动车组用蓄电池充电控制系统及充电控制方法与流程

本发明涉及轨道交通，涉及一种动车组用蓄电池充电控制系统及充电控制方法。

背景技术：

1、蓄电池是动车组辅助供电系统的重要组成部分，在动车组无外部供电电源情况下，蓄电池为直流负载应急供电。目前各型动车组蓄电池类型包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和钛酸锂电池。

2、铅酸蓄电池主要应用在crh2a型动车组，铅酸电池能量密度低、循环寿命短、日常维护频繁、容易硫化钝化，且在生产及使用过程中存在铅污染或砷化氢污染，对环境不友好；镍镉蓄电池普遍应用于crh1、crh2、crh3、crh5及cr400af型动车组，镍镉电池工作温度范围大，允许过充、过放能力强，无需电池管理系统监控，但能量密度低，需要定期加电解液维护，存在较大的记忆效应，在生产使用过程中同样存在镉污染；镍氢蓄电池主要应用在时速160km/h动力集中型动车组，镍氢电池工作温度范围大，大电流放电性能优异，无需电池管理系统监控，但自放电率较高，需要补液维护操作，能量密度优于铅酸电池和镍镉电池；钛酸锂电池主要应用在cr400bf型动车组，钛酸锂电池免维护，无需日常补液维护操作，循环寿命长，无铅、镉等重金属污染，能量密度高于铅酸、镍镉、镍氢电池，但钛酸锂电池能量密度仍较低，系统集成后电池箱体积和重量较大，其次目前电池采用主回路全程连挂的方式，电池充满后进行浮充，对电池的使用寿命影响较大，同时电池对过压和过温较为敏感，不当使用会导致电池热失控，引发安全事故，且电池亏电后外接充电为盲充，存在安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对目前动车组蓄电池能量密度较低、不具有浮充控制功能问题，针对高能量密度、高安全性固态蓄电池，提供一种动车组蓄电池控制系统及控制方法，解决蓄电池浮充的问题，以期提高电池的使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种动车组用蓄电池充电控制系统，包括：

4、蓄电池；

5、充电机：与蓄电池的正极及蓄电池的负极连接；

6、外接非车载充电机：与蓄电池的正极及蓄电池的负极连接；

7、电池管理系统：经导电线与充电机及外接充电机连接，经通信线与充电机及外接充电机连接；

8、电量检测模块：用于检测蓄电池的电量；

9、免浮充控制模块：包括并联连接的免浮充开关及二极管，安装在蓄电池正极与充电机的连接线路上；

10、所述电池管理系统被配置为：

11、在蓄电池正常工作时，接通充电机与蓄电池的连接，充电机为蓄电池充电；

12、在蓄电池故障亏电时，接通外接非车载充电机与蓄电池的连接，外接非车在充电机为蓄电池充电；

13、在蓄电池电量充满时，断开免浮充开关。

14、本发明一些实施例中，所述电池管理系统进一步被配置为：当采用充电机为蓄电池充电时，控制充电机的输出电压与蓄电池一致，闭合免浮充开关。

15、本发明一些实施例中，免浮充控制模块进一步包括：

16、主接触器；

17、串联连接的预充电电阻和预充电接触器；

18、主接触器第一端与预充电电阻连接，第一端与预充电接触器连接；

19、主接触器第一端进一步连接至免浮充控制模块及电池管理系统，第二端进一步连接至充电机。

20、本发明一些实施例中，所述蓄电池管理系统进一步被配置为：在蓄电池亏电时，断开主接触器，接通外接非车载充电机与蓄电池的连接，接通外接非车载充电机为蓄电池充电。

21、本发明一些实施例中，进一步包括电压传感器，和/或，温度传感器：

22、电压传感器并联设置在电池的正极和电池的负极之间；

23、温度传感器用于检测蓄电池的温度；

24、所述电池管理系统与电压传感器及温度传感器连接，在电压传感器检测值，或，温度传感器检测值异常时，断开主接触器。

25、本发明一些实施例进一步提供一种蓄电池充电控制方法，包括以下步骤：

26、设定充电机充电电量阈值和亏电电压阈值；

27、检测蓄电池电量，蓄电池电压；

28、当蓄电池电量小于充电机充电电量阈值时，充电机为蓄电池充电；

29、当电池电量充满后，断开免浮充接触器；

30、当电池电压降至小于设定的亏电电压阈值，外接非车载充电机为蓄电池充电。

31、本发明一些实施例中，方法进一步包括以下步骤：

32、在启动充电机为蓄电池充电前，调节充电机输出电压与蓄电池当前电压一致。

33、本发明一些实施例中，所述蓄电池包括若干蓄电池单体，方法进一步包括以下步骤：

34、在启动充电机为蓄电池充电后，以第一恒定电流为蓄电池充电，当蓄电池单体第一次电压达到充电设定阈值电压后，以第二恒定电流为蓄电池充电，当蓄电池单体第二次电压达到充电设定阈值电压后，以第三恒定电流为蓄电池充电，当蓄电池单体第三次电压达到充电设定阈值电压后，以第四恒定电流为蓄电池充电，当蓄电池单体第四次电压达到充电设定阈值电压后，判断蓄电池充满，断开免浮充接触器；

35、所述第一恒定电流、第二恒定电流、第三恒定电流和第四恒定电流顺次减小。

36、本发明一些实施例中，方法进一步包括以下步骤：

37、设定充电电压阈值；

38、当蓄电池电压第一次降至小于设定的亏电电压阈值，以第五恒定电流为蓄电池充电；

39、当蓄电池电压位于亏电电压阈值与充电电压阈值之间时，以第六恒定电流为蓄电池充电；

40、当蓄电池电压第一次达到充电电压阈值时，以第七恒定电流为蓄电池充电；

41、当蓄电池电压第二次达到充电电压阈值时，判断蓄电池充满，停止外接非车载充电机为蓄电池充电；

42、所述第五恒定电流、第七恒定电流和第六恒定电流顺次减小。

43、本发明一些实施例中，进一步包括以下步骤：当蓄电池电压或蓄电池温度超过设定的阈值时，断开主接触器。

44、本发明提供的蓄电池充电控制系统和控制方法，其有益效果在于：

45、1、针对目前电池采用主回路全程连挂的方式，电池充满后进行浮充，对电池的使用寿命影响较大问题，本专利提出蓄电池免浮充控制方法，避免蓄电池充满电后的浮充情况，延长蓄电池使用寿命；

46、2、针对蓄电池对过压和过温较为敏感问题，本专利提出硬件冗余保护方法，实现蓄电池软件和硬件冗余保护功能，提高蓄电池的安全性和可靠性；

47、3、本专利提出外接充电控制方法，通过电池管理系统(bms)与外接非车载充电机间的通讯控制充电电流和充电电压，实现蓄电池分阶段充电，提高蓄电池的安全性和可靠性。

技术特征：

1.一种动车组用蓄电池充电控制系统，其特征在于，包括蓄电池，以及：

2.如权利要求1所述的动车组用蓄电池充电控制系统，其特征在于，所述电池管理系统进一步被配置为：当采用充电机为蓄电池充电时，控制充电机的输出电压与蓄电池一致，闭合免浮充开关。

3.如权利要求1所述的动车组用蓄电池充电控制系统，其特征在于，免浮充控制模块进一步包括：

4.如权利要求3所述的动车组用蓄电池充电控制系统，其特征在于，所述蓄电池管理系统进一步被配置为：在蓄电池亏电时，断开主接触器，接通外接非车载充电机与蓄电池的连接，接通外接非车载充电机为蓄电池充电。

5.如权利要求3所述的动车组用蓄电池充电控制系统，其特征在于，进一步包括电压传感器，和/或，温度传感器：

6.一种蓄电池充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的蓄电池充电控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

8.如权利要求6或7所述的蓄电池充电控制方法，其特征在于，所述蓄电池包括若干蓄电池单体，进一步包括以下步骤：

9.如权利要求6所述的蓄电池充电控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

10.如权利要求6所述的蓄电池充电控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：当蓄电池电压或蓄电池温度超过设定的阈值时，断开主接触器。

技术总结
本发明提供一种动车组用蓄电池控制系统及控制方法。在蓄电池正常工作时，接通充电机与蓄电池的连接，充电机为蓄电池充电，当蓄电池电量充满后，断开免浮充接触器，停止充电，同时通过与其并联的二极管，保证蓄电池时刻保持放电能力；在蓄电池故障亏电时，接通外接非车载充电机与蓄电池的连接，外接非车载充电机为蓄电池充电。本发明提供的系统和方法避免蓄电池充满电后的浮充情况，延长蓄电池使用寿命。

技术研发人员：李红挪,李希超,于桐,于爽,杨阳,王通
受保护的技术使用者：中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13