一種用于無軌電車的能量管理系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雙源無軌電車控制技術領域，包括能量管理系統，對電網電壓信息、車輛位置信息、電池電量信息和電機功率信息進行采集，存儲和控制DC/DC變換器提供能量；還包括無軌電車的能量控制方法，通過利用計算機建立分析策略，控制車輛的位置，高效分配能量。
【背景技術】
[0002]在城市空氣污染加重和石油對外依存度越來越高的嚴峻形勢下，傳統的燃油動力公交已無法滿足節能減排的需要，國家開始大力推廣新能源公交車。以純電驅動的公交需要非常昂貴的購車和保養成本，而雙源無軌電車不僅克服了普通無軌電車受制于線網布局的天生缺陷，而且在節能環保方面與其他客車相比也有明顯的優勢，具體表現為:其使用線軌和自身加裝的電池雙源供電，在有線網的路段可依靠線網供電同時進行充電，沒有線網的時候則靠電池中儲存的電量運行。
[0003]現有的雙源無軌電車能量管理技術較為簡單，電網傳輸給雙源無軌電車的能量等于雙源無軌電車實時驅動能量和充電能量之和:如圖1所示，當集電架與電網連接后，能量一方面由電網經過集電架進入電機，另一方面由電網經過集電架和充電機進入電池；如圖2所示，當集電架與電網斷開后，能量由電池通過二極管進入電機。
[0004]然其不足之處在于，當連接電網的雙源無軌電車由于交通路況等原因扎堆出現在某一段電網時，其對電網能量需求將遠遠高于電網的負載能力，造成電網電壓下降，從而造成電網能量無法有效的傳輸到雙源無軌電車的電機系統，使電機無法正常驅動車輛啟動運行，嚴重時形成車輛集體趴窩現象。
[0005]現有的雙源無軌電車在面對集體趴窩現象時，只能通過強行斷開部分雙源無軌電車與電網的連接，以保證電網有限的能量能傳輸到急需能量的雙源無軌電車當中，而是否斷開電網，何時斷開電網，何時重新連接電網，需要司機與司機之間進行溝通協調，從而降低了雙源無軌電車的運行效率，增加了司機的工作量。
【發明內容】
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種用于無軌電車的能量管理系統及控制方法，通過利用CAN總線獲取直流電網的電網電壓信息，電機的需求功率信息，電池的電量信息，通過定位模塊獲取車輛的位置信息，經過控制器發送至無線通信模塊，通過無線通信模塊傳送至云端服務器，經過所述云端服務器的處理，能將指令傳送至DC/DC處理器，進行分配不同的功率給車輛，實現對車輛的調度管理，避免出現集體趴窩現象。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]—種用于無軌電車的能量管理系統，包括電機，與所述電機相接通的DC/DC變換器和電池，所述電機、所述DC/DC變換器和所述電池均安裝于車體上，在車體上還裝有集電架，所述集電架能夠與直流電網進行接通或者斷開，即通過所述集電架能夠控制所述DC/DC變換器與直流電網的開關，能量管理系統還包括云端服務器，控制器、定位模塊和無線通信模塊，通過CAN總線與集電架、電池和電機相接通，所述控制器通過電路將CAN芯片，隔離芯片和CPU集成于一體，并與CAN總線相通接，獲取車輛能量需求信息；所述定位模塊通過電路將RF射頻芯片、基帶芯片和CPU集成于一體，并與導航衛星進行無線通信，來實現對車輛的定位；所述無線通信模塊為集成了天線和CPU的集成電路，與控制器和云端服務器之間建立無線通信連接；所述云端服務器由無線路由器和計算機組成，對車輛進行實時監控，存儲數據并發送指令，如果云端服務器由多臺計算機組成，計算機之間可以通過交換機進行連接；所述集電架、所述電機、所述電池和所述DC/DC變換器通過CAN總線相接，與控制器相接通。
[0009]作為優選，控制器、定位模塊和無線通信模塊集成于一體，節省整車CAN網絡資源和硬件資源，減少了系統的故障點；模塊之間的通信通過高速串口或并口相連，有效的提高了數據傳輸的實時性和可靠性；所述定位模塊通過無線信號從定位衛星上獲取車輛位置信息。
[0010]更優選的，所述控制器、定位模塊和無線通信模塊集成于DC/DC變換器上，減少了系統的復雜度，節約了線束，有助于提升系統的可靠性。
[0011]作為優選，所述定位模塊為GPS、BDNS, GNS、GL0NASS之間的一種或者多種。
[0012]作為優選，所述無線通信模塊采用COPD、GSM、CDMA之間的一種作為公共平臺。
[0013]一種用于對無軌電車的能量控制方法，包括以下步驟:
[0014](I)通過所述CAN總線獲取所述集電架從直流電網上傳導的電網電壓信息，所述電池上的電池電量信息以及所述電機的功率信息；
[0015](2)所述控制器采集所述電網電壓信息、電池電量信息和功率信息；
[0016](3)所述定位模塊通過無線信號從定位衛星上獲取車輛的位置信息；
[0017](4)所述控制器和所述定位模塊通過所述無線通信模塊，反饋至所述云端服務器;
[0018](5)所述云端服務器對接收到車輛位置信息、電網電壓信息、電池電量信息和功率信息存儲，并根據車輛的電池電量信息匹配相應的指令，發送指令至所述無線通信模塊，通過所述無線通信模塊傳導至所述控制器，進而通過CAN總線控制DC/DC變換器的輸出。
[0019]進一步地，在某一電網段上，假設有車輛Al，A2，......，An，電量分別為:E1，
E2，……，En，所述云端服務器在獲取到電量信息后，在不超出直流電網的負載條件下，優先滿足min(El，E2，……，En)的功率輸入要求。
[0020]更進一步地，假設線網由M條線路連接而成，每條線路的總功率為P，每條線路上有車輛A1，A2，……，An，需求的功率為P1，P2，……，Pn，其中:
[0021](I)當第M條線路上的P-(P1+P2+……Pn)，小于第M-1條線路中的min (P1，P2，……，Pn)，則指令提示即將從第M-1條線路進入第M條電路的車輛，應保持在第M-1條線路充電；
[0022](2)當第M條線路上的P-(P1+P2+……Pn)，大于或者等于第M-1條線路中的max (Pl，P2，……，Pn)，且第M-1條線路中的P-(P1+P2+……Pn)的值小于等于O時，則指令第M-1條線路中的車輛脫網駛入第M條線路上充電。
[0023]有益效果:本發明通過以上技術方案，具有以下技術效果:
[0024]1、在不改變電網和變電站的前提下，能大幅度提升電網的利用率，增加在網運行電車數量；
[0025]2、能夠實時、動態、高效的對車輛進行輸出功率分配，實現智能化管理，有效解決無軌電車扎堆趴窩現象；
[0026]3、能有效提升工作效率，降低司機的工作量。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發明【背景技術】所提及的雙源無軌電車能量管理技術的連接結構示意圖；
[0029]圖2為本發明【背景技術】所提及的雙源無軌電車能量管理技術的斷開結構示意圖；
[0030]圖3為本發明實施例所提及的能量管理系統結構示意圖；
[0031]圖4為本發明實施例所提及的單一電網段車輛運行結構示意圖；
[0032]圖5為本發明實施例所提及的整體線網結構中車輛運行結構示意圖。
[0033]圖中數字和字母所表示的相應部件名稱:
[0034]1、集電架；2、充電機；3、二極管；4、電機；5、電池；6、直流電網；7、CAN總線；8、控制器；9、DC/DC變換器；10、定位模塊；11、無線通信模塊；12、云端服務器；
【具體實施方式】
[0035]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036]實施例1
[0037]—種用于無軌電車的能量管理系統及控制方法，請參照圖3，包括安裝于車體上的電機，DC/DC變換器和電池，所述電機與所述DC/DC變換器、所述電池相連接。在車體上裝有集電架，通過集電架與直流電網的連接與斷開，能夠控制所述DC/DC變換器與直流電網的開關。
[0038]所述的能量管理系統還包括云端服務器，控制器、定位模塊和無線通信模塊，所述控制器主要是通過電路將CAN芯片，隔離芯片和CPU集成于一體，并與CAN總線相通接，用于獲取車輛能量需求信息；所述定位模塊為GPS，其主要是通過電路將RF射頻芯片、基帶芯片和CPU集成于一體，用于對車輛進行定位；所述無線通信模塊采用GSM平臺，其集成了天線和CPU的集成電路，能夠與控制器、云端服務器之間建立無線通信連接。
[0039]為了能夠獲取車輛的電網電壓信息、電機功率信息、能量需求信息和車輛的位置信息，本發明將所述集電架與所述CAN總線相接通，當所述集電架與直