CN107054102B - 一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，该系统主要包括多能源控制模块、动力电池能量管理模块、线网能量管理模块。根据整车状态、司机驾驶行为来计算整车的功率需求，并进行动力电池和线网的多能源控制分配；按照多能源控制模块的指令分配管理各自的能量流向及功率，最终达到车载动力电池和线网能量的平衡利用。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车设计与制造的技术领域，特别是涉及一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法。
背景技术
目前，在城市空气污染加重和石油对外依存度越来越高的严峻形势下，国内传统的燃油客车已无法满足节能减排的需要，国家开始大力推广新能源汽车。新能源汽车主要包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车等各类别产品。其中，纯电动汽车符合节能环保的要求，但是纯电动汽车中存在的续驶里程短、大容量电池和充电站的建设成本等问题制约了其发展。
然而，纯电动汽车仍然需要设置大量充电桩为其快速充电。近年来，随着纯电动客车的进一步发展，无轨电车技术再次被人们所关注。在现有技术中，无轨电车能够实现车辆的挂网纯电动行驶，无需额外设立充电桩，但对线网的依赖性强，不能脱网运营同样制约其发展。因此，将线网能源或者其他能源和纯电动电池能源相结合的双源无轨电车备受关注。双源无轨电车多应用于公交线路中，双源无轨电车采用了快充电池系统及已有网线设施，在有架空网线的路段可依靠电网供电驱动车辆运行，同时可对电池进行充电，在无架空网线区段则靠储能系统中储存的电量运行；从而克服了纯电动汽车和无轨电车需充电桩或受制于电网布局的天生缺陷，实现“多线路运行、共享网线充电”，解决了纯电动汽车的续驶里程短、大容量电池和充电站的建设成本等问题。现有技术中的双源无轨电车实现了双源供电，使车辆既能搭线运行，又能脱线运行，解决了电车机动性差的缺陷；同时采用了自动升降的集电杆，克服了电车经常出现的“掉辫子”现象。
然而，现有技术中的双源无轨电车中存在了一些问题。随着城市化进程的加快，各地新增双源无轨电车的数量也明显放量，但是由于双源无轨电车线网变电站可增容量有限。当车载动力电池电量不足时，由于能量主要来自线网导致线网负荷过大，经常出现多辆双源无轨电车争抢线网资源导致集体无法运行甚至变电站跳闸；当双源无轨电车车载动力电池电量较多时，出于对车载动力电池的保护就会降低整车制动能量回收的功率，导致能量白白浪费。由于制动能量回收功能的减弱甚至失效也会延长整车的制动距离致使安全性降低。
综上所述，现有技术中对于如何解决现有双源无轨电车因数量大幅增加与双源无轨电车线网变电站可增容量有限之间存在矛盾，导致双源无轨电车车载电池和无轨电车线网的电量不平衡，出现多辆双源无轨电车停止运行甚至变电站跳闸，或整车制动能量回收的功率降低，能量白白浪费，甚至延长整车的制动距离致使安全性降低的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
本发明为了克服的现有技术中存在的上述问题，提供一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，实现双源无轨电车车载电池和无轨电车线网的电量平衡，一方面保证车载动力电池维持合适的电量，另一方面在运行时进行车载动力电池供电和线网供电的合理调配，达到车网电量平衡。
为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：
一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统，该系统包括：
控制层，所述控制层用于计算整车功率需求，并进行车载动力电池和线网的多能源控制分配，并将控制分配指令发送至执行层；
和
执行层，所述执行层接收所述控制层的控制分配指令，根据所述控制分配指令管理能量流向及功率，达到车载动力电池和线网能量的平衡。
进一步的，所述控制层包括多能源控制模块，
所述多能源控制模块与车载终端连接，通过车载终端采集双源无轨电车的车辆信息，并根据车辆信息计算整车的电能功率需求；
所述多能源控制模块与所述执行层连接，接收所述执行层的反馈信息，所述多能源控制模块根据计算出的整车电能功率需求和执行层的反馈信息进行车载动力电池和线网的多能源控制分配，并将控制分配指令发送至执行层。
进一步的，所述双源无轨电车的车辆信息包括双源无轨电车的整车状态和司机驾驶行为。
进一步的，所述执行层包括：
动力电池能量管理模块，所述动力电池能量管理模块根据所述多能源控制模块的控制分配指令管理车载动力电池的能量流向和功率；
和
线网能量管理模块，所述线网能量管理模块根据所述多能源控制模块的控制分配指令管理线网的能量流向和功率；
所述动力电池能量管理模块和所述线网能量管理模块共同管理达到车载动力电池和线网能量的平衡。
进一步的，所述车载动力电池和线网能量的平衡包括：整车电能功率需求和车载动力电池电能及线网能量的平衡，所述车载动力电池和线网能量的平衡可以保持车载动力电池和线网能量的合理协调利用，避免多辆车争抢线网资源造成多辆双源无轨电车停止运行。
进一步的，所述车载动力电池和线网能量的平衡包括：车载动力电池当前荷电状态处于设定的第一荷电状态和第二荷电状态之间，保证车载动力电池的荷电状态始终处于最佳状态，延长车载动力电池的使用寿命。
本发明为了克服的现有技术中存在的上述问题，提供一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，实现双源无轨电车车载电池和无轨电车线网的电量平衡，一方面保证车载动力电池维持合适的电量，另一方面在运行时进行车载动力电池供电和线网供电的合理调配，达到车网电量平衡。
为了实现上述目的，本发明采用如下另一种技术方案：
一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，该控制方法基于所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统，包括以下步骤：
(1)在所述多能源控制模块中根据车辆状况和人为经验设定第一电荷状态和第二电荷状态，第一电荷状态大于第二电荷状态；
(2)所述多能源控制模块根据双源无轨电车整车状态和司机驾驶行为计算整车的功率需求，判断所述动力电池能量管理模块反馈的当前电荷状态与设定的第一电荷状态、第二电荷状态的关系，确定车载动力电池的能量流向和其功率大小，以及线网的电能流向和其电能功率大小。
进一步的，在所述步骤(2)中，如果当前电荷状态大于第一电荷状态，则整车的功率需求等于车载动力电池功率大小的负数，即整车需求的电功率主要来自车载动力电池的放电，
若此时车载动力电池功率小于整车的功率需求，则线网的电能功率大小等于整车的功率需求与车载动力电池功率的差值，并以线网的电能功率大小的功率对车载动力电池进行电能补充，共同满足整车的功率需求，直至车载动力电池的当前电荷状态降到设定的第一电荷状态以下。
进一步的，在所述步骤(2)中，如果当前电荷状态小于第一电荷状态，同时大于第二电荷状态，则整车的功率需求等于线网电能功率大小，即整车需求的电功率主要来自线网能量，此时车载动力电池的功率大小根据整车需求的功率大小进行适当调整，此过程中当前电荷状态保持小于第一电荷状态、大于第二电荷状态；
若整车的功率需求小于线网电能功率大小，则车载动力电池的功率大小等于线网电能功率大小与整车的功率需求的差值，即在整车正常行驶的过程中，线网以车载动力电池的功率大小对车载动力电池进行充电；
若整车的功率需求大于线网电能功率大小，则车载动力电池的功率大小的负值等于整车的功率需求与线网电能功率大小的差值，即在整车正常行驶的过程中，车载动力电池以车载动力电池的功率大小的负值对线网电能进行补充，共同驱动车辆。
进一步的，在所述步骤(2)中，如果当前电荷状态小于第二电荷状态，
此时若整车的功率需求大于线网电能功率大小，则线网的电能功率全部用于驱动双源无轨电车，车载动力电池的功率大小为零，即车载动力电池不充电也不放电；
若整车的功率需求小于线网电能功率大小，除了线网的电能功率全部用于驱动双源无轨电车外，线网还以线网电能功率大小与整车的功率需求的差值对车载动力电池进行充电，直至车载动力电池的当前电荷状态回归至大于第二电荷状态、小于第一电荷状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，始终维持整车电能功率需求和车载动力电池电能及线网能量的平衡，保持车载动力电池和线网能量的合理协调利用，避免多辆车争抢线网资源造成多辆双源无轨电车停止运行；
2、本发明的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，始终维持车载动力电池的当前电荷状态处于大于设定的第二电荷状态、小于设定的第一电荷状态，保证车载动力电池的当前荷电状态始终处于最佳状态，最大限度延长车载动力电池的使用寿命。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现有双源无轨电车因数量大幅增加与双源无轨电车线网变电站可增容量有限之间存在矛盾，导致双源无轨电车车载电池和无轨电车线网的电量不平衡，出现多辆双源无轨电车停止运行甚至变电站跳闸，或整车制动能量回收的功率降低，能量白白浪费，甚至延长整车的制动距离致使安全性降低的问题。本发明为了克服的现有技术中存在的上述问题，
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，
一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统，该系统包括：
控制层，所述控制层用于计算整车功率需求，并进行车载动力电池和线网的多能源控制分配，并将控制分配指令发送至执行层；
和
执行层，所述执行层接收所述控制层的控制分配指令，根据所述控制分配指令管理能量流向及功率，达到车载动力电池和线网能量的平衡。
所述控制层包括多能源控制模块，
所述多能源控制模块与车载终端连接，通过车载终端采集双源无轨电车的车辆信息，并根据车辆信息计算整车的电能功率需求；
所述多能源控制模块与所述执行层连接，接收所述执行层的反馈信息，所述多能源控制模块根据计算出的整车电能功率需求和执行层的反馈信息进行车载动力电池和线网的多能源控制分配，并将控制分配指令发送至执行层。
所述双源无轨电车的车辆信息包括双源无轨电车的整车状态和司机驾驶行为。司机的驾驶行为对电动汽车能耗影响很大，相同的整车状态，不同司机驾驶行为所计算的整车的电能功率需求不同。倾向于高速行车和高动力要求的司机驾驶行为行车能耗较高，需要的电能功率大。
所述执行层包括：
动力电池能量管理模块，所述动力电池能量管理模块根据所述多能源控制模块的控制分配指令管理车载动力电池的能量流向和功率；
和
线网能量管理模块，所述线网能量管理模块根据所述多能源控制模块的控制分配指令管理线网的能量流向和功率；
所述动力电池能量管理模块和所述线网能量管理模块共同管理达到车载动力电池和线网能量的平衡。
所述车载动力电池和线网能量的平衡包括：整车电能功率需求和车载动力电池电能及线网能量的平衡，所述车载动力电池和线网能量的平衡可以保持车载动力电池和线网能量的合理协调利用，避免多辆车争抢线网资源造成多辆双源无轨电车停止运行。
所述车载动力电池和线网能量的平衡包括：车载动力电池当前荷电状态SOC处于设定的第一荷电状态SOC1和第二荷电状态SOC2之间，保证车载动力电池的荷电状态始终处于最佳状态(SOC2＜SOC＜SOC1)，延长车载动力电池的使用寿命。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现有双源无轨电车因数量大幅增加与双源无轨电车线网变电站可增容量有限之间存在矛盾，导致双源无轨电车车载电池和无轨电车线网的电量不平衡，出现多辆双源无轨电车停止运行甚至变电站跳闸，或整车制动能量回收的功率降低，能量白白浪费，甚至延长整车的制动距离致使安全性降低的问题。本发明为了克服的现有技术中存在的上述问题，
本申请的一种典型的实施方式中，
一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，该控制方法基于所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统，包括以下步骤：
(1)在所述多能源控制模块中根据车辆状况和人为经验设定第一电荷状态SOC1和第二电荷状态SOC2，第一电荷状态SOC1大于第二电荷状态SOC2；
(2)所述多能源控制模块根据双源无轨电车整车状态和司机驾驶行为计算整车的功率需求P0，判断所述动力电池能量管理模块反馈的当前电荷状态SOC与设定的第一电荷状态SOC1、第二电荷状态SOC2的关系，确定车载动力电池的能量流向和其功率大小P1，以及线网的电能流向和其电能功率大小P2。
在所述步骤(2)中，如果当前电荷状态SOC大于第一电荷状态SOC1，SOC＞SOC1，则整车的功率需求P0等于车载动力电池功率大小的负数，P0＝-P1，即整车需求的电功率P0主要来自车载动力电池的放电，
若此时车载动力电池功率P1小于整车的功率需求P0，P1＜P0，则线网的电能功率大小P2等于整车的功率需求P0与车载动力电池功率P1的差值，P2＝P0-P1，并以线网的电能功率大小P2的功率对车载动力电池P1进行电能补充，共同满足整车的功率P0需求，直至车载动力电池的当前电荷状态SOC降到设定的第一电荷状态SOC1以下。
在所述步骤(2)中，如果当前电荷状态SOC小于第一电荷状态SOC1，同时大于第二电荷状态SOC2，SOC2＜SOC＜SOC1，则整车的功率需求P0等于线网电能功率大小P2，P0＝P2，即整车需求的电功率P0主要来自线网能量，此时车载动力电池的功率大小P1根据整车需求的功率大小P0进行适当调整，此过程中当前电荷状态SOC保持小于第一电荷状态SOC1、大于第二电荷状态SOC2，SOC2＜SOC＜SOC1；
若整车的功率需求P0小于线网电能功率大小P2，P2＞P0，则P1＝P2-P0，则车载动力电池的功率大小等于线网电能功率大小与整车的功率需求P0的差值，即在整车正常行驶的过程中，线网以车载动力电池的功率大小对车载动力电池进行充电；
若整车的功率需求P0大于线网电能功率大小P2，P0＞P2，则-P1＝P0-P2，则车载动力电池的功率大小的负值等于整车的功率需求P0与线网电能功率大小的差值，即在整车正常行驶的过程中，车载动力电池以车载动力电池的功率大小的负值-P1对线网电能P2进行补充，共同驱动车辆。
在所述步骤(2)中，如果当前电荷状态SOC小于第二电荷状态SOC2，SOC＜SOC2，
此时若整车的功率需求P0大于线网电能功率大小P2，P0＞P2，则线网的电能功率P2全部用于驱动双源无轨电车，车载动力电池的功率大小为零，P1＝0，即车载动力电池不充电也不放电；
若整车的功率需求P0小于线网电能功率大小P2，P0＜P2，除了线网的电能功率P2全部用于驱动双源无轨电车外，线网还以线网电能功率大小P2与整车的功率需求P0的差值P1＝P2-P0对车载动力电池进行充电，直至车载动力电池的当前电荷状态SOC回归至大于第二电荷状态SOC2、小于第一电荷状态SOC1。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，始终维持整车电能功率需求和车载动力电池电能及线网能量的平衡，保持车载动力电池和线网能量的合理协调利用，避免多辆车争抢线网资源造成多辆双源无轨电车停止运行；
2、本发明的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统及控制方法，始终维持车载动力电池的当前电荷状态处于大于设定的第二电荷状态、小于设定的第一电荷状态，保证车载动力电池的当前荷电状态始终处于最佳状态，最大限度延长车载动力电池的使用寿命。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并非对本发明保护范围的限制，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改、等同替换或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，该控制方法基于一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统，该系统包括：
控制层，所述控制层用于计算整车功率需求，并进行车载动力电池和线网的多能源控制分配，并将控制分配指令发送至执行层；
执行层，所述执行层接收所述控制层的控制分配指令，根据所述控制分配指令管理能量流向及功率，达到车载动力电池和线网能量的平衡；
该控制方法包括以下步骤：
(1)在多能源控制模块中根据车辆状况和人为经验设定第一荷电状态和第二荷电状态，第一荷电状态大于第二荷电状态；
(2)多能源控制模块根据双源无轨电车整车状态和司机驾驶行为计算整车的功率需求，判断动力电池能量管理模块反馈的当前荷电状态与设定的第一荷电状态、第二荷电状态的关系，确定车载动力电池的能量流向和其功率大小，以及线网的电能流向和其电能功率大小；
在所述步骤(2)中，如果当前荷电状态大于第一荷电状态，则整车的功率需求等于车载动力电池功率大小的负数，即整车需求的电功率主要来自车载动力电池的放电，
若此时车载动力电池功率小于整车的功率需求，则线网的电能功率大小等于整车的功率需求与车载动力电池功率的差值，并以线网的电能功率大小的功率对车载动力电池进行电能补充，共同满足整车的功率需求，直至车载动力电池的当前荷电状态降到设定的第一荷电状态以下。
2.如权利要求1所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，其特征是：所述控制层包括多能源控制模块，
所述多能源控制模块与车载终端连接，通过车载终端采集双源无轨电车的车辆信息，并根据车辆信息计算整车的电能功率需求；
所述多能源控制模块与所述执行层连接，接收所述执行层的反馈信息，所述多能源控制模块根据计算出的整车电能功率需求和执行层的反馈信息进行车载动力电池和线网的多能源控制分配，并将控制分配指令发送至执行层。
3.如权利要求2所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，其特征是：所述双源无轨电车的车辆信息包括双源无轨电车的整车状态和司机驾驶行为。
4.如权利要求1所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，其特征是：所述执行层包括：
动力电池能量管理模块，所述动力电池能量管理模块根据所述多能源控制模块的控制分配指令管理车载动力电池的能量流向和功率；
和
线网能量管理模块，所述线网能量管理模块根据多能源控制模块的控制分配指令管理线网的能量流向和功率；
所述动力电池能量管理模块和所述线网能量管理模块共同管理达到车载动力电池和线网能量的平衡。
5.如权利要求4所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，其特征是：所述车载动力电池和线网能量的平衡包括：整车电能功率需求和车载动力电池电能及线网能量的平衡，所述车载动力电池和线网能量的平衡可以保持车载动力电池和线网能量的合理协调利用。
6.如权利要求4所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统，其特征是：所述车载动力电池和线网能量的平衡包括：车载动力电池当前荷电状态处于设定的第一荷电状态和第二荷电状态之间，保证车载动力电池的荷电状态始终处于最佳状态。
7.如权利要求1所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，其特征是：在所述步骤(2)中，如果当前荷电状态小于第一荷电状态，同时大于第二荷电状态，则整车的功率需求等于线网电能功率大小，即整车需求的电功率主要来自线网能量，此时车载动力电池的功率大小根据整车需求的功率大小进行适当调整，此过程中当前荷电状态保持小于第一荷电状态、大于第二荷电状态；
若整车的功率需求小于线网电能功率大小，则车载动力电池的功率大小等于线网电能功率大小与整车的功率需求的差值，即在整车正常行驶的过程中，线网以车载动力电池的功率大小对车载动力电池进行充电；
若整车的功率需求大于线网电能功率大小，则车载动力电池的功率大小的负值等于整车的功率需求与线网电能功率大小的差值，即在整车正常行驶的过程中，车载动力电池以车载动力电池的功率大小的负值对线网电能进行补充，共同驱动车辆。
8.如权利要求1所述的一种双源无轨电车用车网电量平衡控制系统的控制方法，其特征是：在所述步骤(2)中，如果当前荷电状态小于第二荷电状态，
此时若整车的功率需求大于线网电能功率大小，则线网的电能功率全部用于驱动双源无轨电车，车载动力电池的功率大小为零，即车载动力电池不充电也不放电；
若整车的功率需求小于线网电能功率大小，除了线网的电能功率全部用于驱动双源无轨电车外，线网还以线网电能功率大小与整车的功率需求的差值对车载动力电池进行充电，直至车载动力电池的当前荷电状态回归至大于第二荷电状态、小于第一荷电状态。
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