CN108674214B - 一种低地板有轨电车车载电源管理*** - Google Patents

一种低地板有轨电车车载电源管理*** Download PDF

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Abstract

一种低地板有轨电车车载电源管理***，其特征在于，包括：控制单元，实现对电容模组和单体的电压、温度参数的测量以及电压的均衡功能；电源控制器CMS，实时采集各电源控制单元上传的数据信息和检测***状态数据以及接受整车控制器VCU下达的控制指令，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节节点控制指令，实现对***内各部件的监督、控制和管理；电源控制器CMS与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各控制单元的控制及保护；电源控制器CMS与控制单元互连形成***内部通讯，并与整车控制器VCU相连，将电源***的实时信息和故障与整车控制器VCU互通。

Description

一种低地板有轨电车车载电源管理***
技术领域
本发明涉及低地板有轨电车，尤其是一种低地板有轨电车车载电源管理***。
背景技术
在轨道交通行业，蓄电池管理***不能对蓄电池箱内部工作环境进行实时监控，对蓄电池工作状态不能进行合理控制，难以保证蓄电池***的适用寿命和安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低地板有轨电车车载电源管理***，解决现有技术存在的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案的：一种低地板有轨电车车载电源管理***，包括：
控制单元，实现对电容模组和单体的电压、温度参数的测量以及电压的均衡功能；
电源控制器CMS，实时采集各电源控制单元上传的数据信息和检测***状态数据以及接受整车控制器VCU下达的控制指令，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节节点控制指令，实现对***内各部件的监督、控制和管理；
电源控制器CMS与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各控制单元的控制及保护；电源控制器CMS与控制单元互连形成***内部通讯，并与整车控制器VCU相连，将电源***的实时信息和故障与整车控制器VCU互通。
作为改进，电源控制器CMS与整车控制器VCU的通讯协议采CANopen协议，波特率设置为250k。
作为改进，所述电源控制器CMS的输入接口包括总电压信号模拟输入口、充放电流信号模拟输入口、风扇状态数字输入口、接触器状态信号数字输入口、24V电源输入口和CAN信号输入口；电源控制器CMS的输出接口包括CAN信号输出口。
作为改进，所述控制单元的输入接口包括单体端电压模拟输入口、模组端电压模拟输入口、12节单体电压模拟输入口、模组温度模拟输入口、24V电源输入口和CAN信号输入口，控制单元的输出接口包括CAN信号输出口。
作为改进，电源控制器CMS的控制策略：
(1)信息处理：电源控制器CMS接收控制单元上传的模组信息，进行处理分析作为故障判断的依据，计算出模组的平均温度，检测***总电压、接触器及散热风机状态，将***运行数据传输给整车控制器VCU；
(2)***运行数据处理：电源控制器CMS将采集上来的相关信息，包括***电压、平均温度、SOC值以及接触器和散热风机状态信息上传给整车控制器VCU；
(3)***告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***是否出现故障；
(4)模组告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***内模组是否出现故障；
(5)单体告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***内单体是否出现故障；
(6)节点控制：正、负接触器导通触点节点控制，正、负接触器导通触点在未上电状态默认为断开状态，节点控制根据***的故障等级划分；散热风扇节点控制，电源控制器CMS有4路风扇控制节点，根据控制单元采集的模组温度控制节点的高通或关断。
作为改进，电源控制单元的控制策略：
(1)控制单元信息处理：控制单元对模组内的单体电压采集、温度采集，将这些实时采集的信号上传给电源控制器CMS；
(2)控制单元对各单体电压进行采集、计算、比较；对各个电容单体的电压进行均衡。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
低地板车载电源管理***通过网络、硬线以及逻辑控制实现对电源***的运行监测、状态监测以及故障诊断进行综合处理，它应用CAN总线技术把分布于电源***的控制单元互连起来形成局域网，以实现资源共享、协同工作、分散检测和集中操作的目的；电源管理***CMS与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各控制单元的控制及保护，实现***逻辑控制、故障诊断及保护功能，做到***的安全运行。
附图说明
图1为***CAN网络拓扑图。
图2为电源控制器输入输出框图。
图3为控制单元输入输出框图。
图4为控制单元主流程图。
图5为控制单元数据处理流程图。
图6为控制单元均衡流程图。
图7为模块1～4均衡流程图。
图8为模块5～6均衡流程图。
图9为模块7～8均衡流程图。
图10为电源控制器主流程图。
图11为***运行数据处理流程。
图12为***告警处理流程图。
图13为模组告警处理流程图。
图14为单体告警处理流程图。
图15为接触器节点控制流程图。
图16为散热风机节点控制流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
一种低地板有轨电车车载电源管理***，本发明描述70％低地板有轨电车车载电源控制***控制规范，包含电压温度状态参数监测、***逻辑控制、荷电状态(SOC)监测、输出节点控制、故障诊断、记录及保护等方面内容。
低地板车载电源管理***通过网络、硬线以及逻辑控制实现对电源***的运行监测、状态监测以及故障诊断进行综合处理。它应用CAN总线技术把分布于电源***的控制单元互连起来形成局域网，以实现资源共享、协同工作、分散检测和集中操作的目的
如图1所示，***采用先进的网络化控制技术，电源管理***CMS与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各控制单元的控制及保护，实现***逻辑控制、故障诊断及保护功能，做到***的安全运行。电源控制器CMS与电源控制单元互连形成***内部通讯，并与整车控制单元VCU相连，将电源***的实时信息和故障与VCU互通。
因为现场总线通常只包含一个网段，所以CAN总线只定义了物理层和数据链路层。CAN总线需要一个标准化的应用层协议来定义CAN报文的标识符、8字节数据的使用。CANopen是一种广泛使用的CAN总线应用层协议，电源控制器CMS与整车控制器VCU的通讯协议采CANopen协议，波特率设置为250k。
如图2所示，电源控制器CMS安装于每个电源***柜里，控制着27个控制单元。所述电源控制器CMS的输入接口包括总电压信号模拟输入口、充放电流信号模拟输入口、风扇状态数字输入口、接触器状态信号数字输入口、24V电源输入口和CAN信号输入口；电源控制器CMS的输出接口包括CAN信号输出口。
如图3所示，所述控制单元的输入接口包括单体端电压模拟输入口、模组端电压模拟输入口、12节单体电压模拟输入口、模组温度模拟输入口、24V电源输入口和CAN信号输入口，控制单元的输出接口包括CAN信号输出口。
电源控制器CMS作为电源管理***的控制中枢实时采集各控制单元上传的数据信息和检测***状态数据以及接受整车控制器VCU下达的控制指令，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节节点控制指令，实现对***内各部件的监督、控制和管理功能。
电源控制器CMS管理27个控制单元，接收控制单元上传的数据和整车控制器VCU下达的控制命令。根据下达的命令和数据分析结果控制电源***的正、负接触器和散热风扇。电源控制器可通过直接采集，采集当前***的***总电压、电流、接触器状态和散热风机状态。如图10所示，电源控制器CMS的控制策略：
(1)***初始化：当电源开关闭合时，电源控制器CMS和控制单元得电，自行开始***初始化；
(2)自检：当电源控制器得电初始化后进行自检，自检内容包括：
1)故障自检；
2)正、负接触器故障自检：起机时，接触器状态默认为断开，若检测状态为闭合(即接触器状态置“1”)，是接触器故障信号置“1”；
3)风机故障检测：接收VCU下达的风机控制指令(风机1～4控制信号置“1”)，检查风机状态信号是否置“1”；若没有置“1”，使相应风机故障信号置“1”，5s后接收VCU下达的风机控制指令(风机1～4控制信号置“0”)；
(3)信息处理：电源控制器CMS接收控制单元上传的模组信息，进行处理分析作为故障判断的依据，计算出模组的平均温度，检测***总电压、接触器及散热风机状态，将***运行数据传输给整车控制器；
(4)如图11所示，***运行数据处理：电源控制器CMS将采集上来的相关信息，包括***电压、平均温度、SOC值以及接触器和散热风机状态等相关信息上传给整车控制器VCU；
(5)如图12所示，***告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***是否出现故障；***初始化后：①判断总电压是否过压，如果过压则发出告警且30S后断开接触器；②判断总电压是否欠压，如果欠压则发出告警且30S后断开接触器；③判断总电压过压预警，如果是则发出告警；④判断总电压欠压预警，如果是则发出告警；⑤判断总电压与计算电压差异过大，如果是则发出告警；⑥判断单体电压故障，如果是则发出告警且立即断开接触器；⑦判断模组超温故障，如果是则发出告警且立即断开接触器；⑧判断SOC告警，若SOC高则30S后断开接触器，若SOC高预警则禁止电制动，若SOC低则30S后断开接触器，若SOC低预警则上报数据；⑨判断风机故障；⑩判断接触器故障，正接触器或负接触器故障则立即断开接触器；
(6)如图13所示，模组告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***内模组是否出现故障；***初始化后，①判断模组过压，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号，然后30S后断开接触器；②判断模组欠压，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号，然后30S后断开接触器；③判断模组过压预警，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；④判断模组欠压预警，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；⑤判断模组过温，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；⑥判断模组过温预警，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；⑦判断控制单元故障，如果是则发出告警，30S后断开接触器；⑧判断模组一致性差，如果是则发出告警，
(7)如图14所示，单体告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***内单体是否出现故障；***初始化后，①判断单体过压，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号，30S后断开接触器；②判断单体欠压，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号，30S后断开接触器；③判断单体过压预警，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号；④判断单体欠压预警，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号；⑤判断模组一致性差，如果是则发出告警。
(8)节点控制：
1)如图15所示，正、负接触器导通触点节点控制，正、负接触器导通触点在未上电状态默认为断开状态，节点控制根据***的故障等级划分；
2)如图16所示，散热风扇节点控制，电源控制器CMS有4路风扇控制节点，根据控制单元采集的模组温度控制节点的高通或关断。
控制单元作为电源管理***的基础电源，担负着对电容模组和单体的电压、温度等参数的测量以及电压的均衡功能；如图4所示，控制单元的控制策略：
(1)***初始化：当电源开关闭合时，电源控制器和电源控制单元得电，自行开始***初始化；
(2)自检：当控制单元得电初始化后进行自检，自检内容包括：
1)故障自检；
2)正、负接触器故障自检：起机时，接触器状态默认为断开，若检测状态为闭合(即接触器状态置“1”)，是接触器故障信号置“1”；
3)风机故障检测：接收VCU下达的风机控制指令(风机1～4控制信号置“1”)，检查风机状态信号是否置“1”；若没有置“1”，使相应风机故障信号置“1”，5s后接收VCU下达的风机控制指令(风机1～4控制信号置“0”)；
(3)如图5所示，控制单元信息处理：控制单元对模组内的单体电压采集、温度采集，将这些实时采集的信号上传给电源控制器；
(4)如图6所示，控制单元均衡处理：控制单元对各单体电压进行采集、计算、比较；对各个电容单体的电压进行均衡；①判断控制板温度＞65℃，如果是则关闭所有均衡模块，如果不是则步骤②；②判断接到强制均衡指令，如果是则强制均衡模式，如果不是则步骤③；③如图7所示模块1～4均衡，如图8所示模块5～6均衡，如图9所示模块7～8均衡；④判断相邻2节压差＞0.0V，如果是则关闭所在均衡模块，如果不是则步骤⑤；⑤判断2节电压与相邻2节电压差＞0.75V，如果是则关闭所在均衡模块，如果不是则步骤⑥；⑥判断4节电压与相邻2节电压差＞1.5V，如果是则关闭所在均衡模块，如果不是则步骤⑦；⑦判断模组总电压＜15V，如果是则关闭所在均衡模块，如果不是则结束。

Claims (4)

1.一种低地板有轨电车车载电源管理***，其特征在于，包括：
控制单元，实现对电容模组和单体的电压、温度参数的测量以及电压的均衡功能；
电源控制器CMS，实时采集各电源控制单元上传的数据信息和检测***状态数据以及接受整车控制器VCU下达的控制指令，并根据相应的控制策略进行控制决策，输出并实时调节节点控制指令，实现对***内各部件的监督、控制和管理；
电源控制器CMS与各控制单元通过CAN总线实现信息采集、信息传递、以及对各控制单元的控制及保护；电源控制器CMS与控制单元互连形成***内部通讯，并与整车控制器VCU相连，将电源***的实时信息和故障与整车控制器VCU互通；
电源控制器CMS的控制策略：
（1）信息处理：电源控制器CMS接收控制单元上传的模组信息，进行处理分析作为故障判断的依据，计算出模组的平均温度，检测***总电压、接触器及散热风机状态，将***运行数据传输给整车控制器VCU；
（2）***运行数据处理：电源控制器CMS将采集上来的相关信息，包括***电压、平均温度、SOC值以及接触器和散热风机状态信息上传给整车控制器VCU；
（3）***告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***是否出现故障；***初始化后：①判断总电压是否过压，如果过压则发出告警且30S后断开接触器；②判断总电压是否欠压，如果欠压则发出告警且30S后断开接触器；③判断总电压过压预警，如果是则发出告警；④判断总电压欠压预警，如果是则发出告警；⑤判断总电压与计算电压差异过大，如果是则发出告警；⑥判断单体电压故障，如果是则发出告警且立即断开接触器；⑦判断模组超温故障，如果是则发出告警且立即断开接触器；⑧判断SOC告警，若SOC高则30S后断开接触器，若SOC高预警则禁止电制动，若SOC低则30S后断开接触器，若SOC低预警则上报数据；⑨判断风机故障；⑩判断接触器故障，正接触器或负接触器故障则立即断开接触器；
（4）模组告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***内模组是否出现故障；***初始化后，①判断模组过压，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号，然后30S后断开接触器；②判断模组欠压，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号，然后30S后断开接触器；③判断模组过压预警，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；④判断模组欠压预警，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；⑤判断模组过温，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；⑥判断模组过温预警，如果是则发出告警，上传模组编号、模组电压、模组温度、模组中单体最高电压、对应单体编号；⑦判断控制单元故障，如果是则发出告警，30S后断开接触器；⑧判断模组一致性差，如果是则发出告警；
（5）单体告警处理：单体告警处理：电源控制器CMS对控制单元和检测的数据进行分析，判断***内单体是否出现故障；***初始化后，①判断单体过压，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号，30S后断开接触器；②判断单体欠压，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号，30S后断开接触器；③判断单体过压预警，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号；④判断单体欠压预警，如果是则发出告警，上传所在模组编号、模组电压、模组温度、单体电压、单体编号；⑤判断模组一致性差，如果是则发出告警；
（6）节点控制：正、负接触器导通触点节点控制，正、负接触器导通触点在未上电状态默认为断开状态，节点控制根据***的故障等级划分；散热风扇节点控制，电源控制器CMS有4路风扇控制节点，根据控制单元采集的模组温度控制节点的高通或关断；
电源控制单元的控制策略：
（1）控制单元信息处理：控制单元对模组内的单体电压采集、温度采集，将这些实时采集的信号上传给电源控制器CMS；
（2）控制单元对各单体电压进行采集、计算、比较；对各个电容单体的电压进行均衡。
2.根据权利要求1所述的一种低地板有轨电车车载电源管理***，其特征在于：电源控制器CMS与整车控制器VCU的通讯协议采CANopen协议，波特率设置为250k。
3.根据权利要求1所述的一种低地板有轨电车车载电源管理***，其特征在于：所述电源控制器CMS的输入接口包括总电压信号模拟输入口、充放电流信号模拟输入口、风扇状态数字输入口、接触器状态信号数字输入口、24V电源输入口和CAN信号输入口；电源控制器CMS的输出接口包括CAN信号输出口。
4.根据权利要求1所述的一种低地板有轨电车车载电源管理***，其特征在于：所述控制单元的输入接口包括单体端电压模拟输入口、模组端电压模拟输入口、12节单体电压模拟输入口、模组温度模拟输入口、24V电源输入口和CAN信号输入口，控制单元的输出接口包括CAN信号输出口。
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