CN205033959U - 一种用于无轨电车的能量管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无轨电车的能量管理系统，涉及双源无轨电车控制技术领域，包括电机，与所述电机相接通的DC/DC变换器和电池，云端服务器，控制器、定位模块和无线通信模块，通过采集电网电压信息、车辆位置信息、电池电量信息和电机功率信息，利用云端服务器进行计算、分析并指令DC/DC变换器，对车辆在线网段进行调配，以解决集体趴窝现象。

Description

一种用于无轨电车的能量管理系统

技术领域

本实用新型涉及双源无轨电车控制技术领域，包括能量管理系统，对电网电压信息、车辆位置信息、电池电量信息和电机功率信息进行采集，存储和控制DC/DC变换器提供能量。

背景技术

在城市空气污染加重和石油对外依存度越来越高的严峻形势下，传统的燃油动力公交已无法满足节能减排的需要，国家开始大力推广新能源公交车。以纯电驱动的公交需要非常昂贵的购车和保养成本，而双源无轨电车不仅克服了普通无轨电车受制于线网布局的天生缺陷，而且在节能环保方面与其他客车相比也有明显的优势，具体表现为：其使用线轨和自身加装的电池双源供电，在有线网的路段可依靠线网供电同时进行充电，没有线网的时候则靠电池中储存的电量运行。

现有的双源无轨电车能量管理技术较为简单，电网传输给双源无轨电车的能量等于双源无轨电车实时驱动能量和充电能量之和：如图1所示，当集电架与电网连接后，能量一方面由电网经过集电架进入电机，另一方面由电网经过集电架和充电机进入电池；如图2所示，当集电架与电网断开后，能量由电池通过二极管进入电机。

然其不足之处在于，当连接电网的双源无轨电车由于交通路况等原因扎堆出现在某一段电网时，其对电网能量需求将远远高于电网的负载能力，造成电网电压下降，从而造成电网能量无法有效的传输到双源无轨电车的电机系统，使电机无法正常驱动车辆启动运行，严重时形成车辆集体趴窝现象。

现有的双源无轨电车在面对集体趴窝现象时，只能通过强行断开部分双源无轨电车与电网的连接，以保证电网有限的能量能传输到急需能量的双源无轨电车当中，而是否断开电网，何时断开电网，何时重新连接电网，需要司机与司机之间进行沟通协调，从而降低了双源无轨电车的运行效率，增加了司机的工作量。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于无轨电车的能量管理系统，通过利用CAN总线获取直流电网的电网电压信息，电机的需求功率信息，电池的电量信息，通过定位模块获取车辆的位置信息，经过控制器发送至无线通信模块，通过无线通信模块传送至云端服务器，经过所述云端服务器的处理，能将指令传送至DC/DC处理器，进行分配不同的功率给车辆，实现对车辆的调度管理，避免出现集体趴窝现象。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于无轨电车的能量管理系统，包括电机，与所述电机相接通的DC/DC变换器和电池，所述电机、所述DC/DC变换器和所述电池均安装于车体上，在车体上还装有集电架，所述集电架能够与直流电网进行接通或者断开，即通过所述集电架能够控制所述DC/DC变换器与直流电网的开关，能量管理系统还包括云端服务器，控制器、定位模块和无线通信模块，通过CAN总线与集电架、电池和电机相接通，所述控制器通过电路将CAN芯片，隔离芯片和CPU集成于一体，并与CAN总线相通接，获取车辆能量需求信息；所述定位模块通过电路将RF射频芯片、基带芯片和CPU集成于一体，并与导航卫星进行无线通信，来实现对车辆的定位；所述无线通信模块为集成了天线和CPU的集成电路，与控制器和云端服务器之间建立无线通信连接；所述云端服务器由无线路由器和计算机组成，对车辆进行实时监控，存储数据并发送指令，如果云端服务器由多台计算机组成，计算机之间可以通过交换机进行连接；所述集电架、所述电机、所述电池和所述DC/DC变换器通过CAN总线相接，与控制器相接通。

作为优选，控制器、定位模块和无线通信模块集成于一体，节省整车CAN网络资源和硬件资源，减少了系统的故障点；模块之间的通信通过高速串口或并口相连，有效的提高了数据传输的实时性和可靠性；所述定位模块通过无线信号从定位卫星上获取车辆位置信息。

更优选的，所述控制器、定位模块和无线通信模块集成于DC/DC变换器上，减少了系统的复杂度，节约了线束，有助于提升系统的可靠性。

作为优选，所述定位模块为GPS、BDNS、GNS、GLONASS之间的一种或者多种。

作为优选，所述无线通信模块采用COPD、GSM、CDMA之间的一种作为公共平台。

有益效果：本实用新型通过以上技术方案，具有以下技术效果：

1、在不改变电网和变电站的前提下，能大幅度提升电网的利用率，增加在网运行电车数量；

2、能够实时、动态、高效的对车辆进行输出功率分配，实现智能化管理，有效解决无轨电车扎堆趴窝现象；

3、能有效提升工作效率，降低司机的工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型背景技术所提及的双源无轨电车能量管理技术的连接结构示意图；

图2为本实用新型背景技术所提及的双源无轨电车能量管理技术的断开结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提及的能量管理系统结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提及的单一电网段车辆运行结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提及的整体线网结构中车辆运行结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、集电架；2、充电机；3、二极管；4、电机；5、电池；6、直流电网；7、CAN总线；8、控制器；9、DC/DC变换器；10、定位模块；11、无线通信模块；12、云端服务器；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种用于无轨电车的能量管理系统，请参照图3，包括安装于车体上的电机，DC/DC变换器和电池，所述电机与所述DC/DC变换器、所述电池相连接。在车体上装有集电架，通过集电架与直流电网的连接与断开，能够控制所述DC/DC变换器与直流电网的开关。

所述的能量管理系统还包括云端服务器，控制器、定位模块和无线通信模块，所述控制器主要是通过电路将CAN芯片，隔离芯片和CPU集成于一体，并与CAN总线相通接，用于获取车辆能量需求信息；所述定位模块为GPS，其主要是通过电路将RF射频芯片、基带芯片和CPU集成于一体，用于对车辆进行定位；所述无线通信模块采用GSM平台，其集成了天线和CPU的集成电路，能够与控制器、云端服务器之间建立无线通信连接。

为了能够获取车辆的电网电压信息、电机功率信息、能量需求信息和车辆的位置信息，本实用新型将所述集电架与所述CAN总线相接通，当所述集电架与直流电网连接后，电网电压信息能通过所述CAN总线传输至所述控制器；将所述电池与所述CAN总线相接通后，通过所述CAN总线能采集到电池的电量信息，从而得出其能量需求信息，将能量需求信息发送至所述控制器上；将所述电机与所述CAN总线相接通，通过所述CAN总线能够获取到电机功率信息，将电机功率信息通过所述CAN总线能传送至所述控制器上。

为了能够对车辆的位置信息进行及时的了解，本实施例主要通过定位模块对车辆的位置信息进行定位，其具体实施过程如下；定位模块通过无线信号从定位卫星获取当前车辆位置，并将位置信息通过串口通信传送至所述控制器上。

在本实施例中，所述云端服务器由无线路由器、交换机和计算机组成，所述控制器和所述定位模块分别将获取到的信息发送给所述无线通信模块，所述无线通信模块将信息汇总发送给所述云端服务器，所述云端服务器通过无线路由器接收后，经过交换机的数据转换，能将信息反馈至计算机内，经过计算机的存储，并根据控制策略对信息进行处理，形成指令，通过无线路由器发送给所述无线通信模块，所述无线通信模块接收到信息后，传递给所述控制器，所述控制器经过CAN总线将对应的指令发送给DC/DC变换器，通过DC/DC变换器输出相应的功率给所述电机和所述电池。

为了能够缩小布局空间，提高集成度，本实施例将所述控制器、所述定位模块、所述无线通信模块以及所述DC/DC变换器进行一体化集成，有利于节省整车CAN网络资源和硬件资源，减少了系统的故障点；模块之间的通信通过高速串口或并口相连，有效的提高了数据传输的实时性和可靠性。

为了能使本领域技术人员更为清楚的了解本实用新型的设计思路，下面结合控制策略对本实用新型的技术方案进行更为详细的描述。

请结合图4，在某一电网段上，假设有A1，A2，A3三辆触网行驶的双源无轨电车，即无轨电车的集电架与直流电网相接触，其电池剩余电量分别为：80％，50％，20％。每辆无轨电车上的集电架能将直流电网的电网电压通过CAN总线发送给控制器，电池能将电池电量信息通过CAN总线发送给控制器，电机能将电机功率信息通过CAN总线发送给控制器，定位模块通过卫星定位获取位置信息，并将位置信息通过串口通信发送给控制器，所述控制器能将CAN总线和串口采集到的信息进行汇总，通过无线通信模块发送给云端服务器。所述云端服务器根据从控制器发出的信息，通过对其进行分析，A3对直流电网能量的需求最大，A1对直流电网能量的需求最小，根据不同的能量需求，通过无线通信模块发出指令，控制器接受到指令后，控制DC/DC变换器以100％的最大输出功率将电网能量传递给车辆A3上的电池和电机，将50％或者更低的最大输出功率传递给车辆A2上的电池和电机，将20％或者更低的最大输出功率传递给车辆A1上的电池和电机，采用此方法能保证在电网的负载能力范围内，优先满足电池电量更低的无轨电车的能量供给，避免其出现扎堆趴窝现象。

众所周知，线网是由若干条单线路连接而成，如上所述，单条线路采用以上的控制策略，对于线网而言，需要对不同线路上的车辆进行协调，下面对其进行详细的描述。

假设线网由M1、M2、M3、M4四条独立的电网段首尾相接合围而成，请结合图5，车辆由M1至M4单向循环行驶，电网能够输出的最大功率为P，假设在M1电网段上有4辆触网行驶的无轨电车，分别为A1，A2，A3，A4，其电量分别为：20％，20％，50％，50％，需求的充电功率为P1，P2，P3和P4，根据如上所述的在一个电网段上的分配原则，假如P＝(P1+P2+P3+P4)，M1电网段在此时处于满负荷状态。

假如此时M4电网段有4辆车，分别为A1，A2，A3，A4，M4电网段上的A1即将驶入M1电网段上，由于M1电网段处于满负荷状态，如果M4电网段上的A1驶入，将会造成M1电网段上的电网出现过载工作或者无轨电车补给能量功率降低，故此时所述云端服务器根据接收到的车辆位置信息和电池电量信息，通过无线通信模块向M4电网段上的车辆A1发出指令，提示前方M1电网段过载警告，命令其继续在M4电网段上补给能量，当M4电网段上的A1后方的车辆有较高的电池电量时，可以允许其脱网超越M4电网段上的车辆A1，进入至M1电网段上运行。

同样的道理，当M1电网段处于满负荷状态时，假设M2电网段上触网行驶有3辆车，分别为A1，A2和A3，其电量分别为50％，70％，80％，需求的充电功率分别为P1，P2和P3，当M2电网段上的P-(P1+P2+P3)的值至少不小于M1电网段上的max(P1，P2，P3，P4)时，则指令提示M1电网的车辆尽快进入M2电网段运行。

通过该方法能有效提前预防电网过载，同时能避免低电量车辆在单一电网段出现扎堆充电现象；另外有助于大幅度提升工作效率，减少司机的工作量。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于无轨电车的能量管理系统，包括电机，与所述电机相接通的DC/DC变换器和电池，通过集电架控制所述DC/DC变换器与直流电网的开关，其特征在于，还包括云端服务器，控制器、定位模块和无线通信模块，

——所述控制器通过电路将CAN芯片，隔离芯片和CPU集成于一体，并与CAN总线相通接，获取车辆能量需求信息；

——所述定位模块通过电路将RF射频芯片、基带芯片和CPU集成于一体，对车辆进行定位；

——所述无线通信模块为集成了天线和CPU的集成电路，与控制器和云端服务器之间建立无线通信连接；

——所述云端服务器由无线路由器、计算机组成，对车辆进行实时监控，存储数据并发送指令；

所述集电架、所述电机、所述电池和所述DC/DC变换器通过CAN总线相接，与控制器相接通。

2.根据权利要求1所述的一种用于无轨电车的能量管理系统，其特征在于，控制器、定位模块和无线通信模块集成于一体，所述定位模块通过无线信号从定位卫星上获取车辆位置信息。

3.根据权利要求2所述的一种用于无轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器、定位模块和无线通信模块集成于DC/DC变换器上。

4.根据权利要求1所述的一种用于无轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述定位模块为GPS、BDNS、GNS、GLONASS之间的一种或者多种。

5.根据权利要求1所述的一种用于无轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述无线通信模块采用COPD、GSM、CDMA之中的一种公共平台。