CN104590057B - 一种无轨电车供电控制方法和供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无轨电车供电控制方法和供电系统。该供电控制方法为：当线网电压U满足：U≥U1时，DCDC输入端电压闭环控制，输出端电压闭环控制；当U<U1时，DCDC输入端电压闭环控制，输出端电压开环控制，输出端电压跟随动力电池的电压；其中，U1大于线网满足整车要求时的临界电压值。该供电系统包括DCDC模块，该DCDC模块包括至少两个逆变单元，每个逆变单元对应设置一个变压器和一个整流单元，逆变单元、变压器和整流单元依次连接，逆变单元的输入端并联，整流单元的输出端串联。根据线网电压所处的范围对DCDC输入端电压和DCDC输出端电压的闭环或者开环控制，能够有效将DCDC输入端电压稳定在一定的区间内，使高压电气系统工作在高效区内。

Description

一种无轨电车供电控制方法和供电系统
技术领域
本发明涉及一种无轨电车供电控制方法和供电系统，属于无轨电车供电领域。
背景技术
无轨电车以其“零排放”的优点，可满足大气污染治理的需求，且符合新能源汽车的发展方向，日益受到了人们的关注。
传统的无轨电车因存在高压安全问题而倍受争议，其无法实现与线网的高压隔离，当车辆绝缘失效时，易使车辆与大地连通，产生人身触电的伤害。且高压失效点多，失效风险大。若单独在整车电源系统中增加隔离装置，则存在模块重复、设计冗余等缺点。
同时，无轨电车因线网内阻而引起的整条馈线始末端电压相差大，车辆供电范围宽，若直接给高压电器系统供电，导致部件设计难度大，且经常工作于非高效区，影响系统效率，另外，也有线网损耗、整车电耗增加的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种无轨电车供电控制方法，用以解决传统的无轨电车供电效率低下的问题，本发明还提供一种无轨电车供电系统。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种无轨电车供电控制方法，直流线网通过DCDC连接动力电池，动力电池输出连接负载，该控制方法为：
当线网电压U满足：U≥U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压闭环控制，DCDC输出端电流闭环控制；
当线网电压U满足：U<U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压；其中，U1大于线网满足整车要求时的临界电压值。
当线网电压U满足：U2≤U<U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压；
当线网电压U满足：U3≤U<U2时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压，DCDC输出端电流闭环控制；其中，U2为线网满足整车要求时的临界电压值，U3小于线网满足整车要求时的临界电压值。
当线网电压U满足：U>Umax或者U<U3时，DCDC停机。
U1、U2和U3满足：1.5Vin>U1>0.8Vin，0.8Vin>U2>0.6Vin,U3<0.55Vin，Vin为线网标称电压。
本发明的方案还包括一种实施上述无轨电车供电控制方法的无轨电车供电系统，该供电系统包括DCDC模块，该DCDC模块有一个用于连接直流线网的输入端，有一个用于连接动力电池的输出端；该DCDC模块包括至少两个逆变单元，每个逆变单元对应设置一个变压器和一个整流单元，逆变单元、变压器和整流单元依次连接，逆变单元的输入端并联，整流单元的输出端串联。
该供电系统还包括一个控制装置，该控制装置包括一个控制器，控制器控制连接DCDC模块，控制器用于采集DCDC模块的输入端电压、输出端电压、输入端电流和输出端电流。
供电系统的输入端设置一个用于连接供电线网的预充电电路，预充电电路包括二极管、电阻、第一开关和第二开关，二极管、电阻和第一开关串联后与第二开关并联。
控制装置还包括设置在变压器输入端的电流采样装置，控制器采样连接电流采样装置。
控制装置还包括一个用于驱动DCDC模块中的开关元件导通与否的驱动模块，控制器控制连接驱动模块。
本发明提供的无轨电车供电控制方法的有益效果是：通过实时检测并判断线网电压，确定线网电压所处的范围，根据线网电压所处的范围对DCDC输入端电压和DCDC输出端电压的闭环或者开环控制，该控制方法能够有效将DCDC输入端电压稳定在一定的区间内，使高压电气系统工作在高效区内。
并且，通过稳定DCDC输入端电压，能够实现线网高效利用，减小电车对线网的冲击。
本发明提供的无轨电车供电系统的有益效果是：隔离DCDC模块包括至少两个逆变单元和与之对应的整流单元，逆变单元的输入端并联，整流单元的输出端串联，该隔离DCDC模块能够实现低电压输入，高电压输出。所以，在使用电压较低的线网供电时，根据隔离DCDC模块也能够输出较高的输出电压，很大程度上满足了无轨电车的需求。
附图说明
图1是无轨电车供电系统整体结构图；
图2是DCDC模块与控制模块之间的连接关系图；
图3是隔离DCDC模块的结构图；
图4是无轨电车供电控制方法流程图；
图5是控制优先级示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种无轨电车供电控制方法，直流线网通过DCDC连接动力电池，动力电池输出连接负载，该控制方法为：
当线网电压U满足：U≥U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压闭环控制；
当线网电压U满足：U<U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压；
其中，U1大于线网满足整车要求时的临界电压值。
一种实施上述无轨电车供电控制方法的无轨电车供电系统，该供电系统包括DCDC模块，DCDC模块有一个用于连接直流线网的输入端，有一个用于连接动力电池的输出端；
该DCDC模块包括至少两个逆变单元，每个逆变单元对应设置一个变压器和一个整流单元，逆变单元、变压器和整流单元依次连接，逆变单元的输入端并联，整流单元的输出端串联。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
如图1所示，无轨电车供电系统包括隔离式DCDC，动力电池和负载。隔离式DCDC的输入端连接供电直流线网，隔离式DCDC的输出端连接动力电池，动力电池输出连接负载。
如图2所示，该供电系统还包括MCU，MCU采集隔离式DCDC输入端的电压、隔离式DCDC输出端的电压、隔离式DCDC输入端和输出端的电流。
隔离式DCDC包括至少两个逆变单元和与逆变单元对应设置的变压器和整流单元，以两个逆变单元为例，如图3所示，逆变单元的输出端连接对应变压器的原边绕组，变压器的副边绕组连接对应的整流单元的输入端。这两个逆变单元的输入端并联，对应的两个整流单元的输出端串联。
该供电系统还包括驱动电路，MCU控制连接该驱动电路，该驱动电路用于驱动隔离DCDC模块中的开关元件(S1、S2……S8)导通与否。作为其他的实施方式，也可以不使用驱动电路，选用一个集成驱动功能的控制器也可以控制驱动该DCDC模块。
在供电线网与隔离式DCDC的输入端之间的线路上有一个预充电电路，该预充电电路包括二极管D11、电阻R3、开关K1和开关K2，二极管D11、电阻R3和开关K2串联后与开关K1并联。该预充电电路的作用是：防止电容器C1瞬间导通产生的短路电流过大而损坏元件。
整车上电完成，隔离式DCDC根据整车控制器MCU的功率需求，输出功率(包括整车驱动系统、附件系统用电及动力电池充电)。
如图4所示，该供电控制方法为：
当线网能力满足整车要求时：
当线网电压U≥U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压闭环控制，输出端电流闭环控制，此时隔离DCDC全功率工作。
当线网电压满足：U1>U≥U2时，DCDC输入端电压闭环控制，通过电流实现功率限制，此时DCDC输出端电压开环控制，输出端电压跟踪电池电压，此时隔离DCDC全功率工作。
当线网能力不满足整车要求时：
当线网电压满足：U2>U≥U3时，DCDC输入端电压闭环控制，通过输出电流实现功率限制，此时DCDC输出端电压开环控制，输出端电流闭环控制，输出端电压跟踪电池电压，此时隔离DCDC最大电流输出。
当线网电压满足：U3>U时，隔离式DCDC进入输入欠压保护模式，隔离DCDC停机，不输出功率，此时整车功率全部由动力电池提供。
另外，当线网电压满足：U>Umax时，隔离DCDC进入输入过压保护模式，隔离DCDC停机。Umax为隔离DCDC输入端允许的最大电压。
其中，U1大于线网满足整车要求时的临界电压值，U2为线网满足整车要求时的临界电压值，U3小于线网满足整车要求时的临界电压值。进一步地，为提高系统的工作效率，保证线网的利用率，对于U1、U2和U3的值可以更加准确的确定其范围：1.5Vin>U1>0.8Vin，0.8Vin>U2>0.6Vin,U3<0.55Vin，Vin为线网标称电压。
隔离式DCDC输出电压为Vout，动力电池标称电压为UBATTERY波动范围为0.75-1.3UBATTERY，其中标称Vout为1.1UBATTERY,最大值为1.25UBATTERY。
进一步地，在变压器的输入端也可以设置电流采样装置，MCU采样连接该电流采样装置。MCU实时采集变压器输入端的电流，当隔离式DCDC的输出功率不均衡或过流时，隔离式DCDC进入均衡电流模式，控制器相应地调节DCDC中的开关元件(S1、S2……S8)的占空比，来调整负载能力，达到均流的目的。
在线网电压控制时，隔离式DCDC的各个功能的优先级如图5所示，其中，DCDC保护的优先级最高，其次是DCDC的限流功能，最后是DCDC输入端电压闭环控制和输出端电压闭环控制。
上述实施方式中，实施上述无轨电车供电控制方法的是上述提供的供电系统，作为其他的实施方式，还能够使用其他的供电系统来实施上述无轨电车供电控制方法，比如说：将上述供电系统中DCDC中的逆变单元和整流单元各替换为一个也可以，只要是一个能够正常工作的DCDC模块即可。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无轨电车供电控制方法，直流线网通过DCDC连接动力电池，动力电池输出连接负载，其特征在于，所述控制方法为：
当线网电压U满足：U≥U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压闭环控制，DCDC输出端电流闭环控制；
当线网电压U满足：U<U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压；
其中，U1大于线网满足整车要求时的临界电压值。
2.根据权利要求1所述的无轨电车供电控制方法，其特征在于，
当线网电压U满足：U2≤U<U1时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压；
当线网电压U满足：U3≤U<U2时，DCDC输入端电压闭环控制，DCDC输出端电压开环控制，DCDC输出端电压跟随动力电池的电压，DCDC输出端电流闭环控制；
其中，U2为线网满足整车要求时的临界电压值，U3小于线网满足整车要求时的临界电压值。
3.根据权利要求2所述的无轨电车供电控制方法，其特征在于，
当线网电压U满足：U>Umax或者U<U3时，DCDC停机；所述Umax为DCDC输入端允许的最大电压。
4.根据权利要求3所述的无轨电车供电控制方法，其特征在于，所述U1、U2和U3满足：1.5Vin>U1>0.8Vin，0.8Vin>U2>0.6Vin,U3<0.55Vin，Vin为线网标称电压。
5.一种实施权利要求1所述的无轨电车供电控制方法的无轨电车供电系统，其特征在于，所述供电系统包括DCDC模块，所述DCDC模块有一个用于连接直流线网的输入端，有一个用于连接动力电池的输出端；
所述DCDC模块包括至少两个逆变单元，每个逆变单元对应设置一个变压器和一个整流单元，所述逆变单元、变压器和整流单元依次连接，所述逆变单元的输入端并联，所述整流单元的输出端串联。
6.根据权利要求5所述的无轨电车供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括一个控制装置，所述控制装置包括一个控制器，所述控制器控制连接所述DCDC模块，所述控制器用于采集所述DCDC模块的输入端电压、输出端电压、输入端电流和输出端电流。
7.根据权利要求6所述的无轨电车供电系统，其特征在于，所述供电系统的输入端设置一个用于连接供电线网的预充电电路，所述预充电电路包括二极管、电阻、第一开关和第二开关，所述二极管、电阻和第一开关串联后与第二开关并联。
8.根据权利要求7所述的无轨电车供电系统，其特征在于，所述控制装置还包括设置在所述变压器输入端的电流采样装置，控制器采样连接所述电流采样装置。
9.根据权利要求8所述的无轨电车供电系统，其特征在于，所述控制装置还包括一个用于驱动DCDC模块中的开关元件导通与否的驱动模块，所述控制器控制连接所述驱动模块。
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