轨道交通车载智能应急电源系统.pdf

嘲 濯 交瓣 鼹 0 0 _ - 0 。 0 0 。 ： l l 0 0 0 0 0 0 0 。 _ 0 0 0 0 l l。 - ll 。ll Il l _ 铷 唾 毒 纨 变通亏教智能应急电活蚕饶 金 碧筠 ( 上海申通地铁 集团有限公司技术中心 ， 2 0 1 1 ( ) 3 ， 上海 工程师 ) 摘要作为在紧急情况下为轨道交通列车辅助系统供电 的应急电源， 铅酸或镍铬电池被普遍使用； 随着技术的不断 发展， 锂离子 电池 的应 用也越 来越广 泛。介 绍 了 O J C LA 型锂离子轨道交通车载智能应急电源系统的组成、 工作原 理、 设计方案及试点应用情况。G J CLA 型锂离子轨道交 通车载智能应急电源系统的试验应用结果表明， 用于车厢的 1 1 0 V应 急供 电 4 3 0 0 S 后， 其剩余 电量仍有 4 ( ) 以上 。 关键 词 轨道交通 ；车辆 ；应急电源；锂 离子 电池 中图分 类号U 2 7 0 3 8 1 I nt e l l i g e nt Eme r g e n c y Po we r S upp l y Sy s t e m M o un t e d o n Rai l Tr a ns i t Ve hi c l e J i n Bi y un Ab s t r a c t As t h e e me r g e n c y p o we r s u p p l y f o r t h e a u x i l i a r y s y s t e m o f r a i l t r a n s i t v e h i c l e s ，l e a d a c i d o r n i c k e l c a d mi u m b a t t e r i e s a r e wi d e l y u s e d Ho we v e r ， wi t h t h e d e v e l o p me n t o f t e c h n o l o g y， l i t h i u m i o n b a t t e r i e s a r e e x t e n s i v e l y we l c o rne d I n t h i s p a p e r ，t h e c o mp o s i t i o n，wo r k i n g p r i n c i p l e， d e s i g n s c h e me p i l o t a p p l i c a t i o n o f GJ CL A t y p e l i t h i u m i o n i n t e l l i g e n t e me r g e n c y p o we r s u p p l y s y s t e m a r e ma i n l y i n t r o d u c e d Th e r e s u l t o f e x p e r i me n t a l a p p l i c a t i o n o f t h e s y s t e m s h o ws t h a t a f t e r 4 3 0 0 s e c o n d u s e， t h e r e ma i n i n g q u a n t i t y o f t h e 1 1 0 V p o we r s u p p l y i s s t i l l m o r e t h a n 4 ( ) Ke y wo r d s r a i l t r a n s i t ；v e h i c l e ；e me r g e n c y p o we r s u p p l y； l i t hi um i on bat t e r i e s Au t h o r S a d d r e s s Te c h n i c a l Ce n t r e o f S h a n g h a i S h e n t o n g M e t r o Gr o up Co mpa ny Lt d， 2 01 1 ( 1 3， Sha ng ha i ， Chi na 安全运行是轨道交通运行 的首要原则和 目标。 当发生突发断电事件时 ， 车辆客室内的环境恶化， 容 易引发乘客的惊慌焦虑情绪。在紧急情况下保障必 要的客室通风 、 照明、 通信畅通 、 正常开关 门， 就可以 降低救援难度 。而车载应急电源在紧急情况下可为 列车辅助系统进行供电， 可以有效解决这些应急问 题， 最大程度减轻对乘客的伤害。 车载应急电源现今已被广泛应用。 目前 ， 使用 较广的是采用铅酸或镍镉 电池作为应 急电源 ， 用 以 1 1 8 保障列车在突发断电时的紧急照 明、 紧急通风等基 本用 电需求。然而 ， 铅 酸和镍镉 电池 目前基本依靠 进 口， 我国企业 尚未掌握其技术核心， 产品应用一直 受制于人 ， 且产品本身具有记忆效应、 体积庞大 、 维 护成本高等特点。此外 ， 铅酸和镍镉 电池原料含重 金属 ， 对环境的污染影响较大 。 磷酸铁锂电池具有绿色环保 、 无污染、 使用寿命 长等优点， 同铅酸、 镍镉 电池 相 比还具有单体 电压 高 、 比能量和比功率高等优点 ， 被认为是 目前车载应 急电源镍镉电池的良好替代者。开发新 的具有 自主 知识产权的磷酸铁锂 车载应急智能电源管理 系统 ， 有利于我国掌握新一代绿色应急电源的核心技术。 本文着重介绍由上海 申通地铁集 团有 限公司和 上海航天电源技术有 限公 司联合研制 的 G J C LA 型轨道交通车载智能应急 电源系统 。目前 ， 该 系统 已安装于上海 申通地铁集团有限公司 9 5 2号培训车 E 试 点应 用 。 1 智能应急电源系统的基本组成 智能应急 电源系统用于紧急情况下的列车应急 供电， 并能对 自身的设备情况进行实时显示和故障 预警 。其 基 本 组 成 分 为 电 池 组、B MS( B a t t e r y Ma n a g e me n t S y s t e m， 电池管理系统) 和安全监控单 元 3大部分( 见图 1 ) 。 智能应急 电源系统 电池组 电池模块组 电池模块 单体电池 _ j I窒 全 堕 丝 垄l 囹 巫 丽 B P D 1 采集板 图 1 智能应急电源系统组成图 1 1 电池组 电池组作 为智能应急 电源系统 的能量输 出载 l嘲； 嘲 蠹 毒 0 ：ll 曩 曩 _ 一 一 一 模块温度 ， 并将数据传递给 B MU 进行 电池状态的 控制 、 保护、 监控及报警 。 2 2 电池组设计方案 1 套 GJ CLA型智 能应急 电源系统的主要技 术参数如表 1 所示 。镍镉电池与锂电池系统主要性 能对照见表 2 。 表 l 1 套 G J C L -A型智能应急 电源 系统 的 主要技术参数 注 ： 以上参数若无特殊说明 ， 都是指常 温 1 5 2 5 、 湿度 2 5 8 5 时 的参数 1 2 0 表 2 镍镉 电池与锂 电池主要性 能对照表 电池模块之间采用耐高压母线进行连接 。高压 母线连接线路采用束线扣与结构件紧紧固牢， 以免 在振动过程 中产生母线磨破或接插件失效等现象 。 电池模块整体结构采用全模具生产 。其结构件 采用增强 、 阻燃 、 可 回收的工程塑料。壳体结构采用 框架结构设计， 由多部件组装而成整个模块， 同时在 外部采用 2个不锈钢圈紧固， 以方便模块组装 、 提高 模块结构强度。整体上盖采用螺母固定方式， 便于 组装和维护。 在绝缘性设计方面， 电池组所采用 的绝缘材料 应能满足绝缘等 电气强度 要求。在模 块 电连接方 面 ， 采用镀镍铜跨接片将电池单元串联组成电池组 ， 使其具有 良好 的导电性能 ， 又不对 电池极柱产生压 力破坏作用 。模块整体效果如图 3所示 。 0 u _ 、 m N 图 3电池模块效果 图 2 3 B MS设计方案 B MS由 BMU、 B P D和高压包组成。每个电池 模块配有 1个 BP D 来采集 电池模块 的状态 。B P D 通过采压电路采集模块 中单体 电池 的电压， 通过采 温电路采集模块的温度 ， 并对 采集 到的数据进行判 断处理。B MU 与 B P D进行 C AN通信 ， 并对收集 孽 曼 一 髓瑟 懑 爨 。 0 - 0 0 0 0 。 毫 0 0 誊 叠 誊 嘴 络标识符) 进 行响应 的系统 ， 也不会 向客户端广播 S S I D， 即取消了 S S I D 自动播放功能。封 闭系统可 以防止其它 WL AN设备搜索无线信 号， 从而禁止 非授权访问。 8 ) MAC 地 址 过 滤。MAC( Me d i a Ac c e s s C o n t r o l ， 媒体访问控制) 地址仅标识 1台无线网络设 备 ， 不存在 2块具有相 同 MA C地址 的网卡。MAC 地址过滤可以起到阻止非信任硬件访问的作用。 9 )WP A 2加 密 和 动 态 密 钥 。WP A 2( Wi F i P r o t e c t e d Ac c e s s ， Wi F i保 护 接 入 )中采 用 AE S ( Ad v a n c e d E n c r y p t i o n S t a n d a r d ， 高级 加密标 准) 加密， 其算法不能破解， 再结合动态密钥， 保证了信 息传输的安全性 。WP A2的 P S K( P r e s h a r e d Ke y ， 预共享式保护访问) 认证 中， 每台车载无线设备都需 要 1 个密钥才能接入无线 网络 ， 且这个 密钥设置很 复杂 ， 能确保信息安全 。 3 结语 接影响列车的运行安全， 所以必须采取各种措施来 对安全保障潜在危险进行防护。本文介绍的各种技 术措施有一些已经应用 在具体线路中 ， 有一些还在 研究 当中。当然 ， 不可能仅用一种技术措施就能确 保车地无线通信 的安全， 在实际应用时应 当综合考 虑设备具体情况、 线路状况和成本等因素， 分析可能 的风险源， 采取多种技术措施相结合的手段来对车 地无线通信进安全防护。 参考文献 1 Ha r t o n g M， Go e l R， Wi j e s e k e r a D S e c u r i t y a n d t h e US r a i l i n f r a s t r u c t u r e J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C r i t i c a l I n f r a s t r u c t u r e Pr o t e c t i o n， 2 0 0 8 ( 1 )： 1 5 E 2 朱光文 地铁 信号 系统 中车 一地 无线通信 传输 的抗 干扰 研究 _ J 铁道标准设计 ， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 1 1 2 3 王喜军 城市轨道交通基于通信的列车控制系统抗干扰性研 究E J 城市轨道交通研究 ， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 6 3 ( 收稿日期： 2 0 1 40 42 8 ) 城市轨道交通 中， 车地无线通信的信息安全直 ( 上接第 1 2 3页) 5 结语 2套 G J CLA型智能应急电源系统采用浮充 式保护型磷酸铁锂电池组 ， 于 2 0 1 4年 1月在上海轨 道交通 A型车 9 5 2号实训车上完成装 车， 并 自 2 0 1 4年 1月至 2 ( ) 1 4年 3月在上海张江实训线上进 行了试验验证 。该智能应急电源系统采用锂离子 电 池替代 9 5 2号实训车上原有的镍镉 电池 ， 为列车的 1 1 0 V应急负载供电。并开发独立 的安全监控单元 对 电池组状态进行监视和实时显示 。 试验验证期间， 2套 G J C LA型智能应急电源 系统运行正常 。 电池组系统 的各项性能满足轨道交