城市轨道交通车辆蓄电池智能监测系统研究

城市轨道交通车辆蓄电池智能监测系统

研究

摘要随着轨道交通行业的快速发展传统的蓄电池采用温度传感器等部件弊

端日益明显，使用蓄电池智能监测进行替代势在必行，但由于二者存在的诸多差

异与技术现状的限制，需要针对蓄电池系统进行分析，本文便主要针对二者差异

进行分析，进而概括得到替换原则。

关键词蓄电池智能监测系统城市轨道交通电池寿命预计

引言

随着轨道交通行业的快速发展，蓄电池在轨道交通车辆中应用越来越普遍；

在车辆运行中，蓄电池的健康状况是司机关心的重要指标，但大部分地铁车辆依

然采用传统的蓄电池温度传感器。由于温度传感器只能测量蓄电池箱内环境温度

和蓄电池之间的连接片温度。同时，在使用过程中温度传感器容易出现检测点选

取不好，导致环境温度测量不准确等情况。故温度传感器故障率较高，检修维护

工作量大，无法满足运营提出的智能维护需求。近些年来随着电子行业技术发展，为加强对蓄电池健康状况的监测，保障车辆的安全运行，通过蓄电池智能监测替

代传统温度传感器应用于地铁车辆中逐渐成为行业内研究的热点，并已经在不少

项目上得到了验证性使用。本文便主要针对二者差异进行分析，进而概括得到替

换原则。

1传统蓄电池温度传感器

1.1 现状

传统的蓄电池监测系统采用的是牵引供应商或蓄电池供应商提供的温度传感器，蓄电池充电机根据温度传感器测量的温度反馈调整充电机的充电状态，并通

过每天的回库检修进行设备检修。

1.2 存在问题

1.2.1 运行过程

司机只能通过查看充电机或辅助逆变器状况来推断蓄电池状况，更无法直接

获取蓄电池组电压、充放电流、单体电压、剩余容量等信息。不能提前发现故障

信息，故障处理效率低。

1.2.2 回库检测

需要人工在夜间进行大量外观及状态定性检测。尤其是测量充放电电流，还

需使用电流钳、示波器等设备。同时无法直接获取蓄电池组剩余容量，需要根据

电流、电压进行分析计算获得。

1.2.3 计划管路

依据固定的检修要求，编制每个车型的检修计划及检修工艺文件，修程的调

整依据人工的技术评估和分析。无法通过大量数据分析灵活调整某线路的车辆的

检修计划，也无法通过对某列车运行状况分析及故障预测调整某列车的检修作业项。

2蓄电池智能监测装置

车辆用蓄电池智能监测装置能实时监测蓄电池健康状况，提供预警信息，方

便及时排除故障、降低风险，同时建立精准的蓄电池失效模型。

该设备采用独立设计，不影响其他设备，具有时间记忆功能。该设备集检测、数字信号处理、计算机控制、通讯技术于一体，替代人工检测，提升测量精度；

实时自动监测、可逐日直接提取数据，快速生成监测报告；方便及时排除故障，

避免蓄电池事故发生。

该设备可根据用户定义的时间间隔实时监测单体电池的电压、温度、内阻和

蓄电池组总电压、充放电电流；可根据设定的告警值提示报警并记录数据；监测

数据可以长期储存，通过通讯接口导出、读取监测数据；报告输出以表格或趋势

图（曲线）表达。

该设备可查询数据，如指定电池号，时间、温度、电流、单节电压和总电压等，方便维护人员掌握蓄电池的充电、放电等情况，及时采取有效的措施，保证

蓄电池处于健康状态，发挥最佳性能。

该设备可与车辆监控系统（TCMS）通信、实时报警。该产品可选配无线网卡，通过4G或者WIFI将数据传输至云端，可在手机端、大屏端实时显示数据信息和

告警信息。

2.1 方案介绍

蓄电池智能监测装置包括：主控器、采样盒、电流传感器和线缆等组成。在

列车正常工作时，由主控器发送测量启动指令启动采样盒对单体蓄电池电压、蓄

电池组的电压、充放电电流和温度进行测量，同时估算蓄电池的剩余容量，主控

器存储各项数据并对电池组健康状态进行告警及预判提示。用户可通过PC端软

件对数据进行下载与分析，生成相应的数据曲线和监测报告。在蓄电池处于离线

状态时，可通过PC端提供电源进行开路电压的检测与记录。

2.2 蓄电池组电压采集

每节蓄电池单独配备一个采样盒，安装在蓄电池盖面上。每个采样盒均可进

行地址设置，同时每节蓄电池也进行编号，采样盒地址与蓄电池编号一一对应，

便于快速查找故障单体蓄电池。每个采样盒4根采样线，为2 根电压采样和2根

内阻采样，分别接到电池正、负极柱上。采样盒通过单线级联方式连接，最后通

过串行通讯总线将信号上传到主控器。采样盒只在接收到主控器的测试指令后才

激活工作，其余时间处于休眠状态。

2.3 蓄电池组温度采集

每节电池的采样盒带有一个温度传感器，能采集到每节电池的运行温度。蓄电池箱体内的温度取最低电池温度值。

2.4 蓄电池组内阻采集

内阻测试原理：

原理基本如下图：

图中蓝色的bat线用于放电，橙色的sense线用

于测量放电过程的电压变化，利用变化过程中产生的电压差V除以放电电流I，得出内阻值。

计算公式为：

R（内阻）= V（差）/I。

2.5 蓄电池组电流采集

每个蓄电池组使用一个电流霍尔传感器，电流传感器可以保证准确测量电池组的充放电电流，其工作电源从主控器取，霍尔电流传感器与主控器相连，主控器存储记录的数据。

2.6 主控器功能

主控器是整个蓄电池智能监测装置的核心组件。主要进行蓄电池实时数据的收集和分析、告警判断、处理上传等工作。用户可通过主控器在本地或云端下载电池的详细数据和告警数据。

2.7 数据及报警

主控器检测及智能计算的参数有：单体电池电压、单体电池温度、单体电池内阻、充放电电流、电池组电压、电池组剩余容量计算（SOC）等。