一种基于数轨车辆混合动力系统的控制方法和控制电路与流程

1.本发明涉及车辆混合动力控制技术领域，具体涉及一种基于数轨车辆混合动力系统的控制方法和控制电路。


背景技术：

2.钢轮钢轨有轨电车已经历经了100多年的发展，车辆技术经过多次更新换代，目前已发展出多模块铰接、100％低地板、无接触网供电等成熟的技术，能够满足中低运量城市路面轨道交通的运输需要。但近几年钢轮钢轨有轨电车发展遇到了瓶颈，相比于普通公交系统的brt，其虽有载客量大、舒适性高的优点，但确存在建设成本高，建设周期长的缺点，难以适应目前国内城市公共交通建设的需要。因此，如果能够扬长避短，研发一款新型的车辆制式，在大大降低建设成本和周期的情况下保留传统有轨电车的优点，其必然会具有较强的市场竞争力。
3.现有轨道交通车辆动力源来自于接触网或车载储能电池。接触网供电的系统，所有电源均来自于变电所，在变电所无故障退出的情况下可为车辆提供持续的电能供应；车载储能供电的系统需要在起始站或停站时补充电。
4.上述现有技术存在的缺点是：
5.(1)由接触网供电的车辆所需基建及供电成本极高；
6.(2)由车载储能方式供电的车辆受限于车辆安装空间的影响，均需在其中某些站点或起始站设置地面充电装置为电池补充电，影响发车效率且增加土建和供电成本。


技术实现要素：

7.为解决上述现有技术的不足，本发明提供一种基于数轨车辆混合动力系统的控制方法和控制电路。
8.本发明采用如下技术方案：一种基于数轨车辆混合动力系统的控制方法，
9.步骤如下，
10.司机室激活继电器激活、储能电池系统高压准备就绪、氢动力系统通讯正常且待机、混动开关处于混动位四个条件全部满足时，网络控制单元激活氢动力系统投入使能信号，车辆进入混合动力模式，所述氢动力系统从待机状态进入怠速模式，功率按照一定斜率上升并稳定在设定的固定值；
11.在混合动力模式下，当车辆处于牵引状态时，所述储能电池系统提供能量输出，所述氢动力系统为车辆提供续航；当车辆处于制动状态时，所述储能电池系统吸收电制动能量和所述氢动力系统输出的能量；
12.当混动开关处于电动位时，网络控制单元激活氢动力系统投入指令复位信号，车辆进入电容供电模式，所述储能电池系统提供能量输出；
13.当混动开关处于急停位时，所述氢动力系统关断；
14.当所述储能电池系统下高压时，司机室按下电容切除按钮，网络控制单元采集电
容切除按钮发出的指令并激活氢动力系统投入指令复位信号；然后，待氢动力系统反馈氢动力系统的状态为待机或停机状态后，网络控制单元输出电容切除脉冲信号，整车进入高压切除状态。
15.进一步是：所述储能电池系统投入高压不受网络控制单元控制，仅接受硬线控制指令；储能电池系统切除供电不受网络控制单元、氢动力系统的影响，仅接受硬线控制指令。
16.当所述车辆网络通讯故障时，车辆进入紧急牵引模式，所述网络控制单元停止向氢动力系统发送投入使能信号，氢动力系统不工作。
17.所述氢动力系统功率输出根据所述储能电池系统的实时电量soc值和牵引母线电压调节；
18.1)氢动力系统启动阶段，网络控制单元根据储能电池系统发送的实时电量soc值区间分配功率需求；氢动力系统接收到功率请求值时按照固定斜率上升，输出请求功率；氢动力系统输出功率值从上升至请求功率值时开始到一定时间t1内维持不变，对储能电池系统的实时电量soc值变化不做响应，直到氢动力系统输出持续t1时间后再次响应储能电池系统当前soc值对应的功率需求；
19.2)所述储能电池系统的soc值高于设定值时，网络控制单元向氢动力系统发送关机指令，氢动力系统的氢堆进入停机状态；氢动力系统停机后一定时间t2内不响应网络控制单元对氢动力系统的开机请求，直到累计t2时间后氢动力系统开始响应网络控制单元的功率请求。
20.当所述网络控制单元不能接收到储能电池系统发送的实时电量soc值时，所述氢动力系统检测牵引母线电压；当氢动力系统检测牵引母线电压低于680v时，按照固定功率输出；当氢动力系统检测牵引母线电压位于区间位于690v-820v时，氢动力系统停止；当氢动力系统检测牵引母线电压位于680v-690v区间时，保持当前状态不变；所述氢动力系统输出功率值从上升至请求功率值时开始到一定时间t3内维持不变，对母线690v电压变化不做响应，直到氢动力系统输出持续t3时间后再次响应牵引母线电压对应的功率需求。
21.一种基于数轨车辆混合动力系统的控制电路，网络控制单元和氢动力系统分别电连接储能电池系统，网络控制单元还连接有网络输入输出单元；所述氢动力系统与电源之间串联有氢动力控制断路器；所述电源还电连接有混动开关控制断路器，混动开关控制断路器连接有混动开关；所述混动开关具有两对触点，混动开关第一对触点分别电连接至氢动力系统和网络输入输出单元，混动开关第二对触点分别电连接至氢动力系统和网络输入输出单元。
22.本发明的有益效果在于：
23.在车辆配置大容量车载储能电池加氢能源作为车辆的动力源，实现混合动力供电，取消了沿线供电、土建等施工，具有造价低、周期短的技术效果，完全适用于既有城市道路运营，提高车辆的经济效益和社会效益；
24.在网络控车模式下完成状态量采集，并与各子系统完成控制和功率分配控制，可实现车辆混合动力运行或在特殊工况下纯电运行，该混合动力控制方法简单，功率控制方法实时性好，适合数轨车辆频繁牵引电制动的工况；
25.系统控制中硬件电路少，控制过程及时可靠，当网络故障时可采用后备的硬线控
制方式，能量利用率高。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种基于数轨车辆混合动力系统的控制电路原理图(混动位)。
28.图2为本发明中混动开关处于电动位时的控制电路状态图。
29.图3为本发明中混动开关处于急停位时的控制电路状态图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例一
32.一种基于数轨车辆混合动力系统的控制方法，包括网络控制单元vcu、氢动力系统fcu、储能电池系统bat、混动开关hyms、司机室激活继电器和牵引母线。混动开关hyms具有混动位、电动位和急停位；
33.步骤如下：
34.司机室激活继电器激活、储能电池系统bat高压准备就绪、氢动力系统fcu通讯正常且待机、混动开关hyms处于混动位四个条件全部满足时，网络控制单元vcu激活氢动力系统fcu投入使能信号，车辆进入混合动力模式，所述氢动力系统fcu从待机状态进入怠速模式，功率按照一定斜率上升并稳定在设定的固定值，该斜率范围为10kw-15kw/s；
35.在混合动力模式下，当车辆处于牵引状态时，所述储能电池系统bat提供能量输出，所述氢动力系统fcu为车辆提供续航；当车辆处于制动状态时，所述储能电池系统bat吸收电制动能量和所述氢动力系统fcu输出的能量；
36.当混动开关hyms处于电动位时，网络控制单元vcu激活氢动力系统fcu投入指令复位信号，车辆进入电容供电模式，所述储能电池系统bat提供能量输出；
37.当混动开关hyms处于急停位时，所述氢动力系统fcu关断；
38.当所述储能电池系统bat下高压时，司机室按下电容切除按钮，网络控制单元vcu采集电容切除按钮发出的指令并激活氢动力系统fcu投入指令复位信号；然后，待氢动力系统fcu反馈氢动力系统fcu的状态为待机或停机状态后，网络控制单元vcu输出电容切除脉冲信号，整车进入高压切除状态。
39.优选的：本实施例中储能电池系统bat投入高压不受网络控制单元vcu控制，仅接受硬线控制指令；储能电池系统bat切除供电不受网络控制单元vcu、氢动力系统fcu的影响，仅接受硬线控制指令。
40.优选的：本实施例中，当车辆网络通讯故障时，车辆进入紧急牵引模式，网络控制
单元vcu停止向氢动力系统fcu发送投入使能信号，氢动力系统fcu不工作。
41.氢动力系统fcu功率输出根据储能电池系统bat的实时电量soc值和牵引母线电压调节。为保持续航里程，氢动力系统fcu持续维持储能电池系统bat电量，具体包括如下步骤：
42.1)氢动力系统fcu启动阶段，网络控制单元vcu根据储能电池系统bat发送的实时电量soc值区间分配功率需求，氢动力系统fcu接收到功率请求值时按照固定斜率上升，输出请求功率；具体的：实时电量soc值低于85％时对氢动力系统fcu分配功率，soc值以5％-10％作为一个区间，将0％-85％划分为几个容量区间，氢动力系统根据soc值输出相应区间需求功率，soc值低于40％时氢动力系统输出最大功率，soc值升高过程中，根据约定好的区间输出相应功率值，所述soc值-功率对应区间可根据实际情况调整；氢动力系统fcu输出功率值从上升至请求功率值时开始到一定时间t1(本实施例为3min)内维持不变，对储能电池系统bat的实时电量soc值变化不做响应，直到氢动力系统fcu输出持续一定时间后再次响应储能电池系统bat当前soc值对应的功率需求，直到soc值达到70％-85％范围内保持不变，氢动力系统进入怠速模式，以最小功率输出10kw；
43.2)为保证储能电池系统bat在电制动时有足够的容量，储能电池系统bat的soc值高于设定值85％时，网络控制单元vcu向氢动力系统fcu发送关机指令，氢动力系统fcu的氢堆进入停机状态；氢动力系统fcu停机后一定时间t2(本实施例为3min)内不响应网络控制单元vcu对氢动力系统fcu的开机请求，直到累计时间t2后氢动力系统fcu开始响应网络控制单元vcu的功率请求；
44.3)当储能电池系统bat与网络控制单元vcu通讯故障，导致网络控制单元vcu不能接收到储能电池系统bat发送的实时电量soc值时，氢动力系统fcu检测牵引母线电压；当氢动力系统fcu检测牵引母线电压位于区间低于680v时，按照固定功率输出；当氢动力系统fcu检测牵引母线电压位于区间690v-820v时，氢动力系统fcu停止；当氢动力系统检测牵引母线电压位于680v-690v区间时，保持当前状态不变。防止氢动力系统fcu持续工作对储能电池系统bat充电引起牵引母线电压过高，损坏系统部件。所述氢动力系统输出功率值从上升至请求功率值时开始到一定时间t3(本实施例为3min)内维持不变，对母线690v电压变化不做响应，直到氢动力系统输出持续t3时间后再次响应牵引母线电压对应的功率需求。
45.实施例二
46.结合图1至图3所示，一种基于数轨车辆混合动力系统的控制电路，
47.图中a为dc24v供电母线，b为电动模式列车线，处为急停模式列车线。网络控制单元vcu和氢动力系统fcu分别电连接储能电池系统bat，网络控制单元vcu还连接有网络输入输出单元。氢动力系统fcu与电源之间串联有氢动力控制断路器。电源还电连接有混动开关hyms控制断路器，混动开关hyms控制断路器连接有混动开关hyms；混动开关hyms具有两对触点，混动开关hyms第一对触点分别电连接至氢动力系统fcu和网络输入输出单元，混动开关hyms第二对触点分别电连接至氢动力系统fcu和网络输入输出单元。
48.在工作时；
49.1)结合图1所示，当车辆供电正常，氢动力控制断路器fcucb和混动开关控制断路器hycb闭合，混动开关hyms位于混动位，所有触点不接通；网络输入输出单元riom未检测到1-2位电动模式闭合、3-4位混动模式闭合，且储能电池系统bat高压已投入，则网络控制单
元vcu接收到上述状态量后输出氢动力系统使能指令，氢动力系统fcu投入工作；
50.2)结合图2所示，当检测到混动开关hyms(3-4)位接通，网络控制单元vcu将氢动力系统使能撤销，氢动力系统管路吹扫结束后停机，进入纯电续航；
51.3)结合图3所示，当检测到混动开关hyms(1-2)位接通，网络控制单元vcu将氢动力系统使能撤销，氢动力系统所有输出接触器断开，立即保护性停机。
52.4)整车储能电池系统bat需切除高压退出工作模式时，网络控制单元vcu收到退出指令请求后，将改请求转发氢动力系统，氢动力系统进入停机吹扫模式，吹扫结束后反馈停机状态，网络控制单元vcu发送储能电池系统停机指令。
53.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。