【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道交通，具体而言，尤其涉及一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统及方法。
技术介绍
1、车载光伏是车辆能源供给的有效补充。在轨道交通领域，因低地板有轨电车普遍运用于户外线路(区别于地铁车辆运用在地下线路)，车顶可充分采集到太阳光照，遂在低地板有轨电车车顶增加车载光伏系统是对车辆能源供给的有效补充，具有一定的经济效益。2005年，意大利首次装设了车顶太阳能电池，为列车安全系统及照明系统等辅助能源供电。
2、不论是前文提到的“2005年意大利案例”，还是2010年后法国、印度、伊朗等国家以及我国几家车辆主机企业提出的车载光伏方案，光伏电池板都是以“平铺”的姿态固定在车辆顶部、或车辆侧壁或裙板等位置，详见图1(取自《有轨电车车载光伏发电系统接入24v直流母线方案及经济性分析》韩国鹏等doi:10.16037/j.1007－869x.2023.06.009)
3、上述现有技术方案有以下不足：
4、为了兼顾有轨电车的双向运行、运行线路多平面曲线的特点(见图2)，车顶安装的光伏电池板只能水平敷设在车辆车顶，车辆侧壁安装方式受车辆限界、美观等角度考虑，不能大面积敷设，即便敷设，必须两面敷设，正常运行时最多只有一面可能接受光照(另一面处于车辆阴影中，只能接收被地面或物体衍射回的反射光，效率较低)。
5、无法根据季节、时间、车辆运行朝向及角度实时动态调节光伏电池板的受光角度，导致光伏电池板辐照度无法时刻处于受光照状态，系统效率较低。
技术实现思路>
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统及方法。本专利技术基于线路固定、露天运用的轨道交通车辆，具有高自动化、高扩展性的特点，可根据车辆运行情况，实时动态调整光伏电池板的受照姿态，保证电池板可以时刻满功率输出。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，包括：多个电池单元、多个伺服控制器、一个主控制器、两个转向角传感器，其中：
4、每个所述电池单元，均包括光伏电池板、电池板支架、安装底座、第一伺服电机和第二伺服电机，光伏电池板安装在电池板支架上，电池板支架安装于安装底座上，安装底座与车顶的电气设备固定，第一伺服电机用于调整电池板支架与水平面的角度，第二伺服电机用于使电池板支架在安装底座上旋转；
5、每个所述伺服控制器，连接主控制器，用于接收主控制器传输的指令，控制第一伺服电机和第二伺服电机按一定的方向和行程旋转；
6、所述转向角传感器，分别安装于低地板有轨电车头车的一位端转向架对应的车体中心销，用于测量车体中心销相对于转向架的转向角；
7、所述主控制器，分别连接车辆主控单元、电池单元、伺服控制器以及转向角传感器，用于控制伺服控制器、实现与车辆主控单元之间的信息交互，并采集转向角传感器传输的角度信息。
8、进一步地，所述电池单元同向摆放，根据每一辆车的车顶空间，配置电池单元的数量。
9、进一步地，所述伺服控制器设置多组输出模式，每组输出对应每个电池单元的第一伺服电机和第二伺服电机，根据列车配置电池单元数量、单个伺服控制器的最大输出组数，配置伺服控制器的数量。
10、进一步地，由于低地板有轨电车靠固定于地面的轨道进行导向，且运行线路固定，根据车体中心销和转向架之间的转向角，实时调整光伏电池板的朝向，保证光伏电池板的最大受光角。
11、本专利技术还提供了一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电方法，基于所述自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统实现，包括：
12、主控制器从车辆主控单元获得系统日期、系统时间、pis系统相关信息，当车辆完成折返操作，等待下一次发车时，主控制器进行初始化操作；
13、司机按下发车按钮后，主控制器实时通过该运行交路对应的转向角传感器采集车体中心销相对于转向架转向角θ5，计算车辆偏向角δθ，主控制器将δθ实时传输至伺服控制器，控制第二伺服电机实时修正电池板支架朝向角θ4。
14、当车辆运行至终点、完成折返操作后，再重复上述过程，保证电池板支架与水平面夹角、电池板支架朝向角始终保证电池板能够以最大仰角受光，在不考虑阴雨天气特殊工况下，保证电池板时刻满功率输出。
15、进一步地，主控制器进行初始化操作，具体包括：
16、根据系统日期所处的季节，与春分日、夏至日、秋分日、冬至日之间的比例关系，按该比例计算出当日电池板支架与水平面的最佳夹角，即正午太阳高度角θ3，主控制器发出指令，通过伺服控制器控制第一伺服电机使电池板支架与水平面的夹角处于θ3；
17、主控制器根据车辆上行信号或车辆下行信号，判断车辆即将运行于上行线路亦或是下行线路，为电池板支架朝向角θ4赋值θr或θf；
18、主控制器发出指令，通过伺服控制器控制第二伺服电机使电池板支架朝向角θ4处于θr或θf。
19、进一步地，所述计算车辆偏向角δθ的过程如下：
20、计算车辆的运行速度v：
21、v＝ω·r
22、其中，v为车辆运行速度，即车辆曲线运动的线速度，ω为车辆运行的角速度，r为轨道平面曲线半径；
23、计算车辆运行的角速度ω：
24、
25、其中，δt为主控制器预设的单位采样时间，该采样时间大于转向角传感器采样频率的倒数；
26、计算轨道平面曲线半径r：
27、
28、其中，θ5为中心销转向角，l为车辆长度，n为单节车辆对应的转向架个数；
29、计算车辆偏向角δθ：
30、
31、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
32、1、本专利技术提供的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，可保证安装在车顶的电池板时刻以最大仰角受光，时刻以最大功率输出，输出的电能可用于车辆辅助电源系统，为车辆空调、压缩机、照明、低压负载供电，并可为车载蓄电池充电。
33、2、本专利技术提供的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，只要保证每个电池单元的摆放均同向，那么对于一列车的多个电池单元，每个电池单元的伺服电机的给定输入都是相同的，遂可以采用1个主控制器控制多个伺服控制器、一个伺服控制器控制多个伺服电机的方式，即一个主控制器可控制一列车的多个电池单元，控制方式较为简单，高效；
34、3、本专利技术提供的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，除了可在低地板有轨电车领域应用外，还可以拓展至其他的、露天运用的、线路固定的多种制式车辆，例如自动循迹的无轨电车(智轨、数轨)等，因这种制式车辆无转向架，而是采用类似汽车的转向机构，遂本案中安装于车体中心销的转向架传感器可安装于转向机构中的转向传动轴或方向盘的传动轴上，以实现相同的作用。
35、基于上述理由本专利技术可在有轨电车等领域广泛推广。
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1.一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，包括：多个电池单元、多个伺服控制器、一个主控制器、两个转向角传感器，其中：
2.根据权利要求1所述的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，所述电池单元同向摆放，根据每一辆车的车顶空间，配置电池单元的数量。
3.根据权利要求1所述的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，所述伺服控制器设置多组输出模式，每组输出对应每个电池单元的第一伺服电机和第二伺服电机，根据列车配置电池单元数量、单个伺服控制器的最大输出组数，配置伺服控制器的数量。
4.根据权利要求1所述的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，由于低地板有轨电车靠固定于地面的轨道进行导向，且运行线路固定，根据车体中心销和转向架之间的转向角，实时调整光伏电池板的朝向，保证光伏电池板的最大受光角。
5.一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电方法，其特征在于，基于权利要求1-4中任意一项权利要求所述自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统实现，包括：
6.根据权利要求5所述的自动追
7.根据权利要求5所述的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电方法，其特征在于，所述计算车辆偏向角Δθ的过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，包括：多个电池单元、多个伺服控制器、一个主控制器、两个转向角传感器，其中：
2.根据权利要求1所述的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，所述电池单元同向摆放，根据每一辆车的车顶空间，配置电池单元的数量。
3.根据权利要求1所述的自动追踪光照的有轨电车车载光伏发电系统，其特征在于，所述伺服控制器设置多组输出模式，每组输出对应每个电池单元的第一伺服电机和第二伺服电机，根据列车配置电池单元数量、单个伺服控制器的最大输出组数，配置伺服控制器的数量。
4.根据权利要求1所述的自动追踪光照的有轨电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹤群，王鸿雪，程存欣，姜静，许家琦，吴宁，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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