CN107054094A - 弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统，可根据车辆工作状态，通过控制各开关状态，调整供电单元间的串并联结构，转换其工作方式。由充电机、辅助储能供电单元、第一储能供电单元、第二储能供电单元构成并联充电电路，为各蓄电池组充电，或者由辅助储能供电单元、第一储能供电单元、第二储能供电单元为辅助供电系统提供紧急供电；亦或者由辅助储能供电单元、辅助供电系统组成辅助供电电路，提供控制和照明用电，由第一蓄电池模组V1、第二蓄电池模组V2、牵引逆变器构成串联放电电路，为车辆提供紧急牵引用电，保证车辆安全性和旅客舒适度。

Description

弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，具体的说，涉及一种弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统。

背景技术

轨道车辆在运行过程中，因恶劣天气、高压电缆脱落、系统故障等原因都会造成列车停电。目前，列车应急电源的功率较低，仅能提供紧急情况下的控制和应急照明用电，无法满足长时间通风和空调用电的需求，更无法牵引列车驶离无电区，当弓网发生故障时，易因车厢内长时间高温、缺氧等因素造成现场混乱，存在安全隐患。

据报道，京广高铁G79发生过一次停电故障，车厢内上千人被困在车内共持续近2小时，故障发生后，车内停水停电，不能开门，车内将近40度，好几位乘客发生不良反应。据调查，该列车停电的直接原因是外部电网跨高铁220千伏高压线脱落损坏触网，触网无备用，抢修周期长，车上电池仅供控制与急照明用，容量配置没有考虑空调用电和车厢通风。

现有应急供电系统的结构见图1，图1中，供电故障发生时，通过4组并联连接的蓄电池组为辅助供电系统ACU供电，即在弓网故障时，4组蓄电池组的能量仅能为辅助供电系统ACU供电，无法为车厢空调以及牵引逆变器供电，无法保障旅客安全和舒适度。

发明内容

本发明的目的是提供一种弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统，可实现弓网故障时的辅助供电和应急牵引，保障旅客安全和舒适度。

本发明的技术方案是：一种弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统，该应急牵引系统包括充电机、第一储能供电单元、至少1只切换开关K3、至少1组第二储能供电单元和牵引逆变器，其中，充电机与第一储能供电单元、第二储能供电单元连接，各组第二储能供电单元之间并联；第一储能供电单元设有第一蓄电池模组V1和第一开关K1，第一蓄电池模组V1正极与第一开关K1串联；第二储能供电单元设有第二蓄电池模组V2、第二开关K2和第四开关K4，第二蓄电池模组V2正负极分别与第四开关K4、第二开关K2串联；切换开关K3跨接于第一蓄电池模组V1正极和第二蓄电池模组V2负极之间、以及两组相邻第二蓄电池模组V2正极与负极之间；牵引逆变器设置于第一蓄电池模组V1负极和最后一组第二蓄电池模组V2正极之间。

优选的是，该应急牵引系统进一步包括辅助储能供电单元和辅助供电系统，辅助储能供电单元与第一储能供电单元、第二储能供电单元、辅助供电系统、充电机连接，辅助储能供电单元设有蓄电池组V0。

优选的是，蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2的工作范围为DC80V～DC140V。

优选的是，蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2的工作电压为DC110V。

优选的是，蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2均采用高能量密度锂电池或高能量密度镍氢电容电池。

优选的是，第二储能供电单元共有7组，切换开关K3闭合，且第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4断开时，第一蓄电池模组V1与7组第二储能供电单元串联构成电压880V为牵引逆变器供电。

优选的是，第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4、切换开关K3均采用多触点接触器。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

1)本发明的应急牵引系统，可根据车辆工作状态，通过控制各开关状态，调整供电单元间的串并联结构，转换其工作方式。可由充电机、辅助储能供电单元、第一储能供电单元、第二储能供电单元构成并联充电电路，为各蓄电池组充电；或者由辅助储能供电单元、第一储能供电单元、第二储能供电单元并联为辅助供电系统提供紧急供电；或者由辅助储能供电单元、辅助供电系统组成辅助供电电路，提供控制和照明用电，由第一蓄电池模组V1、第二蓄电池模组V2、牵引逆变器构成串联放电电路，为车辆提供紧急牵引用电，保证车辆安全性和旅客舒适度。

2)采用高能量密度锂电池或高能量密度镍氢电容电池代替现有轨道车辆蓄电池组，即在不增加蓄电池重量和体积的前提下，充分利用现有车辆蓄电池箱和充电机资源，方便组装和使用。

附图说明

图1为现有车辆应急供电系统结构示意图；

图2为本发明的结构示意图(一)；

图3为本发明的结构示意图(二)；

图4为本发明的结构示意图(三)。

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。

实施例1

本发明公开一种弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统，能够在弓网故障时，为轨道车辆提供应急供电或将列车以较低速度牵引至就近供电臂。本发明所描述的轨道车辆包括高铁、动车、轻轨、地铁、城际列车和有轨电车。

参见图2，本发明的应急牵引系统包括充电机、第一储能供电单元、切换开关K3、第二储能供电单元和牵引逆变器。其中，充电机为本发明应急牵引系统提供动力来源，充电机与第一储能供电单元、第二储能供电单元连接。

参见图2，第一储能供电单元设有第一蓄电池模组V1和第一开关K1，第一蓄电池模组V1正极与第一开关K1串联，通过控制第一开关K1开闭，控制第一储能供电单元的通断。

第二储能供电单元设有第二蓄电池模组V2、第二开关K2和第四开关K4，第二蓄电池模组V2正负极分别与第四开关K4、第二开关K2串联；通过控制第二开关K2和第四开关K4开闭，控制第二储能供电单元的通断。

切换开关K3设置于第一蓄电池模组V1正极和第二蓄电池模组V2负极之间，通过控制切换开关K3开闭，实现第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2的串并联的电路切换。

牵引逆变器设置于第一蓄电池模组V1负极和第二蓄电池模组V2正极之间，牵引逆变器在切换开关K3闭合时，由第一蓄电池模组V1与第二蓄电池模组V2串联为其提供电能。

本发明的应急牵引系统的工作过程：

当车辆正常运行时，通过控制切换开关K3断开，同时控制第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4闭合，第一蓄电池模组V1与第二蓄电池模组V2构成并联电路，由充电机为第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2充电。

当弓网故障导致车辆停电时，通过控制切换开关K3闭合，同时控制第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4断开，第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2构成串联电路，该串联电路为牵引逆变器VVVF提供电能，以较低速度将车辆牵引至就近的供电臂，保证旅客安全。

实施例2

参见图3，本实施例的应急牵引系统与实施例1相比，区别在于：进一步包括辅助储能供电单元和辅助供电系统ACU，辅助储能供电单元与第一储能供电单元、第二储能供电单元、辅助供电系统ACU、充电机连接，辅助储能供电单元设有蓄电池组V0，蓄电池组V0采用高能量密度锂电池或高能量密度镍氢电容电池，蓄电池组V0的电压工作范围为DC80V～DC140V。

车辆正常运行时，充电机为蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2充电，或由蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2为辅助供电系统ACU供电；当弓网故障导致车辆停电时，由蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2并联为辅助供电系统ACU供电，对车辆车厢提供控制用电、应急照明用电、应急通风用电等应急用电；当弓网故障时间较长时，此时应控制切换开关K3闭合，同时控制第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4断开，蓄电池组V0为辅助供电系统ACU提供控制和照明用电，第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2构成串联电路，为车辆牵引逆变器VVVF提供应急牵引。

实施例3

本发明的应急牵引系统可包括多组第二储能供电单元和多只切换开关K3，且第二储能供电单元组数与切换开关K3的只数一致，多组第二储能供电单元之间并联连接，且两组相邻第二蓄电池模组正极与负极之间设置切换开关K3。

参见图4，本实施例的应急牵引系统具体包括充电机、辅助储能供电单元、辅助供电系统ACU、第一储能供电单元、7只切换开关K3、7组第二储能供电单元和牵引逆变器。

与实施例2相同，充电机与第一储能供电单元、第二储能供电单元、辅助供电系统ACU、辅助储能供电单元连接。第一储能供电单元设有第一蓄电池模组V1和第一开关K1，第一蓄电池模组V1正极与第一开关K1串联；辅助储能供电单元设有蓄电池组V0。

区别在于，图4中，7组第二储能供电单元组成结构相同且串联连接，每组第二储能供电单元均设有第二蓄电池模组V2、第二开关K2和第四开关K4，每组第二蓄电池模组V2的正负极分别与相应第二蓄电池模组V2的第四开关K4、相应第二蓄电池模组V2的第二开关串联K2串联。切换开关K3设置于第一蓄电池模组V1正极和第1组第二蓄电池模组V2负极之间、以及第1组第二蓄电池模组V2正极与最后1组第二蓄电池模组V2负极之间。牵引逆变器设置于第一蓄电池模组V1负极和最后1组第二蓄电池模组V2正极之间。

本实施例的应急牵引系统工作过程为：

当车辆正常运行时，控制7只切换开关K3断开，同时控制第一开关K1、7只第二开关K2、7只第四开关K4均闭合。此时，辅助储能供电单元、第一储能供电单元、7组第二储能供电单元构成并联电路，由充电机为辅助储能供电单元、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2充电。

当弓网故障导致车辆停电时，由辅助储能供电单元、第一储能供电单元、7组第二储能供电单元组成的并联电路也可为车辆辅助供电系统ACU供电，为车辆实现较长时间通风提供动力来源。

当弓网故障导致车辆较长时间停电，通过控制7只切换开关K3闭合，同时控制第一开关K1、7只第二开关K2、7只第四开关K4断开。此时，由蓄电池组V0为辅助供电系统ACU供电，对车辆车厢提供控制用电、应急照明用电、应急通风用电等应急用电。与此同时，第一蓄电池模组V1、7只切换开关K3、7组第二蓄电池模组V2构成串联电路，该串联电路为牵引逆变器VVVF提供电能，以较低速度将车辆牵引至就近的供电臂，保证旅客安全。

本实施例以蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和7组第二蓄电池模组V2的额定工作电压为DC110V为例进行说明。

当弓网故障导致车辆停电时，蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和7组第二蓄电池模组V2均以并联电压DC110V为车辆辅助供电系统ACU供电，可实现车辆的较长时间通风，避免车厢内长时间高温、缺氧等。

当弓网故障导致车辆较长时间停电时，由蓄电池组V0为辅助供电系统ACU提供工作电压DC110V电能，由第一蓄电池模组V1和7组第二蓄电池模组V2串联为牵引逆变器VVVF提供工作电压DC880V电能，为车辆提供应急牵引。

本领域技术人员可理解，为满足充放电需求，上述3个实施例中的蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2可采用高能量密度锂电池或高能量密度镍氢电容电池代替现有轨道车辆蓄电池组，即在不增加蓄电池组重量的前提下，可充分利用现有蓄电池箱和充电机。第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4、切换开关K3可采用多触点接触器。在该应急牵引系统工作过程中，第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4的工作状态相同，且切换开关K3与第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4不同时工作，以实现各蓄电池模组的串并联连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制，尽管参照前述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)

1.一种弓网故障时轨道车辆的应急牵引系统，其特征在于：该应急牵引系统包括充电机、第一储能供电单元、至少1只切换开关K3、至少1组第二储能供电单元和牵引逆变器，其中，充电机与第一储能供电单元、第二储能供电单元连接，各组第二储能供电单元之间并联；

第一储能供电单元设有第一蓄电池模组V1和第一开关K1，第一蓄电池模组V1正极与第一开关K1串联；

第二储能供电单元设有第二蓄电池模组V2、第二开关K2和第四开关K4，第二蓄电池模组V2正负极分别与第四开关K4、第二开关K2串联；

切换开关K3跨接于第一蓄电池模组V1正极和第二蓄电池模组V2负极之间、以及两组相邻第二蓄电池模组V2正极与负极之间；

牵引逆变器设置于第一蓄电池模组V1负极和最后一组第二蓄电池模组V2正极之间。

2.根据权利要求1所述的应急牵引系统，其特征在于：该应急牵引系统进一步包括辅助储能供电单元和辅助供电系统，辅助储能供电单元与第一储能供电单元、第二储能供电单元、辅助供电系统、充电机连接，辅助储能供电单元设有蓄电池组V0。

3.根据权利要求2所述的应急牵引系统，其特征在于：所述的蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2的工作范围为DC 80V～DC140V。

4.根据权利要求3所述的应急牵引系统，其特征在于：所述的蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2的工作电压为DC110V。

5.根据权利要求1所述的应急牵引系统，其特征在于：所述的蓄电池组V0、第一蓄电池模组V1和第二蓄电池模组V2均采用高能量密度锂电池或高能量密度镍氢电容电池。

6.根据权利要求3所述的应急牵引系统，其特征在于：所述的第二储能供电单元共有7组，切换开关K3闭合，且第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4断开时，第一蓄电池模组V1与7组第二储能供电单元串联构成电压880V为牵引逆变器供电。

7.根据权利要求1所述的应急牵引系统，其特征在于：所述的第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4、切换开关K3均采用多触点接触器。