CN109861372A - 一种分散式车门应急供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应急电源技术领域，具体涉及一种分散式车门应急供电装置，包括应急电源，用于应急情况下为车门提供能量，列车的每节车厢内均配置有一个应急电源；蓄电池系统，正常工况下为车辆各控制系统供电；低压母线，与应急电源、蓄电池以及车门连接，用于传输低压电能；充电机，与蓄电池系统、应急电源以及低压母线连接，用于为蓄电池系统、应急电源、低压母线提供电能。本发明的实质性效果是：紧急情况下，由应急电源大功率放电，车门能够同步开门，消除了顺序开门造成的安全隐患，也为应急情况下车辆人员疏散赢得宝贵时间。

Description

一种分散式车门应急供电装置

技术领域

本发明涉及应急电源技术领域，具体涉及一种分散式车门应急供电装置。

背景技术

现有地铁车辆通过架空接触网或第三轨受流运行，在受流正常时，车辆的所有车门开关门是同时动作的。但紧急情况下，如车辆高压掉电时，如果是供电网故障，则同一个供电区间内的列出均会高压掉电；如果是受电弓或受流器故障，则当列车会出现高压掉电。此时车辆辅助系统由蓄电池供电，但是蓄电池的放电能力有所局限而不能大电流放电，部分系统会采用降功率或分时动作来减少蓄电池的瞬时输出。比如车门，就是采用顺序开门来降低车门启动瞬间的脉冲大电流，更为重要的是在车辆发生紧急情况下，由于这种顺序开门会造成人员恐慌，发生踩踏或拥挤等连锁事故，这也会错失逃生宝贵时间。本方案重点研究紧急情况下的车门应急供电。文献《地铁车辆供电蓄电池合理选型分析》作者查小菲，唐朝辉，该文献也说明车门应急开门功率为17.6kw，而车辆辅助负载总功率为23.3kw，说明车门的功率占了系统总功率的约75.5％。说明确实存在车门开启功率过大的问题。

中国专利CN207542869U，公开日2018年6月26日，一种轨道交通的应急启动装置及列车供电系统，应急启动装置的输入端与供电模块连接，应急启动装置的输出端与列车控制系统的电压端连接，应急启动装置包括检测模块，变压模块，第一控制模块和第一可控开关，其中：检测模块的信号输入端与蓄电池连接，检测模块的信号输出端与第一控制模块的信号输入端连接，第一控制模块的信号输出端与第一可控开关的驱动端连接，第一可控开关的第一端与变压模块的输出端连接，第一可控开关的第二端作为应急启动装置的输出端，变压模块的输入端作为应急启动装置的输入端。其方案结构简单，便于维护，且寿命较长，无重金属，在一定程度上提高了环境友好度。但其不能解决列车车门同时开启时需要的功率大于供电功率的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的列车在故障停电时，供电系统功率不足以使多个车门同时打开的技术问题。提出了一种采用大功率输出的分散式车门应急供电装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种分散式车门应急供电装置，包括应急电源，用于应急情况下为车门提供能量，所述列车的每节车厢内均配置有一个应急电源；蓄电池系统，正常工况下为车辆各控制系统供电；低压母线，与应急电源、蓄电池以及车门连接，用于传输低压电能；充电机，与蓄电池系统、应急电源以及低压母线连接，用于为蓄电池系统、应急电源、低压母线提供电能。所述蓄电池系统和充电机在车辆正常运行时，将电能输出值低压母线上，所有的直流负载均通过低压母线供电。

作为优选，所述应急电源包括超级电容C1、熔断器F2、二极管D3、电阻R1和接触器K2，超级电容C1由充电机充电后的正极与熔断器F2第二端连接，熔断器F2第一端与二极管D3阳极以及电阻R1第二端连接，二极管D3阴极以及电阻R1第一端均与接触器K2第一端连接，接触器K2第二端与低压母线正极连接，超级电容C1由充电机充电后的负极与低压母线负极连接。超级电容C1的容量满足一定次数车门开关门的能量要求。二极管D2在充电机或者供电网故障时，即应急情况下，用于防止应急电源的电能被其他负载使用，只能供给本车的车门系统。在充电机或者供电网正常时，车门仍可以通过充电机供电。若车辆长时间未上电，超级电容C1的电能自泄漏，导致超级电容C1的电压比较低，和低压母线形成较大的压差。由于超级电容C1具有低内阻的特性，所以车辆上电的瞬间会产生大电流。此时，二极管D3反向不导通，电能需先经过电阻R1再和超级电容C1联通，电阻R1能够减小瞬时的大电流，起到保护的作用。在车门需要进行应急放电时，超级电容C1经过二极管D3释放电能。熔断器F2用于防止应急电源出现短路，对应急电源进行短路保护。

作为优选，所述接触器K2为在车辆运行时闭合且在车辆停运时断开的接触器。接触器K2在车辆激活时闭合，保证应急情况下超级电容输出的通路；在车辆回库后，车辆断激活时接触器K2断开，避免超级电容的电能被泄漏。

作为优选，所述应急电源为超级电容器，所述超级电容器包括若干个相互串联的超级电容单体，或者包括若干个并联的超级电容单体后再串联组成的超级电容。

作为优选，所述蓄电池系统输出端正极与应急电源正极之间的低压母线上串联有二极管D2，二极管D2阳极与蓄电池系统输出端正极连接，二极管D2阴极与应急电源正极连接。

作为优选，所述蓄电池系统包括蓄电池BT1、熔断器F1、二极管D1和接触器K1，蓄电池BT1正极与熔断器F1第二端连接，熔断器F1第一端与二极管D1阳极以及充电机正极输出端连接，二极管D1阴极与接触器K1第一端连接，接触器K1第二端与低压母线正极连接，蓄电池BT1阴极与低压母线负极以及充电机负极输出端连接。

作为优选，所述车门包含同一辆车的多个子车门。所有车门同时启动时需要短时较大的启动电流，此时应急电源能够为所有启动的车门进行供电。

本发明的实质性效果是：紧急情况下，由应急电源大功率放电，车门能够同步开门，消除了顺序开门造成的安全隐患，也为应急情况下车辆人员疏散赢得宝贵时间。

附图说明

图1为现有技术动力单元的供电系统示意图。

图2为现有技术车门的供电系统示意图。

图3为实施例一分散式车门应急供电装置结构示意图。

图4为实施例一分散式车门应急供电装置结构示意图。

其中：1、供电网，2、受流装置，3、充电机，4、蓄电池系统，5、车门，6、高压线缆，7、低压母线，8、避雷器，19、应急电源，20、车门供电母线。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

如图3所示，为实施例一分散式车门应急供电装置结构示意图，本实施例既要解决应急情况下车门5同步开门的问题，又要使原来的系统尽量少改动。即在蓄电池系统4输出后，再低压母线7和车门供电母线20之间加一个二极管14，保证在正常情况，车门5还是利用充电机3和蓄电池系统4的电能开关门。但在应急情况下，二极管D2能够防止应急电源19的电能被其他负载使用，车辆激活信号输入到应急电源19，用于激活应急电源19上线运行。

为了能够更加深入详细说明本发明的解决方案，具体详见图4，为实施例一分散式车门应急供电装置结构示意图，正常工况下为车辆各控制系统供电由充电机3和蓄电池系统4输出，充电机3一方面能给负载输出电，另一方面在负载较小时又可以为蓄电池系统4充电。当某个时刻负载功率大于充电机3的输出功率时，蓄电池系统4可以提供补充。因此在正常情况下充电机3和蓄电池系统4能够为整车的负载提供可靠的输出。

应急情况下，即充电机3或其前端供电网1和受流装置2发生故障，此时只有蓄电池系统4供电，这时由于蓄电池系统4功率无法满足负载功率，列车的车门5只能采用顺序开门的方式来降低负载功率。这时车门5的功率将减小到五分之一(A型车)或四分之一(B型车)。虽然解决了功率问题，但是却降低了车辆的安全性。因此本发明为解决该问题，提出了在每辆车增加一套应急电源19。

应急电源19包括超级电容C1、熔断器F2、二极管D3、电阻R1和接触器K2，超级电容C1由充电机充电后的正极与熔断器F2第二端连接，熔断器F2第一端与二极管D3阳极以及电阻R1第二端连接，二极管D3阴极以及电阻R1第一端均与接触器K2第一端连接，接触器K2第二端与低压母线7正极连接，超级电容C1由充电机充电后的负极与低压母线7负极连接。超级电容C1的容量满足一定次数车门5开关门的能量要求。二极管D2在充电机或者供电网故障时，即应急情况下，用于防止应急电源19的电能被其他负载使用，只能供给本车的车门5系统。在充电机或者供电网正常时，车门5仍可以通过充电机供电。若车辆长时间未上电，超级电容C1的电能自泄漏，导致超级电容C1的电压比较低，和低压母线7形成较大的压差。由于超级电容C1具有低内阻的特性，所以车辆上电的瞬间会产生大电流。此时，二极管D3反向不导通，电能需先经过电阻R1再和超级电容C1联通，电阻R1能够减小瞬时的大电流，起到保护的作用。在车门5需要进行应急放电时，超级电容C1经过二极管D3释放电能。熔断器F2用于防止应急电源19出现短路，对应急电源19进行短路保护。

超级电容器C1由多个超级电容单体通过串并联构成；其输出的工作电压(U～1/2U)时，能够满足车门5的供电范围。超级电容C1的容量满足一定次数车门5开关门的能量要求。比如该系统的额定工作电压为DC110V(电压范围为77V121V)，超级电容单体的电压最高2.7V，一般实际应用取2.5V。121÷2.7＝44.8，110÷2.5＝44，因此系统的串联数量取45个就能满足要求。应急电源19的容量需要结合车辆开关门的需求进行计算，计算如表2所示。

表2应急开门能耗计算

车门5启动的瞬间会产生一个大电流，此时的能耗如表3所示。

表3瞬间启动能耗计算

因此合计开门过程的能耗约0.95wh。因此可以推到出电容容量不能小于1F。

二极管D2在充电机或者供电网1故障时,即应急情况下,用于防止应急电源19的电能反流到低压母线7上被其他负载使用，使应急电源19的电能只能供给本车的车门5系统。在充电机3正常输出时，车门5仍可以通过充电机3供电。

如图1所示，为现有技术动力单元的供电系统示意图，从图中可知，正常情况下，电能从供电网1，经过受流装置2，再经过高压线缆6流入充电机3，同时为了防止雷击事故，在受流装置2和高压线缆6之间配置有避雷器8。当供电网1、受流装置2、高压线缆6、充电机3和避雷器8都工作正常时，车辆辅助系统可以正常工作。但在实际运营过程中，也偶尔有发生供电网1与受流装置2在相互作用的过程中，导致供电网损坏，此时一个供电区间的车辆全部无法受电；也有受流装置故障，导致本列车无法正常运营。当然，避雷器8、高压线缆6和充电机3故障时，也会导致本列车无法正常运营。当出现这些故障时，需要对所有无法正常运营的列车进行下线和清可处理。由于属于突发事故，难免会产生一定的恐慌。此时，由于蓄电池系统4不具备大功率输出能力，为防止蓄电池过放造成损坏，现有的解决办法是负载通过分时复用来减少瞬间大功率。比如对于地铁A型车，通常有30扇门/侧，B型车也有24扇门/侧。通过计算如表1所示。

表1应急开门功率计算

车型	数量(扇)	瞬间电压(V)	瞬时电流(A)	瞬时功率/列(w)
					A	30	120	4.3	15480
B	24	120	4.3	12384

通过查找文献《地铁车辆供电蓄电池合理选型分析》作者查小菲，唐朝辉，该文献的车门5应急开门功率为17.6kw，而车辆辅助负载总功率为23.3kw，说明车门5的功率占了系统总功率的约75.5％。说明确实存在车门5功率过大的问题。

如图2所示，为现有技术车门5的供电系统示意图，通过该图可知，蓄电池系统4输出的电压，假定负载的额定电压为DC110V，此时，车门5都是同时连接至低压母线7上，如果在图1充电机故障时，为克服蓄电池系统4的放电能力不足问题，只能将车门5的各个门顺序开门，这时车门5的功率将减小到五分之一(A型车)或四分之一(B型车)。虽然解决了功率问题，但是却降低了车辆的安全性。

可见本实施例解决了现有应急情况下，车门5不能同时开门的问题，由于应急电源19能够大功率放电，应急情况下的车门5供电可以由应急电源19的提供，车门5能够同步开门，消除了顺序开门造成的安全隐患，也为应急情况下车辆人员疏散赢得宝贵时间。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

包括应急电源，用于应急情况下为车门提供能量，所述列车的每节车厢内均配置有一个应急电源；

蓄电池系统，正常工况下为车辆各控制系统供电；

低压母线，与应急电源、蓄电池以及车门连接，用于传输低压电能；

充电机，与蓄电池系统、应急电源以及低压母线连接，用于为蓄电池系统、应急电源、低压母线提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述应急电源包括超级电容C1、熔断器F2、二极管D3、电阻R1和接触器K2，超级电容C1由充电机充电后的正极与熔断器F2第二端连接，熔断器F2第一端与二极管D3阳极以及电阻R1第二端连接，二极管D3阴极以及电阻R1第一端均与接触器K2第一端连接，接触器K2第二端与低压母线正极连接，超级电容C1由充电机充电后的负极与低压母线负极连接。

3.根据权利要求2所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述接触器K2为在车辆运行时闭合且在车辆停运时断开的接触器。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述应急电源为超级电容器，所述超级电容器包括若干个相互串联的超级电容单体，或者包括若干个并联的超级电容单体后再串联组成的超级电容。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述蓄电池系统输出端正极与应急电源正极之间的低压母线上串联有二极管D2，二极管D2阳极与蓄电池系统输出端正极连接，二极管D2阴极与应急电源正极连接。

6.根据权利要求4所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述蓄电池系统输出端正极与应急电源正极之间的低压母线上串联有二极管D2，二极管D2阳极与蓄电池系统输出端正极连接，二极管D2阴极与应急电源正极连接。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述蓄电池系统包括蓄电池BT1、熔断器F1、二极管D1和接触器K1，蓄电池BT1正极与熔断器F1第二端连接，熔断器F1第一端与二极管D1阳极以及充电机正极输出端连接，二极管D1阴极与接触器K1第一端连接，接触器K1第二端与低压母线正极连接，蓄电池BT1阴极与低压母线负极以及充电机负极输出端连接。

8.根据权利要求4所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述蓄电池系统包括蓄电池BT1、熔断器F1、二极管D1和接触器K1，蓄电池BT1正极与熔断器F1第二端连接，熔断器F1第一端与二极管D1阳极以及充电机正极输出端连接，二极管D1阴极与接触器K1第一端连接，接触器K1第二端与低压母线正极连接，蓄电池BT1阴极与低压母线负极以及充电机负极输出端连接。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种分散式车门应急供电装置，其特征在于，

所述车门包含同一辆车的多个子车门。