一种轨交列车牵引用车载锂电池储能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轨交列车用牵引动力技术领域，尤其涉及一种用于轨交列车牵引的锂电池储能系统技术。
【背景技术】
[0002]随着城市的发展，城市人口越来越多，轨道交通对城市的重要性也越来越大。轨道交通车辆承载了城市人口运输的大部分压力，而随着车辆运行时间的增长，轨交车辆的故障率也呈上升态势。传统的模式下，在列车发生故障后，需要轨道内的列车清空，牵引列车驶入轨道将故障列车牵引出运行线路。这种救援模式救援时间较长，且容易发生乘客进入隧道、乘客砸窗等意外事件，造成较大的经济损失，带来较大的社会影响。
[0003]为了有效降低列车运行故障带来的社会影响和经济损失，人们提出采用车载超级电容储能系统为列车提供牵引能量，在列车故障时，通过车载超级电容储能系统牵引列车至站台进行人员疏散。但是超级电容所能存储的电能较低，且超级电容体积和重量都比较大，车载的超级电容储能系统无法为车辆长距离运行提供足够的能量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种轨交列车牵引用车载锂电池储能系统，用于列车在故障下的紧急牵引，将列车牵引至站台进行人员疏散，同时系统可以为列车在无电区域行驶提供能量。系统具有更高的能量密度，更小的体积，并且通过安全管理单元、远程安全管理单元的管理增加了系统的安全可靠性，为系统在轨交列车上的规模应用提供了可能，有效解决了列车在无电区不能长距离运行的技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种轨交列车牵引用车载锂电池储能系统，其中包含:
串并联多个动力锂电池形成的电池模块组，接入车载锂电池储能系统的电气回路中，作为能量存储输出单元；
电池控制单元，对车载锂电池储能系统中其他单元向其上传的信息进行处理整合，并接收外部列车向其发出的硬线信号，通过运行系统控制策略来对车载锂电池储能系统进行控制；
MVB模块，实现电池控制单元与外部列车的通信；
多个底层电子控制单元，各自采集与之相应的动力锂电池的电池信息，对电池信息运算处理后进行电池的均衡管理，并将电池信息发送给电池控制单元进行处理整合；
主接触器，接入所述电气回路中；电池控制单元控制所述主接触器吸合时，电气回路接通使电池模块组能够进行充放电，或者电池控制单元控制所述主接触器断开时，电气回路断开。
[0006]优选地，所述车载锂电池储能系统进一步包含DC-DC模块，接收外部列车输入的直流电源给电池控制单元供电； 所述DC-DC模块包含两路DC-DC电压模块，在正常工作时各分担50%的负载；
每个所述DC-DC电压模块设置的电源输出端配置有二极管；
每个所述DC-DC电压模块设置的状态输出端，将该DC-DC电压模块的状态信息发送给电池控制单元；
任意一个DC-DC电压模块异常时，异常的DC-DC电压模块被切除，并传送故障信号给电池控制单元；未故障的DC-DC电压模块以全部功率输出。
[0007]优选地，所述车载锂电池储能系统进一步包含电池安全管理单元，实时接收电池控制单元上传的系统信息进行校验，检测故障发生后的电池控制单元是否上报故障信息；
在检测到电池控制单元上传信息失真或者电池控制单元未及时上报故障信息时，所述电池安全管理单元下发指令重启电池控制单元；重启设定次数后电池安全管理单元仍无法正常工作时，通过MVB模块向列车上报一级报警故障。
[0008]优选地，所述电池控制单元通过CAN总线及硬线与电池安全管理单元通信；所述电池安全管理单元包含MCU芯片，及分别与之连接的硬线信号电路、接触器控制电路、供电电路、报警电路、通信电路。
[0009]优选地，所述车载锂电池储能系统进一步包含远程安全监控单元(90)，其中设置有通过CAN总线连接电池控制单元的通信网关，用来接收电池控制单元向其发送的系统信息，并传送给显示屏进行显示；所述显示屏附带有远程模块将收到的系统信息发送至服务器。
[0010]优选地，所述车载锂电池储能系统进一步包含电流传感器，对电气回路的电流进行检测，并将采集到的电流信息通过CAN总线发送给电池控制单元；所述电池控制单元根据电流传感器上传的电流信息进行监控，并在电流值触发保护值时控制电气回路断开。
[0011]优选地，所述车载锂电池储能系统进一步包含保险丝，分别设置在电气回路正负母线上。
[0012]优选地，所述车载锂电池储能系统进一步包含接入电气回路的手动隔离开关，在安装及检修时将电气回路断开。
[0013]优选地，所述动力锂电池是磷酸铁锂电池，或三元锂电池，或锰酸锂电池；所述动力锂电池的型式是圆柱电池，或方形电池，或软包电池。
[0014]优选地，所述底层电子控制单元通过采样电路采集动力锂电池的电压、温度信息，将采集到的电池信息传送给该底层电子控制单元设置的微控制单元进行处理及电池的均衡管理，并通过若干个底层电子控制单元共用的CAN总线将电池信息传输给电池控制单
J L.ο
[0015]综上所述，本发明中通过以上方案组成的牵引电池组系统可以实现列车在无电区的牵引使用，满足列车牵引需求，并且该方案具有三重安全管理，首先电池管理系统对电池进行底层安全管理，其次安全管理单元对电池管理系统进行运行安全管理，最后远程安全管理单元对电池管理系统进行实时报警管理，有效的保证了系统的安全可靠运行。
【附图说明】
[0016]图1是本发明所述牵引用车载锂电池储能系统的电气图；
图2是本发明中双备份的DC-DC模块的原理图；图3是本发明中SCU模块的组成示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图进一步说明发明的具体实施例。
[0018]本发明是一种牵引用车载储能锂电池系统，系统由动力锂电池作为能量存储输出单元，并通过电池管理单元(BMU)、电池安全管理单元(S⑶)、远程安全监控单元(RS⑶)、高压电气件等装置，对锂电池进行管理。高压电气件主要包括接触器、保险丝、隔离开关、电流传感器、DC-DC模块等。
[0019]如图1所示，该系统主要包含:动力锂电池10、底层电子控制单元(LE⑶)20、保险丝30、电流传感器40、主接触器50、电池控制单元(B⑶)60、DC-DC模块70、电池安全管理单元(S⑶)80、远程安全监控单元(RS⑶)90、手动隔离开关11。
[0020]动力锂电池10作为整个系统的能量输出单元，为系统运行提供能量，材料体系可以是磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等满足系统使用需求的材料体系(例如，使用磷酸铁锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池等高功率电池)；电池的型式可以为圆柱电池、方形电池、软包电池等易于成组的锂电池型式。若干个动力锂电池10组成模块，然后模块根据系统需求串并联组成整个电池模块组。
[0021]所述的电池管理单元(BMU)包括底层电子控制单元LE⑶20和电池控制单元B⑶60，用于对电池进行管理。其中，底层电子控制单元LE⑶20采集电池的电压、温度、对电池进行均衡管理，并且对电池信息进行运算处理。电池控制单元B⑶60对底层电子控制单元LECU 20上传的信息进行数据处理，并且根据系统控制策略对系统进行控制。
[0022]底层电子控制单元LECU 20通过采样电路对相应模块内的动力锂电池10采集电压、温度信息，并将采集到的信息传给LECU板上的MCU (微控制单元)，MCU对数据进行处理后通过CAN总线将信息传输给电池控制单元B⑶60，若干个底层电子控制单元LE⑶20共用CAN总线与电池控制单元BCU 60进行通信。同时MCU根据采集的信息通过均衡电路对电池进行均衡管理，通过对电池的均衡管理，可以有效提高锂电池的一致性，延长电池使用寿命ο
[0023]电池控制单元Β⑶60是整个锂电池系统的控制核心，底层电子控制单元LE⑶20、电流传感器40等底层信息上传至电池控制单元Β⑶60，同时电池控制单元Β⑶60对整个系统的信息进行处理整合，通过MVB (多功能车辆总线)模块12与外部列车的DC-DC控制系统及列车的MVB网络通信。电池控制单元BCU 60通过CAN总线及硬线与电池安全管理单元SOT 80通信，同时电池控制单元B⑶60与远程安全监控单元RS⑶90通过CAN总线进行通信。
[0024]保险丝30对整个电气回路起到保护作用，其中在正负两根母线各配置一个保险丝30，用于保护电池组系统，防止由于短路导致系统带来安全问题，保险丝30的耐压值及过流能力根据系统整体需求进行配置。
[0025]电流传感器40对整个系统电气回路的电流进行检测，并将采集到的电流信息通过CAN总线发送给电池控制单元B⑶60，电池控制单元B⑶60根据电流传感器40上传的信息对系统电流进行监控，当触发保护值时系统切断回路保护。
[0026]电池控制单元B⑶60通过