CN109895634A - 一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，包括列车牵引单元、列车制动单元、蓄电池以及电池管理单元，在列车牵引单元与电池管理单元内设置过放电保护模块，在列车制动单元与电池管理单元内设置过充电保护模块；过放电保护模块内嵌牵引爬坡程序；过充电保护模块内嵌制动下坡程序；列车启动爬坡时启动牵引爬坡程序，列车制动下坡时启动制动下坡程序，牵引爬坡程序或者制动下坡程序内部设定条件达成后报警或者切断列车的高速断路器，停止蓄电池的放电或者充电。避免了电池过放以及过充，避免了电池引发的***燃烧事故发生；BMS结合了列车牵引、上坡、制动以及下坡指令信号，避免电源在牵引以及制动过程中出现错误的故障报警。

Description

一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***及方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆车载电源技术领域，尤其是涉及一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***及方法。
背景技术
随着电池行业的快速发展，轨道交通领域开始涉及镍氢电池组作为列车动力单元，是将数百或数千块单体电池经串联后形成动力电池组，给列车提供动力，电池组设计时需要考虑电压和电流的需求，电压有750V和1500V两种，电流需要满足列车牵引和电制动的需求，一般在150～300AH之间。牵引时镍氢电池组放电，制动时镍氢电池组充电。
蓄电池组设置有电池管理***(以下简称BMS)，BMS里设置了单体电池的最低的放电电压以及最高的充电电压，正常放电倍率在1C～2C，正常的充电倍率在1C～3C。
列车启动运行时，镍氢动力电池组放电电流可达1100A甚至更高，瞬时可达5C，随着放电电流的增大，电压瞬间被拉低，这将导致电池组的单体电压低于BMS设置的单体电池最低值。而列车在制动时，可达到1300A甚至更高的电流，瞬时可达5C以上，这将导致电池组的单体电压远远超过了BMS设置的单体电池最大值。对于这种现象现有技术主要有两种处理方法：
1、BMS通过网络***上报单体电压过低(即电池过放)或者单体电压过高(即电池过充)，同时通过网络在显示屏上显示这个故障，但并未对这个报警进行处理，仅仅在显示屏上显示故障的内容。
2、BMS对这个故障报警进行了处理，设置了时间因素，当超过N秒后，切断主电源。
以上两种方法可以满足大部分工况的需求，时间设置是一个主要因素，对报警故障的处理并未进行深层次的研究，因为在牵引上坡以及制动下坡这种特殊工况，上述两种方法不能很好的进行处理，会导致故障的错误显示，对正常行车造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***及方法，适合用于列车在启动时上坡以及在制动时下坡的特殊工况，不会错误的显示以及切断主电源，提高行车安全。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，包括列车牵引单元、列车制动单元、蓄电池以及用于管理蓄电池的电池管理单元，所述的蓄电池在列车启动时给列车牵引单元供电，所述的列车制动单元在列车制动时对蓄电池充电，在所述的列车牵引单元与电池管理单元内设置用于列车启动时爬坡的过放电保护模块，在所述的列车制动单元与电池管理单元内设置用于列车制动时下坡的过充电保护模块；所述的过放电保护模块内嵌一套用于列车启动爬坡时的牵引爬坡程序；所述的过充电保护模块内嵌一套用于列车制动下坡时的制动下坡程序；列车启动爬坡时启动牵引爬坡程序，列车制动下坡时启动制动下坡程序，所述的牵引爬坡程序或者制动下坡程序内部设定条件达成后报警或者切断列车的高速断路器，停止蓄电池的放电或者充电。
进一步具体的，所述的过放电保护模块包括用于接收列车牵引信号的列车牵引组件、用于接收列车爬坡信号的列车爬坡组件以及设置于电池管理单元内的牵引爬坡程序；在所述的列车牵引组件以及列车爬坡组件同时被激发，电池管理单元同时接收到牵引信号以及爬坡信号后启动牵引爬坡程序。
进一步具体的，所述的列车牵引组件为接收司控器指令的牵引继电器，所述的列车爬坡组件为用于检测列车爬坡的倾角传感器。
进一步具体的，所述的牵引爬坡程序内部的设定条件为剩余电量预警值以及剩余电量切断值，所述的剩余电量预警值为蓄电池总电量的25％，所述的剩余电量切断值为蓄电池总电量的20％。
进一步具体的，所述的牵引爬坡程序内部的设定条件为过放电电压预警值以及过放电电压切断值，所述过放电电压预警值为0.9V，所述过放电电压切断值为0.8V。
进一步具体的，所述的过充电保护模块包括用于接收列车制动信号的列车制动组件、用于接收列车下坡信号的列车下坡组件以及设置于电池管理单元内的制动下坡程序；在所述的列车制动组件以及列车下坡组件同时被激发，电池管理单元同时接收到制动信号以及下坡信号后启动牵引爬坡程序。
进一步具体的，所述的列车制动组件为接收司控器指令的制动继电器，所述的列车下坡组件为用于检测列车下坡的倾角传感器。
进一步具体的，所述的制动下坡程序内部的设定条件为剩余电量预警值以及剩余电量切断值，所述的剩余电量预警值为蓄电池总电量的90％，所述的剩余电量切断值为蓄电池总电量的95％。
进一步具体的，所述的制动下坡程序内部的设定条件为过充电电压预警值以及过充电电压切断值，所述过充电电压预警值为1.55V，所述过充电电压切断值修改为1.58V。
一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制方法，当列车处于启动过程中，司控器被推至牵引位置并发出牵引信号，同时列车检测处于爬坡状态并发出爬坡信号，所述的牵引信号与爬坡信号同时传送至电池管理单元，电池管理单元启动其内嵌的牵引爬坡程序，牵引爬坡程序监测蓄电池的工作状态，若达到内部设定条件，则报警或者切断高速断路器停止蓄电池放电；当列车处于制动过程中，司控器被推至制动位置并发出制动信号，同时列车检测处于下坡状态并发出下坡信号，所述的制动信号与下坡信号同时传送至电池管理单元，电池管理单元启动其内嵌的制动下坡程序，制动下坡程序监测蓄电池的工作状态，若达到内部设定条件，则报警或者切断高速断路器停止对蓄电池充电。
本发明的有益效果是：采用上述***以及方法在特殊工况控制蓄电池，避免了电池过放以及过充现象发生，解决了列车在牵引上坡因为过放现象造成蓄电池损耗的问题，解决了列车在动力电池充满电的情况下，在下坡道路上进行电制动造成车载电源过充，从而避免了动力电池由此引发的***燃烧事故发生；BMS结合了列车牵引、上坡、制动以及下坡指令信号，使列车与蓄电池之间实现实时信号传递，相应的设置了对应于牵引上坡以及制动下坡特殊工况的控制程序，避免列车车载电源在牵引以及制动过程中出现错误的故障报警现象。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，包括列车牵引单元、列车制动单元、蓄电池以及用于管理蓄电池的电池管理单元，所述的蓄电池在列车启动时给列车牵引单元供电，所述的列车制动单元在列车制动时对蓄电池充电，在所述的列车牵引单元与电池管理单元内设置用于列车启动时爬坡的过放电保护模块，在所述的列车制动单元与电池管理单元内设置用于列车制动时下坡的过充电保护模块；所述的过放电保护模块内嵌一套用于列车启动爬坡时的牵引爬坡程序；所述的过充电保护模块内嵌一套用于列车制动下坡时的制动下坡程序；列车启动爬坡时启动牵引爬坡程序，列车制动下坡时启动制动下坡程序，所述的牵引爬坡程序或者制动下坡程序内部设定条件达成后报警或者切断列车的高速断路器，停止蓄电池的放电或者充电，蓄电池采用镍氢电池。
过放电保护模块包括用于接收列车牵引信号的列车牵引组件、用于接收列车爬坡信号的列车爬坡组件以及设置于电池管理单元内的牵引爬坡程序；列车牵引组件采用一个牵引继电器作为牵引信号触发的信号发射源，当司控器推至牵引位置，此时牵引继电器的线圈得电并将该牵引信号送至电池管理单元内；列车爬坡组件采用一个倾角传感器作为爬坡信号触发的信号发射源，在本案中爬坡信号触发的倾角大于10°；当列车在爬坡过程中，倾角传感器检测到列车正在上坡并输出上坡信号至电池管理单元内；电池管理单元同时接收到牵引信号以及上坡信号，此时开启牵引爬坡程序保证蓄电池安全工作，防止蓄电池过放现象发生。
而牵引爬坡程序需要在其内部规定设定条件，本方案的设定条件主要有两个方面，第一，从剩余电量指标进行判断，剩余电量指标包括剩余电量预警值以及剩余电量切断值，剩余电量预警值是当剩余电量达到程序内部设定的电量时发出警报，剩余电量切断值是当剩余电量达到程序内部设定的电量时切断电源而停止放电，在牵引爬坡工况中，剩余电量预警值设定为蓄电池总电量的25％，剩余电量切断值设定为蓄电池总电量的20％；第二，从蓄电池的电压指标进行判断，电压指标包括过放电电压预警值以及过放电电压切断值，过放电电压预警值是当蓄电池电压达到程序内部设定电压时发出警报，过放电电压切断值是当蓄电池电压达到程序内部设定电压时切断电源而停止放电，在牵引爬坡工况中，过放电电压预警值为0.9V，过放电电压切断值为0.8V。
过充电保护模块包括用于接收列车制动信号的列车制动组件、用于接收列车下坡信号的列车下坡组件以及设置于电池管理单元内的制动下坡程序；列车制动组件采用一个制动继电器作为列车制动触发的信号发射源，当司控器推至制动位置时，此时制动继电器的线圈失电显示此时为制动信号并将该制动信号送至电池管理单元；列车下坡组件采用一个倾角传感器作为列车下坡触发的信号发射源，在本案中下坡信号触发的倾角小于350°；当列车处于下坡的过程中，倾角传感器检测到列车正在下坡并将下坡信号传送至电池管理单元；电池管理单元同时接受到制动信号以及下坡信号，此时启动制动下坡程序保证蓄电池安全工作，防止蓄电池过充现象发生。
在制动下坡程序内需要在其内部规定设定条件，与牵引爬坡程序一致主要是两个方面，第一，从剩余电量指标进行判断，剩余电量预警值设定为蓄电池总电量的90％，剩余电量切断值设定为蓄电池总电量的95％；第二，从蓄电池的电压指标进行判断，该电压指标包括过充电电压预警值以及过充电电压切断值，过充电电压预警值是当蓄电池电压达到程序内部设定电压时发出警报，过充电电压切断值是当蓄电池电压达到程序内部设定电压时切断电源而停止充电，在制动下坡的工况中，过充电电压预警值为1.55V，过充电电压切断值修改为1.58V。
上述单轨车辆车载电源的控制方法分为两种情况，第一，列车处于启动过程中，司控器被推至牵引位置，此时牵引继电器得电并发出牵引信号至电池管理单元，同时通过倾角传感器对列车的运行状态进行检测，当检测到列车正处于爬坡状态时(此状态为倾角传感器检测到倾角大于10°时触发)，倾角传感器发出爬坡信号至电池管理单元，当电池管理单元在工作中同时接收到牵引信号以及爬坡信号时，电池管理单元从普通工作状态切换至特殊工作状态，并启动其内嵌的牵引爬坡程序，此时通过牵引爬坡程序监测蓄电池的工作状态，若监测到蓄电池内部的剩余电量为25％或者蓄电池电压达到0.9V时，电池管理单元发出警报进行报警，在报警之后监测到蓄电池内部的剩余电量为20％或者蓄电池电压达到0.8V时，电池管理单元通过网络控制切断高速断路器停止蓄电池放电或者通过电池管理单元直接切断高度断路器；第二，列车处于制动过程中，司控器被推至制动位置，此时制动继电器失电表示为制动信号并送至电池管理电源，同时通过倾角传感器对列车的运行状态进行检测，当检测到列车正处于下坡状态时(此状态为倾角传感器检测到倾角小于350°时触发)，倾角传感器发出下坡信号至电池管理单元，电池管理单元同时接收到制动信号以及下坡信号时，电池管理单元从普通工作状态切换至特殊工作状态，并启动其内嵌的制动下坡程序监测蓄电池的工作状态，若监测到蓄电池内部剩余电量为90％或者蓄电池电压达到1.55V时进行报警，在报警之后继续监测蓄电池，若蓄电池内部的剩余电量为95％或者蓄电池电压达到1.58V时，通过网络控制切断高速断路器停止对蓄电池充电或者通过电池管理单元直接切断高度断路器。
综上，通过上述***以及控制方法，将牵引爬坡以及制动下坡设置为特殊工作状态并对应设置相应的程序进行控制，不会出现错误的故障显示，同时根据蓄电池的工作状态及时报警以及断电操作，提高蓄电池使用的安全，降低蓄电池的损耗延长使用寿命，提高列车行车的安全性。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，包括列车牵引单元、列车制动单元、蓄电池以及用于管理蓄电池的电池管理单元，所述的蓄电池在列车启动时给列车牵引单元供电，所述的列车制动单元在列车制动时对蓄电池充电，其特征在于，在所述的列车牵引单元与电池管理单元内设置用于列车启动时爬坡的过放电保护模块，在所述的列车制动单元与电池管理单元内设置用于列车制动时下坡的过充电保护模块；所述的过放电保护模块内嵌一套用于列车启动爬坡时的牵引爬坡程序；所述的过充电保护模块内嵌一套用于列车制动下坡时的制动下坡程序；列车启动爬坡时启动牵引爬坡程序，列车制动下坡时启动制动下坡程序，所述的牵引爬坡程序或者制动下坡程序内部设定条件达成后报警或者切断列车的高速断路器，停止蓄电池的放电或者充电。
2.根据权利要求1所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的过放电保护模块包括用于接收列车牵引信号的列车牵引组件、用于接收列车爬坡信号的列车爬坡组件以及设置于电池管理单元内的牵引爬坡程序；在所述的列车牵引组件以及列车爬坡组件同时被激发，电池管理单元同时接收到牵引信号以及爬坡信号后启动牵引爬坡程序。
3.根据权利要求2所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的列车牵引组件为接收司控器指令的牵引继电器，所述的列车爬坡组件为用于检测列车爬坡的倾角传感器。
4.根据权利要求2所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的牵引爬坡程序内部的设定条件为剩余电量预警值以及剩余电量切断值，所述的剩余电量预警值为蓄电池总电量的25％，所述的剩余电量切断值为蓄电池总电量的20％。
5.根据权利要求2所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的牵引爬坡程序内部的设定条件为过放电电压预警值以及过放电电压切断值，所述过放电电压预警值为0.9V，所述过放电电压切断值为0.8V。
6.根据权利要求1所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的过充电保护模块包括用于接收列车制动信号的列车制动组件、用于接收列车下坡信号的列车下坡组件以及设置于电池管理单元内的制动下坡程序；在所述的列车制动组件以及列车下坡组件同时被激发，电池管理单元同时接收到制动信号以及下坡信号后启动牵引爬坡程序。
7.根据权利要求6所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的列车制动组件为接收司控器指令的制动继电器，所述的列车下坡组件为用于检测列车下坡的倾角传感器。
8.根据权利要求6所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的制动下坡程序内部的设定条件为剩余电量预警值以及剩余电量切断值，所述的剩余电量预警值为蓄电池总电量的90％，所述的剩余电量切断值为蓄电池总电量的95％。
9.根据权利要求6所述的跨坐式单轨车辆车载电源的控制***，其特征在于，所述的制动下坡程序内部的设定条件为过充电电压预警值以及过充电电压切断值，所述过充电电压预警值为1.55V，所述过充电电压切断值修改为1.58V。
10.一种采用权利要求1所述的跨坐式单轨车辆车载电源控制***的控制方法，其特征在于，当列车处于启动过程中，司控器被推至牵引位置并发出牵引信号，同时列车检测处于爬坡状态并发出爬坡信号，所述的牵引信号与爬坡信号同时传送至电池管理单元，电池管理单元启动其内嵌的牵引爬坡程序，牵引爬坡程序监测蓄电池的工作状态，若达到内部设定条件，则报警或者切断高速断路器停止蓄电池放电；当列车处于制动过程中，司控器被推至制动位置并发出制动信号，同时列车检测处于下坡状态并发出下坡信号，所述的制动信号与下坡信号同时传送至电池管理单元，电池管理单元启动其内嵌的制动下坡程序，制动下坡程序监测蓄电池的工作状态，若达到内部设定条件，则报警或者切断高速断路器停止对蓄电池充电。
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