CN107031405A - 有轨电车辅助供电系统、结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能型有轨电车及其辅助供电系统和控制方法，包括太阳能光伏板、控制单元和空调单元，所述控制单元包括第一电流检测器、第二电流检测器和控制器；所述第一电流检测器分别电连接所述太阳能光伏板和控制器，所述第二电流检测器分别电连接控制器和所述空调单元；所述太阳能光伏板、所述控制器和所述空调单元依次电连接。通过控制器对光伏电能的有效利用，增加了现有电容电池的使用时间，节约了电能，使电车在现有电池容量的情况下可以跑更远的距离。

Description

有轨电车辅助供电系统、结构及其控制方法

技术领域

本发明属于一种利用光伏板发电给有轨电车辅助供电的供电系统及其控制方法，具体涉及一种利用铺设在有轨电车顶部的光伏板发电，给有轨电车空调单元供电机进行的方法。

背景技术

现在全国很多城市兴起了建设城市有轨电车的潮流，部分城市以及开始在试运行，比如沈阳、成都等地，而国外早就有轨电车在投入使用了。相比地铁，有轨电车成本低，绿色环保，运行车道可共享等优点，得到了大力的推广。

有轨电车都是电驱动，属于零排放，但有轨电车的电能都来源于电厂，有的是环保的水电厂，有的就是有污染的火电厂。如果有轨电车的电源来源于火电厂，那么就不能严格说有轨电车是环保型。现在为了推行环保节能型交通方式，有轨电车的电能如果全部来源于发电厂就不成称之为节能，只能是环保，因此人们把目光投向太阳能，目前以及有很多人申请了太阳能和轨道交通相结合的专利。

据检索，如专利号为CN200810029361.3名称为“太阳能轨道电车及其驱动运行方法”的中国专利。该专利是利用将光伏板铺设在地面的钢轨上，利用光伏所产生电能，以驱动电车运行。但是如果将光伏板铺设在钢轨上，那么有轨电车的运行路线就不能和其他车辆共享了，而且申请者也明确表示，目前的太阳能四轮电动车由于技术、功率和结构限制，还不能在城市运行，属于一种目前还不能实现的技术。

现在的有轨电车发展趋势是无接触网供电，我国研发采用电容电池供电的城市有轨电车。但是由于现有电容电池技术受限，而有轨电车的全部电能都来源于电容电池，因此蓄电池所提供的电能并不能供电车在单次充电的情况下长距离运行；如果有其他辅助电源对有轨电车部分附属设备进行供电，那节约的电能可以继续用于有轨电车的电机驱动，这样可以使有轨电车在单次充电后运行更远的距离。

鉴于上述状况，有必要研发一种能够在现有技术上能快速投入，又不对现有车型做较大整改的节能型有轨电车辅助供电系统。

发明内容

本发明的目的是提供一套安装在有轨电车顶部的光伏板作为有轨电车的辅助电源，对有轨电车(以四模块有轨电车为例)的空调单元(属于变频空调，具体包括加热单元，制冷单元，换气单元)进行供电的辅助供电系统。

相比以前的设计，四模块有轨电车只有一个或者两个空调系统，由于四模块车厢长度较长，为给整个车厢加热、制温和换气，空调单元耗功率都很大，本发明将总的空调单元换成四个小的空调单元(每个小的空调单元都包括空调制冷单元、空调加热单元、空调换气单元)；且四个小空调单元的总功率也小于一个大空调单元的功率，以达到节能效果；

刚刚启动时，四个空调单元都需要快速运行，光伏板发电量达不到空调运行要求，采用电容电池供电，光伏板所发电能可对已经使用的电容电池进行供电；当车厢内部温度达到设定标准后，变频空调工作功率下降；这时当光伏板发电功率大于某个单个空调单元耗电功率时，这个空调单元自动接入光伏板供电；当光伏板发电功率大于多个空调单元耗电功率的总和时，其他空调单元也自动接入光伏板供电，从而可以最大限度的利用太阳能。

为达到更好的节能效果，把空调单元的工作模式分为春秋模式，夏季模式和冬季模式；同时又增加了更简单的检测系统。

一种有轨电车辅助供电系统、结构及其控制方法，包括车厢，铝合金基板，光伏板，电容电池，空调加热单元，空调制冷单元，空调换气单元，导热管，转向架，电机散热装置，气体过滤装置，控制器，电流检测装置。

所述的铝合金基板安装在有轨电车车厢外面顶部；所述光伏板安装在铝合金基板上；所述电容电池安装在车厢下端；所述空调加热单元安装在车厢内部顶部；所述空调制冷单元安装在车厢内部顶部；所述空调换气单元安装在车厢内部顶部；所述电流检查装置安装在车厢内部顶部和驾驶室；所述转向架安装在车厢底部；所述电机散热装置安装在转向架上；所述导热管安装在车厢底部；所述气体过滤装置安装在导热管内部；所述控制器安装在驾驶室内。

所述铝合金框架与车厢顶部连接，用螺栓固定；框架采用弯曲结构框架，弯曲弧度和有轨电车顶部一致，这样可以增加光伏板安装面积，从而增加功率，也可以使光伏板与车厢紧密贴合，减少风阻系数。

所述光伏板用螺栓与铝合金基板固定，保证有轨电车运行时车顶光伏板的稳定性；部分光伏板采用曲面板，方便与弯曲的铝合金框架安装。

所述空调加热单元，安装在每节车厢内部顶部，四模块有轨电车共安装四个加热单元。

所述空调制冷单元，安装在每节车厢内部顶部，四模块有轨电车共安装四个制冷单元。

所述空调换气单元，安装在每节车厢内部顶部，四模块有轨电车共安装四个换气单元。

所述电流检测装置，分为第一电流检测装置和第二电流检测装置，分别安装在驾驶室和车厢内部顶部；驾驶室安装一个，其他的安装在每个车厢内部顶部，四个车厢安装四个电流检测装置，四模块有轨电车共安装5个。

所述电容电池，所述转向架，所述电机散热器安装位置和安装方式均与原设计保持不变。

所述导热管安装在车厢底部，一端连接电机散热装置，另一端连接车厢内部，每个车厢安装一副导管，共四副；在需要对车厢加热时，可以把电机运行时产生的热量用电机散热器带出来，再用导热管引入车厢，以达到对车厢的加热的目的。

所述气体过滤装置安装在导热管内部，对电机散热装置带出来的气体进行异味过滤。

所述控制器安装在主驾驶室，方便驾驶员选择不同控制模式。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的结构图；

图2是功能控制图。

图中：

1-车厢，2-铝合金框架，3-光伏板，4-电容电池，5-空调加热单元，6-空调制冷单元，7-空调换气单元，8-导热管，9-转向架，10-电机散热装置，11-气体过滤装置，12-控制器，13-(第一、第二)电流检测装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步描述。

请参照图1和图2：

本发明提供一种节能型有轨电车及其辅助供电系统和控制方法，具体包括车厢1，铝合金框架2，光伏板3，电容电池4，空调加热单元5，空调制冷单元6，空调换气单元7，导热管8，转向架9，电机散热装置10，气体过滤装置11，控制器12，电流检测装置13；所述的铝合金框架2安装在有轨电车车厢1外面顶部；所述光伏板3安装在铝合金框架2上；所述电容电池4安装在有轨电车车厢下端；所述空调加热单元5安装在车厢1的内部顶部；所述空调制冷单元6安装在车厢1的内部顶部；所述空调换气单元7安装在车厢1的内部顶部；所述转向架9安装在车厢1的底部；所述电机散热装置10安装在转向架9上；所述导热管8安装在车厢1的底部；所述气体过滤装置11安装在导热管8内部；所述控制器12安装在驾驶室内；所述电流检测装置13安装在车厢内部顶部和驾驶室内。

所述铝合金框架2与车厢1顶部连接，用螺栓固定，铝合金框架2采用曲线框架，弯曲量和有轨电车厢1的顶部一致，这样可以增加光伏板安装面积，从而增加功率，也可以减少风阻系数。

所述光伏板3用螺栓与铝合金框架2固定，选用其尺寸为1580mm*808mm*50mm的光伏板，功率为200W，有轨电车(以4模块长度为例)车组长36548mm，宽2650mm。考虑裕量，车顶圆弧安装后，可用车顶长为32000mm，宽为2800mm，总共可以安装太阳能电池板63块，可获得功率大小为12.6KW的光伏板电池；光伏板2与控制器12相连，通过控制器12对光伏板2发的电量进行集中分配。并且所述第一电流检测装置分别电连接所述太阳能光伏板和控制器，所述第二电流检测装置分别电连接控制器和所述空调单元；所述太阳能光伏板、所述控制器和所述空调单元依次电连接。所述电容电池、所述控制器、所述空调单元依次电连接；所述电容电池与所述太阳能光伏板并联。

所述空调加热单元5，安装在每节车厢1内部顶部，四模块有轨电车共安装四个空调加热单元，编号分别为T1A、T2A、T3A、T4A。

所述空调制冷单元6，安装在每节车厢1内部顶部，四模块有轨电车共安装四个空调制冷单元，编号为T1B、T2B、T3B、T4B。

所述空调换气单元7，安装在每节车厢1内部顶部，四模块有轨电车共安装四个空调换气单元，编号为T1C、T2C、T3C、T4C。

所述电流检测装置13，其中四个安装在每节车厢内部顶部，驾驶室安装一个，共计5个，标号分别是T0、TA、TB、TC、TD；T0安装在驾驶室，为第一电流检测装置，用以检测光伏板3的瞬间电流；TA、TB、TC、TD分别安装在四个车厢1的四个空调单元和控制器12之间，为第二电流检测装置，分别检测每个车厢的空调单元的瞬间电流值。

由于需要对空调单元瞬时耗电功率和光伏板3瞬时发电功率进行检测，来决定切换供电顺序，因此如果使用功率检测仪来检测，成本较高，安装复杂，控制也不是很方便；但是由于光伏板3和空调单元的电压值变化不大，变化的是电流值，我们可以用电流检测装置13来检测其瞬间电流值，加上已知的电压值，就可以获得其瞬间耗电功率值和瞬间发电功率值。

所述电容电池4，所述转向架9，所述电机散热器10安装位置和安装方式均与现有设计保持不变。

所述导热管8安装在所述车厢1下部，一端连接电机散热装置10，另一端连接车厢1内部；每节车厢1安装一副导热管8，共记四副；在需要对车厢1加热时，可以把电机运行时产生的热量用电机散热器10导出，用导热管8引入车厢1，达到对车厢1加热的目的。

所述气体过滤装置11安装在导热管9内部，对电机散热装置10导出的气体进行异味过滤。

所述控制器12安装在主车厢1内部的驾驶室里，方便驾驶员选择不同运行模式。

工作原理

早上或者晚上无光照或光照不足时，光伏板3不产生电量或者电量微弱，则由电容电池4对空调单元进行供电；如果光伏板3的发电功率大于200W，则可以对对已经使用的电容电池4进行充电。

空调单元刚刚启动时，需要全负荷运转，由电容电池4供电；随着温度接近设定温度值，空调单元运行功率开始下降；随着光照的增强，光伏板3的发电功率增加，当某个空调单元瞬间耗电功率小于或者等于光伏板3发电功率的80％时，控制器12自动切换，这个空调单元由光伏板供电，而剩下的还是电容电池供电；随着光照增强，光伏板3发电功率继续增加，或其他空调单元运行功率下降，剩余的某个空调单元耗电功率与之前已转换为光伏板供电的空调单元耗电功率的和，小于或等于光伏板3发电功率的80％时，第二个空调单元也自动接入光伏板3供电；第三个空调单元接入条件是与前面两个已接入光伏板供电空调单元的功率的和小于或等于光伏板3发电功率的80％；同理，第四个空调单元接入的条件是它的耗电功率与前面三个空调单元耗电功率的和小于或者等于光伏板发电功率的80％。

四个空调单元供电切换没有优先级，谁先达到切换标注，谁就先切换。

如果光照下降，在四个空调单元都在由光伏板供电时，任意某个空调单元耗电功率最先超过光伏板3发电功率的25％，则这个空调单元先接入电容电池供电；如果是三个空调单元由光伏板3供电，就以超过光伏板发电总功率的35％作为切换值；两个空调单元就以光伏板3发电功率的50％作为切换值。

由于一年四季光照不同，温度不同，所以空调单元以三种不同模式(春秋模式，夏天模式，冬天模式)运行，以达到最佳节能效果；运行模式的选择由驾驶员决定，通过控制器12执行，具体如下：

春秋模式：

在春秋季节时，光照强度不大，虽然发电量较小，但气温合适，不需要格外的制冷或加热，仅需对车厢1内部进行换气即可，耗电功率小，光伏板3发电量通常足够空调换气单元使用。

夏天模式：

夏季温度高，需要制冷，耗电量大，但夏天光照强；刚刚开始时，空调单元满负荷运行，用电容电池供电，随着空调的开启，温度下降，变频空调运行功率下降，在白天光照充足时，光伏板3发电量通常足够满足单个或者多个空调单元使用。

冬季模式：

冬季温度低，需要加热，驾驶员通过控制器12手动启动加热模式；导热管最先打开，将电机的热量送入车厢，对车厢加热，导热管用电一直用电容电池提供；如果气温还不够，则空调加热单元开始工作；随着空调的开启，温度下降，变频空调运行功率下降，在白天光照充足时，光伏板3发电量通常足够满足空调单元使用。

Claims (6)

1.一种有轨电车辅助供电系统、结构、及其控制方法，其特征在于包括光伏板、控制单元和空调单元，所述控制单元包括第一电流检测器、第二电流检测器和控制器；所述第一电流检测器分别电连接所述太阳能光伏板和控制器，所述第二电流检测器分别电连接控制器和所述空调单元；所述太阳能光伏板、所述控制器和所述空调单元依次电连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能型有轨电车辅助供电系统，其特征在于还包括电容电池，所述电容电池、所述控制器、所述空调单元依次电连接；所述电容电池与所述太阳能光伏板并联。

3.根据权利要求2所述的一种节能型有轨电车辅助供电系统，其特征在于所述空调单元设置在每一个车厢。

4.根据权利要求3所述的一种节能型有轨电车辅助供电系统，其特征在于所述控制器设置在住车厢驾驶室。

5.一种有轨电车辅助供电系统、结构、及其控制方法，包括权利要求2所述的一种有轨电车辅助供电系统，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：①检测太阳能光伏板产生的功率值；②检测单个空调单元的功率值；③若步骤①值的80％≥n个(n≥N*)步骤②值的和，则用太阳能光伏板产生的电能直接给N*个空调单元供电；④如果四个空调单元都由光伏板供电，若任意某个步骤②的值≥步骤①值的25％，则这个空调单元切换为电容电池供电；⑤如果是三个空调单元由光伏板供电，若任意某个步骤②的值≥步骤①值的35％，则这个空调单元切换为电容电池供电；⑥如果是两个空调单元由光伏板供电，若任意某个步骤②的值≥步骤①值的50％，则这个空调单元切换为电容电池供电；⑦若步骤值②的值＞步骤①的值≥200W，则用光伏板对已经使用的电容电池进行充电。

6.一种节能型有轨电车，包括权利要求3所述有轨电车辅助供电系统控制方法，其特征在于，还包括车厢、转向架、电机散热装置、导热管和气体过滤装置；所述转向架设置在车厢底部，所述电机设置在转向架上，所述导热管一端连接在转向架上，一端连通车厢内部，诉述气体过滤装置设置在导热管内部。