电力机车蓄电池剩余容量的检测装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103645442 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103645442 A (21)申请号 201310653604.1 (22)申请日 2013.12.06 G01R 31/36(2006.01) B60L 11/18(2006.01) (71)申请人 南车株洲电力机车有限公司 地址 412001 湖南省株洲市石峰区田心高科 园南车株洲电力机车有限公司 (72)发明人 何安清 王艳 丁艳辉 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 王宝筠 (54) 发明名称 电力机车蓄电池剩余容量的检测装置 (57) 摘要 本发明。

2、提供了一种电力机车蓄电池剩余容量 的检测装置， 包括电流采集单元、 电压采集单元、 蓄电池采样装置和蓄电池控制器， 其中， 蓄电池控 制器中预存储有蓄电池组中蓄电池单体在内阻变 化区间内的内阻值与蓄电池单体的剩余容量的对 应关系。本发明在电力机车运行且蓄电池组放电 过程中， 对各蓄电池单体的电压和电流进行采集， 然后计算得到的各蓄电池单体的内阻值， 并在内 阻值和蓄电池单体剩余容量的对应关系中， 查找 到各蓄电池单体的剩余容量， 从而实现对电力机 车蓄电池剩余容量的检测， 为电力机车蓄电池的 日常检修提供准确数据， 避免电力机车蓄电池过 充电和过放电情况的发生， 延长电力机车蓄电池 的使用寿命。

3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103645442 A CN 103645442 A 1/1 页 2 1. 一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置， 其特征在于， 包括 ： 与蓄电池组连接， 用于采集所述蓄电池组的放电电流的电流采集单元， 所述放电电流 为所述蓄电池组在电力机车通过无电分相区运行过程中产生 ； 与所述蓄电池组连接， 用于采集所述蓄电池组中各蓄电池单体的电压的电压采集单 元 ； 分别与所述电流采集单元、 所述电压采。

4、集单元连接， 用于对所述电流采集单元输出的 电流信号、 所述电压采集单元输出的电压信号进行模数转换的蓄电池采样装置 ； 与所述蓄电池采样装置连接， 预存储有所述蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与 所述蓄电池单体的剩余容量的对应关系， 用于对获取的各所述蓄电池单体的电压信号和电 流信号计算， 得到各所述蓄电池单体的内阻值， 并从所述内阻值和所述蓄电池单体的剩余 容量的对应关系中， 查找到各所述蓄电池单体的剩余容量的蓄电池控制器。 2. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 所述电压采集单元为多路开关电路， 所述多路开关电路中的每个开关分别与所述蓄电池组中的一个所述蓄电池单体连接， 。

5、每个 所述开关在采集与所述开关连接的所述蓄电池单体的电压时导通。 3. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 所述蓄电池采样装置内集成设置有 采样保持电路和模数转换器 ； 所述采样保持电路的分别与所述电流采集单元、 所述模数转换器连接， 所述模数转换 器与所述蓄电池控制器连接， 所述采样保持电路在所述模数转换器对所述电流采集单元输 出的电流信号模数转换期间， 保持所述电流采集单元输出的电流信号不变。 4. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 所述电压采集单元设置在所述蓄电 池采样装置内。 5. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 所述电流采集单元为电流传。

6、感器。 6. 根据权利要求 5 所述的检测装置， 其特征在于， 所述电流互感器套设在所述蓄电池 组的放电支路上。 7. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 还包括 ： 显示单元 ； 所述显示单元与所述蓄电池控制器连接， 用于显示各所述蓄电池单体的剩余容量。 8. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 所述蓄电池组中的各所述蓄电池单 体串联连接。 9. 根据权利要求 1 所述的检测装置， 其特征在于， 还包括 ： 温度采集单元， 所述温度采 集单元与所述蓄电池采样装置连接， 用于采集所述蓄电池组的环境温度。 10. 根据权利要求 9 所述的检测装置， 其特征在于， 所述。

7、温度采集单元为温度传感器。 权 利 要 求 书 CN 103645442 A 2 1/5 页 3 电力机车蓄电池剩余容量的检测装置 技术领域 0001 本发明涉及电力机车蓄电池技术领域， 更具体地说， 涉及一种电力机车蓄电池剩 余容量的检测装置。 背景技术 0002 电力机车蓄电池是电力机车直流供电系统的重要组成部分， 它作为直流供电的后 备电源， 主要担负着电力机车在降弓状态下、 过分相区时或者运动过程中受电弓离线造成 供电中断时， 为电力机车的启动、 控制系统、 监控系统及通讯系统提供稳定、 安全、 可靠的供 电保障， 确保电力机车上重要设备的正常运行。 0003 电力机车上常用的蓄电池充。

8、电装置， 一般通过设定的输出特性控制功能对电力机 车蓄电池进行均衡充电和浮充充电管理。由于蓄电池充电装置不具备蓄电池检测功能， 使 得当电力机车蓄电池剩余容量不清楚时， 蓄电池充电装置对电力机车蓄电池充电， 容易出 现过充电情况， 或是电力机车蓄电池出现过放电等情况， 从而导致电力机车蓄电池的使用 寿命受到影响。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明提供一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置， 以实现对电力 机车蓄电池剩余容量的检测， 为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据， 避免电力机车 蓄电池过充电和过放电情况的发生， 延长电力机车蓄电池的使用寿命。 0005 一种电力机车蓄电池剩余容量的。

9、检测装置， 包括 ： 0006 与蓄电池组连接， 用于采集所述蓄电池组的放电电流的电流采集单元， 所述放电 电流为所述蓄电池组在电力机车通过无电分相区运行过程中产生 ； 0007 与所述蓄电池组连接， 用于采集所述蓄电池组中各蓄电池单体的电压的电压采集 单元 ； 0008 分别与所述电流采集单元、 所述电压采集单元连接， 用于对所述电流采集单元输 出的电流信号、 所述电压采集单元输出的电压信号进行模数转换的蓄电池采样装置 ； 0009 与所述蓄电池采样装置连接， 预存储有所述蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻 值与所述蓄电池单体的剩余容量的对应关系， 用于对获取的各所述蓄电池单体的电压信号 和电。

10、流信号计算， 得到各所述蓄电池单体的内阻值， 并从所述内阻值和所述蓄电池单体的 剩余容量的对应关系中， 查找到各所述蓄电池单体的剩余容量的蓄电池控制器。 0010 优选的， 所述电压采集单元为多路开关电路， 所述多路开关电路中的每个开关分 别与所述蓄电池组中的一个所述蓄电池单体连接， 每个所述开关在采集与所述开关连接的 所述蓄电池单体的电压时导通。 0011 优选的， 所述蓄电池采样装置内集成设置有采样保持电路和模数转换器 ； 0012 所述采样保持电路的分别与所述电流采集单元、 所述模数转换器连接， 所述模数 转换器与所述蓄电池控制器连接， 所述采样保持电路在所述模数转换器对所述电流采集单 。

11、说 明 书 CN 103645442 A 3 2/5 页 4 元输出的电流信号模数转换期间， 保持所述电流采集单元输出的电流信号不变。 0013 优选的， 所述电压采集单元设置在所述蓄电池采样装置内。 0014 优选的， 所述电流采集单元为电流传感器。 0015 优选的， 所述电流互感器套设在所述蓄电池组的放电支路上。 0016 优选的， 还包括 ： 显示单元 ； 0017 所述显示单元与所述蓄电池控制器连接， 用于显示各所述蓄电池单体的剩余容 量。 0018 优选的， 所述蓄电池组中的各所述蓄电池单体串联连接。 0019 优选的， 还包括 ： 温度采集单元， 所述温度采集单元与所述蓄电池采样。

12、装置连接， 用于采集所述蓄电池组的环境温度。 0020 优选的， 所述温度采集单元为温度传感器。 0021 从上述的技术方案可以看出， 本发明提供了一种电力机车蓄电池剩余容量的检测 装置， 包括电流采集单元、 电压采集单元、 蓄电池采样装置和蓄电池控制器， 其中， 蓄电池控 制器中预存储有蓄电池组中蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与蓄电池单体的剩余 容量的对应关系。本发明在电力机车运行且蓄电池组放电过程中， 对各蓄电池单体的电压 和电流进行采集， 然后计算得到的各蓄电池单体的内阻值， 并在内阻值和蓄电池单体剩余 容量的对应关系中， 查找到各蓄电池单体的剩余容量， 从而实现对电力机车蓄电池剩余。

13、容 量的检测， 为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据， 避免电力机车蓄电池过充电和过 放电情况的发生， 延长电力机车蓄电池的使用寿命。 附图说明 0022 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0023 图 1 为本发明实施例公开的一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结构示 意图 ； 0024 图 2 为本发明实施例公开的另一种电力机车蓄电池剩余容量的检测。

14、装置的结构 示意图 ； 0025 图 3 为本发明实施例公开的一种与图 2 对应的蓄电池电压采样的原理图。 具体实施方式 0026 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他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0027 参见图 1， 本发明实施例公开了一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结构 示意图， 检测装置包括 ： 电流采集单元11、 电压采集单元12、 蓄电池采样装置13和蓄电池控 制。

15、器 14 ； 说 明 书 CN 103645442 A 4 3/5 页 5 0028 其中 ： 0029 电流采集单元 11 与蓄电池组 01 连接， 用于采集蓄电池组 01 的放电电流， 其中， 所 述放电电流为蓄电池组 01 在电力机车通过无电分相区运行过程中产生， 此时， 电力机车通 过无电分相区， 蓄电池组 01 处于自然放电状态的阶段。 0030 电压采集单元 12 与蓄电池组 01 连接， 用于采集蓄电池组 01 中各蓄电池单体的电 压。 0031 蓄电池采样装置13分别与电流采集单元11、 电压采集单元12连接， 用于对电流采 集单元 11 输出的电流信号、 电压采集单元 12 。

16、输出的电压信号进行模数转换。 0032 蓄电池控制器 14 与蓄电池采样装置 13 连接， 蓄电池控制器 14 预存储有蓄电池组 01 中蓄电池单体在内阻变化区间内的内阻值与蓄电池单体的剩余容量的对应关系， 蓄电池 控制器 14 对获取的各蓄电池单体的电压信号和电流信号计算， 得到各蓄电池单体的内阻 值， 并从内阻值和蓄电池单体的剩余容量的对应关系中， 查找到各蓄电池单体的剩余容量。 0033 本发明在电力机车通过无电分相区运行且蓄电池组 01 放电过程中， 对各蓄电池 单体的电压和电流进行采集， 然后计算得到的各蓄电池单体的内阻值， 并在内阻值和蓄电 池单体剩余容量的对应关系中， 查找到各蓄。

17、电池单体的剩余容量， 从而实现对电力机车蓄 电池剩余容量的检测， 为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据， 避免电力机车蓄电池 过充电和过放电情况的发生， 延长电力机车蓄电池的使用寿命。 0034 同时， 还可以根据蓄电池单体的剩余容量判断该蓄电池单体是否已经老化， 以便 及时更换， 从而有效降低由于蓄电池单体老化带来的不必要的损失。 0035 优选的， 本实施例中的蓄电池组01可以为阀控式密封铅酸电池 （Valve Regulated Lead Acid Battery， VRLA） ， 又称为免维护铅酸蓄电池或 VRLA 蓄电池。 0036 需要说明的一点是， 电压采集单元 12 可以设置。

18、在蓄电池采样装置 13 内。 0037 电压采集单元 12 可以为多路开关电路。 0038 电流采集单元 11 可以为电流传感器。 0039 蓄电池组 01 中的蓄电池单体串联连接， 并且蓄电池单体的型号相同。 0040 蓄电池采样装置 13 可以集成设置有采样保持电路和模数转换器。 0041 参见图 2， 本发明实施例公开了另一种电力机车蓄电池剩余容量的检测装置的结 构示意图， 检测装置包括 ： 电流采集单元21、 多路开关电路22、 蓄电池采样装置23和蓄电池 控制器 24 ； 0042 在本实施例中， 多路开关电路22设置在蓄电池采样装置23中， 蓄电池采样装置23 集成设置有采样保持电。

19、路 25 和模数转换器 26 ； 0043 具体的， 蓄电池充电装置 002 与蓄电池组 001 中的各蓄电池单体 004 （图 2 中仅示 出四个蓄电池单体 004） 串联连接， 以为各蓄电池单体 004 充电 ； 0044 蓄电池组 001 对电力机车中的负载 003 的充电电流 I 的方向参见图 2。 0045 电流采集单元 21 套设在蓄电池组 001 的放电支路上， 用于采集蓄电池组 001 的放 电电流， 其中， 所述放电电流为蓄电池组 001 在电力机车运行过程中产生， 此时， 电力机车 通过无电分相区， 蓄电池组 001 处于自然放电状态的阶段。 0046 多路开关电路 22 。

20、中的每个开关分别与蓄电池组 001 中的一个蓄电池单体 004 连 接 （具体与蓄电池单体 004 的蓄电池极板连接） ， 每个开关在采集与该开关连接的蓄电池单 说 明 书 CN 103645442 A 5 4/5 页 6 体 004 的电压时导通。 0047 多路开关电路 22 的输出端与模数转换器 26 的输入端连接， 多路开关电路 22 将采 集的电压信号传送给模数转换器 26。 0048 采样保持电路 25 分别与电流采集单元 21、 模数转换器 26 连接， 采样保持电路 25 用于在模数转换器 26 对电流采集单元 21 输出的电流信号模数转换期间， 保持电流采集单 元 21 输出。

21、的电流信号不变， 从而避免因负载 003 的变化导致电流信号的变化， 保证了电流 信号的采集和多路开关电路 22 电压信号的采集同步。 0049 模数转换器 26 的输出端与蓄电池控制器 24 连接， 用于将对电流采集单元 21 输出 的电流信号模数转化得到的电流信号， 以及多路开关电路 22 输出的电压信号模数转化得 到的电压信号传送给蓄电池控制器 24。 0050 蓄电池控制器 24 预存储有蓄电池组 001 中各蓄电池单体 004 的内阻变化区间内 的各个内阻值， 和与各个内阻值对应的蓄电池单体 004 的剩余容量， 蓄电池控制器 24 对获 取的各蓄电池单体004的电压信号和电流信号计。

22、算， 得到各蓄电池单体004的内阻值， 并从 内阻值和蓄电池单体的剩余容量的对应关系中， 查找到各蓄电池单体 004 的剩余容量。 0051 其中， 蓄电池采样装置 23 与蓄电池控制器 24 可以通过 CAN（Controller Area Network， 控制器局域网络） 总线连接。 0052 蓄电池控制器 24 中各蓄电池单体 004 的内阻值和各蓄电池单体 004 的剩余容量 的对应关系可以绘制成内阻值 - 剩余容量曲线。 0053 本发明在电力机车通过无电分相区运行且蓄电池组 001 放电过程中， 对各蓄电池 单体004的电压和电流进行采集， 然后计算得到的各蓄电池单体004的内阻。

23、值， 并在内阻值 和蓄电池单体004的剩余容量的对应关系中， 查找到各蓄电池单体004的剩余容量， 从而实 现对电力机车蓄电池剩余容量的检测， 为电力机车蓄电池的日常检修提供准确数据， 避免 电力机车蓄电池过充电和过放电情况的发生， 延长电力机车蓄电池的使用寿命。 0054 同时， 还可以根据蓄电池单体 004 的剩余容量判断该蓄电池单体 004 是否已经老 化， 以便及时更换， 从而有效降低由于蓄电池单体 004 老化带来的不必要的损失。 0055 需要说明的一点是， 本实施例中电流采集单元 21 可以为电流互感器。 0056 为进一步优化上述实施例， 还可以包括 ： 温度采集单元 27 ；。

24、 0057 温度采集单元 27 与蓄电池采样装置 23 连接， 具体与蓄电池采样装置 23 中的模数 转换器 26 连接， 温度采集单元 27 将采集的蓄电池组 001 的环境温度传送给模数转换器 26 进行模数转换， 模数转换器 26 将模数转换后的环境温度传送给蓄电池控制器 24， 蓄电池控 制器 24 对于计算得到的各蓄电池单体 004 的内阻值进行温度校正， 得到个蓄电池单体 004 的动态内阻。 0058 温度采集单元27可以为温度传感器， 在实际使用时， 温度采集单元27可以设置在 一个蓄电池单体 004 上。 0059 为进一步优化上述实施例， 还可以包括 ： 显示单元 28， 。

25、显示单元 28 与蓄电池控制 器 24 连接， 用于显示各蓄电池单体 004 的剩余容量。 0060 参见图 3， 本发明实施例公开了一种与图 2 对应的蓄电池电压采样的原理图， 蓄电 池充电装置 002 与蓄电池组 001 中的各蓄电池单体 004 串联连接， 各蓄电池单体 004 与多 路开关电路 22 连接， 多路开关电路 22 通过模数转换器 26 与蓄电池控制器 24 连接， 蓄电池 说 明 书 CN 103645442 A 6 5/5 页 7 组 001 对电力机车中的负载 003 的充电电流 I 的方向参见图 3。蓄电池电压采样原理具体 参见上述实施例， 此处不再赘述。 0061。

26、 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 0062 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书 CN 103645442 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103645442 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103645442 A 9 。