CN105416072A - 无轨电车集电杆脱线判断方法和无轨电车动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无轨电车集电杆脱线判断方法和无轨电车动力系统，动力系统的其中一条输入上串设有一个二极管，动力系统还包括一个输入电压采样电路和控制器，输入电压采样电路用于采集集电杆与二极管之间的电压，控制器采样连接该输入电压采样电路。在脱线判断时，实时检测集电杆上的电压，当检测到的实际电压小于或者等于一设定电压阈值、且持续时间大于或者等于一设定的时间阈值时，确定集电杆脱线。该方法不但能够对脱线状况进行准确判断，而且，也能够防止经过绝缘区时造成的脱线的误判的情况，保证了无轨电车的正常和安全运行。

Description

无轨电车集电杆脱线判断方法和无轨电车动力系统
技术领域
本发明涉及无轨电车集电杆脱线判断方法和无轨电车动力系统，属于无轨电车安全运行技术领域。
背景技术
无轨电车作为一种传统技术，曾经在城市公共交通领域发挥过一定作用，但由于其本身缺陷，伴随着技术发展，无轨电车逐渐被燃油动力的公共交通车辆所取代。
随着环境污染和能源问题不断加剧，无轨电车以其“零排放”的优点符合新能源汽车的发展需求，越来为大众所接受。无轨电车能够满足大气污染治理需求、符合新能源汽车发展方向和技术发展需要，市场也表现出一定需求。
现有无轨电车的动力系统如图1所示，集电杆将线网中的直流电引入到无轨电车中的隔离型DC/DC的输入端，该隔离型DC/DC的输出端连接车载能源系统和高压电器系统，以供给无轨电车工作电能。其中，前端电路图如图2所示。
但无轨电车的安全性同时饱受争议，尤其是行驶中集电杆异常脱线引起的安全事故，脱线时集电杆会上升，扯断线网中的馈电引线，使此段的线网瘫痪；同时集电头可能脱落，砸到周围行驶的车辆甚至砸伤行人。
发明内容
本发明的目的是提供一种无轨电车集电杆脱线判断方法，能够对无轨电车集电杆进行脱线判断。本发明同时提供一种实施该方法的无轨电车动力系统。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种无轨电车集电杆脱线判断方法，实时检测集电杆上的电压，当检测到的实际电压小于或者等于一设定电压阈值、且持续时间大于或者等于一设定的时间阈值时，确定集电杆脱线。
在确定集电杆脱线后，进行声光报警。
所述时间阈值的设定是由绝缘杆的长度和电车通过绝缘杆的速度决定的。
一种实施上述无轨电车集电杆脱线判断方法的无轨电车动力系统，所述动力系统的其中一条输入上串设有一个二极管，所述动力系统还包括一个输入电压采样电路和控制器，所述输入电压采样电路用于采集集电杆与所述二极管之间的电压，控制器采样连接该输入电压采样电路。
所述动力系统包括隔离型DC/DC模块，所述隔离型DC/DC模块的其中一条输入线路上串设所述二极管，所述隔离型DC/DC模块两个输入端之间连接有一个电容。
隔离型DC/DC模块的一条输入线路上串设有一个取电模块，所述取电模块由一个预充电支路和一个主接线支路并联组成，所述预充电支路上串设有一个预充电开关和一个分压电阻，所述主接线支路上串设有一个主开关。
所述输入电压采样电路包括依次连接的分压模块、光电隔离模块和信号放大模块，分压模块的输入端连接所述集电杆与所述二极管之间的连接点，所述信号放大模块的输出端连接所述控制器的采样信号输入端。
所述分压模块由一个分压电阻和若干个耗能电阻串联构成，所述光电隔离模块为光电耦合器，所述信号方法模块包括一个运算放大器；所述分压电阻的两个端点输出连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端连接所述运算放大器的输入端，所述运算放大器的输出端连接所述控制器的采样信号输入端。
所述控制器控制连接一个光电报警器。
所述预充电支路上还串设有一个电感。
在对无轨电车的集电杆进行脱线检测时，由于集电杆在脱线时，其上的电压会下降，所以，设置一个电压阈值，该电压阈值小于正常情况下的电网电压，当检测到的集电杆上的电压小于或者等于该电压阈值时，表示该集电杆可能会有脱线的情况，从该时刻开始计时，当电压小于或者等于电压阈值的持续的时间大于或者等于一个时间阈值时，此时可以确定集电杆发生了脱线的情况，然后进行后续的处理。其中，时间阈值的设定是由于电车在经过绝缘区时，集电杆上没有电压，防止这一情况造成对脱线的误判。该方法不但能够对脱线状况进行准确判断，而且，也能够防止经过绝缘区时造成的脱线的误判的情况，保证了无轨电车的正常和安全运行。另外，通过实时检测脱线，防止动力系统内部电子器件与馈线寄生电感发生谐振而导致内部部件工作电压波动，严重时器件损坏的后果。
另外，利用二极管的单向导电性，使电路有了防反接保护，脱线时母线电容不会影响电压检测点之间的电压，可实现对集电杆处的电压的准确检测，进而对脱线进行准确判定；而且，该二极管能够防止在集电杆倒挂时线网对整车高压部件的冲击另外，通过该二极管可有效防止馈电线路中寄生电感与母线电容产生谐振，保护内部器件不被损坏，同时减小内部滤波电感的使用，降低滤波电感的体积及重量，降低系统成本。
附图说明
图1是现有无轨电车的动力系统的原理图；
图2是本发明提供的无轨电车动力系统的电路简易结构示意图；
图3是本发明提供的无轨电车动力系统的电路结构示意图；
图4是输入电压采样电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图2和图3所示，无轨电车动力系统包括隔离型DC/DC模块(图2中的负载包括图1中的隔离DC/DC模块、车载能源系统和高压电器系统)，在隔离型DC/DC模块的其中一条输入线路，本实施例以正极输入线路为例，该正极输入线路上串设有一个二极管D1，隔离型DC/DC模块两个输入端之间连接有一个母线电容C。该动力系统还包括一个输入电压采样电路和控制器MCU，输入电压采样电路用于采集集电杆与二极管D1之间的线路电压，即采样A、B端的电压，控制器MCU采样连接该输入电压采样电路。
利用二极管D1的单向导电性，使电路有了防反接保护，由于D1具有单向导电性，脱线时母线电容C不会影响A、B点之间的电压，可实现对集电杆处的电压的准确检测，进而对脱线进行准确判定；而且，二极管D1可作为电路中的反接保护装置，防止在集电杆倒挂时线网对整车高压部件的冲击。另外，通过二极管D1可有效防止馈电线路中寄生电感与母线电容产生谐振，保护内部器件不被损坏，同时减小内部滤波电感的使用，降低滤波电感的体积及重量，降低系统成本。
隔离型DC/DC模块的正极或者负极输入线路上，本实施例以正极输入线路为例，该线路上串设有一个取电模块(该取电模块只是一个名称，与其具体功能无关)，该取电模块由一个预充电支路和一个主接线支路并联组成，预充电支路上串设有预充电接触器K1和分压电阻R，主接线支路上串设有主接触器K2。在挂网行驶时，集电杆接触线网，电车动力系统从线网取电，上电过程中，预充电支路中的K1吸合，对电容C进行预充电；预充电完成后，闭合主接触器K2，上电完成。另外，为了防止上电时对动力系统造成冲击，该预充电支路上还串接有一个电感L。
如图4所示，输入电压采样电路包括依次连接模块1、模块2和模块3，分别是分压电路、光电耦合器和信号放大电路，分压电路的输入端连接集电杆与二极管D1之间的连接点，信号放大电路的输出端连接控制器的采样信号输入端。
具体地，分压电路由若干个电阻串联构成，其中，电阻R8作为采样电阻，其他的电阻为分压电阻，通过电阻R1-R7的串联进行母线电压的分压，采集电阻R8两端的电压，并通过电容C1对母线尖刺进行滤波处理，保证电阻R8上的分压在0-2.46V之间。分压电阻R8的两端输出连接光电耦合器的输入端，光电耦合器采用专用的光电隔离芯片，对分压电阻R8的两端电压进行电气隔离，光电耦合器的输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器对光电耦合器输出的差分电压进行放大处理，最终输出信号ADC-U，该信号输出给控制器，控制器根据采集到的实际电压信号进行判定。
另外，为了能够实现光电报警，控制器控制连接一个光电报警器。
在进行脱线判定时：
输入电压采样电路采集A、B点的电压，并将电压经过处理后传输给控制器，控制器进行判定：当实际采集的电压小于或者等于电压阈值Va时，且电压小于或者等于电压阈值Va的持续时间大于或者等于时间阈值T时，控制器判定此时集电杆脱网，控制光电报警器进行报警，同时控制电车停机，切断动力源；或者，控制器通过总线将该脱线判定信息上报给整车控制器，整车控制器一方面通过声光报警器进行报警，以提示司机，另一方面整车控制器通过CAN总线控制高压动力系统(电机)停机，电机停止工作，动力系统切断动力，避免安全事故发生。控制动力系统停机属于现有技术，这里不做赘述。
其中，电压阈值Va的设定：由于实际线网中电压波动较大，不可将电压阈值Va设置过大，同时若设置太低会加长报警时间，过大或者过小均是不可取的，可根据实际电网测量的波动幅值为参考设定电压阈值Va。
时间阈值T的设定：为防止车辆经过绝缘区时，误报警导致切断动力源从而影响正常行车，设置延迟时间T。一般绝缘杆的长度为50cm，无轨电车通过绝缘杆的速度为15Km/h至50Km/h，以最低速度15Km/h计算，通过时间t＝120ms，综合其他因素影响，设定延迟时间T为500ms。当然，该时间阈值时间T还可以根据具体情况具体设置。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无轨电车集电杆脱线判断方法，其特征在于，实时检测集电杆上的电压，当检测到的实际电压小于或者等于一设定电压阈值、且持续时间大于或者等于一设定的时间阈值时，确定集电杆脱线。
2.根据权利要求1所述的无轨电车集电杆脱线判断方法，其特征在于，在确定集电杆脱线后，进行声光报警。
3.根据权利要求1所述的无轨电车集电杆脱线判断方法，其特征在于，所述时间阈值的设定是由绝缘杆的长度和电车通过绝缘杆的速度决定的。
4.一种实施权利要求1所述无轨电车集电杆脱线判断方法的无轨电车动力系统，其特征在于，所述动力系统的其中一条输入上串设有一个二极管，所述动力系统还包括一个输入电压采样电路和控制器，所述输入电压采样电路用于采集集电杆与所述二极管之间的电压，控制器采样连接该输入电压采样电路。
5.根据权利要求4所述的无轨电车动力系统，其特征在于，所述动力系统包括隔离型DC/DC模块，所述隔离型DC/DC模块的其中一条输入线路上串设所述二极管，所述隔离型DC/DC模块两个输入端之间连接有一个电容。
6.根据权利要求5所述的无轨电车动力系统，其特征在于，隔离型DC/DC模块的一条输入线路上串设有一个取电模块，所述取电模块由一个预充电支路和一个主接线支路并联组成，所述预充电支路上串设有一个预充电开关和一个分压电阻，所述主接线支路上串设有一个主开关。
7.根据权利要求4所述的无轨电车动力系统，其特征在于，所述输入电压采样电路包括依次连接的分压模块、光电隔离模块和信号放大模块，分压模块的输入端连接所述集电杆与所述二极管之间的连接点，所述信号放大模块的输出端连接所述控制器的采样信号输入端。
8.根据权利要求7所述的无轨电车动力系统，其特征在于，所述分压模块由一个分压电阻和若干个耗能电阻串联构成，所述光电隔离模块为光电耦合器，所述信号方法模块包括一个运算放大器；所述分压电阻的两个端点输出连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端连接所述运算放大器的输入端，所述运算放大器的输出端连接所述控制器的采样信号输入端。
9.根据权利要求4所述的无轨电车动力系统，其特征在于，所述控制器控制连接一个光电报警器。
10.根据权利要求6所述的无轨电车动力系统，其特征在于，所述预充电支路上还串设有一个电感。
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