CN112824127B - 用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置，该装置包括：通过多路温度采集电路实时采集蓄电池箱多路热敏电压信号的数据采集模块，对各路热敏电压信号进行转换并隔离传送的数据传输模块，用于根据多路热敏电压信号确定多个温度数据，并根据各个温度数据与设定的温度保护极限值发出保护控制信号控制蓄电池的供电电路，提供接口以下载数据的数据下载模块，以及用于对温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存的数据存储模块。采用该装置能够同步采集蓄电池箱多个位置的实时温度数据，基于多个位置的实时温度数据灵活地控制蓄电池的供电电路，及时、精确地中断蓄电池的持续升温，极大程度地降低蓄电池发生火灾的概率。

Description

用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通运维技术领域，尤其涉及一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置及方法。

背景技术

轨道交通领域内，蓄电池是高速列车辅助供电系统的重要设备，在列车的主直流电源出现故障的情况下，需通过蓄电池为全部或部分直流负载提供电源，保障列车主要控制系统的安全、稳定。

高速列车的蓄电池箱如果温度过高会导致蓄电池起火，影响蓄电池的正常供电，严重影响列车行车安全，因此需要对蓄电池箱内的温度进行实时监控。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置，在一个实施例中，所述装置包括：

数据采集模块，其通过多路温度采集电路实时采集列车蓄电池箱的多路热敏电压信号；

数据传输模块，其用于对采集的各路热敏电压信号进行转换并隔离传送；

控制模块，其用于根据接收的多路热敏电压信号确定对应的多个温度数据，若多个温度数据中任一温度数据达到温度保护极限值，则发出保护控制信号控制列车蓄电池的供电电路断开；

数据存储模块，其用于对所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存；

数据下载模块，其用于提供从所述数据存储模块下载所述温度数据和保护控制信号数据的接口。

在一个实施例中，各路温度采集电路采用桥式电路，包括：VREF电压源，NTC热敏电阻，连接于VREF电压源一端与所述NTC热敏电阻之间的第一电阻，连接于VREF电压源另一端的第二电阻，连接于所述NTC热敏电阻与接地端之间的第三电阻，以及连接于第二电阻与接地端之间的第四电阻。

其中，检测VREF电压源一端与所述NTC热敏电阻之间的第一电压和所述第二电阻与第四电阻间的第二电压。

在一个实施例中，各路温度采集电路，进一步用于：

检测VREF电压源一端与所述NTC热敏电阻之间的第一电压和所述第二电阻与第四电阻间的第二电压，将所述第一电压和所述第二电压的电压差作为该温度采集电路对应蓄电池箱的热敏电压信号。

在一个实施例中，所述多路温度采集电路设置为采集列车蓄电池箱不同设定位置的温度数据；其中，所述设定位置根据所述蓄电池箱内各蓄电池的分布位置确定。

在一个实施例中，所述数据传输模块包括：

A/D转换单元，其用于对传输的热敏电压信号进行模数转换；

隔离芯片，其用于对传输的热敏电压信号进行信号隔离处理。

在一个实施例中，所述供电电路包括继电器，所述控制模块包括：

数据处理单元，其用于根据接收的多路热敏电压信号计算各路温度采集电路对应的多个温度数据，并判断多个温度数据中是否存在大于等于温度保护极限值的温度数据，若存在，则发出保护控制信号控制列车蓄电池箱的供电继电器常开触点动作；

状态提示单元，其用于根据MCU控制单元的判断结果对列车蓄电池箱的当前状态进行提示。

在一个实施例中，所述数据处理单元，用于：

根据所述热敏电压信号计算电阻数据，并根据得到的电阻数据获取当前温度采集电路对应的温度数据；其中，按照下式计算电阻数据R_NTC：

式中，R为温度采集电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻或第四电阻的电阻值，V_ADC为热敏电压信号，V_VREF为VREF电压源提供的源电压值。

在一个实施例中，所述数据存储模块，用于：

根据设定的标准化规则对所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理，并将标准化处理后的温度数据和保护控制信号数据保存至设定的存储介质中。

在一个实施例中，所述装置还包括：数据分析模块，其用于读取下载的保护控制信号数据和温度数据，并对设定时间段内的进行波形处理和分析。

基于本发明的其他方面，在一个实施例中，还提供一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护方法，该方法包括：

步骤S1、实时采集列车蓄电池箱不同位置的热敏电压信号；

步骤S2、对采集的多路热敏电压信号进行转换并隔离传输；

步骤S3、根据所述多路热敏电压信号计算确定列车蓄电池箱不同位置的多个温度数据，若多个温度数据中任一温度数据达到温度保护极限值，则发出保护控制信号控制列车蓄电池的供电电路断开；

步骤S4、对蓄电池箱的所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存。

与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

本发明提供的一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置，其包括：用于实时采集蓄电池箱多路热敏电压信号的数据采集模块，对各路热敏电压信号进行转换并隔离传送的数据传输模块，用于根据多路热敏电压信号确定多个温度数据，并根据各个温度数据与设定的温度保护极限值发出保护控制信号控制蓄电池的供电电路，以及用于对温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存的数据存储模块。采用本发明的技术方案能够同步采集蓄电池箱多个位置的实时温度数据，基于多个位置的实时温度数据灵活地控制蓄电池的供电电路，及时、精确地中断蓄电池的持续升温，极大程度地降低蓄电池发生火灾的概率。同时，在数据传输的过程中不仅对传输的信号进行模数转换，还基于信号隔离技术对传输的信号进行处理，为该装置控制模块进行计算和数据判断提供高质量的信号源，进一步保证了装置了保护精确度。此外，保存数据之前对数据进行标准化处理，补全数据的存储格式并滤除异常和无效数据，在便于用户查看的基础上大大节省了存储空间。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例中用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置的结构流程示意图；

图2是本发明实施例中多路采集温度极限保护装置的温度采集电路的连接示意图；

图3是本发明另一实施例中用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

蓄电池作为高速列车辅助供电系统的重要设备，在列车的主直流110V电源出现故障的情况下，需通过蓄电池为全部或部分直流110V负载提供电源，保障列车主要控制系统的安全、稳定。

高速列车的蓄电池箱如果温度过高会导致蓄电池起火，影响蓄电池的正常供电，严重影响列车行车安全，因此需要对蓄电池箱内的温度进行实时监控。

基于上述需求，本发明提供一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置，该装置通过多路温度采集电路同步获取列车蓄电池箱不同位置的实施温度数据，并对各个温度数据进行实时监控，只要其中任一位置的温度数据达到有高热风险的温度保护极限值，且采取相应的保护措施，从而可靠地防范列车蓄电池箱的任何高热异常。下面参考附图对本发明各个实施例进行说明。

图1示出了本发明一实施例中用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供的多路采集温度极限保护装置1包括：

数据采集模块110，其通过多路温度采集电路实时采集列车蓄电池箱的多路热敏电压信号。其中，多路温度采集电路设置为采集列车蓄电池箱不同设定位置的温度数据；其中，设定位置根据蓄电池箱内各蓄电池的分布位置确定。在实际应用中，可以由工作人员根据列车蓄电池箱内各个蓄电池的分布情况确定各路温度采集电路的设置位置，例如，可以设定在蓄电池箱每个面的中点设置一路温度采集电路，或者在蓄电池靠近的面至少设置一路温度采集电路。

数据传输模块130，其用于对数据采集模块采集的各路热敏电压信号进行转换并隔离传送。

控制模块150，其用于根据接收的多路热敏电压信号确定对应的多个温度数据，若多个温度数据中任一温度数据达到温度保护极限值，则发出保护控制信号控制列车蓄电池的供电电路断开。

数据存储模块170，其用于对温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存。

数据下载模块190，其用于提供从数据存储模块下载温度数据和保护控制信号数据的接口。

在一个优选的实施例中，本发明装置的温度采集模块110中各路温度采集电路采用桥式电路。图2示出了本发明实施例提供的用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置中温度采集电路的连接示意图。参照图2可知，该实施例的温度采集电路包括：VREF电压源，NTC热敏电阻，连接于VREF电压源一端与NTC热敏电阻之间的第一电阻，连接于VREF电压源另一端的第二电阻，连接于NTC热敏电阻与接地端之间的第三电阻，以及连接于第二电阻与接地端之间的第四电阻。其中，VREF电压源采用高精度电压基准芯片，各个电阻(包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻)均采用高精度电阻。基于此，从前端电路出发能够从根本上保证采集信号源的质量和精确度，为后文的控制模块进行数据处理提供可靠的数据源。

其中，温度采集电路检测VREF电压源一端与NTC热敏电阻之间的第一电压V1和第二电阻与第四电阻间的第二电压V2，具体的，各路温度采集电路，进一步用于：检测VREF电压源一端与NTC热敏电阻之间的第一电压和第二电阻与第四电阻间的第二电压，将第一电压V1和第二电压V2的电压差作为该温度采集电路对应蓄电池箱的热敏电压信号。如图2所示，通过运放得到V1、V2之间的电压差。

接下来，由数据传输模块将获取的热敏电压信号传输至装置的控制模块，在一个实施例中，数据传输模块130包括：A/D转换单元，其用于对传输的热敏电压信号进行模数转换。

以及隔离芯片，其用于对传输的热敏电压信号进行信号隔离处理。该实施例中，A/D转换单元和隔离芯片均通过SPI总线获取和传输热敏电压信号，优选地，A/D转换单元采用附有匹配参考电压的A/D转换器，其中，参考电压的参数根据A/D转换器的配置需求设定。

在一个实施例中，供电电路包括继电器，控制模块150包括：

数据处理单元，其用于根据接收的多路热敏电压信号计算各路温度采集电路对应的多个温度数据，并判断多个温度数据中是否存在大于等于温度保护极限值的温度数据，若存在，则发出保护控制信号控制列车蓄电池箱的供电继电器常开触点动作。

以及状态提示单元，其用于根据MCU控制单元的判断结果对列车蓄电池箱的当前状态进行提示。在一个优选的示例中，状态提示单元采用状态指示灯，针对控制模块中数据处理单元的判断结果以不同颜色的指示灯进行显示。

在一个优选的实施例中，控制单元通过光耦合器向供电电路中的继电器发送保护控制信号，以其体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强等优点为保护控制信号的单向传输提供了可靠保障。

其中，数据处理单元，用于：根据热敏电压信号计算电阻数据，并根据得到的电阻数据获取当前温度采集电路对应的温度数据。具体的，其按照下式计算电阻数据R_NTC：

式中，R为温度采集电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻或第四电阻的电阻值，V_ADC为热敏电压信号，V_VREF为VREF电压源提供的源电压值。

在一个实施例中，数据处理单元采用MCU高性能处理芯片，其根据获取的热敏电压信号进行计算，确定对应温度采集电路的电阻数据，并根据得到的电阻数据以查表法获取当前温度采集电路对应的温度数据。

在一个实施例中，控制模块还设置有供电电源，其用于为控制模块中的各个组件供电，该实施例可选地采用DCDC电源。

在一个实施例中，控制模块还设置有调试接口，其用于为用户提供对控制模块中一个或多个功能性组件进行调试的接口，实际应用中，工作人员通过该调试接口能够灵活地配置控制模块中各个组件的参数，一定程度上节省本发明装置的调试时间消耗，并抑制因初始参数配置失误导致的数据处理结果无效的状况。

在一个实施例中，控制模块还包括看门狗单元，其可选地采用硬件看门狗，用于对控制模块中数据处理单元的运行状态进行实时监控，定期查看MCU芯片内部的情况，一旦发生错误就向芯片发出重启信号，看门狗命令在程序的中断中拥有最高的优先级。基于此，能够避免数据处理单元因外界电磁场干扰或错误指令导致的死循环状态，一定程度上保证了本发明保护装置的稳定运行。

在一个实施例中，本发明中装置的数据存储模块170，用于：根据设定的标准化规则对温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理，并将标准化处理后的温度数据和保护控制信号数据保存至设定的存储介质中。其中，设定的标准化规则包括：为获取的温度数据附加控制模块同步的时间标识；为获取的温度数据附加对应的温度采集电路标识或对应的位置标识；删除设定时间段内变化幅度超过设定阈值的异常数据和无效数据，该种情况的设定时间通常极短；删除持续时间段内变化幅度过小的无价值数据。具体的，该实施例中，将标准化处理后的温度数据和保护控制信号数据保存至NANDFLASH存储芯片中。

结合实际应用场景，若设置温度数据1s记录一次，以16bit存储一个温度数据，则有1s*60*60*24*30*2Byte≈5MByte，由于记录温度数据时需要将时间信息存储，时间信息由年月日时分秒六个字节组成，所以一路温度数据所占存储空间为：1s*60*60*24*30*6Byte≈15MByte，二路温度数据，则三个月的数据量有：3*2*(5+15)Mbyte≈120Mbyte，选用128MB的存储芯片能够满足要求。采用本装置的存储模块设置，对数据进行标准化处理后再进行保存，相当程度上节省了存储介质的空间，且统一了存储数据的类型，结合附加的标识数据进行保存，也为用户的查看和数据再利用提供了便利。

在一个实施例中，本发明的装置的数据下载模块提供离线下载接口和在线下载接口，其中，离线下载接口采用USB接口，用户通过USB接口下载数据过程中的配置参数通过RS232串口进行配置，在线下载接口采用以太网接口，通过USB接口和以太网接口都可以将数据下载至用户的个人终端设备，如PC、手机或平板等。

在一个实施例中，本发明的装置还包括：数据分析模块，其用于读取下载的保护控制信号数据和温度数据，并对设定时间段内的进行波形处理和分析。例如，实际应用时，可以通过用户PC查看原始数据，或者将设定时间段内的数据以波形图的形式进行处理并显示，进而基于处理结果展开分析，记录异常的位置和各个位置异常的频率，便于对蓄电池箱和各蓄电池采取相应的防范措施。基于本实施例的数据分析模块，拓展了用户开展分析的数据形式，有助于用户根据原始数据以及原始数据的延伸获取对蓄电池的使用和维护有利的信息。

本发明实施例提供的用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置中，各个模块或单元结构可以根据试验需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。

基于上述一个或多个实施例，本发明还提供一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护方法。图3示出了本发明实施例中用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括：

步骤S310、实时采集列车蓄电池箱不同位置的热敏电压信号。

步骤S322、对采集的多路热敏电压信号进行转换并隔离传输。

步骤S330、根据多路热敏电压信号计算确定列车蓄电池箱不同位置的多个温度数据，若多个温度数据中任一温度数据达到温度保护极限值，则发出保护控制信号控制列车蓄电池的供电电路断开。

步骤S340、对蓄电池箱的温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存。

在一个实施例中，步骤S310中，可选地由工作人员根据蓄电池箱中蓄电池的数量和分布确定采集热敏电压信号的数量和位置。

在一个实施例中，传输过程中对采集到的多路热敏电压信号进行模数转换处理和信号隔离处理，实际应用中分别采用A/D转换芯片和隔离芯片实现。

在一个实施例中，根据多路热敏电压信号计算确定列车蓄电池箱不同位置的多个温度数据的过程中，包括下述操作：

根据下式计算各路热敏电压信号对应的电阻数据R_NTC：

式中，R为温度采集电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻或第四电阻的电阻值，V_ADC为热敏电压信号，V_VREF为VREF电压源提供的源电压值进而根据得到的电阻数据以查表法获取当前温度采集电路对应的温度数据。

在一个实施例中，对蓄电池箱的温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存的过程中，设定的标准化规则包括：为获取的温度数据附加控制模块同步的时间；为获取的温度数据附加对应的温度采集电路标识或对应的位置标识；删除设定时间段内变化幅度超过设定阈值的数据，该种情况的设定时间通常极短；删除持续时间段内变化幅度过小的无价值数据。具体的，该实施例中，将标准化处理后的温度数据和保护控制信号数据保存至NANDFLASH存储芯片中。

结合实际应用场景，若设置温度数据1s记录一次，以16bit存储一个温度数据，则有1s*60*60*24*30*2Byte≈5MByte，由于记录温度数据时需要将时间信息存储，时间信息由年月日时分秒六个字节组成，所以一路温度数据所占存储空间为：1s*60*60*24*30*6Byte≈15MByte，二路温度数据，则三个月的数据量有：3*2*(5+15)Mbyte≈120Mbyte，选用128MB的存储芯片能够满足要求。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。

说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于列车蓄电池箱的多路采集温度极限保护装置，其特征在于，所述装置包括：

数据采集模块，其通过多路温度采集电路实时采集列车蓄电池箱的多路热敏电压信号；

数据传输模块，其用于对采集的各路热敏电压信号进行转换并隔离传送；

控制模块，其用于根据接收的多路热敏电压信号确定对应的多个温度数据，若多个温度数据中任一温度数据达到温度保护极限值，则发出保护控制信号控制列车蓄电池的供电电路断开；

数据存储模块，其用于对所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存；

数据下载模块，其用于提供从所述数据存储模块下载所述温度数据和保护控制信号数据的接口；其中，按照下述规则对所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理：为获取的温度数据附加控制模块同步的时间标识；为获取的温度数据附加对应的温度采集电路标识或对应的位置标识；删除设定时间段内变化幅度超过设定阈值的异常数据和无效数据；删除持续时间段内变化幅度小至设定条件的无价值数据；

各路温度采集电路采用桥式电路，包括：VREF电压源，NTC热敏电阻，连接于VREF电压源一端与所述NTC热敏电阻之间的第一电阻，连接于VREF电压源另一端的第二电阻，连接于所述NTC热敏电阻与接地端之间的第三电阻，以及连接于第二电阻与接地端之间的第四电阻；

其中，检测VREF电压源一端与所述NTC热敏电阻之间的第一电压和所述第二电阻与第四电阻间的第二电压。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，各路温度采集电路，进一步用于：

检测VREF电压源一端与所述NTC热敏电阻之间的第一电压和所述第二电阻与第四电阻间的第二电压，将所述第一电压和所述第二电压的电压差作为该温度采集电路对应蓄电池箱的热敏电压信号。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述多路温度采集电路设置为采集列车蓄电池箱不同设定位置的温度数据；其中，所述设定位置根据所述蓄电池箱内各蓄电池的分布位置确定。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据传输模块包括：

A/D转换单元，其用于对传输的热敏电压信号进行模数转换；

隔离芯片，其用于对传输的热敏电压信号进行信号隔离处理。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电电路包括继电器，所述控制模块包括：

数据处理单元，其用于根据接收的多路热敏电压信号计算各路温度采集电路对应的多个温度数据，并判断多个温度数据中是否存在大于等于温度保护极限值的温度数据，若存在，则发出保护控制信号控制列车蓄电池箱的供电继电器常开触点动作；

状态提示单元，其用于根据MCU控制单元的判断结果对列车蓄电池箱的当前状态进行提示。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元，用于：

根据所述热敏电压信号计算电阻数据，并根据得到的电阻数据获取当前温度采集电路对应的温度数据；其中，按照下式计算电阻数据R_NTC：

式中，R为温度采集电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻或第四电阻的电阻值，V_ADC为热敏电压信号，V_VREF为VREF电压源提供的源电压值。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据存储模块，用于：

根据设定的标准化规则对所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理，并将标准化处理后的温度数据和保护控制信号数据保存至设定的存储介质中。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：数据分析模块，其用于读取下载的保护控制信号数据和温度数据，并对设定时间段内的进行波形处理和分析。

9.一种使用如权利要求1～8中任一项所述装置的多路采集温度极限保护方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1、实时采集列车蓄电池箱不同位置的热敏电压信号；

步骤S2、对采集的多路热敏电压信号进行转换并隔离传输；

步骤S3、根据所述多路热敏电压信号计算确定列车蓄电池箱不同位置的多个温度数据，若多个温度数据中任一温度数据达到温度保护极限值，则发出保护控制信号控制列车蓄电池的供电电路断开；

步骤S4、对蓄电池箱的所述温度数据和保护控制信号数据进行标准化处理并保存。

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