的，所述车载充电机为3-400UAV/110VDC逆变器。
优选的，所述电池管理系统包括处理器、电流采集器、电压检测器，电流采集器和电压检测器的测试端口均与标准电阻两端的采集端连接，处理器的输入端分别与电流采集器、电压检测器的信号输出端连接，处理器的输出端分别与车载计算机和车载充电机输出连接。
优选的，所述电池管理系统还包括有时间计数器，所述时间计数器与处理器的输入端通信连接。
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统的检测方法，其步骤为：
(1)当蓄电池正常时，车载充电机输出的充电电流稳定，电压上升缓慢，通过积分计算得到理论的蓄电池的容量计算值；
(2)当电池电压达到车载充电机预设的电压限制值而再无变化时，蓄电池充满电；
(3)此时蓄电池的容量检测器发送开关量输出至车载计算机一个信号；
(4)当蓄电池不正常时，若车载充电机输出的充电电流不变，但蓄电池的电压升高较快，瞬间达到车载充电机电压的限制值；
(5)车载充电机工作状态转换为浮充电模式，自动减小对蓄电池的充电电流；
(6)通过处理器对电流与时间进行处理计算，得出实时状态的蓄电池容量，并将处理结果输出至车载计算机；
(7)工作人员对车载计算机接收的蓄电池信息进行标准值比对，判断确定蓄电池故障或虚电压问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过蓄电池的本质特性：C＝A*H，无论其内、外因如何变化都能够正确的、实时的反映蓄电池的真实状况，从而控制蓄电池的充放电，还可以保护蓄电池过放电，避免蓄电池提前失效。。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的恒压充电与车载充电机充电电压电路变化状态图；
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做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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，其特征在于：包括蓄电池、车载充电机、电池管理系统和标准电阻，所述车载充电机与蓄电池正负极对应连接，所述标准电阻串联在蓄电池正极端与车载充电机正极端之间，所述电池管理系统的信号采集端分别连接标准电阻的两端，蓄电池的正极端经过标准电阻后与车载负载正极端连接，电池管理系统的输出端与车载充电机的PLC控制端连接。
所述蓄电池为车载蓄电池。
所述车载充电机为3-400UAV/110VDC逆变器。
所述电池管理系统包括处理器、电流采集器、电压检测器，电流采集器和电压检测器的测试端口均与标准电阻两端的采集端连接，处理器的输入端分别与电流采集器、电压检测器的信号输出端连接，处理器的输出端分别与车载计算机和车载充电机输出连接。
所述电池管理系统还包括有时间计数器，所述时间计数器与处理器的输入端通信连接。
如图1至2所示，一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统的检测方法，其步骤为：
(1)当蓄电池正常时，车载充电机输出的充电电流稳定，电压上升缓慢，通过积分计算得到理论的蓄电池的容量计算值；
(2)当电池电压达到车载充电机预设的电压限制值而再无变化时，蓄电池充满电；
(3)此时蓄电池的容量检测器发送开关量输出至车载计算机一个信号；
(4)当蓄电池不正常时，若车载充电机输出的充电电流不变，但蓄电池的电压升高较快，瞬间达到车载充电机电压的限制值；
(5)车载充电机工作状态转换为浮充电模式，自动减小对蓄电池的充电电流；
(6)通过处理器对电流与时间进行处理计算，得出实时状态的蓄电池容量，并将处理结果输出至车载计算机；
(7)工作人员对车载计算机接收的蓄电池信息进行标准值比对，判断确定蓄电池故障或虚电压问题。
通过本技术方案，轨道交通所用的车载充电机一般是恒压限流的方式对蓄电池充电；因为主要考虑到车载的负载的承载力受到限制。这种充电模式，主要通过蓄电池的输出电压变化来判断蓄电池是否充满电，即当蓄电池的输出电压到了充电机的限压值不再变化了，(升高)则充电机的充电模式自动转到浮充电(表示蓄电池已充满电了)。但实际情况是，在蓄电池受到损坏或随着老化过程，蓄电池的充电电压是非线性变化的。见公式：U＝I*R；充电机是依据该公式的：物理量U电压，来估算或估计电池容量的。但实际上以上公式左边物理量R已变化了。当R增大，U就会变大。
本发明阐述的原理是：C＝A*H；容量＝电流*时间，无论其内、外因如何变化都能够正确的、实时的反映蓄电池的真实状况，从而控制蓄电池的充放电，还可以保护蓄电池过放电，避免蓄电池提前失效。
通过检测输入/输出蓄电池的电流大小(上图的标准电阻阻值是固定的)，结合标准电阻两端的电压变化，再通过时间计数器，可以精确计算实际的A*H的数值：即容量。
电池管理系统的处理器具有记忆功能，即使断掉电源，电池管理系统也可以在任何时候接通电源后，继续读写，不会中断原来对蓄电池的实际容量的记录，从而对人机对话提供可能。对电池系统的电压、电流、容量实时监控和报警。
电池管理系统设有三个选择性输出开关量信号，一个蓄电池充电充满的的输出信号，也可以是RS232信号输出，同时电池管理系统能有记忆性功能，一是蓄电池无论工作或休眠，容量数据都实时记录在案。二是无论电池管理系统工作或休眠，其数据都不会丢失，只要一恢复电池管理系统的电路工作状态，电池管理系统马上自动连续计数。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，其特征在于：包括蓄电池、车载充电机、电池管理系统和标准电阻，所述车载充电机与蓄电池正负极对应连接，所述标准电阻串联在蓄电池正极端与车载充电机正极端之间，所述电池管理系统的信号采集端分别连接标准电阻的两端，蓄电池的正极端经过标准电阻后与车载负载正极端连接，电池管理系统的输出端与车载充电机的PLC控制端连接。
2.根据权利要求1所述的轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，其特征在于：所述蓄电池为车载蓄电池。
3.根据权利要求1所述的轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，其特征在于：所述车载充电机为3-400UAV/110VDC逆变器。
4.根据权利要求1所述的轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，其特征在于：所述电池管理系统包括处理器、电流采集器、电压检测器，电流采集器和电压检测器的测试端口均与标准电阻两端的采集端连接，处理器的输入端分别与电流采集器、电压检测器的信号输出端连接，处理器的输出端分别与车载计算机和车载充电机输出连接。
5.根据权利要求4所述的轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统，其特征在于：所述电池管理系统还包括有时间计数器，所述时间计数器与处理器的输入端通信连接。
6.一种轨道交通车载电源系统蓄电池容量控制系统的检测方法，其特征在于：其步骤为：
(1)当蓄电池正常时，车载充电机输出的充电电流稳定，电压上升缓慢，通过积分计算得到理论的蓄电池的容量计算值；
(2)当电池电压达到车载充电机预设的电压限制值而再无变化时，蓄电池充满电；
(3)此时蓄电池的容量检测器发送开关量输出至车载计算机一个信号；
(4)当蓄电池不正常时，若车载充电机输出的充电电流不变，但蓄电池的电压升高较快，瞬间达到车载充电机电压的限制值；
(5)车载充电机工作状态转换为浮充电模式，自动减小对蓄电池的充电电流；
(6)通过处理器对电流与时间进行处理计算，得出实时状态的蓄电池容量，并将处理结果输出至车载计算机；
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