CN114132183A - 一种智轨电车电阻制动系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智轨电车电阻制动系统及其方法，应用于整车网络中，所述系统包括：制动单元，与所述整车网络耦接，接收所述整车网络的制动控制；牵引系统，与所述整车网络耦接，向所述整车网络提供制动信息，与所述制动单元耦接；电池系统，与所述牵引系统和所述整车网络耦接，向所述整车网络提供当前实时电池系统电量及实时电压数据；辅助负载，与所述牵引系统耦接；其中，所述牵引系统根据所述整车网络对整车状态和运行工况向所述辅助负载、电池系统和制动单元实时分配电制动回馈功率。本发明基于能量实时分配思路使车辆在电池系统全SOC范围内均能执行电制动，且能最大程度保留电制动能力，满足车辆制动需求，提升整车性能。

Description

一种智轨电车电阻制动系统及其方法

技术领域

本发明主要涉及磷酸铁锂储能动力电池供电的智轨电车，尤其是一种智轨电车电阻制动系统及其方法。

背景技术

目前智轨电车常用制动为电制动和气制动混合模式，当车辆需要制动时，将优先采用电制动，电制动产生的回馈能量由储能动力电池吸收。而当智轨电车充满电或电池电量处于较高值时，电制动产生的能量大于电池最大回馈电能，此时将导致电池过充，整车报“充电电流过大”故障，且会限制电制动能力并启用气制动，一旦气制动时间过长，刹车片持续摩擦将产生焦臭味，且会导致轮胎温度过高等其他问题。在长距离下坡时，同样会出现上述情况，限制电制动回馈的能量。

目前常见的电动汽车为避免制动时电池过充，通常运行时不会让电池充满电，使其具有回收制动功率的能力，但此方式仍无法解决电池吸收制动能量时的过充问题，且从长期角度看会影响电池的能量储存和使用寿命。

为解决这个问题，本发明提供一种智轨电车电阻制动系统及其方法，旨在消耗电制动时电池不能回收的能量。

中国发明公开号：CN106585390A，发明名称：一种电动汽车用制动电阻系统及其控制方法，其中公开了IGBT只根据SOC状态判断开合而非以具体的制动能量为基准控制是否采用电阻制动，同时其制动装置配置简单且电池SOC具有一定误差，该控制方式不能灵活控制制动回馈能量的去向，无法适用于智轨电车的各种制动工况。

在另一个中国实用新型公开号：CN209600281U，发明名称：应用于电动汽车的再生制动能量混合吸收装置，其中采用了超级电容组来实现制动时的大功率充放电，智轨电车采用磷酸铁锂动力电池供电，能满足制动时的大功率回馈，无需增加超级电容组来吸收冲击功率，且超级电容同样无法解决过充问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种智轨电车电阻制动系统，应用于整车网络中，其特征在于，所述系统包括：

制动单元，与所述整车网络耦接，接收所述整车网络的制动控制；

牵引系统，与所述整车网络耦接，向所述整车网络提供制动信息，与所述制动单元耦接；

电池系统，与所述牵引系统和所述整车网络耦接，向所述整车网络提供当前实时电池系统电量及实时电压数据；

辅助负载，与所述牵引系统耦接；

其中，所述牵引系统根据所述整车网络对整车状态和运行工况向所述辅助负载、电池系统和制动单元实时分配电制动回馈功率。

比较好的是，本发明进一步提供了一种智轨电车电阻制动系统，其特征在于，所述制动单元进一步包括：

制动电阻；

斩波器，耦接所述制动电阻，将直流母线上所述牵引系统回馈的电能转换为方波电，提供给所述制动电阻；

控制器，耦接所述斩波器，与所述整车网络通过CAN网络相连，接收所述整车网络的控制信号使所述斩波器工作。

比较好的是，本发明进一步提供了一种智轨电车电阻制动系统，其特征在于，水冷系统，耦接所述制动单元，用于为所述制动单元提供水冷。

比较好的是，本发明进一步提供了一种智轨电车电阻制动系统，其特征在于，在非制动状态下，所述电池系统通过直流母线给所述牵引系统和所述辅助负载供电。

本发明还提供了一种智轨电车电阻制动方法，应用上述任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

步骤21，发出制动指示；

步骤22，计算所述电池系统能承受的最大电制动功率PB和制动功率P；

步骤23，判断整车辅助负载额定功率P1和所述制动功率P的大小；

步骤24，当P＜P1时，所述牵引系统提供制动回馈能量全部用于所述辅助负载的能量消耗；

步骤25，当P＞P1时，判断P和(PB+P1)的大小；

步骤26，如果P1＜P＜PB+P1时，所述电池系统回收所述辅助负载能量消耗后剩余的所述制动回馈能量；

步骤27，如果P1＜P＞PB+P1，所述整车网络通过CAN总线向所述控制器发出消耗剩余所述制动回馈能量的指令；

步骤28，所述控制器控制所述斩波器工作；

步骤29，所述斩波器将所述牵引系统提供的制动回馈能量转换为方波电，提供给所述制动电阻能量消耗。

比较好的是，本发明进一步提供了一种智轨电车电阻制动方法，其特征在于，所述步骤22进一步包括：

根据制动需求计算获得所述牵引系统的制动功率P，以及根据当前实时电池系统电量获得所述电池系统允许最大充电电流，采集实时电压数据，计算所述最大电制动功率PB。

比较好的是，本发明进一步提供了一种智轨电车电阻制动方法，其特征在于，所述步骤22进一步包括：

所述剩余的制动功率PM为：

PM＝P-PB-P1。

比较好的是，本发明进一步提供了一种智轨电车电阻制动方法，其特征在于，所述步骤29中，

所述牵引系统提供的制动回馈能量是通过直流母线上提供。

与现有技术相比，本发明的智轨电车电阻制动系统和制动方法，基于能量实时分配思路使车辆在电池系统全SOC范围内均能执行电制动，且能最大程度保留电制动能力，满足车辆制动需求，提升整车性能。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明的智轨电车电阻制动系统组成框图；

图2是本发明的智轨电车电阻制动方法的控制流程图。

附图标记

10――制动单元

20――整车网络

30――牵引系统

40――电池系统

50――辅助负载

60――水冷系统

101――控制器

102――斩波器

103――制动电阻

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。请参考图1所示为本发明的智轨电车电阻制动系统，主要体现为动态电制动控制方式及装置，能根据整车状态和运行工况进行实时能量分配，保证电池不会过充且电机始终能提供最大电制动能力。

图1所示的智轨电车电阻制动系统组成框图中，包括制动单元10、整车网络20、牵引系统30、电池系统40、辅助负载50和水冷系统60。

其中，制动单元10内部包括消耗制动能量的制动电阻103外，还有斩波器102和控制器101，水冷系统60与制动单元10配套，用于对制动电阻103进行水冷。制动单元10为核心主体，斩波器制动单元10的控制器101通过CAN网络接收整车网络20的控制信号使制动斩波器102工作。

牵引系统30的输出连接辅助负载50，电池系统40和斩波器102，根据整车状态和运行工况实时将电制动回馈功率进行分配。

此外，整车网络20还获取牵引系统30的信号，用于根据牵引系统30的制动需求计算得到制动功率P。

整车网络20还获取电池系统40的当前实时电池系统电量(SOC)，得到其允许最大充电电流，并采集实时电压数据，计算得出电池系统能承受的最大电制动功率PB。

整车网络20根据制动功率P、最大电制动功率PB，以及整车辅助负载额定功率P1，对牵引系统30电制动回馈电能的处理进行分配。将牵引系统30电制动回馈的电能在电池系统40不允许回充时转化为可调整的方波电用于制动电阻103的能量消耗，限制电池系统40的充电电流，并通过CAN总线向整车网络20反馈系统当前信息。

在特定工况下，此系统能保证整车依然能提供最大电制动能力。如在某特定长下坡线路，此时电池系统能允许回收的总回馈能量小于该工况下需要吸收的电制动能量，此时制动单元根据整车控制器指令，可同步消耗电池系统一定能量，使电池系统具有回收全部电制动能量的能力，从而使电机总能提供最大电制动能力，且能更大程度减少气制动的参与。

图2给出了本发明的智轨电车电阻制动实现的流程图：

步骤21，发出系统制动指示，即司机踏踩制动踏板，示意进行制动；

步骤22，整车网络20根据制动需求，司机踩动踏板的深度计算获得牵引系统30的制动功率P；同时，网络20还根据当前实时电池系统电量(SOC)得到电池系统允许最大充电电流，并采集实时电压数据，计算得出电池系统40能承受的最大电制动功率PB；

步骤23，判断整车辅助负载额定功率P1和制动功率P的大小？

步骤24，当P＜P1时，制动时候牵引系统30给辅助负载50的电制动功率，全部用于辅助负载50的能量消耗，即牵引系统30将电制动回馈功率全部用于辅助负载50消耗；

步骤25，当P>P1时，表明电制动功率大于辅助负载50额定功率P1，继续判断P和(PB+P1)之间的大小，即判断电池是否能够吸收电制动功率；

步骤26，如果P1＜P＜PB+P1时，电池系统40回收辅助负载50消耗后剩余的制动回馈能量，即牵引系统30将辅助负载50消耗后的电制动功率转入电池系统40吸收；

步骤27，如果不满足步骤26的条件，整车网络20通过CAN总线向制动单元10内的控制器101发出消耗剩余制动能量的指令；

步骤28，控制器101控制斩波器102接触器闭合，开始工作；

步骤29，制动单元10的斩波器102将直流母线上牵引系统30回馈的电能转换为方波电，提供给制动电阻103；

步骤30，当P＞PB+P1时，电池系统无法回收的功率会由制动电阻103消耗，制动电阻103消耗剩余的制动能量，即：制动电阻消耗的功率PM＝P-PB-P1。

本发明的智轨电车电阻制动系统和制动方法，基于能量实时分配思路使车辆在电池系统全SOC范围内均能执行电制动，且能最大程度保留电制动能力，满足车辆制动需求，提升整车性能。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种智轨电车电阻制动系统，应用于整车网络中，其特征在于，所述系统包括：

制动单元，与所述整车网络耦接，接收所述整车网络的制动控制；

牵引系统，与所述整车网络耦接，向所述整车网络提供制动信息，与所述制动单元耦接；

电池系统，与所述牵引系统和所述整车网络耦接，向所述整车网络提供当前实时电池系统电量及实时电压数据；

辅助负载，与所述牵引系统耦接；

其中，所述牵引系统根据所述整车网络对整车状态和运行工况向所述辅助负载、电池系统和制动单元实时分配电制动回馈功率。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制动单元进一步包括：

制动电阻；

斩波器，耦接所述制动电阻，将直流母线上所述牵引系统回馈的电能转换为方波电，提供给所述制动电阻；

控制器，耦接所述斩波器，与所述整车网络通过CAN网络相连，接收所述整车网络的控制信号使所述斩波器工作。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

水冷系统，耦接所述制动单元，用于为所述制动单元提供水冷。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

在非制动状态下，所述电池系统通过直流母线给所述牵引系统和所述辅助负载供电。

5.一种智轨电车电阻制动方法，应用权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

步骤21，发出制动指示；

步骤22，计算所述电池系统能承受的最大电制动功率PB和制动功率P；

步骤23，判断整车辅助负载额定功率P1和所述制动功率P的大小；

步骤24，当P＜P1时，所述牵引系统提供制动回馈能量全部用于所述辅助负载的能量消耗；

步骤25，当P＞P1时，判断P和(PB+P1)的大小；

步骤26，如果P1＜P＜PB+P1时，所述电池系统回收所述辅助负载能量消耗后剩余的所述制动回馈能量；

步骤27，如果P1＜P＞PB+P1，所述整车网络通过CAN总线向所述控制器发出消耗剩余所述制动回馈能量的指令；

步骤28，所述控制器控制所述斩波器工作；

步骤29，所述斩波器将所述牵引系统提供的制动回馈能量转换为方波电，提供给所述制动电阻能量消耗。

6.根据权利要求5所述的智轨电车电阻制动方法，其特征在于，所述步骤22进一步包括：

根据制动需求计算获得所述牵引系统的制动功率P，以及根据当前实时电池系统电量获得所述电池系统允许最大充电电流，采集实时电压数据，计算所述最大电制动功率PB。

7.根据权利要求6所述的智轨电车电阻制动方法，其特征在于，所述步骤22进一步包括：

所述剩余的制动功率PM为：

PM＝P-PB-P1。

8.根据权利要求7所述的智轨电车电阻制动方法，其特征在于，所述步骤29中，

所述牵引系统提供的制动回馈能量是通过直流母线上提供。

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