CN110254283A - 有轨电车无线控制充电系统 - Google Patents

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张学友
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Abstract

本发明属于轨道交通技术领域，涉及一种有轨电车无线控制充电系统，包括：锂电池组、若干充电机、BMS、若干WiFi模块和若干充电控制器等，所述BMS与若干充电控制器进行无线通信，并控制充电机对相应的锂电池组进行可靠充电。本发明通过WiFi模块及充电控制器等实现锂电池组安全可靠的充电控制，保证锂电池组充电过程的安全性；解决了BMS和充电机之间大数据量的高速交互；在同一WiFi范围内多车进入时，准确识别车辆，并与充电机配对，进行充电控制；在站台附近利用WiFi技术将锂电池组运行数据转发至地面服务器，并保存。

Description

有轨电车无线控制充电系统
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，涉及一种有轨电车无线控制充电系统。
背景技术
目前的电动汽车普遍配有标准充电接口，通过有线方式，采用CAN协议的技术方案进行充电。
现代的储能型有轨电车，储能部件(储能元件)和地面充电机的通讯，普遍通过电压判断储能部件的容量；并通过射频位置识别技术判断车辆对应的充电机，以及车辆是否进入或离开。
以上所述现有技术存在以下缺点：
1)电动汽车常用的有线充电方式不适用于有轨电车使用的受电弓接触方式；
2)现有的储能型有轨电车仅从电压判断电量(容量)，导致在动态情况下的判断误差很大。
3)通过射频识别判断车辆是否进入或离开，存在动作滞后性，以及未及时停止充电机，而造成拉弧的风险；
4)不能反馈储能元件的状态，及时调整充电机的电压或电流。
发明内容
为了实现车载储能电池将电池状态及需要的充电电流或电压，实时、高速地传给地面的充电机；通过车地通讯，提前将车辆启动或离开的信息传给地面充电机，要求充电机停机；待充电机停止充电后，再降下受电弓，保证受电弓能够在无电流的状态下，脱离接触网；通过网络传输，将电池运行数据传输给地面服务器，可以利用地面服务器存储大量、长期的运行数据，进行运维的大数据分析；也可以提供给云平台，进行远程展示或建立专家系统，具体技术方案如下：
一种有轨电车无线控制充电系统，包括：动力子系统和控制通讯子系统；
所述动力子系统包括：锂电池组、车辆受电弓、接触网和若干地面充电机(简称为：充电机)；
所述控制通讯子系统包括：BMS(即电池管理系统)、若干WiFi模块(简称WiFi-CLIENT)、若干WiFi接入点(简称为：WiFi-AP)、若干地面充电控制器(简称为：充电控制器)、交换机、射频天线和轨旁射频通讯器；
所述轨旁射频通讯器包括：轨旁天线和射频读卡器；
所述锂电池组与车辆受电弓连接，所述车辆受电弓与接触网连接，所述接触网与若干地面充电机连接；
所述BMS与锂电池组、若干WiFi模块连接；每个地面充电控制器与相应的一个地面充电机相连接；所述交换机与若干地面充电控制器、若干WiFi接入点连接；所述轨旁天线与射频读卡器连接，所述射频读卡器与地面充电控制器连接；所述射频天线与BMS连接；
所述若干WiFi接入点之间依次连接；
所述若干WiFi接入点通过无线方式与若干WiFi模块进行通信连接，所述射频天线通过无线方式与轨旁天线进行通信连接；
所述BMS用于：获得锂电池组的运行数据。
在上述技术方案的基础上，所述交换机与若干WiFi接入点通过网线或光纤连接，所述若干WiFi接入点之间依次通过网线或光纤连接。
在上述技术方案的基础上，所述BMS的数量为若干个，同一辆车上的WiFi模块与靠近此WiFi模块的BMS连接，若干BMS与ECU连接。
在上述技术方案的基础上，同一辆车上的WiFi模块与靠近此WiFi模块的BMS通过CAN总线连接；若干BMS与ECU通过MVB连接。
在上述技术方案的基础上，所述交换机与地面服务器连接，所述地面服务器用于：存储锂电池组的运行数据。
在上述技术方案的基础上，在车辆进站后，所述锂电池组通过车辆受电弓与接触网连接，所述接触网与地面充电机连接；在所述地面充电机停止充电后，车辆受电弓与接触网脱离。
在上述技术方案的基础上，所述地面服务器与云平台连接，用于：远程展示或建立专家系统。
本发明的有益技术效果如下：
通过WiFi-CLIENT(即WiFi模块)及地面充电控制器等实现对锂电池组安全可靠的充电控制，保证锂电池组充电过程的安全性。
使用成熟而且可靠的WiFi通讯技术，解决了BMS电池管理系统和地面充电机之间大数据量的高速交互。
能够在同一WiFi范围内多台车进入时，准确识别充电位置处的车辆，并与对应的地面充电机配对，进行充电控制。
解决了车载设备无大容量存储设备，不能进行长周期数据记录的问题；在站台附近利用WiFi技术将近期的锂电池组运行数据转发至地面服务器，并统一保存。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明所述有轨电车无线控制充电系统的拓扑结构示意图；
图2为地面充电机与BMS电池管理系统的通信工作流程示意图；
图3为采用常规充电控制的锂电池单体充电电压与充电电流变化趋势曲线示意图；
图4为采用本发明所述无线控制充电系统的锂电池单体充电电压与充电电流变化趋势曲线示意图；
图5为本发明所述无线控制充电系统的运行流程示意图；
图6为本发明所述无线控制充电系统的通信示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行描述。
如图1和图6所示，一种有轨电车无线控制充电系统，包括：动力子系统和控制通讯子系统；
所述动力子系统包括：锂电池组、车辆受电弓、接触网(在图6中为受电网)和若干充电机(在图6中示意出充电机1#)；
所述控制通讯子系统包括：BMS、若干WiFi模块、若干WiFi-AP、若干充电控制器、交换机、射频天线和轨旁射频通讯器；
所述轨旁射频通讯器包括：轨旁天线和射频读卡器；
所述锂电池组与车辆受电弓连接，所述车辆受电弓与接触网连接，所述接触网与充电机连接；
所述BMS与锂电池组、WiFi模块连接；每个充电控制器与相应的一个充电机相连接；所述交换机与充电控制器、若干WiFi-AP连接；所述轨旁天线与射频读卡器连接，所述射频读卡器与充电控制器连接；所述射频天线与BMS连接；
所述若干WiFi-AP之间依次连接；所述若干WiFi-AP通过无线方式与WiFi模块进行通信连接，所述射频天线通过无线方式与轨旁天线进行通信连接；
所述BMS用于：获得锂电池组的运行数据。
在上述技术方案的基础上，所述交换机与若干WiFi-AP通过网线或光纤连接，所述若干WiFi-AP之间依次通过网线或光纤连接。
在上述技术方案的基础上，同一辆车上的WiFi模块与靠近此WiFi模块的BMS连接，若干BMS与ECU连接。
在上述技术方案的基础上，同一辆车上的WiFi模块与靠近此WiFi模块的BMS通过CAN总线连接；若干BMS与ECU通过MVB连接。
在上述技术方案的基础上，所述交换机与地面服务器连接，所述地面服务器用于：存储锂电池组的运行数据。
从另一个角度分类，本发明所述有轨电车无线控制充电系统包括：车载设备和地面设备
所述车载设备包括：锂电池组、BMS(负责锂电池组及锂电池单体的信息汇总、分析处理及发送)和WiFi模块等。
所述地面设备包括：WiFi-AP，地面充电控制器(负责接收车载BMS发来的充电需求，包括：电压和电流信息)和地面充电机等。
如图2所示，简述地面充电机与BMS电池管理系统的通信工作流程如下：
车辆进入WiFi网络识别的范围内，进入充电初始阶段；车辆开始和地面充电机进行配对，进入握手辨识阶段；握手辨别成功后，进入充电准备阶段，继而进入充电控制阶段；充电完毕后，到达充电结束阶段。
如图5和图6所示，本发明所述系统的运行流程简述如下：
整车进站，射频识别到整车进站，告知地面充电控制器对应充电位置的进站车的车辆序号(也称为：车辆识别号)，图6所示为两列上行车；
BMS通过WiFi模块向地面充电控制器(们)发起握手协议，并附带车辆序号，对应该车辆序号的地面充电机响应上述握手协议。
BMS向地面充电控制器发送充电需求，包括：充电电流需求值(即给定电流)和启动地面充电机的指令，在充电过程中，也包括：当前实时的充电电流值(即实时电流)；地面充电控制器依据收到的充电电流需求值，地面充电控制器向地面充电机发送相应的充电电压指令，地面充电机按照充电电压指令为锂电池组充电。
在充电过程中，当BMS发送的充电电流需求值为0时，即认为充电截止。
充电逻辑控制要求简述如下：
①在正常充电过程中，地面充电控制器收到BMS发送的充电电流需求值为0时，地面充电控制器向地面充电机发送充电中止指令，中止当前充电过程。
②在充电过程中，发生锂电池组充电故障(BMS充电电流需求值降为0)或地面充电机充电故障，地面充电控制器和地面充电机交互故障信息，并中止充电。
③在充电过程中，整车出站，需要立即停止充电(BMS收到降弓指令后，将充电电流需求值降为0，即整车停止充电后，再降弓)，地面充电控制器向地面充电机发送中止充电指令。
对比例1：采用载波通讯技术方案
利用直流载波通讯方式可以实现利用动力电缆进行数据通讯；但是因为同时又连接着大功率的变流器，直流侧的干扰较大，通讯稳定性及速度容易受到电缆上直流电流的谐波干扰。
对比例2：采用4G GPRS/GPS技术方案
采用4G GPRS/GPS技术进行数据交互和定位，具有高速和大数据量的优点，但是定位精度不够准确，且GPRS/GPS技术的使用受到地区网络信号强弱的限制，导致技术方案不可靠。
因为锂电池组为多个锂电池单体串联，采用常规的锂电池充电控制，无法避免因锂电池单体差异，造成个别锂电池单体过充，如图3所示为：采用常规充电控制的锂电池单体充电电压与充电电流变化趋势曲线示意图。
利用车地WiFi通讯可以实现基于锂电池单体电压的充电控制策略，即可以精确的控制，避免任一锂电池单体的过充(即由BMS监测，当达到锂电池单体充电电压的上限后，BMS通过车地WiFi通讯，由充电控制器控制充电机主动降低充电电流)，如图4所示为：采用本发明所述无线控制充电系统的锂电池单体充电电压与充电电流变化趋势曲线示意图。
本发明的关键技术点如下：
采用车地通讯WiFi多车接入的技术方案，当多个地面充电机接入接触网时，利用轨旁射频技术，进行车辆与地面充电机的配对，保证联网中的车辆发给对应物理连接的地面充电机。
利用WiFi技术，在车辆进站时，将BMS存储的数据传输到地面服务器进行备份，可以存储更大的数据量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种有轨电车无线控制充电系统，其特征在于，包括：动力子系统和控制通讯子系统；
所述动力子系统包括：锂电池组、车辆受电弓、接触网和若干地面充电机；
所述控制通讯子系统包括：BMS、若干WiFi模块、若干WiFi接入点、若干地面充电控制器、交换机、射频天线和轨旁射频通讯器；
所述轨旁射频通讯器包括：轨旁天线和射频读卡器；
所述锂电池组与车辆受电弓连接，所述车辆受电弓与接触网连接，所述接触网与若干地面充电机连接；
所述BMS与锂电池组、若干WiFi模块连接；每个地面充电控制器与相应的一个地面充电机相连接；所述交换机与若干地面充电控制器、若干WiFi接入点连接；所述轨旁天线与射频读卡器连接，所述射频读卡器与地面充电控制器连接；所述射频天线与BMS连接；
所述若干WiFi接入点之间依次连接；
所述若干WiFi接入点通过无线方式与若干WiFi模块进行通信连接，所述射频天线通过无线方式与轨旁天线进行通信连接；
所述BMS用于：获得锂电池组的运行数据。
2.如权利要求1所述的有轨电车无线控制充电系统，其特征在于：所述交换机与若干WiFi接入点通过网线或光纤连接，所述若干WiFi接入点之间依次通过网线或光纤连接。
3.如权利要求1所述的有轨电车无线控制充电系统，其特征在于：所述BMS的数量为若干个，同一辆车上的WiFi模块与靠近此WiFi模块的BMS连接，若干BMS与ECU连接。
4.如权利要求3所述的有轨电车无线控制充电系统，其特征在于：同一辆车上的WiFi模块与靠近此WiFi模块的BMS通过CAN总线连接；若干BMS与ECU通过MVB连接。
5.如权利要求1所述的有轨电车无线控制充电系统，其特征在于：所述交换机与地面服务器连接，所述地面服务器用于：存储锂电池组的运行数据。
6.如权利要求1所述的有轨电车无线控制充电系统，其特征在于：在车辆进站后，所述锂电池组通过车辆受电弓与接触网连接，所述接触网与地面充电机连接；在所述地面充电机停止充电后，车辆受电弓与接触网脱离。
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