张如意，许鑫，曲阳春
大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116021
摘要：蓄电池的性能影响着机车的正常运行。使用时，由于外观无损坏，浮充电压正常，容易忽略。因此，根据电池的特点，有必要加强电池硬件和欠压报警装置的设计，不断提高维护人员的技术水平和维护质量。为了延长机车的使用寿命，保证机车的安全稳定运行。
关键词：内燃机车；蓄电池；报警装置
1 内燃机机车蓄电池概述
NM500（A）型电池用于机车，每套4节，每辆8节。电池的额定容量为500Ah（C10），单次额定电压为2V。这个电池可以使用10年。蓄电池是一种通过充电和放电为负载提供能量的供电设备。应用寿命周期和运行可靠性主要取决于其充放电特性。根据电池自身的特点对其进行标定是保证其连续可靠运行的重要保证。
2 硬件设计
硬件电路主要由单片机及其外围电路、模式设置和柴油机启动检测电路、电池电压检测和报警值设置电路、板上继电器和蜂鸣器驱动电路、LCD驱动电路和电源电路组成。蓄电池电压通过分频器电阻模块输入到单片机AD输入引脚，蓄电池电压值通过单片机检测计算。报警值调节旋钮是一种内部可变电阻器，通过旋钮与单片机的AD引脚相连。旋转旋钮会改变内部电阻，从而改变输出电压。单片机的输出电压调节旋钮根据报警值,并调整报警值成比例。报警装置硬件架构如图1所示。
.png)
图1报警装置硬件架构
2.1 单片机及其外围电路
为了实现电压检测和液晶显示功能，设备硬件电路采用单片机芯片。整个硬件电路基于单片机，用于检测电池电压和模式的开关状态，驱动LCD。ATMEGA128A-AU单片机的单片机选型。Atmega128a Au MCU不仅具有两个16位的定时器/计数器，具有预分频、比较和捕获功能，而且还具有两个8位PWM(脉宽调制)和6路可编程PWM。模型有6种睡眠模式:怠速模式、ADC(模拟到数字转换器)噪声抑制模式、节电模式、断电模式、待机模式和扩展待机模式
2.2 电池电压检测与报警值设置电路
蓄电池的低压报警值会受到蓄电池类型，使用程度，使用温度和环境的影响而有所不同。因此，该设备允许用户手动微调电池的预设低压警报值。电池电压检测与报警值设置电路如图2所示。
.png)
图2 电池电压检测与报警值设置电路
图2将电池电压除以2千欧和250欧，再除以10F电容器，通过单片机接收AD的输入电压PAO，通过单片机实时监控PAO的电压时间。将PA0引脚电压放大9倍，即电池电压。用于调节报警值的旋钮内变阻器为RP1。旋转旋钮时，RP1电阻成比例变化。RP1中间抽头与AD的输入引脚PA1连接，通过检测引脚PA1对应的电压，按比例调节蓄电池的低压报警值。
3 程序设计
内燃机车蓄电池欠压报警装置程序流程如图3所示。
.png)
图3 内燃机车蓄电池欠压报警装置程序流程
首先，单片机完成输入/输出端口的初始化和配置。判断当前设置是自动模式还是手动模式，获得单片机采集模式切换和柴油机启动按钮的状态。为了判断柴油机组启动电机是否处于工作状态，单片机采集电池电压和预置报警值旋钮，驱动LCD显示流模式、电池电压和报警值。确定设备是否在2分钟内设置为自动模式。未检测到柴油启动按钮上升沿，电池电压值低于报警电压值3。满足这三个条件，继电器被驱动动作，继电器驱动相应的接触器动作。接触器将切断蓄电池的外部电源电路，继续采集模式开关和柴油机启动按钮的状态进行循环。三个条件不完全满足，单片机不驱动继电器动作，直接继续采集模式开关状态和柴油机启动按钮循环。
4 加强内燃机机车蓄电池充电维护
4.1 正常充电工况
4.1.1 浮充充电
满足下列任何一种条件时，充电器应采用浮充方式充电。(1)检查电池电压是否高于64V，自动进入浮充状态;(2)检查电池是否环境温度高于55℃或低于- 30℃,并自动进入浮充电状态。充电方式:首先采用75A恒流充电，充电电压逐渐增大。当充电电压达到73.3 V时，充电电流逐渐减小。
4.1.2 快速充电
当蓄电池电压低于64V时，充电器快速充电。快速充电方式:先用100A恒流充电，充电电压逐渐增大；充电电压达到75.2v，充电电流逐渐减小。充电电流降至75A，自动切换至浮充电模式。
4.2 维护充电工况
“充电模式”充电器选择开关置于“维修充电”菜单中。充电器采用平衡充电模式给电池充电。先进充电模式:将电池的电流限制在50A。当充电电压达到75.2 V时，电池将以恒压充电。整个充电过程不少于24h。
4.3 温度补偿
本机车共配备32节蓄电池，电池的最佳工作温度为25℃，浮充电压、快速充电电压、均充电压均以25℃为基准，如果温度不满足上述要求，则对充电电压进行温度补偿:浮充温度补偿系数为-3mV/℃;快速充电和平衡充电的温度补偿系数为每段4mV/℃。采用00线温度传感器检测电池周围温度。在-30~55℃的温度范围内，充电器可以对电池进行充电，以满足温度补偿要求。当温度低于-30℃或高于55℃时，终止温度补偿功能，浮动电荷的恒压值为73.3V，快速充电和平衡充电的温度补偿范围为-5~55℃。当温度低于-5℃或高于55℃时，终止温度补偿功能，快速充电和平衡充电的恒压值为75.2V。
5 结语
总之，在机车运行过程中，如果起动发电机因故障停止发电，将向机车控制电器供电，以保证机车的应急运行。目前，机车蓄电池组低压报警装置以AVR单片机为控制核心，实时检测机车蓄电池组的电压。当蓄电池电压低于报警电压时，设备会提醒工作人员关闭蓄电池电源电路或给蓄电池充电。在自动模式下，设备将自动控制切断电源。目前，该装置已投入使用，效果良好。
参考文献：
[1]叶聪.蓄电池常见故障及处理方法[J].中国科技成果,2016,17(1):58-60.
[2]逄顺勇,邓举明,陈明可,葛兴亮,卢希雷.地铁车辆速度里程表自动校验装置设计[J].铁道技术监督.2019(12)