轨道交通行业蓄电池检修维护创新尝试

轨道交通行业蓄电池检修维护创新尝试

贾坤

中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 064000

摘要：本文主要针对轨道交通行业蓄电池的现状，着重分析当前行业中蓄电池维修操作中遇到的困难和隐患。重点介绍利用PHM实现蓄电池运行管理的在线实时监控的方法，并利用高精度的单体监控模块，对蓄电池的电压、内阻、温度、组端电压、组端电压及组端电流进行测量。而后利用后台软件，对电池单体的历史走势进行智能的分析，并根据各电池之间的相互比较，对可能出现的问题进行预测，从而实现蓄电池的维修与智能化管理。并且还实现了对蓄电池组的远程充电和放电，以改善电池的维修质量和工作效率，进一步防止蓄电池安全事故的发生。

关键词：轨道交通行业；蓄电池；检修维护

1 引言

城市轨道交通在城市建设运行中占有重要地位。地铁中的蓄电池种类较多，无论是变电站、信号、通讯、车辆供电等都需要用到蓄电池。一般情况下，蓄电池是浮充备用，但当停电或其它突发事件时，蓄电池是电力供应的后备能源，如果发生故障，整个电力供应系统就会陷入瘫痪，从而导致大规模的设备故障和其它重要运行事故的出现。

蓄电池组是轨道交通设备安全可靠的关键能源，同时也是推动整个电力系统平稳运行的最终保证。然而，近几年来，随着地铁线路的不断发展，车辆上将需要以数量较多的蓄电池作为动力能源，由此也将增加设备维修工作的压力，由此如何高效地对蓄电池进行检修维护将是当前值得重点思考的重要内容之一。

2 现状分析

通常情况下，蓄电池处在浮充预留情况，而在电压终断或其他开关电源事故情况下，蓄电池做为电源设备的储备电力能源供应者，一旦发生问题，电源系统将遭遇瘫痪风险，很有可能导致大范畴的机器设备停止运营以及它重要运行事故。蓄电池组做为城市轨道机器设备运行的保障电力能源，是电源系统的最终一层保障，尤为重要，可是近些年城市轨道事故因其蓄电池常见故障导致事故扩张事情经常发生。伴随着城市轨道路线的发展趋势、网格总数持续的提升，设备维护管理的负担也随着扩大.可是运维管理员工的数目却十分比较有限。日常的巡检因为蓄电池安装区域的分散化，针对工作人员的损耗非常大，现阶段业界多是对蓄电池开展简洁的巡检。针对蓄电池的维系而言是绝对不够，蓄电池安全隐患来之突然，轻则发烫毁坏机器设备、重则着火点燃车内其他设施。因此将需要尽早对蓄电池组通常的管理方法维护保养开展更改.降低资金投入的损耗和工作任务的繁杂.让蓄电池的运行更为安全性，更有保障。

3 蓄电池组管理维护的难点

由于轨道交通行业的独特性，在蓄电池组的日常巡检和年检的计划中，主要会遇到以下几个难点：

（1）由于车上的蓄电池分布较分散，各个系统对蓄电池的规格要求也不尽相同，导致蓄电池的种类繁多、数量不一，因此，对其进行管理与维修的压力将相对较大。目前市面上只能对交通轨道的蓄电池进行简单的浮充电压监控，而难以对蓄电池进行深化的性能分析。

（2）根据行业通用的蓄电池检修维护规范，蓄电池的常规维修工作包括：全电压、单体电压、温度、校正性放电、容量测试等。维修周期长、设备多、工作量大，但仍然不能满足维修和管理的需要，同时也难以及时发现存在安全隐患的电池，从而使蓄电池的使用寿命大大降低。

（3）常规内阻测试和核对性充放电测试仍是人工操作为主，数据收集后还需要进行数据分析，判断电池的运行状况，由此将难以提升其整体的效率水平和精准度。

4 轨道交通行业蓄电池检修维护策略

4.1基于PHM的蓄电池远程充放电监测系统

针对我国轨道交通行业的蓄电池技术难题和电池自身的不足，本文提出一种基于PHM的电池远程充电与放电监控系统，并对其进行远程监控与数据采集，而后利用后台软件对电池的历史走势进行比对，以此对其中存在的问题的蓄电池进行预判和智能检修，进而更好地提升检修维护的针对性和时效性。

（1）蓄电池远程充放电监测系统，通过对组端电压、组端电流、温度、内阻等参数的监测，实现对各参数的实时监控和智能分析，并且对电池性能的分析和故障预警，从而更大限度上提高蓄电池的运行安全性。

（2）为保证系统的安全，增加测量准确度，还需要采用光电隔离器与内部电路板进行隔离。单体监控采用双端口连接，相邻单体以串联母线连接，抛弃繁琐的连接方式，单个监控单元单独提供电源，确保系统的稳定、美观，同时还增加产品的精确度。

（3）监控系统采用当前最尖端的功率转换技术和精密检测技术，并利用VRLA电池的特点，全面地分析电池的工作状况和健康状况，有效地解决电池早期故障、性能降低等问题。

（4）电池的充放电监控系统，采用“无缝连接技术”，将电池充电和放电控制模块改造后，安装到电池充电和放电回路，以保证电池始终处于在线状态。如果充电期间电源突然中断，蓄电池组就会进入电源状态，保证系统运行的整体安全性。

（5）利用MOS控制电压，与CDC电路相结合，可以对恒流恒功率进行检测。同时，采用多个电容器并联放电，对其进行冲击试验，以模拟工作状态下的放电容量，确保装置在高电压的瞬间释放。最后，基于对蓄电池电压、电流、内阻、充放电等数据的综合分析，构建蓄电池健康状况评价模型，对蓄电池进行智能预测。

4.2 蓄电池远程充放电监测系统案例分析

对某地铁上的蓄电池进行充电和放电监控。在系统投入使用的过程中，可以对单体电压、温度、内阻、组端电流、组端电压等进行实时监控，当电压值高于设定值或低于设定值时，系统就会发出警告。同时，通过对蓄电池内部电阻的历史趋势和内部电阻进行比对，如果蓄电池内部电阻超过其历史数据的130%，或超过电池内部电阻的110%，则会被系统判定为电池有问题，需要激活或替换。

在此过程中，对蓄电池组进行多次的远程放电试验，对各种数据进行比较、运算，以此基于电池的实际电量对其进行健康预测，而后使得产生相关的数据报告。在试验中，电压、温度、电流等数据与实测数据的误差均小于1%。经过分析，发现是由于现场温度太高，蓄电池的性能和使用寿命都有所下降，蓄电池在充电过程中会积聚一定数量的氢气。同时由于压力太大，蓄电池的内阻会升高，从而导致蓄电池在充放电过程中发热，也将会导致起火问题的出现。由此可见，单纯的常规检查无法实现深度失效预警，当蓄电池的故障问题具有突发性，也将难以满足故障的及时检修和维护需求，因此实现对蓄电池的实时监控，并且在故障发生之前做好及时地预判和处理工作，将能够更大限度上降低蓄电池损坏的概率。并且通过远程的放电测试，将能够更好地缩减人力资源和放电测试设备数量，以此使得数据采集的安全性和稳定性能够得到更好地优化提升，进而为延长交通轨道蓄电池的使用寿命奠定良好基础。

4 结束语

综上所述，利用PHM技术实现蓄电池的远程充电和放电监控，不仅能满足轨道交通行业的供电设备的日常维修要求，节约大量的维修时间和人力物力，而且能从根本上实现对蓄电池的检修维护。随着锂电池、镍氢电池等新电池的迅速发展，交通轨道运输部门更加需要充分重视和储备新型电池的维护技术，例如锂电池的充电和维护、电池均衡维护、BMS数据接入、氢气泄漏检测等。本文基于某地铁上的蓄电池检修维护实例，提出关于车辆蓄电池远程监控和管理的优化路径，以此更好地促进交通轨道的可持续性发展运行。

参考文献

[1]刘国平.轨道交通中的铅酸蓄电池故障分析[J].电子技术,2022,51(01):152-153.

[2]郭阳,李舜康,梁君,施祎辰,黄学良.城市轨道交通不间断供电系统蓄电池容量改进整定算法[J].电力工程技术,2021,40(06):157-164.

[3]张顺,尹洪权,吉敏.城市轨道交通车辆蓄电池亏电故障分析及改善措施[J].城市轨道交通研究,2019,22(11):105-107+112.