阅读说明：本技术 牵引蓄电池保护控制方法、系统及轨道交通车辆 (Traction storage battery protection control method and system and rail transit vehicle ) 是由 秦庆民 刘华 张鹏 胡润文 李晶 黄轩滔 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种牵引蓄电池保护控制方法、系统及轨道交通车辆,实时监控牵引蓄电池的电压值,当牵引蓄电池电压达到或接近保护电压时,机车主动降低牵引功率,通过牺牲部分整车牵引功率的方式,来达到降低放电电流的目的,此时会出现部分大功率牵引限制,但仍会有电流放出。直到最后电流放出为零时,牵引蓄电池才停止工作。本发明在保护牵引蓄电池不过放的情况下,充分使用牵引蓄电池进行放电,提高了牵引蓄电池的利用率,有效提升了牵引蓄电池机车或工程车的续航能力,实现了牵引蓄电池能源利用的最大化,减少了不必要的能源消耗,车辆的经济性将显著提高。(The invention discloses a traction storage battery protection control method, a traction storage battery protection control system and a rail transit vehicle, wherein the voltage value of a traction storage battery is monitored in real time, when the voltage of the traction storage battery reaches or approaches to a protection voltage, a locomotive actively reduces traction power, the aim of reducing discharge current is fulfilled by sacrificing part of the traction power of the whole vehicle, and at the moment, part of high-power traction limitation occurs, but current is still discharged. The traction battery does not stop working until the final current discharge is zero. The traction storage battery is fully used for discharging under the condition of protecting the traction storage battery from over-discharging, so that the utilization rate of the traction storage battery is improved, the cruising ability of a traction storage battery locomotive or an engineering vehicle is effectively improved, the maximization of the energy utilization of the traction storage battery is realized, the unnecessary energy consumption is reduced, and the economical efficiency of the vehicle is obviously improved.)

牵引蓄电池保护控制方法、系统及轨道交通车辆

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种牵引蓄电池保护控制方法、系统及轨道交通车辆。

背景技术

在目前的配备牵引蓄电池的机车或者工程车中(牵引蓄电池动力电气连接见图1)，牵引蓄电池在工作的时候会受到最大电流和最低电压的基础限制。而牵引蓄电池本身具有不同电流放电倍率放电，当放电电流增大，牵引蓄电池的电压将会被拉低。而在控制牵引蓄电池的时候，往往会因为电压被拉低，进入电压保护阶段，出现分断主断而被动的停止使用牵引蓄电池，以达到保护牵引蓄电池的目的，防止牵引蓄电池过放。在实际工作中，经常会遇到牵引蓄电池还有容量，却因为在运行过程中，突然增大功率，导致电流猛然增大，电压突然降低，低于保护门槛值而进入牵引蓄电池保护状态，机车停止运行的情况，降低了机车运行效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种牵引蓄电池保护控制方法，在保护牵引蓄电池不过放的前提下，充分使用牵引蓄电池进行放电，提高牵引蓄电池的利用率，有效提升牵引蓄电池机车或工程车的续航能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种牵引蓄电池保护控制方法，包括以下步骤：

判断牵引蓄电池电压是否低于保护电压，若是，则降低机车牵引功率，当牵引蓄电池电流为0时，机车停止工作。

本发明中，当牵引蓄电池电压达到或接近保护电压时，机车主动降低牵引功率，通过牺牲部分整车牵引功率的方式，来达到降低放电电流的目的，此时会出现部分大功率牵引限制，但仍会有电流放出，直到最后放出电流为零时，牵引蓄电池才停止工作。因此，本发明充分使用牵引蓄电池进行放电，提高了牵引蓄电池的利用率，有效提升了牵引蓄电池机车或工程车的续航能力，实现了牵引蓄电池能源利用的最大化，减少了不必要的能源消耗，车辆的经济性将显著提高。

所述保护电压计算公式为：V＝V₁+V₂；其中，V₁为牵引蓄电池截止放电电压；V₂为安全裕量电压。

本发明设定了安全裕量电压，可以尽量减小充放电过程对蓄电池的损害。

本发明中，通过降低牵引电流，从而降低牵引功率，该过程容易实现，成本低，可靠性高。

本发明中，安全裕量电压设置为10V，防止电压在临界值波动，尽可能的保护牵引蓄电池不过放。安全裕量电压还可以根据牵引蓄电池单体电压范围，和串联的节数决定。例如有些蓄电池单体为2V，有些电池单体为24V，；有些蓄电池串联400节，有些情况蓄电池串联100节。单体为2V，串联400节，安全裕量电压可以设置为0.02*400＝10V；单体为24V，串联100节，安全裕量电压可以设置为0.24*100＝24V。可以取安全裕量电压＝单体电压*0.01*串联节数。安全裕量电压也可以根据实际应用情况进行调整。

所述牵引功率的降低幅值与牵引蓄电池放电电流大小之间的对应关系为：

若机车牵引功率为整车牵引功率的一半，则当持续牵引过程中牵引蓄电池电压下降至保护电压以下时，主动降低机车牵引功率为45％整车牵引功率，直至牵引蓄电池电压恢复到保护电压以上；

若机车牵引功率从0瞬间提升至100％，则当机车牵引功率上升，且牵引蓄电池电压低于保护电压以下时，锁定机车牵引功率为M％整车牵引功率；若牵引蓄电池电压仍低于保护电压，则降低机车牵引功率至N％整车牵引功率；若牵引蓄电池电压仍低于保护电压，则降低机车牵引功率至K％整车牵引功率；依此类推，直至牵引蓄电池电压大于保护电压。

本发明中，可以设定机车牵引功率每次降低牵引功率的幅度为5％，其降低幅度可以在1％-5％之间再进行细分(M-N＝N-K＝1～5)，进一步提高牵引蓄电池的利用率，因此可以进一步提升牵引蓄电池机车或工程车的续航能力。

本发明中，M可以设定为80。

本发明还提供了一种牵引蓄电池保护控制系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行本发明方法的步骤。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆牵引控制系统，该牵引控制系统被配置或编程为用于执行本发明方法的步骤。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆，其采用本发明所述的控制系统。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1、本发明在保护牵引蓄电池不过放的情况下，充分使用牵引蓄电池进行放电，提高了牵引蓄电池的利用率，有效提升了牵引蓄电池机车或工程车的续航能力，实现了牵引蓄电池能源利用的最大化，减少了不必要的能源消耗，车辆的经济性将显著提高。

2、本发明还可降低牵引蓄电池选型容量，达到了降低成本的目的，且在铅酸等蓄电池上的效果尤为明显(例如在同样的线路上，如果未采用本发明的方案，需要用480Ah的牵引铅酸蓄电池，才能达到线路续航的基本要求。但采用了本发明的方案后，可采用400Ah的牵引铅酸蓄电池就能完成基本功能。选型容量降低，可有效降低成本)。

附图说明

图1为牵引蓄电池动力电气连线示意图；

图2为本发明机车主动功率保护控制方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例1方法的主要实现过程包括：实时监控牵引蓄电池的电压值，当牵引蓄电池电压达到或接近保护电压时，机车主动降低牵引功率，通过牺牲部分整车牵引功率的方式，来达到降低放电电流的目的，此时会出现部分大功率牵引限制，但仍会有电流放出。直到最后电流放出为零时，牵引蓄电池才停止工作。

本发明实施例设定每次降低机车牵引功率的幅度为5％，其降低幅度可以在1％-5％之间再进行细分。

如果机车牵引功率为整车牵引功率的50％，牵引蓄电池的电压正好在牵引蓄电池安全保护电压附近(例如，牵引蓄电池放电的过程中，随着放电的深入，牵引蓄电池的电压会逐步降低，因此，可能会存在当牵引功率为50％时，牵引蓄电池电压在安全保护电压附近)，且持续牵引。此时，随着牵引持续，牵引蓄电池电压将逐渐下降至安全保护电压以下，此时将通过主动降低机车牵引功率为整车牵引功率的45％，以使得牵引蓄电池电压恢复到安全保护电压以上(即牵引蓄电池电压大于安全保护电压，本实施例中的安全保护电压即所述保护电压)。

如果机车牵引功率从0瞬间提升至整车牵引功率的100％，随着机车牵引功率的上升，牵引蓄电池电压低于安全保护电压以下。此时锁定机车牵引功率，例如锁定机车牵引功率为整车牵引功率的80％，如果牵引蓄电池电压仍低于安全保护电压，则降低机车牵引功率至整车牵引功率的75％。如果牵引蓄电池电压仍低于安全保护电压，则再机车牵引功率至整车牵引功率的70％，直到牵引蓄电池电压在安全电压以上。

如图2所示，本发明的方法包括以下步骤：

1)通过计算得出牵引蓄电池保护电压：保护电压计算公式为：V＝V₁+V₂；其中，V₁为牵引蓄电池截止放电电压；V₂为安全裕量电压(例如可以设定为10V)。

2)实时监控牵引蓄电池电压，当牵引蓄电池电压低于保护电压时，限定机车牵引功率，动态降低电流，使得牵引蓄电池电压一直大于保护电压。当牵引蓄电池电压高于保护电压，且未限制机车牵引功率发挥时，则为正常放电工作；当牵引蓄电池电压高于保护电压，但机车牵引功率受到限制时，则为降功率放电工作。当出现了牵引蓄电池电流为0时，停止机车工作。

假设正常机车牵引需要牵引蓄电池释放功率为400kW，牵引蓄电池截止电压为580V，安全裕量为20V，则牵引蓄电池保护电压为600V；

初始时，假设牵引蓄电池静态电压为900V，而最大功率放电时牵引蓄电池电压拉低至850V，此时满足机车功率放电需求，不需要限制功率。

逐步放电后，假设牵引蓄电池静态电压降低至620V，此时小电流放电为610V，那么机车可以以小功率正常放电；当突然增加牵引功率时，期望电流将变大，此时，在电流增大的过程中，电压如果低于了600V，则限制电流增加(例如，设定牵引功率降低5％，其牵引电流减少8％，牵引蓄电池电压可能恢复了3％)，以保证牵引蓄电池电压不低于保护电压。此时机车处于降功率工作的状态。

限制放电电流为一个动态自动均衡的过程。目标值为保护电压，限制放电电流不仅仅是限制电流增加，当电压低于保护值的时候，随着放电的进一步深入，甚至会逐步降低放电电流。

当牵引蓄电池最大电流为0后，机车停止工作。

本发明实施例2提供了一种牵引蓄电池保护控制系统，其包括计算机设备；该计算机设备被配置或编程为用于执行本发明实施例1方法的步骤。

本发明实施例2中的计算机设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有用于执行本发明实施例1方法的步骤的程序。

本发明实施例3提供了一种轨道交通车辆牵引控制系统，该牵引控制系统设置于车辆内，并被配置或编程为用于执行本发明实施例1方法的步骤。

本发明实施例4的轨道交通车辆，既可以使用实施例2中的控制系统，也可以使用实施例3中的控制系统。