[0001] 本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种应急牵引系统及应急牵引系统的控制方法。

[0002] 在现代动车组中，应急牵引系统是一个关键组件，用于确保即使在主动力源出现故障或无法获取电能的情况下，列车也能继续运行。这个系统主要由以下几个部分组成：双
向充电机：它具有两种功能，一是将交流电(AC)转换为直流电(DC)，用于给动力电池充电，
二是将DC转换为AC，供应给列车的其他系统；电池组：包含两种类型的电池，一是高电压的
DC650V动力电池，二是低电压的DC110V蓄电池；这两种电池分别由内置的ACDC变换器和
DCDC变换器充电。牵引变流器：在应急情况下，它利用电池组提供的电能来驱动列车的牵引
系统；电池管理系统(BMS)：负责监控电池的状态，包括电压、电流和温度等，并根据需要调
节充电过程；BMS通过通信传输给充电模块以控制充电过程。

[0003] 在正常运行条件下，动力电池处于满电状态，并为列车的其他系统(如冷却风机和空调系统)提供电能。然而，如果ACDC变换器或BMS出现故障，导致无法给动力电池充电，动
力电池将继续为DCDC变换器供电，直至触发欠压保护。这将导致动力电池断开输出接触器，
使得该单元的应急牵引功能失效。

[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明
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。

[0028] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。

[0029] 术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。

[0031] 为了解决现有应急牵引系统动力电池异常亏电的问题，本申请提供了一种应急牵引系统。

[0032] 在一种可能的实施方式中，一种应急牵引系统，包括一组以上双向充电机10、牵引变流器30和电池组20；其中，双向充电机10包括：ACDC变换器和DCDC变换器；电池组20包括：
动力电池、蓄电池、与动力电池连接的动力电池管理系统(动力电池BMS)和与蓄电池连接的
蓄电池管理系统(蓄电池BMS)；以及，车辆控制单元(CCU)，车辆控制单元与双向充电机10连
接。

[0033] 上述方案中，DC110V直流负载，包括列车所有的低压负载，例如控制机箱的供电、列车显示屏的供电等。

[0034] 在上述方案中，本实施方式中的双向充电机设计优化以适应应急牵引系统的需求。ACDC变换器和DCDC变换器的结合提供了高效率和可靠性，以应对紧急情况下的电力需
求。电池组的设计采用了高性能的动力电池和蓄电池，确保了牵引系统的持续供电。同时，
动力电池管理系统和蓄电池管理系统的结合能有效监控和管理电池的状态，提高系统的整
体安全性和效率。此外，车辆控制单元的加入使得整个系统能够更精确地控制各个组件的
协同工作，保证了应急牵引系统在关键时刻的稳定性和可靠性。

[0035] 在一种可能的实施方式中，电池管理系统与ACDC变换器和DCDC变换器通过RS485模式进行通信。

[0036] 在上述方案中，电池管理系统与ACDC变换器和DCDC变换器之间的RS485通信模式确保了数据传输的可靠性和效率。RS485通信模式以其较高的抗干扰性和长距离传输能力，
适合在复杂的车辆环境中使用。这种通信方式能够有效地传输电池状态信息和控制指令，
从而确保应急牵引系统在各种情况下的正常运行。

[0037] 在一种可能的实施方式中，充电机与车辆控制单元之间采用MVB通信方式，各个组的车辆控制单元之间采用WTB总线形式通信，同一组内的动力电池管理系统和蓄电池管理
系统通过CAN总线通信。

[0038] 在上述方案中，采用MVB通信方式使得充电机与车辆控制单元之间的数据交换更为高效和稳定。MVB通信提供了高速的数据传输能力，适用于车辆控制系统中的即时数据交
换。WTB总线形式的通信则允许不同组别的车辆控制单元间有效沟通，这对于整个牵引系统
的协调工作至关重要。CAN总线通信作为一种成熟的车辆内部通信标准，其在电池管理系统
间的应用保证了系统的可靠性和实时性，特别是在应急状态下对电池状态的快速响应和管
理。

[0039] 本申请另一方面，提供了一种应急牵引系统的控制方法，应用上述任一种应急牵引系统，在一种可能的实施方式中，该方法包括以下步骤：S10，升弓条件下，检测本组内和
其他组的ACDC变换器、车辆控制单元、DCDC变换器和蓄电池的工作状态；S11，当检测到本组
内的ACDC变换器故障，动力电池未充电时，控制本组的DCDC变换器停机，切断动力电池的负
载30，进入防亏电模式；S12，在防亏电模式下，当检测到其他组的DCDC变换器或蓄电池故
障，撤销S11步骤中控制本组的DCDC变换器停机的指令，使本组内的DCDC变换器恢复工作。

[0040] 在上述方案中，该控制方法通过详细的故障检测和响应步骤，确保了应急牵引系统的高可靠性和安全性。特别是在S10步骤中，升弓条件下的全面检测能够及时发现任何潜
在的故障；S11和S12步骤中的智能控制策略确保了在检测到故障时能迅速做出反应，最大
程度减少系统故障带来的影响。这样的设计使得应急牵引系统在复杂的运行环境中更加稳
健和可靠。

[0041] 在一种可能的实施方式中，还包括如下步骤：S20，检测ACDC变换器与动力电池管理系统(BMS)通信状态；S21，当检测到ACDC变换器与动力电池管理系统通信故障时，控制充
电机ACDC停止对动力电池充电；S22，采用周期性复位方式对RS485通信模块进行初始化，当
达到设定周期后，RS485通信模块故障未消除，则采用软件指令控制RS485通信模块复位；
S23，当在步骤S22中，采用周期性复位和软件复位方式对RS485通信模块的故障未消除，则
进入小电流强制充电判断。

[0042] 在上述方案中，该控制方法的实施细节充分考虑了系统通信的可靠性和故障处理的实时性。特别是S20步骤中的通信状态检测能够及时发现与动力电池管理系统的通信问
题，而S21步骤中的应急措施能够防止因通信故障而导致的错误充电。S22和S23步骤中的周
期性复位和软件控制复位机制则提供了一种高效的故障排除方法，确保了系统在通信故障
发生时仍能保持稳定运行。

[0043] 在一种可能的实施方式中，进入小电流强制充电判断包括：S30，通过本组内和/或相邻组的MVB、WTB、RS485或CAN中的一者或一者以获取发生通信故障的动力电池的工作状
态；S31，当发生通信故障的动力电池处于允许充电的状态时，控制ACDC变换器对发生通信
故障的动力电池进行小电流强制充电；S32，当RS485通信故障消除后，撤销步骤S31的小电
流强制充电指令，根据动力电池管理系统的指令充电。

[0044] 在这种实施方式中，小电流强制充电是一种应对通信故障和保持系统稳定的关键措施。系统能够通过不同的通信通道获取动力电池的工作状态，当检测到通信故障且动力
电池处于可充电状态时，自动启动小电流强制充电。这种措施能够在不影响系统稳定性的
前提下，保持动力电池的基本电量，确保系统的可靠运行。

[0045] 在一种可能的实施方式中，对动力电池进行小电流强制充电包括：设定充电电压阈值U1、电压阈值U2、电流阈值I1和电流阈值I2；当动力电池电压低于/小于或等于电压阈
值U1时，充电电流强制为电流阈值I2，当动电池电压高于/大于或等于电压阈值U2时，充电
电流强制为电流阈值I1；其中，U2＞U1，I2＞I1。

[0046] 上述方案中，当动力电池电压大于U1且小于U2时，按照U1控制电流I2进行充电；即采用低电压主导控制，达到高电压后，降低充电电流。

[0047] 此实施方式中，小电流强制充电的具体控制策略确保了动力电池在特殊情况下的安全充电。通过设定合理的电压和电流阈值，系统能够根据动力电池当前的电压状态选择
合适的充电电流。这种自适应的充电策略不仅保护了电池，也确保了系统在特殊情况下的
连续运行。

[0048] 在一种可能的实施方式中，当在步骤S10中，检测到本组内的ACDC变换器或相邻组的车辆控制单元或DCDC变换器或蓄电池的工作状态故障时，确定进入防亏电模式并记录次
数；当记录的次数达到设置次数时，撤销防亏电模式。

[0049] 在此实施方式中，防亏电模式的设定为系统提供了一种智能的故障应对机制。系统能够记录进入防亏电模式的次数，当达到预设的次数后自动撤销该模式。这样的设计旨
在平衡系统的安全性和效率，确保在故障频发时采取更加有效的应对措施。

[0050] 在一种可能的实施方式中，当ACDC变换器为动力电池充电时，记录次数清零。

[0051] 此实施方式强调了系统在正常运行状态下的自我调整能力。当ACDC变换器能够正常为动力电池充电时，表明系统处于良好的工作状态，因此之前记录的故障次数将被清零。
这种机制有助于系统准确判断其运行状态，避免不必要的故障警报。

[0052] 在一种可能的实施方式中，在步骤S30中，动力电池管理系统通过CAN通信将其生命信号和动力电池的工作状态传送给蓄电池管理系统，蓄电池管理系统通过RS485通信向
DCDC变换器发送翻转信号，DCDC变换器通过MVB通信传输给车辆控制单元，车辆控制单元将
此状态信号通过MVB通信下发给本单元的ACDC变换器。

[0053] 上述方案中的应急牵引系统或控制方法应用于机车中，机车包括地铁、高铁、动车等轨道车辆。

[0054] 上述方案中，升弓条件下，由于ACDC变换器故障或者与动力电池BMS通信故障，如按照现有技术的控制方案，ACDC终止对DC650V动力电池充电，DC650V动力电池持续向DCDC
供电，可能引发DC650V动力电池亏电的问题；针对这个问题，本申请的防止动力电池防亏电
的控制策略，一种可能的实施方式如下：

[0055] 1、ACDC变换器故障的情况下

[0056] 升弓条件下，ACDC变换器因故障导致无法正常给动力电池充电，动力电池将处于持续放电状态。为避免动力电池出现亏电情况，采用切断动力电池负载的方式，使动力电池
停止放电。

[0057] 电池BMS与充电机之间的通信均采用RS485模式，充电机与CCU之间采用MVB通信方式，跨编组CCU之间采用WTB总线形式通信，系统通信架构详见图2。

[0058] DC650V动力电池通过图2中带虚线尖头指示的路径1或者路径2获取本列/本组内的ACDC变换器状态、CCU状态以及本组内另半列的DCDC变换器的状态，进而判定DC650V动力
电池是否需要进入防亏电模式；如三者中一者出现故障，则满足防亏电模式触发条件，动力
电池BMS通过内部CAN向蓄电池BMS发送切断负载请求，蓄电池BMS通过485通信向DCDC变换
器发送停机指令，从而达到切断负载的目的，使动力电池停止放电。

[0059] 当进入防亏电模式后，如果本动力单元/本组内的动力电池接收到其他组/另一动力单元的DCDC变换器模块停机、DC110V蓄电池故障时，立即退出当前防亏电模式，蓄电池撤
销本组内的DCDC变换器停机指令，本组内两台DCDC变换器将重启/恢复工作，确保动车组
DC110V蓄电池供电可靠性。

[0060] 同时防亏电模式设置进入条件次数，防止某一状态位跳变，引起模式频繁进入或者退出。防亏电模式记录次数累加至阈值时，将不再进入防亏电模式。当充电机ACDC变换器
正常给动力电池充电时，累计的记录次数清零。

[0061] 2、RS485通信故障的情况下

[0062] 充电机ACDC变换器与动力电池采用RS485通信模式，当两者发生通信故障，现有技术的控制方法中，充电机ACDC变换器将停止对动力电池充电，也将导致动力电池进入放电
模式，造成动力电池亏电；

[0063] 本申请一种实施方式的应急牵引系统的控制方法包括了如下步骤，以防止动力电池亏电：

[0064] (1)RS485自复位策略

[0065] 动力电池BMS检测到通信故障后，立即复位/初始化RS485通信模块，采用周期性复位方式，若通信故障不消除，尝试复位次数到达阈值后，不再复位。

[0066] 充电机ACDC变换器检测到与动力电池BMS通信故障后，延迟复位，达到时间阈值后，软件复位RS485通信模块，若通信故障依旧，持续采用周期性复位方式。

[0067] 若通信故障不消除，启动小电流充电策略，ACDC变换器强制给动力电池充电。

[0068] (2)小电流充电策略

[0069] RS485通信故障后，ACDC变换器无法通过RS485通信模块直接获取DC650V动力电池的充电指令时，可通过通信环路获取本单元动力电池状态，当识别为动力电池处于允许充
电的状态，则ACDC自行强制充电指令，如果RS485通信恢复，则ACDC退出强制充电指令，按照
动力电池BMS通过RS485传输的充电指令进行充电。

[0070] 其中，上述方案中，识别动力电池允许充电状态的定义如下：

[0071] 参见图3，系统通信的传输路径如图3，通过路径3，DC650V动力电池BMS通过CAN通信将其生命信号和DC650V电池的故障状态传送给110V蓄电池BMS，110V蓄电池BMS收到
DC650V动力电池无任何故障后，通过RS485通信向DCDC变换器发送翻转信号，DCDC变换器通
过MVB通信传输给CCU，CCU将此状态信号下发给本单元/本组的ACDC变换器。

[0072] 上述方案中，小电流强制充电模式为：

[0073] ACDC变换器通过CCU接收到对应的DC650V动力电池状态，翻转正常。ACDC变换器进入强制充电后，自行强制按充电电压和充电电流充电。

[0074] 强制充电模式：当DC650V动力电池电压低于电压阈值U1时，充电电流强制为电流阈值I2，当动电池电压高于电压阈值U2时，充电电流强制为电流阈值I1。转换曲线如图4。

[0075] 上述方案中，还包括：强制充电的退出，包括如下步骤：

[0076] 如果RS485恢复通信且持续，充电机判定通信恢复，退出强制充电，按照动力电池BMS发送的充电指令充电。

[0077] 如果RS485通信故障保持，且动力电池翻转信号不再翻转且持续，则ACDC变换器停止对动力电池充电。

[0078] 本申请的应急牵引系统的控制方法，提出动力电池防亏电策略，避免在升弓条件下，动力电池出现亏电情况，提升应急牵引系统的可用性及实用性。

[0079] 同时，电池与充电机采用485通信机制，提出RS485自恢复机制，能够在RS485通信故障时尝试自恢复，增强系统稳定性。

[0080] 再者，设置通信环路，增加系统冗余性，当ACDC无法通过RS485获取动力电池状态时，可通过通信环路，获取本单元动力电池状态，进而判定是否进入强制充电模式，防止动
力电池出现亏电现象。

[0081] 这个方案中，控制方法的通信链路设计体现了系统的高度集成和智能化。通过多种通信协议和路径，系统能够确保关键信息的准确传输和及时处理。这种复杂的通信结构
使得整个系统能够灵活应对各种工作状态和故障情况，提高了系统的可靠性和效率。

[0082] 最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0083] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参见较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体
实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，
其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。