CN117698775A - 一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质，涉及车辆供电领域，在实现控制时，对于储能系统，需要判断储能系统是否满足进入目标工作状态的条件，满足条件时向储能系统发送第一控制指令使储能系统进入目标工作状态；而对于燃料电池系统总成，同样需要判断燃料电池系统总成是否满足进入目标工作状态的条件，满足条件则向燃料电池系统总成发送第二控制指令使燃料电池系统总成进入目标工作状态。通过合理地设定进入目标工作状态的条件，处理器分别检测两个系统是否满足条件，在满足条件时控制其进入目标工作状态，不需要司机参与，提高了高压供电系统的控制效率，还能够应用于全自动驾驶的轨道车辆上。

Description

一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及车辆供电领域，特别是涉及一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质。

背景技术

氢能源轨道车辆的高压供电系统通常分为储能系统、燃料电池系统总成和DC/DC(Direct Current-Direct Current，直流转直流)系统三个部分，燃料电池系统总成通过DC/DC系统获取储能系统的电压，并通过DC/DC系统为储能系统充能。在高压供电系统投入工作时，需要按照一定顺序分别投入储能系统和燃料电池系统总成，由于燃料电池系统总成工作的前提是储能系统先工作并建立高压母线，因此需要先投入储能系统再投入燃料电池总成；而在退出工作时，就需要先切出燃料电池系统总成，再退出储能系统。

目前，在实现高压供电系统的投入或切出的控制时，通常是司机通过手动操作的方式投入储能系统和燃料电池系统总成，其控制效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质，不需要司机采用手动操作的方式控制储能系统和燃料电池系统总成的投入和切出，提高了高压供电系统的控制效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轨道车辆的供电系统控制方法，包括：

判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件；其中，所述目标工作状态包括投入状态和切出状态；

若满足所述第一条件，向所述储能系统发送第一控制指令，以便所述储能系统进入所述目标工作状态；

若不满足所述第一条件，则不向所述储能系统发送第一控制指令；

判断所述高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入所述目标工作状态的第二条件；

若满足所述第二条件，向所述燃料电池系统总成发送第二控制指令，以便所述燃料电池系统总成进入所述目标工作状态；

若不满足所述第二条件，则不向所述燃料电池系统总成发送所述第二控制指令。

一方面，当所述目标工作状态为投入状态时，判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件，包括：

判断所述储能系统中的剩余电能是否在预设电能范围内；

若是，判定满足所述第一条件；

若否，判定不满足所述第一条件。

一方面，所述预设电能范围的最大值小于100％，所述预设电能范围的最小值大于0％。

一方面，当所述目标工作状态为切出状态时，判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件，包括：

判断所述燃料电池系统总成是否处于投入状态；

若否，判定满足所述第一条件；

若是，判定不满足所述第一条件。

一方面，当所述目标工作状态为投入状态时，判断所述高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入所述目标工作状态的第二条件，包括：

判断是否接收到所述燃料电池系统总成发送的自检通过信号；

若接收到所述自检通过信号，判定满足所述第二条件；

若未接收到所述自检通过信号，判定不满足所述第二条件。

一方面，判断是否接收到所述燃料电池系统总成发送的自检通过信号，包括：

判断是否接收到所述燃料电池系统总成中控制单元对所述燃料电池系统总成中的各个单元进行故障检测后，确定各个单元均不存在影响供电控制的故障时，所述控制单元发送的所述自检通过信号；

若是，判定接收到所述自检通过信号；

若否，判定未接收到所述自检通过信号。

一方面，当所述目标工作状态为投入状态时，判断所述高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入所述目标工作状态的第二条件，包括：

判断所述燃料电池系统总成中的储氢系统的剩余氢气量是否在预设氢能范围内；

若是，判定满足所述第二条件；

若否，判定不满足所述第二条件。

本申请还提供一种轨道车辆的供电系统控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述的轨道车辆的供电系统控制方法的步骤。

本申请还提供一种轨道车辆的供电系统，包括供电系统本体，还包括如上述的轨道车辆的供电系统控制装置；

所述供电系统本体与所述轨道车辆的供电系统控制装置连接。

本申请还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的轨道车辆的供电系统控制方法的步骤。

本申请的有益效果在于，提供了一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质，涉及车辆供电领域，在实现控制时，对于储能系统，需要判断储能系统是否满足进入目标工作状态的条件，满足条件时向储能系统发送第一控制指令使储能系统进入目标工作状态；而对于燃料电池系统总成，同样需要判断燃料电池系统总成是否满足进入目标工作状态的条件，满足条件则向燃料电池系统总成发送第二控制指令使燃料电池系统总成进入目标工作状态。通过合理地设定进入目标工作状态的条件，处理器分别检测两个系统是否满足条件，在满足条件时控制其进入目标工作状态，不需要司机参与，提高了高压供电系统的控制效率，可以有效地应用在全自动驾驶车辆上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和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他的附图。

图1为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制方法的流程图；

图2为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制系统的结构示意图；

图3为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种轨道车辆的供电方法、装置、系统及计算机存储介质，不需要司机采用手动操作的方式控制储能系统和燃料电池系统总成的投入和切出，提高了高压供电系统的控制效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。

氢能源轨道车辆的高压供电系统由储能系统和燃料电池系统总成这两部分构成，燃料电池系统总成工作的前提是储能系统先工作并建立高压母线，因此需要先投入储能系统再投入燃料电池总成；在退出工作时，就需要先切出燃料电池系统总成，再退出储能系统。

在现有技术中，通常是通过司机手动操作来分别控制储能系统和燃料电池系统总成的投入和切出，这种方式不仅增大了司机的操作量，而且无法应用在全自动驾驶的车辆中。

请参照图1，图1为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制方法的流程图，包括：

S1：判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件；其中，目标工作状态包括投入状态和切出状态；

S2：若满足第一条件，向储能系统发送第一控制指令，以便储能系统进入目标工作状态；

S3：若不满足第一条件，则不向储能系统发送第一控制指令；

S4：判断高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入目标工作状态的第二条件；

S5：若满足第二条件，向燃料电池系统总成发送第二控制指令，以便燃料电池系统总成进入目标工作状态；

S6：若不满足第二条件，则不向燃料电池系统总成发送第二控制指令。

当需要控制车辆行驶时，目标工作状态为投入状态。首先车辆上电激活，储能系统和燃料电池系统总成在上电之后，都会对自身的状态信息进行检测，并将检测结果发送给处理器，处理器会根据储能系统和燃料电池系统总成发送过来的状态信息来判断两者是否具备投入条件。在两者都具备投入条件的情况下，先发送第一控制指令给储能系统，以便储能系统投入工作，等储能系统启动后再发送第二控制指令给燃料电池系统总成，以便燃料电池系统总成也投入工作。当只有储能系统具备投入条件时，只会给储能系统发送第一控制指令，然后不断地执行S4步骤，直到检测到燃料电池系统总成具备投入条件后，才会给燃料电池系统总成发送第二控制指令。而当储能系统不具备投入条件时，因为燃料电池系统总成需要储能系统先工作才能工作，所以不会给两者发送控制指令。

同理，当需要控制车辆停机时，目标工作状态为切出状态。燃料电池系统总成可以无条件直接切出(例如把第二条件可以定义为燃料电池系统总成处于工作状态)；而储能系统的第一条件为判断燃料电池系统总成是否已经切出，若燃料电池系统总成已经切出则说明储能系统满足第一条件，此时再切出储能系统，若燃料电池系统总成还没切出，则不断执行S1步骤，直到燃料电池系统总成切出后，才会给储能系统发送第一控制指令。

通过这种方式，在全自动驾驶的应用场景中，由于车辆的信号系统一直在线，当本方案应用在信号系统中的处理器时，可以实现将车辆行驶以及高压供电系统的投入切出控制均交予车辆的信号系统实现自动控制的目的，不需要司机参与。通过这种方式，可以将本方案应用到全自动驾驶的应用场景中，相比于现有技术仍需要手动操作的方式而言，不仅降低了司机的工作量，而且应用范围更广。

需要说明的是，第一控制指令和第二控制指令分别指的是为了让储能系统或者燃料电池系统总成进入目标工作状态的指令。

请参照图2，图2为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制系统的结构示意图，在实际应用中，由车辆上的控制和管理系统负责控制储能系统和燃料电池系统总成。车辆一般配置有两套列车控制和管理系统，将其中一套列车控制和管理系统作为主系统，另一套作为从系统，在通常情况下由主系统执行本申请方案的任务流程，当主系统故障时切换成从系统执行。同理，对于燃料电池系统总成和储能系统而言，也可以配置多套共同使用。

综上，在实现控制时，对于储能系统，需要判断储能系统是否满足进入目标工作状态的条件，满足条件时向储能系统发送第一控制指令使储能系统进入目标工作状态；而对于燃料电池系统总成，同样需要判断燃料电池系统总成是否满足进入目标工作状态的条件，满足条件则向燃料电池系统总成发送第二控制指令使燃料电池系统总成进入目标工作状态。通过合理地设定进入目标工作状态的条件，处理器分别检测两个系统是否满足条件，在满足条件时控制其进入目标工作状态，不需要司机参与，提高了高压供电系统的控制效率，能够应用到全自动驾驶的轨道车辆中。

在上述实施例的基础上：

在一些实施例中，当目标工作状态为投入状态时，判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件，包括：

判断储能系统中的剩余电能是否在预设电能范围内；

若是，判定满足第一条件；

若否，判定不满足第一条件。

为了简单的判断储能系统是否满足投入正常工作的第一条件，本申请中，将第一条件定义为储能系统中存储的电能电量的剩余量是否满足条件。可以理解的是，若储能系统中的剩余电能电量过低，则无法支持车辆完成启动加速，也即无法支持车辆在规定时间内将行驶速度从零提高到规定的速度。因此，根据第一条件设定了一个预设电能范围，该预设电能范围表示储能系统中的剩余电能足够完成一个启动加速过程，如果储能系统中的剩余电能在预设电能范围内，说明满足第一条件。进一步的，在某种特殊的情况下，考虑到当储能系统中的剩余电能过多时，车辆制动产生的电制动功率可能会对储能系统产生过充，可能会影响储能设备的正常工作，进而影响车辆的正常行驶，所以预设电能范围的最大值需要设定为小于100％；结合上述内容，在设定预设电能范围时，可以设定为5％～90％或近似的范围作为预设电能范围。通过判断剩余电量的方式，可以简单的判断储能系统是否满足投入正常工作的第一条件。

在一些实施例中，预设电能范围的最大值小于100％，预设电能范围的最小值大于0％。

在一些实施例中，当目标工作状态为切出状态时，判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件，包括：

判断燃料电池系统总成是否处于投入状态；

若否，判定满足第一条件；

若是，判定不满足第一条件。

为了简单的判断储能系统是否满足切出工作的第一条件，本申请中，根据上述实施例可知，在高压供电系统退出工作时，需要先退出燃料电池系统总成，再退出储能系统，因此可以将储能系统的第一条件定义为燃料电池系统总成是否已经退出工作。基于此，通过判断燃料电池系统总成是否还处于投入状态，是则说明燃料电池系统总成仍在正常工作，不能切出储能系统；否则说明燃料电池系统总成已经退出工作，可以切出储能系统。

在判断燃料电池系统总成是否处于投入状态时，由于燃料电池系统总成会检测自身当前所处的工作状态，并将工作状态的信息输出，通过采集燃料电池系统总成输出的工作状态信息，并基于该工作状态信息可以确定燃料电池系统总成当前所处的工作状态是否为投入状态。通过这种方式，可以简单的判断储能系统是否满足切出工作的第一条件。

在一些实施例中，当目标工作状态为投入状态时，判断高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入目标工作状态的第二条件，包括：

判断是否接收到燃料电池系统总成发送的自检通过信号；

若接收到自检通过信号，判定满足第二条件；

若未接收到自检通过信号，判定不满足第二条件。

为了简单的燃料电池系统总成是否满足投入正常工作的第二条件，本申请中，请参照图2，图2为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制系统的结构示意图。燃料电池系统总成包括燃料电池系统本身、散热系统、储氢系统和能量控制单元，当车辆上电激活后，燃料电池系统本身、散热系统和储氢系统都会获取自身的状态信息，然后发送给能量控制单元，由能量控制单元来判断燃料电池系统总成中的其他系统是否正常，如果都正常，就会发送自检通过信号给处理器，当处理器接收到自检通过信号后，即可确定燃料电池系统总成正常，满足第二条件。另外，在车辆的正常运行过程中，处理器在对燃料电池系统总成进行控制时，将控制指令发送给能量控制单元，由能量控制单元将控制指令下发给实际受控的系统。

同理，储能系统在车辆上电激活后，也会对储能系统本身进行自检，并将储能系统的自检通过的结果作为第一条件的一部分。

对于自检的具体内容，主要包含内部设备电压、电流传感器、电芯系统、绝缘检测等功能是否正常。

综上，燃料电池系统总成和储能系统在自检后都会把自检结果发送给处理器，当处理器未接收到控制车辆休眠的指令时，如果储能系统的自检结果为通过且没有接收到切出指令，此时处理器就会给储能系统发出第一控制指令使其投入正常工作，储能系统在接收到第一控制指令后闭合总正、总负接触器，车辆建立起高压母线，并将上电完成状态发送给处理器，此时处理器可以确定储能系统已经正常工作。如果燃料电池系统总成的自检结果也为通过且没有接收到切出指令，处理器就会对燃料电池系统总成发送第二控制指令。

在一些实施例中，判断是否接收到燃料电池系统总成发送的自检通过信号，包括：

判断是否接收到燃料电池系统总成中控制单元对燃料电池系统总成中的各个单元进行故障检测后，确定各个单元均不存在影响供电控制的故障时，控制单元发送的自检通过信号；

若是，判定接收到自检通过信号；

若否，判定未接收到自检通过信号。

为了提高实用性，本申请中，考虑到燃料电池系统总成中的燃料电池系统本身、散热系统、储氢系统和能量控制单元等，在生命周期中通常都会出现一些故障，故障按照严重程度可以分成多个等级，对于一些等级较低的故障而言，即使是存在故障也不会影响燃料电池系统总成的功能以及影响车辆的正常运行。因此，处理器在判断燃料电池系统总成是否满足第二条件时，燃料电池系统本身、散热系统、储氢系统和能量控制单元在把自检的状态信息发送给能量控制单元(控制单元)后，能量控制单元在判断这些系统的自检是否通过时，只要不存在严重故障以及影响燃料电池系统总成的供电控制功能的故障，则即使是存在一些小故障也可以认为自检通过，最后将自检通过信号发送给处理器，使处理器确定燃料电池系统总成满足第二条件。通过这种方式，可以提高实用性以及泛用性。

此外，虽然在系统存在小故障时不影响自检通过，但是为了方便工作人员发现存在系统故障，还需要将小故障的类型以及相应的故障日志发送给车辆上的控制与管理系统，以便工作人员查看故障以便及时进行维修和处理。

在一些实施例中，当目标工作状态为投入状态时，判断高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入目标工作状态的第二条件，包括：

判断燃料电池系统总成中的储氢系统的剩余氢气量是否在预设氢能范围内；

若是，判定满足第二条件；

若否，判定不满足第二条件。

为了简单的燃料电池系统总成是否满足投入正常工作的第二条件，本申请中，根据上述实施例可知，燃料电池系统总成中包含有储氢系统，储氢系统的作用是存储氢气并在需要的时候输出氢气作为燃料，当储氢系统中的氢气剩余量过低时，燃料电池系统总成则无法提供车辆供电。因此，将储氢系统的氢气剩余量作为第二条件的一部分，只有当储氢系统中的氢气剩余量充足的时候，且燃料电池系统总成中的其他系统自检也都通过，才能认为燃料电池系统总成满足第二条件。对于预设氢能范围，可以根据外部环境对于储氢系统的影响来设定，如温度对储氢系统的影响，由于当氢气剩余量低到一定程度后会导致剩余的一部分氢气无法释放出来，因此预设氢能范围的下限需要大于0％；例如，可以将预设氢能范围设定为5％～100％，该下限根据实际情况进行调整。

综上所述，当需要控制车辆行驶时，可以认为需要满足5个条件：一是储能系统满足第一条件，也即剩余电能在预设电能范围内；二是储氢系统的剩余氢气量在预设氢能范围内；三是储氢系统和燃料电池系统总成都完成自检，且没有影响供电控制的故障以及严重故障；四是司机或车辆的信号系统未下发控制车辆停机的指令；五是司机或信号系统未下发控制车辆休眠的指令。车辆上的控制和管理系统中的处理器通过自动发送指令的方式，来控制储氢系统和燃料电池系统总成，只有这五个条件都满足时车辆才能正常运行。

反之，上述五个条件中的任一个都不满足时，处理器就会确定目标工作状态为切出状态，然后依次控制燃料电池系统总成和储能系统退出工作。

另外，还可以在车辆上设置操作按钮，在一些特殊的情况下，司机通过按下按钮也可以实现相同功能。

需要说明的是，如果需要控制车辆休眠，则需要先把燃料电池系统总成和储氢系统都退出工作，再进行休眠操作。

请参照图3，图3为本申请提供的一种轨道车辆的供电系统控制装置的结构示意图，包括：

存储器21，用于存储计算机程序；

处理器22，用于执行计算机程序时实现如上述的轨道车辆的供电系统控制方法的步骤。

对于本申请提供的轨道车辆的供电系统控制装置的详细介绍，请参照上述轨道车辆的供电系统控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。

本申请还提供一种轨道车辆的供电系统，包括供电系统本体，还包括如上述的轨道车辆的供电系统控制装置；

供电系统本体与轨道车辆的供电系统控制装置连接。

对于本申请提供的轨道车辆的供电系统控制系统的详细介绍，请参照上述轨道车辆的供电系统控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。

本申请还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的轨道车辆的供电系统控制方法的步骤。

对于本申请提供的计算机存储介质的详细介绍，请参照上述轨道车辆的供电系统控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，包括：

判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件；其中，所述目标工作状态包括投入状态和切出状态；

若满足所述第一条件，向所述储能系统发送第一控制指令，以便所述储能系统进入所述目标工作状态；

若不满足所述第一条件，则不向所述储能系统发送第一控制指令；

判断所述高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入所述目标工作状态的第二条件；

若满足所述第二条件，向所述燃料电池系统总成发送第二控制指令，以便所述燃料电池系统总成进入所述目标工作状态；

若不满足所述第二条件，则不向所述燃料电池系统总成发送所述第二控制指令。

2.如权利要求1所述的轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，当所述目标工作状态为投入状态时，判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件，包括：

判断所述储能系统中的剩余电能是否在预设电能范围内；

若是，判定满足所述第一条件；

若否，判定不满足所述第一条件。

3.如权利要求2所述的轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，所述预设电能范围的最大值小于100％，所述预设电能范围的最小值大于0％。

4.如权利要求1所述的轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，当所述目标工作状态为切出状态时，判断高压供电系统中的储能系统是否满足进入目标工作状态的第一条件，包括：

判断所述燃料电池系统总成是否处于投入状态；

若否，判定满足所述第一条件；

若是，判定不满足所述第一条件。

5.如权利要求1所述的轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，当所述目标工作状态为投入状态时，判断所述高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入所述目标工作状态的第二条件，包括：

判断是否接收到所述燃料电池系统总成发送的自检通过信号；

若接收到所述自检通过信号，判定满足所述第二条件；

若未接收到所述自检通过信号，判定不满足所述第二条件。

6.如权利要求5所述的轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，判断是否接收到所述燃料电池系统总成发送的自检通过信号，包括：

判断是否接收到所述燃料电池系统总成中控制单元对所述燃料电池系统总成中的各个单元进行故障检测后，确定各个单元均不存在影响供电控制的故障时，所述控制单元发送的所述自检通过信号；

若是，判定接收到所述自检通过信号；

若否，判定未接收到所述自检通过信号。

7.如权利要求1至6任一项所述的轨道车辆的供电系统控制方法，其特征在于，当所述目标工作状态为投入状态时，判断所述高压供电系统中的燃料电池系统总成是否满足进入所述目标工作状态的第二条件，包括：

判断所述燃料电池系统总成中的储氢系统的剩余氢气量是否在预设氢能范围内；

若是，判定满足所述第二条件；

若否，判定不满足所述第二条件。

8.一种轨道车辆的供电系统控制装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的轨道车辆的供电系统控制方法的步骤。

9.一种轨道车辆的供电系统，其特征在于，包括供电系统本体，还包括如权利要求8所述的轨道车辆的供电系统控制装置；

所述供电系统本体与所述轨道车辆的供电系统控制装置连接。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的轨道车辆的供电系统控制方法的步骤。