一種軌交列車牽引用車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌交列車用牽引動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于軌交列車牽引的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市的發(fā)展，城市人口越來越多，軌道交通對(duì)城市的重要性也越來越大。軌道交通車輛承載了城市人口運(yùn)輸?shù)拇蟛糠謮毫ΓS著車輛運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，軌交車輛的故障率也呈上升態(tài)勢(shì)。傳統(tǒng)的模式下，在列車發(fā)生故障后，需要軌道內(nèi)的列車清空，牽引列車駛?cè)胲壍缹⒐收狭熊嚑恳鲞\(yùn)行線路。這種救援模式救援時(shí)間較長(zhǎng)，且容易發(fā)生乘客進(jìn)入隧道、乘客砸窗等意外事件，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，帶來較大的社會(huì)影響。
[0003]為了有效降低列車運(yùn)行故障帶來的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失，人們提出采用車載超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)為列車提供牽引能量，在列車故障時(shí)，通過車載超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)牽引列車至站臺(tái)進(jìn)行人員疏散。但是超級(jí)電容所能存儲(chǔ)的電能較低，且超級(jí)電容體積和重量都比較大，車載的超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)無法為車輛長(zhǎng)距離運(yùn)行提供足夠的能量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種軌交列車牽引用車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于列車在故障下的緊急牽引，將列車牽引至站臺(tái)進(jìn)行人員疏散，同時(shí)系統(tǒng)可以為列車在無電區(qū)域行駛提供能量。系統(tǒng)具有更高的能量密度，更小的體積，并且通過安全管理單元、遠(yuǎn)程安全管理單元的管理增加了系統(tǒng)的安全可靠性，為系統(tǒng)在軌交列車上的規(guī)模應(yīng)用提供了可能，有效解決了列車在無電區(qū)不能長(zhǎng)距離運(yùn)行的技術(shù)問題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種軌交列車牽引用車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中包含:
串并聯(lián)多個(gè)動(dòng)力鋰電池形成的電池模塊組，接入車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣回路中，作為能量存儲(chǔ)輸出單元；
電池控制單元，對(duì)車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中其他單元向其上傳的信息進(jìn)行處理整合，并接收外部列車向其發(fā)出的硬線信號(hào)，通過運(yùn)行系統(tǒng)控制策略來對(duì)車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行控制；
MVB模塊，實(shí)現(xiàn)電池控制單元與外部列車的通信；
多個(gè)底層電子控制單元，各自采集與之相應(yīng)的動(dòng)力鋰電池的電池信息，對(duì)電池信息運(yùn)算處理后進(jìn)行電池的均衡管理，并將電池信息發(fā)送給電池控制單元進(jìn)行處理整合；
主接觸器，接入所述電氣回路中；電池控制單元控制所述主接觸器吸合時(shí)，電氣回路接通使電池模塊組能夠進(jìn)行充放電，或者電池控制單元控制所述主接觸器斷開時(shí)，電氣回路斷開。
[0006]優(yōu)選地，所述車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包含DC-DC模塊，接收外部列車輸入的直流電源給電池控制單元供電； 所述DC-DC模塊包含兩路DC-DC電壓模塊，在正常工作時(shí)各分擔(dān)50%的負(fù)載；
每個(gè)所述DC-DC電壓模塊設(shè)置的電源輸出端配置有二極管；
每個(gè)所述DC-DC電壓模塊設(shè)置的狀態(tài)輸出端，將該DC-DC電壓模塊的狀態(tài)信息發(fā)送給電池控制單元；
任意一個(gè)DC-DC電壓模塊異常時(shí)，異常的DC-DC電壓模塊被切除，并傳送故障信號(hào)給電池控制單元；未故障的DC-DC電壓模塊以全部功率輸出。
[0007]優(yōu)選地，所述車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包含電池安全管理單元，實(shí)時(shí)接收電池控制單元上傳的系統(tǒng)信息進(jìn)行校驗(yàn)，檢測(cè)故障發(fā)生后的電池控制單元是否上報(bào)故障信息；
在檢測(cè)到電池控制單元上傳信息失真或者電池控制單元未及時(shí)上報(bào)故障信息時(shí)，所述電池安全管理單元下發(fā)指令重啟電池控制單元；重啟設(shè)定次數(shù)后電池安全管理單元仍無法正常工作時(shí)，通過MVB模塊向列車上報(bào)一級(jí)報(bào)警故障。
[0008]優(yōu)選地，所述電池控制單元通過CAN總線及硬線與電池安全管理單元通信；所述電池安全管理單元包含MCU芯片，及分別與之連接的硬線信號(hào)電路、接觸器控制電路、供電電路、報(bào)警電路、通信電路。
[0009]優(yōu)選地，所述車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包含遠(yuǎn)程安全監(jiān)控單元(90)，其中設(shè)置有通過CAN總線連接電池控制單元的通信網(wǎng)關(guān)，用來接收電池控制單元向其發(fā)送的系統(tǒng)信息，并傳送給顯示屏進(jìn)行顯示；所述顯示屏附帶有遠(yuǎn)程模塊將收到的系統(tǒng)信息發(fā)送至服務(wù)器。
[0010]優(yōu)選地，所述車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包含電流傳感器，對(duì)電氣回路的電流進(jìn)行檢測(cè)，并將采集到的電流信息通過CAN總線發(fā)送給電池控制單元；所述電池控制單元根據(jù)電流傳感器上傳的電流信息進(jìn)行監(jiān)控，并在電流值觸發(fā)保護(hù)值時(shí)控制電氣回路斷開。
[0011]優(yōu)選地，所述車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包含保險(xiǎn)絲，分別設(shè)置在電氣回路正負(fù)母線上。
[0012]優(yōu)選地，所述車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)一步包含接入電氣回路的手動(dòng)隔離開關(guān)，在安裝及檢修時(shí)將電氣回路斷開。
[0013]優(yōu)選地，所述動(dòng)力鋰電池是磷酸鐵鋰電池，或三元鋰電池，或錳酸鋰電池；所述動(dòng)力鋰電池的型式是圓柱電池，或方形電池，或軟包電池。
[0014]優(yōu)選地，所述底層電子控制單元通過采樣電路采集動(dòng)力鋰電池的電壓、溫度信息，將采集到的電池信息傳送給該底層電子控制單元設(shè)置的微控制單元進(jìn)行處理及電池的均衡管理，并通過若干個(gè)底層電子控制單元共用的CAN總線將電池信息傳輸給電池控制單
J L.ο
[0015]綜上所述，本發(fā)明中通過以上方案組成的牽引電池組系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)列車在無電區(qū)的牽引使用，滿足列車牽引需求，并且該方案具有三重安全管理，首先電池管理系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行底層安全管理，其次安全管理單元對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行安全管理，最后遠(yuǎn)程安全管理單元對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警管理，有效的保證了系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述牽引用車載鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣圖；
圖2是本發(fā)明中雙備份的DC-DC模塊的原理圖；圖3是本發(fā)明中SCU模塊的組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0018]本發(fā)明是一種牽引用車載儲(chǔ)能鋰電池系統(tǒng)，系統(tǒng)由動(dòng)力鋰電池作為能量存儲(chǔ)輸出單元，并通過電池管理單元(BMU)、電池安全管理單元(S⑶)、遠(yuǎn)程安全監(jiān)控單元(RS⑶)、高壓電氣件等裝置，對(duì)鋰電池進(jìn)行管理。高壓電氣件主要包括接觸器、保險(xiǎn)絲、隔離開關(guān)、電流傳感器、DC-DC模塊等。
[0019]如圖1所示，該系統(tǒng)主要包含:動(dòng)力鋰電池10、底層電子控制單元(LE⑶)20、保險(xiǎn)絲30、電流傳感器40、主接觸器50、電池控制單元(B⑶)60、DC-DC模塊70、電池安全管理單元(S⑶)80、遠(yuǎn)程安全監(jiān)控單元(RS⑶)90、手動(dòng)隔離開關(guān)11。
[0020]動(dòng)力鋰電池10作為整個(gè)系統(tǒng)的能量輸出單元，為系統(tǒng)運(yùn)行提供能量，材料體系可以是磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等滿足系統(tǒng)使用需求的材料體系(例如，使用磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、錳酸鋰電池等高功率電池)；電池的型式可以為圓柱電池、方形電池、軟包電池等易于成組的鋰電池型式。若干個(gè)動(dòng)力鋰電池10組成模塊，然后模塊根據(jù)系統(tǒng)需求串并聯(lián)組成整個(gè)電池模塊組。
[0021]所述的電池管理單元(BMU)包括底層電子控制單元LE⑶20和電池控制單元B⑶60，用于對(duì)電池進(jìn)行管理。其中，底層電子控制單元LE⑶20采集電池的電壓、溫度、對(duì)電池進(jìn)行均衡管理，并且對(duì)電池信息進(jìn)行運(yùn)算處理。電池控制單元B⑶60對(duì)底層電子控制單元LECU 20上傳的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且根據(jù)系統(tǒng)控制策略對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。
[0022]底層電子控制單元LECU 20通過采樣電路對(duì)相應(yīng)模塊內(nèi)的動(dòng)力鋰電池10采集電壓、溫度信息，并將采集到的信息傳給LECU板上的MCU (微控制單元)，MCU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過CAN總線將信息傳輸給電池控制單元B⑶60，若干個(gè)底層電子控制單元LE⑶20共用CAN總線與電池控制單元BCU 60進(jìn)行通信。同時(shí)MCU根據(jù)采集的信息通過均衡電路對(duì)電池進(jìn)行均衡管理，通過對(duì)電池的均衡管理，可以有效提高鋰電池的一致性，延長(zhǎng)電池使用壽命ο
[0023]電池控制單元Β⑶60是整個(gè)鋰電池系統(tǒng)的控制核心，底層電子控制單元LE⑶20、電流傳感器40等底層信息上傳至電池控制單元Β⑶60，同時(shí)電池控制單元Β⑶60對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信息進(jìn)行處理整合，通過MVB (多功能車輛總線)模塊12與外部列車的DC-DC控制系統(tǒng)及列車的MVB網(wǎng)絡(luò)通信。電池控制單元BCU 60通過CAN總線及硬線與電池安全管理單元SOT 80通信，同時(shí)電池控制單元B⑶60與遠(yuǎn)程安全監(jiān)控單元RS⑶90通過CAN總線進(jìn)行通信。
[0024]保險(xiǎn)絲30對(duì)整個(gè)電氣回路起到保護(hù)作用，其中在正負(fù)兩根母線各配置一個(gè)保險(xiǎn)絲30，用于保護(hù)電池組系統(tǒng)，防止由于短路導(dǎo)致系統(tǒng)帶來安全問題，保險(xiǎn)絲30的耐壓值及過流能力根據(jù)系統(tǒng)整體需求進(jìn)行配置。
[0025]電流傳感器40對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電氣回路的電流進(jìn)行檢測(cè)，并將采集到的電流信息通過CAN總線發(fā)送給電池控制單元B⑶60，電池控制單元B⑶60根據(jù)電流傳感器40上傳的信息對(duì)系統(tǒng)電流進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)觸發(fā)保護(hù)值時(shí)系統(tǒng)切斷回路保護(hù)。
[0026]電池控制單元B⑶60通過