CN104391455B - 一种混合动力动车组内燃动力包电控系统 - Google Patents

一种混合动力动车组内燃动力包电控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力动车组内燃动力包电控系统，包括动力包控制单元、柴油机电喷控制单元、超级电容和超级电容充电电源，所述超级电容充电电源与超级电容相连接，所述柴油机电喷控制单元采集动车组上柴油机的多项状态信息，将采集到的信息传送至动力包控制单元，所述动力包控制单元对接收到的数据信息进行分析和处理实时控制动车组柴油机的工作，所述动力包控制单元将对柴油机的实时监控信息传送至动车组上的控制计算机内。机车上的控制计算机只需通过与动力包控制单元通讯来控制整个动力包的运行，不需对动力包各个子系统分别进行控制。保证柴油机在安全稳定无故障下稳定工作，保证了动车组的安全稳定运行。

Description

一种混合动力动车组内燃动力包电控系统
技术领域
本发明涉及动车组控制领域，尤其涉及一种混合动力动车组内燃动力包电控系统。
背景技术
动车组在设计上引进了先进企业高速动车组设计制造技术，通过消化吸收再创新，搭建了高速动车组设计、制造技术平台，开发生产了“和谐号”系列化高速动车组，并在我国新建高速铁路上批量投入运营。
混合动力列车系统以动车组设计制造技术为核心，集成了牵引系统和网络、动力电池组技术、油电混合动力等技术。混合动力动车组系统集成技术是确保整车性能的重要因素，主要研究系统集成和系统匹配，包括电力供电与蓄电池供电的牵引系统集成、电力供电和油电混合动力的牵引系统集成、动车组的能量管理、动力包和蓄电池混合动力的系统集成、列车牵引系统与制动系统的集成、实现列车功能的网络系统与其它各子系统间的接口关系、控制逻辑的集成等。内燃动力包控制技术是一种动力集成的解决方案，应用于城际铁路动车组。内燃动力包控制系统实现了柴油机的控制、散热系统的控制及发电机的保护等功能，并为整车的控制提供了集成的接口。现有技术中的动车组控制系统中没有集成的动力包，只有内燃动车组，这样需要主机厂独立考虑组成动力包各个部件的解决方案，而且需要考虑各个部件的兼容性。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种混合动力动车组内燃动力包电控系统，包括动力包控制单元、柴油机电喷控制单元、超级电容和超级电容充电电源，所述超级电容充电电源与超级电容相连接，
所述柴油机电喷控制单元采集动车组上柴油机的运行信息、柴油机的冷却液温度信息、柴油机增压器的空气温度信息、柴油机风扇的运行状态信息、增压器压力状态及机油油位信息，将采集到的信息传送至动力包控制单元，所述动力包控制单元对接收到的数据信息进行分析和处理实时控制动车组柴油机的工作，所述动力包控制单元将对柴油机的实时监控信息传送至动车组上的控制计算机内；
柴油机在起动时：所述动力包控制单元接收柴油机电喷控制单元和外部传感器传送的柴油机的状态信息，判定柴油机无故障信号后，启动安装在柴油机上的继电器上电，所述动力包主控单元接收柴油机电喷控制单元传送的柴油机实际转速信息，当转速大于设定阈值时，启动继电器断电，柴油机正常起动。
当柴油机电喷控制单元检测到柴油机的冷却液温度达到设定的阈值时，动力包控制单元对柴油机进行卸载使其空载运行，如果在规定时间内柴油机的冷却液温度继续上升或没有下降到设定的阈值时，则对柴油机进行停机处理，如果在规定时间内冷却液温度低于设定的阈值时，则柴油机加载运行。
所述动力包控制单元至少包括中央处理模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块；
所述中央处理模块接收数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块传送的数据信息，通过CAN总线与柴油机电喷控制单元进行数据通讯，采集柴油机运行状态信息并控制柴油机的运行，根据采集的数据信息对柴油机进行监控；动力包控制单元的当前状态通过模拟量输入输出模块传至TCU，并通过数字量输入输出模块驱动相应继电器的动作，进行柴油机的启停或保护。
所述中央处理模块具有两路CAN接口，所述动力包控制单元通过CANOPEN协议与柴油机电喷控制单元和动车组上的控制计算机数据通信。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的混合动力动车组内燃动力包电控系统中的动力包是集成的，不需要主机厂独立考虑组成动力包各个部件的解决方案以及各个部件的兼容性。即采用动力包控制单元和柴油机电喷控制单元之间互相数据通信，保证柴油机在安全稳定无故障下稳定工作，保证了动车组的安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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。
图1为本发明混合动力动车组内燃动力包电控系统的结构示意图；
图2为本发明中柴油机启动过程的示意图；
图3为本发明中柴油机监控过程的示意图；
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1所示的一种混合动力动车组内燃动力包电控系统，包括动力包控制单元1、柴油机电喷控制单元2(EDC)、超级电容3和超级电容充电电源4，所述超级电容充电电源4与超级电容3相连接，柴油机电喷控制单元2与动力包控制单元1之间数据通信，所述超级电容3与动车组上的柴油机相连接，柴油机上连接有用于检测柴油机拖动的发电机工作状况的电压电流测量装置5，电压电流测量装置5与动力包控制单元1相连接。所述超级电容3为柴油机启动马达供电。在动力包控制单元1和柴油机电喷控制单元2上都连接有为其供电的电源。
所述柴油机电喷控制单元2采集动车组上柴油机的运行信息、柴油机的冷却液温度信息、柴油机增压器的空气温度信息、柴油机风扇的运行状态信息、增压器压力状态及机油油位信息，将采集到的信息传送至动力包控制单元1，所述动力包控制单元1对接收到的数据信息进行分析和处理实时控制动车组柴油机的工作，所述动力包控制单元1将对柴油机的实时监控信息传送至动车组上的控制计算机内。
如图2和图3所示，柴油机在起动时：所述动力包控制单元接收柴油机电喷控制单元2和外部传感器传送的柴油机的多项数据信息，判定柴油机无故障信号后，启动安装在柴油机上的继电器上电，所述动力包主控单元1接收柴油机电喷控制单元2传送的柴油机实际转速信息，当转速大于设定阈值时，启动继电器断电，柴油机正常起动。实际操作时，一般当柴油机的转速大于300rpm，停止启动电机。
当柴油机电喷控制单元2检测到柴油机的冷却液温度达到设定的阈值时，动力包控制单元对柴油机进行卸载使其空载运行，如果在规定时间内柴油机的冷却液温度继续上升或没有下降到设定的阈值时，则对柴油机进行停机处理，如果在规定时间内冷却液温度低于设定的阈值时，则柴油机加载运行。
所述动力包控制单元1至少包括中央处理模块13、数字量输入输出模块11、模拟量输入输出模块12；
所述中央处理模块13接收数字量输入输出模块11和模拟量输入输出模块12传送的数据信息，通过CAN总线与柴油机电喷控制单元2进行数据通讯，采集柴油机运行状态信息并控制柴油机的运行，根据采集的数据信息对柴油机进行监控；动力包控制单元1的当前状态通过模拟量输入输出模块12传至TCU(自动变速箱控制单元)，并通过数字量输入输出模块11驱动相应继电器的动作，进行柴油机的启停或保护。
所述中央处理模块13具有两路CAN接口，所述动力包控制单元1通过CANOPEN协议与柴油机电喷控制单元2和动车组上的控制计算机数据通信。
动力包控制单元1选用西创公司的TCMS系统。超级电容3选用百纳电气的32V/250f超级电容模块，420(L)X 195(W)X 185(H),12kg，可智能充电，工作温度-40℃—70℃。超级电容电源4选用ABSOPULSE公司的RWY500系列电源，输入110V，输出24V/20A。
在实际检测时需要检测柴油机的冷却液温度，冷却液适宜温度一般在85℃到90℃之间，允许连续运转的温度是90℃，短时允许温度达到95℃，当冷却液温度达到100℃时，必须采取措施保护柴油机。柴油机必须卸载，在大约1100rpm空载运行。如果冷却液温度继续上升或在2分钟后没有下降到90℃，柴油机必须停机。如果冷却液温度在2分钟内小于90℃，柴油机可以加载运行。冷却液温度在95℃报警，95℃以上冷却液温度每升高1K，降低3％功率。
对柴油机压力的监控，机油压力根据柴油机转速监控，在柴油机起机10秒后开始监控。特性曲线是在≤500rpm时为0.5bar，在≥2000rpm时为2.0bar。如果油压低于这个特性曲线，柴油机必须在卸载后停机。
柴油机油位监控在每次起机前必须监控。如果油位不在允许范围，必须有一个适当的回路阻止柴油机起动。柴油机必须在油位修正或错误信息确认后才能允许起动。油位传感器应在柴油机不运转或柴油机停机至少3分钟后工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合动力动车组内燃动力包电控系统，其特征在于：包括动力包控制单元、柴油机电喷控制单元、超级电容和超级电容充电电源，所述超级电容充电电源与超级电容相连接；
所述柴油机电喷控制单元采集动车组上柴油机的运行信息、柴油机的冷却液温度信息、柴油机增压器的空气温度信息、柴油机风扇的运行状态信息、增压器压力状态及机油油位信息，将采集到的信息传送至动力包控制单元，所述动力包控制单元对接收到的数据信息进行分析和处理实时控制动车组柴油机的工作，所述动力包控制单元将对柴油机的实时监控信息传送至动车组上的控制计算机内；
柴油机在起动时：所述动力包控制单元接收柴油机电喷控制单元和外部传感器传送的柴油机的状态信息，判定柴油机无故障信号后，启动安装在柴油机上的继电器上电，所述动力包控制单元接收柴油机电喷控制单元传送的柴油机实际转速信息，当转速大于设定阈值时，启动继电器断电，柴油机正常起动；
当柴油机电喷控制单元检测到柴油机的冷却液温度达到设定的阈值时，动力包控制单元对柴油机进行卸载使其空载运行，如果在规定时间内柴油机的冷却液温度继续上升或没有下降到设定的阈值时，则对柴油机进行停机处理，如果在规定时间内冷却液温度低于设定的阈值时，则柴油机加载运行。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力动车组内燃动力包电控系统，其特征还在于：所述动力包控制单元至少包括中央处理模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块；
所述中央处理模块接收数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块传送的数据信息、通过CAN总线与柴油机电喷控制单元进行数据通讯，所述中央处理模块根据接收到的柴油机的运行状态信息对柴油机进行监控；动力包控制单元的当前状态通过模拟量输入输出模块传至TCU，并通过数字量输入输出模块驱动相应继电器的动作进行柴油机的启停或保护。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力动车组内燃动力包电控系统，其特征还在于：所述中央处理模块具有两路CAN接口，所述动力包控制单元通过CANOPEN协议与柴油机电喷控制单元和动车组上的控制计算机数据通信。
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