CN109532501A - 一种储能式多编组无轨电车主电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能式多编组无轨电车主电路及控制方法，其中主电路包括高压箱、高压正母线及高压负母线，还包括应急充放电插座，高压箱内设有互锁的受电弓接入开关和应急充放电开关，接触网正极通过受电弓接入开关与高压正母线电连接，应急充放电插座正极通过应急充放电开关与高压正母线电连接，应急充放电插座负极与高压负母线电连接。本发明根据停车位置转换充电模式、根据自身状态判定是否接入高压回路、遇到紧急情况进行断电保护、漏电时进行断电保护、根据车辆工况隔离电机、根据司机钥匙状态控制低压母线的通断、设置电机控制器的预充电回路进行供电保护；受电弓、充电枪两种充电方式不会同时进行；根据辅助逆变器状态进行扩展供电。

Description

一种储能式多编组无轨电车主电路及控制方法

技术领域

本发明属于跨轨道交通和电动巴士领域，特别涉及一种储能式多编组无轨电车主电路及控制方法。

背景技术

多编组无轨电车车辆是源于城轨交通的一种新型大众交通产品。

城轨交通车辆中主电路一般由受电器、高压箱、牵引箱、辅助电源箱、牵引电机等高压电路，以及蓄电池、低压箱等低压电路组成；其中：

受电器一般分两种，一种是受电弓，一种是受流器。一般都是升弓或升靴后一直保持与接触网或受电轨保持接触。

高压箱中设置三位置开关，需人工对运行位、接地位、库用位进行选取。高压箱中一般集成高速断路器，由车辆对高速断路器进行控制，保证车辆接入或脱离高压线路。

牵引箱一般集成预充电回路、电抗器、斩波单元、逆变单元等回路和设备。

辅助电源箱集成辅助逆变器、DCDC等设备。

多编组无轨电车由于以下特点，需要对高压回路进行重新设计并优化控制方法：

第一，低地板设计，底部无法布置高压设备。

第二，车辆顶部可以安放设备的空间非常有限。

第三，采用超级电容组和电池组进行综合供电，到站或回库后才进行自动充电。

第四，车辆采用永磁电机。

第五，车辆采用胶轮，需设置绝缘检测装置进行安全防护。

第六，车辆由两个相同单元进行联挂编组。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种储能式多编组无轨电车主电路及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种储能式多编组无轨电车主电路，包括高压箱、高压正母线及高压负母线，接触网正极与高压正母线电连接，接触网负极与高压负母线电连接，其特点是还包括应急充放电插座，所述高压箱内设有互锁的受电弓接入开关和应急充放电开关，接触网正极通过受电弓接入开关与高压正母线电连接，应急充放电插座正极通过应急充放电开关与高压正母线电连接，应急充放电插座负极与高压负母线电连接。

进一步地，还包括超级电容箱，超级电容箱内设有超级电容模组、第一接入开关、第二接入开关、用于检测超级电容箱是否绝缘正常的绝缘检测单元、用于检测超级电容箱电压是否正常的电压检测单元；高压正母线通过第一接入开关与超级电容模组一端电连接，高压负母线通过第二接入开关与超级电容模组另一端电连接。

进一步地，还包括设于牵引电机前端的隔离开关。

进一步地，还包括设于低压母线前端的第一母线开关和第二母线开关。

进一步地，相邻车辆单元的辅助逆变器之间设置扩展供电开关。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种储能式多编组无轨电车控制方法，其特点是利用所述的储能式多编组无轨电车主电路，包括：

当车辆停稳在可受流区域时，当收到受电弓升弓完毕确认信息后，闭合受电弓接入开关，同时应急充放电开关互锁断开；

当车辆停放到应急充电区域或调试区域时，当充电枪***到应急充电口中后，闭合应急充放电开关，同时受电弓接入开关互锁断开。

进一步地，还包括超级电容箱，超级电容箱内设有超级电容模组、第一接入开关、第二接入开关、用于检测超级电容箱是否绝缘正常的绝缘检测单元、用于检测超级电容箱电压是否正常的电压检测单元；高压正母线通过第一接入开关与超级电容模组一端电连接，高压负母线通过第二接入开关与超级电容模组另一端电连接；

在车辆上电后，当超级电容箱馈电后；或者当绝缘检测单元检测到超级电容箱绝缘正常，且电压检测单元检测到超级电容箱电压处于正常范围内时，闭合第一接入开关和第二接入开关，高压电路连通。

进一步地，还包括设于牵引电机前端的隔离开关；

当车辆遇到紧急情况或进入救援模式时，断开隔离开关。

进一步地，还包括设于低压母线前端的第一母线开关和第二母线开关；

司机***钥匙且旋转钥匙进入ACC档位和ON档位时，闭合第一母线开关和第二母线开关，使得车辆低压负载全部通电；

车辆结束运营后，司机旋转钥匙由ON档和ACC档退出到OFF档时，断开第一母线开关，切断ACC负载，仅保留延时负载通电，在延时结束后断开第二母线开关，切断所有非永久负载。

进一步地，相邻车辆单元的辅助逆变器之间设置扩展供电开关；

当某一台辅助逆变器发生供电故障时，扩展供电开关闭合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：车辆根据停车位置自动转换充电模式；车辆根据自身状态自动判定是否接入高压回路；车辆遇到紧急情况自动进行断电保护；主电路发生漏电故障将自动进行断电保护；车辆根据车辆工况自动隔离电机；车辆根据司机钥匙状态控制低压母线的通断；车辆设置电机控制器的预充电回路进行供电保护；受电弓、充电枪两种充电方式不会同时进行；车辆将根据辅助逆变器状态进行扩展供电。

附图说明

图1为本发明主电路结构框图左上部。

图2为本发明主电路结构框图左下部。

图3为本发明主电路结构框图右上部。

图4为本发明主电路结构框图右下部。

具体实施方式

本发明工作原理如下：

车辆进站后才进行升弓，车辆运行时保持降弓状态。

高压箱1，2中三位置开关由相关电路中的开关代替，根据车辆的运行状态进行升弓受电、充电枪受电等选取充电模式。

超级电容箱3，4中设置开关代替高压箱1，2中三位置开关的运行位设置，根据车辆状态判定是否可以接入高压。

高压箱1，2中除了进行高压配电设计，并且集成预充电回路、辅助逆变器8，9、DCDC等回路和设备。

高压箱1，2中设置电机隔离开关K6，根据车辆工况自动隔离电机。

高压箱1，2中集成蓄电池以及低压配电设计，并且设置开关控制低压DC24V母线的通断。

超级电容箱3，4中集成绝缘检测单元6，对整个高压配电回路进行安全防护。

如图1至图4所示，下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

储能式多编组无轨电车主电路包括高压箱1，2、高压正母线L及高压负母线N，接触网W正极与高压正母线L电连接，接触网W负极与高压负母线N电连接，还包括应急充放电插座Z，所述高压箱1，2内设有互锁的受电弓接入开关K1和应急充放电开关K0，接触网W正极通过受电弓接入开关K1与高压正母线L电连接，应急充放电插座Z正极通过应急充放电开关K0与高压正母线L电连接，应急充放电插座Z负极与高压负母线N电连接。根据车辆的运行状态进行充电枪受电、升弓受电选取充电模式。

当车辆停稳在可受流区域时，受电弓升弓完毕后会发送确认信息到车辆，车辆确认可以进行充电，闭合受电弓接入开关K1，同时应急充放电开关K0互锁断开；当受电弓升弓成功后且无充电枪接入时才允许接入外部高压进行充电。

当车辆停放到应急充电区域或调试区域时，当充电枪***到应急充电口中后会触发相关电路，车辆确认安全后可以进行充电，闭合应急充放电开关K0，同时受电弓接入开关K1互锁断开。当充电枪成功接入后且受电弓处于降弓状态时才允许接入外部高压进行充电。

主电路还包括超级电容箱3，4，超级电容箱3，4内设有超级电容模组5、第一接入开关K11、第二接入开关K12、用于检测超级电容箱3，4是否绝缘正常的绝缘检测单元6、用于检测超级电容箱3，4电压是否正常的电压检测单元7；高压正母线L通过第一接入开关K11与超级电容模组5一端电连接，高压负母线N通过第二接入开关K12与超级电容模组5另一端电连接。根据车辆状态判定是否可以接入高压，同时当车辆遇到紧急情况时自动进行断电保护。

在车辆上电后，当超级电容箱3，4馈电后，进入充电模式后；或者当绝缘检测单元6检测到超级电容箱3，4绝缘正常，且电压检测单元7检测到超级电容箱3，4电压处于正常范围内时，闭合第一接入开关K11和第二接入开关K12，高压电路连通。

当两个单元两个超级电容箱3，4电压不一致时，放电情况下将先行闭合接入高电压一端的超级电容箱3，4，同时以固定周期检测两者电压，等两者电压差在一定范围内时再闭合低电压一端的超级电容箱3，4，以防止两者之间在电压不一致时进行的频繁充放电。

当车辆遇到紧急情况时，如车辆高压电路发生漏电故障、车辆发生交通意外或高压回路出现故障时，车辆将自动断开第一接入开关K11和第二接入开关K12，进行断电保护，以防发生危险。

当一组超级电容箱3，4发生故障时，车辆将自动断开所有的第一接入开关K11和第二接入开关K12，进行断电保护，以防发生危险。之后由尝试闭合未发生故障的超级电容箱3，4中的第一接入开关K11和第二接入开关K12，车辆进入降级模式，以防止车辆停止运行影响运营。

绝缘检测单元6对车辆高压电路进行漏电保护，当车辆高压电路发生漏电故障时，绝缘检测单元6触发断电指令，车辆收到指令后断开超级电容箱3，4中的第一接入开关K11和第二接入开关K12，进行断电保护，以防危害人身安全。

主电路还包括设于牵引电机前端的隔离开关K6，车辆在紧急情况下或救援模式下自动隔离电机。

当车辆遇到紧急情况时，如为防止碰撞司机猛踩刹车、车辆已发生交通意外、车辆运行过程中门意外开门、制动***发生故障、转向***发生故障、牵引控制器发生故障等，车辆将断开隔离开关K6，进行牵引封锁。

如果车辆发生故障进入救援模式，车辆也将断开隔离开关K6，防止拖动过程中永磁电机产生的反向电流危害车辆高压电路。

主电路还包括设于DC24V低压母线前端的第一母线开关K4和第二母线开关K5，根据司机钥匙档位控制ACC、延时负载回路的通断。

司机***钥匙且旋转钥匙进入ACC档位和ON档位时，闭合第一母线开关K4和第二母线开关K5，使得车辆低压负载全部通电；

车辆结束运营后，司机旋转钥匙由ON档和ACC档退出到OFF档时，断开第一母线开关K4，切断ACC负载，仅保留延时负载通电，在延时结束后断开第二母线开关K5，切断所有非永久负载。

高压箱设置预充电回路（由预充电电阻R1、预充电开关K3组成）以及电机控制器供电开关K2，对电机控制器进行供电保护。

车辆接入高压后，先行闭合预充电开关K3，同时检测预充电回路两端电压，当电压差降到一定范围内时，闭合电机控制器供电开关K2，断开预充电开关K3，防止电机控制器的启动冲击电流危害车辆高压电路。

主电路相邻车辆单元的辅助逆变器8，9之间设置扩展供电开关K20。

当某一台辅助逆变器8，9发生供电故障时，扩展供电开关K20闭合，保证整列车AC380V、AC220V的供电，以满足车辆用电需求。

车辆DC24V母线全列车贯通，当列车一台DCDC或蓄电池发生故障时，保证车辆低压用电需求。

本发明中，各开关均可使用接触器开关，利用线圈得失电分别控制通断。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能式多编组无轨电车主电路，包括高压箱（1，2）、高压正母线（L）及高压负母线（N），接触网（W）正极与高压正母线（L）电连接，接触网（W）负极与高压负母线（N）电连接，其特征在于，还包括应急充放电插座（Z），所述高压箱（1，2）内设有互锁的受电弓接入开关（K1）和应急充放电开关（K0），接触网（W）正极通过受电弓接入开关（K1）与高压正母线（L）电连接，应急充放电插座（Z）正极通过应急充放电开关（K0）与高压正母线（L）电连接，应急充放电插座（Z）负极与高压负母线（N）电连接。

2.如权利要求1所述的储能式多编组无轨电车主电路，其特征在于，还包括超级电容箱（3，4），超级电容箱（3，4）内设有超级电容模组（5）、第一接入开关（K11）、第二接入开关（K12）、用于检测超级电容箱（3，4）是否绝缘正常的绝缘检测单元（6）、用于检测超级电容箱（3，4）电压是否正常的电压检测单元（7）；高压正母线（L）通过第一接入开关（K11）与超级电容模组（5）一端电连接，高压负母线（N）通过第二接入开关（K12）与超级电容模组（5）另一端电连接。

3.如权利要求1所述的储能式多编组无轨电车主电路，其特征在于，还包括设于牵引电机前端的隔离开关（K6）。

4.如权利要求1所述的储能式多编组无轨电车主电路，其特征在于，还包括设于低压母线前端的第一母线开关（K4）和第二母线开关（K5）。

5.如权利要求1所述的储能式多编组无轨电车主电路，其特征在于，相邻车辆单元的辅助逆变器（8，9）之间设置扩展供电开关（K20）。

6.一种储能式多编组无轨电车控制方法，其特征在于，利用如权利要求1至5任一项所述的储能式多编组无轨电车主电路，包括：

当车辆停稳在可受流区域时，当收到受电弓升弓完毕确认信息后，闭合受电弓接入开关（K1），同时应急充放电开关（K0）互锁断开；

当车辆停放到应急充电区域或调试区域时，当充电枪***到应急充电口中后，闭合应急充放电开关（K0），同时受电弓接入开关（K1）互锁断开。

7.如权利要求6所述的储能式多编组无轨电车控制方法，其特征在于，还包括超级电容箱（3，4），超级电容箱（3，4）内设有超级电容模组（5）、第一接入开关（K11）、第二接入开关（K12）、用于检测超级电容箱（3，4）是否绝缘正常的绝缘检测单元（6）、用于检测超级电容箱（3，4）电压是否正常的电压检测单元（7）；高压正母线（L）通过第一接入开关（K11）与超级电容模组（5）一端电连接，高压负母线（N）通过第二接入开关（K12）与超级电容模组（5）另一端电连接；

在车辆上电后，当超级电容箱（3，4）馈电后；或者当绝缘检测单元（6）检测到超级电容箱（3，4）绝缘正常，且电压检测单元（7）检测到超级电容箱（3，4）电压处于正常范围内时，闭合第一接入开关（K11）和第二接入开关（K12），高压电路连通。

8.如权利要求6所述的储能式多编组无轨电车控制方法，其特征在于，还包括设于牵引电机前端的隔离开关（K6）；

当车辆遇到紧急情况或进入救援模式时，断开隔离开关（K6）。

9.如权利要求6所述的储能式多编组无轨电车控制方法，其特征在于，还包括设于低压母线前端的第一母线开关（K4）和第二母线开关（K5）；

司机***钥匙且旋转钥匙进入ACC档位和ON档位时，闭合第一母线开关（K4）和第二母线开关（K5），使得车辆低压负载全部通电；

车辆结束运营后，司机旋转钥匙由ON档和ACC档退出到OFF档时，断开第一母线开关（K4），切断ACC负载，仅保留延时负载通电，在延时结束后断开第二母线开关（K5），切断所有非永久负载。

10.如权利要求6所述的储能式多编组无轨电车控制方法，其特征在于，相邻车辆单元的辅助逆变器（8，9）之间设置扩展供电开关（K20）；

当某一台辅助逆变器（8，9）发生供电故障时，扩展供电开关（K20）闭合。