CN108749578B - 应急牵引装置及车辆应急牵引*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应急牵引装置及车辆应急牵引***，涉及车辆牵引技术领域，应急牵引装置应用于车辆，该装置包括：依次连接的双向DC/DC单元和动力锂电池组；双向DC/DC单元用于接收外部直流电压，并将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组；动力锂电池组用于将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备。本发明能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆牵引技术领域，尤其是涉及一种应急牵引装置及车辆应急牵引***。
背景技术
列车在运营过程中，由于外部因素导致线路高压供电中断时，只能等待救援机车的救援，在这段时间内，乘客的舒适度以及安全是无法保障的，极有可能引起不必要的恐慌。为解决这一问题，各牵引供应商和主机厂引入了蓄电池牵引技术。目前，国内外城轨车辆采用蓄电池牵引技术的应用场景就是在列车高压供电中断时，但现有的应急牵引装置只能实现车辆的短距离、小坡道的应急牵引，列车的运行速度和距离均较低，存在蓄电池应用率较低，在应急牵引时牵引效率较低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应急牵引装置及车辆应急牵引***，能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
第一方面，本发明实施例提供了一种应急牵引装置，该装置应用于车辆，该装置包括：依次连接的双向DC/DC单元和动力锂电池组；双向DC/DC单元用于接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组；其中，双向DC/DC单元包括多个全桥子模块，多个全桥子模块首尾串联连接；动力锂电池组用于将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，多个全桥子模块均设置有母线电容，串联的最后一个全桥子模块用于为串联的其余全桥子模块中的母线电容充电。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，动力锂电池组设置在最后一个全桥子模块中，且动力锂电池组与最后一个全桥子模块中的母线电容并联；除最后一个全桥子模块之外的其余全桥子模块中均设置有用于储能的超级电容。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述装置还包括与双向DC/DC单元连接的牵引变流器单元；牵引变流器单元用于接收双向DC/DC单元输送的第二直流电压，并将接收到的第二直流电压逆变为预设交流电压，输出预设交流电压，以供车辆上的用电设备使用。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，双向DC/DC单元还包括与多个全桥子模块串联连接的滤波电感以及与多个全桥子模块和滤波电感并联的滤波电容；其中，滤波电感和滤波电容组成滤波电路。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，MMC拓扑结构中包括多个IGBT和多个二极管，每个IGBT反并联一个二极管。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，双向DC/DC单元还与受电弓相连，以通过受电弓接收外部直流电压。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，动力锂电池组包括多个锂电池。
第二方面，本发明实施例还提供一种车辆应急牵引***，包括车辆，以及设置在车辆上的如第一方面至第一方面的第八种可能的实施方式中任一项的应急牵引装置；应急牵引装置用于给车辆提供应急电源。
本发明实施例提供了一种应急牵引装置及车辆应急牵引***，该装置包括依次连接的双向DC/DC单元和动力锂电池组，双向DC/DC单元接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，动力锂电池组将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备。由于应急牵引装置中的锂电池能够储能并在应急状态下将第一直流电压通过双向DC/DC单元变换为预设的第二直流电压，以将第二直流电压输送到车辆上的用电设备，因此能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了本发明实施例所提供的一种应急牵引装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的另一种应急牵引装置的结构示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的另一种应急牵引装置的结构示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的一种双向DC/DC单元的结构示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的另一种双向DC/DC单元的结构示意图；
图6示出了本发明实施例所提供的一种车辆应急牵引***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，下面将结合附图对本发明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。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。
目前现有的车辆采用蓄电池牵引技术应用在列车高压供电中断时，只能实现车辆的短距离、小坡道的应急牵引，列车的运行速度和距离均较低，基于此，本发明实施例提供的一种应急牵引装置及车辆应急牵引***，能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种应急牵引装置进行详细介绍。
在一种实施方式中，本发明实施例提供了一种应急牵引装置，该装置应用于车辆，参见图1所示的一种应急牵引装置的结构示意图，该装置包括依次连接的双向DC/DC单元10和动力锂电池组20。
双向DC/DC单元用于接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，双向DC/DC单元包括多个全桥子模块，多个全桥子模块首尾串联连接。其中，为了简洁，权1中未示意出双向DC/DC单元的具体结构。
动力锂电池组用于将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备。
本发明实施例提供的上述应急牵引装置，包括依次连接的双向DC/DC单元和动力锂电池组，双向DC/DC单元接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，动力锂电池组将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备。由于应急牵引装置中的锂电池能够储能并在应急状态下将第一直流电压通过双向DC/DC单元变换为预设的第二直流电压，以将第二直流电压输送到车辆上的用电设备，因此能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
具体的，该应急牵引装置可以应用在地铁车辆运营中，在车辆正常运行不需要应急牵引装置时，双向DC/DC单元接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，动力锂电池组将接收到的第一直流电压进行存储，当电网中的运营列车过多造成电网电压降低时，动力锂电池组可以将存储的能量释放出来，以保证电网电压的稳定，即动力锂电池组能够进行能量的存储和释放。其中，外部直流电压可以是DC1500V的电网电压，预设的第一直流电压可以是220V，即双向DC/DC单元能够将DC1500V的电网电压变换为220V直流电压并将220V直流电压输送到动力锂电池组，由动力锂电池组对220V直流电压进行存储。在列车高压供电中断需要应急牵引装置供电时，动力锂电池组将接收到的第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备，并通过变流器将第二直流电压逆变为预设的交流电压以供用电设备使用，其中，第二直流电压根据车辆的具体情况可以是0到1500V的直流电压，预设的交流电压可以是1200V，供给车辆或线上其它车辆上的牵引电机等用电设备，并且预设的交流电压可根据工况需求改变幅值。因锂电池的高能量密度、高放电倍率性能，采用锂电池作为牵引动力可以为蓄电池牵引提供大功率、大电流放电，极大的提高了蓄电池牵引的性能指标。该应急牵引装置具有利用率高，牵引速度快等优点，能够较好的解决目前地铁列车应急牵引距离短、速度慢和爬坡能力低等问题。
参见图2所示的另一种应急牵引装置的结构示意图，在图1的基础上，还示意出了全桥子模块101、母线电容101a、超级电容101b、牵引变流器单元30、滤波电感102、滤波电容103、IGBT101c、二极管101d、受电弓40和锂电池201，为了便于理解，以下对图2所示的应急牵引装置具体解释如下：
双向DC/DC单元包括多个全桥子模块，多个全桥子模块首尾串联连接。多个全桥子模块均设置有母线电容，串联的最后一个全桥子模块用于为串联的其余全桥子模块中的母线电容充电。动力锂电池组设置在最后一个全桥子模块中，且动力锂电池组与最后一个全桥子模块中的母线电容并联；除最后一个全桥子模块之外的其余全桥子模块中均设置有用于储能的超级电容。
该装置还包括与双向DC/DC单元连接的牵引变流器单元；牵引变流器单元用于接收双向DC/DC单元输送的第二直流电压，并将接收到的第二直流电压逆变为预设交流电压，输出预设交流电压，以供车辆上的牵引电机等用电设备使用。双向DC/DC单元还包括与多个全桥子模块串联连接的滤波电感以及与多个全桥子模块和滤波电感并联的滤波电容；其中，滤波电感和滤波电容组成滤波电路。全桥子模块中包括多个IGBT和多个二极管，每个IGBT反并联一个二极管，多个全桥子模块串联实现直流到直流的变换，可以将动力锂电池组存储的电压值较低的直流电压变换为电压值较高的直流电压，以供给牵引电机等用电设备，也可以将电压值较高的直流电压变换为电压值较低的直流电压，存储到动力锂电池组中。双向DC/DC单元还与受电弓相连，以通过受电弓接收外部直流电压。动力锂电池组包括多个锂电池。
具体的，双向DC/DC单元通过受电弓接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，动力锂电池组将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到牵引变流器单元，牵引变流器单元接收到双向DC/DC单元输送的第二直流电压，并将接收到的第二直流电压逆变为预设交流电压，输出预设交流电压，以供车辆上的牵引电机等用电设备使用。在一种实施方式中，参见如图3所示的另一种应急牵引装置的结构示意图，图3中示意出了动力锂电池组、双向DC/DC单元、受电弓和牵引变流器单元，图3中的双向箭头表示电压可以双向流动，在动力锂电池组和双向DC/DC单元之间的双向箭头上有双斜杠，双斜杠表示动力锂电池组和双向DC/DC单元为双线路连接，双向DC/DC单元和牵引变流器单元之间的双向箭头上的双斜杠表示双向DC/DC单元和牵引变流器单元为双线路连接，图3中的应急牵引装置主要由动力锂电池组和双向DC/DC单元组成，该装置可直接接入牵引变流器单元前端的直流母线处，即DC1500V受电弓，该装置可实现锂电池组和DC1500V电网之间能量的双向流动，即DC1500V电网可以通过双向DC/DC单元将1500V的直流电压降为该锂电池组充电所需的直流电压，该锂电池组也可通过双向DC/DC单元将直流电压的电压值升至1500V，从而给DC1500V电网补充能量，以提升牵引电机的运行性能。
当地铁列车运行于电制动模式时，牵引电机通过牵引变流器将能量回馈至DC1500V电网中，当电网中并无其它用电列车时，可以通过双向DC/DC单元将多余的能量存储至动力锂电池组中而不是通过制动电阻消耗掉；当电网中运营列车过多造成电网电压降低时，可以将动力锂电池中的能量释放出来，以保证DC1500V电网电压的稳定。
当DC1500V电网因故中断时，该装置作为牵引变流器单元的供电设备，双向DC/DC单元将动力锂电池组输入的直流电升压后提供给牵引变流器单元，为蓄电池牵引提供动力。该装置的输出电压幅值可根据应急牵引的工况需求来调整。电压幅值的调整主要用来匹配牵引变流器前端的直流电抗器电流的幅值以使得电抗器工作在最佳状态。该装置输出电压的调整主要通过双向DC/DC单元的全桥子模块的投切和子模块中各IGBT器件导通时间来实现。
以三个全桥子模块的双向DC/DC单元为例，如图4示意出了一种双向DC/DC单元的结构示意图，从图4中可看出该DC/DC单元采用三组全桥子模块首尾串接后经电感L1和电容C4构成的LC滤波电路后输出，两输出端分别为A1端和A2端。该DC/DC单元中各全桥子模块之间可以实现能量的相互传递，即只使用全桥子模块3直流侧处的动力锂电池组即可完成全桥子模块1和全桥子模块2直流侧电压的建立。全桥子模块3给全桥子模块2直流侧电容C2充电回路为：动力锂电池组经IGBT器件VT9、IGBT器件VT8反并联二极管、电容C2、IGBT器件VT6反并联二极管、IGBT器件VT4反并联二极管、IGBT器件VT1、电感L1、母线电容C4和IGBT器件VT11，其中VT1为一直导通状态，调节IGBT器件VT9和VT11驱动脉冲的占空比可调节母线电容C2两端电压的幅值，以实现电容C2两端电压平滑上升至预期电压；全桥子模块3给全桥子模块1直流侧电容C1充电回路为：动力锂电池组经IGBT器件VT9、IGBT器件VT8反并联二极管、IGBT器件VT5、IGBT器件VT4反并联二极管、电容C1、IGBT器件VT2反并联二极管、电感L1、母线电容C4和IGBT器件VT11，其中VT5为一直导通状态，调节VT9驱动脉冲的占空比可调节母线电容C2两端电压的幅值，以实现电容C1两端电压平滑上升至额定电压。全桥子模块3给全桥子模块1直流侧电容C1和全桥子模块2直流侧电容C2充电，即指上述的最后一个全桥子模块用于为串联的其余全桥子模块的母线电容充电，图4中的全桥子模块3即为上述的最后一个全桥子模块。
在动力锂电池组进行能量存储和释放时，双向DC/DC单元中的三个全桥子模块均处于工作状态，该工作状态下全桥子模块1和全桥子模块2只负责匹配全桥子模块3的电压并不参与储能，可通过在模块中增加超级电容或者其它储能设备的方式来提高能量的存储量，增加超级电容后的双向DC/DC单元的结构示意图如图5所示。从图5中可看出在全桥子模块1和全桥子模块2的直流母线处均增加超级电容储能单元，在应急牵引时，双向DC/DC单元中的三个全桥子模块的工作数量由实际应急牵引需求（包含牵引时间、牵引速度等）而定。A1和A2两端的输出电压幅值主要通过调节工作中全桥子模块的各IGBT器件的驱动脉冲占空比来实现，以提高双向DC/DC单元的效率。以单个子模块最大可输出500V为例简单介绍双向DC/DC单元的工作原理：当牵引变流器单元输入电压范围为0～500V时，此时只有模块3处于工作状态，其余两模块处于旁路状态；当牵引变流器单元输入电压范围为500～1000V时，此时模块3和模块2处于工作状态，模块1处于旁路状态，模块2和3此时处于共同均压状态，以使得两子模块的效率最优；当牵引变流器单元输入电压范围为1000～1500V时，三个子模块均处于均压工作状态，使得双向DC/DC单元的工作效率最优。
综上所述，本发明实施例提供的上述应急牵引装置，双向DC/DC单元通过受电弓接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，动力锂电池组将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压通过牵引变流器单元逆变为预设交流电压，输送到车辆上的用电设备，以供用电设备使用。由于应急牵引装置中的锂电池能够储能并在应急状态下将第一直流电压通过双向DC/DC单元变换为预设的第二直流电压，以将第二直流电压输送到车辆上的用电设备，因此能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
基于上述实施例所述的应急牵引装置，本发明实施例还提供了一种车辆应急牵引***，包括车辆，以及设置在车辆上的如上述的应急牵引装置，应急牵引装置用于给车辆提供应急电源，参见图6示出了本发明实施例提供的一种车辆应急牵引***的结构示意图，包括车辆100，以及设置在车辆上的如上述的应急牵引装置200。
应当理解，图6仅仅是车辆应急牵引***的一种结构示意图，而不是车辆应急牵引***的唯一结构，在实际使用时，除图6所示的结构外，还可以包括其他功能结构，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。
本发明实施例提供的上述车辆应急牵引***，通过双向DC/DC单元接收外部直流电压，将接收到的外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将预设的第一直流电压输送到动力锂电池组，动力锂电池组将接收到的第一直流电压进行存储，并在应急状态下将第一直流电压输送到双向DC/DC单元，以使双向DC/DC单元将第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将第二直流电压输送到车辆上的用电设备。由于应急牵引装置中的锂电池能够储能并在应急状态下将第一直流电压通过双向DC/DC单元变换为预设的第二直流电压，以将第二直流电压输送到车辆上的用电设备，因此能够有效提高应急牵引效率和蓄电池的应用率。
另外，在本发明实施例的描述中，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、 “侧”、 “底”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。此外，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。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种应急牵引装置，其特征在于，所述装置应用于车辆，所述装置包括：依次连接的双向DC/DC单元和动力锂电池组；
所述双向DC/DC单元用于接收外部直流电压，将接收到的所述外部直流电压变换为预设的第一直流电压，并将所述预设的第一直流电压输送到所述动力锂电池组；其中，所述双向DC/DC单元包括多个全桥子模块，多个所述全桥子模块首尾串联连接；
所述动力锂电池组用于将接收到的所述第一直流电压进行存储，并在应急状态下将所述第一直流电压输送到所述双向DC/DC单元，以使所述双向DC/DC单元将所述第一直流电压变换为预设的第二直流电压，并将所述第二直流电压输送到所述车辆上的用电设备；
多个所述全桥子模块均设置有母线电容，串联的最后一个全桥子模块用于为串联的其余所述全桥子模块中的母线电容充电；所述动力锂电池组设置在所述最后一个全桥子模块中，且所述动力锂电池组与所述最后一个全桥子模块中的母线电容并联；
除所述最后一个全桥子模块之外的其余所述全桥子模块中均设置有用于储能的超级电容。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述双向DC/DC单元连接的牵引变流器单元；
所述牵引变流器单元用于接收所述双向DC/DC单元输送的所述第二直流电压，并将接收到的所述第二直流电压逆变为预设交流电压，输出所述预设交流电压，以供车辆上的用电设备使用。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向DC/DC单元还包括与多个所述全桥子模块串联连接的滤波电感以及与多个所述全桥子模块和所述滤波电感并联的滤波电容；其中，所述滤波电感和所述滤波电容组成滤波电路。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全桥子模块中包括多个IGBT和多个二极管，每个所述IGBT反并联一个所述二极管。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双向DC/DC单元还与受电弓相连，以通过所述受电弓接收所述外部直流电压。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动力锂电池组包括多个锂电池。
7.一种车辆应急牵引***，其特征在于，包括车辆，以及设置在所述车辆上的如权利要求1至6任一项所述的应急牵引装置；所述应急牵引装置用于给所述车辆提供应急电源。
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Denomination of invention: Emergency traction device and emergency traction system of vehicle Effective date of registration: 20191111 Granted publication date: 20181228 Pledgee: New United Group Co., Ltd. Pledgor: Xin Yu track traffic Science and Technology Ltd. Registration number: Y2019980000550 |
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Application publication date: 20181106 Assignee: Sou beautiful (Beijing) Technology Development Co., Ltd Assignor: Xin Yu track traffic Science and Technology Ltd. Contract record no.: X2020980000539 Denomination of invention: Emergency traction device and emergency traction system of vehicle Granted publication date: 20181228 License type: Common License Record date: 20200309 |
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