[发明专利]一种列车蓄电池组故障预警系统及方法

说明书

本发明公开了一种列车蓄电池组故障预警系统及方法，系统包括：蓄电池组、充电机、列车控制与管理系统、数据处理单元及故障预警单元。充电机将蓄电池组实时状态数据上传至列车控制和管理系统。列车控制和管理系统将实时网络数据发送至数据处理单元。数据处理单元对接收到的实时网络数据进行解析，并从中提取出蓄电池组实时状态数据。故障预警单元对提取到的蓄电池组实时状态数据进行分析，得到蓄电池组的状态并输出故障预警提示信息。本发明能够解决现有列车蓄电池组故障预警方法存在的覆盖面不足，很难发现早期故障征兆，无法实现早期故障预警的技术问题。

技术领域

本发明涉及电气设备故障预警与健康管理技术领域，尤其是涉及一种应用于轨道交通领域的基于实时网络数据的列车蓄电池组故障预警系统及方法。

背景技术

铅酸/镍铬蓄电池组为列车的关键供电设备之一，其作用为：在电力机车启动时为其提供升弓、电压试验和照明用的110V直流电压电源；在电力机车运行过程中110V开关电源因故障切除时，提供维持相关直流负载运行的控制电源；与110V开关电源并联，在电力机车运行时起滤波和稳定控制电源的作用。因此，蓄电池组对电力机车安全可靠的运行起到了至关重要的作用。作为列车的重要部件，蓄电池组的故障问题主要包括：亏电(失水、硫酸盐化、板级软化、板栅腐蚀、短路、热失控)、膨胀、绝缘破坏等。造成前述故障的原因通常为：浮充运行电压过高/过低、充电电流过大、过充电、深度放电、环境温度过高、蓄电池放电后开路搁置时间过长、新旧电池混装、蓄电池本身设计缺陷等。为了防止由于蓄电池亏电导致机破等故障的发生，除了优化蓄电池充电策略及维护策略外，还可以通过设计车载蓄电池在线故障预警系统，实时评估蓄电池的健康状态并对状态不良的蓄电池失效进行提前预警，实现预测性维护。

目前，蓄电池组故障预警的方法主要包括专家规则和数据驱动两大类。数据驱动方法，不需要深入研究蓄电池的相关专业知识，通过特征选择、特征提取等方法构建出能够表征蓄电池健康状态的退化因子，进而采用数据驱动的故障预测方法实现退化因子演化趋势的预测。但是，此类方法需要类型较全面的长期状态监测数据用于数据驱动模型的训练，且往往需要新增传感器及数据分析与存储设备，增加了投入成本，难以应用在已运行的老旧车型上。而专家规则方法，需要对蓄电池组的运行状态与各监测参数的关联性进行分析，然后根据监测参数是否超过正常范围进行蓄电池状态判断，其相比于数据驱动方法，具备简单便捷，不需要长期状态监测数据，适应性强等优点。但是，由于实际应用过程中蓄电池组的运行工况较为复杂，因此专家规则方法存在覆盖面不足，很难发现早期故障征兆，无法实现早期故障预警等问题。

在现有技术中，主要有以下技术方案与本发明申请相关：

现有技术1为李宁等人于2014年01月发表在《中国测试》Vol.40No.1上的论文《列车车载蓄电池组参数在线检测系统研发》。该方案给出的测试系统用于对蓄电池组的温度、电压和电流等参数进行监测、保存以及回放。但是，该方案需要另外加装电压电流变送器和多功能信号采集仪，且无法实现蓄电池组故障预警。

现有技术2为姜波、李晓明于2016年12月发表在《城市轨道交通研究》Vol.19No.12上的论文《城市轨道交通车辆车载蓄电池剩余容量估算方法》。该方案采用安时积分法作为蓄电池电量变化量的基本计算方法，综合考虑影响蓄电池容量的初始误差和累计误差，将老化程度、温度变化及放电倍率作为误差补偿因子，建立了估算蓄电池剩余容量的数学模型。但是，该方案仅仅提出了一种为列车调试或运营管理提供可靠的蓄电池容量状态信息的车载蓄电池剩余容量估算方法，而并没有提出蓄电池组状态参数的获取，以及故障预警的具体实现方法。

现有技术3为张树勋、高伟于2014年9月发表在《电力机车与城轨车辆》Vol.37No.5上的论文《蓄电池电力机车牵引蓄电池组的容量核算方法》。该方案分析了影响牵引蓄电池容量的因素及机理，考虑了放电时率及温度对蓄电池容量的影响，提出了蓄电池电力机车蓄电池容量的核算过程和方法。但该方案仅仅提出了一种选择蓄电池电力机车蓄电池组容量的核算方法，而并没有提出蓄电池组状态参数的获取，以及故障预警的具体实现方法。