动车组蓄电池低压保护系统的设计

动车组蓄电池低压保护系统的设计

张建宇

中车唐山机车车辆有限公司 动车检修事业部，河北 唐山 063035

摘要：高速动车组已经成为人们出行的重要交通工具，列车运行安全和旅客乘坐舒适性的设计越来越成为动车组制造过程中的重要因素。作为动车组的能源系统，蓄电池在列车运行过程中可持续向重要低压器件提供DC110V直流电，以确保列车在出现意外高压断电情况下提供紧急供电电源。但如果蓄电池供电过度，会导致其电压不足出现亏电现象，从而其提供的电压不能满足列车重要部件的正常工作。设计一套能够实时监测蓄电池电压并能够在电压低于设定值时自动断电系统，实现对蓄电池的低压保护，是本文的重点研究课题。

关键词：动车组；蓄电池；亏电；低压保护

近年来，国内高铁行业迅猛发展，为人们出行带来了极大的方便。为保证列车运行的安全性，必须拥有一套完善的列车紧急供断电控制系统，保证列车重要的低压电器能够持续工作。为防止列车蓄电池系统的过度使用，此控制系统能够在蓄电池电压降低到DC96V时发出报警，并继续使用15min后自动断开蓄电池供电电路，从而实现列车提前整备和保护蓄电池本体的两个目的。

1 设计分析

1.1动车组蓄电池供电系统

高速动车组在蓄电池供电制式上采用冗余设计，即每标准列动车组设计有两组独立的蓄电池与对应的电池充电机，向列车的DC110V总线供电。此供电方式的设计能够保证在其中一组蓄电池和充电机发生故障不能供电时，另一组能够承担低压总线的电源供应。列车蓄电池整体供电系统如图1所示。

图1 列车蓄电池冗余供电系统

蓄电池亏电保护系统的设计，能够在防止蓄电池意外亏电欠压，导致动车组无法运行的故障发生，且如果发生亏电现象，会造成充电机无法正常启动充电程序，仅能依靠地面电源强制直充，造成蓄电池本体的损坏。

1.2 控制电路设计原理及分析

在已投入运营的动车组列车上设计蓄电池低压保护控制系统，需要启用对应车型电气柜内部分备用线，且增加时间继电器、状态继电器和动作继电器。本套系统采用模块化设计，将继电器并排安装于电气柜底部，可以更为直观的查看其工作状态。整体的控制电路设计如图2所示。

图2 控制电路整体设计图

此设计蓄电池电压监控系统可实时监控动车组列车蓄电池的整体电压，当电压U＜DC96V，且列车处于停放整备状态时，蓄电池低电压监测继电器=32-K22将低压反馈信号传送到列车KLIP站，时间继电器=32-K21线圈得电。若蓄电池电压U＜DC96V持续时间达到15min时，时间继电器常开触点动作闭合，蓄电池低压控制继电器=32-K23线圈得电，常开触点闭合，进而使蓄电池供电开关由ON位转换到0位，切断蓄电池供电线路，达到在低压状态下保护蓄电池系统的目的。

1.3 控制电路元器件的选型

为保证控制系统的稳定性的工作持续性，选取西门子3RA2813-2AW10通电延时型时间继电器，此类型继电器可根据实际情况设定动作时间，当此类型继电器线圈得电后，触点并不能立即动作，当线圈得电时间达到预设值时，触点立即吸合，使得控制线路其他继电器得以工作。

蓄电池低电压监测继电器选取西门子3GU4型监控继电器，此类型继电器可根据实际需求对监测的电压值进行调整，以适应不同平台生产的动车组蓄电池低压保护标准不同的情况，满足客户不同的需求。

2 控制电路功能验证及故障处理

在主机厂进行五级修的CRH3型动车组的蓄电池车上设计搭建好蓄电池低压控制电路，拔掉蓄电池供电插头，使用地面DC110V电源模拟蓄电池供电。将蓄电池低电压监测继电器的监测电压最低值调整至DC96V，时间继电器将触点动作时间=32-K21设定为15min，并将供电电源电压调节至DC96V以下。

低压状态持续15min后，时间继电器=32-K21触点闭合，蓄电池供电线路被切断，设计电路的低压保护功能得以实现。

3 结束语

通过对安装完成后的低压保护系统进行模拟测试，满足列车在停车整备状态下对蓄电池低压状态下的保护，可有效延长蓄电池的使用寿命，降低高速动车组的维护成本，对列车关键部件的全寿命周期研究有着重要的指导意义。

参考文献：

[1]胡春，肖国龙，龚正平，等．LED电源的短路保护电路设计[J]．机电工程技术，2013，42(5)：71-73．

[2]罗志聪，黄世震．一个高可靠性的短路保护电路设计及其应用[J]．电子设计工程，2010，18(10)：139-141．

[3]蒋新华，冯毅，谢晶莹．锂离子电池组的短路保护电路设计[J]．电池，2005，35(6)：443-444．