CN105523050B - 城轨车辆的混合动力供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城轨车辆的混合动力供电系统，在设置电能传输组件的区域采用基站电源作为动力电源，在没有设置电能传输组件的区域，采用电容作为动力电源，实现了非接触式电能传输技术与电容的混合动力，电源和负载之间通过非机械连接的方式传输电能，并能在不方便铺设电能传输设备的无电区为车辆提供稳定的动力，使车辆的供电连续，保证车辆的运行；同时，由于完全使用电能和电磁能为车辆提供动力，因此本实施例提供的城轨车辆的混合动力供电系统，既可以在正常的环境下工作，也可以在易燃易爆等特殊环境下工作，并且在工作过程中不会产生对环境造成污染的废气，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力技术领域，尤其涉及一种城轨车辆的混合动力供电系统。
背景技术
混合动力是指需要两种以上的电源进行供电的车辆，在城市轨道交通行业，通常使用的混合动力供电技术包括：内燃动力和蓄电池混合动力供电技术，供电网和超级电容混合动力供电技术。
内燃动力和蓄电池混合动力供电技术是一种油电混合技术，如图1所示，由柴油机发电机组发出三相交流电，该三相交流电经过整流器整流后输出直流电，由于蓄电池组的输出电压在加载过程中会逐渐降低，因此蓄电池组的输出需要经过直流/直流(DC/DC)模块转换成满足逆变器输入要求的直流电，整流器输出的直流电与DC/DC输出的直流电并联输出作为直流母线电压，经由逆变器将直流母线电压逆变成三相交流电带动电机旋转从而带动机车前进。
供电网与超级电容混合动力供电技术目前已应用在轻轨车辆上，如图2所示，超级电容的输出经过DC/DC模块转换成满足逆变器输入要求的直流电，将供电网与DC/DC的输出直流电并联作为逆变器的直流母线电压，经由逆变器将直流母线电压逆变成三相交流电带动电机旋转从而带动机车前进。
对于上述现有技术，柴油机发电机组在工作过程中会产生巨大的噪声，以及大量的浓烟和废气，会对环境造成污染，并且蓄电池组的充电速度慢；而供电网供电通常采用受电弓的方式取电，由于受电弓的头部为碳刷，与供电网摩擦取电的过程中会产生火花，在易燃易爆的特殊场合极易引发事故。
发明内容
本发明提供一种城轨车辆的混合动力供电系统，以实现非接触式电能传输技术与电容的混合动力，电源和负载之间通过非机械连接的方式传输电能，并能在不方便铺设电能传输设备的无电区为车辆提供稳定的动力，使车辆的供电连续，保证车辆的运行。
本发明提供一种城轨车辆的混合动力供电系统，包括逆变器，以及与所述逆变器连接的电机，还包括：电能传输装置以及电容装置；
其中，所述电能传输装置包括电能传输组件以及整流器；所述电能传输组件用于通过非接触式电能传输技术从基站电源接收电能，并将接收到的电能输入所述整流器；所述整流器用于对电能进行转换，并将转换后的电能输入至所述逆变器；
所述电容装置包括电容，以及与所述电容连接的直流-直流转换器；所述电容用于通过所述直流-直流转换器获取电能，并存储获取到的电能，或者用于将存储的电能输出至所述直流-直流转换器；所述直流-直流转换器用于对电能进行转换，并将转换后的电能输入至所述逆变器。
如上所述的城轨车辆的混合动力供电系统，其中，所述非接触式电能传输技术包括电磁耦合技术。
如上所述的城轨车辆的混合动力供电系统，其中，所述电能传输组件包括电能发射板和电能接收板；所述电能发射板安装在城轨车辆轨道中间的地面，所述电能接收板安装在所述城轨车辆上；所述电能发射板将所述基站电源的电能电磁耦合至所述电能接收板。
如上所述的城轨车辆的混合动力供电系统，其中，所述城轨车辆处于牵引状态时，在设置所述基站电源的区域，所述电容用于依次通过所述直流-直流转换器、所述整流器以及所述电能传输组件，从所述基站电源获取电能，并存储获取到的电能；或者，
所述城轨车辆处于牵引状态时，在没有设置所述基站电源的区域，所述电容用于将存储的电能输出至所述直流-直流转换器。
如上所述的城轨车辆的混合动力供电系统，其中，在所述城轨车辆处于制动状态时，所述电容用于依次通过所述直流-直流转换器以及所述逆变器，从所述电机获取电能，并存储获取到的电能。
本发明提供的城轨车辆的混合动力供电系统，在设置电能传输组件的区域采用基站电源作为动力电源，在没有设置电能传输组件的区域，采用电容作为动力电源，实现了非接触式电能传输技术与电容的混合动力，电源和负载之间通过非机械连接的方式传输电能，并能在不方便铺设电能传输设备的无电区为车辆提供稳定的动力，使车辆的供电连续，保证车辆的运行；同时，由于完全使用电能和电磁能为车辆提供动力，因此本实施例提供的城轨车辆的混合动力供电系统，既可以在正常的环境下工作，也可以在易燃易爆等特殊环境下工作，并且在工作过程中不会产生对环境造成污染的废气，节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中内燃动力和蓄电池混合动力供电技术的原理示意图；
图2为现有技术中供电网与超级电容混合动力供电技术的原理示意图；
图3为本发明城轨车辆的混合动力供电系统实施例的原理示意图；
图4为本发明城轨车辆的混合动力供电系统实施例的应用示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
图3为本发明城轨车辆的混合动力供电系统实施例的原理示意图。如图3所示，本实施例提供的城轨车辆的混合动力供电系统可以包括逆变器，以及与所述逆变器连接的电机，还包括：电能传输装置以及电容装置；
其中，所述电能传输装置包括电能传输组件以及整流器；所述电能传输组件用于通过非接触式电能传输技术从基站电源接收电能，并将接收到的电能输入所述整流器；所述整流器用于对电能进行转换，并将转换后的电能输入至所述逆变器；
所述电容装置包括电容，以及与所述电容连接的直流-直流转换器；所述电容用于通过所述直流-直流转换器获取电能，并存储获取到的电能，或者用于将存储的电能输出至所述直流-直流转换器；所述直流-直流转换器用于对电能进行转换，并将转换后的电能输入至所述逆变器。
具体的，所述非接触式电能传输技术包括电磁耦合技术；本实施例中，通过将耦合器的磁路分开，即，将初级绕组和次级绕组分别绕在不同的铁心上，从而实现电源和负载之间，即基站电源和电能传输装置之间的非机械连接的电磁能量传输。
在实际应用中，基站电源提供三相交流电到电能传输组件的初级绕组，初级绕组与次级绕组之间通过电磁耦合传输电能，次级绕组输出的三相交流电经过整流器转换成直流电后，输出至逆变器，逆变器将直流电逆变成三相可控的交流电带动电机旋转，从而带动城轨车辆前进；或者，由电容经过直流-直流转换器输出直流电至逆变器，由逆变器将直流电逆变成三相可控的交流电带动电机旋转，从而带动城轨车辆前进。
本实施例中，所述电能传输组件具体可以包括电能发射板和电能接收板；所述电能发射板安装在城轨车辆轨道中间的地面，所述电能接收板安装在所述城轨车辆上；所述电能发射板将所述基站电源的电能电磁耦合至所述电能接收板。
具体的，所述城轨车辆处于牵引状态时，在设置所述基站电源的区域，所述电容用于依次通过所述直流-直流转换器、所述整流器以及所述电能传输组件，从所述基站电源获取电能，并存储获取到的电能；或者，所述城轨车辆处于牵引状态时，在没有设置所述基站电源的区域，所述电容用于将存储的电能输出至所述直流-直流转换器；在所述城轨车辆处于制动状态时，所述电容用于依次通过所述直流-直流转换器以及所述逆变器，从所述电机获取电能，并存储获取到的电能。
需要说明的是，本实施例中的电容，可以是超级电容，超级电容实质上就是电容值比较大的电容，可以充电也可以放电，并且超级电容的特性是，充电速度非常快，可能在数秒内即可充满。
参照图4，对本实施例的城轨车辆的混合动力供电系统进行详细说明。
在实际应用中，基站电源可以将三相50Hz 380V的交流电转换成高频交流电，电能发射板再将高频交流电耦合到电能接收板，电能接收板再将交流电传递到整流器，经过整流器整流后输出750V直流电压，为逆变器、电机、直流-直流转换器以及超级电容供电；在没有电能发射板的情况下，由超级电容经过直流-直流转换器将电能转换后为逆变器和电机供电，使供电连续，保证车辆的运行。
在本实施例提供的系统中，采用非接触式电能传输技术和超级电容技术的混合动力相结合，实现了电源与负载之间的非机械连接的电磁能量传递，并通过使用超级电容保证了供电的连续。
在应用本实施例提供的城轨车辆的混合动力供电系统时，若城轨车辆行驶在设置有电能传输组件的区域且城轨车辆处于牵引状态时，由电能传输组件作为城轨车辆的动力电源；若城轨车辆行驶在没有设置电能传输组件的区域且城轨车辆处于牵引状态时，由电容作为城轨车辆的动力电源；不论是在设置有电能传输组件的区域，还是在没有设置电能传输组建的区域，当城轨车辆处于制动状态时，都采用电容存储制动能量，即，将电机的机械能转换为电能给电容进行存储，当电容的电能达到存储极限时，转换为常规制动，即，由制动电阻将制动产生的电能以发热的形式消耗掉。
本实施例的技术方案，在设置电能传输组件的区域采用基站电源作为动力电源，在没有设置电能传输组件的区域，采用电容作为动力电源，实现了非接触式电能传输技术与电容的混合动力，电源和负载之间通过非机械连接的方式传输电能，并能在不方便铺设电能传输设备的无电区为车辆提供稳定的动力，使车辆的供电连续，保证车辆的运行；同时，由于完全使用电能和电磁能为车辆提供动力，因此本实施例提供的城轨车辆的混合动力供电系统，既可以在正常的环境下工作，也可以在易燃易爆等特殊环境下工作，并且在工作过程中不会产生对环境造成污染的废弃，节能环保。
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 (4)
1.一种城轨车辆的混合动力供电系统，包括逆变器，以及与所述逆变器连接的电机，其特征在于，还包括：电能传输装置以及电容装置；
其中，所述电能传输装置包括电能传输组件以及整流器；所述电能传输组件用于通过非接触式电能传输技术从基站电源接收电能，并将接收到的电能输入所述整流器；所述整流器用于对电能进行转换，并将转换后的电能输入至所述逆变器；
所述电容装置包括电容，以及与所述电容连接的直流-直流转换器；所述电容用于通过所述直流-直流转换器获取电能，并存储获取到的电能，或者用于将存储的电能输出至所述直流-直流转换器；所述直流-直流转换器用于对电能进行转换，并将转换后的电能输入至所述逆变器；
在所述城轨车辆处于制动状态时，所述电容用于依次通过所述直流-直流转换器以及所述逆变器，从所述电机获取电能，并存储获取到的电能；
当所述电容内的电能达到极限时，制动电阻消耗所述电机获取的电能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述非接触式电能传输技术包括电磁耦合技术。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电能传输组件包括电能发射板和电能接收板；所述电能发射板安装在城轨车辆轨道中间的地面，所述电能接收板安装在所述城轨车辆上；所述电能发射板将所述基站电源的电能电磁耦合至所述电能接收板。
4.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述城轨车辆处于牵引状态时，在设置所述基站电源的区域，所述电容用于依次通过所述直流-直流转换器、所述整流器以及所述电能传输组件，从所述基站电源获取电能，并存储获取到的电能；或者，
所述城轨车辆处于牵引状态时，在没有设置所述基站电源的区域，所述电容用于将存储的电能输出至所述直流-直流转换器。
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