CN102700422B - 混合动力轨道车辆的供电装置、供电系统和轨道车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力轨道车辆的供电装置、供电系统和轨道车辆,该供电装置包括超级电容和蓄电池组,所述超级电容和蓄电池组并联,且分别与车辆中供电系统相连,用于在接触网与车辆供电系统脱离状态下,为车辆中供电系统提供供电电压源。该供电装置,将超级电容和蓄电池组的特点相结合,将超级电容和蓄电池组并联,可在接触网与供电系统脱离时,或者是接触网无电时,超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统的供电电压源,可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电能,较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供电,保证车辆安全运行。

Description

混合动力轨道车辆的供电装置、供电系统和轨道车辆
技术领域
[0001] 本发明涉及电气控制技术,尤其涉及一种混合动力轨道车辆的供电装置、供电系统和轨道车辆。
背景技术
[0002] 混合动力轨道车辆是由两种以上的动力源为车辆的供电系统提供初始电压源的车辆,目前,混合动力轨道车辆中,主要为由接触网+车载超级电容作为车辆供电系统的初始电压源,以通过供电系统为牵引电机供电,驱动牵引电机,从而通过牵引电机为车辆提供牵引动力。
[0003] 该种形式的供电系统,在接触网有电时,由接触网作为初始电压源为牵引电机供电,驱动牵引电机;当车辆供电系统脱离接触网或接触网无电时,由超级电容作为初始电压源为牵引电机供电,驱动牵引电机。
[0004] 但是,由于超级电容所能存储的电能较低,而轨道车辆运行时,所消耗的电能较大,超级电容所存储的电能通常只能驱动车辆运行几分钟,在接触网长时间无电或者车辆的供电系统长时间脱离供电系统时,仅靠超级电容无法为车辆长距离运行提供初始电压源,因此,对轨道车辆的安全运行造成影响。
发明内容
[0005] 本发明一个方面是提供一种混合动力轨道车辆的供电装置,以提高轨道车辆运行的安全性。
[0006] 本发明提供的混合动力轨道车辆的供电装置包括:
[0007] 超级电容和蓄电池组,所述超级电容和蓄电池组并联,且分别与车辆中的供电系统相连,用于在接触网与车辆供电系统脱离或接触网无电状态下,作为车辆中供电系统的供电电压源。
[0008] 本发明另一个方面还提供了一种混合动力轨道车辆的供电系统,该供电系统包括本发明提供的供电装置,该供电系统还包括:
[0009] 电压互感器,与受电弓输出线路相连,用于将受电弓输出线路上的电压缩小设定倍数后输出;
[0010] 车辆信息获取单元,用于获取车辆的运行状态信息;
[0011 ] 供电装置信息采集单元,分别与所述供电装置中的超级电容和蓄电池组相连,用于采集所述超级电容和蓄电池组的当前状态信息;
[0012] 控制单元,分别与所述电压互感器、所述车辆信息获取单元和所述供电装置信息采集单元相连,用于根据所述电压互感器的输出电压、所述车辆的当前运行状态信息和所述超级电容和蓄电池组的当前状态信息,生成对牵引变流器的控制信号;
[0013] 牵引变流器,分别与受电弓输出线路、所述控制单元和所述超级电容和蓄电池组相连,用于根据所述控制信号控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机所需的交流电压,以通过接触网为牵引电机供电,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述超级电容和蓄电池组的直流充电电压,以为所述超级电容和蓄电池组充电,控制将所述超级电容和蓄电池组输出的直流电压变换成牵引电机所需的交流电压,以通过所述超级电容和蓄电池组为牵引电机供电。
[0014] 本发明还提供了一种混合动力轨道车辆,该车辆包括牵引电机,还包括本发明提供的供电系统,所述供电系统与所述牵引电机相连。
[0015] 本发明提供的混合动力轨道车辆的供电装置,将超级电容和蓄电池组的特点相结合,将超级电容和蓄电池组并联,可在接触网与供电系统脱离时,或者是接触网无电时,超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统的供电电压源,可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电能,较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供电,保证车辆安全运行。
附图说明
[0016]图1为本发明实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图;
[0017]图2为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图;
[0018]图3为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图;
[0019]图4为本发明又一实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0020] 本发明实施例提供了一种混合动力轨道车辆的供电装置,该供电装置包括超级电容和蓄电池组。
[0021] 所述超级电容和蓄电池组并联,且分别与车辆中供电系统相连,用于在接触网与车辆供电系统脱离状态下,为车辆中供电系统提供供电电压源。
[0022] 混合动力轨道车辆是由两种以上的动力源为车辆的供电系统提供初始电压源的车辆。
[0023] 车辆中的供电系统为将初始电压源提供的电压转换成车辆中牵引电机所需的电压的装置,供电系统通常包括受电弓、牵引变流器和控制单元等。受电弓的作用是将接触网的电能引入供电系统中,控制单元的作用是生成对牵引变流器的控制信号,控制牵引变流器的工作状态,牵引变流器的作用是在控制单元的控制下,将从接触网引入的电压进行转换,以将从接触网引入的电压转换成牵引电机所需的电压。
[0024] 受电弓有两种状态,一种是与接触网接触,一种是与接触网脱离,当受电弓与接触网接触时可将接触网的电能引入供电系统,当受电弓与接触网脱离时,不再将接触网的电能引入供电系统。
[0025] 本实施例中,当受电弓与接触网接触时,通过受电弓将接触网的电能引入供电系统,接触网输出的电压作为供电系统的供电电压源,进而,通过供电系统为车辆的牵引电机供电,驱动牵引电机,进而通过牵引电机为车辆提供牵引动力,驱动车辆行驶。
[0026] 当受电弓与接触网脱离时(也就是接触网与供电系统脱离时),或者是接触网无电时,可将超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为车辆中供电系统的供电电压源,也就是作为供电系统的一种初始电压源,以通过供电系统为车辆的牵引电机供电,驱动牵引电机,进而通过牵引电机为车辆提供牵引动力,驱动车辆行驶。
[0027] 超级电容具有输出功率和输出电流大、充放电时间短的特点,蓄电池组具有持续输出电能,充放电时间长的特点,如果仅依靠超级电容输出的电能为供电系统供电,只能持续较短时间,如果仅依靠蓄电池组输出的电能为供电系统供电,由于轨道车辆运行时,特别是当车辆刚刚启动或者加速运行时,所需的功率很大,就目前技术中蓄电池组而言,还不能为轨道车辆提供如此大功率的电能。
[0028] 本实施例中,将超级电容和蓄电池组的特点相结合,将超级电容和蓄电池组并联,可在接触网与供电系统脱离时,或者是接触网无电时,超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统的供电电压源,可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电能,较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供电,保证车辆安全运行。
[0029] 本发明实施例还提供了一种混合动力轨道车辆的供电系统,图1为本发明实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图,如图1所示,该供电系统包括本发明实施例提供的供电装置10,还包括电压互感器11、车辆信息获取单元12、供电装置信息采集单元13、控制单元14和牵引变流器15。
[0030] 电压互感器11,与受电弓输出线路相连,用于将受电弓输出线路上的电压缩小设定倍数后输出。
[0031] 电压互感器为一个带铁心的变压器,包括一次绕组和二次绕组,当在一次绕组上施加一个电压Ul时,则在二次绕组中产生一个二次电压U2。通过改变一次或二次绕组的匝数比,可以产生不同的一次电压与二次电压比,也就是组成不同变压比的电压互感器。
[0032] 电压互感器为将高电压变成低电压的互感器,可将高电压按比例转换成低电压,本实施例中通过电压互感器将受电弓输出线路上的电压缩小设定倍数后输出(该设定倍数即为电压互感器的变压比),受电弓输出线路上的电压为接触网上的电压,通常为高电压,而控制单元所能接收的电压通常为低电压信号,因此,利用电压互感器将接触网的高电压变换成低压信号,以作为测量信号提供的控制单元。
[0033] 车辆信息获取单元12,用于获取车辆的运行状态信息。
[0034] 车辆信息获取单元可为由各种传感器或采集元件等组成的电路,通过各种采集元件采集车辆的运行状态信息,该运行状态信号可以包括车辆运行时的速度、加速度和车辆牵引电机的输出转矩、制动转矩等,例如,可以通过设置在牵引电机输出轴上的速度传感器,以采集车辆的运行速度和加速度,或者通过设置在牵引电机输出轴上的转矩传感器,以采集牵引电机的输出转矩。
[0035] 该车辆信息获取单元也可为一数据接收或存储装置,通过接收车辆主控单元发送的相关控制参数(例如车辆的输出转矩、速度和加速度等)获取车辆的运行状态信息。
[0036] 供电装置信息采集单元13,分别与所述供电装置10中的超级电容101和蓄电池组102相连,用于采集所述超级电容101和蓄电池组102的当前状态信息。
[0037] 供电装置信息采集单元可为由各种传感器或采集元件等组成的电路,用于采集超级电容和蓄电池组的当前状态信息,例如,可以为设置在超级电容两端或蓄电池组输出端的电流传感器和电压传感器等,以采集超级电容的输出电流和输出电压,蓄电池组的输出电流和输出电压等作为当前状态信息。
[0038] 控制单元14,分别与所述电压互感器11、所述车辆信息获取单元12和所述供电装置信息采集单元13相连,用于根据所述电压互感器的输出电压、所述车辆的当前运行状态信息、所述超级电容的当前状态信息和蓄电池组的当前状态信息,生成对牵引变流器15的控制信号。
[0039] 控制单元为该供电系统的控制装置,可通过可编程控制器、单片机、计算机或具有数据处理功能的处理器等实现。
[0040] 控制单元将电压互感器的输出电压、车辆的运行状态信息和超级电容和蓄电池组的当前状态信息作为控制参数以生成对牵引变流器的控制信号。
[0041] 牵引变流器15,分别与受电弓输出线路、所述控制单元14和所述超级电容101和蓄电池组102相连,用于根据所述控制信号控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机50所需的交流电压,以通过接触网为牵引电机50供电,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述超级电容101和蓄电池组102的直流充电电压,以为所述超级电容101和蓄电池组102充电,控制将所述超级电容101和蓄电池组102输出的直流电压变换成牵引电机50所需的交流电压,以通过所述超级电容101和蓄电池组102为牵引电机50供电。
[0042] 牵引变流器通常为由门极可关断晶闸管(Gate Turn-Off Thyristor,简称GTO)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)或者是其他可控开关管组成的电路,通过对电路中开关管的控制,可实现对电压的变换。本实施例中,牵引变流器可将接触网电压转换成牵引电机所需的交流电压,将接触网电压转换成对所述超级电容和蓄电池组的直流充电电压,以为超级电容和蓄电池组充电,并且,可将超级电容和蓄电池组输出的直流电压变换成牵引电机所需的交流电压,从而通过接触网或超级电容和蓄电池组为牵引电机供电。
[0043] 下面介绍该供电系统的工作过程。
[0044] 在受电弓与接触网处于接触状态下(也就是接触网与供电系统接触时),受电弓输出线路上会引入接触网电压,电压互感器11将受电弓输出线路上的电压缩小设定倍数后输出,并发送给控制单元14,控制单元14可根据电压互感器11的输出电压判断此时受电弓与接触网的状态,例如,可设置一电压阈值(该电压阈值可为近似于零的一电压值),控制单元14将该输出电压与电压阈值进行比较,如果输出电压大于电压阈值可判断受电弓与接触网处于接触状态,也可同时判断车辆此时处于行驶状态。
[0045] 如果控制单元14判断出受电弓与接触网处于接触状态,则控制单元14会生成对牵引变流器14的控制信号,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机50所需的交流电压,以通过接触网为牵引电机50供电,并且,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对超级电容101和蓄电池组102的直流充电电压,以为超级电容101和蓄电池组102充电。
[0046] 在受电弓与接触网脱离(也就是接触网与供电系统脱离时)或者接触网无电状态下,受电弓输出线路上将不会产生电压,电压互感器11也不会输出电压,也就是输出电压近似为零,控制单元14将该输出电压与电压阈值(该电压阈值可为大于零的一电压值)进行比较,此时,输出电压将小于电压阈值,说明受电弓与接触网脱离或者接触网无电。
[0047] 控制单元14还可以根据车辆的运行状态信息判断车辆的当前运行状态,例如,通过车辆的行驶速度判断车辆是处于停止状态、匀速行驶阶段、加速行驶阶段或者是制动阶段等,例如,可将车辆的当前速度与一匀速阶段的参考速度值进行比较,当当前速度大于该参考速度值时,判断车辆处于加速行驶阶段,或者当车辆的当前速度等于零时,判断车辆处于停止状态。
[0048] 并且,控制单元14可进一步的根据超级电容101和蓄电池组102的当前状态信息判断超级电容和蓄电池组的当前状态,例如,可设置超级电容和蓄电池组的充电电压阈值,将超级电容101和蓄电池组102的当前输出电压与超级电容和蓄电池组的充电电压阈值进行比较,如果此时超级电压101和蓄电池组102的当前输出电压小于该充电电压阈值,则说明此时需要为超级电容101和蓄电池组102充电。如果此时超级电容101和蓄电池组102的当前输出电压大于等于该充电电压阈值,则说明此时不再需要为超级电容101和蓄电池组102充电,可通过超级电容101和蓄电池组102放电。
[0049] 如果控制单元14判断出受电弓与接触网处于脱离状态,车辆处于行驶状态,且可通过超级电容101和蓄电池组102放电,则控制单元14会生成对牵引变流器15的控制信号,控制将超级电容101和蓄电池组102输出的直流电压变换成牵引电机15所需的交流电压,以通过超级电容101和蓄电池组102为牵引电机50供电。
[0050] 本实施提供的供电系统,采用本发明实施例提供的供电装置,采用接触网+超级电容和蓄电池组两种动力源作为该供电系统的初始电压源,为一种混合动力轨道车辆的供电系统,在接触网与供电系统接触时,控制将接触网电压转换成牵引电机所需的交流电压,以通过接触网为牵引电机供电,并且,可控制将接触网电压转换成对超级电容和蓄电池组的直流充电电压,以为超级电容和蓄电池组充电;在接触网与供电系统脱离或者是接触网无电时,控制将超级电容和蓄电池组输出的直流电压变换成牵引电机所需的交流电压,以通过超级电容和蓄电池组为牵引电机供电,将超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统的供电电压源,可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电能,较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供电,保证车辆安全运行。
[0051]图2为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图,在上述实施例的基础上,进一步的,该供电系统中控制单元14包括期望输出功率获取子单元141、输出功率获取子单元142和控制信号生成子单元143,所述牵引变流器15包括牵引逆变器151、第一直流斩波器152和第二直流斩波器153,其中,
[0052] 期望输出功率获取子单元141,与所述车辆信息获取单元12相连,用于根据所述车辆的运行状态信息获取牵引电机的期望输出功率值。
[0053] 期望输出功率获取子单元可根据车辆的运行状态信息获取牵引电机的期望输出功率值,例如,可以将牵引电机的期望输出转矩作为运行状态信息,根据该期望输出转矩计算获得牵引电机的期望输出功率值,或者是,将车辆的速度作为运行状态信息,通过车辆的速度计算得到牵引电机的期望输出功率值。
[0054] 输出功率获取子单元142,与所述供电装置信息采集单元13相连,用于根据所述超级电容101和蓄电池组102的当前状态信息分别获取所述超级电容101的输出功率值和所述蓄电池组102的输出功率值。
[0055] 输出功率获取子单元用于根据超级电容和蓄电池组的当前状态信息获取其当前输出功率值,可根据超级电容和蓄电池组的输出电压、输出电流计算获得超级电容和蓄电池组的当前输出功率。[0056] 控制信号生成子单元143,分别与所述电压互感器11、所述期望输出功率获取子单元141和所述输出功率获取子单元142相连,用于在所述电压互感器11的输出电压大于第一预设电压阈值状态下,分别生成对所述牵引逆变器151的供电控制信号、对所述第一直流斩波器152的第一充电控制信号和对所述第二直流斩波器153的第二充电控制信号,且在所述电压互感器11的输出电压小于第一预设电压阈值状态下,根据所述牵引电机50的期望输出功率值、所述超级电容101的输出功率值和所述蓄电池组102的输出功率值分别生成对所述第一直流斩波器152的第一功率输出信号、对所述第二直流斩波器153的第二功率输出信号和对所述牵引逆变器151的变流控制信号。
[0057] 控制信号生成子单元为控制单元的核心控制部分,将电压互感器的输出电压、牵引电机的期望输出功率值和超级电容和蓄电池组的输出功率值作为控制参数,根据上述的控制参数生成相应的控制信号。
[0058] 第一直流斩波器152,分别与受电弓输出线路、所述控制信号生成子单元143和所述超级电容101相连,用于在接收到所述第一充电控制信号时,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述超级电容101的直流充电电压,以为所述超级电容101充电,或在接收到所述第一功率输出控制信号时,将所述超级电容101输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压后输出,以通过所述超级电容101的放电输出第一功率值的能量;
[0059] 第二直流斩波器153,分别与受电弓输出线路、所述控制信号生成子单元143和所述蓄电池组102相连,用于在接收到所述第二充电控制信号时,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述蓄电池组102的直流充电电压,以为所述蓄电池组102充电,或在接收到所述第二功率吸收控制信号时,将所述蓄电池组102输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压后输出,以通过所述蓄电池组102的放电输出第二功率值的能量;
[0060] 牵引逆变器151,分别与受电弓输出线路、所述控制信号生成子单元143、所述第一直流斩波器152和所述第二直流斩波器153相连,用于在接收到所述供电控制信号时,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机50所需的交流电压,以为通过接触网为牵引电机50供电,或在接收到所述变流控制信号时,控制将第一直流斩波器152和第二直流斩波器153输出的设定幅值的直流电压变换成牵引电机50所需的交流电压,以通过所述超级电容101和蓄电池组102为牵引电机50供电。
[0061] 下面介绍本实施例提供的供电系统的工作过程。
[0062] 期望输出功率获取子单元141获取牵引电机的期望输出功率值和输出功率获取子单元142获取超级电容101和蓄电池组102的当前输出功率值后,可分别发送给控制信号生成子单元143,并且,控制信号生成子单元143可接收电压互感器11发送的输出电压,控制信号生成子单元143将电压互感器11的输出电压与第一预设电压阈值(该第一预设电压阈值可为略大于零的一电压值)进行比较,如果输出电压大于电压阈值说明接触网与供电系统处于接触状态,也可同时判断车辆此时处于行驶状态。
[0063] 此时,控制信号生成子单元143生成对对牵引逆变器151的供电控制信号、对第一直流斩波器152的第一充电控制信号和对第二直流斩波器153的第二充电控制信号,牵引逆变器151根供电控制信号控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机50所需的交流电压,以通过接触网为牵引电机50供电,同时,第一直流斩波器152根据第一充电控制信号控制将接触网电压转换成对超级电容101的直流充电电压,以为超级电容101充电,第二直流斩波器153根据第二充电控制信号控制将接触网电压转换成对蓄电池组102的直流充电电压,以为蓄电池组102充电。
[0064] 如果控制信号生成子单元143将电压互感器11的输出电压与第一预设电压阈值进行比较后,输出电压小于第一预设电压阈值时,可判断接触网与供电系统脱离或者接触网无电。
[0065] 当电压互感器的输出电压小于第一预设电压阈值时,也就是接触网与供电系统脱离或者接触网无电时,需要通过超级电容101和蓄电池组102为牵引电机50供电,通过超级电容101和蓄电池组102放电时输出的功率提供牵引电机50所需的输出功率。
[0066] 因此,控制信号生成子单元143进一步根据超级电容101的当前输出功率值和蓄电池组102的当前输出功率值判断超级电容101和蓄电池组102当前能够输出的功率情况,以将牵引电机50的期望输出功率值分别分配给超级电容101和蓄电池组102,使超级电容101输出部分功率(也就是输出第一功率值的能量),蓄电池组102输出部分功率(也就是输出第二功率值的能量),超级电容101和蓄电池组102输出功率之和应满足牵引电机50所需的期望输出功率值。
[0067] 此时,控制信号生成子单兀143生成对第一直流斩波器152的第一功率输出信号、对第二直流斩波器153的第二功率输出信号和对牵引逆变器151的变流控制信号,第一直流斩波器152根据第一功率输出信号控制将超级电容101输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压后输出,以通过超级电容101的放电输出第一功率值的能量,第二直流斩波器153根据第二功率输出信号控制将蓄电池组102输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压后输出,以通过蓄电池组102的放电输出第二功率值的能量,并且,牵引逆变器151根据变流控制信号,控制将第一直流斩波器152和第二直流斩波器153输出的设定幅值的直流电压变换成牵引电机50所需的交流电压,以通过超级电容101和蓄电池组102为牵引电机50供电。
[0068] 上述第一直流斩波器152和第二直流斩波器153输出的设定幅值的直流电压为牵引逆变器151输入侧的电压大小,然后牵引逆变器151再将该电压转换成牵引电机50所需的交流电压,因此,该设定幅值的直流电压与牵引逆变器151所能接收的输入电压的范围有关,只要在牵引逆变器151能够接收的输入电压范围内即可,可根据需要设置。
[0069] 并且,本实施例中,控制控制信号生成子单元143如果通过比较获知蓄电池组102的当前输出功率值大于等于牵引电机50所需的期望输出功率值(通常是车辆处于匀速行驶阶段时,牵引电机所需的输出功率较小),也可只控制蓄电池组102放电,使蓄电池组102放电输出第一功率值的能量等于牵引电机50的期望输出功率值,而使超级电容101放电输出第二功率值的能量为零;而如果通过比较获知蓄电池组102的当前输出功率值小于牵引电机50所需的期望输出功率值(通常是车辆处于加速行驶或爬坡阶段时,牵引电机所需的输出功率较大),此时可控制蓄电池组102和超级电容101均放电,使超级电容101和蓄电池组102放电时输出功率之和等于牵引电机50所需的期望输出功率值。
[0070] 上述实施例提供的供电系统,在供电系统与接触网脱离或者是接触网无电时,根据车辆运行状态、超级电容和蓄电池组的具体情况,对超级电容和蓄电池组的输出功率进行控制,以通过超级电容和蓄电池为牵引电机供电,可提高超级电容和蓄电池组的利用率,提高供电系统的工作效率。
[0071] 并且,如图2所示,该供电系统中所述供电装置信息采集单元13可以包括第一电流传感器131、第一电压传感器132、第二电流传感器133和第二电压传感器134,所述输出功率获取子单元142可以包括超级电容输出功率获取子单元1421和蓄电池组输出功率获取子单元1422。
[0072] 第一电流传感器131,设置于所述超级电容101两端,用于采集所述超级电容101两端的当前电流值;
[0073] 第一电压传感器132,设置于所述超级电容101两端,用于采集所述超级电容101两端的当前电压值;
[0074] 第二电流传感器133,设置于所述蓄电池组102输出端,用于采集所述蓄电池组102的当前输出电流值;
[0075] 第二电压传感器134,设置于所述蓄电池组102输出端,用于采集所述蓄电池组102的当前输出电压值;
[0076] 超级电容输出功率获取子单元1421,分别与所述第一电流传感器131和第一电压传感器132相连,用于根据所述超级电容101的当前输出电流值和当前输出电压值获取所述超级电容101的输出功率值;
[0077] 蓄电池组输出功率获取子单元1422,分别与所述第二电流传感器133和第二电压传感器134相连,用于根据所述蓄电池组102的当前输出电流值和当前输出电压值获取所述蓄电池组102的输出功率值。
[0078] 本实施例中,通过设置的各电流传感器和电压传感器分别采集超级电容的当前电流值和当前电压值,蓄电池组的当前输出电流值和当前输出电压值,将各电流值和电压值作为当前状态信息,然后,超级电容输出功率获取子单元根据超级电容的当前电流值和当前电压值可计算获得超级电容的输出功率值,蓄电池组输出功率获取子单元根据蓄电池组的当前输出电流值和当前输出电压值计算获得蓄电池组的输出功率值。
[0079]图3为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图,进一步的,如图3所示,该供电系统中还可以包括第三电压传感器16和第一功率分配控制单元17。
[0080] 第三电压传感器16,连接于所述牵引逆变器151的输入端,用于采集所述牵引逆变器151输入端的电压值;
[0081] 第一功率分配控制单元17,分别与所述第三电压传感器16、所述牵引逆变器151、所述第一直流斩波器152和所述第二直流斩波器153相连,用于在所述电压值大于第二预设电压阈值状态下,生成对所述牵引逆变器151的第一整流控制信号、对所述第一直流斩波器152的第一能量吸收控制信号和对所述第二直流斩波器153的第二能量吸收控制信号;
[0082] 所述牵引逆变器151还用于在接收到所述第一整流控制信号时,控制将牵引电机输出的交流电压转换成直流电压后输出;
[0083] 所述第一直流斩波器152还用于在接收到所述第一能量吸收控制信号时,将牵引逆变器151输出的直流电压转换成对所述超级电容101的直流充电电压,以通过为所述超级电容101充电吸收牵引电机50输出的第一反馈值的功率;
[0084] 所述第二直流斩波器153还用于在接收到所述第二能量吸收控制信号时,将牵引逆变器151输出的直流电压转换成对所述蓄电池组102的直流充电电压,以通过为所述蓄电池组102充电吸收牵引电机50输出的第二反馈值的功率。
[0085] 当车辆处于制动状态时,牵引电机50将作为发电机,将车辆制动时的机械能转换为电能,此时,会导致直流母线上(也就是牵引逆变器151输入端)的电压升高,据此,本实施例中,通过第三电压传感器16采集牵引逆变器151输入端的电压值,通过第一功率分配控制单元17将该电压值与第二预设电压阈值进行比较,该第二预设电压阈值以车辆非制动状态下直流母线上的电压值为参考,如果通过比较判断出牵引逆变器151输入端的电压值大于该第二预设电压阈值,说明车辆处于制动状态,此时,第一功率分配控制单元17将生成对牵引逆变器151的第一整流控制信号、对第一直流斩波器152的第一能量吸收控制信号和对第二直流斩波器153的第二能量吸收控制信号。
[0086] 牵引逆变器151的作用是将牵引电机50输出的交流电压转换成直流电压,第一直流斩波器152的作用是将牵引逆变器输出的直流电压转换成对超级电容101的直流充电电压,通过为超级电容101充电吸收牵弓I电机50输出的部分反馈功率(第一反馈值的功率),第二直流斩波器153的作用是将牵引逆变器151输出的直流电压转换成对蓄电池组102的直流充电电压,通过为蓄电池组102充电吸收牵引电机50输出的部分反馈功率(第二反馈值的功率)。通过为超级电容101和蓄电池组102充电,共同吸收车辆制动时牵引电机50输出的反馈能量,可回收车辆制动时的能量,避免能源的浪费,起到节能环保的作用。
[0087]图4为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系统的结构示意图,如图4所示,该供电系统还可以包括制动功率获取单元18、能耗吸收电路19和第二功率分配控制单元20。
[0088] 制动功率获取单元18,与所述车辆信息获取单141元相连,用于根据所述车辆的运行状态信息获取牵引电机的制动输出功率值。
[0089] 制动功率获取单元可根据车辆信息获取单元中获取车辆的运行状态信息,该运行状态信息可以为制动转矩期望值,然后制动功率获取单元根据制动转矩期望值通过已有的计算公式获得牵引电机的制动输出功率值,当然,该运行状态信息也可为车辆的制动时间和车辆的运行速度等,然后制动功率获取单元根据车辆的制动时间和车辆的运行速度等信息通过已有的计算公式获得牵引电机的制动输出功率值。
[0090] 能耗吸收电路19,与所述超级电容101和蓄电池组102并联;
[0091] 第二功率分配控制单元,分别与所述制动功率获取单元18、所述牵引逆变器151、所述第一直流斩波器152、所述第二直流斩波器153和所述能耗吸收电路19相连,用于根据所述期望输出功率值、所述超级电容的预设吸收功率值和所述蓄电池组的预设吸收功率值生成对所述牵引逆变器151的第二整流控制信号、对所述第一直流斩波器152的第三能量吸收控制信号、对所述第二直流斩波器153的第四能量吸收控制信号和对所述能耗吸收电路19的第五能量吸收控制信号;
[0092] 所述牵引逆变器151还用于在接收到所述第二整流控制信号时,控制将牵引电机50输出的交流电压转换成直流电压后输出;
[0093] 所述第一直流斩波器152还用于在接收到所述第三能量吸收控制信号时,将牵引逆变器151输出的直流电压转换成对所述超级电容101的直流充电电压,以通过为所述超级电容101充电吸收牵引电机50输出的第三反馈值的功率;
[0094] 所述第二直流斩波器153还用于在接收到所述第四能量吸收控制信号时,将牵引逆变器151输出的直流电压转换成对所述蓄电池组102的直流充电电压,以通过为所述蓄电池组102充电吸收牵引电机50输出的第四反馈值的功率。
[0095] 所述能耗吸收电路20用于在接收到所述第五能量吸收控制信号时,将牵引逆变器151输出的直流电压转换成热能以吸收牵引电机50输出的第五反馈值的功率。
[0096] 通过相应设置超级电容和蓄电池组的容量,超级电容和蓄电池组可充分吸收车辆制动时牵引电机输出的反馈功率,但是,由于制动状态持续时间较短,并且,蓄电池组充电时吸收功率速度较慢,因此,为快速吸收牵引电机输出的反馈功率,所需超级电容和蓄电池组的容量要远大于正常需求超级电容和蓄电池组的容量,因此,为避免设置大容量的超级电容和蓄电池组造成的成本增加,本实施例中,进一步的设置能耗吸收电路,除了通过超级电容和蓄电池组吸收牵引电机输出的部分反馈功率外,还通过能耗吸收电路部分吸收牵引电机输出的反馈功率。
[0097] 具体的是,通过制动功率获取单元获取牵引电机的制动输出功率值,第二功率分配控制单元根据该制动输出功率值、超级电容的预设吸收功率值和蓄电池组的预设吸收功率值生成相应的控制信号,该预设吸收功率值为超级电容(蓄电池组)一定时间内能够吸收的功率大小,该功率的大小与超级电容(蓄电池组)的性能参数和车辆的制动时间相关,可根据经验和测试试验获得。
[0098] 第二功率分配控制单元根据超级电容和蓄电池组的预设吸收功率值分配制动输出功率期望值,计算出通过为超级电容充电吸收的第三反馈值的功率、通过为蓄电池组充电吸收的第四反馈值的功率和通过能耗吸收电路吸收的第五反馈值的功率,通过超级电容、蓄电池组和能耗吸收电路三种装置吸收牵引电机的制动输出功率期望值,并且,为快速吸收车辆制动时牵引电机的制动输出功率,可利用超级电容快速充电的特点,通过超级电容吸收大部分的制动输出功率,而通过蓄电池组和能耗吸收电路吸收小部分的制动输出功率,也就是说第三反馈值占预设吸收功率值的比例较大,而第四反馈值和第五反馈值占预设吸收功率值的比例较小。
[0099] 如图4所示,上述实施例中的能耗吸收电路19可以包括串联的控制开关191和制动电阻192,控制开关191与所述第二功率分配控制单元20连接,用于在接收到所述第五能量吸收控制信号时闭合,以通过制动电阻192将所述牵引逆变器151输出的直流电压转换成热能以吸收牵引电机50输出的第五反馈值的功率。
[0100] 本实施例只是提供一种结构形式的能耗吸收电路,能耗吸收电路也可以采用其他的结构形式,例如,该能耗吸收电路也可以为由串联的控制开关和功率较大的发热元件组成的电路,也可起到吸收功率的作用,并不限于本实施例所述。
[0101] 本发明实施例还提供了一种混合动力轨道车辆,包括牵引电机,还包括本发明实施例提供的供电系统,所述供电系统与所述牵引电机相连。
[0102] 该混合动力轨道车辆,通过采用本发明实施例提供的供电系统,在接触网与供电系统接触时,可通过接触网为牵引电机供电,在接触网与供电系统脱离或者是接触网无电时,通过超级电容和蓄电池组为牵引电机供电,将超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统的供电电压源,可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电能,较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供电,保证车辆安全运行。
[0103] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各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,或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (7)

1.一种混合动力轨道车辆的供电系统,其特征在于,包括: 超级电容和蓄电池组,所述超级电容和蓄电池组并联,且分别与车辆中的供电系统相连,用于在接触网与车辆供电系统脱离或接触网无电状态下,作为车辆中供电系统的供电电压源; 电压互感器,与受电弓输出线路相连,用于将受电弓输出线路上的电压缩小设定倍数后输出; 车辆信息获取单元,用于获取车辆的运行状态信息; 供电装置信息采集单元,分别与所述供电装置中的超级电容和蓄电池组相连,用于采集所述超级电容和蓄电池组的当前状态信息; 控制单元,分别与所述电压互感器、所述车辆信息获取单元和所述供电装置信息采集单元相连,用于根据所述电压互感器的输出电压、所述车辆的当前运行状态信息、所述超级电容的当前状态信息和蓄电池组的当前状态信息,生成对牵引变流器的控制信号; 牵引变流器,分别与受电弓输出线路、所述控制单元和所述超级电容和蓄电池组相连,用于根据所述控制信号控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机所需的交流电压,以通过接触网为牵引电机供电,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述超级电容和蓄电池组的直流充电电压,以为所述超级电容和蓄电池组充电,控制将所述超级电容和蓄电池组输出的直流电压变换成牵引电机所需的交流电压,以通过所述超级电容和蓄电池组为牵引电机供电。
2.根据权利要求1所述的混合动力轨道车辆的供电系统,其特征在于,还包括: 所述控制单元包括期望输出功率获取子单元、输出功率获取子单元和控制信号生成子单元,所述牵引变流器包括牵引逆变器、第一直流斩波器和第二直流斩波器,其中, 期望输出功率获取子单元,与所述`车辆信息获取单元相连,用于根据所述车辆的运行状态信息获取牵引电机的期望输出功率值; 输出功率获取子单元,与所述供电装置信息采集单元相连,用于根据所述超级电容和蓄电池组的当前状态信息分别获取所述超级电容的输出功率值和所述蓄电池组的输出功率值; 控制信号生成子单元,分别与所述电压互感器、所述期望输出功率获取子单元和所述输出功率获取子单元相连,用于在所述电压互感器的输出电压大于第一预设电压阈值状态下,分别生成对所述牵引逆变器的供电控制信号、对所述第一直流斩波器的第一充电控制信号和对所述第二直流斩波器的第二充电控制信号,且在所述电压互感器的输出电压小于第一预设电压阈值状态下,根据所述牵引电机的期望输出功率值、所述超级电容的输出功率值和所述蓄电池组的输出功率值分别生成对所述第一直流斩波器的第一功率输出信号、对所述第二直流斩波器的第二功率输出信号和对所述牵引逆变器的变流控制信号; 第一直流斩波器,分别与受电弓输出线路、所述控制信号生成子单元和所述超级电容相连,用于在接收到所述第一充电控制信号时,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述超级电容的直流充电电压,以为所述超级电容充电,或在接收到所述第一功率输出控制信号时,将所述超级电容输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压后输出,以通过所述超级电容的放电输出第一功率值的能量; 第二直流斩波器,分别与受电弓输出线路、所述控制信号生成子单元和所述蓄电池组相连,用于在接收到所述第二充电控制信号时,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成对所述蓄电池组的直流充电电压,以为所述蓄电池组充电,或在接收到所述第二功率输出控制信号时,将所述蓄电池组输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压后输出,以通过所述蓄电池组的放电输出第二功率值的能量; 牵引逆变器,分别与受电弓输出线路、所述控制信号生成子单元、所述第一直流斩波器和所述第二直流斩波器相连,用于在接收到所述供电控制信号时,控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压转换成牵引电机所需的交流电压,以为通过接触网为牵引电机供电,或在接收到所述变流控制信号时,控制将第一直流斩波器和第二直流斩波器输出的设定幅值的直流电压变换成牵引电机所需的交流电压,以通过所述超级电容和蓄电池组为牵引电机供电。
3.根据权利要求2所述的混合动力轨道车辆的供电系统,其特征在于, 所述供电装置信息采集单元包括: 第一电流传感器,设置于所述超级电容两端,用于采集所述超级电容两端的当前电流值; 第一电压传感器,设置于所述超级电容两端,用于采集所述超级电容两端的当前电压值; 第二电流传感器,设置于所述蓄电池组输出端,用于采集所述蓄电池组的当前输出电流值; 第二电压传感器,设置于所述蓄电池组输出端,用于采集所述蓄电池组的当前输出电压值; 所述输出功率获取子单元包括: 超级电容输出功率获取子单元,分别与所述第一电流传感器和第一电压传感器相连,用于根据所述超级电容的当前输出电流值和当前输出电压值获取所述超级电容的输出功率值; 蓄电池组输出功率获取子单元,分别与所述第二电流传感器和第二电压传感器相连,用于根据所述蓄电池组的当前输出电流值和当前输出电压值获取所述蓄电池组的输出功率值。
4.根据权利要求2或3所述的混合动力轨道车辆的供电系统,其特征在于,还包括: 第三电压传感器,连接于所述牵引逆变器的输入端,用于采集所述牵引逆变器输入端的电压值; 第一功率分配控制单元,分别与所述第三电压传感器、所述牵引逆变器、所述第一直流斩波器和所述第二直流斩波器相连,用于在所述电压值大于第二预设电压阈值状态下,生成对所述牵引逆变器的第一整流控制信号、对所述第一直流斩波器的第一能量吸收控制信号和对所述第二直流斩波器的第二能量吸收控制信号; 所述牵引逆变器还用于在接收到所述第一整流控制信号时,控制将牵引电机输出的交流电压转换成直流电压后输出; 所述第一直流斩波器还用于在接收到所述第一能量吸收控制信号时,将牵引逆变器输出的直流电压转换成对所述超级电容的直流充电电压,以通过为所述超级电容充电吸收牵引电机输出的第一反馈值的功率;所述第二直流斩波器还用于在接收到所述第二能量吸收控制信号时,将牵引逆变器输出的直流电压转换成对所述蓄电池组的直流充电电压,以通过为所述蓄电池组充电吸收牵引电机输出的第二反馈值的功率。
5.根据权利要求2或3所述的混合动力轨道车辆的供电系统,其特征在于,还包括: 制动功率获取单元,与所述车辆信息获取单元相连,用于根据所述车辆的运行状态信息获取牵引电机的制动输出功率值; 能耗吸收电路,与所述超级电容和蓄电池组并联; 第二功率分配控制单元,分别与所述制动功率获取单元、所述牵引逆变器、所述第一直流斩波器、所述第二直流斩波器和所述能耗吸收电路相连,用于根据所述期望输出功率值、所述超级电容的预设吸收功率值和所述蓄电池组的预设吸收功率值生成对所述牵引逆变器的第二整流控制信号、对所述第一直流斩波器的第三能量吸收控制信号、对所述第二直流斩波器的第四能量吸收控制信号和对所述能耗吸收电路的第五能量吸收控制信号; 所述牵引逆变器还用于在接收到所述第二整流控制信号时,控制将牵引电机输出的交流电压转换成直流电压后输出; 所述第一直流斩波器还用于在接收到所述第三能量吸收控制信号时,将牵引逆变器输出的直流电压转换成对所述超级电容的直流充电电压,以通过为所述超级电容充电吸收牵引电机输出的第三反馈值的功率; 所述第二直流斩波器还用于在接收到所述第四能量吸收控制信号时,将牵引逆变器输出的直流电压转换成对所述蓄电池组的直流充电电压,以通过为所述蓄电池组充电吸收牵引电机输出的第四反馈值的功率; 所述能耗吸收电路用于在接收到所述第五能量吸收控制信号时,将牵引逆变器输出的直流电压转换成热能以吸收牵引电机输出的第五反馈值的功率。
6.根据权利要求5所述的混合动力轨道车辆的供电系统,其特征在于: 所述能耗吸收电路包括串联的控制开关和制动电阻,所述控制开关与所述第二功率分配控制单元连接,用于在接收到所述第五能量吸收控制信号时闭合,以通过制动电阻将所述牵引逆变器输出的直流电压转换成热能以吸收牵引电机输出的第五反馈值的功率。
7.一种混合动力轨道车辆,包括牵引电机,其特征在于:还包括权利要求1-6任一所述的供电系统,所述供电系统与所述牵引电机相连。
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