基于有线测量传输的车载CAT蓄电池卡特电瓶管理系统

摘要:依据有线丈量及传输的车载蓄电池办理体系，可在不影响蓄电池安全且监测设备安装不影响蓄电池箱体结构、空间等前提下，经过设置电流传感器、温度传感器、电压集成收集端口对蓄电池组总电压、蓄电池模块（由一个蓄电池单体或2个及以上单体组成的单元）电压、蓄电池充放电电流、蓄电池模块温度。蓄电池箱体环境温度等检测及剖析核算，供给蓄电池多方面的情况监测及健康评价，蓄电池反常情况可经过MVB或以太网接口发送给列车操控与办理体系（TCMS），将经过TCMS对反常情况进行告警，以减少或防止蓄电池毛病的产生。

关键字:蓄电池办理体系、主操控器、蓄电池模块温度、蓄电池模块电流、蓄电池组总电压、蓄电池充放电电流

Abstract: On-board battery management system based on wired measurement and transmission can measure the total voltage of battery pack, battery module (cell composed of one battery cell or two or more cells) voltage, battery charge and discharge current Battery module temperature. The detection, analysis and calculation of the ambient temperature of the storage battery box provide the status monitoring and health assessment of the storage battery in various aspects. The abnormal condition of the storage battery can be sent to the train control and management system (TCMS) through MVB or Ethernet interface, and the abnormal condition will be alarmed through TCMS to reduce or avoid the occurrence of the storage battery fault.

Key Words: attery management system, main controller, battery module temperature, battery module current, total battery voltage, battery charge and discharge current

1导言

车载蓄电池作为轨迹交通车辆储能的应急供电设备，首要用于车辆的唤醒、睡眠及紧急工况下为车辆紧急负载供电。其供电的安全性、可靠性连续性是车辆应急供电的保障，其运转情况的良好与否直接关系到车辆能否安全可靠的运营。然而在实践的使用过程中，车载蓄电池毛病（漏液、短路甚至爆破）时有产生，给轨迹车辆安全可靠运营形成要挟。为了便于实时了解车辆运营过程中蓄电池的作业情况，防止车辆运营过程中蓄电池出现严重给车辆运营形成负面影响，现在越来越多的轨迹车辆装备了车载蓄电池办理体系，该体系经过对蓄电池单体或模块电压、蓄电池组电压、充放电电流、蓄电池模块或箱体缓解温度等丈量及剖析，供给蓄电池多方面的情况监测及健康评价，蓄电池反常情况可发送给TCMS体系，经过TCMS对反常情况进行预警，从而减少或防止蓄电池毛病的产生。轨迹车辆常用的蓄电池在充电过程中或许会产生氢气，为防止氢气被点燃，蓄电池箱内部应防止放置或许产生电火花的电气件，一起为了轻量化车辆要求，蓄电池箱结构应契合轻量化要求。依据蓄电池安全及监测设备安装不影响蓄电池箱体空间等前提下，选用一种依据有线丈量及传输的车载蓄电池办理体系，即蓄电池组电压收集、蓄电池模块电压收集、蓄电池模块温度收集、蓄电池箱内环境温度收集选用电缆由蓄电池到主操控器的直接衔接来传递收集信号。

2体系方案介绍

2.1体系组成

车载蓄电池办理体系首要由1个主控器、1个电流传感器、若干温度传感器、若干电压收集线、线缆以及转换用衔接器组成。其间主操控器首要由电源模块、温度收集模块、电压收集模块、数据处理及存储模块、通讯模块等组成。本体系适用于铅酸蓄电池和镍铬蓄电池。

图1 蓄电池办理体系组成框图

2.2体系功用

在列车正常运营时，蓄电池办理体系能够实时在线丈量、记录蓄电池组总电压、总电流、蓄电池模块电压、蓄电池

模块温度及蓄电池箱体温度等，依据采集的数据进行剖析及核算，能够判别蓄电池过充、过放、温度反常等，预算蓄电池组的剩下容量，并对电池组健康情况进行告警及预判提示。蓄电池组实时数据及告警信息可经过MVB或以太网上传至TCMS，蓄电池组的历史数据可经过保护以太网传输给车辆。用户可依据上传的数据，及时了解电池的健康情况，便于对电池进行更好的保养、保护等办理。

图2 蓄电池办理体系功用框图

2.2.1蓄电池总电压检

主控器内部选用集成电路完成对电池组的总电压监测，主操控器总电压收集端口经过电缆与蓄电池组的正极及负极衔接，完成蓄电池组电压的丈量。监测数据用于判别蓄电池组的过充及过放。

2.2.2蓄电池模块电压检测

主控器选用集成电路收集蓄电池模块电压，每个蓄电池组共分为若干个蓄模块，蓄电池模块是由1个及或2个及以上单体组成的单元。主控器模块电压收集端口经过电缆衔接到相应的蓄电池模块正极柱上，电缆经过接线端子安装在每个蓄电池模块的极柱上，监测每个蓄电池模块的电压。监测数据用于辨认蓄电池组中反常蓄电池模块。

2.2.3蓄电池组电流检测

选用霍尔电流传感器完成对蓄电池组的充电电流、放电电流的检测。每个蓄电池组设置一个电霍尔流传感器，传感器与主控器相连，其作业电源由主控器供给。电流传感器可精确丈量电池组的充放电电流。依据过蓄电池组干线的电流改变来断定蓄电池所在的情况，如均充、浮充或放电情况，参加核算蓄电池组的剩下容量等。

2.2.4蓄电池温度检测

选用灌胶封存于铜端子中的数字式温度传感器检测温度。蓄电池组共分为若干个蓄电池模块，每个模块设置一个温度传感器并安装在每个蓄电池模块的负极柱上，监测模块的极柱温度。依据检测温度数据，辨认反常蓄电池模块。设置温度传感器检测蓄电池箱体温度，辨认蓄电池箱环境温度反常情况。

2.2.5蓄电池剩下容量核算

选用深度优化的安时积分法对SOC进行核算。

安时积分法核算基本原理：

将电池在不同电流下的放电电量累计起来作为电池的放电量。

核算公式：SOC=SOC0-

其间SOC0为SOC初值；CN为电池额定容量；K为拟合温度、电流、老化程度等的校对系数；η为充放电功率；I为电流值；dt为时刻的积分。

2.2.6数据传输

体系选用MVB或以太网与TCMS完成数据交互，完成实时收集数据及毛病信息传输。

经过以太网保护接口衔接车上以太网交换机，完成长途保护、软件更新、离线历史记录下载功用等。

2.2.7数据存储

数据存储：数据存储分为实时数据存储和毛病数据存储。

实时数据存储：体系监测的数据经过主操控器进行存储，距离一定时刻（如1分钟）将体系监测的数据存储一次，存储时刻不低于一定天数（如15 天）。具体时刻依据需要可调整。

毛病数据存储：每当有新毛病报警产生时，存储一次该时刻的体系实时数据，毛病数据存储不低于一定时刻（如6个月）。

2.2.8毛病报警

依据蓄电池总电压判别电池组充电电压上限告警，放电电压下限告警。

依据蓄蓄电池模块的电压判别蓄电池模块充电电压上限告警，放电电压下限告警、蓄电池模块电压差异过大告警。

依据蓄电池充放电电流判别电池充电电流上限告警，放电电流下限告警。

依据温度传感器检测的蓄电池温度，判别蓄电池温度上限告警，温度差异过大告警。蓄电池箱体温度上线告警。

依据核算蓄电池的剩下容量（SOC）判别SOC下限告警。

2.2.3 容量（SOC）核算及批改

SOC为电池当前实践能够放出的电量，单位是容量的百分比。SOC与蓄电池电压、电流、温度等参数都有很大关系，本方案中选用安时积分法对SOC进行核算，将电池在不同电流下的放电电量累计起来作为电池的放电量，核算公式如下：

SOC=SOC0-

其间SOC0为SOC初值；CN为电池额定容量；K为温度、电流、老化程度等的校对参数；η为充放电功率；I为电流值。

经过电流和时刻的积分，将箱体温度换算成补偿系数引入SOC的预算，一起比对该蓄电池组的放电曲线，进行批改核算，得出剩下容量值。

3结论

此车载蓄电池办理体系在不影响蓄电池安全且监测设备安装不影响蓄电池箱体空间等前提下，经过对蓄电池总电压、总电流、蓄电池模块电压、蓄电池模块温度及箱体温度等检测，经过对检测的数据进行剖析核算，可及时了解蓄电池组总电压、充放电电流、蓄电池模块电压、蓄电池模块温度、容量等实时信息，依据各参数设置的阈值判别蓄电池相应情况，当某个参数超出设定阈值时，经过TCMS进行预警、报警提示。保护人员可依据提示信息对蓄电池施行查看保护，防止反常情况恶化及事端的产生，提高车辆运营可靠性。