一种动力电池机车控制系统及控制方法与流程

本发明属于全自动化产品领域，涉及一种动力电池机车控制系统及控制方法。

背景技术：

1、随着全球向绿色、环保能源产业转型的迫切需求，节能环保型机车受到世界各国青睐，新能源机车成为未来轨道交通行业一种新的发展趋势。

2、目前国内外的机车市场，采用的动力能源基本是电力或者柴油，即电力机车和内燃机车。电力机车通过车顶的受电弓与接触网接触来获取电能。电能通过主断路器、主变压器送到变流器，经变换后驱动机车运行，并为空调、风机、水泵、油泵等辅助负载提供电源。控制系统相应的具备对高压系统的受电弓、主断、车顶隔离开关、主变压器等设备的逻辑控制和过压、欠压、过流等保护功能，可实现高压部件的顺序控制和保护，对重要高压部件的多次重复故障具有高压锁闭功能。内燃机车主要通过柴油机获取能量，通过主发电机逆变为主、辅变流器可用电压，主变流器经过交变后驱动机车运行，控制系统除对高压系统控制和保护外，还与柴油机系统进行交互控制和保护。

3、上述控制系统及控制方法仅适用于电力机车或内燃机车。

4、目前机车的控制系统和控制方法都是针对电力机车或者内燃机车，主要是与受电弓高压系统或者柴油机系统间交互控制，控制机车正常驱动运行。

5、该电力机车或内燃机车控制系统和控制方法不适用于纯动力电池机车。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种动力电池机车网络控制系统，包括第一交换机、第二交换机、中央控制单元、数据记录单元、远程输入输出单元i-1、远程输入输出单元i-2、远程输入输出单元ii、第一显示屏单元和第二显示屏单元；

2、所述第一交换机与所述第二交换机相连接；

3、所述中央控制单元、远程输入输出单元i-1、远程输入输出单元ii、第一显示屏单元与所述第一交换机相连接；

4、所述第二交换机与数据记录单元、远程输入输出单元i-2和和第二显示屏单元相连接。

5、基于所述的一种动力电池机车网络控制系统的控制系统，包括网络控制系统和牵引控制系统；

6、所述动力电池机车牵引控制系统包括第一牵引控制单元、第二牵引控制单元、第一辅助控制单元、第二辅助控制单元、第一电池管理系统、第二电池管理系统和蓄电池充电机单元；

7、所述第一牵引控制单元、第一辅助控制单元、第一电池管理系统、第二电池管理系统与所述第一交换机相连接；

8、所述第二牵引控制单元、第二辅助控制单元和蓄电池充电机单元还与所述第二交换机相连接。

9、进一步地：还包括电源板卡，所述中央控制单元、数据记录单元和电源板卡集成在一个机箱中，组成中央控制单元机箱；所述中央控制单元、数据记录单元与电源板卡相连接；

10、中央控制单元、数据记录单元对外接口相同，包括mvb、rs232、m12以太网、usb和rj45。

11、进一步地：所述远程输入输出单元i-1、远程输入输出单元i-2结构相同；

12、所述远程输入输出单元i-1包括电源板、网关板、di板及ax板；

13、所述远程输入输出单元ii包括电源板、网关板、3个di板及3个do板；

14、电源板卡通过机箱背板给网关板卡、di板卡、do板卡及ax板卡供电，io板卡负责硬线信号的输入输出，网关板通过背板将can总线信号数据打包处理成以太网协议数据格式，发到以太网总线上与tcms系统的ccu完成信号的交互。

15、根据任一项所述的一种动力电池机车控制系统的启机停机控制方法，包括以下步骤：

16、启机过程：整车上电，中央控制单元判断整车其他所有设备通信状态正常，来自远程输入输出单元i-1或远程输入输出单元i-2或远程输入输出单元ii采集的方向信号为中立位，且判断机车发来的速度为0，机车处于静止状态；

17、当中央控制单元接收到来自远程输入输出单元i-1或远程输入输出单元i-2或远程输入输出单元ii采集的动力电池投入按钮信号，控远程输入输出单元i-1或远程输入输出单元i-2或远程输入输出单元ii输出信号激活第一电池管理系统或第二电池管理系统，第一电池管理系统或第二电池管理系统上电启动，进行10秒自检，与中央控制单元建立通信，由第一电池管理系统或第二电池管理系统统根据动力源选择旋钮确认当前是机车还是拖车，通过以太网发送给中央控制单元，中央控制单元根据选择的动力源采信第一电池管理系统或第二电池管理系统发送的相应状态数据，与第一电池管理系统或第二电池管理系统进行相互确认准备完成后，插入电钥匙激活操作端司机室，此时投入负载，控制机车进行牵引；

18、停机过程：中央控制单元ccu获取机车速度为0，即处于静止状态，远程输入输出单元i-1或远程输入输出单元i-2或远程输入输出单元ii采集的方向信号为中立位，且牵引变流器卸载完成后，此时按下动力电池停机按钮，中央控制单元收到远程输入输出单元i-1或远程输入输出单元i-2或远程输入输出单元ii采集的该信号，控制远程输入输出单元i-1或远程输入输出单元i-2或远程输入输出单元ii输出切断电池唤醒信号指令，同时给第一电池管理系统或第二电池管理系统发送停机指令，第一电池管理系统或第二电池管理系统10秒内自动完成系统关闭，实现停机功能。

19、根据任一项所述的一种动力电池机车控制系统的限功率控制方法，包括以下步骤：

20、所述中央控制单元根据接收来自第一电池管理系统或第二电池管理系统发来的电池剩余电量soc值及电池簇故障数对电池充放电功率进行控制；

21、(1)机车充电功率限制过程：机车配有a组电池簇，当全部可用时，中央控制单元根据电池剩余电量soc值x计算出允许充电最大功率限制值y，当电池簇故障数小于b组时，根据故障数及剩余电量soc值x计算出获得最大充电功率限制值z，当电池簇故障数大于b组时，限制充电功率为0，禁止充电；

22、(2)机车放电功率限制过程：机车配有a组电池簇，当全部可用时，中央控制单元根据电池剩余电量soc值x计算出允许放电最大功率限制值y1，当电池簇故障数小于b组时，根据故障数及剩余电量soc值x计算获得最大放电功率限制值z1，当电池簇故障数大于b组时，限制放电功率为0，禁止放电；

23、放电功率限制除根据上述条件逻辑控制外，还要考虑第一电池管理系统或第二电池管理系统故障报警条件，当动力电池机车控制系统收到第一电池管理系统或第二电池管理系统任意一级报警时，功率限制值不变，当收到任意二级或三级报警时，在当前放电功率限制值的基础上按照特定百分比降功率进行输出，当收到任意四级报警时，tcms控制禁止输出功率；

24、(3)拖车充放电功率限制：

25、托车充电功率限制过程：托车配有2a组电池簇，当全部可用时，中央控制单元根据电池剩余电量soc值x计算出允许充电最大功率限制值y，当电池簇故障数小于c组时，根据故障数及剩余电量soc值x计算出获得最大充电功率限制值z，当电池簇故障数大于c组时，限制充电功率为0，禁止充电；c>b；

26、(4)托车放电功率限制过程：托车配有2a组电池簇，当全部可用时，中央控制单元根据电池剩余电量soc值x计算出允许放电最大功率限制值y1，当电池簇故障数小于c组时，根据故障数及剩余电量soc值x计算获得最大放电功率限制值z1，当电池簇故障数大于c组时，限制放电功率为0，禁止放电；

27、放电功率限制除根据上述条件逻辑控制外，还要考虑第一电池管理系统或第二电池管理系统故障报警条件，当动力电池机车控制系统收到第一电池管理系统或第二电池管理系统任意一级报警时，功率限制值不变，当收到任意二级或三级报警时，在当前放电功率限制值的基础上按照特定百分比降功率进行输出，当收到任意四级报警时，tcms控制禁止输出功率。

28、根据任一项所述的一种动力电池机车控制系统的电池充电控制方法包括以下步骤：

29、当机车静止且具备充电条件时，切掉动力源选择开关，通过第一显示屏单元或第二显示屏单元点击充电按钮，弹窗确认进入充电模式，中央控制单元判断目前机车充电环境正常后，给第一电池管理系统或第二电池管理系统发送充电允许指令，第一电池管理系统或第二电池管理系统的充电系统进入自检状态，自检正常后反馈信号给中央控制单元，同时等待插枪插入，第一电池管理系统或第二电池管理系统判断插枪就绪后给中央控制单元发送对应状态标志位，机车进行充电状态，第一显示屏单元或第二显示屏单元主界面和充电界面醒目提醒正在充电状态，充电界面实时监控机车、拖车电池状态信息。

30、根据所述的一种动力电池机车控制系统的电池充电控制方法，还包括停止充电共有两种方式：

31、第一种方式通过第一显示屏单元或第二显示屏单元界面停止充电按钮，按下按钮弹窗提示确认是否停止充电，经确认后，提示信息：等待插枪移除，充电系统检测插枪移除后给中央控制单元反馈信号，收到反馈信号显示屏弹窗提示：是否返回牵引模式，经确认后，弹窗消失，方可对整车进行正常使用操作；

32、第二种方式当电池电量充满或充电桩处断开充电按钮，充电系统会给中央控制单元发送充电完成或断开充电信号，然后ccu按照第一种停止充电逻辑一步步退出充电模式，进入牵引模式状态。

33、本发明提供的一种纯动力电池机车控制系统及方法，针对纯动力电池机车，研制专用的控制系统和控制方法，保证机车正常驱动运行，用以实现控制系统与电池管理系统间的控制和保护，通过电池获取的能量驱动机车正常运行，本技术实现高实时性、高可靠性安全控车。针对电池系统采用先进的控制策略，实时计算显示整车能耗，确保机车运用更节能。