CN104627003B - 一种用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,光伏控制器连接电池组电源输入端,变压整流器一端接入市电,所述变压整流器另一端连接电池组,检测控制单元信号输出端连接电池组信号输入端,所述电池组电源输出端连接电动汽车充电桩,通过光伏控制器和变压整流器向电池组供电;储能管理控制单元用于电动车蓄电池进行电力储存,所述总控单元电机驱动信号输出端连接电机驱动单元,所述总控单元逆变信号输出端连接逆变单元,所述总控单元储能管理控制信号输出端连接储能管理控制单元。在保证车辆正常运行的同时,无需高架电缆,对市容无影响,安全,可靠;对使用环境无特别要求,成本较低,维护方便。

Description

一种用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电子电路领域,尤其涉及一种用于电动车智能切换充电和储能充电控 制装置。
背景技术
[0002] 目前,充电电动列车或者电动汽车在日常生活中使用越来越广泛,保证了我们日 常的出行,也为低碳环保做出了巨大的贡献,但是对储能式有轨电车供电方式中多采用站 台对列车进行充电作业,而现有站台多采用轨道专用电网进行电力输送,并不能使用日常 生活用电,并且该方式工程造价较高,此外,充电站台也不能有效的利用新能源进行相应的 充电工作,现在,有轨电车多采用架空接触网、地面第三轨接触供电以及车载储能装置供 电。对于接触网供电方式,车辆在走行时,伸出受电弓与高架的电缆接触供电,此种供电方 式技术成熟、可靠,但由于需要架设电缆支架,影响城市景观,同时电线裸露,安全性较低。 采用的第三轨供电系统由安装与车辆底部的集电靴与位于地面的第三轨接触供电,有效解 决了接触网供电带来的相应问题,但此类系统复杂、成本高昂,同时对道路条件(排水、清洁 等)要求苛刻,对于市政设计管理要求高。车载储能装置可以解决接触网和第三轨供电系统 带来的问题,但采用车载储能装置全程供电存在体积庞大以及使用寿命周期问题。
发明内容
[0003] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题,特别创新地提出了一种用于电 动车智能切换充电和储能充电控制装置。
[0004] 为了实现本发明的上述目的,本发明提供了一种用于电动车智能切换充电和储能 充电控制装置,其关键在于,包括:光伏控制器、变压整流器、电池组、蓄电池、检测控制单 元、隔离转换装置、逆变单元、储能管理控制单元、电机驱动单元、总控单元;
[0005] 光伏控制器连接电池组电源输入端,变压整流器一端接入市电,所述变压整流器 另一端连接电池组,检测控制单元信号输出端连接电池组信号输入端,所述电池组电源输 出端连接电动汽车充电桩,通过光伏控制器和变压整流器向电池组供电;
[0006] 隔离转换装置电源输入端连接电动车受电弓,所述隔离转换装置电源输出端连接 逆变单元输入端,所述逆变单元输出端连接电机驱动单元,所述电机驱动单元带动电动车 轮对运动,所述逆变单元输出端还连接储能管理控制单元输入端,所述储能管理控制单元 信号输出端连接隔离转换装置信号输入端,所述储能管理控制单元信号交互端连接蓄电池 信号交互端,所述储能管理控制单元用于电动车蓄电池进行电力储存,所述总控单元电机 驱动信号输出端连接电机驱动单元,所述总控单元逆变信号输出端连接逆变单元,所述总 控单元储能管理控制信号输出端连接储能管理控制单元。
[0007] 上述技术方案的有益效果为:将光伏充电和市电充电整合在一起,实现对电动车 的实时充电,并且保证电池组蓄电稳定高效。通过上述隔离转换装置、逆变单元、储能管理 控制单元的连接,实现电动车车载储能充电控制。
[0008] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括充电切换 装置,
[0009] 所述充电切换装置输入端分别连接光伏控制器电源输出端和变压整流器电源输 出端,所述充电切换装置信号输入端连接检测控制单元信号输出端,所述充电切换装置电 源输出端连接电池组电源输入端。
[0010] 上述技术方案的有益效果为:通过充电切换装置切换太阳能供电和市电供电。
[0011] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括电流控制 器,
[0012] 所述电流控制器信号输入端连接检测控制单元信号输出端,所述电池组电源输出 端连接电流控制器电源输入端,所述电流控制器电源输出端连接电动汽车充电粧。
[0013] 上述技术方案的有益效果为:通过电流控制器对电池组电流进行控制。
[0014] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括信号接收 器,
[0015] 所述信号接收器信号输出端连接检测控制单元信号输入端,所述信号接收器外部 设置天线,用于增强信号接收功能。
[0016] 上述技术方案的有益效果为:通过信号接收器进行信号采集工作。
[0017] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括太阳能电 池板,
[0018] 所述太阳能电池板连接光伏控制器,用于太阳能发电。
[0019] 上述技术方案的有益效果为:通过太阳能电池板进行充电工作。
[0020] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括辅助逆变 单元,
[0021] 所述辅助逆变单元电源输入端连接隔离转换装置电源输出端,所述辅助逆变单元 用于进行辅助逆变工作。
[0022] 上述技术方案的有益效果为:辅助逆变单元能够起到备用辅助逆变功能。
[0023] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括电动车进 站信号发射器,
[0024] 所述总控单元信号输出端连接电动车进站信号发射器,用于将电动车进站信号发 送给站台信号接收器。
[0025] 上述技术方案的有益效果为:进站信号发射器能够将电动车的进站信息及时发送 给站台。
[0026] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括再生制动 检测控制单元, _
[0027] 所述总控单元再生制动检测信号输出端连接再生制动检测控制单元信号输入端, 用于控制进行再生制动信号检测。
[0028] 上述技术方案的有益效果为:通过总控单元实现车载储能充电的总体控制,所使 用的处理器架构为本领域技术人员所知晓的,方便易用,运算稳定。
[0029] 综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
[0030] 有轨电车充电站台不仅保证了充电来源的多样性环保性而且可以为多种设备进 行充电,极大地提高了站台利用率。
[0031] 在保证车辆正常运行的同时,无需高架电缆,对市容无影响,安全,可靠;对使用环 境无特别要求,成本较低,维护方便;相比于纯超级电容供电,本方案既利用了超级电容的 优点,又有效回避了不足,可以持久供电。
[0032] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变 得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0033]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解,其中:
[0034]图1是本发明用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置电动车电路示意图; [0035]图2是本发明用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置充电装置电路示意 图。
具体实施方式
[0036]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0037]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限 制。
[0038]在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可 以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据 具体情况理解上述术语的具体含义。
[0039] 本发明提供了一种用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,其关键在于, 包括:光伏控制器、变压整流器、电池组、蓄电池、检测控制单元、隔离转换装置、逆变单元、 储能管理控制单元、电机驱动单元、总控单元;
[0040] 光伏控制器连接电池组电源输入端,变压整流器一端接入市电,所述变压整流器 另一端连接电池组,检测控制单元信号输出端连接电池组信号输入端,所述电池组电源输 出端连接电动汽车充电桩,通过光伏控制器和变压整流器向电池组供电;
[0041] 隔离转换装置电源输入端连接电动车受电弓,所述隔离转换装置电源输出端连接 逆变单元输入端,所述逆变单元输出端连接电机驱动单元,所述电机驱动单元带动电动车 轮对运动,所述逆变单元输出端还连接储能管理控制单元输入端,所述储能管理控制单元 信号输出端连接隔离转换装置信号输入端,所述储能管理控制单元信号交互端连接蓄电池 信号交互端,所述储能管理控制单元用于电动车蓄电池进行电力储存,所述总控单元电机 驱动信号输出端连接电机驱动单元,所述总控单元逆变信号输出端连接逆变单元,所述总 控单元储能管理控制信号输出端连接储能管理控制单元。
[0042]上述技术方案的有益效果为:将光伏充电和市电充电整合在一起,实现对电动车 的实时充电,并且保证电池组蓄电稳定高效。通过上述隔离转换装置、逆变单元、储能管理 控制单元的连接,实现电动车车载储能充电控制。
[0043] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括充电切换 装置,
[0044]所述充电切换装置输入端分别连接光伏控制器电源输出端和变压整流器电源输 出端,所述充电切换装置信号输入端连接检测控制单元信号输出端,所述充电切换装置电 源输出端连接电池组电源输入端。
[0045] 上述技术方案的有益效果为:通过充电切换装置切换太阳能供电和市电供电。
[0046] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括电流控制 器,
[0047] 所述电流控制器信号输入端连接检测控制单元信号输出端,所述电池组电源输出 端连接电流控制器电源输入端,所述电流控制器电源输出端连接电动汽车充电桩。
[0048] 上述技术方案的有益效果为:通过电流控制器对电池组电流进行控制。
[0049] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括信号接收 器,
[0050] 所述信号接收器信号输出端连接检测控制单元信号输入端,所述信号接收器外部 设置天线,用于增强信号接收功能。
[0051] 上述技术方案的有益效果为:通过信号接收器进行信号采集工作。
[0052] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括太阳能电 池板,
[0053] 所述太阳能电池板连接光伏控制器,用于太阳能发电。
[0054] 上述技术方案的有益效果为:通过太阳能电池板进行充电工作。
[0055] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括辅助逆变 单元,
[0056] 所述辅助逆变单元电源输入端连接隔离转换装置电源输出端,所述辅助逆变单元 用于进行辅助逆变工作。
[0057] 上述技术方案的有益效果为:辅助逆变单元能够起到备用辅助逆变功能。
[0058] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括电动车进 站信号发射器,
[0059] 所述总控单元信号输出端连接电动车进站信号发射器,用于将电动车进站信号发 送给站台信号接收器。
[0060] 上述技术方案的有益效果为:进站信号发射器能够将电动车的进站信息及时发送 给站台。 _
[0061] 所述的用于电动车智能切换充电和储能充电控制装置,优选的,还包括再生制动 检测控制单元, _
[0062] 所述总控单元再生制动检测信号输出端连接再生制动检测控制单元信号输入端, 用于控制进行再生制动信号检测。
[0063]上述技术方案的有益效果为:通过总控单元实现车载储能充电的总体控制,所使 用的处理器架构为本领域技术人员所知晓的,方便易用,运算稳定。
[0064]如图1所示,本车载蓄电池主要为有轨电车在独立运行时提供电能。所谓独立运 行,即无接触网和第三轨供电的情况下,依靠车载电源所储电能正常运行。本单元由超级电 容器以及蓄电池组构成,此种组合既具有超级电容充电快速的特点,又具有蓄电池组放电 持久稳定的优势。此电源系统工作状态可以分为三个阶段:站台充电状态、运行放电状态以 及再生制动充电状态。以下为各状态说明。
[0065]站台充电状态:此阶段,蓄电池仅完成充电储能工作,列车用电由站台提供。列车 处于站台停止,升起受电弓从车站架空线引入DC 750V电能,流经避雷器、高速断路器等电 路保护装置,经隔离转换装置等对电能处理后,成为列车可用电能,至此电能流向分为两 路:一路流入辅助逆变单元,将DC 750V电能转换为AC 380V/220V电能供列车辅助用电设备 使用;另一路在储能管理控制单元的参与直接对蓄电池中的超级电容快速充电,同时由超 级电容对蓄电池组充电。
[0066]运行放电状态:即将起动,停止对超级电容充电,断开车站接触网,降下受电弓,车 上用电设备(牵引系统及辅助用电设备)均由蓄电池供电。起动,超级电容放电,电能经牵引 逆变单元(VVVF)变频变压流入牵引单元。启动完成,列车改由蓄电池供电,电能经辅助逆变 器和牵引逆变器分别处理后输送至用电器。超级电容对蓄电池组充电,此过程在运行过程 中一直持续。
[0067] 再生制动充电状态:列车制动,蓄电池停止对牵引系统供电,在再生制动检测控制 单元控制下,列车开始再生制动。在此阶段,电动机变为发电机,将列车动能转化为电能,以 达到减速目的。电能由牵引系统经牵引逆变器转化为DC 750V后,在储能管理控制单元参与 下对超级电容充电,同时超级电容对蓄电池组充电。
[0068]为了弥补现有供电系统的不足,又不影响有轨电车的正常供电,本发明提供一种 新型有轨电车供电方案,既能够满足车辆电力系统的需求,又能够解决接触网、第二轨以及 车载储能供电系统带来的种种不便。
[0069] 本方案不采用接触网或第三轨供电模式,运行过程中不从车辆外部供电设施获取 所需电能,靠自身所储电能运行,具体实施过程根据车辆的状态可分为两部分:运行耗能状 态以及停止储能状态。运行耗能状态:车辆发出信号,断开车站电源电池组与车站电缆连 接,使车站电缆掉电维持安全状态,车辆受电弓收起,车辆开始运行,车辆的起动阶段由超 级电容供电。起动完成,进入稳定运行阶段,改由蓄电池向牵引系统和辅助用电系统供电, 超级电容向蓄电池充电。车站电源电池组由车站提供的太阳能电能以及普通工频交流电源 充电,保证下次正常使用。制动及停止储能状态:车辆施加制动,超级电容吸取再生制动产 生电能并向蓄电池充电。车辆到站后,伸起受电弓,车辆发出控制信号,使车站架空线带电, 利用乘客上下车时间持续充电,向超级电容充电。
[0070] 耗能运行状态:出站,受电弓收起,同时车载信号发送装置发出信号,站台信号接 受装置收到列车起动信号,切断车站电源系统与车站架空线间的连接,使车站架空线处于 失电的安全状态,列车起动,由超级电容向牵引系统供电,列车起动。起动完成,由蓄电池向 牵引系统提供电能,超级电容转向对蓄电池持续充电,保证列车运行的持久性。同时,由太 阳能电池板光伏发电系统和380V/220V供电系统向车站电源(电池组)提供直流电源,对其 充电。
[0071]储能停止状态:列车到站,断开蓄电池对牵引系统的电能提供,连接超级电容与牵 引系统,开始再生制动。此过程中,牵引系统将持续对超级电容充能。列车进站,车载信号接 收发送装置向站台信号接收发送装置发送信号,连接车站电源系统与车站架空线的电能供 应,使车站架空线带有列车充电所需DC750V电力。同时,受电弓升起,与车站电缆接触受电, 向超级电容充电。待列车进站停止,利用乘客上下车时间,受电弓与车站架空线持续接触受 电,超级电容持续快速充电。载客完成,列车又进入耗能运行状态。
[0072]在图2中,太阳能电池板与市电电源为站台充电装置的两个输入端,当检测控制单 元检测到站台电池组需要进行充电时,根据实际情况例如市电电源出现故障或者天气原因 导致太阳能电池板供电不足时检测控制单元切换电源进行充电,太阳能电池板经过光伏控 制器将光能转换为可供充电的电压,市电电源经过变压整流后转换为充电电压,优先采用 太阳能电池板进行供电,检测控制单元根据电池组当前的电量水平采取快速或缓慢的充电 方式,给电池组充电,保证电池容量的充足,在电池组上连接有电流控制装置,实时监测电 池组的充放电过程,在正常的充放电过程中保证电池组处于浅放浅充的工作状态,当电池 组出现故障时,能够快速的将电池容量降低,保证电池组的运行安全。电池组的电流通过架 空线控制装置引入安装在站台顶部的站台架空线。在充电站台上安装有信号控制器,在无 有轨电车通过时,站台架空线上无电压,当有轨电车停靠在站台后,通过有轨电车上安装的 列车进站信号发生器发射信号,站台上的信号接受器在检测到信号并在有轨电车受电弓升 起后,通过架空线控制装置闭合使车站架空线带电对有轨电车进行充电。上述检测控制单 元与外围电路控制程序为本领域技术人员所熟知的技术。
[0073]车站站台为全封闭式站台,顶部安装有站台架空线,太阳能电池板安装在车站顶 棚,有轨电车停靠在指定位置,通过进站信号接收器的应答升起受电弓使有轨电车得电。在 车站站台两侧安装有车站电池组,同时在车站的外侧,安装有快速充电桩,通过将电池组电 压进行降压转换为电动客车充电时需要的电压,通过插拔可以实现快速充电。
[0074]所述检测控制单元优选为ADUM5401供电隔离和数据隔离集成芯片;
[0075] 所述充电切换装置优选为LW5-16YH2/3转换开关;
[0076] 电流控制器优选为德州仪器TPS92660。
[0077] 充电切换装置优选为,ABB双电源切换装置0TM63CE3DIK380AC,或者富士 IGBT 2MBI200N-120〇
[0078] 隔离转换装置优选为3KA5840-IGE01西门子3KA负荷隔离开关;
[0079] 储能管理控制单元优选为TI BQ2013H;
[0080] 再生制动检测控制单元优选为WBI53J 21霍尔电流传感器,或者TITMSLF24-0XDSP;
[0081]列车总控单元:接受司机的牵引命令或制动命令,并传达到牵引变流器或再生制 动检测控制单元。列车到站的控制信号也由它发出;列车总控单元优选为为ARM7架构32-bit 微处理器计算机 ,其接受指令和发送指令都是本领域技术人员通常使用或者知晓的技 术。
[0082] 本发明所提到的电动车为电动客车、有轨电车等大、中型电动车。
[0083]在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示 例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0084] 尽管己经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于有轨电车和电动汽车智能切换充电和储能充电控制装置,其特征在于,包 括:光伏控制器、变压整流器、车站电池组、车载蓄电池、检测控制单元、隔离转换装置、逆变 单元、储能管理控制单元、电机驱动单元、总控单元、电流控制器、信号接收器; 车站站台为全封闭式站台,站台顶部安装有站台架空线,太阳能电池板安装在车站顶 棚,所述太阳能电池板连接光伏控制器,用于太阳能发电; 光伏控制器连接车站电池组电源输入端,变压整流器一端接入市电,所述变压整流器 另一端连接车站电池组,检测控制单元信号输出端连接车站电池组信号输入端,所述车站 电池组电源输出端连接电动汽车充电桩,通过光伏控制器和变压整流器向车站电池组供 电; 隔离转换装置电源输入端连接有轨电车的受电弓,所述隔离转换装置电源输出端连接 逆变单元输入端,所述逆变单元输出端连接电机驱动单元,所述电机驱动单元带动有轨电 车轮对运动,所述逆变单元输出端还连接储能管理控制单元输入端,所述储能管理控制单 元信号输出端连接隔离转换装置信号输入端,所述储能管理控制单元信号交互端连接车载 蓄电池信号交互端,所述储能管理控制单元用于有轨电车的车载蓄电池进行电力储存,所 述总控单元电机驱动信号输出端连接电机驱动单元,所述总控单元逆变信号输出端连接逆 变单元,所述总控单元储能管理控制信号输出端连接储能管理控制单元; 所述电流控制器信号输入端连接检测控制单元信号输出端,所述车站电池组电源输出 端连接电流控制器电源输入端,所述电流控制器电源输出端连接电动汽车充电桩; 所述彳目号接收器彳目号输出端连接检测控制单兀信号输入端,所述信号接收器外部设置 天线,用于增强信号接收功能; 上述控制装置的工作方法为: 太阳能电池板与市电电源为站台充电装置的两个输入端,当检测控制单元检测到车站 电池组发生市电电源出现故障或者天气原因导致太阳能电池板供电不足时,所述检测控制 单元切换电源进行充电,太阳能电池板经过光伏控制器将光能转换为可供充电的电压,市 电电源经过变压整流后转换为充电电压,优先采用太阳能电池板进行供电,检测控制单元 根据车站电池组当前的电量水平采取快速或缓慢的充电方式,给车站电池组充电,保证电 池容量的充足,在车站电池组上连接有电流控制器,实时监测车站电池组的充放电过程,在 正常的充放电过程中保证车站电池组处于浅放浅充的工作状态,当车站电池组出现故障 时,能够快速的将电池容量降低,保证车站电池组的运行安全;车站电池组的电流通过架空 线控制装置引入安装在站台顶部的站台架空线;在充电站台上安装有信号控制器,在无有 轨电车通过时,站台架空线上无电压,当有轨电车停靠在站台后,通过有轨电车上安装的列 车进站信号发射器发射信号,站台上的信号接收器在检测到信号并在有轨电车受电弓升起 后,通过架空线控制装置闭合使车站架空线带电对有轨电车进行充电。
2. 根据权利要求1所述的用于有轨电车和电动汽车智能切换充电和储能充电控制装 置,其特征在于,还包括充电切换装置, 所述充电切换装置输入端分别连接光伏控制器电源输出端和变压整流器电源输出端, 所述充电切换装置信号输入端连接检测控制单元信号输出端,所述充电切换装置电源输出 端连接车站电池组电源输入端。
3. 根据权利要求1所述的用于有轨电车和电动汽车智能切换充电和储能充电控制装 置,其特征在于,还包括辅助逆变单元, 所述辅助逆变单元电源输入端连接隔离转换装置电源输出端,所述辅助逆变单元用于 进行辅助逆变工作。
4.根据权利要求1所述的用于有轨电车和电动汽车智能切换充电和储能充电控制装 置,其特征在于,还包括再生制动检测控制单元, 所述总控单元再生制动检测信号输出端连接再生制动检测控制单元信号输入端,用于 控制进行再生制动信号检测。
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