CN111532143A - 一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，包括钛酸锂电池组一、钛酸锂电池组二、手动维修开关、正极熔断器、电流传感器、接触器、预充接触器、预充电阻、电压传感器、负极熔断器、BMS电池管理系统、蓄电池充放电接口、蓄电池牵引接口、通讯及控制接口、应急充电口；钛酸锂电池组储存电能，通过接触器对电能控制，通过蓄电池充放电接口将电能传给车辆辅助负载；通过蓄电池牵引接口将电能供给牵引变流器供车辆低速牵引；电流传感器对电流采样，将数据传给BMS电池管理系统。BMS电池管理系统监控钛酸锂电池组状态，保证其处于健康工作状态，与车辆以及充电机通讯，并对无网自走行辅助蓄电池储能系统诊断和调试。

Description

一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统
技术领域
本发明属于轨道交通供电技术以及储能技术的交叉领域，特别涉及一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统。
背景技术
一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统是将轨道交通供电技术与钛酸锂电池储能技术结合起来，形成独立的系统安装在地铁或动车组车辆底部，安装方式为车底吊装。地铁、动车等轨道交通以运量大、速度快、安全、环保和节约能源等特点，被认为是最绿色的交通方式。由于运量大，车辆的供电系统显的尤为重要。而辅助供电系统作为车辆的重要组成部分，不仅影响乘坐的舒适性，更关系着车辆能否正常行驶。一般地铁等车辆的供电是接触网供电或三轨供电，在地铁检修库也一般会架设接触网或三轨，而一般的接触网和三轨供电都属于中压系统，对检修人员安全存在风险。为了保证车辆能够在库内实现无网自走行，就需要辅助蓄电池系统既能为辅助设备正常和紧急供电，又能实现车辆在库内通过蓄电池牵引车辆。目前轨道交通车辆用辅助蓄电池一般为铅酸和镉镍电池，而这些电池存在寿命短、存在记忆效应等特点。所以，发明一种既安全可靠又环保的无网自走行辅助蓄电池储能系统就显得非常迫切。
本发明经过国家标准试验验证，在各种情况下都不会发生爆炸和火灾，绝对安全可靠。
本发明可实现车辆在库内的无网自走行和辅助负载供电，并且系统设计寿命在10000次以上。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，将无网自走行辅助蓄电池储能系统布置在轨道交通车辆底部，并将电能经过处理转换后，储存在钛酸锂材料的电池包中，系统且包含与轨道交通车辆的对接接口，可根据需要提供电能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，包括：钛酸锂电池组一1、手动维修开关2、正极熔断器3、电流传感器4、接触器5、预充接触器6、预充电阻7、电压传感器8、负极熔断器9、BMS电池管理系统10、蓄电池充放电接口11、蓄电池牵引接口12、通讯及控制接口13、应急充电口14和钛酸锂电池组二15；
所述钛酸锂电池组一1的正极与正极熔断器3的一端连接；所述钛酸锂电池组一1的负极与钛酸锂电池组二15的正极之间通过手动维修开关2连接；所述正极熔断器3的另一端与电流传感器4的一端连接；所述电流传感器4的另一端分别与接触器5的一端、预充接触器6的一端和应急充电口14连接；所述预充接触器6的另一端与预充电阻7的一端连接；所述接触器5的另一端分别与预充电阻7的另一端、电压传感器8的一端、蓄电池充放电接口11的正极和蓄电池牵引接口12的正极连接；所述负极熔断器9的一端与钛酸锂电池组二15的负极连接；所述负极熔断器9的另一端分别与电压传感器8的另一端、蓄电池充放电接口11的负极、蓄电池牵引接口12的负极和应急充电口14连接；所述BMS电池管理系统10与通讯及控制接口13连接；所述BMS电池管理系统10还与钛酸锂电池组一1、钛酸锂电池组二15、电流传感器4、接触器5、预充接触器6和电压传感器8连接；
所述钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15用于储存电能，并将电能通过蓄电池充放电接口11对轨道交通车辆DC110V辅助负载供电；通过蓄电池牵引接口12为牵引变流器供电，低速牵引轨道交通车辆；
所述手动维修开关2用于对无网自走行辅助蓄电池储能系统进行检修时，有效断开钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15之间的电路，保证检修人员的安全；
所述正极熔断器3和负极熔断器9用于对无网自走行辅助蓄电池储能系统的电路进行过载和短路保护；
所述电流传感器4用于对钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的充放电电流进行采样，并将电流数据传送给BMS电池管理系统10；
所述接触器5用于通断钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的充放电回路，
所述预充接触器6和预充电阻7用于为轨道交通车辆车载充电机直流侧的滤波电容进行预充电，避免冲击电流对DC110V辅助供电系统产生冲击；
所述电压传感器8用于采集钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的电压数据，并将电压数据传送给BMS电池管理系统10；
所述BMS电池管理系统10用于监控钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的状态，保证钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15处于健康工作状态，并根据钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的状态，控制接触器5和预充接触器6的闭合和断开，并对接触器5和预充接触器6的状态进行监控，及时发现接触器5和预充接触器6是否故障；用于接收电流传感器4和电压传感器8传送的数据，监控电流数据和电压数据；用于通过通讯及控制接口13与轨道交通车辆或充电机进行通讯，充电机为钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15充电；用于通过通讯及控制接口13上报故障信息，对无网自走行辅助蓄电池系统进行监控和诊断；
所述蓄电池充放电接口11用于与轨道交通车辆110V辅助直流母线相连；
所述蓄电池牵引接口12用于与牵引变流器相连；
所述通讯及控制接口13与轨道交通车辆的通讯接口相连，用于进行数据传输和控制；
当钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15馈电时，所述应急充电口14用于通过地面应急充电电源为钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15应急充电。
在上述技术方案的基础上，所述钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15采用能量密度高、没有记忆效应、且低温性能和安全性能好的钛酸锂电池组。由于钛酸锂电池组的能量密度高，更适用于对车辆重量管理比较严格的车辆使用；由于钛酸锂电池组没有记忆效应，更适用于应急供电场合；钛酸锂电池组与其他锂电池相比，钛酸锂电池组的负极材料特殊，所以钛酸锂电池组的低温性能和安全性能更好。
在上述技术方案的基础上，所述BMS电池管理系统10采用轨道交通专用BMS。
在上述技术方案的基础上，所述接触器5采用具有双向灭弧能力，且主触点不区分正负极、大容量、宽范围供电的接触器。
在上述技术方案的基础上，所述轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统通过蓄电池充放电接口11为轨道交通车辆辅助负载供电，又能通过蓄电池牵引接口12作为牵引蓄电池使用；当轨道交通车辆需要蓄电池仅作为辅助蓄电池时，轨道交通车辆控制蓄电池牵引箱的开关断开；当轨道交通车辆需要蓄电池既作为辅助蓄电池又作为牵引蓄电池时，轨道交通车辆控制蓄电池牵引箱的开关闭合，蓄电池同时为辅助负载和牵引变流器供电。
本发明的有益技术效果如下：
本发明所述技术方案可以实现地铁、动车等辅助电源的应急供电和库内无网自走行，电池采用钛酸锂电池，并配置了电池管理系统(BMS)，BMS能实时监控无网自走行辅助蓄电池储能系统的状态；不仅增加了辅助供电的可靠性，还增加了车辆的无网自走行功能。本发明适用于多种轨道交通车俩，既安全，又可靠。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，包括：钛酸锂电池组一1、手动维修开关2、正极熔断器3、电流传感器4、接触器5、预充接触器6、预充电阻7、电压传感器8、负极熔断器9、BMS电池管理系统10、蓄电池充放电接口11、蓄电池牵引接口12、通讯及控制接口13、应急充电口14和钛酸锂电池组二15；
所述钛酸锂电池组一1的正极与正极熔断器3的一端连接；所述钛酸锂电池组一1的负极与钛酸锂电池组二15的正极之间通过手动维修开关2连接；所述正极熔断器3的另一端与电流传感器4的一端连接；所述电流传感器4的另一端分别与接触器5的一端、预充接触器6的一端和应急充电口14连接；所述预充接触器6的另一端与预充电阻7的一端连接；所述接触器5的另一端分别与预充电阻7的另一端、电压传感器8的一端、蓄电池充放电接口11的正极和蓄电池牵引接口12的正极连接；所述负极熔断器9的一端与钛酸锂电池组二15的负极连接；所述负极熔断器9的另一端分别与电压传感器8的另一端、蓄电池充放电接口11的负极、蓄电池牵引接口12的负极和应急充电口14连接；所述BMS电池管理系统10与通讯及控制接口13连接；所述BMS电池管理系统10还与钛酸锂电池组一1、钛酸锂电池组二15、电流传感器4、接触器5、预充接触器6和电压传感器8连接；
所述钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15用于储存电能，并将电能通过蓄电池充放电接口11对轨道交通车辆DC110V辅助负载供电；通过蓄电池牵引接口12为牵引变流器供电，低速牵引轨道交通车辆；
所述手动维修开关2用于对无网自走行辅助蓄电池储能系统进行检修时，有效断开钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15之间的电路，保证检修人员的安全；
所述正极熔断器3和负极熔断器9用于对无网自走行辅助蓄电池储能系统的电路进行过载和短路保护；
所述电流传感器4用于对钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的充放电电流进行采样，并将电流数据传送给BMS电池管理系统10；
所述接触器5用于通断钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的充放电回路，
所述预充接触器6和预充电阻7用于为轨道交通车辆车载充电机直流侧的滤波电容进行预充电，避免冲击电流对DC110V辅助供电系统产生冲击；
所述电压传感器8用于采集钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的电压数据，并将电压数据传送给BMS电池管理系统10；
所述BMS电池管理系统10用于监控钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的状态，保证钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15处于健康工作状态，并根据钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15的状态，控制接触器5和预充接触器6的闭合和断开，并对接触器5和预充接触器6的状态进行监控，及时发现接触器5和预充接触器6是否故障；用于接收电流传感器4和电压传感器8传送的数据，监控电流数据和电压数据；用于通过通讯及控制接口13与轨道交通车辆或充电机进行通讯，充电机为钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15充电；用于通过通讯及控制接口13上报故障信息，对无网自走行辅助蓄电池系统进行监控和诊断；
所述蓄电池充放电接口11用于与轨道交通车辆110V辅助直流母线相连；
所述蓄电池牵引接口12用于与牵引变流器相连；
所述通讯及控制接口13与轨道交通车辆的通讯接口相连，用于进行数据传输和控制；
当钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15馈电时，所述应急充电口14用于通过地面应急充电电源为钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15应急充电。
在上述技术方案的基础上，所述钛酸锂电池组一1和钛酸锂电池组二15采用能量密度高、没有记忆效应、且低温性能和安全性能好的钛酸锂电池组。由于钛酸锂电池组的能量密度高，更适用于对车辆重量管理比较严格的车辆使用；由于钛酸锂电池组没有记忆效应，更适用于应急供电场合；钛酸锂电池组与其他锂电池相比，钛酸锂电池组的负极材料特殊，所以钛酸锂电池组的低温性能和安全性能更好。
在上述技术方案的基础上，所述BMS电池管理系统10采用轨道交通专用BMS。
在上述技术方案的基础上，所述接触器5采用具有双向灭弧能力，且主触点不区分正负极、大容量、宽范围供电的接触器。
在上述技术方案的基础上，所述轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统通过蓄电池充放电接口11为轨道交通车辆辅助负载供电，又能通过蓄电池牵引接口12作为牵引蓄电池使用；当轨道交通车辆需要蓄电池仅作为辅助蓄电池时，轨道交通车辆控制蓄电池牵引箱的开关断开；当轨道交通车辆需要蓄电池既作为辅助蓄电池又作为牵引蓄电池时，轨道交通车辆控制蓄电池牵引箱的开关闭合，蓄电池同时为辅助负载和牵引变流器供电。
本发明的有益技术效果如下：
本发明所述技术方案可以实现地铁、动车等辅助电源的应急供电和库内无网自走行，电池采用钛酸锂电池，并配置了电池管理系统(BMS)，BMS能实时监控无网自走行辅助蓄电池储能系统的状态；不仅增加了辅助供电的可靠性，还增加了车辆的无网自走行功能。本发明适用于多种轨道交通车俩，既安全，又可靠。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，其特征在于，包括：钛酸锂电池组一(1)、手动维修开关(2)、正极熔断器(3)、电流传感器(4)、接触器(5)、预充接触器(6)、预充电阻(7)、电压传感器(8)、负极熔断器(9)、BMS电池管理系统(10)、蓄电池充放电接口(11)、蓄电池牵引接口(12)、通讯及控制接口(13)、应急充电口(14)和钛酸锂电池组二(15)；
所述钛酸锂电池组一(1)的正极与正极熔断器(3)的一端连接；所述钛酸锂电池组一(1)的负极与钛酸锂电池组二(15)的正极之间通过手动维修开关(2)连接；所述正极熔断器(3)的另一端与电流传感器(4)的一端连接；所述电流传感器(4)的另一端分别与接触器(5)的一端、预充接触器(6)的一端和应急充电口(14)连接；所述预充接触器(6)的另一端与预充电阻(7)的一端连接；所述接触器(5)的另一端分别与预充电阻(7)的另一端、电压传感器(8)的一端、蓄电池充放电接口(11)的正极和蓄电池牵引接口(12)的正极连接；所述负极熔断器(9)的一端与钛酸锂电池组二(15)的负极连接；所述负极熔断器(9)的另一端分别与电压传感器(8)的另一端、蓄电池充放电接口(11)的负极、蓄电池牵引接口(12)的负极和应急充电口(14)连接；所述BMS电池管理系统(10)与通讯及控制接口(13)连接；所述BMS电池管理系统(10)还与钛酸锂电池组一(1)、钛酸锂电池组二(15)、电流传感器(4)、接触器(5)、预充接触器(6)和电压传感器(8)连接；
所述钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)用于储存电能，并将电能通过蓄电池充放电接口(11)对轨道交通车辆DC110V辅助负载供电；通过蓄电池牵引接口(12)为牵引变流器供电，低速牵引轨道交通车辆；
所述手动维修开关(2)用于对无网自走行辅助蓄电池储能系统进行检修时，有效断开钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)之间的电路，保证检修人员的安全；
所述正极熔断器(3)和负极熔断器(9)用于对无网自走行辅助蓄电池储能系统的电路进行过载和短路保护；
所述电流传感器(4)用于对钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)的充放电电流进行采样，并将电流数据传送给BMS电池管理系统(10)；
所述接触器(5)用于通断钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)的充放电回路，
所述预充接触器(6)和预充电阻(7)用于为轨道交通车辆车载充电机直流侧的滤波电容进行预充电，避免冲击电流对DC110V辅助供电系统产生冲击；
所述电压传感器(8)用于采集钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)的电压数据，并将电压数据传送给BMS电池管理系统(10)；
所述BMS电池管理系统(10)用于监控钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)的状态，保证钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)处于健康工作状态，并根据钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)的状态，控制接触器(5)和预充接触器(6)的闭合和断开，并对接触器(5)和预充接触器(6)的状态进行监控，及时发现接触器(5)和预充接触器(6)是否故障；用于接收电流传感器(4)和电压传感器(8)传送的数据，监控电流数据和电压数据；用于通过通讯及控制接口(13)与轨道交通车辆或充电机进行通讯，充电机为钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)充电；用于通过通讯及控制接口(13)上报故障信息，对无网自走行辅助蓄电池系统进行监控和诊断；
所述蓄电池充放电接口(11)用于与轨道交通车辆110V辅助直流母线相连；
所述蓄电池牵引接口(12)用于与牵引变流器相连；
所述通讯及控制接口(13)与轨道交通车辆的通讯接口相连，用于进行数据传输和控制；
当钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)馈电时，所述应急充电口(14)用于通过地面应急充电电源为钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)应急充电。
2.如权利要求1所述的轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，其特征在于，所述钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(15)采用能量密度高、没有记忆效应、且低温性能和安全性能好的钛酸锂电池组。
3.如权利要求1所述的轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，其特征在于，所述BMS电池管理系统(10)采用轨道交通专用BMS。
4.如权利要求1所述的轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，其特征在于，所述接触器(5)采用具有双向灭弧能力，且主触点不区分正负极、大容量、宽范围供电的接触器。
5.如权利要求1所述的轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统，其特征在于，所述轨道交通用无网自走行辅助蓄电池储能系统通过蓄电池充放电接口(11)为轨道交通车辆辅助负载供电，又能通过蓄电池牵引接口(12)作为牵引蓄电池使用；当轨道交通车辆需要蓄电池仅作为辅助蓄电池时，轨道交通车辆控制蓄电池牵引箱的开关断开；当轨道交通车辆需要蓄电池既作为辅助蓄电池又作为牵引蓄电池时，轨道交通车辆控制蓄电池牵引箱的开关闭合，蓄电池同时为辅助负载和牵引变流器供电。
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