[发明专利]一种用于新能源轨道机车的电池在线预警装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于新能源轨道机车的电池在线预警系统，方法包括如下步骤：步骤1：采集预警信息；步骤2：判断电池是否处于短路状态，如果电池处于短路状态，判断热失控风险预警等级为一级，直接进入步骤6，否则，进入步骤3；步骤3：判断热失控风险是由外部气体引起还是电池自身因素引起，判定外部气体引起，进入步骤4，判定自身因素引起，进入步骤5；步骤4：基于温度阈值，判断热失控风险预警等级;步骤5：通过分级预警公式组，判断热失控风险预警等级；步骤6：进行预警和灭火操作。本发明还提供了一种可以实现上述方法的装置。本发明客观分级评价电池状态，及时准确。

技术领域

本发明涉及新能源电池领域，具体涉及一种用于新能源轨道机车的电池在线预警装置及方法。

背景技术

在我国，铁路运输业是国民经济的基础产业，在交通运输体系中居骨干地位，对国民经济发展起着强有力的支持作用。以钢铁、矿山、石化、港口等典型行业为例，企业内货运轨道机车是工业化生产运输作业的重要组成部分。

在货运轨道机车领域，主要分为电力机车与内燃机动力机车。1）常规电力机车，采用接触网取电技术路线，适应于长距离固定线路货运。但在工况企业领域特别是钢铁企业等管路、桥架较多，固定线路上架设电力线路及取电装置施工困难，且生产需求线路变更等因素不利于传统接触取电的电力机车应用。2）内燃机动力机车，不需要建设供电网络，因此工况企业货运机车几乎全部采用内燃机动力机车方案，但燃料费用、运行维护成本高，环保问题尤为突出。3）混合动力轨道机车，中车资阳厂立项研发混动机车，将传统内燃机与电池系统结合，通过提高小功率内燃机发电功率能效提高从而实现节能，但由于内燃机依然存在环保及排放问题，且维护工作量增加。国内钢铁、矿山、石化、港口等大型工矿企业因内燃机车无需在铁路沿线架设接触网，不受环境、天气、供电影响，广泛采用内燃机车用于内部铁路运输。全国工矿企业内部的内燃机车保有量约0.8万台。但是内燃机车存在污染排放高、运行成本大、机车性能差等诸多缺点。

随着电池技术的发展，基于储能电池实现的全线路无供电新能源轨道机车的方案相比于传统的内燃机动力机车方案更适合与工矿企业。新能源轨道机车的动力完全由电池储能提供有利于促进电能替代产业发展，提升全社会电气化率，实现工矿企业机车运行全过程“零污染”，助力国家实现“碳达峰、碳中和”目标，具有巨大的社会和经济效益。

但由于电池的自身特性以及充电及使用期间存在不稳定性，因此电池模组可能会存在一些安全隐患，从而引发自燃事件。通过对锂离子材料改性、降低电解液的可燃性等降低热失控风险理论上可以提高电池稳定性与可靠性，但并不能完全避免。所以，亟需研究一种用于新能源轨道机车的电池在线预警系统来对电池安全进行预警，实现提前防控。

现有的电池预警系统主要通过在储能系统中放置烟雾气体传感器、温度传感器等实时监测系统环境信息，并上传至灭火系统控制器，一旦探测到火警信息，发出声光报警信号，提醒工作人员；同时，灭火控制器会联动储能系统电池管理系统关闭影响灭火效果的设备（如空调、风扇）；自动启动气体灭火装置，喷射七氟丙烷气体灭火剂，从而抑制电池热失控蔓延。

传统的电池在线预警系统主要有两个缺点：其一，系统采集的是电池工作的环境信息，当传感器检测到电池热失控产生的气体浓度及温度变化，灭火系统立刻动作，但是，此时电池热失控已无法避免，电池已损坏严重。其二，目前的预警系统中的传感器布置在电池仓室内靠近电池单元，从而实时监测电池因热失控释放出类的CO、H2等气体，但是，该方案忽略了由于室外烟雾扩散至电池仓室内引起预警系统误报警的情况。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述预警不够及时、不够准确的问题，提供一种用于新能源轨道机车的电池在线预警系统，通过综合研判电池短路状态和热失控风险引发等因素，综合考虑电池电芯温度、电池仓室内温度、电池仓室内气体浓度、车体外部车身气体浓度、电池电芯内短路特征值等因素，客观评价电池状态，提高电池预警及时性和精确度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：