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[摘 要]在进行出口南非内燃机车的调试过程中发现，若机车长时间不启动柴油机或充电机发生故障而无法充电，将导致蓄电池电量被过度消耗而进入亏电状态，严重影响机车正常使用。本文将介绍如何通过电器线路设计及机车软件方面配合达到避免该情况发生的目的，保证机车的正常使用。
[关键词]出口南非机车 蓄电池 低压保护 软硬件配合
中图分类号：TN944 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0144-01
1.机车蓄电池功能概述
机车蓄电池是机车正常使用中必不可少的关键部件，在机车柴油机起机，充电机开始工作之前，整个机车系统的供电全部由蓄电池来完成，包括机车的微机网络单元供电，牵引控制单元供电，制动单元供电及整个通讯系统供电等等。同时蓄电池还要实现对机车柴油机超级电容充电的功能，以保证柴油机能够正常起机。因此，一旦蓄电池电压过低，将导致整个机车系统全面瘫痪，机车无法正常使用。
2.蓄电池亏电问题出现原因
2.1 机车长期工作在不起机充电状态
若机车在厂内检修期间长期不起机充电，或机车操作人员下车后忘记断开蓄电池闸刀等情况出现，机车蓄电池长时间放电，虽然机车蓄电池容量相对较大，但也有可能因为得不到及时充电而出现亏电的情况，导致蓄电池电压大幅低于其正常值。
2.2 未开启充电机或充电机故障
机车充电机的作用为在机车柴油机起机，辅助系统正常工作的条件下，将辅助模块输出的电能经合理计算分配后，输出合适的充电电压及充电电流对蓄电池进行充电。若充电机能够正常工作，蓄电池不会出现亏电问题。但若操作人员忘记闭合充电机空开，或充电机出现故障而无法正常向蓄电池输出充电电压电流，那么此时蓄电池不仅无法及时充电，而且由于机车起机，电力系统负担加重，整个低压系统供电全部由蓄电池完成，反而会导致蓄电池电量快速耗尽
3.蓄电池亏电后果
蓄电池一旦发生亏电现象，电压将严重低于正常工作电压，因此由蓄电池供电的整车电力系统将全面瘫痪。而且此时由于控制系统无法工作，柴油机也就无法起机，也就导致无法通过机车充电机向蓄电池充电，只能将蓄电池拆卸后通过外部电源对蓄电池进行充电，严重影响机车正常使用。且工作在亏电状态也会严重影响蓄电池的使用寿命，增加机车维护成本。
4.蓄电池低电压保护硬件电路设计
如上图所示为低电压保护的硬件电路部分设计。F37为低电压保护脱扣，Q1为双线圈接触器，Q1还有一个主触电连接在蓄电池输出端与蓄电池闸刀之间，K13为通过微机控制的继电器触点，S3为低电压复位按钮，P1为低电压保护动作指示灯。
低电压保护过程：每次上电时，Q1接触器在Trip位，Q1断开，通过微机检测来控制K13继电器，一旦检测到蓄电池电压过低，微机控制K13闭合，接触器动作至Set位，图中Q1闭合，低电压保护动作指示灯亮，蓄电池输出端Q1断开，切断蓄电池的电能输出，起到低电压保护的作用。若想复位，则需按下S3，Q1动作至Trip位，图中Q1断开，低电压保护指示灯灭，蓄电池侧Q1闭合，蓄电池能够向外输出电能，低电压保护功能复位。
5.蓄电池低电压保护软件程序设计
蓄电池低电压保护的电压数据基于电压传感器采集的蓄电池电压，该电压信号通过传感器转化为模拟量信号进入微机，微机通过判断该电压是否过低来决定是否进行低电压保护。蓄电池低电压保护值可以通过显示屏进行设置，该值需在56V-65V之间。
5.1 柴油机停机工况保护过程
柴油机停机工况下，微机比较蓄电池电压值及低电压保护的设定值，若蓄电池电压值比保护值高不足2V，并保持条件超过30秒，此时机车显示屏提示机车电压过低预警，提示司机及操作人员及时对蓄电池进行充电操作。若司机或操作人员无视预警提示，蓄电池电压继续下降至低电压保护值，并在低于保护值的状态下超过30秒，此时系统会自动开始五分钟倒计时，显示屏会出现弹窗提示，蓄电池电压过低，系统即将自动断电。该弹窗为覆盖式弹窗，弹窗存在时操作人员无法在显示屏上对机车进行任何操作，弹窗上包含确认按钮及五分钟的倒计时显示，操作人员按下确认按钮可以继续操作机车，但倒计时不会停止。若在倒计时的五分钟之内，操作人员将蓄电池电压充至保护电压值之上，则弹窗消除，倒计时重置为0，机车正常工作。否则，当五分钟倒计时结束后，系统会控制上述硬件中的K13接触器闭合，机车蓄电池低电压保护动作，蓄电池输出端Q1断开，系统自动断电。
5.2 柴油机起机工况保护过程
柴油机起机工况下，正常情况下不应出现蓄电池电压低的问题，若检测到蓄电池电压过低，有可能是操作人员忘记闭合充电机开关或充电机出现了故障。该种情况下，整个低电压保护判断及五分钟倒计时时间都与停机工况相同。但由于柴油机正在运转，若突然切断整个系统供電，将导致柴油机处于失控状态，可能产生一些无法预料的状况，因此在该条件下，五分钟倒计时结束后，微机将向柴油机发送停机指令，并检测柴油机真实转速。当转速低于20转时，系统将认为柴油机已经停机结束，此时微机会下发K13接触器闭合指令，蓄电池低电压保护动作，系统自动断电。
5.3 特殊情况的保护措施
为保证蓄电池低电压保护功能能够适应特殊情况，考虑到蓄电池电压传感器可能失效，微机若检测传感器采集的电压低于40V或高于100V，则认为是传感器失效，此时使用充电机的输出电压作为低电压保护的判断依据。
6.结语
综上所述，通过硬件电路的设计及微機系统软件的配合，能够实现在各种条件下的蓄电池低电压保护功能，确保机车蓄电池不会因过度使用而进入亏电状态，保护机车蓄电池，确保机车的正常使用。
参考文献
[1] 耿华峰.蓄电池保护器.科技信息.2008（36）.
[2] 朱超，苏静明，于长江，杨东东，洪炎.电动车蓄电池充电保护系统的设计.科技视界.2016（23）.
[3] 乔小平.神华号HXD1型交流机车亏电问题的原因分析和解决措施.中国新技术新产品.2016（6）.
[关键词]出口南非机车 蓄电池 低压保护 软硬件配合
中图分类号：TN944 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0144-01
1.机车蓄电池功能概述
机车蓄电池是机车正常使用中必不可少的关键部件，在机车柴油机起机，充电机开始工作之前，整个机车系统的供电全部由蓄电池来完成，包括机车的微机网络单元供电，牵引控制单元供电，制动单元供电及整个通讯系统供电等等。同时蓄电池还要实现对机车柴油机超级电容充电的功能，以保证柴油机能够正常起机。因此，一旦蓄电池电压过低，将导致整个机车系统全面瘫痪，机车无法正常使用。
2.蓄电池亏电问题出现原因
2.1 机车长期工作在不起机充电状态
若机车在厂内检修期间长期不起机充电，或机车操作人员下车后忘记断开蓄电池闸刀等情况出现，机车蓄电池长时间放电，虽然机车蓄电池容量相对较大，但也有可能因为得不到及时充电而出现亏电的情况，导致蓄电池电压大幅低于其正常值。
2.2 未开启充电机或充电机故障
机车充电机的作用为在机车柴油机起机，辅助系统正常工作的条件下，将辅助模块输出的电能经合理计算分配后，输出合适的充电电压及充电电流对蓄电池进行充电。若充电机能够正常工作，蓄电池不会出现亏电问题。但若操作人员忘记闭合充电机空开，或充电机出现故障而无法正常向蓄电池输出充电电压电流，那么此时蓄电池不仅无法及时充电，而且由于机车起机，电力系统负担加重，整个低压系统供电全部由蓄电池完成，反而会导致蓄电池电量快速耗尽
3.蓄电池亏电后果
蓄电池一旦发生亏电现象，电压将严重低于正常工作电压，因此由蓄电池供电的整车电力系统将全面瘫痪。而且此时由于控制系统无法工作，柴油机也就无法起机，也就导致无法通过机车充电机向蓄电池充电，只能将蓄电池拆卸后通过外部电源对蓄电池进行充电，严重影响机车正常使用。且工作在亏电状态也会严重影响蓄电池的使用寿命，增加机车维护成本。
4.蓄电池低电压保护硬件电路设计
如上图所示为低电压保护的硬件电路部分设计。F37为低电压保护脱扣，Q1为双线圈接触器，Q1还有一个主触电连接在蓄电池输出端与蓄电池闸刀之间，K13为通过微机控制的继电器触点，S3为低电压复位按钮，P1为低电压保护动作指示灯。
低电压保护过程：每次上电时，Q1接触器在Trip位，Q1断开，通过微机检测来控制K13继电器，一旦检测到蓄电池电压过低，微机控制K13闭合，接触器动作至Set位，图中Q1闭合，低电压保护动作指示灯亮，蓄电池输出端Q1断开，切断蓄电池的电能输出，起到低电压保护的作用。若想复位，则需按下S3，Q1动作至Trip位，图中Q1断开，低电压保护指示灯灭，蓄电池侧Q1闭合，蓄电池能够向外输出电能，低电压保护功能复位。
5.蓄电池低电压保护软件程序设计
蓄电池低电压保护的电压数据基于电压传感器采集的蓄电池电压，该电压信号通过传感器转化为模拟量信号进入微机，微机通过判断该电压是否过低来决定是否进行低电压保护。蓄电池低电压保护值可以通过显示屏进行设置，该值需在56V-65V之间。
5.1 柴油机停机工况保护过程
柴油机停机工况下，微机比较蓄电池电压值及低电压保护的设定值，若蓄电池电压值比保护值高不足2V，并保持条件超过30秒，此时机车显示屏提示机车电压过低预警，提示司机及操作人员及时对蓄电池进行充电操作。若司机或操作人员无视预警提示，蓄电池电压继续下降至低电压保护值，并在低于保护值的状态下超过30秒，此时系统会自动开始五分钟倒计时，显示屏会出现弹窗提示，蓄电池电压过低，系统即将自动断电。该弹窗为覆盖式弹窗，弹窗存在时操作人员无法在显示屏上对机车进行任何操作，弹窗上包含确认按钮及五分钟的倒计时显示，操作人员按下确认按钮可以继续操作机车，但倒计时不会停止。若在倒计时的五分钟之内，操作人员将蓄电池电压充至保护电压值之上，则弹窗消除，倒计时重置为0，机车正常工作。否则，当五分钟倒计时结束后，系统会控制上述硬件中的K13接触器闭合，机车蓄电池低电压保护动作，蓄电池输出端Q1断开，系统自动断电。
5.2 柴油机起机工况保护过程
柴油机起机工况下，正常情况下不应出现蓄电池电压低的问题，若检测到蓄电池电压过低，有可能是操作人员忘记闭合充电机开关或充电机出现了故障。该种情况下，整个低电压保护判断及五分钟倒计时时间都与停机工况相同。但由于柴油机正在运转，若突然切断整个系统供電，将导致柴油机处于失控状态，可能产生一些无法预料的状况，因此在该条件下，五分钟倒计时结束后，微机将向柴油机发送停机指令，并检测柴油机真实转速。当转速低于20转时，系统将认为柴油机已经停机结束，此时微机会下发K13接触器闭合指令，蓄电池低电压保护动作，系统自动断电。
5.3 特殊情况的保护措施
为保证蓄电池低电压保护功能能够适应特殊情况，考虑到蓄电池电压传感器可能失效，微机若检测传感器采集的电压低于40V或高于100V，则认为是传感器失效，此时使用充电机的输出电压作为低电压保护的判断依据。
6.结语
综上所述，通过硬件电路的设计及微機系统软件的配合，能够实现在各种条件下的蓄电池低电压保护功能，确保机车蓄电池不会因过度使用而进入亏电状态，保护机车蓄电池，确保机车的正常使用。
参考文献
[1] 耿华峰.蓄电池保护器.科技信息.2008（36）.
[2] 朱超，苏静明，于长江，杨东东，洪炎.电动车蓄电池充电保护系统的设计.科技视界.2016（23）.
[3] 乔小平.神华号HXD1型交流机车亏电问题的原因分析和解决措施.中国新技术新产品.2016（6）.