CN110113241A - 轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构，包括：燃料电池控制单元；与所述燃料电池控制单元相连的第一CAN通讯网络和第二CAN通讯网络；与所述第一CAN通讯网络相连的燃料电池辅助系统部件；与所述第二CAN通讯网络相连的列车控制与管理系统，所述第二CAN通讯网络经由协议转换网关转换为列车以太网及多功能车辆总线与所述列车控制与管理系统相连。本发明能够有效实现氢燃料电池系统内外通讯。

Description

轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其是，涉及一种轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构。
背景技术
常用的燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的发电装置，燃料电池系统能量转换效率高，是非常理想的能源利用方式，商业化应用存在着广阔的发展前景，具有重要的研究意义。
目前在交通运输领域，燃料电池发电系统主要使用氢氧质子交换膜燃料电池（PEMFC），其具备工作温度低、发电效率高、工作条件稳定可控、零排放无污染等益处。
现有车载燃料电池系统多用于匹配乘用车、商用车、客车等道路车辆，燃料电池控制器多通过控制器局域网通讯（CAN）来传输数据、控制指令等，而城市轨道交通车辆多采用多功能车辆总线（MVB）及列车以太网（TRDP）等进行数据交换。因此现有燃料电池系统在城市轨道交通上应用存在通讯网络不能兼容的问题。
发明内容
鉴于以上所述，本发明的目的在于提供了一种能够有效实现氢燃料电池系统内外通讯的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构。
为此，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构，包括：
燃料电池控制单元；
与所述燃料电池控制单元相连的第一CAN通讯网络和第二CAN通讯网络；
与所述第一CAN通讯网络相连的燃料电池辅助系统部件；
与所述第二CAN通讯网络相连的列车控制与管理系统，所述第二CAN通讯网络经由协议转换网关转换为列车以太网及多功能车辆总线与所述列车控制与管理系统相连。
根据本发明，可以实现氢燃料电池系统与轨交列车控制系统之间数据交换及指令传输，同时也满足了氢燃料电池系统内部具备通讯功能部件之间的数据传输需求。通过CAN通讯网络与轨交通讯网络之间协议转换，实现氢燃料电池系统与轨交列车控制系统之间数据交换及指令传输。
也可以是，本发明中，所述燃料电池辅助系统部件包括与所述第一CAN通讯网络相连的空气压缩机、单电压巡检单元、直流变换器、冷却水泵、加热器以及在线故障诊断单元。
附图说明
图1示出了本发明的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构的示意图；
附图标记：
1、CAN通讯网络A网（CANA）；
2、CAN通讯网络B网（CANB）；
3、列车以太网（TRDP）；
4、多功能车辆总线（MVB）；
5、燃料电池控制单元（FCU）；
6、协议转换网关（Gateway）；
7、列车控制与管理系统（TCMS）；
8、空气压缩机（CMP）；
9、单电池电压巡检单元（CVM）；
10、直流变换器（DCDC）；
11、其他CAN通讯设备；
12、冷却水泵（PUMP）；
13、加热器（PTC）；
14、在线故障诊断单元（OBD）。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
针对现有技术中轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构中通讯网络不能兼容的问题，本发明在此提供了一种轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构，包括：燃料电池控制单元；与燃料电池控制单元相连的第一CAN通讯网络和第二CAN通讯网络；与第一CAN通讯网络相连的燃料电池辅助系统部件；与第二CAN通讯网络相连的列车控制与管理系统，第二CAN通讯网络经由协议转换网关转换为列车以太网及多功能车辆总线与列车控制与管理系统相连。
图1示出了本发明的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构的示意图。如图1所示，本发明的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构包括两路CAN通讯网络（CAN通讯网络A网1和CAN通讯网络B网2）、一路列车以太网3、一路多功能车辆总线4。燃料电池控制单元5（FCU）是监控和管理整个动力系统工作的核心部件，即燃料电池控制器。
CAN通讯网络A网1为氢燃料电池系统子网，节点为燃料电池辅助系统部件。该燃料电池辅助系统部件包括空气压缩机8、冷却水泵9、加热器 13、直流变换器10、在线故障诊断单元14、单电池电压巡检单元9及其他具备CAN通讯功能的辅助部件（即其他CAN通讯设备）11。
具体地，CAN 通讯网络A网1节点中，空气压缩机8为燃料电池堆栈提供所需的氧化剂（空气），其构成包括电机本体和具有通讯功能的电机控制器。冷却水泵9为燃料电池水热管理系统提供冷却水循环动力，其构成包括电机、蜗壳、电机控制器。加热器13为燃料电池水热管理系统提供加热源，用于低温条件下燃料电池系统快速升温，例如可以是水加热PTC，其构成包括PTC加热元件、控制器。直流变换器 10 用于将燃料电池堆栈输出的电压升压稳压，与轨道交通直流母线电压匹配，并进行电气耦合，其构成包括电容、电感、IGBT电力电子器件、控制及驱动电路板。在线故障诊断单元14 用于对燃料电池系统运行状态进行监控，以及对故障部件进行在线诊断，该单元是可移除节点，可以是数据记录仪，以及诊断专用上位机等。单电池电压巡检单元9 用于实时监测燃料电池堆栈各单体电压，反馈给燃料电池控制单元判断电池堆运行状况，以防出现单电压过低甚至反极等危险情况。其他具备CAN通讯功能的辅助系统部件11 可包括用于循环利用阳极氢气的循环泵、用于散热的电子风扇，以及其他智能阀件、传感器等部件。
CAN通讯网络B网2为氢燃料电池系统与列车通讯网络，经协议转换网关6转换协议为列车以太网3与多功能车辆总线4，与列车控制与管理系统7通讯。
CAN通讯网络B网2节点中，协议转换网关6 用于通讯协议转换，将CAN通讯转为列车以太网TRDP和多功能车辆总线，该网关工作电压兼容列车低压直流电源电压范围；列车控制与管理系统7对车辆各子系统进行控制与监视，主要包括微处理单元、网关、远程I/O模块等。
本发明通过CAN通讯网络与轨交通讯网络之间协议转换，实现氢燃料电池系统与轨交列车控制系统之间数据交换及指令传输，同时也满足了氢燃料电池系统内部具备通讯功能部件之间的数据传输需求。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (2)

1.一种轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构，其特征在于，包括：
燃料电池控制单元；
与所述燃料电池控制单元相连的第一CAN通讯网络和第二CAN通讯网络；
与所述第一CAN通讯网络相连的燃料电池辅助系统部件；
与所述第二CAN通讯网络相连的列车控制与管理系统，所述第二CAN通讯网络经由协议转换网关转换为列车以太网及多功能车辆总线与所述列车控制与管理系统相连。
2.根据权利要求1所述的轨道交通用氢燃料电池网络拓扑架构，其特征在于，所述燃料电池辅助系统部件包括与所述第一CAN通讯网络相连的空气压缩机、单电池电压巡检单元、直流变换器、冷却水泵、加热器以及在线故障诊断单元。
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