CN109103980B - 一种轨道车辆太阳能供电控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轨道车辆太阳能供电控制电路，包括太阳能控制器、接触器和启动按钮，太阳能控制器的输出端经二极管与直流负载相连，蓄电池与车辆逆变器的充电机相连，蓄电池的负极与充电机的正极输出端之间设置有启动回路，接触器和启动按钮串联在该启动回路内，充电机的正极输出端经二极管与直流负载相连，充电机与太阳能控制器之间设置有控制回路，接触器具有控制常开触点和供电常开触点，控制常开触点串联入该控制回路，供电常开触点串联接入充电机与直流负载之间。本发明电路实现了充电机和太阳能并网供电的逻辑控制。本发明不但可以减少对供电接触网的需求，节约运营成本；同时还可以积极响应国家节能减排政策，有效推动我国可再生能源的发展。

Description

一种轨道车辆太阳能供电控制电路
技术领域
本发明涉及城市轨道有轨车辆太阳能供电逻辑控制电路，属于城市轨道有轨车辆辅助供电系统领域。
背景技术
现有的有轨电车中，车辆基本上运营在户外，且车辆运营时间比较长，运营过程中车辆受太阳能光照时间比较长（正常情况下光照时间大概为10个小时左右），在阳光比较充足的夏季车辆车顶温度可以达到50℃以上。有轨电车车顶面积较大，然而目前国内有轨车辆本身却没有一套用于将太阳能转化为电能的供电系统。
目前澳大利亚拜伦湾火车采用太阳能供电装置，通过车顶安装的太阳能电池板将太阳能转化为电能用于车辆的牵引。在太阳能供电不足的情况下，通过Green Power来给车辆充电。车辆牵引所需要的牵引力很大，牵引功率也很大，需要的储能很大，但是因车顶空间有限，可以安装的太阳能板的面积有限，若将太阳能发电用于车辆牵引，电能远远不足。需要额外考虑其他的供电方式，目前澳大利亚拜伦湾火车采用Green Power来给车辆充电，已备在光照不充足的情况下给车辆牵引提供供电。然而，若要通过该方案，还需要额外布置Green Power充电装置，在成本上非常的高昂。
发明内容
本发明的目的主要是针对上述现有技术的问题，提供一种轨道车辆太阳能供电控制电路,将太阳能转化为电能，与车辆充电机实现并网供电为轻轨车辆的相关负载（本发明中为客室正常照明）提供绿色、环保、无污染的电能。实现在任何日照情况下，充电机和太阳能供电处于一个动态平衡的状态，保证了客室正常照明的正常工作。
为了解决以上技术问题，本发明提供的轨道车辆太阳能供电控制电路，包括太阳能控制器、接触器和启动按钮，所述太阳能控制器的输入端连接太阳能电池板, 太阳能控制器的输出端经二极管与直流负载相连，蓄电池与车辆逆变器的充电机相连，蓄电池的负极与充电机的正极输出端之间设置有启动回路，接触器和启动按钮串联在该启动回路内，充电机的正极输出端经二极管与直流负载相连，充电机与太阳能控制器之间设置有控制回路，接触器具有控制常开触点和供电常开触点，所述控制常开触点串联入该控制回路，供电常开触点串联接入充电机与直流负载之间。
进一步的，所述太阳能控制器实时计算当前输出功率，当太阳能组件提供的最大功率低于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整输出电压，使输出电压降低到和充电机输出电压相当；当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率或者与直流负载所需要的功率相当，直流负载消耗功率全部由太阳能提供，太阳能控制器调整输出电压，使其比充电机输出电压高1.5-2.5V。
此外，本发明还提出一种轨道车辆的照明负载太阳能供电控制方法，其特征在于，使用上述轨道车辆太阳能供电控制电路实现，所述太阳能控制器实时计算当前输出功率，当太阳能组件提供的最大功率低于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整输出电压，使输出电压降低到和充电机输出电压相当；当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率或者与直流负载所需要的功率相当，直流负载消耗功率全部由太阳能提供，太阳能控制器调整输出电压，使其比充电机输出电压高1.5-2.5V；当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整太阳能组件的输出功率，降低至与直流负载所需要的功率相当。
另外，本发明还涉及一种轨道车辆，其特征在于：具有上述的轨道车辆太阳能供电控制电路。
本发明响应节能减排号召，在有轨电车顶部布置太阳能组件，利用太阳能组件产生绿色环保的电能供电给车内正常照明，该方案在国内轻轨车辆上第一次使用，方案需要根据客室正常照明负载功率大小确定太阳能板的容量。且，为了充分利用太阳能组件产生的电能，系统需保证，光照充足的情况下，客室正常照明供电由太阳能供电系统实现；当没有光照时（夜间行驶时），此时客室正常照明供电由车辆充电机提供；当光照不充足时（阴雨天行驶时），优先由太阳能供电系统为客室正常照明供电，若太阳能组件储能不足时，此时由充电机供电给客室正常照明，即在任何工况下，充电机和太阳能供电处于一个动态平衡的状态，从而确保客室正常照明始终处于正常工作状态。
本发明电路实现了充电机和太阳能并网供电的逻辑控制，确保光照充足的情况下，客室正常照明供电由太阳能供电系统实现；当没有光照时由车辆充电机提供；当光照不充足时由太阳能供电系统为客室正常照明供电，若太阳能组件储能不足时，此时由充电机供电给客室正常照明，确保在任何工况下，充电机和太阳能供电处于一个动态平衡的状态，保证了客室正常照明的正常工作。
本发明不但可以减少对供电接触网的需求，节约运营成本；同时还可以积极响应国家节能减排政策，有效推动我国可再生能源的发展。
附图说明
图1是本发明轨道车辆太阳能供电控制电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做解释说明。
现有的有轨电车中，车辆顶部安装有受电弓、避雷器、熔断器箱、空调机组、天线等设备，根据测量可知用于安装太阳能板的面积大概为8m2（长4米，宽2米）。太阳能组件选用3块外形尺寸为：1950mm*990mm的单晶片单晶硅太阳硅，单块的额定输出功率达到325W，整个车顶采用3块太阳能组件并联输入给MPPT控制单元，经过MPPT变换后提供给正常照明供电，不考虑损耗。整个车顶额定输出功率达到975W。
轻轨车辆中，按照输出特性，负载主要包括：AC380V的负载，AC72V负载，AC220V负载，DC24V负载。考虑到能源利用的最大化（根据太阳能板的额定输出功率选择合适的负载）；考虑到方案的简单化和低成本化（太阳能输出的电源为直流电源，因此考虑为车辆直流负载供电，即选择供电设备为DC24V负载）；经过筛选考虑为车辆正常照明负载供电，负载功率约为600W。
如图1所示，为本实施例轨道车辆太阳能供电控制电路，包括太阳能控制器MPPT、接触器K10和启动按钮S10，太阳能控制器MPPT的输入端连接太阳能电池板Solar Plate1、Solar Plate2、Solar Plate3, 太阳能控制器MPPT的输出端分别经二极管D1、D2、D3与照明负载Normal Light1、Normal Light2、Normal Light3相连，蓄电池Battery与车辆逆变器的充电机Battery Charger相连，蓄电池Battery的负极与充电机Battery Charger的正极输出端之间设置有启动回路，接触器K10和启动按钮S10串联在该启动回路内，充电机BatteryCharger的正极输出端经二极管D4与照明负载Normal Light1、Normal Light2、NormalLight3相连，充电机Battery Charger与太阳能控制器MPPT之间设置有控制回路，接触器K10具有控制常开触点K10-4、和供电常开触点K10-1、K10-2、K10-3，控制常开触点K10-4串联入该控制回路，供电常开触点K10-1、K10-2、K10-3则串联接入充电机与直流负载之间。具体的，二极管D4的正极与充电机Battery Charger的正极输出端连接，二极管D4的负极经控制常开触点K10-4连接太阳能控制器的启动控制端口，同时二极管D4的负极分别经供电常开触点K10-1、K10-2、K10-3连接照明负载Normal Light1、Normal Light2、Normal Light3。如图1所示，控制回路中还串联接入有断路器F10，其作用为限流保护。
太阳能板产生的电能（最大输入电压：DC50V,电压波动范围：DC30V～DC50V）经过MPPT（内含DCDC模块）转成DC24V电压（输出电压范围：DC19V～DC30V），通过二极管D1,D2,D3给正常照明供电，车上原有的充电机通过D4给正常照明负载供电,确保两种供电之间不会出现交叉供电的情况。
客室正常照明的输入控制由接触器K10的辅助触点来控制，通过按钮S10控制接触器K10线圈的得电与失电，从而控制K10的辅助触点的通断，最终控制客室正常照明的输入的通断。
太阳能控制器MPPT的控制输入由接触器K10的辅助触点来控制，从而确保当车辆停运以后，若车辆仍然处于暴晒下，太阳能控制器MPPT因没有控制输入，而不工作。只有在S10启动按钮被按下，太阳能控制器MPPT才会工作。
本实施例中，太阳能控制器MPPT为含有电源管理模块DCDC的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking）太阳能控制器。MPPT控制系统实时采集输出端口电压，以及输出给照明的电流，MPPT控制单元实时计算当前输出功率，根据当前功率和上次功率的大小，提高或者降低端口电压，这时候MPPT输出给照明负载的电流及功率也随之改变，直至输出功率达到最大，这时候太阳能组件的输出功率为最大，太阳能的利用效率最高。
当太阳能组件提供的最大功率低于照明负载所需要的功率，太阳能控制器调整输出电压，使输出电压降低到和充电机输出电压相当；这种情况下，太阳能和充电机一起给照明负载供电。
当太阳能组件提供的最大功率高于照明负载所需要的功率时，照明负载消耗功率全部由太阳能提供，太阳能控制器MPPT将会调整输出电压，使其比充电机输出电压高1.5-2.5V，修正光伏输出功率。这种工况下，太阳能组件输出部分功率供给正常照明系统供电，太阳能控制器MPPT控制系统会自动调节输出功率，此时太阳能组件会偏离最大功率点工作。
当太阳能组件提供的最大功率与照明负载所需要的功率相当，照明负载消耗功率全部由太阳能提供，太阳能控制器调整输出电压，使其比充电机输出电压高1.5-2.5V，修正太阳能输出功率。此工况下，负载功率均由太阳能组件提供。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1. 一种轨道车辆太阳能供电控制电路，包括太阳能控制器、接触器和启动按钮，所述太阳能控制器的输入端连接太阳能电池板, 太阳能控制器的输出端经第一二极管与直流负载相连，蓄电池与车辆逆变器的充电机相连，蓄电池的负极与充电机的正极输出端之间设置有启动回路，接触器和启动按钮串联在该启动回路内，充电机的正极输出端经第二二极管与直流负载相连，充电机与太阳能控制器之间设置有控制回路，接触器具有控制常开触点和供电常开触点，所述控制常开触点串联入该控制回路，供电常开触点串联接入充电机与直流负载之间。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：具有N个直流负载，所述太阳能控制器的输出端分别经第一二极管与这N个直流负载相连。
3.根据权利要求1所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：具有N个直流负载，接触器具有N个供电常开触点，所述N个供电常开触点分别串联接入充电机与这N个直流负载之间。
4.根据权利要求1所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：第二二极管的正极与充电机的正极输出端连接，第二二极管的负极经控制常开触点连接太阳能控制器的启动控制端口，同时第二二极管的负极经供电常开触点连接直流负载。
5.根据权利要求1所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：所述太阳能控制器为含有电源管理模块的最大功率点跟踪太阳能控制器。
6.根据权利要求5所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：所述太阳能控制器实时计算当前输出功率，当太阳能组件提供的最大功率低于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整输出电压，使输出电压降低到和充电机输出电压相当；当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率或者与直流负载所需要的功率相当，直流负载消耗功率全部由太阳能提供，太阳能控制器调整输出电压，使其比充电机输出电压高1.5-2.5V。
7.根据权利要求6所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整太阳能组件的输出功率，降低至与直流负载所需要的功率相当。
8.根据权利要求1所述的轨道车辆太阳能供电控制电路，其特征在于：所述直流负载为照明负载。
9.一种轨道车辆的照明负载太阳能供电控制方法，其特征在于，使用权利要求1所述轨道车辆太阳能供电控制电路实现，所述太阳能控制器实时计算当前输出功率，当太阳能组件提供的最大功率低于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整输出电压，使输出电压降低到和充电机输出电压相当；当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率或者与直流负载所需要的功率相当，直流负载消耗功率全部由太阳能提供，太阳能控制器调整输出电压，使其比充电机输出电压高1.5-2.5V；当太阳能组件提供的最大功率高于直流负载所需要的功率，太阳能控制器调整太阳能组件的输出功率，降低至与直流负载所需要的功率相当。
10.一种轨道车辆，其特征在于：具有权利要求1-8任一项所述的轨道车辆太阳能供电控制电路。
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