10第十章辅助系统 魏武忠王向阳A28

1、第十章辅助系统第一节概述一、辅助供电系统（一）辅助系统供电电路图（图101 ）227受电弓x JMrnm乂 kl接Mittta3 A Min的y R1 i,!i:rb. trwi | QiB i| MrfTiy 一 ij wSWMT(ACMJWRtt!刪严T丄甲电U附I ntrwacwr* /； di -删WB|9UCnrJiwat谨按冷电 池充匝團Jt：2R fullii1WSIttrm LWh*保护电丸电UWiJMTACWfSB ：.r.二尸 AtC.nMH-mrKif4Ptt聖昨Bhhtfi 蛭P話faft/*Ket MMMr 鉴需16的他卑止I冷社再驰解二丁 rm rufirana3l

2、u?Mr/r50MZtj!SHKM14LN厂I WMmrar _丰卜 V t 一宙詁?.川汽厂T !誌6WSP供IS44Z-vv-AI HiFr MlaU*JEl gw.加甬承SK!I ilwoktw IM制动电阳笛_电流回流和按地刷-wm7皿 M32比賊心，咄边先丽|世o壬asr*ii*UNttie -xu . I推荐充电El流1,5x15-20 10三、蓄电池的技术参数（一）蓄电池数据1. 系统电压：110 VDC2.蓄电池组电压:124,80122.40充电电流V 1，0123,20120.80120.000+5 C 10+18.35 C 20电解液温度/浮充电3040图102电池充电特

3、性3.51电池单体数量:96 V804. 额定电压/单体：1.2 V5. 电池型号：FNC 232 MR6. 额定容量：140 AH 根据DEC 6237. 板的数量：7正极纤维结构设计，8负极纤维结构设计蓄电池单体尺寸:L = 92 mm, W = 122 mm, H = 309 mm9.蓄电池单体重量:5.5kg118,40X 12.8050607010.终端（电极）: 带有不锈钢螺钉和垫圈的M8内螺纹螺栓11连接力矩：16Nm12.电池盒的材质：聚丙烯13.极性鉴别： 红色为正级/蓝色为负级14.通风活塞： 上部开口型15.补充水周期：3个月（二）蓄电池的装配1.托盘的数量：162.托盘

4、的材质：不锈钢3.电池的数量/托盘：54.每托盘的重量：约32 kg5.蓄电池组的总重量：530 kg6.蓄电池与负荷的连接：电缆连接（三）充放电数据为进行容量测试，将电池与充放电逆变器连接，然后按如下步骤操作:1. 用28 A的电流放电直至蓄电池电压为1.00 V/ 单体。2. 中断至少12小时（冷却阶段）3.用28 A直流电给蓄电池充电7.5小时。4. 中断至少2小时。5. 蓄电池用28 A电流放电 至1.00 V/单体。6. 分别读取并记录容量试验第5步后，3.5小时、4小时、4.5小时甚至5小时之 后的各个蓄电池盒的电压。在步骤5, 一个新的蓄电池在20 C时放电5小时（300分钟），

5、可使电压降至l.OOVolt/ 单体（参见图 10-3 ） o235容呈测试5啟电电压与充电电藏 FNC 232 MR. C5 = 140 Ah图10-3 5小时电容量测试FNC 232 MR假定在充电期间电池温度约30 C时，电容仅为额定容的95%,在快到使用寿命时 其容量的70 %应足以维持规定的载1小时。如果测量开路电压期间，任何有故障的蓄电池盒已被发现，将这些蓄电池盒的读数 与容量试验过程中的读数相比较，当两者单个蓄电池盒的读数超过了给定的值，那么这 个蓄电池盒应从电池中取出并更换，如果大多数蓄电池盒均超岀了给定的值，则在蓄电 池中断至少12小时后重做电容试验，如果重试期间容量仍旧升高

6、，再次重复直至容量 停止上升为止。如果所有的试验均不理想，那么应更换整个蓄电池。如果试验符合要求，用28A的 电流给电池充电7.5小时，充完电后电池可放在列车上（参见图104 ）,用28A充电7.5小时。FHC232 IR在20度下使用28恵充电T. 5小时（45D分钟）图104充电试验FNC 232 MR四、蓄电池的结构布局及工作原理（一）蓄电池单体的结构鎳镉蓄电池单体正极以多孔烧结氧化鎳为电极基片，用化学方法沉淀氢氧化鎳做电 极活性物质。负极以金属镉为基片，用化学方法沉淀氢氧化镉为电极。它们分别包在穿孔 钢带中经加工而成为正极组和负极板组，以绝缘物隔离正、负极板，牢固地装在塑料外壳 内组成

7、蓄电池单体。鎳镉蓄电池的电解液为KOH碱性水溶液，电压值为1.2 V,体积能量密度约为130200 Wh/L,质量能量密度则是在 4050Wh/kg间。FNC 232 MR型蓄电池电解液中也 包含一定百分比的氢氧化锂： 23.1 g/1 LiOH （55%浓度），+20 C时电解液浓度为 1.19 kg/ 升。蓄电池盖上留有注液口，平时装有顶端带出气孔的塑料气塞，需注入电解液时可随时打开，它既能排除电池内产生的气体，又可防止杂物及灰尘掉入蓄电池内。每组蓄电池有二个蓄电池有插温度传感器的小孔，其中一个插有温度传感器，另一个备用。（二）蓄电池工作原理蓄电池充电时，正极发生氧化反应、负极发生还原反应

8、。放电时，负极发生氧化反 应，正极发生还原反应。充放电过程中电池的主要的电化学反应如下：充2NipH2） +Cd（OH g Cd+2XiOOH +2H2O（三）蓄电池组的结构布局蓄电池组由80个镰镉蓄电池单体组成，蓄电池单体型号为FNC 232 MR,每个蓄电池单体5小时的放电率为1.2V,容量140AHo80个蓄电池单体在16个不锈钢托盘中串连，同一托盘中的各蓄电池单体用镀鎳铜 板相连，托盘与托盘间的连接采用无卤素铜电缆连接器。第五节蓄电池充电器一、蓄电池充电器简介蓄电池充电器（GVG1500/1 10-25）由 SMA Regelsysteme GmbH （缩写为：SMA）有 限公司与中国

9、常州剑湖的合资公司艾思玛（中国SMA）电子有限公司提供。由常州SMA电子 有限公司生产。充电器为模块化设计，因此可以在不拆箱体的条件下更换零件或整机。在正常运营 时充电器通过受电弓从接触网获得电源，充电器连接到列车1500V列车母线上。当列车在 车辆段时可使用车间电源插座把DC1500V电源供给充电器和辅助逆变器。二、蓄电池充电器的功能（一）蓄电池充电及给DC110V负载供电蓄电池充电器给全部的110V负载供电，其中包括蓄电池，充电器给蓄电池以限压恒流的浮充电对蓄电池持续充电。6辆编组列车的2个A车各设有一个蓄电池充电器，并联对 6辆车供电。如果一个蓄电池充电器故障，将由另外一个给全部 6辆车

10、供电，连接DC110V列车线的接触器自动把它们连接在一起，此时充电器故障端的蓄电池不再使用，列车可不受控制地继续运行。蓄电池充电器内部有一个紧急蓄电池用于紧急启动，通过按下充电机紧急启动按钮可激发此功能。蓄电池充电器给所有的DC110V负载供电，包括：1. 列车照明（车外信号灯，客室照明）2. 门控制和驱动3. 列车通信（车载无线电台，广播）4. 列车控制（牵引控制单元，制动控制单元，VTCU）5. 雨刷（二）蓄电池充电控制蓄电池充电器控制蓄电池电压，用于蓄电池电压控制的设定值是蓄电池温度和蓄电池充电电流的函数。电池充电电流受到蓄电池电压和可配置最大电流的双重控制O蓄电池最大电流被设置为42A

11、 （1.5*15），该设置只能在得到生产厂家的允许下才能被更改。为了避免设备受到极端外部高温的损坏，输出电流被限制，如果散热温度达到临界 值，则输出电流最大将被削减掉25%,而蓄电池仍将处于充电状态。蓄电池电压的设定值被设定为蓄电池温度的函数（参见图I。）。241温度补偿图10-5温度补偿在蓄电池充电电流达到7A （ Bo）以下的某个值时，蓄电池充电特性曲线将由一个转向另一个,电池电压也相应减小（参见图10-6) o-30-20-10010203040506070电解液温度/Y 图10-6 升压/浮充电控制247（三）蓄电池及其充电器的保护蓄电池充电器的控制系统监控功率元件功能，以防出现故障时

12、设备或连接负载损坏。一旦检测到故障，即封锁功率元件的控制信号。可能的故障有：1. DC干线过压电池过压3. 功率元件和输岀过流4. 散热器或蓄电池过热5. 控制系统电源故障6.51电池充电过流7.一些系统控制和故障检测信号电缆可监测电缆故障DC/DC模块设计为具有部分冗余的保护措施。一方面，软件控制所有的关键状态的输入和输出参数。另外，还对部分关键参数设有硕件保护，一旦超出硕件设定值，系统 将立即停止运行。系统具有下列保护：1. 输入或输出的浪涌电压2. 输入或输出过流3. IGBT过压4. IGBT过流5. 过热保护6. 短路保护7. 断路保护另外，系统还将对散热器温度传感器和蓄电池温度传感

13、器进行监控。三、蓄电池充电器的技术参数（一）输入电压：直流 1500V（1000V至2000V）（二）输出电压：110V至126V取决于蓄电池温度（三）开路和短路试验（四）输出电流：1. 最大为210A：永久2. 最大为225A： 15分钟（五）蓄电池充电电流：最大为 42A（六）输出功率：25kW（七）测试电压：1. 输入-输出/接地：5.5 kV AC/ 每分钟2. 输出-接地：1.2 kV DC /每分钟（八）工作频率：1 kHz（九）工作温度：25 C到+40 C外部温度（十）辅助电源：62 V至145 V, 1 A（）重量：1.整个设备约为：540 kg2.模块 GVG1500-02

14、 约为：96 kg3.模块AMG-03：约为69 kg4.输出变压器约为：130 kg5.输入扼流圈每个约为：34 kg6.箱体约为：160 kg（十二）尺寸（宽 x 深 x 高）:2090 mm x 790 mm x 480 mm四、蓄电池充电器的结构布局及工作原理（一）蓄电池充电器的结构布局蓄电池充电器GVG1500/110-25包括下列元件（参见图10-7 ）:1. 充电机模块GVG1500-02 （也称DC/DC模块）。2. 连接和蓄电池配电模块AMG-03 （也称开关模块）。3. 输入扼流圈（2片）。4. 输出变压器。(IP54)输入扼流圈和输出变压器放在通风区（IP21）内，其他元

15、件放在封闭的区域内，这些区域被隔离物分开，电缆从一个区域到另一个区域要经过防水通道。所有元件都能从模块的前面拔出，而模块 GVG1500-02和AMG-03都用卡宾旋转接输入扼流圈充电机模块GVG 1500-02开关模块AMG-03输出变压器内傾接110VDC,断路器，控制信号插U -和.AM&W=J带熔断器的110VDC闸刀开关内部连接高压电池负极熔断器头紧固，其作用就像锁一样防止任何非正常的拔出。接地点运输点r翼缘板高压电缆翼缘板110VDC电缆通风区1、n_ _前门图 10-8 GVG 1500/110-25 俯视图提升绳图107蓄电池充电器GVG 1500/1 10-25前视图连接高压

16、和110VDC的外部电缆从箱体后部的法兰板通过，这些电缆被连接在开关模块AMG-03的柱头螺栓端子上。为了实现该连接，箱体后部的检查门必须打开（参见 图108 ) o内部电源和控制连接、熔断器和插入卡都可以从前面接触到。车载蓄电池负极接地端子也同样与设备前部箱体接地电位相连。使内部紧急蓄电池与其它设备断开的插头 X290,它位于高压连接的柱头螺栓端子X200和X201的后面，在检查门的后面可以接触到。（二）蓄电池充电器的工作原理（图 10-9 ）图109蓄电池充电器控制原理框图蓄电池充电器直接与接触网相连接在高压供电线上，设备没有预充电装置，也没有将充电器从接触网上断开的接触器。当受电弓与接触

17、网相连时，通过输入熔断器啮合，1500V直流输入电压就连到了充电器上（参见附录132:高压输入电路，01A05为蓄电池充电器，01G01为充电机模块，10141#为DC1500V正线，10142#为DC1500V负线）。内部电源由蓄电池组供应（参见附录13-3:充电器控制电路,01A05为蓄电池充电器，01G01为充电机模块，03A03为开关模块，列车激活后，蓄电池经过开关模块使30271#带电，并经过03F22、03V12给01A05供电），紧急启动蓄电池有选择的起作用（参见附录13-4:充电器紧急启动电路，03G51为紧急启动蓄电池，在按下紧急启动按钮03S51 后，03K51 立即得电并

18、保持，03G51 经过 03F51、03V51、03K51 13i4、03K5 1 2423 使 30422#带电，并给01A05供电。15分钟后3K52延时得电使03K51失电，03G51停止给 01A05供电）。当蓄电池电压供给到充电器时，将内部电源接通，同时内部微处理器控制系统工作并等待启动信号，在这种状态下，充电器得到启动信号即开始工作，输出电压将沿斜坡上升，但在不到2秒的时间内就能达到额定输出电压（当输出电流在限定值内时），进入完全运行状态。只有在之前已完全启动微处理器，才能实现小于2秒的启动时间，否则系统的总启动时间将有所延长，但不会超过20秒。242如果输入功率受到干扰，蓄电池充

19、电器将立即停止工作，在输入电压重新回到规定 界限内时蓄电池充电器会在2秒钟时间内自动回到完全运行状态。启动信号是一个由微处理器系统检测的数字式信号，当蓄电池系统达到额定电压时被触发，它被连接到蓄电池电压信号上（参见附录13-3:充电器控制电路,01A05 为245电池充电器，01G01为充电机模块，03A03为开关模块。在正常情况下激活列车后，列车安全环路构成，2K10得电，没有降弓信号，3K54、3K55不得电，30272#将通过03F22、03V12、03A02 使 30422#带电，并经过 02K10 心44、03K55 313 使 03K53 得电，10 秒后03K53延时闭合，304

20、22#通过03K53 H3使30423#得电，01G01检测到启动信号有效。在充 电器紧急启动情况下，3K51得电，列车安全环路构成，2K10得电，没有降弓信号，3K54、 3K55不得电，紧急启动蓄电池将通过 03F51、O3V51、03K5194、03K51 2423使30422#带 电，并经过03K514344、02K63 2122使03K53得电，10秒后03K53延时闭合，30422#通过 03K53 n3使30423#得电，01G01检测到启动信号有效）。一旦启动信号消失，比如在安 全环路没有构成、降弓等情况下，充电机立即停止工作。故障信号是微处理器的输出信号，它可被看作是通常的开

21、路接触器，在蓄电池电压 达到额定电压时工作而闭合（参见附录133:充电器控制电路，故障继电器在充电机模块01G01内部，充电机正常工作时故障继电器闭合，30424#得电，表示没有故障发生）。故障信号只能在充电器完全运行的状态下出现，受到一个短暂的干扰（如输入端出现了过电压）充电器是不会产生故障信号的。充电器还带有RS232接口和RS485接口，两个接口均基于诊断软件对MEE进行控制操作。电池电流、电电池电压可以充电器将监控蓄电池系统中的不同数据，例如：充电器输出电流,压和温度。在软件中不同的控制方法也将与不同的蓄电池系统相匹配。在蓄电池充电器的输出端口直接测量，也允许在输入端通过蓄电池传感器电

22、缆直接测 量蓄电池电压，这是一个可供选择的有效方法。输出电压、最大输出电流和最大蓄电池电流能够在软件中配置。（三）蓄电池充电器GVG 1500/110-25的系统管理和控制1. 插入卡GVG 1500/110-25的系统管理和控制被放置在满足下列功能的六个插入卡上：(1) SV73：川捉供内部及外部信号和接触器控制的电源，并带有稳压器，24VDC与蓄电池电压没有电气上的隔离。(2) SV74：来自于蓄电池电压，以5V直流电方式供给用于计算技术，以15V直流电(电隔离) 方式供给用于测量元件。(3) ST132： 电子设备供电和数字式输入/输出端口的外部接口； 用于输出电压的测量。(4) RE1

23、44：计算机单元包括两个模块： 系统控制模块BFR,带有：系统管理和监控功能； 维修PC接口； 诊断接口。 控制功率半导体的DSP模块(5) PGU：该模块是非插入式的，它用来调节光纤接口以实现高压控制信号与模块 IGBT控制电 路辅助电源的电隔离。2. 指示器插入卡上指示器用于指示工作状态及故障信息：(1) SV74：正常工作时，四个发光二极管都处于点亮状态。(2) ST132：在发出“充电器工作”的信号时发光二极管处于点亮状态。(3) PGU：名称颜色如果二极管亮则有下列状态H1绿24V电供给PGUH2绿PGU工作产生5V电压H3红检测出硬件故障(发光二极管闪烁)(4)RE144：显示状态

24、描述8888初始状态加载并测试系统参数，显示测试情况D nnnDSP软件版译本B nnn系统管理软件版本1等待状态系统处于等代状态。在输入电压处于1000V至2000V之间且发出 “充电器工作”信号时，设备启动注意：如果输入电压v 1000V,则无故障发生！系统保持在等待状 态下。3启动常规变流器限制蓄电池电流启动变流器，如果在启动过程中，蓄电池电流 限制被激活，则设备将保持在此状态几分钟。4启动常规遂步升 压变流器限制蓄电池电流启动逐步升压变流器，如果在启动过程中，蓄 电池电流限制被激活，则设备将保持在此状态几分钟。5系统数据存储如果信号“列车启动”和“充电器启动”被关断，则系统参数 将在计

25、算机硬件关断前被存储起来。9999持续运行系统处于持续运行状态下，无故障信号产生。如果有一个数字显示代替了 “”，则产生了故障。9993和9994的显示也同样有效的表示设备处于连续的工作状态下。它们表示在启动过程中蓄电池充电器已特别是在蓄电池充电器具有较高输入电压和蓄电池放尽电时,247工作在蓄电池电流限制下。（四）充电机模块GVG1500-02的结构及功能充电机模块安装在充电机箱体中间（正视，参见图10-7 ）,充电机模块也称DC/DC模块，DC/DC模块由前级升压变换器和后级谐振逆变电路组成，功率元器件采用软开关技术，额定输岀功率25kWo图10-10 GVG1500/110-25 （蓄电池充电器）电路图充电机模块包括实际的蓄电池充电器，包括带有可同步调节电压的逆变器、整流器和输出导线及电源的系统管理及控制模块。充电机模块工作的简单电路原理如下（参 见图 10-10 ）:输入滤波器包括扼流圈L1,L2和电容Cl,用于抑制寄生电流；IGBTs TR1和TR2是 升压转换器的开关，该升压转换器通过电容C3和C4提高输入电压，用于将输入电压 调节在额定工作点；在TR3至TR6之间形成了一个全响应开关换流器，用于产生1 kHz的 交流电；此交流电在经过输出变压器电隔离后，通过星形连接整流、并使波形平滑，软开 关整流器D7、D8和一个电容器C