CN114407715A

CN114407715A - 一种轨道车辆储能系统充电方法

Info

Publication number: CN114407715A
Application number: CN202210065897.0A
Authority: CN
Inventors: 潘华; 张晗; 曾倩; 廖巧云; 晋军辉
Original assignee: Zhuzhou CRRC Special Equipment Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Special Equipment Technology Co Ltd
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2042-01-20
Also published as: CN114407715B

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆储能系统充电方法，该方法采用至少两套储能系统并联供电，每套储能系统均配备有电芯管理系统CMS；采用的充电桩系统与储能系统上的电芯管理系统CMS之间无线双向通信连接；充电桩系统在给储能系统充电之前，先判断每个储能系统的电压之间是否存在不适合同时充电的电压差，若不存在，则控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；若存在，则将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差后再控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；具体充电过程中先用恒流充电，直到储能系统电压稳定后再换成恒压充电，到储能系统电流稳定后，结束充电。该方法具有包含多个储能模块，充电安全性、稳定性与充电效率可以兼顾的效果。

Description

一种轨道车辆储能系统充电方法

技术领域

本发明涉及电动轨道车辆储能系统充电技术领域，具体是指一种轨道车辆储能系统充电方法。

背景技术

目前，为了推动新能源车辆的发展。部分型号的轨道车辆也开始朝着向带有储能系统的结构发展。即通过在轨道车辆上安装储能系统，然后在车站安装对应的充电系统并配合其他控制系统与传感器装置组成充电结构。车辆在全部或者部分车站通过升弓充电，出站后靠储能系统存储的能量降弓无架线行驶。

在轨道车辆的储能系统的充电方法方面，首先，现有技术中带储能系统的轨道车辆很多只带有一套储能系统，充电方法也只针对单一的储能系统，当车辆在降弓无架线行驶时，一旦出现供能故障，车辆就会全面断电，而单一储能系统反复频繁的充放电，也会加速其衰减，不利于系统长久稳定的运行。

目前针对单一储能系统的充电方式主要有浮充、均充、快速充电、恒流充电四种方式。其中浮充是指一种连续、长时间的恒电压充电方法。浮充电压略高于涓流充电电压，足以补偿蓄电池自放电损失并能够在电池放电后较快地使蓄电池恢复到接近完全充电状态，又称连续充电。这种充电方式，不能控制电流大小，容易对充电器和电池造成损坏。

其中均充是指以定电流和定时间的方式对电池充电，充电较快。充电电压与浮充相比要大。在专业维护人员对电池保养时经常用的充电模式，这种模式还有利于激活电池的化学特性。其中恒流充电是指电流维持在恒定值的充电方法，是一种广泛采用的充电方法。蓄电池的初充电，运行中的蓄电池的容量检查，运行中的牵引蓄电池的充电以及蓄电池极板的化成充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。但均充和恒流充电时，电池的充电额定电压得不到保障，容易把电池充爆。

其中快速充电的充电方式能在1～5h内使蓄电池达到或接近完全充电状态的一种充电方法。常用于牵引用蓄电池需要在较短时间内恢复完全充电状态时的充电。快速充电对蓄电池的性能和寿命有损。蓄电池的正常充电耗时约10～20h，如何能快速充电而不损害蓄电池的性能和寿命，目前还没有完全突破相关瓶颈。

而目前用于轨道车辆的储能系统的充电方法多是直接采用与电动小汽车的充电方法相同的方法，没有考虑轨道车辆对功率、安全性、稳定性与效率等要求更高的特殊性。

综上所述，现有技术中针对于轨道车辆的储能系统充电方法仍然存在储能模块单一，充电安全性、稳定性与充电效率无法兼顾等不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种包含多个储能模块，充电安全性、稳定性与充电效率可以兼顾的轨道车辆储能系统充电方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种轨道车辆储能系统充电方法，该方法采用至少两套储能系统并联供电，为轨道车辆提供动力来源，每套储能系统均配备有电芯管理系统CMS；采用充电桩系统为轨道车辆的储能系统充电，充电桩系统与储能系统上的电芯管理系统CMS之间无线双向通信连接；充电桩系统在给储能系统充电之前，先根据储能系统特性以及实际运行工况判断每个储能系统的电压之间是否存在不适合同时充电的电压差，若不存在，则控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；若存在，则将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差后再控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；具体充电过程中采用先用恒流充电，直到储能系统电压稳定后再换成恒压充电，到储能系统电流稳定后，确认储能系统电能充满，结束充电。

作为优选，所述的储能系统为两套，两套系统之间适合同时充电的电压差设定为小于等于5伏。

作为优选，所述的将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差的方法为：先将电压高的储能系统的接触器吸合，电压低的储能系统的接触器保持断开；同时启动车辆负载，通过车载负载对电压高的储能系统进行消耗放电，具体投入多大的负载需要实际运行情况确定，目的是以合理的速度消耗高电压储能系统电量；当轨道车辆的整车控制中心检测到所有储能系统的输出电压差值达到预设值时，则通知另一套储能系统的接触器吸合，然后开始同时对并联的各储能系统进行充电。

作为优选，每套储能系统上配备的电芯管理系统CMS同时连接在轨道车辆自带的CAN总线上，不同电芯管理系统分配不同的地址信息，所述的CAN总线连接有CAN转WIFI模块，当轨道车辆进到指定的充电位置后，充电桩系统分别与两套CMS系统建立无线通讯，双方实时进行数据交换并准备充电。

作为优选，所述的将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差的方法为：在各储能系统的并联线路上设置电控断路器，然后先将电压高的储能系统的并联线路断开，充电桩开始给电压低的储能系统单独充电，充电至各储能系统之间的电压相同或者在适合同时充电的电压差之内时，再将电压高的储能系统的并联线路接通，开始同步给所有储能系统充电。

作为进一步优选，在开始充电时，充电桩系统首先通过WIFI模块无线与每套储能系统上的电芯管理系统CMS进行通信与识别，当只识别到一个电芯管理系统CMS时，表示轨道车辆只配套有一个储能系统，则直接进行充电操作；如果识别到有多个电芯管理系统CMS时，表示轨道车辆配套有多个储能系统，则进一步检测各储能系统之间的电压值，并进行电压调平操作后再同步给各储能系统进行充电。

采用上述方法后，本发明具有如下有益效果：采用多储能系统并联供电，为轨道车辆提供动力来源，确保了电能供应的稳定性与高功率输出，并联控制，同步充电，充电前先进行压差调平，以保护电池。具体充电过程采用先采用先用恒流充电，直到储能系统电压稳定后再换成恒压充电，到储能系统电流稳定后，确认储能系统电能充满，结束充电。结合两种方法，进一步确保了电池系统在充电过程中的安全与稳定，同时将提升了充电效率。

综上所述，本发明提供了一种包含多个储能模块，充电安全性、稳定性与充电效率可以兼顾的轨道车辆储能系统充电方法。

附图说明

图1是本发明中轨道车辆储能系统充电方法的充电框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1，一种轨道车辆储能系统充电方法，该方法采用至少两套储能系统并联供电，为轨道车辆提供动力来源，每套储能系统均配备有电芯管理系统CMS；采用充电桩系统为轨道车辆的储能系统充电，充电桩系统与储能系统上的电芯管理系统CMS之间无线双向通信连接；充电桩系统在给储能系统充电之前，先根据储能系统特性以及实际运行工况判断每个储能系统的电压之间是否存在不适合同时充电的电压差，若不存在，则控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；若存在，则将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差后再控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；具体充电过程中采用先用恒流充电，直到储能系统电压稳定后再换成恒压充电，到储能系统电流稳定后，确认储能系统电能充满，结束充电。

作为进一步优选，在开始充电时，充电桩系统首先通过WIFI模块无线与每套储能系统上的电芯管理系统（CMS）进行通信与识别，当只识别到一个电芯管理系统（CMS）时，表示轨道车辆只配套有一个储能系统，则直接进行充电操作；如果识别到有多个电芯管理系统（CMS）时，表示轨道车辆配套有多个储能系统，则进一步检测各储能系统之间的电压值，并进行电压调平操作后再同步给各储能系统进行充电。

具体实施时，以两套储能系统为例，即车辆设置两套储能系统，每套储能系统配置有1个CMS系统，两套储能系统并联起来为车辆提供动力来源。因此在充电过程中，所需要考虑以下控制策略。

1、双储能系统充电并联控制。由于是两套储能系统并联使用，要考虑两者之间的电压差，才能控制各系统主接触器是否吸合。若两套系统的输出电压差值小于等于5V（具体数值也可根据储能系统特性以及实际运行工况自行测试决定），则两套储能系统的接触器可启动吸合；若两套系统的输出电压差值大于5V，建议可以先将电压高的储能系统的接触器吸合，低电压储能系统的接触器保持断开。同时启动车辆负载（如空调或者照明系统），通过车载负载放电，具体投入多大的负载需要实际运行情况确定，目的是以合理的速度消耗高电压储能系统电量。当整车控制中心检测到两套系统的输出电压差值小于等于 5V（暂定，具体数值根据储能系统特性以及实际运行工况决定）时，则通知另一套储能系统的接触器吸合。

2、双储能系统充电原则。系统先用恒流充电，到电压稳定后再用恒压充电，到电流稳定后，储能系统充满。同时充电电流大小需根据储能系统在各个电压、温度范围内的最大充电电流值。

3、双储能系统充电无线通讯方式。由于双储能系统配置有2个CMS系统，即附图1中的CMS1与CMS2，同时挂在轨道车辆的CAN总线上（其地址不同，即端口地址，相当于识别代码），通过一个CAN转WIFI模块，将两路CAN信息通过WIFI传输出去。当车辆进站后通过车辆受电弓与站台充电轨接触，并停到指定位置后，充电桩与两套CMS系统建立无线通讯，双方实时进行数据交换并准备充电。如充电桩只收到一个CMS系统数据，则认为只有一套储能系统在线。如收到两个CMS系统数据，则认为两套储能系统并联在线。当只识别到一个电芯管理系统CMS时，表示轨道车辆只配套有一个储能系统，则直接进行充电操作；如果识别到有多个电芯管理系统CMS时，表示轨道车辆配套有多个储能系统，则进一步检测各储能系统之间的电压值，并进行电压调平操作后再同步给各储能系统进行充电。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构与方法并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种轨道车辆储能系统充电方法，其特征在于：该方法采用至少两套储能系统并联供电，为轨道车辆提供动力来源，每套储能系统均配备有电芯管理系统（CMS）；采用充电桩系统为轨道车辆的储能系统充电，充电桩系统与储能系统上的电芯管理系统（CMS）之间无线双向通信连接；充电桩系统在给储能系统充电之前，先根据储能系统特性以及实际运行工况判断每个储能系统的电压之间是否存在不适合同时充电的电压差，若不存在，则控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；若存在，则将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差后再控制充电桩同时对每个储能系统进行充电；具体充电过程中采用先用恒流充电，直到储能系统电压稳定后再换成恒压充电，到储能系统电流稳定后，确认储能系统电能充满，结束充电。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆储能系统充电方法，其特征在于：所述的储能系统为两套，两套系统之间适合同时充电的电压差设定为大约小于等于5伏。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆储能系统充电方法，其特征在于：所述的将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差的方法为：先将电压高的储能系统的接触器吸合，电压低的储能系统的接触器保持断开；同时启动车辆负载，通过车载负载对电压高的储能系统进行消耗放电，具体投入多大的负载需要实际运行情况确定，目的是以合理的速度消耗高电压储能系统电量；当轨道车辆的整车控制中心检测到所有储能系统的输出电压差值达到预设值时，则通知另一套储能系统的接触器吸合，然后开始同时对并联的各储能系统进行充电。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆储能系统充电方法，其特征在于：每套储能系统上配备的电芯管理系统（CMS）同时连接在轨道车辆自带的CAN总线上，不同电芯管理系统分配不同的地址信息，所述的CAN总线连接有CAN转WIFI模块，当轨道车辆进到指定的充电位置后，充电桩系统分别与两套CMS系统建立无线通讯，双方实时进行数据交换并准备充电。

5.根据权利要求1所述的轨道车辆储能系统充电方法，其特征在于：所述的将各储能系统的电压调节到适合同时充电的电压差的方法为：在各储能系统的并联线路上设置电控断路器，然后先将电压高的储能系统的并联线路断开，充电桩开始给电压低的储能系统单独充电，充电至各储能系统之间的电压相同或者在适合同时充电的电压差之内时，再将电压高的储能系统的并联线路接通，开始同步给所有储能系统充电。

6.根据权利要求4所述的轨道车辆储能系统充电方法，其特征在于：在开始充电时，充电桩系统首先通过WIFI模块无线与每套储能系统上的电芯管理系统（CMS）进行通信与识别，当只识别到一个电芯管理系统（CMS）时，表示轨道车辆只配套有一个储能系统，则直接进行充电操作；如果识别到有多个电芯管理系统（CMS）时，表示轨道车辆配套有多个储能系统，则进一步检测各储能系统之间的电压值，并进行电压调平操作后再同步给各储能系统进行充电。