蓄电池电力工程车及其车载控制方法与装置与流程

1.本发明属于机车主辅电路及控制技术领域，尤其涉及一种蓄电池电力工程车及其车载控制方法与装置。


背景技术：

2.蓄电池电力工程车(以下简称为工程车)采用dc1500v接触网和牵引蓄电池为机车供电，具有无污染零排放的优点，在城市轨道交通领域逐步替代传统内燃机工程车，逐步成为牵引动力的主力车型。截至2021年底，全国10个城市以上，超过20条线路的地铁线路已采用蓄电池电力工程车，全国该种车型的保有量已接近200台。
3.工程车配置的牵引蓄电池组作为整车动力源，牵引蓄电池组在使用一段时间(半年至一年)后，各蓄电池单体之间会出现特性差异，造成整组的牵引蓄电池性能下降，主要是容量下降，严重的可下降到原设计容量的60-80％。因此，需要定期对整车的牵引蓄电池组进行均衡，具体的措施是对牵引蓄电池组进行三充两放(即充满电-按标准放尽电-充满电-按标准放尽电-充满电)的满充满放均衡。
4.目前工程车只配置了车载的牵引蓄电池充电设备，没有配置放电设备，无法实现车载的牵引蓄电池放电。为此，工程车使用单位通常需要额外配置地面的牵引蓄电池充放电设备(例如地铁线路的用户在车间库房配置地面充放电机)，并将牵引蓄电池拆卸吊装到地面后才能进行三充两放的均衡，完成后再将牵引蓄电池安装上车。这种牵引蓄电池均衡充放电方式，大大增加了工程车维护保养的工作难度和工作量，造成极大的不便，同时配置地面充放电设备也是极大的资金投入。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种蓄电池电力工程车及其车载控制方法与装置，以解决现有蓄电池电力工程车仅配置车载充电设备而没有配置车载放电设备，导致无法实现牵引蓄电池车载充放电均衡功能。
6.本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种蓄电池电力工程车车载控制方法，所述蓄电池电力工程车的主辅电路包括受电弓、第一接触器、第二接触器、第三接触器、快速断路器、牵引蓄电池组、辅助逆变器以及牵引变流器；所述辅助逆变器包括辅助逆变模块和蓄电池充电模块，所述辅助逆变模块的第一端通过变压器与辅助负载连接，其第二端与所述蓄电池充电模块的第一端连接；所述牵引变流器包括牵引逆变模块和电制动模块，所述牵引逆变模块的第一端与牵引电机连接，其第二端与所述电制动模块的第一端连接，所述电制动模块的第二端与制动电阻连接；所述受电弓、第一接触器、快速断路器依次相连；所述受电弓与接触网接触；所述快速断路器还与所述电制动模块的第一端、所述蓄电池充电模块的第一端连接；所述第一接触器还通过第二接触器与所述牵引蓄电池的负端连接；所述牵引蓄电池组的正端还通过第三接触器与所述蓄电池充电模块的第二端连接；
7.所述车载控制方法包括车载放电控制，所述车载放电控制的具体实现过程包括：
8.当车辆处于静止状态，且牵引蓄电池组需要车载放电时，控制受电弓降下，控制快速断路器和第二接触器闭合，第一接触器和第三接触器断开，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，使所述牵引蓄电池组对制动电阻放电。
9.进一步地，所述牵引蓄电池组对制动电阻放电的具体实现过程为：
10.监测所述制动电阻的温度；
11.当所述制动电阻的温度高于其保护温度时，控制牵引变流器中的电制动模块处于截止状态，使所述牵引蓄电池组停止对制动电阻放电；
12.当所述制动电阻的温度低于其保护温度时，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，使所述牵引蓄电池组继续对制动电阻放电。
13.进一步地，所述车载放电控制的具体实现过程还包括：
14.监测所述牵引蓄电池组的输出电压；
15.当所述输出电压低于其放电截止电压时，控制牵引变流器中的电制动模块处于截止状态，停止所述牵引蓄电池组对制动电阻放电，并控制快速断路器和第二接触器断开，完成一次放电。
16.进一步地，所述车载控制方法还包括车载充电控制，所述车载充电控制的具体实现过程包括：
17.当车辆处于牵引状态时，控制第一接触器闭合且第二接触器断开，或者控制第一接触器断开且第二接触器闭合，同时控制快速断路器和第三接触器闭合，在需要对牵引蓄电池组进行车载充电时控制蓄电池充电模块处于导通状态，即实现对牵引蓄电池组充电。
18.进一步地，所述车载控制方法还包括制动控制，所述制动控制的具体实现过程包括：
19.当车辆进入电制动工况后，控制牵引变流器中的牵引逆变模块停止工作，切断牵引力，车辆进入惰行状态，牵引电机处于发电状态，控制牵引变流器中的牵引逆变模块处于反向整流工作状态，使牵引电机产生的交流电整流成直流电；
20.当所述直流电电压低于第一设定值且第一接触器闭合，或者所述直流电电压低于第二设定值且第二接触器闭合时，控制电制动模块处于截止状态，直流电向接触网或牵引蓄电池组反馈，实现再生制动；否则控制电制动模块处于导通状态，直流电通过制动电阻消耗，实现电阻制动。
21.优选地，所述第一设定值为dc1750v，所述第二设定值为dc1200v。
22.基于同一发明构思，本发明还提供一种蓄电池电力工程车车载控制装置，包括主辅电路和控制电路，所述主辅电路包括受电弓、第一接触器、第二接触器、第三接触器、快速断路器、牵引蓄电池组、辅助逆变器以及牵引变流器；所述辅助逆变器包括辅助逆变模块和蓄电池充电模块，所述辅助逆变模块的第一端通过变压器与辅助负载连接，其第二端与所述蓄电池充电模块的第一端连接；所述牵引变流器包括牵引逆变模块和电制动模块，所述牵引逆变模块的第一端与牵引电机连接，其第二端与所述电制动模块的第一端连接，所述电制动模块的第二端与制动电阻连接；所述受电弓、第一接触器、快速断路器依次相连；所述受电弓与接触网接触；所述快速断路器还与所述电制动模块的第一端、所述蓄电池充电模块的第一端连接；所述第一接触器还通过第二接触器与所述牵引蓄电池的负端连接；所
述牵引蓄电池组的正端还通过第三接触器与所述蓄电池充电模块的第二端连接；
23.所述控制电路，用于当车辆处于静止状态，且牵引蓄电池组需要车载放电时，控制受电弓降下，控制快速断路器和第二接触器闭合，第一接触器和第三接触器断开，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，使所述牵引蓄电池组对制动电阻放电。
24.进一步地，所述控制电路，还用于当车辆处于牵引状态时，控制第一接触器闭合且第二接触器断开，或者控制第一接触器断开且第二接触器闭合，同时控制快速断路器和第三接触器闭合，在需要对牵引蓄电池组进行车载充电时控制蓄电池充电模块处于导通状态，即实现对牵引蓄电池组充电。
25.进一步地，所述牵引变流器有两个。
26.进一步地，在所述快速断路器与所述电制动模块的第一端之间、所述快速断路器与所述辅助逆变模块的第二端和所述蓄电池充电模块的第一端之间均设有预充电模块，所述预充电模块包括工作接触器、预充电接触器以及预充电电阻；所述预充电接触器触点与所述预充电电阻串联后再与所述工作接触器触点并联。
27.基于同一发明构思，本发明还提供一种蓄电池电力工程车，包括如上所述的蓄电池电力工程车车载控制装置。
28.有益效果
29.与现有技术相比，本发明的优点在于：
30.本发明所提供一种蓄电池电力工程车及其车载控制方法与装置，在既有主辅电路基础上，通过控制主辅电路中的接触器、快速断路器和电制动模块的动作，使牵引蓄电池组对制动电阻放电，实现了牵引蓄电池组的车载放电功能，无需配置额外的车载放电设备，再加上已有的车载充电设备，可以实现牵引蓄电池组车载充放电均衡功能，大大降低了工程车维护保养的工作难度和工作量，节省了维护成本。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
32.图1是本发明实施例中蓄电池电力工程车的主辅电路图；
33.图2是本发明实施例中蓄电池电力工程车车载放电控制流程图。
34.其中，1-电制动模块，2-牵引逆变模块，3-辅助逆变模块，4-蓄电池充电模块，5-预充电模块，6-接地装置。
具体实施方式
35.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。
36.下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
37.实施例一
38.在蓄电池电力工程车既有主辅电路的基础上，通过控制主辅电路中的接触器、快速断路器和电制动模块的动作，使牵引蓄电池组对制动电阻放电，实现牵引蓄电池组的车载放电功能，无需配置额外的车载放电设备，从而实现牵引蓄电池车载充放电均衡功能。
39.如图1所示主辅电路原理图，主辅电路包括受电弓、第一接触器k01、第二接触器k02、第三接触器k03、快速断路器hscb、牵引蓄电池组、辅助逆变器以及牵引变流器；辅助逆变器包括辅助逆变模块和蓄电池充电模块，辅助逆变模块的第一端通过变压器与辅助负载连接，其第二端与蓄电池充电模块的第一端连接；牵引变流器包括牵引逆变模块和电制动模块，牵引逆变模块的第一端与牵引电机连接，其第二端与电制动模块的第一端连接，电制动模块的第二端与制动电阻r连接；受电弓、第一接触器k01、快速断路器hscb依次相连；受电弓与接触网接触；快速断路器hscb还与电制动模块的第一端、蓄电池充电模块的第一端连接；第一接触器k01还通过第二接触器k02与牵引蓄电池的负端连接；牵引蓄电池组的正端还通过第三接触器k03与蓄电池充电模块的第二端连接。
40.基于上述主辅电路，本发明实施例所提供的一种蓄电池电力工程车车载控制方法包括车载放电控制、车载充电控制以及制动控制。如图2所示，车载放电控制的具体实现过程为：
41.当车辆处于静止状态(车辆速度为零)，且牵引蓄电池组需要车载放电时，控制受电弓降下，控制快速断路器hscb和第二接触器k02闭合，第一接触器k01和第三接触器k03断开，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，牵引蓄电池组通过第二接触器k02、快速断路器hscb、电制动模块与制动电路相连，使牵引蓄电池组对制动电阻r放电。
42.在本发明的一个具体实施方式中，在牵引蓄电池组对制动电阻r放电的过程中，还监测制动电阻r的温度；当制动电阻r的温度高于制动电阻r的保护温度时，控制牵引变流器中的电制动模块处于截止状态，使牵引蓄电池组停止对制动电阻r放电；当制动电阻r的温度低于制动电阻r的保护温度时，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，使牵引蓄电池组继续对制动电阻r放电。通过放电过程中对制动电阻r温度的监测，避免了制动电阻r过热损坏。
43.在本发明的一个具体实施方式中，在牵引蓄电池组对制动电阻r放电的过程中，还利用电压传感器b02监测牵引蓄电池组的输出电压；当牵引蓄电池组的输出电压低于牵引蓄电池组的放电截止电压时，控制牵引变流器中的电制动模块处于截止状态，停止牵引蓄电池组对制动电阻r放电，并控制快速断路器hscb和第二接触器k02断开，完成一次放电。通过放电过程中对牵引蓄电池组输出电压的监测，避免了牵引蓄电池组过放电问题。
44.在本发明的一个具体实施方式中，车载放电控制的具体实现过程为：
45.当车辆处于牵引状态(车辆速度非零，处于运行状态)且接触网供电模式时，控制第一接触器k01闭合且第二接触器k02断开(即接触网供电)，同时控制快速断路器hscb和第三接触器k03闭合，使牵引蓄电池组的充电路径畅通；在需要对牵引蓄电池组进行车载充电时，控制蓄电池充电模块处于导通状态，即实现对牵引蓄电池组充电。
46.在本发明的一个具体实施方式中，车载放电控制的具体实现过程为：
47.当车辆处于牵引状态(车辆速度非零，处于运行状态)且牵引蓄电池供电模式时，控制第一接触器k01断开且第二接触器k02闭合(即牵引蓄电池供电)，同时控制快速断路器
hscb和第三接触器k03闭合，使牵引蓄电池组的充电路径畅通；在需要对牵引蓄电池组进行车载充电时，控制蓄电池充电模块处于导通状态，即实现对牵引蓄电池组充电。
48.在本发明的一个具体实施方式中，制动控制的具体实现过程为：
49.当车辆进入电制动工况后，控制牵引变流器中的牵引逆变模块停止工作，切断牵引力，同时车辆进入惰行状态，牵引电机仍在工作，牵引电机处于发电状态，控制牵引变流器中的牵引逆变模块处于反向整流工作状态，使牵引电机产生的交流电整流成直流电。
50.当电压传感器b03检测到的直流电电压低于第一设定值且第一接触器k01闭合，或者电压传感器b03检测到的直流电电压低于第二设定值且第二接触器k02闭合时，控制电制动模块处于截止状态，直流电向接触网或牵引蓄电池组反馈，实现再生制动；否则，控制电制动模块处于导通状态，直流电通过制动电阻r消耗，实现电阻制动。本实施例中，第一设定值为dc1750v，第二设定值为dc1200v。
51.实施例二
52.本发明实施例还提供一种蓄电池电力工程车车载控制装置，包括主辅电路和控制电路，如图1所示，主辅电路包括受电弓、第一接触器k01、第二接触器k02、第三接触器k03、快速断路器hscb、牵引蓄电池组、辅助逆变器以及牵引变流器；辅助逆变器包括辅助逆变模块和蓄电池充电模块，辅助逆变模块的第一端通过变压器与辅助负载连接，其第二端与蓄电池充电模块的第一端连接；牵引变流器包括牵引逆变模块和电制动模块，牵引逆变模块的第一端与牵引电机连接，其第二端与电制动模块的第一端连接，电制动模块的第二端与制动电阻r连接；受电弓、第一接触器k01、快速断路器hscb依次相连；受电弓与接触网接触；快速断路器hscb还与电制动模块的第一端、蓄电池充电模块的第一端连接；第一接触器k01还通过第二接触器k02与牵引蓄电池的负端连接；牵引蓄电池组的正端还通过第三接触器k03与蓄电池充电模块的第二端连接。
53.控制电路，用于当车辆处于静止状态，且牵引蓄电池组需要车载放电时，控制受电弓降下，控制快速断路器hscb和第二接触器k02闭合，第一接触器k01和第三接触器k03断开，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，使牵引蓄电池组对制动电阻r放电。
54.在牵引蓄电池组对制动电阻r放电的过程中，控制电路还监测制动电阻r的温度；当制动电阻r的温度高于制动电阻r的保护温度时，控制牵引变流器中的电制动模块处于截止状态，使牵引蓄电池组停止对制动电阻r放电；当制动电阻r的温度低于制动电阻r的保护温度时，控制牵引变流器中的电制动模块处于导通状态，使牵引蓄电池组继续对制动电阻r放电。控制电路还利用电压传感器b02监测牵引蓄电池组的输出电压；当牵引蓄电池组的输出电压低于牵引蓄电池组的放电截止电压时，控制牵引变流器中的电制动模块处于截止状态，停止牵引蓄电池组对制动电阻r放电，并控制快速断路器hscb和第二接触器k02断开，完成一次放电。
55.控制电路，还用于当车辆处于牵引状态时，控制第一接触器k01闭合且第二接触器k02断开，或者控制第一接触器k01断开且第二接触器k02闭合，同时控制快速断路器hscb和第三接触器k03闭合，在需要对牵引蓄电池组进行车载充电时控制蓄电池充电模块处于导通状态，即实现对牵引蓄电池组充电。
56.控制电路，还用于当车辆进入电制动工况后，控制牵引变流器中的牵引逆变模块停止工作，切断牵引力，同时车辆进入惰行状态，牵引电机仍在工作，牵引电机处于发电状
态，控制牵引变流器中的牵引逆变模块处于反向整流工作状态，使牵引电机产生的交流电整流成直流电。
57.当电压传感器b03检测到的直流电电压低于第一设定值且第一接触器k01闭合，或者电压传感器b03检测到的直流电电压低于第二设定值且第二接触器k02闭合时，控制电制动模块处于截止状态，直流电向接触网或牵引蓄电池组反馈，实现再生制动；否则，控制电制动模块处于导通状态，直流电通过制动电阻r消耗，实现电阻制动。本实施例中，第一设定值为dc1750v，第二设定值为dc1200v。
58.在本发明的一个具体实施方式中，牵引变流器有多个，本实施例中，牵引变流器为两个。
59.在本发明的一个具体实施方式中，在快速断路器hscb与电制动模块的第一端之间、快速断路器hscb与辅助逆变模块的第二端和蓄电池充电模块的第一端之间均设有预充电模块，预充电模块包括工作接触器、预充电接触器以及预充电电阻；预充电接触器触点与预充电电阻串联后再与工作接触器触点并联。
60.以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。