CN116533758A - 一种全电特种车辆应急控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种全电特种车辆应急控制系统及方法，其系统由复合储能电源模块、电能管理控制模块、制动控制器、制动电阻及驱动电机组成，根据特种车辆的运行需求，设定相应的保护电压、稳定电压与极限电压，并根据发动机电压与上述三种电压的判断关系，确定系统的不同模块进入工作状态，有效防止储能电源功率较小的机电复合传动或全电特种车辆在发电机发生故障时导致车辆行驶故障以及其他用电设备的意外损坏。

Description

一种全电特种车辆应急控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种全电特种车辆应急控制系统及方法，属于自动控制领域。

背景技术

随着全电化的发展，机电复合传动特种车辆和全电特种车辆得到快速发展，大功率驱动电机和作动电机的应用不仅提升了整车的机动性，同时实现了作动设备智能化控制，优化了整车信息化管理。通常情况下传动特种车辆采用了发动机拖动发电机的电网拓扑结构，发电机为整车用电设备提供所需的电能，当车辆在高速行驶中发电机或发动机发生故障停止输出时，整车用电设备只能由高压电池组提供电能。由于特种车辆的高紧凑型，高压电池组的容量较小，放电功率不能满足整车高速行驶所需的电能，还可能造成高压电池组过放，引发安全隐患。针对特种车辆发动机或发电机的故障隐患，能否设计一种复合储能电路以及控制策略，有效防止复合储能电源的功率较小的机电复合传动装甲车辆在发动机或发电机发生故障时导致高压储能电源、高压配电设备以及高压用电设备的意外严重故障成了迫切需要。

发明内容

有鉴于此，为了应对全电特种车辆遇到突发状况出现发电机故障工况时，能够实现车辆驱动电机的应急控制，本发明提出一种全电特种车辆应急控制系统及方法，有效防止储能电源功率较小的机电复合传动或全电特种车辆在发电机发生故障时导致车辆行驶故障以及其他用电设备的意外损坏。

实现本发明的技术方案：

一种全电特种车辆应急控制系统，包括复合储能电源模块、电能管理控制模块、制动控制器、制动电阻及驱动电机；

电能管理控制模块，采集车辆发电机电压，判断发电机电压是否大于预设的极限电压，若大于则发送导通指令给制动电阻，否则发送断开指令给制动电阻并判断发电机电压是否小于预设的保护电压，若小于则发送控制指令给制动控制器与驱动电机，否则判断发电机电压是否大于预设的稳定电压，若大于发送电容指令给所述电源模块，否则发送电池指令给所述电源模块；

复合储能电源模块，并联在车辆母线上，包括：电容、高压双向电力变换装置及高压电池组，当接收电容指令时，电容放电给车辆母线，当接收电池指令时，高压电池组通过高压双向电力变换装置放电给车辆母线；

制动控制器，接收到控制指令时，制动控制器进行制动控制；

制动电阻，并联在车辆母线上，当接收导通指令时，接入车辆母线，当接收断开指令时，从车辆母线中断开；

驱动电机，并联在车辆母线上，当接收到控制指令时，进入制动工况。

进一步地，所述电容耐压值不小于900V。

进一步地，所述极限电压不大于900V。

进一步地，所述稳定电压的取值比极限电压小80V。

一种全电特种车辆应急控制方法，包括如下步骤：

步骤一、电能管理控制模块设定保护转速、保护电压、稳定电压与极限电压，采集发电机电压；

步骤二、电能管理控制模块判断发电机电压是否大于预设的极限电压，若大于则发送导通指令给制动电阻，否则发送断开指令给制动电阻并判断发电机电压是否小于保护电压，若大于则执行步骤三，若小于则发送控制指令给制动控制模块与驱动电机并执行步骤四；

步骤三、电能管理控制模块判断发电机电压是否大于稳定电压，若大于则导通电容，放电给车辆母线，若小于则导通高压电池组通过高压双向电力变换装置放电给车辆母线然后执行步骤二；

步骤四、驱动电机接收到控制指令时，驱动电机进入制动工况，制动控制器接收控制指令时，制动控制器对车辆进行制动控制，直至停车。

有益效果：

第一、本系统设定三种电压，从小到大依次为：保护电压、稳定电压与极限电压，极限电压的设定一般与车辆的工作电压取值相同，保护了系统不会因为故障出现电压过高损坏系统；稳定电压取值一般接近于车辆正常工作电压，但是因为本系统中加入了耐压值大于900V的超级电容，放电能力较强，因此可设定其与极限电压的差值在80V左右，通过稳定电压的设定，将车辆的发动机电压分为两个范围，分别调用电容与电池组，调用更科学，对电压的维稳效果更好；保护电压的设定主要是为了针对系统在遇到紧急状况时，因为特种车辆的特殊性，所携带的小功率复合储能电源不能满足供电的需求，为了保证车辆的安全，设定保护电压，让系统在面对紧急情况时，能够及时调用驱动电机系统进行辅助供电，保证车辆完成最终的紧急制动。

第二、本系统相较于传统的特种车辆的控制系统，在保证系统的高紧凑型，高压电池组容量小的情况下，加入驱动电机来辅助供电，避免了放电功率不能满足车辆行驶的电能需求，与避免了高压电池组的过放，提高了安全性。

第三、复合储能电源模块中有900V超级电容和高压双向电力变换装置配合工作，内购在电压小范围波动的时候维持车辆电网电压，保持设备的正常运转，本系统中还加入制动电阻，当系统电压大于极限电压的时候接通制动电阻，通过制动电阻进行过压卸放，将900V母线电压控制在合理范围内，防止用电设备过压击穿损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为系统控制框图；

图2为部分系统原理控制示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

本实施例提出一种全电特种车辆应急控制系统及方法，系统控制框图如附图1所示，包含复合储能电源模块、电能管理控制模块、制动控制器、驱动电机、制动电阻，还包括车辆中的发动机、发电机以及制动电机，在本实施例中车速的控制由制动控制器和EMT控制器协同完成，且本实施例所用高压电池组为600V电池组，高压双向电力转换装置主要作用是将600V电压转换为900V电压，因为电压过高所以加入安全保护装置。

如附图1所示，与电能管理控制模块虚线连接的部分，都是通过车辆系统中的总线进行信息传输，实线连接的部分都是直接与部件相连并传递控制信号，其中包括复合储能电源模块与制动电阻，所述复合储能电源模块包括：电容(本实施例选用900V超级电容)，高压双向电力变换装置与高压电池组(本实施例选用600V电池组)。

本实施例中该控制方法所涉及的部分系统原理示意图如附图2所示，其中展示与直流28V电源、直流900V电源及总线的连线方式，包括发电机、电能控制管理器、驱动电机、EMT控制盒和制动控制器、制动电机、发动机和制动电阻，其中所述直流28V电源为各组件中的控制回路进行供电，900V母线是车辆的主电网系统，主要与发电机、驱动电机、制动电机和制动电阻连接，以驱动电机为例：当电能管理器通过总线向驱动电机发送控制指令，驱动电机控制回路控制驱动电机导通接入900V中并进行制动工况通电。

本实施例所展示的系统的主要功能如下：(1)实现发电机或发动机故障工况下由超级电容、高压双向电力变换装置和高压电池组组成符合储能电源在电网电压小范围波动下维持电网平衡。(2)实现发电机或发动机故障工况下(一般表现为发动机转速不正常或电压大波动)驱动电机进入制动工况。(3)实现发电机或发动机故障工况下制动电阻接入控制、制动电机进行制动控制。

一种全电特种车辆应急控制系统，包括复合储能电源模块、电能管理控制模块、制动控制器、制动电阻及驱动电机；

电能管理控制模块，采集车辆发电机电压并发送所述电源模块，判断发电机电压是否大于预设的极限电压(900V)，若大于则发送导通指令给制动电阻，否则发送断开指令给制动电阻并判断发电机电压是否小于预设的保护电压(750V)，若小于则发送控制指令给制动控制器与驱动电机，否则判断发电机电压是否大于预设的稳定电压(820V)，若大于发送电容指令给所述电源模块，若小于发送电池指令给所述电源模块；

在本实施例中，车辆在高速行驶时，母线电压一般维持在900V，与发电机的输出电压相同，若复合储能模块检测到发电机电压大于900V,则发送导通指令给制动电阻，制动电阻并联入母线中进行过压卸放，将900V发电机电压控制合理范围，防止用电设备过压击穿损坏；当发电机电压不大于900V时，复合储能电源模块发送断开指令给制动电阻，制动电阻断开与母线电压的连接。

车辆在高速行驶时，当发动机或发电机故障时、发电机转速低于2200转/分钟时，900V母线电压下降，电网出现波动，此时电能管理控制模块判断发电机电压是否小于预设的保护电压(750V)，若小于则发送控制指令给制动控制器与驱动电机，使驱动电机工作制动工作(即发电工况)，由特种车辆的侧传动带动驱动电机转动，使驱动电机反向发电，为900V电网提供电能，确保900V动力辅助系统的水泵电机、以及机电复合传动系统传动油泵电机、制动控制系统的制动电机等电力作动设备的正常工作，同时给制动控制器和EMT控制盒发出紧急制动信号给制动电机，制动电机控制让车速逐渐减慢缓慢停车。

若发电机机电压大于750V则判断发电机电压是否大于预设的稳定电压(820V)，若发电机电压大于820V发送电容指令给所述电源模块，电能管理控制模块控制电容导通，900V超级电容被动放电补充，为900V电网提供电能；若小于820V时发送电池指令给所述电源模块，电能管理控制模块控制电池组通路导通，当900V电网波动较大时超级电容瞬时补充不足或发电机输出电压低于820V时，由高压电池组通过高压电源变化及安全保护装置进行大功率放电，放电功率和持续时间根据高压电池组承载能力而定，有效防止高压电池组过放导致的安全事故。复合储能电源模块，并联在车辆母线上，包括：电容、高压双向电力变换装置及高压电池组，接收电容指令则电容放电给车辆母线，接收电池指令高压电池组通过高压双向电力变换装置放电给车辆母线，平时不直接并入900V车辆母线，根据电能管理控制模块确定是电容还是电池组导通接入车辆母线；

制动控制器，接收到控制指令时，制动控制器进行制动控制，通过总线对制动电机发送制动控制令，制动电机进行减速制动控制，调节车速；

制动电阻，并联在车辆母线，当接收导通指令时，导通接入车辆母线，当接收断开指令时，从车辆母线中断开。

驱动电机，并联在车辆母线，当接收到控制指令时，进入制动工况。

一种全电特种车辆应急控制方法，包括如下步骤：

步骤一、电能管理控制模块设定保护转速、保护电压与极限电压，采集发电机电压并发送给复合储能电源模块，复合储能电源模块设定稳定电压；

步骤二、电能管理控制模块判断发电机发电机电压是否大于预设的极限电压，若大于则发送导通指令给制动电阻，若小于则发送断开指令给制动电阻并判断发电机电压是否小于保护电压，若大于则发送控制指令给复合储能电源模块并执行步骤三，若小于则发送控制指令给制动控制模块与驱动电机并执行步骤四；

步骤三、复合储能电源模块判断发电机电压是否大于稳定电压，若大于则电容放电给车辆母线，若小于则高压电池组通过高压双向电力变换装置放电给车辆母线然后执行步骤二；

步骤四、驱动电机接收到控制时，驱动电机进入制动工况，制动控制器接收控制指令时，制动控制器对车辆进行制动控制，直至停车。

以上所述，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种全电特种车辆应急控制系统，其特征在于，包括复合储能电源模块、电能管理控制模块、制动控制器、制动电阻及驱动电机；

电能管理控制模块，采集车辆发电机电压，判断发电机电压是否大于预设的极限电压，若大于则发送导通指令给制动电阻，否则发送断开指令给制动电阻并判断发电机电压是否小于预设的保护电压，若小于则发送控制指令给制动控制器与驱动电机，否则判断发电机电压是否大于预设的稳定电压，若大于发送电容指令给所述电源模块，否则发送电池指令给所述电源模块；

复合储能电源模块，并联在车辆母线上，包括：电容、高压双向电力变换装置及高压电池组，当接收电容指令时，电容放电给车辆母线，当接收电池指令时，高压电池组通过高压双向电力变换装置放电给车辆母线；

制动控制器，接收到控制指令时，制动控制器进行制动控制；

制动电阻，并联在车辆母线上，当接收导通指令时，接入车辆母线，当接收断开指令时，从车辆母线中断开；

驱动电机，并联在车辆母线上，当接收到控制指令时，进入制动工况。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电容耐压值不小于900V。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述极限电压不大于900V。

4.如权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述稳定电压的取值比极限电压小80V。

5.基于权利要求1-4任一所述系统的一种全电特种车辆应急控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、电能管理控制模块设定保护转速、保护电压、稳定电压与极限电压，采集发电机电压；

步骤二、电能管理控制模块判断发电机电压是否大于预设的极限电压，若大于则发送导通指令给制动电阻，否则发送断开指令给制动电阻并判断发电机电压是否小于保护电压，若大于则执行步骤三，若小于则发送控制指令给制动控制模块与驱动电机并执行步骤四；

步骤三、电能管理控制模块判断发电机电压是否大于稳定电压，若大于则导通电容，电容放电给车辆母线，若小于则导通高压电池组通过高压双向电力变换装置放电给车辆母线然后执行步骤二；

步骤四、驱动电机接收到控制指令时，驱动电机进入制动工况，制动控制器接收控制指令时，制动控制器对车辆进行制动控制，直至停车。