轨道车辆的主电路系统及供电方法与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道车辆的主电路系统及供电方法。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，为了解决交通问题，轨道车辆作为一种新型的交通运输工具，正逐渐成为城市交通中非常重要的一部分。
3.目前轨道车辆主电路的供电来源多来自供电线，即接触网和第三轨。但随着城市发展，接触网不但影响与城市景观的融合，也会出现接触网粘连异物造成车辆停车等事故。第三轨供电的线路需全线路安装在地面，对安检巡查要求较高，如有不慎可能造成行人或工作人员伤亡。
4.因此，以动力电池为供电来源的轨道车辆应运而生。但因动力电池采购成本较高、重量较重，车辆不宜适配高电量的动力电池。


技术实现要素：

5.本发明提供一种轨道车辆的主电路系统及供电方法，用以解决现有技术中供电线供电不安全，动力电池供电成本高，重量大的缺陷，实现供电线和动力电池两种供电模式的兼容。
6.本发明提供一种轨道车辆的主电路系统，包括：
7.集电装置，所述集电装置的输入端用于与轨道车辆的供电线连接；
8.高压箱，所述高压箱包括高速断路器和高压母排；
9.所述高速断路器的一端连接所述集电装置的输出端，所述高速断路器的另一端与所述高压母排连接；
10.动力电池，所述动力电池的输出端与所述高压母排连接，所述动力电池包括接触器，所述接触器用于对所述动力电池进行供电控制；
11.空调系统，所述空调系统的输入端与所述高压母排连接；
12.牵引变流单元，所述牵引变流单元的输入端与所述高压母排连接，所述牵引变流单元的输出端用于与所述轨道车辆的牵引电机的输入端连接，所述牵引变流单元用于对从所述高压母排上接收的电流进行变换。
13.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路系统，所述高压箱还包括三位置开关；
14.所述三位置开关的下口与所述高速断路器的一端连接；
15.所述三位置开关的合闸位置与所述集电装置的输出端连接；
16.所述三位置开关的分闸位置用于与所述高压箱的外置库用插座连接；
17.所述三位置开关的接地位置用于接地。
18.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路系统，还包括辅助逆变单元；
19.所述辅助逆变单元的输入端与所述高压母排连接，所述辅助逆变单元的输出端用
于连接所述轨道车辆的多个用电负载。
20.本发明还提供一种轨道车辆的主电路供电方法，应用于上述任一轨道车辆的主电路系统，包括：
21.在轨道车辆的当前运行区段存在供电线的情况下，将高速断路器闭合，将动力电池的接触器断开，通过所述供电线为所述牵引变流单元和所述空调系统供电；
22.在所述当前运行区段不存在供电线的情况下，将所述高速断路器断开，将所述动力电池的接触器闭合，通过所述动力电池为所述牵引变流单元和所述空调系统供电。
23.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路方法，还包括：
24.在轨道车辆的当前运行区段存在供电线的情况下，将三位置开关旋转至合闸位置；
25.在所述当前运行区段不存在供电线的情况下，将所述三位置开关旋转至分闸位置。
26.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路方法，还包括：
27.在所述轨道车辆处于检修维护状态的情况下，将三位置开关旋转至接地位置。
28.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路方法，还包括：
29.在所述轨道车辆处于调试状态的情况下，将三位置开关旋转至所述分闸位置，将所述分闸位置与所述高压箱的外置库用插座连接，将库用插头插入所述外置库用插座，为所述轨道车辆供电。
30.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路方法，还包括：
31.在轨道车辆的当前运行区段存在供电线的情况下，通过所述供电线为辅助逆变单元供电；
32.在所述当前运行区段不存在供电线的情况下，通过所述动力电池为所述辅助逆变单元供电。
33.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路方法，所述通过所述供电线为所述牵引变流单元和所述空调系统供电的步骤包括：
34.在所述轨道车辆为牵引工况的情况下，所述供电线的电流通过所述高速断路器流至所述高压母排，所述牵引变流单元和所述空调系统通过所述高压母排获取电能；
35.在所述轨道车辆为制动工况的情况下，所述牵引变流单元的再生能量流经所述高压母排后反馈至所述供电线中，并为所述空调系统供电。
36.根据本发明提供的一种轨道车辆的主电路方法，所述通过所述动力电池为所述牵引变流单元和所述空调系统供电的步骤包括：
37.在所述轨道车辆为牵引工况的情况下，所述动力电池的电流流至所述高压母排，所述牵引变流单元和所述空调系统通过所述高压母排获取电能；
38.在所述轨道车辆为制动工况的情况下，所述牵引变流单元的再生能量流经所述高压母排后反馈至所述动力电池内，并为所述空调系统供电。
39.本发明提供的轨道车辆的主电路系统及供电方法，通过高压箱中的高速断路器和高压母排，将供电线和动力电池进行结合，使得轨道车辆的主电路兼容供电线供电和动力电池供电两种供电模式，可在运行区段有供电线时采用供电线方式供电，在运行区段没有供电线时采用动力电池供电，提高供电安全性，不需要进行线路改造，且可布置较小电量的
动力电池，降低成本，减轻整车重量。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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。
41.图1是本发明提供的轨道车辆的主电路系统的结构示意图之一；
42.图2是本发明提供的轨道车辆的主电路系统的结构示意图之二；
43.图3是本发明提供的轨道车辆的主电路系统的结构示意图之三；
44.图4是本发明提供的轨道车辆的主电路供电方法的流程示意图。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
46.下面结合图1描述本发明的一种轨道车辆的主电路系统，包括：
47.集电装置2，所述集电装置2的输入端用于与轨道车辆的供电线1连接；
48.可选地，集电装置2包括第三轨和受流器。其中，第三轨敷设在车辆段内，第三轨经受流器连接高速断路器的一端。
49.或者，集电装置2包括接触网与受电弓，接触网敷设在车辆段内，接触网经受电弓连接到高速断路器的一端。
50.集电装置2通过与供电线1连接，将供电线1的电流经高速断路器302引入到高压母排303。
51.高压箱3，所述高压箱3包括高速断路器302和高压母排303；
52.所述高速断路器302的一端连接所述集电装置2的输出端，所述高速断路器302的另一端与所述高压母排303连接；
53.断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。
54.高速断路器302作为列车主电路断路器，用于主电路的供电与保护。当列车启动，升起受电弓，闭合高速断路器后，向主电路供应高压主电流；当主电路发生短路、过载和接地等故障时，高速断路器可快速断开主电路的高压供电电流，从而实现对主电路的保护。
55.高压母303排用于连接供电源和负载，即连接供电线1、动力电池5、牵引变流单元4和空调系统6。
56.动力电池5，所述动力电池5的输出端与所述高压母排303连接，所述动力电池5包括接触器，所述接触器用于对所述动力电池进行供电控制；
57.接触器是一种由电压控制的开关装置，设置在动力电池内部，用于控制动力电池是否供电。
58.可选地，动力电池的电压范围为500至900v，动力电池的额定电压为750v。
59.动力电池5还包括dc(direct current，直流)/dc变换器，动力电池经dc/dc变换器连接到高压母排上。
60.dc/dc变换器用于将动力电池提供的直流变换成空调系统和牵引变流单元所需的直流，也就是说dc/dc变换器既可以实现升压变换也可以实现降压变换。
61.例如，动力电池的额定电压是750v，牵引单元所需电压为500v。在牵引工况下，dc/dc变换器需要将动力电池提供的750v电压变换成牵引变流单元所需的500v，这样动力电池才可以为牵引变流单元进行供能。
62.空调系统6，所述空调系统6的输入端与所述高压母排303连接；
63.可选地，空调系统6采用直流高压供电空调。直流高压供电空调内部自带逆变器，可以直接连接高压箱3内的高压母排303，从高压母排303上获取电能。这种供电方式避免了空调系统为380v交流电时导致其他辅助设备，如辅助逆变单元功率高，设备尺寸重量大的问题。
64.牵引变流单元4，所述牵引变流单元4的输入端与所述高压母排303连接，所述牵引变流单元4的输出端用于与所述轨道车辆的牵引电机的输入端连接，所述牵引变流单元4用于对从所述高压母排上接收的电流进行变换。
65.牵引变流单元4可以将从高压母排303上接收的高压直流变换为牵引电机所需的三相交流电，也可以将牵引电机的三相交流电变换成直流电给空调系统供电，也就是说牵引变流单元4即可以实现ac(alternating current，交流)/dc变换也可以实现dc/ac变换。
66.例如，牵引变流单元的输入电压为500v，牵引电机所需电压为380v的三相交流电，则在牵引工况下，牵引变流单元需将500v的直流电变换为380v的三相交流电，这样牵引电机才能工作；在制动工况下，牵引变流单元需将380v的三相交流电变换成高压直流电给空调系统供电。
67.本实施例通过高压箱中的高速断路器和高压母排，将供电线和动力电池进行结合，使得轨道车辆的主电路兼容供电线供电和动力电池供电两种供电模式，可在运行区段有供电线时采用供电线方式供电，在运行区段没有供电线时采用动力电池供电，提高供电安全性，不需要进行线路改造，且可布置较小电量的动力电池，降低成本，减轻整车重量。
68.在上述实施例的基础上，如图2所示，本实施例所述高压箱还包括三位置开关301；
69.所述三位置开关301的下口与所述高速断路器302的一端连接；
70.所述三位置开关301的合闸位置与所述集电装置2的输出端连接；
71.所述三位置开关301的分闸位置用于与所述高压箱3的外置库用插座连接；
72.所述三位置开关的接地位置用于接地。
73.其中，三位置开关301的合闸位置连接集电装置2，为轨道车辆运行时的工作位置；三位置开关301的分闸位置连接高压箱3的外置库用插座，用于车辆的外接电源调试；三位置开关301的接地位置连接接地点，用于在车辆检修时保证车辆接地安全。
74.本实施例通过使用三位置开关，使得轨道车辆主电路适用于轨道车辆的不同供电模式和不同应用场景，提高轨道车辆的安全性和主电路的适用性。
75.在上各实施例的基础上，本实施例还包括辅助逆变单元；
76.所述辅助逆变单元的输入端与所述高压母排连接，所述辅助逆变单元的输出端用
于连接所述轨道车辆的多个用电负载。
77.可选地，辅助逆变单元将从高压母排上获取的高压直流变换成交流电，给多个用电负载供能。用电负载可以是风机、蓄电池、照明设备和电加热器等车辆用电设备，用电负载之间并联连接。
78.辅助逆变单元可以用硬开关技术或软开关技术实现隔离dc/ac变换，或其他电源转换技术实现隔离dc/ac变换。
79.图3为轨道车辆主电路的完整结构示意图，供电线1连接集电装置2，高压箱3包括三位置开关301、高速断路器302和高压母排303。
80.集电装置2连接高压箱3中三位置开关301的合闸位置3011，三位置开关301的分闸位置3012连接库用插座，接地位置3013接地。三位置开关301的下口连接高速断路器302，高速断路器302的下口连接高压母排303。
81.牵引变流单元4、动力电池5、空调系统6和辅助逆变单元7连接高压母排303，牵引电机8连接牵引变流单元4。
82.下面对本发明提供的轨道车辆的主电路供电方法进行描述，下文描述的轨道车辆的主电路供电方法与上文描述的轨道车辆的主电路系统可相互对应参照。
83.如图4所示，本实施例中一种轨道车辆的主电路供电方法，应用于上述任一轨道车辆的主电路系统，包括：
84.步骤401，在轨道车辆的当前运行区段存在供电线的情况下，将高速断路器闭合，将动力电池的接触器断开，通过所述供电线为所述牵引变流单元和所述空调系统供电；
85.根据轨道车辆的位置确定轨道车辆的当前运行区段。其中轨道车辆的位置可通过应答器定位获取。
86.判断轨道车辆的当前运行区段是否存在供电线，如果当前运行区段存在供电线，则使用供电线进行供电。
87.通过将高速断路器闭合，将动力电池的接触器断开，使得供电线的电流通过高速断路器流经至高压母排，为牵引变流单元和空调系统供电，而动力电池不供电。
88.步骤402，在所述当前运行区段不存在供电线的情况下，将所述高速断路器断开，将所述动力电池的接触器闭合，通过所述动力电池为所述牵引变流单元和所述空调系统供电。
89.如果当前运行区段不存在供电线，则使用动力电池进行供电。
90.通过将高速断路器断开，动力电池的接触器闭合，使得动力电池的电流通过接触器经至高压母排，为牵引变流单元和空调系统供电，而供电线不供电。
91.本实施例通过在运行区段有供电线时采用供电线方式供电，在运行区段没有供电线时采用动力电池供电，兼容供电线供电和动力电池供电两种供电模式，可提高供电安全性，不需要进行线路改造，且可布置较小电量的动力电池，降低成本，减轻整车重量。
92.在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：
93.在轨道车辆的当前运行区段存在供电线的情况下，将三位置开关旋转至合闸位置；
94.在主电路中接有三位置开关的情况下，当轨道车辆的当前运行区段存在供电线时，将三位置开关旋转至合闸位置，高速断路器闭合，动力电池内的接触器断开，由供电线
提供电能。
95.在所述当前运行区段不存在供电线的情况下，将所述三位置开关旋转至分闸位置。
96.在主电路中接有三位置开关的情况下，当轨道车辆的当前运行区段不存在供电线时，将三位置开关旋转至分闸位置，高速断路器断开，动力电池内的接触器闭合，由动力电池提供电能。
97.本实施例通过使用三位置开关，使得轨道车辆主电路适用于轨道车辆的不同供电模式和不同应用场景，提高轨道车辆的安全性和主电路的适用性。
98.在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：在所述轨道车辆处于检修维护状态的情况下，将三位置开关旋转至接地位置。
99.当轨道车辆在库内需要检修维护时，三位置开关旋转至接地位置，可以将轨道车辆的残余电流和电压释放至大地，且防止工作人员误将动力电池接触器闭合操作导致动力电池对外供电，从而确保检修维护人员的安全。
100.在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：
101.在所述轨道车辆处于调试状态的情况下，将三位置开关旋转至所述分闸位置，将所述分闸位置与所述高压箱的外置库用插座连接，将库用插头插入所述外置库用插座，为所述轨道车辆供电。
102.当轨道车辆需要高压供电进行调试时，将三位置开关旋转至分闸位置。分闸位置连接有库用插座，将车间库用插头插入库用插座，为轨道车辆供电，提高主电路的适用性。
103.在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：
104.在轨道车辆的当前运行区段存在供电线的情况下，通过所述供电线为辅助逆变单元供电；
105.在轨道车辆的主电路中接有辅助逆变单元时，如果轨道车辆的当前运行区段存在供电线，则在牵引工况下，由供电线为牵引变流单元、空调系统和辅助逆变单元供电；在制动工况下，由牵引变流单元的再生能量流为空调系统和辅助逆变单元供电。
106.在所述当前运行区段不存在供电线的情况下，通过所述动力电池为所述辅助逆变单元供电。
107.如果轨道车辆的当前运行区段不存在供电线，则在牵引工况下，由动力电池为牵引变流单元、空调系统和辅助逆变单元供电；在制动工况下，由牵引变流单元的再生能量流为空调系统和辅助逆变单元供电。
108.本实施例通过在主电路中接入辅助逆变单元，给多个用电负载供能；同时在制动工况下，对牵引变流单元的再生能量进行回收再利用，避免被制动电阻吸收浪费。
109.在上述各实施例的基础上，本实施例中所述通过所述供电线为所述牵引变流单元和所述空调系统供电的步骤包括：
110.在所述轨道车辆为牵引工况的情况下，所述供电线的电流通过所述高速断路器流至所述高压母排，所述牵引变流单元和所述空调系统通过所述高压母排获取电能；
111.在轨道车辆为牵引工况的情况下，列车正常运行。
112.当轨道车辆的当前运行区段存在供电线时，牵引工况下电流方向由供电线通过高速断路器流至高压母排，再由高压母排流至牵引变流单元和空调系统。牵引变流单元、空调
系统和辅助逆变单元均通过供电线获取电能。
113.在所述轨道车辆为制动工况的情况下，所述牵引变流单元的再生能量流经所述高压母排后反馈至所述供电线中，并为所述空调系统供电。
114.轨道车辆在停车或紧急情况下进行制动。当轨道车辆的当前运行区段存在供电线时，制动工况下牵引变流单元的再生能量流经高压母排后反馈至供电线中，并为空调系统和辅助逆变单元供电。
115.本实施例通过在牵引工况和制动工况下，采用不同的供电方式对轨道车辆主电路进行供电，在牵引工况下由供电源进行供电；在制动工况下，对牵引变流单元的再生能量进行回收再利用，避免被制动电阻吸收浪费，提高资源利用率。
116.在上述各实施例的基础上，本实施例中所述通过所述动力电池为所述牵引变流单元和所述空调系统供电的步骤包括：
117.在所述轨道车辆为牵引工况的情况下，所述动力电池的电流流至所述高压母排，所述牵引变流单元和所述空调系统通过所述高压母排获取电能；
118.在轨道车辆为牵引工况的情况下，列车正常运行。
119.当轨道车辆的当前运行区段不存在供电线时，牵引工况下电流方向由动力电池通过接触器流至高压母排，再由高压母排流至牵引变流单元、空调系统和辅助逆变单元。牵引变流单元、空调系统和辅助逆变单元均通过动力电池获取电能。
120.在所述轨道车辆为制动工况的情况下，所述牵引变流单元的再生能量流经所述高压母排后反馈至所述动力电池内，并为所述空调系统供电。
121.轨道车辆在停车或紧急情况下进行制动。当轨道车辆的当前运行区段不存在供电线时，制动工况下牵引变流单元的再生能量流经高压母排后反馈至动力电池内，并为空调系统和辅助逆变单元供电。
122.本实施例通过在牵引工况和制动工况下，采用不同的供电方式对轨道车辆主电路进行供电，在牵引工况下由供电源进行供电；在制动工况下，对牵引变流单元的再生能量进行回收再利用，避免被制动电阻吸收浪费，提高资源利用率。
123.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。