电动列车车载蓄电池组实时检测系统-科研项目小结

电动列车车载蓄电池组实时检测系统电动列车车载蓄电池组实时检测系统 主要完成单位：上海轨道交通维护保障中心 上海安途地铁设备科技有限公司 主要完成人员：金 浩、沈 涛、毛志戎、平建祥、周 波、冯佳继 一、一、 项目背景项目背景 1、研究背景 列车运营中，当辅助逆变系统发生故障无法供 110V 电源时，蓄电池系统将 为地铁列车提供可靠的后备电源以支持紧急照明，空调应急通风，列车控制和 通讯系统工作，因此蓄电池的可靠工作已成为车辆安全运营的基本保障。故我 司对蓄电池的性能检测和有效维护提出了更高的要求，为此蓄电池组实时检测 成为了我们现阶段的研究课题。 2、立项依据 城市轨道交通车辆主蓄电池的可靠工作是地铁列车正常运营的基本保障， 而蓄电池的容量是衡量蓄电池性能优良的主要标准。目前，核对放电法即 100%C 的深度放电，是检测蓄电池性能，即蓄电池容量的最可靠方法，同时也 是蓄电池日常维护保养普遍采用的方法。根据国家关于镍镉蓄电池维护保养的 技术规范：镍镉蓄电池组在长期浮充电运行中，每二年必须进行一次全核对性 的容量试验；通过反复深度充放电来恢复蓄电池的额定容量，若充放三次均达 不到蓄电池额定容量的 80%以上，可认为此组蓄电池使用年限已到，并安排更 换。现上海城市轨道交通地铁车辆的主蓄电池性检测能是根据产品技术要求， 每年进行一次全核对性放电维护和容量测试，对测试不合格的蓄电池进行更换。 目前，在核对放电时，上海地铁普遍采用万用表定时测量充放电过程中电 池电压、通过点温枪测量电池温度，并根据测量蓄电池电压高低来简单判断电 池性能的好坏。 由于蓄电池的容量体现在蓄电池充放电电流和时间两个要素上，恒流直流 充放电时，到达截止电压的时间越长，性能越好。而简单的手工测量无法准确 的计算电池容量，判断其性能。另外，蓄电池的日常维护耗时较长，实际工作 中经常遇到以下几种情况：1、当蓄电池存在过充过放电时，很难即时发现，降 低了蓄电池组的使用寿命。2、工人长时间使用电压表测量蓄电池电压易造成操 作误差、视觉误差、疲劳误差。3、充电过程的电解作用造成电解液沸腾，产生 的气体使部分液体通过排气口挥发，易对人体造成伤害。 为了及时了解、掌握蓄电池的性能，延长蓄电池组的使用寿命，提高蓄电 池组工作的可靠性；降低有害气体对人体的损伤。车辆分公司结合十余年来的 维修经验，提出研制开发 “电动列车车载蓄电池组实时检测系统” 。蓄电池实 时检测系统将根据统计数学原理对蓄电池组的充放电状态进行计算机实时动态 监测，通过对各节蓄电池电压数据的采集准确的计算出电池容量，判断蓄电池 性能。此外，该系统还有如下具体功能：1、通过曲线变化即时发现异常电池， 以防止过充过放进一步损坏蓄电池，提高蓄电池组的使用寿命，增强工作的可 靠性；2、通过对采集数据的自动存储和历史查询，方便追踪各节蓄电池的使用 状况，进行性能比对分析，从而准确掌握蓄电池组的性能变化；3、具有电池电 压超限等异常情况下的报警信号等功能。 为此，上海地铁申通地铁集团维护保障中心与上海安途地铁设备科技有限 公司联合承担了研发制作城市轨道交通车辆主蓄电池在充放电过程中的蓄电池 组实时检测系统的课题。 二、二、 项目主要研究内容项目主要研究内容 1、研究内容 由上海地铁申通地铁集团维护保障中心与上海安途地铁设备科技有限公司 同组成项目组，进行电动列车车载蓄电池组实时检测系统项目的方案设计和功 能设计。 上海地铁申通地铁集团维护保障中心结合以住的运营、维修经验，负责提 供 AC01 型电动列车蓄电池恒流充放电机和车载蓄电池组所有设备及产品的电气 参数及详细资料信息，并提出合理的监测功能要求。 上海安途地铁设备科技有限公司提供配套检测设备，并根据列车蓄电池的 具体监测要求，开发相应的监测软件。软件功能包括：1、监测单节电池的电流、 电压、电容量，监测整组电池的总电流、总电压；2、对监测到数据异常的电池 具有报警功能；3、具有监测数据的信息存储功能等。 2、关键技术 1电动列车车载蓄电池组实时检测系统采用 VI 的 LABVIEW 虚拟技术进行 数据的实时采集和分析。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言， 称 为 VI（Virtual Instrument） ，即虚拟仪器。它可模拟了现实世界中的仪器， 例如示波器与万用表等，并提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显 示和存储，同时具备自动化测试测量领域的图形控件。使得用户可以在数分钟 内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测 量系统。LabVIEW 可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。其内置 信号采集、测量分析与数据显示功能，将广泛的数据采集、分析与显示功能集 中在了同一个环境中。 专门用于从采集到的数据中挖掘有用的信息，用于分析 测量数据及处理信号，可提供一系列工具用于数据显示、用户界面设计、Web 信息发布、报告生成、数据管理及软件连接。具有监测数据精确度高，监测数 据多样，信息数据存储量大，系统维护简便的特点。 2电动列车车载蓄电池组实时检测系统具有完善的数据库管理功能，数据 系统可维护性较高。可根据蓄电池实际工作中得到的经验数据，修订系统超限 标准，做到在放电初期就确认故障电池，提高蓄电池维护工作效率。 3、技术难点 电动列车车载蓄电池组实时检测系统在研发过程中，须克服、解决以下三 项技术难点： 提高检测系统抗干扰性能，确保工作稳定可靠。 系统检测模块内部应设计输入过流保护，即使模块内部电压短路也 不会损坏被测蓄电池组。 在放电过程中使用采用微积分方式计算电池容量发现性能不符合要 求的单节蓄电池。 目前，电动列车车载蓄电池组实时检测系统项目在解决各项技术难点的情 况下，采用 NI 的 LABVIEW 虚拟技术进行数据的实时采集和分析，已实现对城市 轨道交通蓄电池充放电过程中电压、电流的实时监测和管理；测算各节电池的 充放电容量；实现在蓄电池异常情况下以多种形式的报警通知相应管理人员； 实现对记录数据以电子文件形式长期保存或以打印文档形式输出。 三、三、项目研究成果项目研究成果 电动列车车载蓄电池组实时检测系统对电动列车蓄电池在充放电过程中的 电压、电流进行实时监测和管理，通过监测到的相关数据，计算各节电池的放 电容量。同时，检测系统可通过数据列表和图形曲线形式表现监测到的数据信 息，以判断异常电池，实现电池异常情况下的故障报警。 图图 1 1 检测系统实时监测和管理界面 目前系统经试用，具有如下功能优势： 1、检测系统可通过监测数据的曲线变化即时发现异常电池，防止了蓄电池过充 过放导致进一步损坏蓄电池情况的发生，提高了蓄电池组的使用寿命； 2、通过对采集数据的自动存储和历史查询，现场检修人员能随时追踪掌握各节 蓄电池的使用状况，并能对监测电池进行性能比对分析，从而准确掌握蓄电 池组的性能变化状况； 3、实现了电池电压超限等异常情况下向检修人员发出声光报警等功能，增强了 蓄电池维护工作的可靠性； 4、该实时检测系统具有监测数据存储功能，能够完成信息列表及图表打印功能。 实现了信息数据无纸化的科学管理，为日后数据分析及汇总提供了便捷。 5、检测系统实时监测充放电过程中的各蓄电池的电压数据，降低了操作人员人 工手动检测各个电池电压数据的工作强度，同时避免了充放电过程中有害气 体对人体造成的伤害。 项目达到的技术指标及功能： 电池组电压检测误差： 125V 系统：0.5%（80160V） 电池组充放电电流检测误差：2%（检测范围 1.01.9V） 单体电压检测误差： 1.49V 单体电池：10mV（1.02.0V） 单套系统可同时监测多达 92 只单体电池的电压及电流 总线驱动能力不小于 100 米，更远距离可加中继驱动 每只单体电池检测模块内部均设计了输入过流保护，即使模块内部 电压短路也不会损坏被测蓄电池组。 采用远程报警系统，可以随时将故障信息发送给指定人员。 四、应用前景与效益预测四、应用前景与效益预测 1、经济效益和社会效益： 电动列车车载蓄电池组实时检测系统可全程监控城市轨道交通车辆主蓄电 池在充放电过程中的性能指标，能降低蓄电池维护维修操作人员的定时手工检 测蓄电池性能的工作强度