CN111572575B - 一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法、系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法及系统，控制空调在不同情况下分别处于预工作模式、正常工作模式和节能工作模式，在预工作模式下，通过设定并达到新目标温度，在充电时最大限度地实现了能量的储存，以维持车辆后续运行时的舒适度，同时降低了车辆在非充电时空调的能耗，延长了储能电源持续向牵引及制动等关键系统提供必需供电的能力；根据可用电能量和不同的设定阈值使空调处于不同的节能工作模式，进一步保证了车辆必需供电能力，同时保证了旅客的舒适度。

Description

一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法、系统及车辆
技术领域
本发明属于车辆的空调控制技术领域，尤其涉及一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法、系统及车辆。
背景技术
传统的轨道车辆空调采用AC380V的电源供电，AC380V电源通过静态变流器将直流高压电源逆变得到。由于传统轨道车辆采用第三轨或接触网供电，只要高压电源可用，空调可以一直工作在额定工作点，其能耗也只与外部环境（温度和湿度）及车内载客量有关。出于环境和成本的考虑，间歇式供电轨道车辆越来越受到重视。间歇式供电轨道车辆利用超级电容器或蓄电池驱动车辆以充满电的状态出发，并在中途车站停车时进行快速补充充电（一般充电时间为20～30S，而超级电容充满电仅需十几秒），该类储能电源为持续消耗型，而空调的能耗占据了该类储能电源的30%～50%。当运行时间过长或者其他原因导致车辆不能及时补充充电时，会导致车辆正常运行时供电不足，此时，为了保证车辆牵引制动等性能不受影响，能够安全抵达下一站，会对空调制冷或采暖进行减载甚至停机，降低了旅客的舒适度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法及系统，以解决供电不足导致空调减载或停止工作，降低舒适度的问题。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法，空调包括预工作模式、正常工作模式以及节能工作模式，三种工作模式的具体控制过程为：
预工作模式：根据储能电源充电时的充电信号控制空调进入预工作模式；在所述预工作模式下，以新目标温度控制空调的运行，在制冷功能下，新目标温度低于目标温度，在采暖功能下，新目标温度高于目标温度；
正常工作模式：根据储能电源的充电结束信号或者判定结束信号控制空调进入正常工作模式；在所述正常工作模式下，以目标温度控制空调的运行；
节能工作模式：根据检测到的储能电源的可用电能量和不同设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式，在保证车辆必需能量供应时最大限度地保证旅客舒适度。
本发明所述控制方法使空调有三种工作模式，分别为预工作模式、正常工作模式和节能工作模式，在预工作模式下，通过新目标温度最大限度地实现了能量（冷能或热能）的储存，以维持车辆后续运行时的舒适度，同时降低了车辆在非充电时空调的能耗，延长了储能电源持续向牵引及制动等关键系统提供必需供电的能力，保证了空调系统正常工作的时间；根据可用电能量和不同的设定阈值使空调处于不同的节能工作模式，进一步保证了车辆必需供电能力，同时保证了旅客的舒适度；该方法在保证车辆必需能量供应，使牵引及制动等关键性能不受影响的同时，最大程度地提高了旅客的舒适度。
进一步地，在所述预工作模式下，对于制冷功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之差；对于采暖功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之和；考虑到人体舒适性，所述允许变化温度小于等于3℃。
优选的，所述允许变化温度是根据空调的负荷差来确定的，其中，负荷差=100%-当前运行频率/额定频率；
如果负荷差＜10%，则允许变化温度为3℃；
如果10%≤负荷差＜20%，则允许变化温度为2℃；
如果20%≤负荷差＜30%，则允许变化温度为1℃；
如果30%≤负荷差，则允许变化温度为0℃。
通过新目标温度在充电时最大限度地进行能量储存，新目标温度是根据当前制冷或制热负荷与额定制冷或制热负荷之间的负荷差来设置的，负荷差越大，允许变化温度就设置得越小，负荷差越小，允许变化温度就设置得越大。
进一步地，所述步骤2中，以是否达到新目标温度作为所述判定结束信号，如果达到新目标温度，则退出预工作模式，进入正常工作模式。
进一步地，所述节能工作模式包括第一节能工作模式、第二节能工作模式以及第三节能工作模式，三种节能工作模式的具体控制为：
当可用电能量小于第一设定阈值，且大于等于第二设定阈值时，控制空调进入第一节能工作模式；在所述第一节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减半；
当可用电能量小于第二设定阈值，且大于等于第三设定阈值时，控制空调进入第二节能工作模式；在所述第二节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减小至1/4；
当可用电能量小于第三设定阈值时，控制空调进入第三节能工作模式；在所述第三节能工作模式下，空调以通风模式运行，无制冷或采暖能力。
通过不同的设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式，最大限度地保证了旅客的舒适度，同时也保证了车辆在现有可用电能量下正常牵引及制动至下一站。
进一步地，所述第一设定阈值为储能电源总电能量的50%，所述第二设定阈值为储能电源总电能量的25%，所述第三设定阈值为储能电源总电能量的10%。
本发明还提供一种间歇式供电轨道车辆的空调控制系统，包括：
预工作控制单元，用于根据储能电源充电时的充电信号控制空调进入预工作模式；在所述预工作模式下，以新目标温度控制空调的运行，在制冷功能下，新目标温度低于目标温度，在采暖功能下，新目标温度高于目标温度；
正常工作控制单元，用于根据储能电源的充电结束信号或者判定结束信号控制空调进入正常工作模式；在所述正常工作模式下，以目标温度控制空调的运行；
节能工作控制单元，用于根据检测到的储能电源的可用电能量和不同设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式。
进一步地，在所述预工作控制单元中，对于制冷功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之差；对于采暖功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之和；所述允许变化温度小于等于3℃。
进一步地，所述节能工作控制单元包括第一节能工作控制单元、第二节能工作控制单元以及第三节能工作控制单元；
所述第一节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第一设定阈值，且大于等于第二设定阈值时，控制空调进入第一节能工作模式；在所述第一节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减半；
所述第二节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第二设定阈值，且大于等于第三设定阈值时，控制空调进入第二节能工作模式；在第二节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减小至1/4；
所述第三节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第三设定阈值时，控制空调进入第三节能工作模式；在第三节能工作模式下，空调以通风模式运行，无制冷或采暖能力。
进一步地，所述储能电源为超级电容，超级电容充电快，为能量储备提供了充足的时间。
本发明还提供一种车辆，包括上述间歇式供电轨道车辆的空调控制系统，所述空调控制系统与车辆控制系统通讯连接。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法及系统，控制空调在不同情况下分别处于预工作模式、正常工作模式和节能工作模式，在预工作模式下，通过新目标温度最大限度地实现了能量的储存，以维持车辆后续运行时的舒适度，同时降低了车辆在非充电时空调的能耗，延长了储能电源持续向牵引及制动等关键系统提供必需供电的能力，保证了空调系统正常工作的时间，降低了空调进入节能模式的可能性；根据可用电能量和不同的设定阈值使空调处于不同的节能工作模式，进一步保证了车辆必需供电能力，同时保证了旅客的舒适度；该方法在保证车辆必需能量供应，使牵引及制动等关键性能不受影响的同时，最大限度地保证空调系统全时段正常工作，降低了空调进入节能模式的可能性，最大程度地提高了旅客的舒适度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中空调控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法，空调包括预工作模式、正常工作模式以及节能工作模式，三种工作模式的具体控制过程为：
预工作模式：根据储能电源充电时的充电信号控制空调进入预工作模式；在预工作模式下，以新目标温度控制空调的运行，在制冷功能下，新目标温度低于目标温度，在采暖功能下，新目标温度高于目标温度。
本实施例中，储能电源为超级电容，车辆在中途车站或起始站停车时需要进行快速充电，以便补充电能为下一段行程提供足够的电能。一般停车时间即为充电时间，车辆在起始站或终点站停车时间较长，在中途车站的停车时间为20～30S，而超级电容充满电仅需要十几秒，当检测到超级电容充电时，车辆控制系统将该充电信号反馈给空调控制系统，空调控制系统根据该充电信号控制空调机组进入预工作模式，并以新目标温度控制空调机组的运行，以便在预工作模式下，既能使超级电容充满电，又能最大限度地储存冷能（制冷功能下）或者热能（采暖功能下），降低了在非充电时空调的能耗，延长了储能电源持续向牵引及制动等关键系统提供必需供电的能力，保证了空调系统正常工作的时间，同时又保证了车辆客室内的舒适度。
本实施例中，对于制冷功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之差，即TA_N=TA- ∆T；对于采暖功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之和，即TA_N=TA+ ∆T；允许变化温度∆T小于等于3℃，TA_N为新目标温度，TA为目标温度。通过新目标温度在充电时最大限度地进行能量储存，新目标温度是根据当前制冷或制热负荷与额定制冷或制热负荷之间的负荷差值来设置的，负荷差值越大，允许变化温度就设置得越小，负荷差值越小，允许变化温度就设置得越大，其中负荷差=100%-当前运行频率/额定频率。如果负荷差＜10%，则允许变化温度为3℃；如果10%≤负荷差＜20%，则允许变化温度为2℃；如果20%≤负荷差＜30%，则允许变化温度为1℃；如果30%≤负荷差，则允许变化温度为0℃。
正常工作模式：根据储能电源的充电结束信号或者判定结束信号控制空调进入正常工作模式；在正常工作模式下，以目标温度控制空调的运行。
车辆控制系统将充电结束信号反馈给空调控制系统，空调控制系统根据该充电结束信号控制空调机组进入正常工作模式，或者空调控制系统根据是否达到新目标温度控制空调机组进入正常工作模式。在正常工作模式下，以目标温度控制空调机组的运行，从预工作模式到正常工作模式，由于新目标温度低于（制冷功能）或高于（采暖功能）目标温度，使空调机组在进入正常工作模式的一段时间内（从新目标温度升高至目标温度（制冷），或从新目标温度降低至目标温度（采暖））无需消耗电能或消耗很少的电能，降低了在非充电时空调的能耗，节省了储能电源的电能，最大限度地保证了车辆客室内的舒适度。
节能工作模式：根据检测到的储能电源的可用电能量和不同设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式，在保证车辆必需能量供应时最大限度地保证旅客舒适度。
储能电源中的电量反馈模块将储能电源的可用电能量信息反馈给车辆控制系统，车辆控制系统将可用电能量信息与不同的设定阈值比较，从而发出不同的控制指令，以控制空调机组进入不同的节能工作模式。节能工作模式包括第一节能工作模式、第二节能工作模式以及第三节能工作模式，三种节能工作模式的具体控制为：
当可用电能量小于第一设定阈值，且大于等于第二设定阈值时，空调控制系统控制空调机组进入第一节能工作模式，在第一节能工作模式下，维持目标温度，空调机组制冷或采暖能力减半，降低了空调的耗电量；当可用电能量小于第二设定阈值，且大于等于第三设定阈值时，空调控制系统控制空调机组进入第二节能工作模式，在第二节能工作模式下，维持目标温度，空调机组制冷或采暖能力减小至1/4，进一步降低了空调的耗电量；当可用电能量小于第三设定阈值时，空调控制系统控制空调机组进入第三节能工作模式，在第三节能工作模式下，空调机组以通风模式运行，无制冷或采暖能力，保证了必需能源的供应，又最大限度地保证了旅客的舒适度。通过不同的设定阈值控制空调机组进入不同的节能工作模式，最大限度地保证了旅客的舒适度，同时保证了车辆在现有可用电能量下正常牵引及制动至下一站。空调机组制冷能力或采暖能力的调节可以通过调节压缩机工作的数量，也可以通过变频来调节，例如热泵式空调采暖能力的调节就可以通过变频来调节，而电加热空调采暖能力的调节则通过调节电加热器的功率来实现。
本实施例中，设第一设定阈值为储能电源总电能量的50%，第二设定阈值为储能电源总电能量的25%，第三设定阈值为储能电源总电能量的10%。
本发明所述控制方法使空调有三种工作模式，分别为预工作模式、正常工作模式和节能工作模式，在预工作模式下，通过新目标温度在充电时最大限度地实现了能量（冷能或热能）的储存，以维持车辆后续运行时的舒适度，同时降低了车辆在非充电时空调的能耗，延长了储能电源持续向牵引及制动等关键系统提供必需供电的能力，保证了空调系统正常工作的时间；根据可用电能量和不同的设定阈值使空调处于不同的节能工作模式，进一步保证了车辆必需供电能力，同时保证了旅客的舒适度。
本发明还提供一种间歇式供电轨道车辆的空调控制系统，包括：
预工作控制单元，用于根据储能电源充电时的充电信号控制空调进入预工作模式；在所述预工作模式下，以新目标温度控制空调的运行，在制冷功能下，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之差，在采暖功能下，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之和；所述允许变化温度小于等于3℃；
正常工作控制单元，用于根据储能电源的充电结束信号或者判定结束信号控制空调进入正常工作模式；在所述正常工作模式下，以目标温度控制空调的运行；
节能工作控制单元，用于根据检测到的储能电源的可用电能量和不同设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式；
所述节能工作控制单元包括第一节能工作控制单元、第二节能工作控制单元以及第三节能工作控制单元；所述第一节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第一设定阈值，且大于等于第二设定阈值时，控制空调进入第一节能工作模式；在所述第一节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减半；所述第二节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第二设定阈值，且大于等于第三设定阈值时，控制空调进入第二节能工作模式；在第二节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减小至1/4；所述第三节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第三设定阈值时，控制空调进入第三节能工作模式；在第三节能工作模式下，空调以通风模式运行，无制冷或采暖能力。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种间歇式供电轨道车辆的空调控制方法，其特征在于，空调包括预工作模式、正常工作模式以及节能工作模式，三种工作模式的具体控制过程为：
预工作模式：根据储能电源充电时的充电信号控制空调进入预工作模式；在所述预工作模式下，以新目标温度控制空调的运行，在制冷功能下，新目标温度低于目标温度，在采暖功能下，新目标温度高于目标温度；
正常工作模式：根据储能电源的充电结束信号或者判定结束信号控制空调进入正常工作模式；在所述正常工作模式下，以目标温度控制空调的运行；
节能工作模式：根据检测到的储能电源的可用电能量和不同设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式。
2.如权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于：在所述预工作模式下，对于制冷功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之差；对于采暖功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之和；所述允许变化温度小于等于3℃。
3.如权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于：以是否达到新目标温度作为所述判定结束信号，如果达到新目标温度，则退出预工作模式，进入正常工作模式。
4.如权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于：所述节能工作模式包括第一节能工作模式、第二节能工作模式以及第三节能工作模式，三种节能工作模式的具体控制为：
当可用电能量小于第一设定阈值，且大于等于第二设定阈值时，控制空调进入第一节能工作模式；在所述第一节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减半；
当可用电能量小于第二设定阈值，且大于等于第三设定阈值时，控制空调进入第二节能工作模式；在所述第二节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减小至1/4；
当可用电能量小于第三设定阈值时，控制空调进入第三节能工作模式；在所述第三节能工作模式下，空调以通风模式运行，无制冷或采暖能力。
5.如权利要求4所述的空调控制方法，其特征在于：所述第一设定阈值为储能电源总电能量的50%，所述第二设定阈值为储能电源总电能量的25%，所述第三设定阈值为储能电源总电能量的10%。
6.一种间歇式供电轨道车辆的空调控制系统，其特征在于，包括：
预工作控制单元，用于根据储能电源充电时的充电信号控制空调进入预工作模式；在所述预工作模式下，以新目标温度控制空调的运行，在制冷功能下，新目标温度低于目标温度，在采暖功能下，新目标温度高于目标温度；
正常工作控制单元，用于根据储能电源的充电结束信号或者判定结束信号控制空调进入正常工作模式；在所述正常工作模式下，以目标温度控制空调的运行；
节能工作控制单元，用于根据检测到的储能电源的可用电能量和不同设定阈值控制空调进入不同的节能工作模式。
7.如权利要求6所述的空调控制系统，其特征在于：在所述预工作控制单元中，对于制冷功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之差；对于采暖功能，新目标温度等于目标温度与允许变化温度之和；所述允许变化温度小于等于3℃。
8.如权利要求7所述的空调控制系统，其特征在于：所述允许变化温度是根据空调的负荷差来确定的，其中，负荷差=100%-当前运行频率/额定频率；
如果负荷差＜10%，则允许变化温度为3℃；
如果10%≤负荷差＜20%，则允许变化温度为2℃；
如果20%≤负荷差＜30%，则允许变化温度为1℃；
如果30%≤负荷差，则允许变化温度为0℃。
9.如权利要求6所述的空调控制系统，其特征在于：所述节能工作控制单元包括第一节能工作控制单元、第二节能工作控制单元以及第三节能工作控制单元；
所述第一节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第一设定阈值，且大于等于第二设定阈值时，控制空调进入第一节能工作模式；在所述第一节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减半；
所述第二节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第二设定阈值，且大于等于第三设定阈值时，控制空调进入第二节能工作模式；在第二节能工作模式下，维持目标温度，空调制冷或采暖能力减小至1/4；
所述第三节能工作控制单元，用于在可用电能量小于第三设定阈值时，控制空调进入第三节能工作模式；在第三节能工作模式下，空调以通风模式运行，无制冷或采暖能力。
10.如权利要求9所述的空调控制系统，其特征在于：所述第一设定阈值为储能电源总电能量的50%，所述第二设定阈值为储能电源总电能量的25%，所述第三设定阈值为储能电源总电能量的10%。
11.一种车辆，其特征在于：包括权利要求6-10中任一所述的空调控制系统，所述空调控制系统与车辆控制系统通讯连接。
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