CN112886632B - 有轨电车车载超级电容控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有轨电车车载超级电容控制方法及装置，控制方法步骤为：根据实时检测N,N≥3个电容箱的电压及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，若为正常工况，由VCU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网，若为紧急牵引工况，由CECU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网。本发明能够综合考虑不同超级电容箱的压差及故障状态等因素，在适当的时序下进行闭合和断开控制电容充放电，提高了列车的安全性、舒适性及可靠性。

Description

有轨电车车载超级电容控制方法

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道车辆网络控制技术，具体地说，涉及一种有轨电车车载超级电容控制方法。

背景技术

现代有轨电车具有造价低、建设周期短、低能耗等优点，是目前解决大中城市中低运量区间的主要手段。除传统的接触网供电外，储能型有轨电车作为一种新型的城市轨道交通工具，一般采用超级电容器作为储能介质，车辆运行无需架空接触网供电，利用站台停车上下客时间通过受电弓将进行电能补充。储能型有轨电车一般没车配置多个超级电容箱，工作时通过控制电容箱内的电容接触器实现并网。现有的控制策略中，由于电容箱之间压差大会对电容箱内部单体造成大电流冲击，确无法结合车辆的故障状态来统筹考虑控制策略，安全性差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的因不同超级电容箱的压差造成的安全性差等上述问题，提供了一种有轨电车车载超级电容控制方法，能够综合考虑不同超级电容箱的压差及故障状态等因素，在适当的时序下进行闭合和断开控制电容充放电，提高了列车的安全性、舒适性及可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种有轨电车车载超级电容控制方法，其具体步骤为：

实时检测N,N≥3个电容箱的电压及紧急牵引模式开关状态；

通过检测的电压值及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，若为正常工况，由中央控制单元VCU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网，若为紧急牵引工况，由电容紧急控制单元CECU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网。

优选的，判断车辆是否处于紧急牵引工况的方法为：若紧急牵引模式开关处于非紧急牵引位，且N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，为正常工况，否则为紧急牵引工况。

优选的，车辆为正常工况时，中央控制单元VCU控制电容接触器开闭的方法为：

S1、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN；

S2、闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut；

S3、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器；

S4、中央控制单元VCU实时检测已闭合电容接触器电容箱的并网电压Ut，若在时滞时间t后低于设定并网电压Un，向牵引控制器TCU发出电容强迫供电状态指令，牵引系统自行封锁牵引，当车辆停止即零速信号有效后VCU控制已闭合的电容接触器全部断开，接触器全部断开后若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，从步骤S1开始进行正常工况下的并网控制。

优选的，步骤S3中，若中央控制单元VCU发出电容接触器闭合指令至待闭合电容接触器后，在设定时间t0内没有检测到该电容接触器的闭合状态或该电容接触器所在电容箱出现严重故障，则忽略该电容接触器，继续闭合其他电容箱的电容接触器。

优选的，步骤S4中，当并网电压Ut低于设定并网电压Un时，在并网电压Ut高于设定工作电压UL的情况下，需要强行闭合电容接触器给牵引系统供电，此时，闭合电容接触器的方法为：

并网电压Ut低于设定并网电压Un且高于设定工作电压UL时，待车辆零速信号有效时断开接触器，此时司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮处于激活状态；

闭合电容接触器时，按下司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮，中央控制单元VCU发送给牵引控制器TCU强迫供电指令和30km/h限速指令；然后从步骤S1开始执行闭合电容接触器；

电容接触器全部闭合后，若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0，从步骤S1开始进行正常工况下的并网控制。

优选的，车辆为紧急牵引工况时，电容紧急控制单元CECU控制电容接触器开闭的方法为：

S1、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN；

S2、在N个电容箱的平均电压大于设定工作电压UL情况下，闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut；

S3、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器；

S3、当N个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL时，电容紧急控制单元CECU向所有电容箱的电容接触器发出断开指令。

优选的，所述正常工况为中央控制单元VCU、牵引控制器TCU和电容管理单元BMS都处于正常工作状态。

优选的，所述紧急牵引工况为中央控制单元VCU故障的情况下，在司机台上激活紧急牵引开关，电容接触器由电容紧急控制单元CECU控制的开闭。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种有轨电车车载超级电容控制装置，包括：

电容管理单元BMS，设有电压检测模块，电压检测模块用于实时监测N,N≥3个电容箱的实时电压Ui,i＝1,2,...,N及并网电压Ut；

状态检测模块，用于检测紧急牵引模式开关的状态位；

工况判断模块，用于根据检测的电压值及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，并进行控制模式转换；

中央控制单元VCU，设有：

第一计算比较模块，用于对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较；

第一控制模块，用于根据比较结果控制电容接触器的开闭；

电容紧急控制单元CECU，设有：

第二计算比较模块，用于对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较；

第二控制模块，用于根据比较结果控制电容接触器的开闭；

电容强迫供电按钮，用于控制中央控制单元VCU强行闭合电容接触器给牵引系统供电。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明综合考虑不同超级电容箱的压差及故障状态等因素，通过实时采集多个电容箱的电压及并网定压，在考虑时滞时间的情况下，将电容箱的电压与并网电压的压差与设定差比较，控制相应电容箱的电容接触器开闭，进而控制电容充放电，且采用中央控制单元VCU(列车网络控制)+备用电容控制单元CECU双冗余控制方案，正常工况下采用中央控制单元VCU控制电容接触器开闭，紧急牵引工况下采用备用电容控制单元CECU控制电容接触器开闭，避免了车辆由于中央控制单元VCU故障导致无法正常供电的情况，提高了列车的安全性、舒适性及可靠性。

(2)本发明考虑了电容箱电压过低的情况，当电容箱整体电压低于某设定的特定值时，通过电容强迫供电的方式对列车进行限速，避免车辆出现电量消耗过大出现求援情况，进一步提高行车安全性。

(3)本发明对电容向进行实时故障诊断，当电容箱出现严重故障时，迅速断开电容接触器或强迫降弓，避免了出现单一电容箱短路、压差过大等原因导致电容箱烧坏等现象。

附图说明

图1为本发明实施例车辆网络控制拓扑图。

图2为本发明实施例电容强迫供电模式接触器闭合逻辑图；

图3为本发明实施例有轨电车车载超级电容控制装置的结构框图。

图中，1、电压检测模块，2、状态检测模块，3、紧急牵引模式开关，4、工况判断模块，5、第一计算比较模块，6、第一控制模块，7、第二计算比较模块，8、第二控制模块，9、电容强迫供电按钮，10、电容箱。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例提供了一种有轨电车车载超级电容控制方法，其具体步骤为：

(一)实时检测N,N≥3个电容箱的电压及紧急牵引模式开关状态。

(二)通过检测的电压值及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，若为正常工况，由中央控制单元VCU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网，若为紧急牵引工况，由电容紧急控制单元CECU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网。

具体地，所述正常工况为中央控制单元VCU、牵引控制器TCU和电容管理单元BMS都处于正常工作状态。所述紧急牵引工况为中央控制单元VCU故障的情况下，在司机台上激活紧急牵引开关，电容接触器由电容紧急控制单元CECU控制的开闭。

具体地，步骤(一)中，判断车辆是否处于紧急牵引工况的方法为：若紧急牵引模式开关处于非紧急牵引位，且N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，为正常工况，否则为紧急牵引工况。

具体地，步骤(二)中，车辆为正常工况时，中央控制单元VCU控制电容接触器开闭的方法为：

S1、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN。

S2、闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut。

S3、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器。

若中央控制单元VCU发出电容接触器闭合指令至待闭合电容接触器后，在设定时间t0内没有检测到该电容接触器的闭合状态或该电容接触器所在电容箱出现严重故障，则忽略该电容接触器，继续闭合其他电容箱的电容接触器。

S4、中央控制单元VCU实时检测已闭合电容接触器电容箱的并网电压Ut，若在时滞时间t后低于设定并网电压Un，向牵引控制器TCU发出电容强迫供电状态指令，牵引系统自行封锁牵引，当车辆停止即零速信号有效后VCU控制已闭合的电容接触器全部断开，接触器全部断开后若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，从步骤S1开始进行正常工况下的并网控制。

具体地，参见图2，当并网电压Ut低于设定并网电压Un时，在并网电压Ut高于设定工作电压UL的情况下，需要强行闭合电容接触器给牵引系统供电，此时，闭合电容接触器的方法为：

S41、并网电压Ut低于设定并网电压Un且高于设定工作电压UL时，待车辆零速信号有效时断开接触器，此时司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮处于激活状态；

S42、闭合电容接触器时，按下司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮，中央控制单元VCU发送给牵引控制器TCU强迫供电指令和30km/h限速指令；然后从步骤S1开始执行闭合电容接触器；

S43、电容接触器全部闭合后，若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0，从步骤S1开始进行正常工况下的并网控制。

具体地，步骤(二)中，车辆为紧急牵引工况时，电容紧急控制单元CECU控制电容接触器开闭的方法为：

S 1、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN。

S2、在N个电容箱的平均电压大于设定工作电压UL情况下，闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut。

S3、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器。

S3、当N个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL时，电容紧急控制单元CECU向所有电容箱的电容接触器发出断开指令。

本发明上述控制方法，综合考虑不同超级电容箱的压差及故障状态等因素，在适当的时序下进行电容接触器的闭合和断开控制电容充放电，且采用中央控制单元VCU(列车网络控制)+备用电容控制单元CECU双冗余控制方案，正常工况下采用中央控制单元VCU控制电容接触器开闭，紧急牵引工况下采用备用电容控制单元CECU控制电容接触器开闭，避免了车辆由于中央控制单元VCU故障导致无法正常供电的情况，安全可靠，满足了列车安全、舒适及可靠的运营要求。

参见图3，本发明实施例还提供了一种有轨电车车载超级电容控制装置，包括：

电容管理单元BMS，设有电压检测模块1，电压检测模块用于实时监测N,N≥3个电容箱10的实时电压Ui,i＝1,2,...,N及并网电压Ut；

状态检测模块2，用于检测紧急牵引模式开关3的状态位；

工况判断模块4，用于根据检测的电压值及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，并进行控制模式转换；

中央控制单元VCU，设有：

第一计算比较模块5，用于对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较；

第一控制模块6，用于根据比较结果控制电容接触器的开闭；

电容紧急控制单元CECU，设有：

第二计算比较模块7，用于对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较；

第二控制模块8，用于根据比较结果控制电容接触器的开闭；

电容强迫供电按钮9，用于控制中央控制单元VCU强行闭合电容接触器给牵引系统供电。

上述有轨电车车载超级电容控制装置进行控制时，具体控制方式如下：

电容管理单元BMS实时监测N个电容箱的实时电压Ui,i＝1,2,...,N及并网电压Ut发送至工况判断模块，状态检测模块实时检测紧急牵引模式开关的状态位发送至工况判断模块，工况判断模块根据检测的实时电压及紧急牵引模式开关的状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，若紧急牵引模式开关处于非紧急牵引位，且N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，为正常工况，则将控制模式转换为中央控制单元VCU控制，否则为紧急牵引工况，将则将控制模式转换为电容紧急控制单元CECU控制。

正常工况时，中央控制单元VCU通过第一计算比较模块对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较，第一控制模块优先闭合电压最高的电容箱的电容接触器，然后依次根据每个电容箱的实时电压与已并网电容箱的并网电压的比较结果，依次控制每个电容箱的电容接触器闭合，直至全部电容箱的电容接触器闭合，实现并网。当已闭合电容接触器电容箱的并网电压Ut，若在时滞时间t后低于设定并网电压Un，中央控制单元VCU向牵引控制器TCU发出电容强迫供电状态指令，牵引系统自行封锁牵引，当车辆停止即零速信号有效后VCU控制已闭合的电容接触器全部断开，接触器全部断开后若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，开始进行正常工况下的并网控制。当并网电压Ut低于设定并网电压Un时，在并网电压Ut高于设定工作电压UL的情况下，需要强行闭合电容接触器给牵引系统供电，按下电容强迫供电，中央控制单元VCU发送给牵引控制器TCU强迫供电指令和30km/h限速指令，按照优先闭合电压最高的电容箱的电容接触器，然后依次根据每个电容箱的实时电压与已并网电容箱的并网电压的比较结果，依次控制每个电容箱的电容接触器闭合，直至全部电容箱的电容接触器闭合，实现并网。电容接触器全部闭合后，若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0，开始进行正常工况下的并网控制。

紧急牵引工况时，电容紧急控制单元CECU通过第二计算比较模块对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较，第二控制模块优先闭合电压最高的电容箱的电容接触器，然后依次根据每个电容箱的实时电压与已并网电容箱的并网电压的比较结果，依次控制每个电容箱的电容接触器闭合，直至全部电容箱的电容接触器闭合，实现并网。当N个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL时，电容紧急控制单元CECU向所有电容箱的电容接触器发出断开指令。

本发明上述控制装置，综合考虑不同超级电容箱的压差及故障状态等因素，在适当的时序下进行电容接触器的闭合和断开控制电容充放电，且采用中央控制单元VCU(列车网络控制)+备用电容控制单元CECU双冗余控制方案，正常工况下采用中央控制单元VCU控制电容接触器开闭，紧急牵引工况下采用备用电容控制单元CECU控制电容接触器开闭，避免了车辆由于中央控制单元VCU故障导致无法正常供电的情况，安全可靠，满足了列车安全、舒适及可靠的运营要求。

以下以具体的实施例对上述控制方法及装置进行详细说明。

以5模块车配置4个电容箱为例，车辆网络控制拓扑参见图1，图1描述了中央控制单元VCU、电容紧急控制单元CECU、电容管理单元BMS及其他设备的通信总线结构。

正常工况时，中央控制单元VCU、牵引控制器TCU和电容管理单元BMS都处于正常工作状态。车辆正常运行工况下，电容管理单元BMS通过MVB总线将每个电容箱的电压值发送给中央控制单元VCU，VCU经过逻辑运算后，将指令发送给远程输入输出模块和RIOM的数字量输出模块DO控制电容接触器，每个电容接触器的开闭通过两路DO信号控制，分别为电容接触器闭合信号和电容接触器断开信号，信号持续5秒钟高电平有效。

紧急牵引工况时，即两个中央控制单元VCU同时故障，在司机台上激活紧急牵引模式开关，电容接触器由安装在Tp车的电容紧急控制单元CECU控制，电容紧急控制单元CECU同样具有DI输入模块、DO输出模块，且电容紧急控制单元CECU不与中央控制单元VCU进行MVB总线通信，通过4路模拟量采集模块AI采集4个电容箱的电压值，然后通过8路数字量输出DO控制4个电容接触器的开闭。

进行控制时，首先根据检测的电容器电压值及紧急牵引模式开关的状态位判断车辆是否处于紧急牵引工况，若紧急牵引模式开关处于非紧急牵引位，当4个电容箱的平均电压在时滞时间5秒后大于设定工作定压U0＝636V时，电容接触器控制处于正常控制，否则处于紧急牵引控制。

正常工况下的控制方法为：

S1、按照4个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、电容箱3的电压U3、电容箱4的电压U4，即U1≥U2≥U3≥U4。

S2、闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut。

S3、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc＝10V，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t＝5秒后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc＝10V，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t＝5秒后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc＝10V，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，完成闭合全部4个电容箱的电容接触器。

若中央控制单元VCU发出电容接触器闭合指令至待闭合电容接触器后，在设定时间t0＝3秒内没有检测到该电容接触器的闭合状态或该电容接触器所在电容箱出现严重故障，则忽略该电容接触器，继续闭合其他电容箱的电容接触器。

S4、中央控制单元VCU实时检测已闭合电容接触器电容箱的并网电压Ut，若在时滞时间t＝10V后低于设定并网电压Un＝616V，向牵引控制器TCU发出电容强迫供电状态指令，牵引系统自行封锁牵引，当车辆停止即零速信号有效后VCU控制已闭合的电容接触器全部断开，接触器全部断开后若4个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0＝636V时，从步骤S1开始进行正常工况下的并网控制。

当并网电压Ut低于设定并网电压Un＝616V时，在并网电压Ut高于设定工作电压UL＝560V的情况下，需要强行闭合电容接触器给牵引系统供电，此时，闭合电容接触器的方法为：

S41、并网电压Ut低于设定并网电压Un＝616V且高于设定工作电压UL＝560V时，待车辆零速信号有效时断开接触器，此时司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮处于激活状态；

S42、闭合电容接触器时，按下司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮，中央控制单元VCU发送给牵引控制器TCU强迫供电指令和30km/h限速指令；然后从步骤S1开始执行闭合电容接触器；

S43、电容接触器全部闭合后，若4个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0＝636V，从步骤S1开始进行正常工况下的并网控制。

紧急牵引工况下的控制方法为：

S1、按照4个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、电容箱3的电压U3、电容箱4的电压U4，即U1≥U2≥U3≥U4。

S2、在4个电容箱的平均电压大于设定工作电压UL＝560V情况下，闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut。

S3、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc＝25V，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t＝5秒后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc＝25V，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t＝5秒后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc＝25V，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，完成闭合全部4个电容箱的电容接触器。

S3、当4个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL＝560V时，电容紧急控制单元CECU向所有电容箱的电容接触器发出断开指令。

需要说明的是，若4个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL＝560V，电容接触器断开，车辆必须等待救援。

在上述实施例中，还需要说明的是，涉及的具体电压值及时滞时间可根据不同需求做出不同调整。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种有轨电车车载超级电容控制方法，其特征在于，其具体步骤为：

实时检测N,N≥3个电容箱的电压及紧急牵引模式开关状态；

通过检测的电压值及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，若为正常工况，由中央控制单元VCU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网，若为紧急牵引工况，由电容紧急控制单元CECU根据当前待并网电容箱的电压值与已闭合电容接触器电容箱的并网电压的差值是否小于设定电压差值Uc控制该电容箱的电容接触器闭合进行并网；所述正常工况为中央控制单元VCU、牵引控制器TCU和电容管理单元BMS都处于正常工作状态；所述紧急牵引工况为中央控制单元VCU故障的情况下，在司机台上激活紧急牵引开关，电容接触器由电容紧急控制单元CECU控制开闭；

车辆为正常工况时，中央控制单元VCU控制电容接触器开闭的方法为：

S11、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN；

S12、闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut；

S13、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器；

S14、中央控制单元VCU实时检测已闭合电容接触器电容箱的并网电压Ut，若在时滞时间t后低于设定并网电压Un，向牵引控制器TCU发出电容强迫供电状态指令，牵引系统自行封锁牵引，当车辆停止即零速信号有效后VCU控制已闭合的电容接触器全部断开，接触器全部断开后若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，从步骤S11开始进行正常工况下的并网控制；当并网电压Ut低于设定并网电压Un时，在并网电压Ut高于设定工作电压UL的情况下，需要强行闭合电容接触器给牵引系统供电，此时，闭合电容接触器的方法为：

并网电压Ut低于设定并网电压Un且高于设定工作电压UL时，待车辆零速信号有效时断开接触器，此时司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮处于激活状态；

闭合电容接触器时，按下司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮，中央控制单元VCU发送给牵引控制器TCU强迫供电指令和30km/h限速指令；然后从步骤S11开始执行闭合电容接触器；

电容接触器全部闭合后，若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0，从步骤S11开始进行正常工况下的并网控制；

车辆为紧急牵引工况时，电容紧急控制单元CECU控制电容接触器开闭的方法为：

S21、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN；

S22、在N个电容箱的平均电压大于设定工作电压UL情况下，闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut；

S23、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，电容紧急控制单元CECU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，电容紧急控制单元CECU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，电容紧急控制单元CECU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器；

S24、当N个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL时，电容紧急控制单元CECU向所有电容箱的电容接触器发出断开指令。

2.如权利要求1所述的有轨电车车载超级电容控制方法，其特征在于，判断车辆是否处于紧急牵引工况的方法为：若紧急牵引模式开关处于非紧急牵引位，且N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，为正常工况，否则为紧急牵引工况。

3.如权利要求1所述的有轨电车车载超级电容控制方法，其特征在于，步骤S13中，若中央控制单元VCU发出电容接触器闭合指令至待闭合电容接触器后，在设定时间t0内没有检测到该电容接触器的闭合状态或该电容接触器所在电容箱出现严重故障，则忽略该电容接触器，继续闭合其他电容箱的电容接触器。

4.一种有轨电车车载超级电容控制装置，其特征在于，包括：

电容管理单元BMS，设有电压检测模块，电压检测模块用于实时监测N,N≥3个电容箱的实时电压Ui,i＝1,2,...,N及并网电压Ut；

状态检测模块，用于检测紧急牵引模式开关的状态位；

工况判断模块，用于根据检测的电压值及紧急牵引模式开关状态判断车辆是否处于紧急牵引工况，并进行控制模式转换；

中央控制单元VCU，设有：

第一计算比较模块，用于对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较；

第一控制模块，用于根据比较结果控制电容接触器的开闭；

电容紧急控制单元CECU，设有：

第二计算比较模块，用于对N个电容箱的电压按照由高到低进行排序，并对电容箱的实时电压与并网电压进行逻辑运算比较；

第二控制模块，用于根据比较结果控制电容接触器的开闭；

电容强迫供电按钮，用于控制中央控制单元VCU强行闭合电容接触器给牵引系统供电；

第一控制模块控制电容接触器开闭的方法为：

S11、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN；

S12、闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut；

S13、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，中央控制单元VCU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器；

S14、中央控制单元VCU实时检测已闭合电容接触器电容箱的并网电压Ut，若在时滞时间t后低于设定并网电压Un，向牵引控制器TCU发出电容强迫供电状态指令，牵引系统自行封锁牵引，当车辆停止即零速信号有效后VCU控制已闭合的电容接触器全部断开，接触器全部断开后若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0时，从步骤S11开始进行正常工况下的并网控制；当并网电压Ut低于设定并网电压Un时，在并网电压Ut高于设定工作电压UL的情况下，需要强行闭合电容接触器给牵引系统供电，此时，闭合电容接触器的方法为：

并网电压Ut低于设定并网电压Un且高于设定工作电压UL时，待车辆零速信号有效时断开接触器，此时司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮处于激活状态；

闭合电容接触器时，按下司机室显示屏HMI上“电容强迫供电”按钮，中央控制单元VCU发送给牵引控制器TCU强迫供电指令和30km/h限速指令；然后从步骤S11开始执行闭合电容接触器；

电容接触器全部闭合后，若N个电容箱的平均电压大于设定工作电压U0，从步骤S11开始进行正常工况下的并网控制；

第二控制模块控制电容接触器开闭的方法为：

S21、按照N个电容箱的电压值高低排序，由高到低分别设定为电容箱1的电压U1、电容箱2的电压U2、...、电容箱N的电压UN，即U1≥U2≥...≥UN；

S22、在N个电容箱的平均电压大于设定工作电压UL情况下，闭合电容箱1的电容接触器，此时并网电压为Ut；

S23、实时比较电容箱2的电压U2与并网电压Ut，若电压U2与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，电容紧急控制单元CECU控制闭合电容箱2的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱3的电压U3与此时的并网电压Ut，若电压U3与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，电容紧急控制单元CECU控制闭合电容箱3的电容接触器，在时滞时间t后，实时比较电容箱4的电压U4与此时的并网电压Ut，若电压U4与并网电压Ut的电压差小于设定电压差值Uc，电容紧急控制单元CECU控制闭合电容箱4的电容接触器，依次类推，直至闭合全部N个电容箱的电容接触器；

S24、当N个电容箱的平均电压小于设定工作电压UL时，电容紧急控制单元CECU向所有电容箱的电容接触器发出断开指令。