CAT蓄电池充电机的过电流保护实验

地铁车辆蓄电池系统常常作为控制系统的储能电源，可以直接通过电池母线（或蓄电池充电机）为直流负载供电，如门系统，空调系统等提供主要电源。当外部没有供电时，蓄电池可用来激活列车，并在充电机临时故障时，蓄电池能提供主要电源。根据IEC61287-1-2014标准，蓄电池充电机应具备过载能力，本文详细分析了蓄电池电流过流保护和充电机过载保护的原理，并结合AB箱型式试验大纲要求，完成了蓄电池充电机过载试验，实验结果表明其充电机能在过载状态下正常工作。

1 蓄电池系统工作原理

当列车无高压时，蓄电池可作为应急自牵引直流输入电源，具备AW3工况下列车在0.3%的坡道上运行≥1000m的能力；同时分别满足蓄电池应急自牵引100m和对列车应急负载供电45分钟的需要。

蓄电池充电机采用升压拓扑，其工作原理如图1所示，输入侧为经过变压器转换的三相交流电压，通过三相桥式整流电路整流为直流电压，升压斩波电路把直流电压转变为DC110V直流电压，为直流负载以及蓄电池供电。

图1蓄电池充电机工作原理

2蓄电池充电过流保护

从-B4102电流传感器读取蓄电池电流值，当蓄电池电流超过蓄电池充电电流限制值时，产生BACCMA_WU_IBtCl信号送给PI控制器。

WU_BtRmp取蓄电池温度输出电压值、BCM散热板温度限制输出电压值、蓄电池充电电流限制输出电压值三者之间最小值，减去蓄电池电流限制输出电压值（WU_IBtCl），得到蓄电池电压参考值（WU_BtDsp）输入给DSP，来控制IGBT的导通时间。

因此，当蓄电池电流超过蓄电池充电电流限制值时，蓄电池充电电流降低，占空比降低直至为0。

3充电机过载保护

从-B4101电流传感器读取蓄电池充电电流值，对于蓄电池充电机电流的保护由三个层面。（1）MCU层面，蓄电池充电电流值经过滤波后得到信号XI_BtCg，计算XI_BtCg*(1-D)得到预估电流值XI_BtCgEst。如果升压斩波工作，则XI_BtCgEst与充电电流限值PI_BtCgFitHgh比较；如果升压斩波不工作，则XI_BtCg与充电电流限值PI_BtCgFitHgh比较。若大于限值，则将导致软关断或保护性关断。

（2）DSP层面，电池充电电流值经过滤波后得到信号XI_BtCp_Flt，当XI_BtCp_Flt大于限流值后，占空比会降低至0。

4试验结果

4.1 蓄电池过流试验

连接电阻型负载到蓄电池输出端，提升蓄电池负载（降低负载电阻）并确认在蓄电池电流超过最大充电电流设定值时，斩波器占空比下降从而充电电压降低。只要占空比大于0，电流应限制在最大充电电流设定值。继续提升负载，直到该状况再次发生。其实验结果如图2所示。

图2蓄电池电流保护实验结果图

4.2 充电机过载

将变流器DC环节充电至1500V，连接充电机负载。调节充电机输出不同的充电电压，通过增大充电机负载来验证充电机的两种过电流保护功能（斩波过电流和充电机电流过电流）并测量蓄电池滤波电容电流。

1. 调整BCM输出最高充电电压。

2. 提升充电机负载（降低负载电阻）并确认在斩波电流超过340A时输出电压降低，占空比降低。

3. 调整BCM输出最小充电电压。

4. 提升充电机负载（降低负载电阻）并确认在预估算的充电机电流超过250A时斩波器停止激活。注意此时斩波电流须低于340A（避免触发斩波过流保护），如不是的话需要降低输出电压直到满足后再开始试验。

实验结果图3和图4所示：

充电机输出电压为128.4V时：

图3斩波电流为340A的充电过载实验结果图

由上可知，斩波电流超过340A时，斩波器激活保护，斩波占空比降低，充电机输出电压降低。

充电机输出电压为108.5V时：

图4预估充电电流为250A的实验结果图

由上可知，当预估充电电流超过250A时，斩波器激活保护，斩波器停止激活。

6 结论

本文详细介绍了蓄电池充电机工作原理，对蓄电池充电过流保护和充电机过载保护机制进行了分析，最后在AB箱上进行了实验验证。试验结果表明，规定条件下对过载供电，充电机能实施相应的保护，未发生损坏。