城市軌道車輛牽引系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，包括：動(dòng)力裝置和儲(chǔ)能裝置；所述動(dòng)力裝置包括：與供電網(wǎng)連接的牽引逆變器，以及與牽引逆變器輸出端相連的牽引電機(jī)；所述儲(chǔ)能裝置包括：DC/DC變換器、超級(jí)電容和動(dòng)力電池；所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池并聯(lián)設(shè)置，負(fù)極均與供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極連接，正極分別通過所述DC/DC變換器與供電網(wǎng)的直流母線正極連接；所述DC/DC變換器控制所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池充電和放電，放電電能通過DC/DC變換器為所述動(dòng)力裝置供電。本實(shí)用新型的牽引系統(tǒng)將超級(jí)電容和動(dòng)力電池并聯(lián)后共同作為能量供應(yīng)源，可在與供電網(wǎng)脫離時(shí)，充分提升城市軌道車輛過無電區(qū)時(shí)車輛的性能。
【專利說明】城市軌道車輛牽引系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及牽引動(dòng)力技術(shù)，尤其涉及一種城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，屬于軌道車輛動(dòng)力【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著道路資源的日趨緊張，城市軌道車輛的接觸網(wǎng)架設(shè)空間越來越受到各種建筑物或道路的限制，比如在某些道路平交區(qū)域或者建筑物附近不適合搭建接觸網(wǎng)，或者由于安全需要庫(kù)內(nèi)也不易搭建接觸網(wǎng)，因此需要一種可通過儲(chǔ)能方式通過無電區(qū)的輕軌車。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中通常采用接觸網(wǎng)和車載超級(jí)電容作為車輛供電系統(tǒng)。該種形式的供電系統(tǒng)，在接觸網(wǎng)有電時(shí)，由接觸網(wǎng)為作為初始電壓源為牽引電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)；當(dāng)車輛供電系統(tǒng)脫離接觸網(wǎng)或接觸網(wǎng)無電時(shí)，由超級(jí)電容作為初始電壓源為牽引電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)。
[0004]但是，由于超級(jí)電容所能存儲(chǔ)的電能較低，超級(jí)電容所存儲(chǔ)的電能通常只能驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行幾分鐘，且無法為車輛長(zhǎng)距離運(yùn)行提供初始電壓源，且在無電區(qū)內(nèi)啟動(dòng)次數(shù)有嚴(yán)格限制?，F(xiàn)有技術(shù)中還有采用動(dòng)力電池為作為電壓源對(duì)機(jī)車進(jìn)行供電，但動(dòng)力電池充電時(shí)間較長(zhǎng)，因此，也不能滿足在接觸網(wǎng)無電時(shí)車輛的長(zhǎng)距離運(yùn)行。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提供一種城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中城市軌道車輛在供電網(wǎng)無電時(shí)車輛不能長(zhǎng)距離運(yùn)行的技術(shù)問題。
[0006]本實(shí)用新型提供一種城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，包括:動(dòng)力裝置和儲(chǔ)能裝置；
[0007]所述動(dòng)力裝置包括牽引逆變器和牽引電機(jī)，所述牽引逆變器的輸入端分別與供電網(wǎng)的直流母線正極和負(fù)極連接，用于直流電和交流電的互相變換，所述牽引逆變器的輸出端與所述牽引電機(jī)相連，所述牽引電機(jī)用于向車輛提供動(dòng)力；
[0008]所述儲(chǔ)能裝置包括:DC/DC變換器、超級(jí)電容和動(dòng)力電池；所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池并聯(lián)設(shè)置，所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池的負(fù)極均與所述供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極連接，所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池的正極分別通過所述DC/DC變換器與所述供電網(wǎng)的直流母線正極連接；
[0009]所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)連通時(shí)，所述DC/DC變換器控制所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池充電；所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)斷開時(shí)，所述DC/DC變換器控制所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池放電，放電電能通過所述DC/DC變換器為所述動(dòng)力裝置供電。
[0010]如上所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其中，所述DC/DC變換器包括DC/DC控制器、第一控制模塊和第二控制模塊；所述超級(jí)電容通過所述第一控制模塊與所述DC/DC控制器連接，所述動(dòng)力電池通過所述第二控制模塊與所述DC/DC控制器連接；
[0011]所述第一控制模塊用于控制所述超級(jí)電容充電或放電；
[0012]所述第二控制模塊用于控制所述動(dòng)力電池充電或放電。[0013]如上所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其中，所述DC/DC變換器用于在所述儲(chǔ)能裝置為所述動(dòng)力裝置供電時(shí)，優(yōu)先啟用所述第一控制模塊控制所述超級(jí)電容進(jìn)行供電，當(dāng)所述超級(jí)電容電量低于15%時(shí)，斷開所述超級(jí)電容并啟用所述第二控制模塊控制所述動(dòng)力電池進(jìn)行供電。
[0014]如上所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其中，所述牽引逆變器用于在所述供電網(wǎng)斷開且車輛處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將所述牽引電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為直流電給所述超級(jí)電容充電。
[0015]如上所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其中，所述牽引系統(tǒng)還包括輔助逆變器以及連接在所述輔助逆變器上的充電機(jī)；所述輔助逆變器的輸入端分別與所述供電網(wǎng)連接，用于將所述供電網(wǎng)的直流電變換為用于驅(qū)動(dòng)所述充電機(jī)的三相交流電，所述充電機(jī)用于提供所述牽引系統(tǒng)的控制電源。
[0016]如上所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其中，所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)的直流母線正極之間設(shè)置有受電弓，所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極之間設(shè)置有接地裝置。
[0017]如上所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其中，所述牽引系統(tǒng)還包括高速斷路器，設(shè)置于所述受電弓的后級(jí)，用于及時(shí)切斷和接通所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)的接觸。
[0018]本實(shí)用新型的牽引系統(tǒng)中，將超級(jí)電容和動(dòng)力電池組并聯(lián)，可在牽引系統(tǒng)與供電網(wǎng)脫離時(shí)，或者是供電網(wǎng)無電時(shí)，超級(jí)電容和動(dòng)力電池組輸出的電能共同作為動(dòng)力裝置的供電電壓源，該牽引系統(tǒng)巧妙地解決了單獨(dú)使用超級(jí)電容能量密度小或者單獨(dú)使用動(dòng)力電池充放電慢的缺點(diǎn)，充分提升了城市軌道車輛過無電區(qū)時(shí)車輛的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，MCl為帶司機(jī)室的動(dòng)車；TP為帶受電弓的拖車；本實(shí)施例的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)一般設(shè)置在動(dòng)車上，該牽引系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和儲(chǔ)能裝置；動(dòng)力裝置包括牽引逆變器和牽引電機(jī)，牽引逆變器的輸入端分別與供電網(wǎng)的直流母線正極和負(fù)極連接，牽引逆變器用于直流電和交流電的互相變換，牽引逆變器的輸出端與牽引電機(jī)相連，牽引電機(jī)用于向車輛提供動(dòng)力，并可以在車輛制動(dòng)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為交流電。儲(chǔ)能裝置包括:DC/DC變換器、超級(jí)電容和動(dòng)力電池；超級(jí)電容和動(dòng)力電池并聯(lián)設(shè)置，它們的負(fù)極均與供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極連接，超級(jí)電容和動(dòng)力電池的正極分別通過DC/DC變換器與供電網(wǎng)的直流母線正極連接。
[0022]另外，本實(shí)施例的牽引系統(tǒng)與供電網(wǎng)的直流母線正極之間設(shè)置有受電弓Ph，受電弓用于從供電網(wǎng)獲取電力；牽引系統(tǒng)與受電弓之間設(shè)置有高速斷路器HSCB，用于閉合或切斷系統(tǒng)主電路；在拖車TP的頂部設(shè)置有避雷針Arr，用于保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備不被雷擊；本實(shí)施例的牽引系統(tǒng)與供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極之間設(shè)置有接地裝置。牽引系統(tǒng)還包括輔助逆變器以及連接在輔助逆變器上的充電機(jī)，輔助逆變器的輸入端分別與供電網(wǎng)的直流母線正極和負(fù)極連接，輔助逆變器用于將供電網(wǎng)的直流電變換為三相交流電，并提供給充電機(jī)，充電機(jī)用于提供本實(shí)施例的牽弓I系統(tǒng)的控制電源。
[0023]本實(shí)施例的牽引系統(tǒng)通過受電弓Ph與供電網(wǎng)連通時(shí)，DC/DC變換器對(duì)供電網(wǎng)直流電壓進(jìn)行變壓后，控制超級(jí)電容和動(dòng)力電池充電；牽引系統(tǒng)與供電網(wǎng)斷開時(shí)，DC/DC變換器控制超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池放電，放電電能通過DC/DC變換器進(jìn)行變壓后，為動(dòng)力裝置供電。當(dāng)供電網(wǎng)無電或行駛到無電區(qū)時(shí)，超級(jí)電容和動(dòng)力電池的能量迅速釋放，不但可以為動(dòng)力裝置的供電，還可以為輔助變流器及充電機(jī)進(jìn)行供電。超級(jí)電容的大電流快放能力彌補(bǔ)了單獨(dú)使用動(dòng)力電池大電流釋放不足的缺陷；動(dòng)力電池的大能量能夠彌補(bǔ)單獨(dú)采用超級(jí)電容能量不足而導(dǎo)致無電區(qū)行駛距離過短的缺陷。
[0024]在上述實(shí)施例提供的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)基礎(chǔ)上，其中，DC/DC變換器還可以包括DC/DC控制器、第一控制模塊和第二控制模塊；超級(jí)電容通過第一控制模塊與DC/DC控制器連接，動(dòng)力電池通過第二控制模塊與DC/DC控制器連接；其中，第一控制模塊用于控制所述超級(jí)電容充電或放電，第二控制模塊用于控制動(dòng)力電池充電或放電；DC/DC變換器用于在儲(chǔ)能裝置為動(dòng)力裝置供電時(shí)，優(yōu)先啟用第一控制模塊控制超級(jí)電容進(jìn)行供電，當(dāng)超級(jí)電容電量低于15%時(shí)，DC/DC變換器可以斷開超級(jí)電容的連接，并啟用第二控制模塊控制動(dòng)力電池進(jìn)行供電。
[0025]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖，如圖2所示，城市軌道車輛一般包括MC1、MC2兩個(gè)帶司機(jī)室的動(dòng)車，它們分布在車輛的兩端，擁有相同結(jié)構(gòu)的牽引系統(tǒng)。
[0026]當(dāng)城市軌道車輛在有供電網(wǎng)的地方，測(cè)得網(wǎng)壓在750V-800V左右，當(dāng)城市軌道車輛測(cè)得的網(wǎng)壓低壓500V時(shí)，則自動(dòng)判斷為無電區(qū)，則斷開高速斷路器，這時(shí)DC/DC變換器控制超級(jí)電容放電，并通過DC/DC變換器將超級(jí)電容的電壓升至750V，如果超級(jí)電容的電量不足15%，DC/DC變換器則控制動(dòng)力電池放電進(jìn)行能量補(bǔ)充；在無電區(qū)運(yùn)行時(shí)，牽引電機(jī)可以將車輛制動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為交流電，經(jīng)牽引逆變器轉(zhuǎn)化后通過DC/DC變換器給超級(jí)電容充電，考慮到動(dòng)力電池的充放電次數(shù)有限，況且在線路運(yùn)行時(shí)有接觸網(wǎng)的時(shí)間較短，因此動(dòng)力電池的充電僅在起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行。動(dòng)力電池起到的作用主要是補(bǔ)充作用，防止由于超級(jí)電容充電故障或列車臨時(shí)停車等異常情況造成無電能來源。由于城市軌道車輛運(yùn)行時(shí)，特別是當(dāng)車輛剛剛啟動(dòng)或者加速運(yùn)行時(shí)，所需的功率很大，就目前技術(shù)中動(dòng)力電池組而言，還不能為軌道車輛提供如此大功率的電能。
[0027]本實(shí)施例能夠滿足輕軌車在無外界電能的情況下較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，且能保存足夠電能以便多次啟動(dòng)車輛。本實(shí)施例的牽引系統(tǒng)巧妙地解決了單獨(dú)使用超級(jí)電容能量密度小及單獨(dú)使用動(dòng)力電池充放電慢的缺點(diǎn)，充分提升了過無電區(qū)時(shí)城市軌道車輛的性能。
[0028]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其特征在于，包括:動(dòng)力裝置和儲(chǔ)能裝置； 所述動(dòng)力裝置包括牽引逆變器和牽引電機(jī)，所述牽引逆變器的輸入端分別與供電網(wǎng)的直流母線正極和負(fù)極連接，用于直流電和交流電的互相變換，所述牽引逆變器的輸出端與所述牽引電機(jī)相連，所述牽引電機(jī)用于向車輛提供動(dòng)力； 所述儲(chǔ)能裝置包括:DC/DC變換器、超級(jí)電容和動(dòng)力電池；所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池并聯(lián)設(shè)置，所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池的負(fù)極均與所述供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極連接，所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池的正極分別通過所述DC/DC變換器與所述供電網(wǎng)的直流母線正極連接； 所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)連通時(shí)，所述DC/DC變換器控制所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池充電；所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)斷開時(shí)，所述DC/DC變換器控制所述超級(jí)電容和所述動(dòng)力電池放電，放電電能通過所述DC/DC變換器為所述動(dòng)力裝置供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)輕軌車牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC變換器包括DC/DC控制器、第一控制模塊和第二控制模塊；所述超級(jí)電容通過所述第一控制模塊與所述DC/DC控制器連接，所述動(dòng)力電池通過所述第二控制模塊與所述DC/DC控制器連接； 所述第一控制模塊用于控制所述超級(jí)電容充電或放電； 所述第二控制模塊用于控制所述動(dòng)力電池充電或放電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)輕軌車牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述DC/DC變換器用于在所述儲(chǔ)能裝置為所述動(dòng)力裝置供電時(shí)，優(yōu)先啟用所述第一控制模塊控制所述超級(jí)電容進(jìn)行供電，當(dāng)所述超級(jí)電容電量低于15%時(shí)，斷開所述超級(jí)電容并啟用所述第二控制模塊控制所述動(dòng)力電池進(jìn)行供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)輕軌車牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引逆變器用于在所述供電網(wǎng)斷開且車輛處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將所述牽引電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為直流電給所述超級(jí)電容充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)輕軌車牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引系統(tǒng)還包括輔助逆變器以及連接在所述輔助逆變器上的充電機(jī)；所述輔助逆變器的輸入端分別與所述供電網(wǎng)連接，用于將所述供電網(wǎng)的直流電變換為用于驅(qū)動(dòng)所述充電機(jī)的三相交流電，所述充電機(jī)用于提供所述牽引系統(tǒng)的控制電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)的直流母線正極之間設(shè)置有受電弓，所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)的直流母線負(fù)極之間設(shè)置有接地裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的城市軌道車輛牽引系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引系統(tǒng)還包括高速斷路器，設(shè)置于所述受電弓的后級(jí)，用于及時(shí)切斷和接通所述牽引系統(tǒng)與所述供電網(wǎng)的接觸。
【文檔編號(hào)】B60L9/00GK203697980SQ201320780284
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】任寶兵, 梁佳昱, 趙立超 申請(qǐng)人:北車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司