CN108909464A - 一种储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法，包括车载管理单元、车载通讯模块、地面数据处理模块、地面通讯模块，所述车载电管理单元通过车载通讯模块和地面通讯模块连接地面数据处理模块；所述车载管理单元用于向地面数据处理模块传送列车状态信息和列车电源信息；所述地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息进行续航里程估算，并向车载管理单元反馈处理后的信息。本发明所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法既提高了有轨电车线路充电站的充电效率，减轻了供电电网的负荷，又提高了车辆运行中心对车辆信息的实时掌握度。

Description

一种储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法

技术领域

本发明属于有轨电车设备技术领域，尤其是涉及一种储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法。

背景技术

有轨电车的快速发展使得车辆线路和地面设施环境的冲突问题越来越严重，为了有效的缓解此冲突，储能式有轨电车地面充电设施根据线路条件、车辆情况来进行合理的设计配置成为了储能式有轨电车地面充电设施设计的一个重要研究方向。其中，储能式有轨电车地面设施的建设一个关键部分是充电站的设置，储能式有轨电车的续航里程对充电站的数量和功率都有着重大影响，因此能正确对有轨电车续航里程进行估算，可有助于地面充电站的数量和功率的判断。

现今，为了确保车辆的正常运营，采用车辆极限能耗下仿真计算来进行充电站数量和功率的设计，车辆线路对供电电网容量需求按最大值来申请，但是此类方法考虑的是车辆能耗极限情况，会造成供电电网的容量浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法，以解决现有的车辆采用车辆极限能耗下仿真计算来进行充电站数量和功率的设计，车辆线路对供电电网容量需求按最大值来申请，但是此类方法考虑的是车辆能耗极限情况，会造成供电电网的容量浪费的情况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种储能式有轨电车续航里程的估算系统，所述车载电管理单元通过车载通讯模块和地面通讯模块连接地面数据处理模块；

所述车载管理单元用于向地面数据处理模块传送列车状态信息和列车电源信息；

所述地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息进行续航里程估算，并向车载管理单元反馈处理后的信息。

进一步的，所述车载管理单元包括车载电源管理模块，所述车载电源管理模块包括车载超级电源模块和车载超级电容控制模块；

车载电源管理模块用于对实时采集的车载超级电容电源数据进行数据分析处理，得到车载超级电容的即时状态数据，包括超级电容剩余电量、电压。

进一步的，所述车载管理单元还包括车辆TCMS，所述车辆TCMS用于向地面数据处理模块传送车辆载荷、车辆速度、车辆位置坐标信息、车辆平均牵引耗能、空调状态。

进一步的，还包括地面数据库模块，地面数据库模块是按照车辆的不同载荷、不同速度、不同能耗，对既定的车辆行驶线路条件按照约定规则，建立起的一个多维的数据库，数据库的维数与车辆速度等级、车辆载荷等级、车辆能耗等级有直接关系，数据库的维数越大，车辆续航里程估算的精确度越高。

进一步的，所述地面数据处理模块将车辆所传递的数据结合地面数据库进行分析处理计算，计算出车辆续航里程，并向车载管理单元传送车辆最大续航里程、下一站充电站距离、下一个充电站的状态、下一站充电时间数据。

进一步的，还包括地面充电站模块，地面充电站模块用于接收地面数据处理模块发送的充电信息，所述充电信息包括充电时间、充电电流，所述地面充电站模块向地面数据处理模块反馈充电站状态数据。

一种储能式有轨电车续航里程的估算方法，包括以下步骤：

S1、车载管理单元将列车状态信息和列车电源信息发送给地面数据处理模块；

S2、地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息，结合建立的地面数据库进行分析处理计算，计算出车辆续航里程；

S3、地面数据处理模块计算出车辆续航里程后，向车载管理单元和地面充电站反馈数据信息和控制命令。

进一步的，所述步骤S1中，列车状态信息包括车辆载荷、车辆速度、车辆位置坐标信息、车辆平均牵引能耗、空调状态；

列车电源信息包括超级电容剩余电量、电压；

所述步骤S3中，地面数据处理模块向车载管理单元反馈的信息包括最大续航里程、下一站充电站距离、下一个充电站的状态、下一站充电时间数据；

地面数据处理模块向地面充电站反馈的信息包括充电时间、充电电流。

进一步的，所述步骤S2中，建立地面数据库的方法如下：

按照车辆运营最大速度取一定的速度间隔进行分段仿真，得到多条牵引能耗仿真曲线，再在每条曲线上按照一定距离计算此段距离内的平均牵引能耗，再加上列车负载时间段不同工况下的能耗，加上线路的地标位置信息参数组成数据库中的一个数据点，此数据库为车辆线路仿真数据而建立，在此数据库的基础上，采用BP神经网络算法对原始数据库进行修订。

进一步的，所述步骤S2中，计算续航里程的方法如下：

S201、根据原始数据库分段距离确定此距离平均能耗计算周期N；

S202、TCMS对N个周期的牵引能耗进行叠加计算并求出平均牵引能耗；

S203、通过车辆通讯模块将平均牵引能耗、车辆速度、车辆地标位置信息、空调状态、车载超级电容剩余电量、车辆标识等信息传递给地面数据处理模块；

S204、地面数据处理模块对接收到的车辆信息进行分析计算，搜索数据库中相匹配的数据点；

S205、根据车载超级电容剩余电量，按照车辆即时所处的能耗曲线对后面车辆能耗进行叠加估算，估算出车辆即时的最大续航里程；

S206、输出最大续航里程给车辆，指导车辆驾驶员进行车辆操作。

相对于现有技术，本发明所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法具有以下优势：

本发明所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统及方法既提高了有轨电车线路充电站的充电效率，减轻了供电电网的负荷，又提高了车辆运行中心对车辆信息的实时掌握度。

附图说明：

图1为本发明实施例所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统模块框图；

图2为本发明实施例所述的储能式有轨电车续航里程的估算方法流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种储能式有轨电车续航里程的估算系统，包括车载管理单元、车载通讯模块、地面数据处理模块、地面通讯模块，所述车载电管理单元通过车载通讯模块和地面通讯模块连接地面数据处理模块；

所述车载管理单元用于向地面数据处理模块传送列车状态信息和列车电源信息；

所述地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息进行续航里程估算，并向车载管理单元反馈处理后的信息。

所述车载管理单元包括车载电源管理模块，所述车载电源管理模块包括车载超级电源模块和车载超级电容控制模块；

车载电源管理模块用于对实时采集的车载超级电容电源数据进行数据分析处理，得到车载超级电容的即时状态数据，包括超级电容剩余电量、电压。

所述车载管理单元还包括车辆TCMS，所述车辆TCMS用于向地面数据处理模块传送车辆载荷、车辆速度、车辆位置坐标信息、车辆平均牵引能耗、空调状态。

还包括地面数据库模块，地面数据库模块是按照车辆的不同载荷、不同速度、不同能耗，对既定的车辆行驶线路条件按照约定规则，建立起的一个多维的数据库，数据库的维数与车辆速度等级、车辆载荷等级、车辆能耗等级有直接关系，数据库的维数越大，车辆续航里程估算的精确度越高。

所述地面数据处理模块将车辆所传递的数据结合地面数据库进行分析处理计算，计算出车辆续航里程，并向车载管理单元传送车辆最大续航里程、下一站充电站距离、下一个充电站的状态、下一站充电时间数据。

还包括地面充电站模块，地面充电站模块用于接收地面数据处理模块发送的充电信息，所述充电信息包括充电时间、充电电流、充电准备时间，所述地面充电站模块向地面数据处理模块反馈充电站状态数据。

如图1，图2所示，一种储能式有轨电车续航里程的估算方法，包括以下步骤：

S1、车载管理单元将列车状态信息和列车电源信息发送给地面数据处理模块；

S2、地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息，结合建立的地面数据库进行分析处理计算，计算出车辆续航里程；

S3、地面数据处理模块计算出车辆续航里程后，向车载管理单元和地面充电站反馈数据信息和控制命令。

所述步骤S1中，列车状态信息包括车辆载荷、车辆速度、车辆位置坐标信息、车辆平均牵引能耗、空调状态；

列车电源信息包括超级电容剩余电量、电压；

所述步骤S3中，地面数据处理模块向车载管理单元反馈的信息包括最大续航里程、下一站充电站距离、下一个充电站的状态、下一站充电时间数据；

地面数据处理模块向地面充电站反馈的信息包括充电时间、充电电流、充电准备时间。

地面数据库模块主要按照车辆的不同载荷、不同速度、不同空调能耗，对既定的车辆行驶线路条件按照一定的约定规则，建立起一个多维的数据库，数据库的大小取决于车辆续航里程精确度的要求、线路复杂度等多个因素，数据库的维数与车辆速度等级、车辆载荷等级、车辆能耗等级有直接关系，数据库的维数越大，车辆续航里程估算的精确度越高。

所述步骤S2中，建立地面数据库的方法如下：

由于有轨电车的线路条件是确定的，而车辆在一段较长的时间内其载荷 (至少为两站之间不变)、空调能耗是变化较小(外界环境短时间不变)，其变化较大且频繁的是车辆牵引即时能耗，其于车辆行驶速度、车辆载荷状态、线路坡度以及车辆加速状态等有关；车辆两大能耗系统为牵引系统和空调系统，车辆的空调系统一般为通风、半冷、全冷三种状态(本文只以南方地区为例进行原理说明)，其能耗为三种固定的值(且在较长一段时间保持不变)；而在线路条件已知的条件下，车辆加速时牵引能耗是有规律且是线性的，这样可在线路设计时对车辆进行不同车辆行驶速度下的能耗仿真计算，按照车辆运营最大速度取一定的速度间隔进行分段仿真，例如某线路运营最大速度70km/h，取每5km/h为速度间隔，则得到14条牵引能耗仿真曲线，再在每条曲线上按照一定距离计算此段距离内的平均牵引能耗，再加上空调此时间段不同工况下的能耗，加上线路的地标位置信息等参数组成数据库中的一个数据点，此数据库为车辆线路仿真数据而建立，在此数据库的基础上，当车辆在实际运营中，采用BP神经网络算法对原始数据库进行修订，经过较长时间运营，经过BP神经网络算法修订后的数据库会更加准确的符合实际车辆能耗情况。

需要说明的是，在初始数据库建立时，需根据车辆运营线路的复杂程度、续航里程估算精度实际需求以及数据实时性必要性来选取速度间隔和距离间隔，这极大的关系到数据库的大小以及BP神经网络算法修订速度和工作量，当车辆运营线路某些区段复杂时，可分段进行区别处理。

进一步的，所述步骤S2中，计算续航里程的方法如下：

S201、根据原始数据库分段距离确定此距离平均能耗计算周期N；

S202、TCMS对N个周期的牵引能耗进行叠加计算并求出平均牵引能耗；

S203、通过车辆通讯模块将平均牵引能耗、车辆速度、车辆地标位置信息、空调状态、车载超级电容剩余电量、车辆标识等信息传递给地面数据处理模块；

S204、地面数据处理模块对接收到的车辆信息进行分析计算，搜索数据库中相匹配的数据点；

S205、根据车载超级电容剩余电量，按照车辆即时所处的能耗曲线对后面车辆能耗进行叠加估算，估算出车辆即时的最大续航里程；

S206、输出最大续航里程给车辆，指导车辆驾驶员进行车辆操作；

S207、向即将对车辆进行充电的充电站发出充电准备指令。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能式有轨电车续航里程的估算系统，其特征在于：包括车载管理单元、车载通讯模块、地面数据处理模块、地面通讯模块，所述车载电管理单元通过车载通讯模块和地面通讯模块连接地面数据处理模块；

所述车载管理单元用于向地面数据处理模块传送列车状态信息和列车电源信息；

所述地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息进行续航里程估算，并向车载管理单元反馈处理后的信息。

2.根据权利要求1所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统，其特征在于：所述车载管理单元包括车载电源管理模块，所述车载电源管理模块包括车载超级电源模块和车载超级电容控制模块；

车载电源管理模块用于对实时采集的车载超级电容电源数据进行数据分析处理，得到车载超级电容的即时状态数据，包括超级电容剩余电量、电压。

3.根据权利要求1所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统，其特征在于：所述车载管理单元还包括车辆TCMS，所述车辆TCMS用于向地面数据处理模块传送车辆载荷、车辆速度、车辆位置坐标信息、车辆平均牵引耗能、空调状态。

4.根据权利要求1所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统，其特征在于：还包括地面数据库模块，地面数据库模块是按照车辆的不同载荷、不同速度、不同能耗，对既定的车辆行驶线路条件按照约定规则，建立起的一个多维的数据库，数据库的维数与车辆速度等级、车辆载荷等级、车辆能耗等级有直接关系，数据库的维数越大，车辆续航里程估算的精确度越高。

5.根据权利要求4所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统，其特征在于：所述地面数据处理模块将车辆所传递的数据结合地面数据库进行分析处理计算，计算出车辆续航里程，并向车载管理单元传送车辆最大续航里程、下一站充电站距离、下一个充电站的状态、下一站充电时间数据。

6.根据权利要求5所述的储能式有轨电车续航里程的估算系统，其特征在于：还包括地面充电站模块，地面充电站模块用于接收地面数据处理模块发送的充电信息，所述充电信息包括充电时间、充电电流，所述地面充电站模块向地面数据处理模块反馈充电站状态数据。

7.一种储能式有轨电车续航里程的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、车载管理单元将列车状态信息和列车电源信息发送给地面数据处理模块；

S2、地面数据处理模块根据接收到的列车状态信息和列车电源信息，结合建立的地面数据库进行分析处理计算，计算出车辆续航里程；

S3、地面数据处理模块计算出车辆续航里程后，向车载管理单元和地面充电站反馈数据信息和控制命令。

8.根据权利要求7所述的储能式有轨电车续航里程的估算方法，其特征在于：所述步骤S1中，列车状态信息包括车辆载荷、车辆速度、车辆位置坐标信息、车辆平均牵引能耗、空调状态；

列车电源信息包括超级电容剩余电量、电压；

所述步骤S3中，地面数据处理模块向车载管理单元反馈的信息包括最大续航里程、下一站充电站距离、下一个充电站的状态、下一站充电时间数据；

地面数据处理模块向地面充电站反馈的信息包括充电时间、充电电流。

9.根据权利要求7所述的储能式有轨电车续航里程的估算方法，其特征在于，所述步骤S2中，建立地面数据库的方法如下：

按照车辆运营最大速度取一定的速度间隔进行分段仿真，得到多条牵引能耗仿真曲线，再在每条曲线上按照一定距离计算此段距离内的平均牵引能耗，再加上列车负载时间段不同工况下的能耗，加上线路的地标位置信息参数组成数据库中的一个数据点，此数据库为车辆线路仿真数据而建立，在此数据库的基础上，采用BP神经网络算法对原始数据库进行修订。

10.根据权利要求7所述的储能式有轨电车续航里程的估算方法，其特征在于，所述步骤S2中，计算续航里程的方法如下：

S201、根据原始数据库分段距离确定此距离平均能耗计算周期N；

S202、TCMS对N个周期的牵引能耗进行叠加计算并求出平均牵引能耗；

S203、通过车辆通讯模块将平均牵引能耗、车辆速度、车辆地标位置信息、空调状态、车载超级电容剩余电量、车辆标识等信息传递给地面数据处理模块；

S204、地面数据处理模块对接收到的车辆信息进行分析计算，搜索数据库中相匹配的数据点；

S205、根据车载超级电容剩余电量，按照车辆即时所处的能耗曲线对后面车辆能耗进行叠加估算，估算出车辆即时的最大续航里程；

S206、输出最大续航里程给车辆，指导车辆驾驶员进行车辆操作。