CN110395146A - 一种电气车辆地面供电装置、方法、控制器及存储介质 - Google Patents

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孙冰
武杰文
孙得金
裴文利
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黄勇
陈涛
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Abstract

本发明公开了一种电气车辆地面供电装置、方法、控制器及存储介质，相邻供电轨GDG互相绝缘连接构成供电轨线，电源开关电路DYKG接在电源正极和供电轨GDG之间，安全接地开关电路AQJD接在供电轨GDG和电源负极之间，控制器CONTRL接收车辆靠近信号PSR和供电轨电压和电流信号UO、IO，控制电源开关电路DYKG和安全接地开关电路AQJD的通断。可实现无车无电、有车有电，有电供电轨完全被车辆安全覆盖；车辆离开后，电源开关电路关断，安全接地开关电路进入接通状态，使供电轨处于安全接地状态；当电源开关电路处于烧损短路状态时，安全接地开关电路将供电轨接地，熔断器FU断开，将供电装置从电网中安全切除。

Description

一种电气车辆地面供电装置、方法、控制器及存储介质
技术领域
本发明涉及电气车辆供电技术领域，具体涉及一种电气车辆地面供电装置、方法、控制器及存储介质。
背景技术
电气车辆地面供电技术由于具有取消架空网线、方便安全接近、有利城市景观等著多优点，正开始得到城市建设者们的青睐。现有技术中，这种地面供电技术的一种方式是采用接触式开关电路模块，分段连续为车辆供电。当车辆临近时，借助于车辆上磁力拾取设备的作用，使模块的导体元件断开与地电位的连接，正极馈电线与模块的导体元件接通；而当车辆远离时，失去了车辆上磁力拾取设备的作用，馈电线便与模块的导体元件断开，模块的导体元件恢复与地电位的连接。这种方式存在以下问题：
1)故障多，经常出现短路；
2)将该供电模块直接连接到供电***中，***中的故障诊断不具备对供电模块的故障进行隔离的功能。
3)当模块出现故障时，会出现正极触头粘连，使模块带正电，危机人身安全。
4)无车辆运营时采用安全负极回路使模块表面接地。由于安全负极线路有多处螺栓连接，当螺栓锈蚀或松动时，会出现安全负极回路开路，造成保护失效。
20181273501.1号中国专利申请提出了另一种地面供电方式。在这种方式中，地面供电模块包括设置在供电路面起始端的路段控制柜和一组依次嵌设在供电路面上的路面供电组合件，路面供电组合件的两端均设有双稳态切换开关，路段控制柜经电缆与双稳态切换开关相连，电力车辆取电模块包括设置在电力车辆底部的滑触线取电装置，滑触线取电装置与两个前后相邻的路面供电组合件接触形成电路回路。虽然此种方式可以将电力输送至电力车辆。然而，如果切换开关发生故障，与之对应的路面供电组合件就会处于始终带电状态，造成安全隐患，且无法及时排除。另外，路面供电组合件之间的电缆对接联接方式，也容易发生断路故障，影响全线供电。
基于此，现有技术仍然有待改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种安全可靠、造价低廉的电气车辆地面供电装置、供电方法、控制器及及存储介质。
本发明的目的是这样实现的：一种电气车辆地面供电装置，相邻供电轨GDG互相绝缘连接构成供电轨线，针对每段供电轨GDG，设置：
一个电源开关电路DYKG，接在电源正极和供电轨GDG之间；
一个安全接地开关电路AQJD，接在供电轨GDG和安全负极之间；
一个控制器CONTRL，接收车辆靠近信号PSR和供电轨GDG的电气信号，控制电源开关电路DYKG和安全接地开关电路AQJD的通断。
通过设置电源开关电路DYKG、安全接地开关电路AQJD，和控制器CONTRL，实现了采用无触点电子开关将电源引到供电轨GDG表面，引入安全负极安全接地开关电路AQJD，解决了供电安全问题，实现供电轨模块仅在车辆受流器附近的一定距离内电源快速输出，使车辆受流器连续受流，其它位置的供电轨模块自动关闭电源并保证安全接地。
进一步地，所述供电轨GDG的长度小于受流器至车辆近端的距离。供电模块长度设计考虑了车辆受流器相对于车端的距离，实现可控硅和IGBT电路输出到第三轨受流面为车辆受流时，供电区域始终处于车辆覆盖范围内。
进一步地，所述电源开关电路DYKG由功率开关元件IGBT1和可控硅SD1构成，功率开关元件IGBT1输出端接至可控硅SD1的阳极，可控硅SD1的阴极接至供电轨GDG，二极管D1的阳极接至可控硅SD1的阴极，电容C1接在二极管D1的阴极和安全负极之间，电阻R1和R2串联在可控输硅SD1的阳极和电源负极之间，电阻R1和R2的串联中点通过电阻R3接至二极管D1的阴极，电阻R4与二极管D1并联，车辆上的受流器和电源负极之间设置检测电阻R0。
进一步地，所述电源开关电路DYKG中，电感L串接在所述功率开关元件IGBT1的输入端。
进一步地，所述安全接地开关电路AQJD，由并联在供电轨GDG和电源负极之间的功率开关元件IGBT2和接触器开关ES构成，在电源正极和电源开关电路DYKG之间设置熔断器FU。
供电装置通过对可控硅SD1的导通和关闭控制，实现对车辆的快速供电和车辆离开后的安全保护，从而保证供电轨在无车辆运行时处于安全接地状态。该电路采用了关键部件电容C1，控制***根据电容C1电压的变化实现过程控制。
综合考虑了***的可靠性、成本、寿命和维护等方面，实现了最大程度的安全供电，既保证正常情况下的供电安全，还保证了故障状态及极端情况下供电安全。具体地，通过对可控硅的控制，实现了供电的安全。同时，IGBT2导通后，实现供电模块输出端的输出电压为0V。(正常情况下，IGBT1关闭，IGBT2开通)计算机***主动检测IGBT1、2的状态和输出侧电压U0及电流i0，对IGBT和可控硅进行逻辑控制，保证***正常工作，使输出电压为0。非正常状态下，IGBT1故障导通了，IGBT2关闭，可控硅关闭时，750VDC电源经电阻R1、R3(10kΩ)为电容C1充电，并经电容C1的串联电阻R4限流,可保证输出侧电压值在人体安全电压36V以内。极端情况下，IGBT1导通，IGBT 2关闭，可控硅SD1导通，此时无车辆运行，输出电压为750VDC，电流i0＝0A，其输出侧将经电磁接触电路使其直接短路，保证供电输出为0V。
进一步地，通过正向二极管D2接至安全负极。
一种采用上述电气车辆地面供电装置的供电方法，包括以下步骤：
A.初始时，安全接地开关电路AQJD处于接通状态，电源开关电路DYKG处于断开状态；
B.如果没有车辆靠近信号PSR，则原地循环；有则进入下一步骤；
C.将安全接地开关电路AQJD断开，然后将电源开关电路DYKG接通；
D.如果供电轨电流信号IO大于零，则原地循环；否则进入下一步骤；
E.断开电源开关电路DYKG；
F.接通安全接地开关电路AQJD，返回步骤B。
进一步地，采用上述的电源开关电路DYKG，步骤C分为以下步骤：
C1.将安全接地开关电路AQJD断开，然后将电源开关电路DYKG中的功率开关元件IGBT1接通；
C2.如果供电轨电压信号U0小于UDYR2/(R1+R2)或者大于等于UDY，UDY为电源电压波动下限值，则进入下一步骤；否则原地循环；
C3.将电源开关电路DYKG中的可控硅SD1接通；
进一步地，采用上述熔断器FU及安全接地开关电路AQJD，所述步骤F由以下分步骤组成：
F1.如果供电轨电压信号U0仍不小于UDYR2/(R1+R2),则进入步骤F3；否则进入下一步骤；
F2.将安全接地开关电路AQJD中的功率开关元件IGBT2接通，返回步骤B；
F3.将安全接地开关电路AQJD中的接触器开关ES接通并报警。
第三方面，本发明实施例还公开了一种控制器，包括：
处理器；
存储器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于如上所述方法的指令。
第四方面，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存有计算机程序，所述计算机程序使得控制器执行如上所述的方法。
采用上述的技术方案，本发明有益效果如下：
本发明的技术方案完全杜绝了接触式开关所有可能的故障，采用电源电子开关电路和可控输出电路两级送电控制，可实现无车无电、有车有电，有电供电轨完全被车辆安全覆盖；
车辆离开后，电源开关电路关断，安全接地开关电路进入接通状态，使供电轨处于安全接地状态；
当电源开关电路处于烧损短路状态时，安全接地开关电路将供电轨接地，熔断器FU断开，将供电装置从电网中安全切除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅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为本发明一实施例的电气车辆地面供电装置原理示意图；
图2为本发明一实施例的电气车辆地面供电方法流程图。
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。基于发明中的实施例，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。
如图1所示实施例的电气车辆地面供电装置，供电轨GDG的长度小于受流器至车辆近端的距离，相邻供电轨GDG互相绝缘连接构成供电轨线。电源开关电路DYKG接在电源正极和供电轨GDG之间，安全接地开关电路AQJD接在供电轨GDG和安全负极之间，熔断器FU接在电源正极和电源开关电路DYKG之间，当模块出现短路时，熔断器FU将熔断，模块实现安全切除。控制器CONTRL接收车辆靠近信号PSR和供电轨电压和电流信号U0、I0，控制电源开关电路DYKG和安全接地开关电路AQJD的通断。在所述电源开关电路DYKG中，功率开关元件IGBT1输出端接至可控硅SD1的阳极，可控硅SD1的阴极接至供电轨GDG，二极管D1的阳极接至可控SD1的阻极，电容C1接在二极管D1的阴极和安全负极线之间，电阻R1和R2串联在可控输硅SD1的阳极和安全负极线之间，电阻R1和R2的串联中点通过电阻R3接至二极管D1的阴极，电阻R4与二极管D1并联，电感L串接在功率开关元件IGBT1的输入端，选择电阻R1和R2的阻值，使功率开关元件IGBT1接通而可控硅SD1尚未接通、车辆受流器未接触供电轨GDG时，电容C1上的电压值为安全电压值。在所述安全接地开关电路AQJD中，功率开关元件IGBT2和接触器开关ES并联在供电轨GDG和安全负极线之间。车辆上的受流器和电源负极之间设置检测电阻R0。可以设置专用轨线作为电源负极，有轨车辆则可直接利用路轨。电气车辆地面供电装置通过正向二极管D2接至安全负极，防止杂散电流对装置造成干扰，防止安全负极故障带电损坏装置。
如图2所示，本实施例的电气车辆地面供电方法流程图。
流程在框1.0初始化。
初始后，进入框1.1，电源开关电路DYKG中的功率开关元件IGBT1、可控硅SD1均处于断开状态，安全接地开关电路JDKG中的功率开关元件IGBT2处于接通状态。
进入框1.2，判断是否有车辆靠近信号PSR：如果没有车辆靠近，则原地循环；否则进入框1.3。
在框1.3，将安全接地开关电路AQJD中的功率开关元件IGBT2断开，然后将电源开关电路DYKG中的功率开关元件IGBT1接通,此时可控硅SD1尚未接通，电源通过功率开关元件IGBT1、电阻R1、R3向电容C1充电。
在框1.4，延时T1(T1为电容C1充电至UDYR2/(R1+R2)所需的时间，UDY为电源电压波动下限值)后，进入框1.5。
在框1.5，判断供电轨电压信号U0是否小于UDYR2/(R1+R2)或者大于等于UDY，：是则说明电气车辆的受流器已与供电轨GDG接触(U0小于UDYR2/(R1+R2)时，此U0是初始情况下车辆上检测电阻R0上的分压值；U0大于等于UDY，此U0是车辆运行情况下，受流器跨接前后两个供电轨GDG接通的电源电压值)，进入框1.6；否则原地循环。
在框1.6，将电源开关电路DYKG中的可控硅SD1接通，将电源与供电轨GDG接通电容C1被充电至电源电压。
进入框1.7，判断供电轨电流信号I0是否大于零：是则原地循环；否则说明车辆已经离开，进入框1.8。
在框1.8，先关断电源开关电路DYKG中的可控硅SD1(此时，即使由于故障原因可控硅SD1无法关断，加在可控硅SD1两端电容C1的电压及电感L的断流反电势也会迫使其关断)，然后再关断电源开关电路DYKG中的功率开关元件IGBT1。
进入框1.9，延时大于T2(T2为电容C1放电至UDYR2/(R1+R2)所需的时间后)，进入框1.10。
在框1.10，判断供电轨电压信号U0是否小于UDYR2/(R1+R2)：是则说明电源开关电路DYKG已正常关断，电容C1正常放电，进入框1.11；否则说明电源开关电路DYKG发生短路故障(U0等于UDYR2/(R1+R2)，说明功率开关元件IGBT1短路，U0等于UDY，说明功率开关元件IGBT1和可控硅SD1同时短路)，进入框1.12。
在框1.11，接通安全接地开关电路AQJD中的功率开关元件IGBT2,将供电轨GDG安全接地，然后返回框1.2。
在框1.12，接通安全接地开关电路AQJD中的接触器开关ES并报警，短路电流使熔断器FU断开，将供电装置从电网中安全切除。
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电气车辆地面供电装置，相邻供电轨GDG互相绝缘连接构成供电轨线，其特征在于针对每段供电轨GDG，设置：
一个电源开关电路DYKG，接在电源正极和供电轨GDG之间；
一个安全接地开关电路AQJD，接在供电轨GDG和安全负极之间；
一个控制器CONTRL，接收车辆靠近信号PSR和供电轨GDG的电气状态信号，控制电源开关电路DYKG和安全接地开关电路AQJD的通断。
2.根据权利要求1所述的电气车辆地面供电装置，其特征在于所述每段供电轨GDG的长度不大于受流器与车辆任一端部之间的距离。
3.根据权利要求1所述的电气车辆地面供电装置，其特征在于所述电源开关电路DYKG通过功率开关元件IGBT1和可控硅SD1实现二级控制。
4.根据权利要求3所示的电气车辆地面供电装置，其特征在于所述功率开关元件IGBT1输出端接至所述可控硅SD1的阳极，所述可控硅SD1的阴极接至所述供电轨GDG，所述二极管D1的阳极接至所述可控硅SD1的阴极，所述电容C1接在所述二极管D1的阴极和安全负极之间，电阻R1和电阻R2串联在可控输硅SD1的阳极和安全负极之间，电阻R1和电阻R2的串联中点通过所述电阻R3接至所述二极管D1的阴极，所述电阻R4与所述二极管D1并联，并且，在车辆上的受流器和电源负极之间设置检测电阻R0。
5.根据权利要求3所述的电气车辆地面供电装置，其特征在于所述电源开关电路DYKG中，电感L串接在所述功率开关元件IGBT1的输入端。
6.根据权利要求1所述的电气车辆地面供电装置，其特征在于所述安全接地开关电路AQJD由并联在供电轨GDG和安全负极之间的功率开关元件IGBT2和接触器开关ES构成，并且，在电源正极和电源开关电路DYKG之间设置熔断器FU。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的电气车辆地面供电装置，其特征在于通过正向二极管D2接至安全负极。
8.一种采用权利要求1所述电气车辆地面供电装置的供电方法，其特征在于包括以下步骤：
A.初始时，安全接地开关电路AQJD处于接通状态，电源开关电路DYKG处于断开状态；
B.如果没有车辆靠近信号PSR，则原地循环；有则进入下一步骤；
C.将安全接地开关电路AQJD断开，然后将电源开关电路DYKG接通；
D.如果供电轨电流信号I0大于零，则原地循环；否则进入下一步骤；
E.断开电源开关电路DYKG；
F.接通安全接地开关电路AQJD，返回步骤B。
9.根据权利要求8所述的电气车辆地面供电方法，其特征在于采用权利要求3中所述电源开关电路DYKG，步骤C分为以下步骤：
C1.将安全接地开关电路AQJD断开，然后将电源开关电路DYKG中的功率开关元件IGBT1接通；
C2.如果供电轨电压信号U0小于UDY·R2/(R1+R2)或者大于等于UDY，UDY为电源电压波动下限值，则进入下一步骤；否则原地循环；
C3.将电源开关电路DYKG中的可控硅SD1接通。
10.根据权利要求8所述的电气车辆地面供电方法，其特征在于采用权利要求5所述熔断器FU及安全接地开关电路AQJD，所述步骤F由以下分步骤组成：
F1.如果供电轨电压信号U0仍不小于UDYR2/(R1+R2),则进入步骤F3；否则进入下一步骤；
F2.将安全接地开关电路AQJD中的功率开关元件IGBT2接通，返回步骤B；
F3.将安全接地开关电路AQJD中的接触器开关ES接通并报警。
11.一种控制器，其特征在于包括：
处理器；
存储器；以及
计算机程序；
其中，所述计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于如权利要求7-9任一项所述的方法的指令。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存有计算机程序，所述计算机程序使得控制器执行如权利要求7-9任一项所述的方法。
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