第一篇：電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)-科研項(xiàng)目小結(jié)

電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)

主要完成單位：上海軌道交通維護(hù)保障中心

上海安途地鐵設(shè)備科技有限公司

主要完成人員：金 浩、沈 濤、毛志戎、平建祥、周 波、馮佳繼

一、項(xiàng)目背景

1、研究背景

列車運(yùn)營(yíng)中，當(dāng)輔助逆變系統(tǒng)發(fā)生故障無法供110V電源時(shí)，蓄電池系統(tǒng)將為地鐵列車提供可靠的后備電源以支持緊急照明，空調(diào)應(yīng)急通風(fēng)，列車控制和通訊系統(tǒng)工作，因此蓄電池的可靠工作已成為車輛安全運(yùn)營(yíng)的基本保障。故我司對(duì)蓄電池的性能檢測(cè)和有效維護(hù)提出了更高的要求，為此蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)成為了我們現(xiàn)階段的研究課題。

2、立項(xiàng)依據(jù)

城市軌道交通車輛主蓄電池的可靠工作是地鐵列車正常運(yùn)營(yíng)的基本保障，而蓄電池的容量是衡量蓄電池性能優(yōu)良的主要標(biāo)準(zhǔn)。目前，核對(duì)放電法即100%C的深度放電，是檢測(cè)蓄電池性能，即蓄電池容量的最可靠方法，同時(shí)也是蓄電池日常維護(hù)保養(yǎng)普遍采用的方法。根據(jù)國(guó)家關(guān)于鎳鎘蓄電池維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)規(guī)范：鎳鎘蓄電池組在長(zhǎng)期浮充電運(yùn)行中，每二年必須進(jìn)行一次全核對(duì)性的容量試驗(yàn)；通過反復(fù)深度充放電來恢復(fù)蓄電池的額定容量，若充放三次均達(dá)不到蓄電池額定容量的80%以上，可認(rèn)為此組蓄電池使用年限已到，并安排更換。現(xiàn)上海城市軌道交通地鐵車輛的主蓄電池性檢測(cè)能是根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，每年進(jìn)行一次全核對(duì)性放電維護(hù)和容量測(cè)試，對(duì)測(cè)試不合格的蓄電池進(jìn)行更換。

目前，在核對(duì)放電時(shí)，上海地鐵普遍采用萬用表定時(shí)測(cè)量充放電過程中電池電壓、通過點(diǎn)溫槍測(cè)量電池溫度，并根據(jù)測(cè)量蓄電池電壓高低來簡(jiǎn)單判斷電池性能的好壞。

由于蓄電池的容量體現(xiàn)在蓄電池充放電電流和時(shí)間兩個(gè)要素上，恒流直流充放電時(shí)，到達(dá)截止電壓的時(shí)間越長(zhǎng)，性能越好。而簡(jiǎn)單的手工測(cè)量無法準(zhǔn)確的計(jì)算電池容量，判斷其性能。另外，蓄電池的日常維護(hù)耗時(shí)較長(zhǎng)，實(shí)際工作中經(jīng)常遇到以下幾種情況：

1、當(dāng)蓄電池存在過充過放電時(shí)，很難即時(shí)發(fā)現(xiàn)，降低了蓄電池組的使用壽命。

2、工人長(zhǎng)時(shí)間使用電壓表測(cè)量蓄電池電壓易造成操作誤差、視覺誤差、疲勞誤差。

3、充電過程的電解作用造成電解液沸騰，產(chǎn)生的氣體使部分液體通過排氣口揮發(fā)，易對(duì)人體造成傷害。

為了及時(shí)了解、掌握蓄電池的性能，延長(zhǎng)蓄電池組的使用壽命，提高蓄電池組工作的可靠性；降低有害氣體對(duì)人體的損傷。車輛分公司結(jié)合十余年來的維修經(jīng)驗(yàn)，提出研制開發(fā) “電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)”。蓄電池實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)將根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)原理對(duì)蓄電池組的充放電狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)各節(jié)蓄電池電壓數(shù)據(jù)的采集準(zhǔn)確的計(jì)算出電池容量，判斷蓄電池性能。此外，該系統(tǒng)還有如下具體功能：

1、通過曲線變化即時(shí)發(fā)現(xiàn)異常電池，以防止過充過放進(jìn)一步損壞蓄電池，提高蓄電池組的使用壽命，增強(qiáng)工作的可靠性；

2、通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)和歷史查詢，方便追蹤各節(jié)蓄電池的使用狀況，進(jìn)行性能比對(duì)分析，從而準(zhǔn)確掌握蓄電池組的性能變化；

3、具有電池電壓超限等異常情況下的報(bào)警信號(hào)等功能。

為此，上海地鐵申通地鐵集團(tuán)維護(hù)保障中心與上海安途地鐵設(shè)備科技有限公司聯(lián)合承擔(dān)了研發(fā)制作城市軌道交通車輛主蓄電池在充放電過程中的蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的課題。

二、項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容

1、研究?jī)?nèi)容

由上海地鐵申通地鐵集團(tuán)維護(hù)保障中心與上海安途地鐵設(shè)備科技有限公司同組成項(xiàng)目組，進(jìn)行電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)。

上海地鐵申通地鐵集團(tuán)維護(hù)保障中心結(jié)合以住的運(yùn)營(yíng)、維修經(jīng)驗(yàn)，負(fù)責(zé)提供AC01型電動(dòng)列車蓄電池恒流充放電機(jī)和車載蓄電池組所有設(shè)備及產(chǎn)品的電氣參數(shù)及詳細(xì)資料信息，并提出合理的監(jiān)測(cè)功能要求。上海安途地鐵設(shè)備科技有限公司提供配套檢測(cè)設(shè)備，并根據(jù)列車蓄電池的具體監(jiān)測(cè)要求，開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)軟件。軟件功能包括：

1、監(jiān)測(cè)單節(jié)電池的電流、電壓、電容量，監(jiān)測(cè)整組電池的總電流、總電壓；

2、對(duì)監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)異常的電池具有報(bào)警功能；

3、具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的信息存儲(chǔ)功能等。

2、關(guān)鍵技術(shù)

1．電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)采用VI的LABVIEW虛擬技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，稱為VI（Virtual Instrument），即虛擬儀器。它可模擬了現(xiàn)實(shí)世界中的儀器，例如示波器與萬用表等，并提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)，同時(shí)具備自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的圖形控件。使得用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲(chǔ)的自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)。LabVIEW可以被用來開發(fā)大型的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。其內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個(gè)環(huán)境中。專門用于從采集到的數(shù)據(jù)中挖掘有用的信息，用于分析測(cè)量數(shù)據(jù)及處理信號(hào)，可提供一系列工具用于數(shù)據(jù)顯示、用戶界面設(shè)計(jì)、Web信息發(fā)布、報(bào)告生成、數(shù)據(jù)管理及軟件連接。具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確度高，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多樣，信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

2．電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)具有完善的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，數(shù)據(jù)系統(tǒng)可維護(hù)性較高。可根據(jù)蓄電池實(shí)際工作中得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，修訂系統(tǒng)超限標(biāo)準(zhǔn)，做到在放電初期就確認(rèn)故障電池，提高蓄電池維護(hù)工作效率。

3、技術(shù)難點(diǎn)

電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)在研發(fā)過程中，須克服、解決以下三項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)：

● ● 提高檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾性能，確保工作穩(wěn)定可靠。

系統(tǒng)檢測(cè)模塊內(nèi)部應(yīng)設(shè)計(jì)輸入過流保護(hù)，即使模塊內(nèi)部電壓短路也不會(huì)損壞被測(cè)蓄電池組。● 在放電過程中使用采用微積分方式計(jì)算電池容量發(fā)現(xiàn)性能不符合要求的單節(jié)蓄電池。

目前，電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目在解決各項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)的情況下，采用NI的LABVIEW虛擬技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析，已實(shí)現(xiàn)對(duì)城市軌道交通蓄電池充放電過程中電壓、電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理；測(cè)算各節(jié)電池的充放電容量；實(shí)現(xiàn)在蓄電池異常情況下以多種形式的報(bào)警通知相應(yīng)管理人員；實(shí)現(xiàn)對(duì)記錄數(shù)據(jù)以電子文件形式長(zhǎng)期保存或以打印文檔形式輸出。

三、項(xiàng)目研究成果

電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)列車蓄電池在充放電過程中的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，通過監(jiān)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算各節(jié)電池的放電容量。同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)列表和圖形曲線形式表現(xiàn)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，以判斷異常電池，實(shí)現(xiàn)電池異常情況下的故障報(bào)警。

圖1檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理界面 目前系統(tǒng)經(jīng)試用，具有如下功能優(yōu)勢(shì)：

1、檢測(cè)系統(tǒng)可通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的曲線變化即時(shí)發(fā)現(xiàn)異常電池，防止了蓄電池過充過放導(dǎo)致進(jìn)一步損壞蓄電池情況的發(fā)生，提高了蓄電池組的使用壽命；

2、通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)和歷史查詢，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員能隨時(shí)追蹤掌握各節(jié)蓄電池的使用狀況，并能對(duì)監(jiān)測(cè)電池進(jìn)行性能比對(duì)分析，從而準(zhǔn)確掌握蓄電池組的性能變化狀況；

3、實(shí)現(xiàn)了電池電壓超限等異常情況下向檢修人員發(fā)出聲光報(bào)警等功能，增強(qiáng)了蓄電池維護(hù)工作的可靠性；

4、該實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠完成信息列表及圖表打印功能。實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)無紙化的科學(xué)管理，為日后數(shù)據(jù)分析及匯總提供了便捷。

5、檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充放電過程中的各蓄電池的電壓數(shù)據(jù)，降低了操作人員人工手動(dòng)檢測(cè)各個(gè)電池電壓數(shù)據(jù)的工作強(qiáng)度，同時(shí)避免了充放電過程中有害氣體對(duì)人體造成的傷害。

項(xiàng)目達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)及功能：

● ● ● ● ● ● 電池組電壓檢測(cè)誤差： 125V系統(tǒng)：±0.5%（80－160V）電池組充放電電流檢測(cè)誤差：±2%（檢測(cè)范圍1.0－1.9V）單體電壓檢測(cè)誤差：

1.49V單體電池：±10mV（1.0－2.0V）單套系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)多達(dá)92只單體電池的電壓及電流 總線驅(qū)動(dòng)能力不小于100米，更遠(yuǎn)距離可加中繼驅(qū)動(dòng)

每只單體電池檢測(cè)模塊內(nèi)部均設(shè)計(jì)了輸入過流保護(hù)，即使模塊內(nèi)部電壓短路也不會(huì)損壞被測(cè)蓄電池組。

● 采用遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，可以隨時(shí)將故障信息發(fā)送給指定人員。

四、應(yīng)用前景與效益預(yù)測(cè)

1、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：

電動(dòng)列車車載蓄電池組實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)可全程監(jiān)控城市軌道交通車輛主蓄電池在充放電過程中的性能指標(biāo)，能降低蓄電池維護(hù)維修操作人員的定時(shí)手工檢測(cè)蓄電池性能的工作強(qiáng)度，有效提高了蓄電池的性能檢測(cè)的工作效率。同時(shí)，監(jiān)測(cè)過程中超限報(bào)警功能，可使操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障電池，減小了蓄電池故障可能引發(fā)的列車故障，提升了地鐵列車的安全運(yùn)營(yíng)系數(shù)。

2、成果應(yīng)用趨向：

該項(xiàng)目的研制成果和經(jīng)驗(yàn)可以推廣應(yīng)用在上海軌道交通各條線路列車蓄電池的維修保養(yǎng)領(lǐng)域。同時(shí)，通過不斷完善系統(tǒng)的性能，加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)整合管理，該系統(tǒng)可在國(guó)內(nèi)相關(guān)地鐵城市推廣應(yīng)用。