一种动力蓄电池气体检测系统及机车安全控制方法与流程

本发明属于轨道交通电力机车技术领域，尤其涉及一种可以自动检测动力蓄电池室气体状态的系统及机车安全控制方法。

背景技术：

电力机车及蓄电池电力轨道工程车的动力电池一般选择富液式电池，电池安装在相对封闭的空间。动力蓄电池在工作期间或其他意外情况（如破损等）会产生气体，目前设计是在动力蓄电池安装空间区域安装通风风扇，以保证动力蓄电池间的空气流通。

在机车处于激活状态时，动力蓄电池的通风风扇工作，保证动力蓄电池室的空气与室外的空气流通，将动力蓄电池室中的气体吹到动力蓄电池室外。但是采用通风风扇存在问题：

（1）通风风扇回路与动力蓄电池的充放电回路各自独立，没有形成关联控制，在动力蓄电池室风扇工作异常时，凭人工判断，手动切除动力蓄电池充放电回路，存在安全风险；

（2）在机车激活前，无法判断动力蓄电池室中的气体状态。如出现气体超标，此时激活机车，将出现动力蓄电池烧损起火等安全问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种动力蓄电池气体检测系统及机车安全控制方法。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种动力蓄电池气体检测系统，包括：气体检测探头、气体检测控制模块以及回路切换模块；所述气体检测控制模块根据气体检测探头检测的动力蓄电池室内气体浓度给所述回路切换模块发送控制指令，所述回路切换模块根据所述控制指令控制动力蓄电池充、放电回路的通断。

本发明的气体检测系统通过检测动力蓄电池室内的气体浓度来判断风扇是否存在异常，并且在风扇异常时自动切断动力蓄电池充放电回路，实现自动保护，提高了安全性；针对现有通风风扇回路与动力蓄电池的充放电回路无关联控制导致的问题，该气体检测系统并未直接对通风风扇回路进行改进，而是通过动力蓄电池室内的气体浓度来间接判断风扇的工作是否异常，并在异常时实现了自动保护，提高了机车的安全性。这种判断方式更为简单、可靠。

进一步地，所述回路切换模块包括两个单极接触器，两个所述单极接触器的主触点分别与动力蓄电池充、放电回路连接，根据所述控制指令控制两个单极接触器线圈的得电或失电来控制动力蓄电池充、放电回路的通断。

进一步地，所述回路切换模块包括一个双极接触器，所述双极接触器的两个主触点分别与动力蓄电池充、放电回路连接，根据所述控制指令控制双极接触器线圈的得电或失电来控制动力蓄电池充、放电回路的通断。

进一步地，所述系统还包括激活切换模块，所述激活切换模块根据激活开关的开关信号以及所述控制指令控制激活开关与网络控制系统的通断。

进一步地，所述激活切换模块包括两个继电器，其中一个继电器的线圈与所述激活开关串联构成第一串联支路，该继电器的开关与另一个继电器的开关串联构成第二串联支路，所述第一串联支路通过第二串联支路与所述网络控制系统连接；根据激活开关的开关信号以及所述控制指令控制两个继电器线圈的得电或失电，从而控制激活开关与网络控制系统的通断。

根据激活开关的开关信号控制其中一个继电器线圈的得电或失电，从而控制激活开关与网络控制系统之间的通断；根据控制指令控制另一个继电器线圈的得电或失电，在气体浓度异常时（另一个继电器线圈失电），第二串联支路断开，切断了激活开关与网络控制系统之间的连接，即使此时再触发激活开关，激活开关与网络控制系统之间也为断开状态，禁止在气体浓度异常时激活机车，进一步提高了机车的安全性。

进一步地，所述系统还包括电源切换模块；控制蓄电池通过所述电源切换模块为所述气体检测控制模块提供电源。

通过机车的控制蓄电池为气体检测控制模块提供电源，无需另外增设电源设备或模块。

进一步地，所述系统还包括与所述气体检测控制模块连接的报警模块，用于在气体浓度异常时发出警报，提醒司机或车外检修人员。

本发明还提供一种利用如上所述的动力蓄电池气体检测系统进行机车安全控制的方法，包括：

检测动力蓄电池室内的气体浓度；

比较所述气体浓度与设定浓度值，并根据比较结果生成控制指令；

根据所述控制指令控制动力蓄电池充、放电回路的通断。

进一步地，所述方法还包括：根据激活开关的开关信号以及所述控制指令控制激活开关与网络控制系统的通断。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种动力蓄电池气体检测系统及机车安全控制方法，通过检测动力蓄电池室内的气体浓度来判断风扇是否存在异常，并且在风扇异常时自动切断动力蓄电池充放电回路，实现自动保护，提高了安全性；针对现有通风风扇回路与动力蓄电池的充放电回路无关联控制导致的问题，该气体检测系统并未直接对通风风扇回路进行改进，而是通过动力蓄电池室内的气体浓度来间接判断风扇的工作是否异常，并在异常时实现了自动保护，这种判断方式更为简单、可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。

图1是本发明实施例1中一种动力蓄电池气体检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2中一种动力蓄电池气体检测系统的结构示意图；

其中，1-控制蓄电池，2-激活开关，3-气体检测控制模块，4-气体检测探头，5-动力蓄电池室，6-动力蓄电池。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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的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。

实施例1

如图1所示，本发明所提供的一种动力蓄电池气体检测系统，包括：气体检测探头、气体检测控制模块、回路切换模块、激活切换模块、电源切换模块以及报警模块；回路切换模块包括第一接触器k1、第二接触器k2、第三继电器qk1以及第四继电器qk2；激活切换模块包括第二继电器k14和第五继电器qk3；电源切换模块为第一继电器k88；报警模块包括第一报警器p01和第二报警器p02。第一接触器k1和第二接触器k2均为单极接触器。

第一继电器k88的线圈并联在控制蓄电池1的两端；由第二继电器k14的线圈与激活开关2串联构成的第一串联支路并联在第一继电器k88的线圈两端；第五继电器qk3的开关、第二继电器k14的开关串联构成第二串联支路；第三继电器qk1的开关、第一接触器k1的线圈以及网络控制系统tcms的第一数字量输入输出模块dxm11串联构成第三串联支路；第四继电器qk2的开关、第二接触器k2的线圈以及网络控制系统tcms的第二数字量输入输出模块dxm21串联构成第四串联支路；第三串联支路与第四串联支路并联构成第一并联支路，第一并联支路通过第二串联支路与第一串联支路连接；第一并联支路还与网络控制系统tcms连接；第一串联支路还通过第一继电器k88的开关分别与气体检测控制模块3、第一报警器p01以及第二报警器p02连接；气体检测探头4、第一报警器p01以及第二报警器p02还分别与气体检测控制模块3连接；第一接触器k1的主触点、第二接触器k2的主触点分别与动力蓄电池6的放电回路、充电回路连接。

由控制蓄电池1为气体检测控制模块3、第一报警器p01和第二报警器p02提供电源，第一继电器k88的线圈始终得电，通过第一继电器k88的开关控制气体检测控制模块3电源的通断。无论是在激活状态还是未激活状态下，控制蓄电池1均能为气体检测控制模块3提供电能，但是当在未激活状态时，控制蓄电池1无法充电，而气体检测控制模块3又不断消耗电量，因此，该系统还可以包括与气体检测控制模块3连接的电压检测模块，通过电压检测模块检测控制蓄电池1的电压，当控制蓄电池1的电压低于88v时，气体检测控制模块3控制第一报警器p01、第二报警器p02发出警报，提示控制蓄电池1处于欠压状态，第一继电器k88的开关将断开，气体检测控制模块3将不能正常工作。通过机车的控制蓄电池为系统提供电源，无需额外增加电源模块，节省了成本。当然也可以额外增设一个电源模块，为本发明动力蓄电池气体检测系统提供电源，而不采用控制蓄电池。

本实施例中，由于所检测的氢气密度小于空气密度，将气体检测探头4设置在动力蓄电池的顶部。第一报警器p01和第二报警器p02分别设于司机室内和车外，用于在气体浓度异常以及控制蓄电池1欠压时发出警报，以同时提醒司机和车外人员。

本实例中，气体检测探头4可以设置多个，分别用于检测不同的气体，也可以采用一个复合型的气体检测探头来同时检测多种气体的浓度。气体检测控制模块3是由控制器、第三继电器qk1线圈、第四继电器qk2线圈以及第五继电器qk3线圈集成在一起的模块，第三继电器qk1线圈、第四继电器qk2线圈以及第五继电器qk3线圈分别与控制器的输出端连接，在控制器根据气体浓度值发出控制指令时，控制第三继电器qk1线圈、第四继电器qk2线圈以及第五继电器qk3线圈的得失电。

第三继电器qk1的开关与第一接触器k1的线圈串联，第四继电器qk2的开关与第二接触器k2的线圈串联，在激活状态且动力蓄电池室5内的气体浓度异常时，通过控制指令来控制第三继电器qk1、第四继电器qk2的开关断开（控制指令的高低电平控制第三继电器qk1、第四继电器qk2线圈的得电或失电），从而使第一接触器k1、第二接触器k2的线圈失电，进而控制动力蓄电池充放电回路的通断。在未激活状态且动力蓄电池室5内的气体浓度异常时，通过控制指令来控制第五继电器qk3的开关断开（控制指令的高低电平控制第五继电器qk3线圈的得电或失电），从而将控制蓄电池1、激活开关2与网络控制系统tcms之间的联系切断，此时即使用司机钥匙打开激活开关2，也因第五继电器qk3开关的断开而无法接通控制蓄电池1、激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接，导致无法激活机车。

本发明动力蓄电池气体检测系统的工作原理为：

在激活状态下，控制蓄电池1为第一继电器k88的线圈、第二继电器k14的线圈提供电流，第二继电器k14的开关、第五继电器qk3的开关处于闭合状态，第三继电器qk1开关、第四继电器qk2开关处于闭合状态，使第一接触器k1线圈、第二接触器k2线圈得电，从而使第一接触器k1主触点、第二接触器k2主触点处于闭合状态，接通动力蓄电池6的充放电回路，第一继电器k88的开关闭合为气体检测控制装置提供电源；当动力蓄电池室5内气体浓度异常时，气体检测控制模块3发出控制指令来控制第三继电器qk1的开关、第四继电器qk2的开关断开，使第一接触器k1的线圈、第二接触器k2的线圈无电流通过，从而使第一接触器k1的主触点、第二接触器k2的主触点断开，切断了动力蓄电池6的充放电回路。

在未激活状态下，第一继电器k88线圈始终得电，气体检测控制模块3始终处于工作状态，第二继电器k14线圈无电流通过，第二继电器k14开关断开，切断控制蓄电池1、激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接；当动力蓄电池室5内气体浓度异常时，气体检测控制模块3发出控制指令来控制第五继电器qk3的开关断开，即使此时激活机车也由于第五继电器qk3开关的断开切断了控制蓄电池1、激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接，禁止激活机车。

本发明的动力蓄电池气体检测系统无论是在激活状态还是未激活状态，均可以通过检测动力蓄电池室内的气体浓度来控制动力蓄电池充放电回路的通断，实现了自动保护，提高了行车安全性；在未激活状态下也能够进行动力蓄电池室内的气体浓度的检测，当气体浓度异常时，由于切断了激活开关与网络控制系统之间的连接，禁止激活机车，避免了在气体浓度异常时激活机车导致的动力蓄电池烧损起火等安全问题，进一步提高了机车的安全性。

实施例2

如图2所示，本发明所提供的一种动力蓄电池气体检测系统，包括：气体检测探头、气体检测控制模块、回路切换模块、激活切换模块、外部电源模块ups以及报警模块；回路切换模块包括第三接触器k3和第六继电器qk4；激活切换模块包括第二继电器k14和第五继电器qk3；报警模块包括第一报警器p01和第二报警器p02。第三接触器k3为双极接触器。

第二继电器k14的线圈与激活开关2串联构成第一串联支路；第五继电器qk3的开关、第二继电器k14的开关串联构成第二串联支路；第六继电器qk4的开关、第三接触器k3的线圈以及网络控制系统tcms的数字量输入输出模块dxm串联构成第三串联支路；第三串联支路通过第二串联支路与第一串联支路连接；第一串联支路还与外部电源模块ups并联；第二串联支路、第三串联支路还与网络控制系统tcms连接；第三接触器k3的两个主触点k31/k32分别与动力蓄电池6的放电回路、充电回路连接；气体检测控制模块3、第一报警器p01以及第二报警器p02分别与气体检测控制模块3连接；外部电源模块ups还分别与气体检测控制模块3、第一报警器p01以及第二报警器p02连接。

本实施例中，由外部电源模块ups为系统提供充足的电源，使气体检测控制模块3、第一报警器p01以及第二报警器p02一直处于工作状态。由于所检测的氢气密度小于空气密度，将气体检测探头4设置在动力蓄电池的顶部。第一报警器p01和第二报警器p02分别设于司机室内和车外，用于在气体浓度异常时发出警报，以同时提醒司机和车外人员。

第六继电器qk4的开关与第三接触器k3的线圈串联，在激活状态且动力蓄电池室5内的气体浓度异常时，通过控制指令来控制第六继电器qk4的开关断开（控制指令的高低电平控制第六继电器qk4线圈的得电或失电），从而使第三接触器k3的线圈失电，进而控制动力蓄电池充放电回路的通断。在未激活状态且动力蓄电池室5内的气体浓度异常时，通过控制指令来控制第五继电器qk3的开关断开（控制指令的高低电平控制第五继电器qk3线圈的得电或失电），从而将ups、激活开关2与网络控制系统tcms之间的联系切断，此时即使用司机钥匙打开激活开关2，也因第五继电器qk3开关的断开而无法接通ups、激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接，导致无法激活机车。

气体检测探头4为一个复合型气体检测探头，可以同时检测多种气体的浓度。气体检测控制模块3是由控制器、第六继电器qk4线圈以及第五继电器qk3线圈集成在一起的模块，第六继电器qk4线圈、第五继电器qk3线圈分别与控制器的输出端连接，在控制器根据气体浓度值发出控制指令时，控制第六继电器qk4线圈、第五继电器qk3线圈的得失电。

本发明动力蓄电池气体检测系统的工作原理为：

在激活状态下，ups使第二继电器k14得电，第二继电器k14的开关、第五继电器qk3的开关处于闭合状态，第六继电器qk4开关处于闭合状态，使第三接触器k2线圈得电，从而使第三接触器k2的两个主触点k31/k32处于闭合状态，接通动力蓄电池6的充放电回路；当动力蓄电池室5内气体浓度异常时，气体检测控制模块3发出控制指令来控制第六继电器qk4的开关断开，使第三接触器k3的线圈无电流通过，从而使第三接触器k1的两个主触点k31/k32断开，切断了动力蓄电池6的充放电回路。

在未激活状态下，第二继电器k14线圈无电流通过，第二继电器k14开关断开，切断激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接；当动力蓄电池室5内气体浓度异常时，气体检测控制模块3发出控制指令来控制第五继电器qk3的开关断开，即使此时激活机车也由于第五继电器qk3开关的断开切断了ups、激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接，禁止激活机车。

本发明的动力蓄电池气体检测系统无论是在激活状态还是未激活状态，均可以通过检测动力蓄电池室内的气体浓度来控制动力蓄电池充放电回路的通断，实现了自动保护，提高了行车安全性；在未激活状态下也能够进行动力蓄电池室内的气体浓度的检测，当气体浓度异常时，由于切断了激活开关与网络控制系统之间的连接，禁止激活机车，避免了在气体浓度异常时激活机车导致的动力蓄电池烧损起火等安全问题，进一步提高了机车的安全性。

实施例3

本发明还提供一种利用上述实施例中动力蓄电池气体检测系统进行机车安全控制的方法，包括：气体检测探头4检测动力蓄电池室5内的气体浓度；比较气体浓度与设定浓度值，并根据比较结果生成控制指令；根据控制指令控制动力蓄电池6充、放电回路的通断。

该方法还包括：在机车激活状态下，当气体浓度超过设定浓度值时，气体检测控制模块3发出控制指令控制第三继电器qk1开关、第四继电器qk2开关断开，自动切断动力蓄电池6的充电回路和放电回路，同时第一报警器p01、第二报警器p02发出警报；

在机车未激活状态下，当气体浓度超过设定浓度值时，气体检测控制模块3发出控制指令控制第五继电器qk3开关断开，切断控制蓄电池1和/或激活开关2与网络控制系统tcms之间的连接，禁止机车激活，同时第一报警器p01、第二报警器p02发出警报。

本发明机车安全控制方法，无论机车处于激活状态还是未激活状态，只要气体浓度异常，则通过切断动力蓄电池的充放电回路，避免了动力蓄电池异常时工作，实现了自动保护功能，提高了机车的安全性。在机车未激活且气体浓度异常时，通过切断控制蓄电池和/或激活开关与网络控制系统之间的连接来禁止机车激活，避免了气体浓度异常时激活机车导致动力蓄电池烧损起火等安全问题，进一步提高了机车的安全性。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。