一种新能源机车充电系统及充电方法

技术领域

本发明涉及新能源机车充电技术领域，尤其涉及一种新能源机车充电系统及充电方法。

背景技术

厂矿企业用于牵引作业的机车多采用内燃调车机车，由于调车机车换向、起动、加速、制动频繁，负荷变化频繁，导致内燃机燃烧效率低，废气排放严重，不符合企业节能减排及经济运行要求，所以现有技术中采用将内燃机车改造成纯电动或者混合动力的新能源机车。对于具有车载储能系统的新能源机车，现有技术依然采用类似电动汽车的充电方式，即机车上设置充电插座，地面设置充电桩，需要充电时，插入充电枪进行充电。这种充电方式需要人工插拔充电枪，并且充电电流比较小，不能满足大功率和自动充电的要求。由此需要一种新能源机车充电系统及充电方法。

发明内容

本申请实施例通过提供一种新能源机车充电系统及充电方法，至少部分解决了现有技术中不能满足大功率和自动充电的技术问题，实现了机车自动化进行大功率充电控制的技术效果。

第一方面，为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了如下技术方案：

一种新能源机车充电系统，包括：

地面供电系统和车载接收系统；

上述地面供电系统包括依次电连接的变压器、隔离开关、充电机和地面无线通信设备；上述充电机通过多个输出接触器分别控制对应充电轨电力传输的通断；上述充电机和任一上述充电轨之间还设有用于检测充电轨正极轨和负极轨之间电压的电压检测装置；

上述车载接收系统包括整车控制器、与上述整车控制器分别电连接的受电弓、充电接触器和储能设备；上述受电弓、上述充电接触器和上述储能设备依次连接；上述整车控制器通过车载无线通信设备与上述地面无线通信设备进行数据交互。

可选的，上述系统还包括与上述整车控制器连接的充电按钮。

第二方面，提供一种新能源机车充电方法，包括上述新能源机车充电系统，其充电方法包括：

向上述整车控制器发出充电指令，控制上述整车控制器获取上述储能设备的状态以及电量；

当上述状态和电量均满足预设要求，上述整车控制器发出升弓指令给上述受电弓，控制上述受电弓与上述充电轨接触，并反馈接触信号至上述整车控制器；

上述整车控制器控制上述充电接触器闭合，并将闭合信号通过上述车载无线通信设备和上述地面无线通信设备发送至上述充电机；

上述充电机通过上述电压检测装置检测充电轨的电压，若不符合预设阈值，则发出故障警报；反之，则控制上述输出接触器闭合通电直至上述储能设备电量达到预设条件，并断开电力输送，回收上述受电弓。

可选的，上述则控制上述输出接触器闭合通电直至上述储能设备电量达到预设条件的步骤，还包括：

当上述整车控制器检测到上述储能设备的电压高于预设电压值预设时间后，向上述充电机发送停止充电指令。

可选的，上述并断开电力输送的步骤，还包括：

上述充电机收到上述停止充电指令后，按预设梯度逐次减少电流输出直到为零。

可选的，上述回收上述受电弓的步骤，还包括：

当上述电流降为零后，上述整车控制器向上述输出接触器和充电接触器发出断开指令，

在上述充电接触器和输出接触器断开后，向上述整车控制器发出断开反馈信号，上述整车控制器向上述受电弓发出回收指令，控制上述受电弓恢复至原位置。

可选的，上述若不符合预设阈值，则发出故障警报的步骤，还包括：

当上述电压检测装置检测到任一上述充电轨的电压不在预设电压范围内时，控制上述充电轨对应的上述输出接触器断开；若多个上述充电轨的电压均不在预设电压范围内，则发出故障警报。

可选的，在若不符合预设阈值，则发出故障警报之后，还包括：

当上述充电轨数量为两条时，任一上述充电轨与上述受电弓接触并开始充电后，控制另一个上述充电轨对应的输出接触器断开。

第三方面，提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现如第一方面上述方法对应的步骤。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面上述方法对应的步骤。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

利用充电轨和受电弓的方式进行大功率充电，同时设置输出接触器控制地面供电系统中充电轨的电力传输，利用充电接触器控制车载接收系统中受电弓向储能设备的电力传输，并依靠设备无线通信设备让车载接收系统和地面供电系统进行数据交换，从而达到自动充电的目的，由此提高了充电的便捷性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本申请提供的一种新能源机车充电系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一种新能源机车充电方法的流程与；

图3为本申请提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本申请实施例通过提供一种新能源机车充电系统及充电方法，改善了现有技术中不能满足大功率和自动充电的技术问题，实现了机车自动化进行大功率充电控制的技术效果。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

利用充电轨和受电弓进行大功率充电，同时设置输出接触器控制地面供电系统中充电轨的电力传输，利用充电接触器控制车载接收系统中受电弓向储能设备的电力传输，并依靠设备无线通信设备让车载接收系统和地面供电系统进行数据交换，从而达到自动充电的目的，由此提高了充电的便捷性和安全性。

本申请实施例中，提供了如图1所示的一种新能源机车充电系统，该系统包括：地面供电系统和车载接收系统；上述地面供电系统包括依次电连接的变压器、隔离开关、充电机和地面无线通信设备；上述充电机通过多个输出接触器分别控制对应充电轨电力传输的通断；上述充电机和任一上述充电轨之间还设有用于检测充电轨正极轨和负极轨之间电压的电压检测装置；上述车载接收系统包括整车控制器、与上述整车控制器分别电连接的受电弓、充电接触器和储能设备；上述受电弓、上述充电接触器和上述储能设备依次连接；上述整车控制器通过车载无线通信设备与上述地面无线通信设备进行数据交互。

需要说明的是，地面供电系统中，变压器采用箱式变压器，其将35kV/10kV交流电变成AC380V交流电，经隔离开关输送至充电机；其中正常情况下隔离开关处于闭合状态进行正常电力输送，而故障或者需要检修时隔离开关断开，从而保证检修的安全。其中充电机由EMI滤波器、整流单元、IGBT逆变桥、高频变压器、整流二极管以及微处理器等组成，其设置的目的旨在将输入的交流电源转换为直流电。另外输出接触器通过电缆连接充电机和第一充电轨，用于控制充电机的输出与充电轨之间电连接的通断。其中的充电轨，采用钢铝复合轨，由两根轨构成，分别为正极轨和负极轨，其分别对应充电机输出直流电的正极和负极。而电压检测装置则是用于检测充电轨正极轨和负极轨之间的电压，并将检测到的电压值发送至充电机。充电机通过通信总线与地面无线通信设备连接，并通过无线通信设备与车载接收系统进行数据交互。在车载接收系统中，受电弓采用正负极受电方式，其中受电弓的正负极分别对应充电轨的正极轨和负极轨。同时设置充电接触器通过电缆连接受电弓和储能设备，其中充电接触器用于控制所述车载储能装置与所述受电弓之间电连接的通断；另外设置车载无线通信设备与地面无线通信设备进行连接，从而完成整机控制器和充电机之间的控制指令和状态数据等信息的交互。

还需要说明的是，通信总线可以为CAN、RS485或MVB，而无线通信方式可以是WIFI、4G、5G或者蓝牙。储能设备可以采用动力电池或者超级电容等储能设备。

进一步地，上述系统还包括与上述整车控制器连接的充电按钮。

需要说明的是，充电按钮主要是作为充电的触发装置，输出脉冲信号，机车控制器接收充电按钮输出的脉冲信号，并作为机车充电的启动条件。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种新能源机车充电方法，如图2所示，包括上述新能源机车充电系统，其中充电方法包括：

S101，向上述整车控制器发出充电指令，控制上述整车控制器获取上述储能设备的状态以及电量；

需要说明的是，设置充电按钮向整车控制器发出充电指令。整车控制器作为电动交通工具的控制设备，其集成了电动交通工具绝大部分控制功能，例如整车控制器VCU(Vehicle control unit)作为新能源车中央控制单元，是整个控制系统的核心。其采集电机及电池状态，采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感器信号等等。

S102，当上述状态和电量均满足预设要求，上述整车控制器发出升弓指令给上述受电弓，控制上述受电弓与上述充电轨接触，并反馈接触信号至上述整车控制器；

需要说明的是，如果储能设备的状态正常(即储能设备电压、电流和功率都在安全指标内)，并且存储的电量SOC<100％，则整车控制器输出升弓指令给受电弓，受电弓自动升起，与充电轨接触。升起后，反馈升弓到位信号给整车控制器，整车控制器收到升弓到位信号后，输出闭合指令给充电接触器，充电接触器闭合，并将闭合信号反馈给整车控制器，储能设备、充电接触器、受电弓和充电轨依次连通。

S103，上述整车控制器控制上述充电接触器闭合，并将闭合信号通过上述车载无线通信设备和上述地面无线通信设备发送至上述充电机；

需要说明的是，在导通后，由车载无线通信设备和地面无线通信设备将闭合信号在充电机和整车控制器之间进行传输，从而让充电机进行后续操作。

S104，上述充电机通过上述电压检测装置检测充电轨的电压，若不符合预设阈值，则发出故障警报；反之，则控制上述输出接触器闭合通电直至上述储能设备电量达到预设条件，并断开电力输送，回收上述受电弓。

进一步地，上述则控制上述输出接触器闭合通电直至上述储能设备电量达到预设条件的步骤，还包括：当上述整车控制器检测到上述储能设备的电压高于预设电压值预设时间后，向上述充电机发送停止充电指令。

需要说明的是，当整车控制器检测到车载储能系统的电压高于预设的最高电压(例如额定电压)超过10s后，给充电机发送停止充电指令。

进一步地，上述并断开电力输送的步骤，还包括：上述充电机收到上述停止充电指令后，按预设梯度逐次减少电流输出直到为零。

需要说明的是，突然断开电力供应会对电器设备造成损坏，其主要是因为在停电的瞬间，以及停电前后很短的时间内供电系统的电压、电流往往极不稳定，可能超出设备的承受范围。因此，本实施例采用以梯度逐次减少电流输出直到为零的方式，可以有效地对电器进行保护，提高了安全性。

进一步地，上述回收上述受电弓的步骤，还包括：当上述电流降为零后，上述整车控制器向上述输出接触器和充电接触器发出断开指令，在上述充电接触器和输出接触器断开后，向上述整车控制器发出断开反馈信号，上述整车控制器向上述受电弓发出回收指令，控制上述受电弓恢复至原位置。

需要说明的是，该步骤的目的旨在充电结束后，对受电弓进行回收，其中受电弓自带升降机构为现有技术，此处不进行赘述。而充电接触器和输出接触器的断开，则是确保在断电以后进行受电弓的操作，从而保证安全性。

进一步地，上述若不符合预设阈值，则发出故障警报的步骤，还包括：

当上述电压检测装置检测到任一上述充电轨的电压不在预设电压范围内时，控制上述充电轨对应的上述输出接触器断开；若多个上述充电轨的电压均不在预设电压范围内，则发出故障警报。

需要说明的是，电压范围可以设置为Umin和Umax之间，即充电时的安全电压范围。如果任一电压在Umin和Umax之间，则充电机输出第一输出接触器闭合指令，并将闭合状态反馈给充电机；如果电压均大于Umax或小于Umin，则报系统故障，提高了安全性。

进一步地，在若不符合预设阈值，则发出故障警报之后，还包括：

当上述充电轨数量为两条时，任一上述充电轨与上述受电弓接触并开始充电后，控制另一个上述充电轨对应的输出接触器断开。

需要说明的是，在充电轨和充电机之间设置电压检测装置和输出接触器，旨在受电弓升起时，充电接触器闭合后，通过检测的充电轨正极轨和负极轨之间的电压判断机车停在哪条充电轨下，并断开连接另一条充电轨的输出接触器；保证机车在一条轨下充电时，另一条充电轨不带电，从而保证安全。同时对于判断机车停在哪条充电轨下还可以采用重量传感器等其他方式。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电子设备，如图3所示，包括：存储器、处理器及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现一种新能源机车充电方法。

基于同一发明构思，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现一种新能源机车充电方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。