一种储能式车辆及其安全联锁结构和方法与流程

1.本发明涉及储能式车辆技术领域，特别是一种储能式车辆及其安全联锁结构和方法。


背景技术：

2.现代储能式车辆以其绿色、节能和无接触网的特性，极大地降低了线路和供电系统投资，提高了能量的利用效率，现已广泛应用于现代轨道交通领域。当前，储能式车辆的储能系统大多采用电池、双电层超级电容和电池电容的单一或混合供电模式等。但是，由于储能系统高电压的存在，车辆即使在库内，车上也存在高压，给司乘、维护人员带来安全隐患。一方面，对于电池和电池电容等不能放电至0v的储能电源，其检修过程需要带电操作，存在触电风险；另一方面，对于双电层超级电容储能电源，其检修时虽然能放电至0v，但放电耗时冗长且操作和管理流程复杂，同时也造成了能量的非必要浪费。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种储能式车辆及其安全联锁结构和方法，用以规避现有技术中带电检修存在的风险。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种储能式车辆及其安全联锁结构，所述储能式车辆包括至少一个储能电源，所述安全联锁结构包括控制箱。所述控制箱门上设有与司机控制台钥匙匹配的第一钥匙孔，所述控制箱的箱体内设有开关控制单元，所述开关控制单元接在所述储能电源与车辆主回路之间；每个所述开关控制单元包括一个第一开关和一个第二手动开关。
5.所述第二手动开关还包括控制所述第二手动开关闭合与断开的第一手柄；所述控制箱门内侧在所述第一手柄断开位的正上方设有第一限位柱；当所述第一手柄处于断开位，所述第一限位柱与所述第一手柄干涉，所述控制箱门无法关闭。
6.所述第一开关包括线圈、第一触点和第二触点，所述第二手动开关包括第三触点和第四触点；所述第一开关的线圈连接司机控制台的控制电源。所述第一触点与所述第三触点串联后串接在所述储能电源的一个输出端与车辆主回路的一个输入端之间，所述第二触点与所述第四触点串联后串接在所述储能电源的另一个输出端与车辆主回路的另一个输入端之间。
7.关闭所述控制电源，使得所述第一开关线圈失电，进而使得储能电源与车辆主回路断开连接，车辆处于断激活状态，此时，所述司机控制台钥匙才能从司机控制台上拔出。只有当所述司机控制台钥匙插入所述第一钥匙孔，才能打开所述控制箱门。打开所述控制箱门后，可旋转所述第一手柄处于断开位时，所述第二手动开关断开，可将所述储能电源进行物理隔离，确保了检修时的无电环境。此时第一限位柱与所述第一手柄干涉，所述控制箱门无法关闭，所述司机控制台钥匙则无法从所述第一钥匙孔中拔出，车辆无法上电并启动。当所述第一手柄处于闭合位，所述第二手动开关闭合，所述第一限位柱不与所述第一手柄
干涉，所述控制箱门可关闭，所述司机控制台钥匙可从所述第一钥匙孔中拔出，将所述第一钥匙孔插入司机控制台，打开所述控制电源，使得所述第一开关线圈得电，进而使得储能电源与车辆主回路可连接，通过所述司机控制掏钥匙可使得车辆上电并启动。通过所述司机控制台钥匙与所述第二手动开关的联锁。实现车辆断激活时检修，完成检修后才可激活车辆上电，，提高了检修过程中人身和设备的安全。
8.进一步地，所述第一开关为多个时，每个所述第一开关单独控制。由于每个储能电源连接一个第一开关，使得单组储能电源故障时可以及时切断故障储能电源，避免了故障扩大化，提高了车辆运行时储能电源的安全，此外实现了储能电源不放电时对于车辆高压电气箱中高压电气元件的安全检修，避免了检修时的能量浪费。
9.进一步地，每个所述控制单元还包括一个第三手动开关，所述第三手动开关并联在所述车辆主回路的两个输入端之间；所述第三手动开关包括所述第三手动开关闭合与断开的第二手柄。所述控制箱的箱体内设有盖板，当所述第一手柄处于断开位，所述盖板可打开。所述盖板在靠近所述第二手柄的位置设有第二限位柱，所述第二限位柱用于将所述第二手柄限定在断开位。
10.所述第一手柄处于闭合位，所述盖板无法打开，则所述第二限位柱使得所述第二手柄只能维持在断开位，此时所述第二手动开关闭合，所述第二手动开关断开，所述车辆主回路可接入电源。所述第一手柄处于断开位，所述盖板可打开，所述第二手柄可运动至闭合位，所述车辆主回路接地，无法接入电源。通过将所述第二手动开关与所述第二手动开关联锁，实现只有当储能电源与所述主回路断开之后才可将所述主回路接地，当所述主回路不处于断开状态，所述储能电源可与所述主回路接通。
11.进一步地，所述盖板下方设有第三限位柱，用于将所述第一手柄限定在断开位。所述盖板打开后，所述第三限位柱使得所述第一手柄维持在断开状态，无法闭合。保障了检修过程中的安全。
12.进一步地，还包括安全联锁钥匙箱，所述安全联锁钥匙箱包括一个第一互锁钥匙孔和多个第二互锁钥匙孔。所述第一互锁钥匙孔与第二钥匙匹配，所述第二钥匙设于所述第二手动开关上的第二钥匙孔中；当所述第二手柄处于断开位，所述第二钥匙锁在所述第二钥匙孔中；所述第二手柄处于闭合位，所述第二钥匙可从所述第二钥匙孔中拔出，当所述第二钥匙孔中未插入所述第二钥匙，所述第二手柄无法操作。每个所述第二互锁钥匙孔内设有一个与之匹配的第三钥匙。
13.所述第二钥匙插入所述钥匙箱中的第一互锁钥匙孔并旋转至锁闭位置，多个所述第三钥匙可从所述第二互锁钥匙孔中拔出；当多个所述第三钥匙全部插入所述第二互锁钥匙孔并旋钮至锁闭位置，所述第二钥匙可从所述钥匙箱中的第二互锁钥匙孔中拔出。
14.当所述第二手柄处于断开位，所述主回路可接入电源，所述第二钥匙无法从所述第二钥匙孔中拔出，所述第三钥匙则无法拔出，无法进行检修。当所述第二手柄处于闭合位，所述第二钥匙可从所述第二钥匙孔中拔出，此时所述第二手柄无法操作且持续在闭合位，所述主回路持续在接地状态。所述第二钥匙插入所述第一互锁钥匙孔后，所述第三钥匙可从第二钥匙孔中拔出，可进行检修。当检修全部结束，所有所述第三钥匙全部插入所述第二互锁钥匙孔，所述第二钥匙可从所述第一互锁钥匙孔中拔出，将所述第二钥匙插入所述第二钥匙孔中，则可操作所述第二手柄。通过所述第二手动开关与所述第二钥匙的联锁，以
及所述第二钥匙与所述第三钥匙的联锁，实现当所述储能电源物理隔离且所述主回路接地时，才可进行检修，检修全部结束后，才可将所述主回路接入所述储能电源，车辆才能上电。进一步保证检修安全。
15.进一步地，所述第三钥匙用于打开高压电气箱和储能电源箱。打开之后即可开展检修工作。
16.基于同一个技术构思，本发明还提供了一种车辆安全联锁方法，需要检修时的联锁操作流程包括：a、将所述控制电源断电，取出所述司机控制台钥匙并插入所述第一钥匙孔；b、转动所述第一手柄至断开位并打开盖板；c、转动所述第二手柄至闭合位并取出所述第二钥匙；d、将所述第二钥匙插入所述第一互锁钥匙孔并旋转至锁闭位置；e、取出所述第三钥匙并插入待检修箱体。
17.进一步地，检修完成后的连锁操作包括：i、关闭所有已检修箱体，取出所有所述第三钥匙；ii、将所有所述第三钥匙插入所述第二互锁钥匙孔并全部旋转至锁闭位置；iii、取出所述第二钥匙并插入所述第二钥匙孔；iv、转动所述第二手柄至断开位并关闭所述盖板；v、旋转所述第一手柄至闭合位并关闭所述控制箱门；vi、取出所述控制台钥匙并插入司机控制台。
18.本方法通过联锁操作，确保检修时候的无电环境，以及检修全部完成后才可上电。避免了违规或误操作，降低了检修过程的安全风险。
19.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过将所述第一开关与所述司机控制台钥匙联锁，将所述司机控制台钥匙与所述第二手动开关联锁，将所述第二手动开关与所述第二手动开关联锁，所述第二手动开关与所述第二钥匙联锁，所述第二钥匙与所述第三钥匙联锁的方式，实现对器件同时进行机械或电气联锁，提高了车辆高压电气元件检修时的安全性能，确保车辆检修的无电环境，同时实现在不对超级电容储能电源放电的前提下，对车辆高压电气箱中高压电气元件的安全检修。
附图说明
20.图1为本发明一实施例的电气原理图。
21.图2为本发明一实施例的开始检修时的联锁操作流程图。
22.图3为本发明一实施例的检修完成时的联锁操作流程图。
23.图4为本发明一实施例的储能电源控制箱门示意图。
24.图5为本发明一实施例的储能电源控制箱的内部结构示意图。
25.图6为本发明一实施例的六极手动隔离开关与控制箱门联锁示意图。
26.图7为本发明一实施例的六极手动隔离开关与弹簧干涉的侧视图。
27.图8为本发明一实施例的六极手动隔离开关与弹簧干涉的俯视图。
28.图9为本发明一实施例的六极手动隔离开关与弹簧干涉的另一个侧视图。
29.图10为本发明一实施例的三极手动接地开关与盖板联锁的俯视图。
30.图11为本发明一实施例的三极手动接地开关与盖板联锁的侧视图。
31.图12为本发明一实施例的安全联锁钥匙箱的俯视图。
32.其中key1为司机控制台钥匙，key2为第二钥匙，key3为第三钥匙，km1为第一双极直流接触器，km2为第二双极直流接触器，km3为第三双极直流接触器，qs1为六极手动隔离开关，qs2为三极手动接地开关。1为控制箱门，2为第一钥匙孔，3为第一限位柱，4为绝缘挡板，5为盖板，6为第二限位柱，7为弹簧立柱，8为第一手柄， 9为第二手柄，10为第二钥匙孔，11为第一互锁钥匙孔，12为第二互锁钥匙孔。
具体实施方式
33.本实施例中，第一开关包括第一双直流接触器km1，第二双极直流接触器km2和第三双极直流接触器km3，第二手动开关为六极手动隔离开关qs1，第三手动开关为三极手动接地开关qs2，第一触点包括所述第一双直流接触器km1的第一触点、所述第二双极直流接触器km2的第一触点和所述第三双极直流接触器km3的第一触点，第二触点包括第一双直流接触器km1的第二触点、所述第二双极直流接触器km2的第二触点和所述第三双极直流接触器km3的第二触点，第三触点包括所述六极手动隔离开关qs1的第一触点、所述六极手动隔离开关qs1的第三触点和所述六极手动隔离开关qs1的第五触点，第四触点包括所述六极手动隔离开关qs1的第二触点、所述六极手动隔离开关qs1的第四触点和所述六极手动隔离开关qs1的第六触点。第三限位柱为弹簧7。
34.本实施例包括一种储能式车辆，所述储能式车辆设有3个储能电源，并设有安全联锁结构。如图1所示，该安全联锁结构包括控制箱。
35.如图4所示，所述控制箱门1上设有第一钥匙孔2，所述第一钥匙孔2与司机台控制钥匙key1匹配。
36.如图5所示，所述控制箱内设有盖板5，所述盖板5的下方设有绝缘挡板4，所述挡板4下方设有开关控制单元，如图1所示，所述开关控制单元串联在所述储能电源与车辆主回路之间。所述开关控制单元包括一个六极手动隔离开关qs1、3个双极直流接触器km1，km2和km3，以及一个三极手动接地开关qs2。每个所述双极直流接触器均包括两个触点，所述六极手动隔离开关qs1包括六个触点，所述三极手动接地开关包括第一接地开关，第二接地开关和第三接地开关。所述双极直流接触器km1，km2和km3的线圈接入司机控制台的控制电源。
37.如图1所示，所述六极手动隔离开关qs1的第一触点与所述第一双极直流接触器km1的第一触点串联在所述第一储能电源的一个输出端与所述车辆主回路的一个输入端之间，所述六极手动隔离开关qs1的第二触点与所述第一双极直流接触器km1的第二触点串联于所述第一储能电源的另一个输出端与所述车辆主回路的另一个输入端之间，所述三极手动接地开关qs2的第一接地开关并联在所述车辆主回路的两个输入端之间。
38.所述六极手动隔离开关qs1的第三触点与所述第二双极直流接触器km2的第一触点串联在所述第二储能电源的一个输出端与所述车辆主回路的一个输入端之间，所述六极手动隔离开关qs1的第四触点与所述第二双极直流接触器km2的第二触点串联于所述第二储能电源的另一个输出端与所述车辆主回路的另一个输入端之间，所述三极手动接地开关qs2的第二接地开关并联在所述车辆主回路的两个输入端之间。
39.所述六极手动隔离开关qs1的第五触点与所述第三双极直流接触器km3的第一触
点串联在所述第三储能电源的一个输出端与所述车辆主回路的一个输入端之间，所述六极手动隔离开关qs1的第六触点与所述第三双极直流接触器km3的第二触点串联于所述第三储能电源的另一个输出端与所述车辆主回路的另一个输入端之间，所述三极手动接地开关qs2的第三接地开关并联在所述车辆主回路的两个输入端之间。
40.所述六极手动隔离开关qs1的六个触点同时断开/闭合；所述三极手动接地开关qs2的三个接地开关同时断开/闭合。所述六极手动隔离开关qs1为手动隔离器件，实现了对储能电源的物理隔离，确保了检修时的无电。每个储能电源都连接一个双极直流接触器，使得单组储能电源故障时可以及时切断故障储能电源，避免了故障扩大化，提高了车辆运行时储能电源的安全，此外实现了储能电源不放电时对于车辆高压电气箱中高压电气元件的安全检修，避免了检修时的能量浪费。
41.当关闭控制电源，则所述双直流接触器km1、km2、km3的控制线圈失电则常闭，所述双直流接触器km1、km2、km3的第一触点和第二触点与所述储能电源断开连接，使得车辆处于断激活位，所述司机控制台钥匙key1可从所述司机控制台拔出。当司机控制台钥匙key1插入司机控制台并打开控制电源，所述双直流接触器km1、km2、km3的控制线圈得电，则所述双直流接触器km1、km2、km3的第一触点和第二触点与所述储能电源相连，车辆可上电激活。
42.如图5至图10所示，所述六极手动隔离开关qs1设有第一手柄8，所述控制箱门1焊有第一限位柱3，所述第一限位柱3设置在所述第一手柄8的断开位正上方，所述绝缘挡板4靠近所述第一手柄8的位置设有弹簧立柱7。所述三极手动接地开关qs2设有第二手柄9和第二钥匙孔10，所述第二钥匙孔10中插有第二钥匙key2，所述盖板5靠近所述第二手柄9的位置设有第二限位柱6。
43.所述第一手柄8处于闭合位和所述第二手柄9处于断开位的状态如图10所示；所述第一手柄8处于断开位和所述第二手柄9处于闭合位的状态如图8所示。当所述第一手柄8处于闭合位，所述六极手动隔离开关qs1闭合，所述储能电源可与所述车辆主回路相连接；当所述第一手柄8处于断开位，所述六极手动隔离开关qs1断开，所述储能电源与所述车辆主回路相断开连接。当所述第二手柄9处于断开位，所述三极手动接地开关qs2断开所述车辆主回路的连接，所述车辆主回路可接入所述储能电源；当所述第二手柄9处于闭合位，所述三极手动接地开关qs2与所述车辆主回路相连接，所述车辆主回路接地。当所述第二手柄9处于断开位，所述三极手动接地开关qs2断开所述车辆主回路的连接，所述车辆主回路可接入所述储能电源。
44.如图12所示，本实施例的安全联锁装置还包括安全联锁钥匙箱，所述安全联锁钥匙箱设有一个第一互锁钥匙孔11和四个第二互锁钥匙孔12。所述第一互锁钥匙孔11与所述第二钥匙key2匹配。每个所述第二互锁钥匙孔12设有一个与之匹配的第三钥匙key3，所述第三钥匙key3用于打开高压电气箱和储能电源箱。
45.所述第二钥匙key2插入所述第一互锁钥匙孔11并旋转至锁闭位置，多个所述第三钥匙key3可从所述第二互锁钥匙孔12中拔出；多个所述第三钥匙key3全部插入所述第二互锁钥匙孔12并旋钮至锁闭位置，所述第二钥匙key2可从所述第一互锁钥匙孔11中拔出。
46.当司机控制台钥匙key1未从司机控制台上拔出，所述控制箱门1无法打开，所述第一手柄8维持在闭合位，所述六极手动隔离开关qs1为闭合状态，所述控制箱门1可以完全关闭，且所述盖板5无法经外力开启，所述第二手柄9与所述第二限位柱6干涉，使得所述第二
手柄9维持在断开位，所述三极手动接地开关qs2维持断开状态，所述第二钥匙key2锁闭在所述三极手动接地开关qs2上的第二钥匙孔中，无法拔出。第二钥匙key2无法从第二钥匙控制拔出，则无法插入所述第一互锁钥匙孔11，则第三钥匙key3无法拔出，无法进行检修。实际控制台钥匙key1不从司机控制台拔出，则车辆随时可能上电激活，本装置使得在带电的情况下无法开始检修工作，直接保障了检修人员及检修过程的安全。
47.当司机控制台钥匙key1从司机控制台上拔出，所述控制箱门1可打开，旋转所述第一手柄8至断开位，所述六极手动隔离开关qs1为断开状态，所述第一限位柱3与所述第一手柄8干涉，所述控制箱门1无法完全关闭，同时，所述盖板5可经外力开启，打开所述盖板5后，所述弹簧立柱7弹出，并与所述第一手柄8闭合的操作路径形成干涉，所述六极手动隔离开关qs1维持在断开状态，实现对所述储能电源的物理隔离。旋转所述第二手柄9至闭合位，所述第二手柄9与所述第二限位柱6干涉，所述盖板无法关闭，所述弹簧立柱7与所述第一手柄8由断开位旋转至闭合位的路径干涉，所述第一手柄8维持在断开位。此时，所述三极手动接地开关qs2闭合，所述车辆主回路接地。所述第二钥匙key2可以从所述第二钥匙孔10中拔出，所述第二钥匙key2拔出后，所述第二手柄9维持闭合位，所述三极手动接地开关qs2维持在闭合状态，所述车辆主回路接地，所述第二限位柱6与所述第二手柄9干涉，所述盖板5无法关闭，因此所述控制箱门1无法关闭，所述第一钥匙key1无法从所述第一钥匙孔2中拔出，车辆无法上电激活。即本装置能够保证，在检修过程中车辆无法上电激活，进一步保证了检修人员及检修过程的安全。
48.本实施例的安全联锁装置通过联锁避免了违规或误操作，降低了检修过程中的安全风险。如图2所示，当需要检修或者维护时，安全联锁方法包括：切断所述控制电源，所述双极直流接触器km1、km2km3的控制线圈失电，所述车辆主电路与所述储能电源断开连接，车辆为断激活状态，此时才能从司机控制台拔出所述司机控制台钥匙key1，进而可以登顶并打开所述控制箱。
49.所述控制箱门1上设有第一钥匙孔2，所述第一钥匙孔2与所述司机控制台钥匙key1匹配，因此只有当司机控制台钥匙key1插入所述第一钥匙孔2，才能打开所述控制箱门1，只有所述控制箱门1打开，才能操作所述第一手柄8。当所述第一手柄8转至断开位，所述六极手动隔离开关qs1断开，所述第一限位柱3与所述第一手柄8干涉，所述控制箱门1不能完全关闭。
50.所述第一手柄8转至断开位，所述六极手动隔离开关qs1断开，所述盖板5才能打开，进而才能操作所述第二手柄9至所述三极手动接地开关qs2闭合，所述第二钥匙key2才能从所述第二钥匙孔10中拔出，所述第二钥匙key2拔出后所述三极手动接地开关qs2锁定在闭合状态，此时所述第二限位柱6与所述第二手柄9干涉，所述盖板5无法关闭。
51.将所述第二钥匙key2插入所述第一互锁钥匙孔11中，并旋钮至锁闭位置，所有的所述第三钥匙key3可旋转至可取出的位置，此时可以拔出第三钥匙key3，进而打开待检修箱体进行检修。
52.如图3所示，结束检修后的安全联锁方法包括：待检修全部完成后，只有将所有第三钥匙key3全部插入所述第二互锁钥匙孔12中，并一同旋转至锁闭位置时，所述第二钥匙key2可旋转至可取出的位置，此时取出所述第二钥匙key2并插入所述第二钥匙孔，即可退出检修。
53.当所述第二钥匙key2插入所述第二钥匙孔，才能操作所述第二手柄9至断开位，此时所述三极手动接地开关qs2断开，所述第二手柄9与所述第三定位柱6不再干涉，所述盖板5可以关闭，所述六极手动隔离开关qs1可以通过旋转所述第一手柄8而闭合。
54.当所述第一手柄8转动至闭合位，所述六极手动隔离开关qs1闭合，所述盖板5可完全关闭，所述控制箱门1才可完全关闭。
55.拔出所述控制箱上的司机控制台钥匙key1，插入司机控制台，所述控制电源得电，使得所述极直流接触器km1、km2、km3的线圈得电，所述储能电源与所述车辆主回路可连通，车辆可上电激活。