一种列车供电系统及电流安全监测方法

摘要

本发明涉及列车供电技术领域，具体公开了一种列车供电系统及电流安全监测方法，至少包括：电源输入模块，用于接收列车供给的两路直流电，将其中一路经逆变电源装置转换为第一三相交流电，将另一路转换为第二直流电；蓄电池组，至少设置有两组互为备用，若干组蓄电池组与第二直流电相互并联，且每组蓄电池均串联有切换开关；监测模块，用于监测并记录蓄电池组的相关参数；调度模块，用于根据相关参数确定蓄电池组中的工作组和备用组；能够避免单个蓄电池组长时间处于浮充电状态带来的电池寿命降低及安全性的问题，能够适应性的根据不同蓄电池组的不同状态来进行选定，提高工作组选用的合理性。

权利要求

1.一种列车供电系统，其特征在于，至少包括：

电源输入模块，用于接收列车供给的两路直流电，将其中一路经逆变电源装置转换为第一三相交流电，将另一路转换为第二直流电；

蓄电池组，至少设置有两组互为备用，若干组蓄电池组与第二直流电相互并联，且每组蓄电池均串联有切换开关；

监测模块，用于监测并记录蓄电池组的相关参数；

调度模块，用于通过切换开关对蓄电池组的选用进行调度；

所述调度的过程包括：

S100、根据相关参数判断各蓄电池组是否正常；

S200、获取所有正常蓄电池的当前电量并从低到高依次排序，根据排序依次将蓄电池组选作工作组并直至所有正常蓄电池组电量充满；

S300、所有正常蓄电池组充电完成后，将任一正常蓄电池组选作为工作组并按特定周期进行轮换，其余蓄电池组作为备用组；

所述相关参数至少包括每组蓄电池的历史浮充总时间、历史充放电总时间、实时电流信息、实时电量信息及电池状态值；

所述电池状态值的获得方法为：

SS100、获取该电池组最近一次充放电过程的电流时间曲线；

SS200、将电流时间曲线与电流阈值区间的曲线进行比较，通过公式 计算出电池状态值i；

其中，ΔS1为电流时间曲线超出阈值区间的面积，ΔS2为阈值区间的面积。

2.根据权利要求1所述的一种列车供电系统，其特征在于，所述阈值区间的获得方法为：SS201、将蓄电池按照充电电流划分为若干个区间，每个区间均设有充电特性函数charge(t，b(t))，其中，t表示时间，b(t)表示蓄电池组电量随时间变化函数；

SS202、根据蓄电池组的额定充电电流区间[IA，IB]获得蓄电池的阈值区间[IA*charge(t，b(t))，IB*charge(t，b(t))]。

3.根据权利要求1所述的一种列车供电系统，其特征在于，步骤S100中的判断过程为：分别将蓄电池组的电池状态值与预设阈值进行比较：若i≥预设阈值，则判定该蓄电池组故障；

若i＜预设阈值，则判定该蓄电池组正常。

4.根据权利要求1所述的一种列车供电系统，其特征在于，对工作组的蓄电池组进行实时电池状态值的监控，当判定蓄电池组故障时，立即将任一备用组中的蓄电池组作为工作组。

5.根据权利要求1所述的一种列车供电系统，其特征在于，根据每组蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间调整轮换次数。

6.一种如权利要求2所述一种列车供电系统的电流安全监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取蓄电池组的充电电流随时间变化曲线及电量随时间变化曲线b(t)；

将电流时间曲线与电流阈值区间[IA*charge(t，b(t))，IB*charge(t，b(t))]的函数曲线进行比较，通过比较结果判断蓄电池的充电电流是否处于安全状态，其中，[IA，IB]为蓄电池组的额定充电电流区间，charge(t，b(t))为充电特性函数。

说明书

一种列车供电系统及电流安全监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及列车供电技术领域，具体涉及一种列车供电系统及电流安全监测方法。

背景技术

[0002] 现代列车的供电方式主要有独立供电和集中供电两种方式，其中，DC600v是最常见的一种供电制式，该供电制式采用接触网的方式，在电气化区段将接触网的单相工频25kV的交流电转化为可供列车电网使用的电能，在非电气化区间通过发电机组发电。

[0003] 在列车供电系统中，蓄电池组起到重要的作用，其不仅能够在应急断电状态下为列车提供电力保证，还能在列车记过接触网分相区时保证车辆照明和控制系统的正常运行。

[0004] 在列车处于正常运行状态时，蓄电池组会处于浮充电状态，然而，蓄电池组长时间处于浮充电状态不仅会缩短其使用寿命，还会存在安全隐患。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种列车供电系统及电流安全监测方法，解决以下技术问题：

[0006] 如何提高供电系统中蓄电池组的使用寿命和使用安全性。

[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0008] 一种列车供电系统，至少包括：

[0009] 电源输入模块，用于接收列车供给的两路直流电，将其中一路经逆变电源装置转换为第一三相交流电，将另一路转换为第二直流电；

[0010] 蓄电池组，至少设置有两组互为备用，若干组蓄电池组与第二直流电相互并联，且每组蓄电池均串联有切换开关；

[0011] 监测模块，用于监测并记录蓄电池组的相关参数；

[0012] 调度模块，用于通过切换开关对蓄电池组进行调度;

[0013] 所述调度的过程包括：

[0014] S100、根据相关参数判断各蓄电池组是否正常；

[0015] S200、获取所有正常蓄电池的当前电量并从低到高依次排序，根据排序依次将蓄电池组选作工作组并直至所有正常蓄电池组电量充满；

[0016] S300、所有正常蓄电池组充电完成后，将任一正常蓄电池组选作为工作组并按特定周期进行轮换，其余蓄电池组作为备用组。

[0017] 可选的，所述相关参数至少包括每组蓄电池的历史浮充总时间、历史充放电总时间、实时电流信息、实时电量信息及电池状态值。

[0018] 可选的，所述电池状态值的获得方法为：

[0019] SS100、获取该电池组最近一次充放电过程的电流时间曲线；

[0020] SS200、将电流时间曲线与电流阈值区间的曲线进行比较，通过公式 计算出电池状态值i；

[0021] 其中， 为电流时间曲线超出阈值区间的面积， 为阈值区间的面积。

[0022] 可选的，所述阈值区间的获得方法为：

[0023] SS201、将蓄电池按照充电电流划分为若干个区间，每个区间均设有充电特性函数charge(t，b(t))，其中，t表示时间，b(t)表示蓄电池组电量随时间变化函数；

[0024] SS202、根据蓄电池组的额定充电电流区间[ ， ]获得蓄电池的阈值区间[ *charge(t，b(t))， *charge(t，b(t))]。

[0025] 可选的，所述步骤S100的判断过程为：

[0026] 分别将蓄电池组的电池状态值与预设阈值进行比较：

[0027] 若i≥预设阈值，则判定该蓄电池组故障；

[0028] 若i＜预设阈值，则判定该蓄电池组正常。

[0029] 可选的，对工作组的蓄电池组进行实时电池状态值的监控，当判定蓄电池组故障时，立即将任一备用组中的蓄电池组作为工作组。

[0030] 可选的，根据每组蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间调整轮换次数。

[0031] 一种列车供电系统的电流安全监测方法，所述方法包括：

[0032] 获取蓄电池组的充电电流随时间变化曲线及电量随时间变化曲线b(t)；

[0033] 将电流时间曲线与电流阈值区间[ *charge(t，b(t))， *charge(t，b(t))]的函数曲线进行比较，通过比较结果判断蓄电池的充电电流是否处于安全状态，其中，[ ， ]为蓄电池组的额定充电电流区间，charge(t，b(t))为充电特性函数。

[0034] 本发明的有益效果：

[0035] （1）本发明通过蓄电池组可轮换式的设置能够避免单个蓄电池组长时间处于浮充电状态带来的电池寿命降低及安全性的问题，同时，根据蓄电池组的相关参数来确定其为工作组还是备用组，能够适应性的根据不同蓄电池组的不同状态来进行选定，能够提高工作组及备用组划分的合理性；根据蓄电池组所剩的电量来确定蓄电池组选作工作组的次序，能够快速的补足电量不满的蓄电池组，以保证蓄电池组需要工作时其电量能够持续较长的时间，还能够延长蓄电池组的使用寿命。

[0036] （2）本发明采用曲线区域面积的计算方式，不仅能够在电流较大或较低时判断电流异常，还能在电流长时间存在稍高或稍低状态时判断出异常，进而能够准确的发现出当前电流的异常问题。

[0037] （3）本发明将获得的阈值区间用于对电流大小是否正常进行判断，能够更好的适应蓄电池组在充电过程中的变化，更为准确的判断出电池的充电电流是否符合要求。

[0038] （4）本发明通过根据蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间对其轮换次数的调整，能够使各组蓄电池组的损耗程度较为一致，进而更加有利于对蓄电池组的检修及更换过程，同时能够提升蓄电池组整体的使用寿命。

附图说明

[0039] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0040] 图1是本发明提供的一种列车供电系统的模块示意图；

[0041] 图2是本发明获得电池状态值的流程图；

[0042] 图3是本发明获得阈值区间确定的流程图；

[0043] 图4是本发明调度模块工作的流程图；

[0044] 图5是本发明提供的一种列车供电系统电流安全监测方法的流程图。

具体实施方式

[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0046] 请参阅图1、图4所示，在一个实施例中，提供了一种列车供电系统，至少包括电源输入模块、蓄电池组、监测模块及调度模块；

[0047] 在电气化区段，将受电弓接收的单相高压交流电降压、整流和滤波形成两路直流电，在非电气化区间，将列车发电机组产生的交流电经整流和滤波形成两路600V直流电，通过电源输入模块接收列车供给的两路600V直流电，将其中一路经逆变电源装置转换为50Hz 380V三相交流电，将另一路转换为110V直流电。

[0048] 通过110V直流电对蓄电池组进行充电，蓄电池组至少设置有两组互为备用，本实施例中设置有3组，3组蓄电池组与110V直流电相互并联，且每组蓄电池均串联有切换开关，因此可以通过控制电路对切换开关控制进行控制，选择3组蓄电池组中的一组作用工作组，其余2组作为备用组。

[0049] 调度的过程包括：S100、根据相关参数判断各蓄电池组是否正常；S200、获取所有正常蓄电池的当前电量并从低到高依次排序，根据排序依次将蓄电池组选作工作组并直至所有正常蓄电池组电量充满；S300、所有正常蓄电池组充电完成后，将任一正常蓄电池组选作为工作组并按特定周期进行轮换，其余蓄电池组作为备用组。

[0050] 首先通过监测模块对蓄电池组的相关参数进行监测并记录，并根据相关参数来判断蓄电池组是否正常使用，其次根据蓄电池组所剩的电量来确定蓄电池组选作工作组的次序，此设置一方面能够快速的补足电量不满的蓄电池组，以保证蓄电池组需要工作时其电量能够持续较长的时间，其次，蓄电池长期处于低电量状态会减少其使用寿命，因此先将电量较低的蓄电池选作工作组并对其充电，能够延长蓄电池组的使用寿命。

[0051] 之后，在所有正常蓄电池组充电完成后，将正常蓄电池组中的一组选作为工作组并按特定周期进行轮换，由于蓄电池组长期处于浮充电状态会使其寿命降低，因此，在所有正常蓄电池组充电完成后按照一定周期轮换使用蓄电池组作为工作组，能够避免一组蓄电池组的浮充电时间较长造成寿命降低的问题，同时也能减少对蓄电池组长时间充电造成的安全隐患。

[0052] 显然，本实施例中蓄电池组可轮换式的设置能够避免单个蓄电池组长时间处于浮充电状态带来的电池寿命降低及安全性的问题，同时，能够适应性的根据不同蓄电池组的不同状态来进行选定，能够提高工作组及备用组划分的合理性。

[0053] 本实施例中，相关参数包括每组蓄电池组的历史浮充总时间、历史充放电总时间、实时电流信息、实时电量信息及电池状态值，其中，电池状态值表示电池工作的正常度，通过将电池状态值与预设阈值进行比对，即能判断出该蓄电池组是否正常工作，蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间表示该蓄电池组的利用程度，蓄电池组的实时电流信息和实时电量信息表示了该蓄电池组的当前电性参数，因此通过相关参数的具体选择，能够基于蓄电池组的当前状况、使用状况及是否正常使用来合理的选择出使用组和备用组。

[0054] 请参阅图2所示，电池状态值的获得方法为：SS100、获取该电池组最近一次充放电过程的电流时间曲线；SS200、将电流时间曲线与电流阈值区间的曲线进行比较，通过公式计算出电池状态值i；其中， 为电流时间曲线超出阈值区间的面积， 为阈值区间的面积。

[0055] 本实施例提供了一种电池状态值具体的确定方式，根据电流随时间变化的曲线与标准电流阈值区间的曲线进行对比，将电流时间曲线及电流阈值区间曲线在同一平面坐标轴上建立，若电流在正常的范围内，则电流时间曲线会在两条电流阈值区间曲线之间，而若电流过高、持续过高、过低或持续过低，电流时间曲线会高于电流阈值区间曲线较高的一条或低于电流阈值区间曲线较低的一条，此时，将两条电流阈值区间曲线与开始充电时间线及终止充电时间线（或当前时间）形成封闭的区域，此区域面积为 ，而对于 ，若某时间段电流曲线在两条电流阈值区间曲线之间，则此时间段 为0，若某时间段电流曲线在电流阈值区间曲线之上，则此时间段 为该电流曲线与电流阈值区间曲线较高一条（及开始充电时间线及终止充电时间线（或当前时间））形成的区域面积，若某时间段电流曲线在电流阈值区间曲线之下，则此时间段 为该电流曲线与电流阈值区间曲线较低一条（及开始充电时间线及终止充电时间线（或当前时间））形成的区域面积，而最终的 为所有时间段 之和，显然，在此过程中， 的数值会根据电流随时间曲线的变化而变化，当电流变化量较大或电流较高或较低且长时间持续时，显然，此时的 值会较大，因此，采用曲线区域面积的计算方式，不仅能够在电流较大或较低时判断电流异常，还能在电流长时间存在稍高或稍低状态时判断出异常，进而能够准确的发现出当前电流的异常问题。

[0056] 请参阅图3所示，阈值区间的获得方法为：

[0057] SS201、将蓄电池组按照充电电流划分为若干个区间，每个区间均设有充电特性函数charge(t，b(t))，其中，t表示时间，b(t)表示蓄电池组电量随时间变化函数；

[0058] SS202、根据蓄电池组的额定充电电流区间[ ， ]获得蓄电池的阈值区间[ *charge(t，b(t))， *charge(t，b(t))]。

[0059] 本实施例提供了一种电流阈值区间的确定方式，具体的，由于蓄电池组的充电电流会随着充电时间以及蓄电池组电量而发生变化，且在不同的区间有不同的变化特性，因此，取值区间的设置需要随着充电时间及电量作适应性的变化，本实施例先将蓄电池组按照充电电流划分为若干个区间，区间的划分符合蓄电池组的充电特性，因此，针对不同的区间分别设置对应的充电特性函数charge(t，b(t))，并分别与蓄电池组的额定充电电流区间[ ， ]的极值相乘，进而能够获得与充电电流相适应的阈值区间，显然，将获得的阈值区间用于对电流大小是否正常进行判断，能够更好的适应蓄电池组在充电过程中的变化，更为准确的判断出电池的充电电流是否符合要求。

[0060] 需要对充电特性函数进行说明的是，充电的电流与充电的时间及蓄电池组的剩余电量有关，因此充电特性函数的自变量的是时间t及电量b，同时由于充电时间的起点不同，因此根据当前时间对应的电量的b(t)作为第二个自变量，进而获得充电特性函数charge(t，b(t))。

[0061] 请参阅图4所示，对蓄电池组状态判断的过程为：

[0062] 分别将蓄电池组的电池状态值与预设阈值进行比较：

[0063] 若电池状态值i≥预设阈值，则判定该蓄电池组故障；

[0064] 若电池状态值i＜预设阈值，则判定该蓄电池组正常；

[0065] 本实施例提供了一种调度模块具体的工作步骤，具体的，首先将蓄电池组的电池状态值与预设阈值进行比较判断该蓄电池组是否正常工作，显然当蓄电池组不能正常工作时不再将其作为工作组，避免了故障蓄电池组带来安全风险，

[0066] 对工作组的蓄电池组进行实时电池状态值的监控，当判定蓄电池组故障时，立即将任一备用组中的蓄电池组作为工作组。

[0067] 本实施例对处于工作状态的蓄电池组实时监控，并对其电池状态值进行判断，当判定蓄电池组出现故障时，立即将选择备用组中的蓄电池组作为工作组，代替存在故障的蓄电池组，因此本实施例能够避免蓄电池组故障给列车备用电源造成的不安全因素。

[0068] 请参阅图4所示，根据每组蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间调整轮换次数。

[0069] 进一步的，本实施例是对上述调度模块工作的步骤进一步的延伸方案，具体的，根据每组蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间调整轮换次数，多组蓄电池组在不同的工作条件下，其充放电的时间会存在区别，长时间的积累过程会导致蓄电池组的使用程度产生较大的差别，此种现象不利于蓄电池组的更换和检修，而本实施例根据每组蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间来调整轮换次数，当蓄电池组的使用程度较重时，适当减少其作为工作组的次数，当蓄电池组的使用程度较轻时，适当增加其作为工作组的次数，因此通过根据蓄电池组的历史浮充总时间及历史充放电总时间对其轮换次数的调整，能够使各组蓄电池组的损耗程度较为一致，进而更加有利于对蓄电池组的检修及更换过程，同时能够提升蓄电池组整体的使用寿命。

[0070] 请参阅图5所示，在一个实施例中，提供了一种电流安全监测方法，方法包括：获取蓄电池组的充电电流随时间变化曲线及电量随时间变化曲线b(t)；将电流时间曲线与电流阈值区间[ *charge(t，b(t))， *charge(t，b(t))]的函数曲线进行比较，通过比较结果判断蓄电池的充电电流是否处于安全状态；其中，[ ， ]为蓄电池组的额定充电电流区间，charge(t，b(t))为充电特性函数。

[0071] 本实施例对电流安全检测的方法为获取蓄电池组的充电电流随时间变化曲线及电量随时间变化曲线b(t)，将电流时间曲线与电流阈值区间[ *charge(t，b(t))， *charge(t，b(t))]的函数曲线进行比较，通过比较结果判断蓄电池的充电电流是否处于安全状态，其中，t表示时间，b(t)表示蓄电池组电量随时间变化函数，通过将测得的电流与蓄电池充电特性相对应的电流阈值区间进行比对，能够更好的适应蓄电池组在充电过程中的变化，更为准确的判断出电池的充电电流是否符合要求。

[0072] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。