CN113002326B - 双源无轨电车在网充电时的电能管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双源无轨电车在网充电时的电能管理方法。该方法包括：根据电池的SOC值来设定电池充电电流，当SOC值≤T₁时，将电池充电电流设定为标准充电电流；当T₁<SOC值≤T₃时，将电池充电电流设定为随电池SOC值的升高而逐渐降低；当SOC值>T₂时，将电池充电电流设定为零；将设定的电池充电电流与车辆耗电电流即时预测值相加后得出隔离DC/DC输出电流的预备设定值，根据所述预备设定值来确定隔离DC/DC输出电流的目标设定值。用所述隔离DC/DC输出电流的目标设定值来设定隔离DC/DC的输出电流。本发明的电能管理方法能够保证在网电车的正常行驶，提高电池的使用寿命。

Description

双源无轨电车在网充电时的电能管理方法

技术领域

本发明涉及一种电动车电能管理方法，尤其涉及一种双源无轨电车在网充电时的电能管理方法。

背景技术

随着无轨电车技术的发展，双源无轨电车在城市公交运输系统中已经越来越普及。所谓双源无轨电车是指除了具有一般线网电力动力系统外还配备有电池动力系统的无轨电车，这种无轨电车既可以通过线网的电力来驱动车辆运行，也可以通过电池的电力来驱动车辆运行。当电车的集电杆连接线网时，车辆通过线网的电力来驱动车辆运行，与此同时，线网的电力还可用于对电池充电。当电车收起集电杆，与线网断开时，车辆就通过电池的电力来驱动车辆运行。

参见图1，电车的集电杆1与隔离DC/DC2的输入端连接，隔离DC/DC2受控于电力管理单元5，而电力管理单元5则受控于整车控制单元6。当整车控制单元6通过电力管理单元5控制集电杆1升起并接触线网4时，电车的集电杆1由线网4引入电流至隔离DC/DC2，隔离DC/DC2输出的直流电流如图1中箭头A指示，该输出电流分成两路，一路为用于供给车辆正常耗电的电流，如图1中箭头C指示，另一路为用于供给电池3的电流，如图1中箭头B指示。供给车辆正常耗电的电流，其主要用于供给车轮驱动电机，使车辆正常行驶，以及供给其它车用电器，以维持其它设备正常运转。供给电池3的电流则用于对电池3进行充电，这种通过线网充电的方式也称作在网充电。当电车的集电杆1下降收起而脱离开线网4时，隔离DC/DC2则不再输出电流，此时由电池3来供给车辆正常耗电的电流，此时的电池3处于放电状态。

目前，当电车在网充电时，会对电车上电池的电量进行控制，控制方法主要是使电池的电量保持稳定。然而，当控制电池电量处于稳定状态时，势必会对电池反复充放电，长时间的反复充放电则会导致电池寿命缩短。另外，电车运营系统的线网的负载能力是有限的，一旦线网上的车辆对于线网的供电需求功率增大时，就会出现线网功率不足的问题，从而会影响整个电车运营系统的正常运行。

需要说明的是，电车中电池的电量情况通常是以SOC值的形式来标量，所谓SOC值是英文State of charge的缩写，中译为荷电状态，是用来反映电池的剩余电量的数值，通常用百分数来表示，其数值定义为电池剩余电量占电池容量的比值，其取值范围为0％～100％，当SOC＝0％时表示电池放电完全，当SOC＝100％时表示电池完全充满。

还需要说明的是，现有的电车运营系统中通常会设置一个中央调度控制中心，该中央调度控制中心能够对整个线网及线网中电车进行实时监控和调度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，该电能管理方法能够保证在网电车的正常行驶，提高电池的使用寿命。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，包括如下步骤：

步骤1，对于电车电池的SOC值，设置第一SOC阈值T₁、第二SOC阈值T₂和第三SOC阈值T₃，且T₁<T₂<T₃；

所述电池的SOC值为电池剩余电量占电池容量的比值；

步骤2，根据电池的SOC值来设定电池充电电流，该步骤包括；

步骤2.1，当SOC值≤T₁时，将电池充电电流设定为标准充电电流；

步骤2.2，当T₁<SOC值≤T₃时，将电池充电电流设定为随电池SOC值的升高而逐渐降低；

步骤2.3，当SOC值>T₂时，将电池充电电流设定为零；

步骤3，将设定的电池充电电流与车辆耗电电流即时预测值相加后得出隔离DC/DC输出电流的预备设定值，然后根据所述预备设定值来确定隔离DC/DC输出电流的目标设定值；

步骤4，用所述隔离DC/DC输出电流的目标设定值来设定隔离DC/DC的输出电流。

进一步地，所述步骤2.2还包括：根据公式计算得出电池充电电流的设定值，电池充电电流设定值的计算公式为：

I_C＝0.0714×(SOC)²-14.9286(SOC)+735，式中，I_C为电池充电电流的设定值，SOC为电池SOC值。

进一步地，所述步骤3还包括：将隔离DC/DC输出电流的预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

进一步地，所述步骤3还包括：

当T₁<电池的SOC值≤T₃时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，经过所述波动补偿处理后得出补偿后电流设定值，将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值；否则，将所述预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

进一步地，所述步骤3还包括：

当电车滑行或制动时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，经过所述波动补偿处理后得出补偿后电流设定值，将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值；否则，将所述预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

进一步地，

所述对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理包括：

根据公式计算得出电流补偿值，电流补偿值的计算公式为：

ΔI_补偿电流＝ΔI_{电池放电电流}+ΔI_允许偏移，式中，ΔI_补偿电流为电流补偿值，ΔI_{电池放电电流}为电池放电电流的即时变化值，ΔI_允许偏移为预设的最大允许电流偏移量；

将计算得出的电流补偿值与所述预备设定值相加得出补偿后电流设定值。

进一步地，所述最大允许电流偏移量ΔI_允许偏移设置为5安培。

进一步地，所述电能管理方法还包括：

步骤5，当接收到中央调度控制中心发出的线网负荷过大信号时，若电池的SOC值<T₁，则对电车的起步加速度进行限制。

进一步地，所述第一SOC阈值T₁设置为60％，所述第二SOC阈值T₂设置为80％，所述第三SOC阈值T₃设置为85％；所述标准充电电流为100安培。

在本发明的电能管理方法中，根据电池的SOC值来确定电池充电电流，从而使得电池SOC值较低的车辆能优先获得大电流充电，保证在网的每一辆车的正常行驶。当T₁<电池的SOC值≤T₃时，以及当电车滑行或制动时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，然后将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值，使电池充电电流在允许的范围内波动，从而避免频繁充放电对电池寿命的不利影响，延长电池寿命。当线网负荷过大时对电车的起步加速度进行限制，则能保证线网功率稳定，保障整个电车运营系统的正常运行。

本发明的电能管理方法相对现有技术，其有益效果在于：采用本发明的电能管理方法，能够保证在网电车的正常行驶，减少电池的充放电次数，提高电池的使用寿命，同时通过主动限制电车的功率消耗，使得线网负载降低，保证线网能够安全稳定的运行。

附图说明

图1为在网的双源无轨电车的电气工作原理图，其中，电力管理单元的英文简称为EMU(Energy Management Unit)，整车控制单元的英文简称为VCU(Vehicle controlunit)；

图2为本发明双源无轨电车在网充电时的电能管理方法的流程图。

图中：1-集电杆、2-隔离DC/DC、3-电池、4-线网、5-电力管理单元、6-整车控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

参见图2和图1，本实施方式提供了一种双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，包括如下步骤：

步骤1，在整车控制单元6中，对于电车电池的SOC值，预先设置第一SOC阈值T₁、第二SOC阈值T₂和第三SOC阈值T₃，且T₁<T₂<T₃。

需要说明的是，电车中电池的电量情况通常是以SOC值的形式来标量，所谓SOC值是英文State of charge的缩写，中译为荷电状态，是用来反映电池的剩余电量的数值，通常用百分数来表示，其数值定义为电池剩余电量占电池容量的比值，其取值范围为0％～100％，当SOC＝0％时表示电池放电完全，当SOC＝100％时表示电池完全充满。

在本实施方式中，所述第一SOC阈值T₁设置为60％，所述第二SOC阈值T₂设置为80％，所述第三SOC阈值T₃设置为85％。

步骤2，在整车控制单元6中，根据电池3的SOC值来设定电池充电电流，该电池充电电流如图1中箭头B所指示的电流，该步骤包括：

步骤2.1，当SOC值≤T₁时，将电池充电电流设定为标准充电电流。标准充电电流因车辆的型号不同而会有所不同，在本实施方式中，标准充电电流为100安培。

步骤2.2，当T₁<SOC值≤T₃时，将电池充电电流设定为随电池3的SOC值升高而逐渐降低。电池充电电流的设定值根据公式计算得出，电池充电电流设定值的计算公式为：

I_C＝0.0714×(SOC)²-14.9286(SOC)+735，式中，I_C为电池充电电流的设定值，SOC为电池SOC值。

步骤2.3，当SOC值>T₂时，将电池充电电流设定为零。

步骤3，在整车控制单元6中，将设定的电池充电电流与车辆耗电电流即时预测值相加后得出隔离DC/DC输出电流的预备设定值，然后根据所述预备设定值来确定隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

需要说明的是，所述车辆耗电电流即时预测值是指，从当前时刻开始，在未来一个很短的时间间隔后，车辆耗电电流的预测值。车辆耗电电流如图1中箭头C所指示的电流。

对于隔离DC/DC输出电流的预备设定值，当出现两种情况时，对预备设定值进行波动补偿处理。具体来说，一种情况是，当T₁<电池的SOC值≤T₃时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，经过所述波动补偿处理后得出补偿后电流设定值，将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。另一种情况是，当电车滑行或制动时，也对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，同样将得出的补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。除上述两种情况外，则将所述预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

所述对预备设定值进行波动补偿处理包括：根据公式计算得出电流补偿值，电流补偿值的计算公式为：

ΔI_补偿电流＝ΔI_{电池放电电流}+ΔI_允许偏移，式中，ΔI_补偿电流为电流补偿值，ΔI_{电池放电电流}为电池放电电流的即时变化值，具体是指，在过去的很短的一个时间间隔内，电池放电电流的变化值，ΔI_允许偏移为预设的最大允许电流偏移量，在本实施方式中，该最大允许电流偏移量预设为5安培；将计算得出的电流补偿值与所述预备设定值相加得出补偿后电流设定值。

此外，在根据本发明的其它实施方式中，也可忽略上述两种情况，而直接将隔离DC/DC输出电流的预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

步骤4，在整车控制单元6的控制下，用所述隔离DC/DC输出电流的目标设定值来设定隔离DC/DC2的输出电流。具体来说，整车控制单元6将目标设定值传输至电力管理单元5，然后电力管理单元5控制隔离DC/DC2按照目标设定值来输出电流。隔离DC/DC2的输出电流如图1中箭头A所指示的电流。

步骤5，当接收到中央调度控制中心发出的线网负荷过大信号时，若电池的SOC值<第一SOC阈值T₁，则对电车的起步加速度进行限制。对于起步加速度的限制数值可根据具体情况而定，一般限制在2米/秒²以内。

在本实施方式的电能管理方法中，根据电池3的SOC值来确定电池充电电流，从而使得电池SOC值较低的车辆能优先获得大电流充电，保证在网的每一辆电车的正常行驶。当T₁<电池的SOC值≤T₃时，以及当电车滑行或制动时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，然后将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值，使电池充电电流在允许的范围内波动，从而避免频繁充放电对电池寿命的不利影响，延长电池寿命。当线网负荷过大时对电车的起步加速度进行限制，则能保证线网功率稳定，保障整个电车运营系统的正常运行。

采用本实施方式的电能管理方法，能够保证在网电车的正常行驶，减少电池的充放电次数，提高电池的使用寿命，同时当电池电量较低且线网充电能力有限时，主动限制电车的功率消耗，使得线网负载降低，保证线网能够安全稳定的运行。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，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 (7)

1.一种双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，对于电车电池的SOC值，设置第一SOC阈值T₁、第二SOC阈值T₂和第三SOC阈值T₃，且T₁<T₂<T₃；

所述电池的SOC值为电池剩余电量占电池容量的比值；

步骤2，根据电池的SOC值来设定电池充电电流，该步骤包括；

步骤2.1，当SOC值≤T₁时，将电池充电电流设定为标准充电电流；

步骤2.2，当T₁<SOC值≤T₃时，将电池充电电流设定为随电池SOC值的升高而逐渐降低；

步骤2.3，当SOC值>T₂时，将电池充电电流设定为零；

步骤3，将设定的电池充电电流与车辆耗电电流即时预测值相加后得出隔离DC/DC输出电流的预备设定值，然后根据所述预备设定值来确定隔离DC/DC输出电流的目标设定值；

步骤4，用所述隔离DC/DC输出电流的目标设定值来设定隔离DC/DC的输出电流；

所述步骤2.2还包括：根据公式计算得出电池充电电流的设定值，电池充电电流设定值的计算公式为：

I_C＝0.0714×(SOC)²-14.9286(SOC)+735，式中，I_C为电池充电电流的设定值，SOC为电池SOC值；

所述第一SOC阈值T₁设置为60％，所述第二SOC阈值T₂设置为80％，所述第三SOC阈值T₃设置为85％；所述标准充电电流为100安培。

2.根据权利要求1所述双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：所述步骤3还包括：将隔离DC/DC输出电流的预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

3.根据权利要求1所述双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：所述步骤3还包括：

当T₁<电池的SOC值≤T₃时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，经过所述波动补偿处理后得出补偿后电流设定值，将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值；否则，将所述预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

4.根据权利要求1所述双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：所述步骤3还包括：

当电车滑行或制动时，对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理，经过所述波动补偿处理后得出补偿后电流设定值，将补偿后电流设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值；否则，将所述预备设定值作为隔离DC/DC输出电流的目标设定值。

5.根据权利要求3或4所述双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：

所述对隔离DC/DC输出电流的预备设定值进行波动补偿处理包括：

根据公式计算得出电流补偿值，电流补偿值的计算公式为：

ΔI_补偿电流＝ΔI_{电池放电电流}+ΔI_允许偏移，式中，ΔI_补偿电流为电流补偿值，ΔI_{电池放电电流}为电池放电电流的即时变化值，ΔI_允许偏移为预设的最大允许电流偏移量；

将计算得出的电流补偿值与所述预备设定值相加得出补偿后电流设定值。

6.根据权利要求5所述双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：所述最大允许电流偏移量ΔI_允许偏移设置为5安培。

7.根据权利要求1所述双源无轨电车在网充电时的电能管理方法，其特征在于：所述电能管理方法还包括：

步骤5，当接收到中央调度控制中心发出的线网负荷过大信号时，若电池的SOC值<T₁，则对电车的起步加速度进行限制。

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