CN111731141B - 一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统及其充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统及其充电方法，所述系统包括：钛酸锂电池箱Ⅰ、充电机Ⅰ、辅助充电机Ⅰ、钛酸锂电池箱Ⅱ、充电机Ⅱ、辅助充电机Ⅱ、整车控制器CCU、110V直流母线、AC380V电源接口Ⅰ、AC380V电源接口Ⅱ、BMS电池管理系统Ⅰ、BMS电池管理系统Ⅱ、AC380V电源接口Ⅲ和AC380V电源接口Ⅳ，本发明通过整车控制器CCU调整辅助供电系统不对称结构导致的辅助充电机不均流问题。整车控制器CCU对充电电压值进行取小，然后发送给所有充电机，从而实现充电机的均流输出。本发明适用于多种轨道交通车辆，安全又可靠。

Description

一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统及其充电方法
技术领域
本发明涉及轨道交通辅助供电技术、网络控制技术以及储能技术的交叉领域，特别是一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统及其充电方法。
背景技术
轨道交通车辆用不对称辅助供电系统是将轨道交通辅助供电以及网络控制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城轨及动车的车辆底部。当车辆需要配置辅助充电机和辅助蓄电池的数量不一致时，就需要考虑这种不对称结构的充电系统。
地铁、动车等轨道交通以运量大、速度快、安全、环保、节约能源等特点，被认为是最绿色的交通方式。由于运量大，开车间隔低，车辆的辅助供电系统就显的尤为重要。所以车辆会根据车辆编组形式进行辅助充电机和蓄电池的配置，而一般8编组的车辆为了满足设备冗余，需要配置4台辅助蓄电池充电机，而城轨或动车车辆设备一般都安装在车上，车上空间有限，对车辆的轴重又有很严格的要求，所以发明一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统就显得非常迫切。然而轨道交通车辆用车载储能蓄电池一般为铅酸和镉镍电池，而这些电池存在寿命短、不环保、存在记忆效应、维护困难等特点。所以发明一种安全可靠又环保的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统就很有必要了。
本发明可实现车辆辅助供电不对称结构的充电，并且得到了试验验证。
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车辆用不对称辅助供电系统及其充电方法。该系统是根据BMS电池管理系统判断蓄电池状态来改变或保持充电机的输出，通过整车控制器CCU逻辑判断，来统一调整4台充电机的输出，能够使4台充电机均流输出。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，包括：钛酸锂电池箱Ⅰ1、为钛酸锂电池箱Ⅰ1充电的充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、钛酸锂电池箱Ⅱ4、为钛酸锂电池箱Ⅱ4充电的充电机Ⅱ5、辅助充电机Ⅱ6、整车控制器CCU7、110V直流母线8、AC380V电源接口Ⅰ9、AC380V电源接口Ⅱ10、BMS电池管理系统Ⅰ11、BMS电池管理系统Ⅱ12、AC380V电源接口Ⅲ13和AC380V电源接口Ⅳ14；
所述钛酸锂电池箱Ⅰ1的正极与充电机Ⅰ2的一个正极连接；充电机Ⅰ2的另一个正极与110V直流母线8的正极连接；钛酸锂电池箱Ⅰ1的负极分别与充电机Ⅰ2的负极、辅助充电机Ⅰ3的负极和110V直流母线8的负极连接；辅助充电机Ⅰ3的正极与110V直流母线8的正极连接；辅助充电机Ⅰ3的输入端与AC380V电源接口Ⅱ10连接；充电机Ⅰ2的输入端与AC380V电源接口Ⅰ9连接；
所述钛酸锂电池箱Ⅱ4的正极与充电机Ⅱ5的一个正极连接；充电机Ⅱ5的另一个正极与110V直流母线8的正极连接；钛酸锂电池箱Ⅱ4的负极分别与充电机Ⅱ5的负极、辅助充电机Ⅱ6的负极和110V直流母线8的负极连接；辅助充电机Ⅱ6的正极与110V直流母线8的正极连接；辅助充电机Ⅱ6的输入端与AC380V电源接口Ⅳ14连接；充电机Ⅱ5的输入端与AC380V电源接口Ⅲ13连接；
所述整车控制器CCU7分别与BMS电池管理系统Ⅰ11、充电机Ⅰ2的控制器、辅助充电机Ⅰ3的控制器、BMS电池管理系统Ⅱ12、充电机Ⅱ5的控制器和辅助充电机Ⅱ6的控制器连接；
所述BMS电池管理系统Ⅰ11与钛酸锂电池箱Ⅰ1连接，所述BMS电池管理系统Ⅱ12与钛酸锂电池箱Ⅱ4连接；
所述钛酸锂电池箱Ⅰ1用于储存电能，并通过充电机Ⅰ2向110V直流母线8供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述充电机Ⅰ2用于给钛酸锂电池箱Ⅰ1充电，并为110V直流母线8供电；
所述辅助充电机Ⅰ3用于为110V直流母线8供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述钛酸锂电池箱Ⅱ4用于储存电能，并通过充电机Ⅱ5向110V直流母线8供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述充电机Ⅱ5用于给钛酸锂电池箱Ⅱ4充电，并为110V直流母线8供电；
所述辅助充电机Ⅱ6用于为110V直流母线8供电，供给车辆辅助负载电源；
所述整车控制器CCU7用于与BMS电池管理系统Ⅰ11、充电机Ⅰ2的控制器、辅助充电机Ⅰ3的控制器、BMS电池管理系统Ⅱ12、充电机Ⅱ5的控制器和辅助充电机Ⅱ6的控制器通讯；
所述整车控制器CCU7用于监控钛酸锂电池箱Ⅰ1、充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、钛酸锂电池箱Ⅱ4、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6的基本状态和故障信息，并进行信息交互；
所述110V直流母线8作为各个车辆直流110V列车总线，作为钛酸锂电池箱Ⅰ1、充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、钛酸锂电池箱Ⅱ4、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6向车辆直流110V辅助负载供电的载体；
所述AC380V电源接口Ⅰ9与整车AC380V直流母线连接，充电机Ⅰ2通过AC380V电源接口Ⅰ9得到工作电源；
所述AC380V电源接口Ⅱ10与整车AC380V直流母线连接，辅助充电机Ⅰ3通过AC380V电源接口Ⅱ10得到工作电源；
所述BMS电池管理系统Ⅰ11用于监控钛酸锂电池箱Ⅰ1的状态，保证钛酸锂电池箱Ⅰ1处于健康工作状态；与整车控制器CCU7进行通讯，实时上报钛酸锂电池箱Ⅰ1的系统状态，并按照钛酸锂电池箱Ⅰ1的状态请求充电，控制充电机Ⅰ2的充电模式、充电电流以及充电电压；
所述BMS电池管理系统Ⅱ12用于监控钛酸锂电池箱Ⅱ4的状态，保证钛酸锂电池箱Ⅱ4处于健康工作状态；与整车控制器CCU7进行通讯，实时上报钛酸锂电池箱Ⅱ4的系统状态，并按照钛酸锂电池箱Ⅱ4的状态请求充电，控制充电机Ⅱ5的充电模式、充电电流以及充电电压；
所述AC380V电源接口Ⅲ13与整车AC380V直流母线连接，充电机Ⅱ5通过AC380V电源接口Ⅲ13得到工作电源；
所述AC380V电源接口Ⅳ14与整车AC380V直流母线连接，辅助充电机Ⅱ6通过AC380V电源接口Ⅳ14得到工作电源。
在上述方案的基础上，所述BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12能够与整车控制器CCU7通讯，能够按照钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4的当前状态和故障状态改变充电策略，调整充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5的工作模式、充电电流和充电电压，保证钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4不过充。
在上述方案的基础上，所述钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4兼具功率特性和能量特性，并且具有寿命长、环保、没有记忆效应以及安全性高等优点，更适用于车辆安装空间有限，对轴重及安全有要求的场合。
在上述方案的基础上，所述整车控制器CCU7用于将BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12请求的充电模式(恒流或恒压)、充电电流值和充电电压值转发给充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5，并在充电阶段比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，取最小值统一发给充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6，统一调整4台充电机的输出，使4台充电机均流输出，保证4台充电机寿命的一致性。
在上述方案的基础上，钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4的充电方式为恒流阶梯降流充电，最后转恒压浮充电，能够使钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4充电容量更多而不过充。
在上述方案的基础上，所述钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4设计有预充电路，能够为充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5进行预充电，避免钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4上电时引起冲击电流。
在上述方案的基础上，辅助蓄电池和辅助充电机数量不对称，其中所述充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5既用于为辅助蓄电池充电，又用于为车辆110V直流母线8供电。而所述辅助充电机Ⅰ3和辅助充电机Ⅱ6仅仅为车辆110V直流母线8供电。
在上述方案的基础上，所述充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5的充电策略分别根据BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12的请求进行动态调整，所述辅助充电机Ⅰ3和辅助充电机Ⅱ6的充电方式一直保持恒压充电模式。
一种基于轨道交通车辆用不对称辅助供电系统的充电方法，包括：正常充电方法和故障充电方法；
所述正常充电方法是指钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4以及整个辅助供电系统的通讯均正常，钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4的充电控制相互独立，互不影响，具体包括以下步骤：
步骤一：车辆启动钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4，辅助供电系统上电，车辆升弓后，启动充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6，其中充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5的输出方式分别按照BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12的请求值来进行输出，辅助充电机Ⅰ3和辅助充电机Ⅱ6的启动方式为恒压启动方式；
步骤二：BMS电池管理系统Ⅰ11判断钛酸锂电池箱Ⅰ1的状态，BMS电池管理系统Ⅱ12判断钛酸锂电池箱Ⅱ4的状态，并将充电模式(恒流或恒压)、充电电压值以及充电电流值发送至整车控制器CCU7；
步骤三：整车控制器CCU7将收到的充电模式、充电电压值以及充电电流值分别转发给充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5；
步骤四：充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5根据收到的充电模式、充电电压值以及充电电流值分别执行相应的动作；
步骤五：整车控制器CCU7比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤六：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的充电电压值进行输出；
所述故障充电方法具体为：
1)单体电压过高轻级故障和单体电压过高中级故障
当钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4出现单体电压过高轻级故障和单体电压过高中级故障时，按照以下步骤充电；
步骤一：BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12向整车控制器CCU7请求恒压充电，充电电压值为当前蓄电池总电压-2V，充电电流值为5A；
步骤二：整车控制器CCU7将收到的请求转发给充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5；
步骤三：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5按照整车控制器CCU7发送的充电电压值和充电电流值为钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4充电；
步骤四：整车控制器CCU7比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤五：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的充电电压值进行输出；
2)总电压过高中级故障
当钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4出现总电压过高中级故障时，按照以下步骤充电：
步骤一：BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12向整车控制器CCU7请求恒压DC115V充电；
步骤二：整车控制器CCU7收到请求后转发给充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5；
步骤三：整车控制器CCU7比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤四：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的充电电压值进行输出；
3)BMS电池管理系统和整车控制器CCU7之间通讯故障
当BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12与整车控制器CCU7之间通讯故障，按照以下步骤进行充电：
步骤一：整车控制器CCU7判定当BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12通讯离线，向充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5发送恒流10A进行充电，充电电压上限为DC110V；
步骤二：当充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5上传的蓄电池总电压大于DC110V，整车控制器CCU7向充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5发送恒压DC110V进行充电，充电电流为5A；
步骤三：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5按照恒压DC110V进行充电；
步骤四：整车控制器CCU7屏蔽BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12发送的请求；
步骤五：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的恒压DC110V进行输出；
4)充电机和整车控制器CCU7之间通讯故障
步骤一：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5与整车控制器CCU7通讯故障；
步骤二：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5若处于恒流充电，那么继续以恒流10A进行充电，充到钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4的电压为DC110后，转恒压浮充；
步骤三：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5若处于恒压充电，那么继续以恒压DC110V进行充电。
本发明所述技术方案可以实现不对称辅助供电系统的充电，实现不同辅助充电机之间的均流输出。辅助蓄电池采用钛酸锂电池，并配置了电池管理系统(BMS)，BMS能实时监控辅助蓄电池系统状态。不仅增加了辅助供电的可靠性，还增强了车辆的安全性。本发明适用于多种轨道交通车俩，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。
图中：1-钛酸锂电池箱Ⅰ，2-充电机Ⅰ，3-辅助充电机Ⅰ，4-钛酸锂电池箱Ⅱ，5-充电机Ⅱ，6-辅助充电机Ⅱ，7-整车控制器CCU，8-110V直流母线，9-AC380V电源接口Ⅰ，10-AC380V电源接口Ⅱ，11-BMS电池管理系统Ⅰ，12-BMS电池管理系统Ⅱ，13-AC380V电源接口Ⅲ，14-AC380V电源接口Ⅳ。
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，本发明所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，包括：钛酸锂电池箱Ⅰ1、为钛酸锂电池箱Ⅰ1充电的充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、钛酸锂电池箱Ⅱ4、为钛酸锂电池箱Ⅱ4充电的充电机Ⅱ5、辅助充电机Ⅱ6、整车控制器CCU7、110V直流母线8、AC380V电源接口Ⅰ9、AC380V电源接口Ⅱ10、BMS电池管理系统Ⅰ11、BMS电池管理系统Ⅱ12、AC380V电源接口Ⅲ13和AC380V电源接口Ⅳ14；
所述钛酸锂电池箱Ⅰ1的正极与充电机Ⅰ2的一个正极连接；充电机Ⅰ2的另一个正极与110V直流母线8的正极连接；钛酸锂电池箱Ⅰ1的负极分别与充电机Ⅰ2的负极、辅助充电机Ⅰ3的负极和110V直流母线8的负极连接；辅助充电机Ⅰ3的正极与110V直流母线8的正极连接；辅助充电机Ⅰ3的输入端与AC380V电源接口Ⅱ10连接；充电机Ⅰ2的输入端与AC380V电源接口Ⅰ9连接；
所述钛酸锂电池箱Ⅱ4的正极与充电机Ⅱ5的一个正极连接；充电机Ⅱ5的另一个正极与110V直流母线8的正极连接；钛酸锂电池箱Ⅱ4的负极分别与充电机Ⅱ5的负极、辅助充电机Ⅱ6的负极和110V直流母线8的负极连接；辅助充电机Ⅱ6的正极与110V直流母线8的正极连接；辅助充电机Ⅱ6的输入端与AC380V电源接口Ⅳ14连接；充电机Ⅱ5的输入端与AC380V电源接口Ⅲ13连接；
所述整车控制器CCU7分别与BMS电池管理系统Ⅰ11、充电机Ⅰ2的控制器、辅助充电机Ⅰ3的控制器、BMS电池管理系统Ⅱ12、充电机Ⅱ5的控制器和辅助充电机Ⅱ6的控制器连接；
所述BMS电池管理系统Ⅰ11与钛酸锂电池箱Ⅰ1连接，所述BMS电池管理系统Ⅱ12与钛酸锂电池箱Ⅱ4连接；
所述钛酸锂电池箱Ⅰ1用于储存电能，并通过充电机Ⅰ2向110V直流母线8供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述充电机Ⅰ2用于给钛酸锂电池箱Ⅰ1充电，并为110V直流母线8供电；
所述辅助充电机Ⅰ3用于为110V直流母线8供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述钛酸锂电池箱Ⅱ4用于储存电能，并通过充电机Ⅱ5向110V直流母线8供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述充电机Ⅱ5用于给钛酸锂电池箱Ⅱ4充电，并为110V直流母线8供电；
所述辅助充电机Ⅱ6用于为110V直流母线8供电，供给车辆辅助负载电源；
所述整车控制器CCU7用于与BMS电池管理系统Ⅰ11、充电机Ⅰ2的控制器、辅助充电机Ⅰ3的控制器、BMS电池管理系统Ⅱ12、充电机Ⅱ5的控制器和辅助充电机Ⅱ6的控制器通讯；
所述整车控制器CCU7用于监控钛酸锂电池箱Ⅰ1、充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、钛酸锂电池箱Ⅱ4、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6的基本状态和故障信息，并进行信息交互；
所述110V直流母线8作为各个车辆直流110V列车总线，作为钛酸锂电池箱Ⅰ1、充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、钛酸锂电池箱Ⅱ4、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6向车辆直流110V辅助负载供电的载体；
所述AC380V电源接口Ⅰ9与整车AC380V直流母线连接，充电机Ⅰ2通过AC380V电源接口Ⅰ9得到工作电源；
所述AC380V电源接口Ⅱ10与整车AC380V直流母线连接，辅助充电机Ⅰ3通过AC380V电源接口Ⅱ10得到工作电源；
所述BMS电池管理系统Ⅰ11用于监控钛酸锂电池箱Ⅰ1的状态，保证钛酸锂电池箱Ⅰ1处于健康工作状态；与整车控制器CCU7进行通讯，实时上报钛酸锂电池箱Ⅰ1的系统状态，并按照钛酸锂电池箱Ⅰ1的状态请求充电，控制充电机Ⅰ2的充电模式、充电电流以及充电电压；
所述BMS电池管理系统Ⅱ12用于监控钛酸锂电池箱Ⅱ4的状态，保证钛酸锂电池箱Ⅱ4处于健康工作状态；与整车控制器CCU7进行通讯，实时上报钛酸锂电池箱Ⅱ4的系统状态，并按照钛酸锂电池箱Ⅱ4的状态请求充电，控制充电机Ⅱ5的充电模式、充电电流以及充电电压；
所述AC380V电源接口Ⅲ13与整车AC380V直流母线连接，充电机Ⅱ5通过AC380V电源接口Ⅲ13得到工作电源；
所述AC380V电源接口Ⅳ14与整车AC380V直流母线连接，辅助充电机Ⅱ6通过AC380V电源接口Ⅳ14得到工作电源。
在上述方案的基础上，所述BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12能够与整车控制器CCU7通讯，能够按照钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4的当前状态和故障状态改变充电策略，调整充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5的工作模式、充电电流和充电电压，保证钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4不过充。
在上述方案的基础上，所述钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4兼具功率特性和能量特性，并且具有寿命长、环保、没有记忆效应以及安全性高等优点，更适用于车辆安装空间有限，对轴重及安全有要求的场合。
在上述方案的基础上，所述整车控制器CCU7用于将BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12请求的充电模式(恒流或恒压)、充电电流值和充电电压值转发给充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5，并在充电阶段比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，取最小值统一发给充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6，统一调整4台充电机的输出，使4台充电机均流输出，保证4台充电机寿命的一致性。
在上述方案的基础上，钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4的充电方式为恒流阶梯降流充电，最后转恒压浮充电，能够使钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4充电容量更多而不过充。
在上述方案的基础上，所述钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4设计有预充电路，能够为充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5进行预充电，避免钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4上电时引起冲击电流。
在上述方案的基础上，辅助蓄电池和辅助充电机数量不对称，其中所述充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5既用于为辅助蓄电池充电，又用于为车辆110V直流母线8供电。而所述辅助充电机Ⅰ3和辅助充电机Ⅱ6仅仅为车辆110V直流母线8供电。
在上述方案的基础上，所述充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5的充电策略分别根据BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12的请求进行动态调整，所述辅助充电机Ⅰ3和辅助充电机Ⅱ6的充电方式一直保持恒压充电模式。
一种基于轨道交通车辆用不对称辅助供电系统的充电方法，包括：正常充电方法和故障充电方法；
所述正常充电方法是指钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4以及整个辅助供电系统的通讯均正常，钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4的充电控制相互独立，互不影响，具体包括以下步骤：
步骤一：车辆启动钛酸锂电池箱Ⅰ1和钛酸锂电池箱Ⅱ4，辅助供电系统上电，车辆升弓后，启动充电机Ⅰ2、辅助充电机Ⅰ3、充电机Ⅱ5和辅助充电机Ⅱ6，其中充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5的输出方式分别按照BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12的请求值来进行输出，辅助充电机Ⅰ3和辅助充电机Ⅱ6的启动方式为恒压启动方式；
步骤二：BMS电池管理系统Ⅰ11判断钛酸锂电池箱Ⅰ1的状态，BMS电池管理系统Ⅱ12判断钛酸锂电池箱Ⅱ4的状态，并将充电模式(恒流或恒压)、充电电压值以及充电电流值发送至整车控制器CCU7；
步骤三：整车控制器CCU7将收到的充电模式、充电电压值以及充电电流值分别转发给充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5；
步骤四：充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5根据收到的充电模式、充电电压值以及充电电流值分别执行相应的动作；
步骤五：整车控制器CCU7比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤六：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的充电电压值进行输出；
所述故障充电方法具体为：
1)单体电压过高轻级故障和单体电压过高中级故障
当钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4出现单体电压过高轻级故障和单体电压过高中级故障时，按照以下步骤充电；
步骤一：BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12向整车控制器CCU7请求恒压充电，充电电压值为当前蓄电池总电压-2V，充电电流值为5A；
步骤二：整车控制器CCU7将收到的请求转发给充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5；
步骤三：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5按照整车控制器CCU7发送的充电电压值和充电电流值为钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4充电；
步骤四：整车控制器CCU7比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤五：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的充电电压值进行输出；
2)总电压过高中级故障
当钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4出现总电压过高中级故障时，按照以下步骤充电：
步骤一：BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12向整车控制器CCU7请求恒压DC115V充电；
步骤二：整车控制器CCU7收到请求后转发给充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5；
步骤三：整车控制器CCU7比较BMS电池管理系统Ⅰ11和BMS电池管理系统Ⅱ12发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤四：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的充电电压值进行输出；
3)BMS电池管理系统和整车控制器CCU7之间通讯故障
当BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12与整车控制器CCU7之间通讯故障，按照以下步骤进行充电：
步骤一：整车控制器CCU7判定当BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12通讯离线，向充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5发送恒流10A进行充电，充电电压上限为DC110V；
步骤二：当充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5上传的蓄电池总电压大于DC110V，整车控制器CCU7向充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5发送恒压DC110V进行充电，充电电流为5A；
步骤三：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5按照恒压DC110V进行充电；
步骤四：整车控制器CCU7屏蔽BMS电池管理系统Ⅰ11或BMS电池管理系统Ⅱ12发送的请求；
步骤五：若充电机Ⅰ2和充电机Ⅱ5均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU7发送的恒压DC110V进行输出；
4)充电机和整车控制器CCU7之间通讯故障
步骤一：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5与整车控制器CCU7通讯故障；
步骤二：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5若处于恒流充电，那么继续以恒流10A进行充电，充到钛酸锂电池箱Ⅰ1或钛酸锂电池箱Ⅱ4的电压为DC110后，转恒压浮充；
步骤三：充电机Ⅰ2或充电机Ⅱ5若处于恒压充电，那么继续以恒压DC110V进行充电。
本发明所述技术方案可以实现不对称辅助供电系统的充电，实现不同辅助充电机之间的均流输出。辅助蓄电池采用钛酸锂电池，并配置了电池管理系统(BMS)，BMS能实时监控辅助蓄电池系统状态。不仅增加了辅助供电的可靠性，还增强了车辆的安全性。本发明适用于多种轨道交通车俩，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 (7)

1.一种轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，其特征在于，包括：钛酸锂电池箱Ⅰ(1)、充电机Ⅰ(2)、辅助充电机Ⅰ(3)、钛酸锂电池箱Ⅱ(4)、充电机Ⅱ(5)、辅助充电机Ⅱ(6)、整车控制器CCU(7)、110V直流母线(8)、AC380V电源接口Ⅰ(9)、AC380V电源接口Ⅱ(10)、BMS电池管理系统Ⅰ(11)、BMS电池管理系统Ⅱ(12)、AC380V电源接口Ⅲ(13)和AC380V电源接口Ⅳ(14)；
所述钛酸锂电池箱Ⅰ(1)的正极与充电机Ⅰ(2)的一个正极连接；充电机Ⅰ(2)的另一个正极与110V直流母线(8)的正极连接；钛酸锂电池箱Ⅰ(1)的负极分别与充电机Ⅰ(2)的负极、辅助充电机Ⅰ(3)的负极和110V直流母线(8)的负极连接；辅助充电机Ⅰ(3)的正极与110V直流母线(8)的正极连接；辅助充电机Ⅰ(3)的输入端与AC380V电源接口Ⅱ(10)连接；充电机Ⅰ(2)的输入端与AC380V电源接口Ⅰ(9)连接；
所述钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的正极与充电机Ⅱ(5)的一个正极连接；充电机Ⅱ(5)的另一个正极与110V直流母线(8)的正极连接；钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的负极分别与充电机Ⅱ(5)的负极、辅助充电机Ⅱ(6)的负极和110V直流母线(8)的负极连接；辅助充电机Ⅱ(6)的正极与110V直流母线(8)的正极连接；辅助充电机Ⅱ(6)的输入端与AC380V电源接口Ⅳ(14)连接；充电机Ⅱ(5)的输入端与AC380V电源接口Ⅲ(13)连接；
所述整车控制器CCU(7)分别与BMS电池管理系统Ⅰ(11)、充电机Ⅰ(2)的控制器、辅助充电机Ⅰ(3)的控制器、BMS电池管理系统Ⅱ(12)、充电机Ⅱ(5)的控制器和辅助充电机Ⅱ(6)的控制器连接；
所述BMS电池管理系统Ⅰ(11)与钛酸锂电池箱Ⅰ(1)连接，所述BMS电池管理系统Ⅱ(12)与钛酸锂电池箱Ⅱ(4)连接；
所述钛酸锂电池箱Ⅰ(1)用于储存电能，并通过充电机Ⅰ(2)向110V直流母线(8)供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述充电机Ⅰ(2)用于给钛酸锂电池箱Ⅰ(1)充电，并为110V直流母线(8)供电；
所述辅助充电机Ⅰ(3)用于为110V直流母线(8)供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述钛酸锂电池箱Ⅱ(4)用于储存电能，并通过充电机Ⅱ(5)向110V直流母线(8)供电，供车辆辅助负载工作使用；
所述充电机Ⅱ(5)用于给钛酸锂电池箱Ⅱ(4)充电，并为110V直流母线(8)供电；
所述辅助充电机Ⅱ(6)用于为110V直流母线(8)供电，供给车辆辅助负载电源；
所述整车控制器CCU(7)用于与BMS电池管理系统Ⅰ(11)、充电机Ⅰ(2)的控制器、辅助充电机Ⅰ(3)的控制器、BMS电池管理系统Ⅱ(12)、充电机Ⅱ(5)的控制器和辅助充电机Ⅱ(6)的控制器通讯；
所述整车控制器CCU(7)用于监控钛酸锂电池箱Ⅰ(1)、充电机Ⅰ(2)、辅助充电机Ⅰ(3)、钛酸锂电池箱Ⅱ(4)、充电机Ⅱ(5)和辅助充电机Ⅱ(6)的基本状态和故障信息，并进行信息交互；
所述110V直流母线(8)作为各个车辆直流110V列车总线，作为钛酸锂电池箱Ⅰ(1)、充电机Ⅰ(2)、辅助充电机Ⅰ(3)、钛酸锂电池箱Ⅱ(4)、充电机Ⅱ(5)和辅助充电机Ⅱ(6)向车辆直流110V辅助负载供电的载体；
所述AC380V电源接口Ⅰ(9)与整车AC380V直流母线连接，充电机Ⅰ(2)通过AC380V电源接口Ⅰ(9)得到工作电源；
所述AC380V电源接口Ⅱ(10)与整车AC380V直流母线连接，辅助充电机Ⅰ(3)通过AC380V电源接口Ⅱ(10)得到工作电源；
所述BMS电池管理系统Ⅰ(11)用于监控钛酸锂电池箱Ⅰ(1)的状态，保证钛酸锂电池箱Ⅰ(1)处于健康工作状态；用于与整车控制器CCU(7)进行通讯，实时上报钛酸锂电池箱Ⅰ(1)的系统状态，并按照钛酸锂电池箱Ⅰ(1)的状态请求充电，控制充电机Ⅰ(2)的充电模式、充电电流以及充电电压；
所述BMS电池管理系统Ⅱ(12)用于监控钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的状态，保证钛酸锂电池箱Ⅱ(4)处于健康工作状态；用于与整车控制器CCU(7)进行通讯，实时上报钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的系统状态，并按照钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的状态请求充电，控制充电机Ⅱ(5)的充电模式、充电电流以及充电电压；
所述AC380V电源接口Ⅲ(13)与整车AC380V直流母线连接，充电机Ⅱ(5)通过AC380V电源接口Ⅲ(13)得到工作电源；
所述AC380V电源接口Ⅳ(14)与整车AC380V直流母线连接，辅助充电机Ⅱ(6)通过AC380V电源接口Ⅳ(14)得到工作电源。
2.如权利要求1所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，其特征在于，所述钛酸锂电池箱Ⅰ(1)和钛酸锂电池箱Ⅱ(4)兼具功率特性和能量特性。
3.如权利要求1所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，其特征在于，所述整车控制器CCU(7)用于将BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)请求的充电模式、充电电流值和充电电压值转发给充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)，并在充电阶段比较BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)发送的充电电压值，取最小值统一发给充电机Ⅰ(2)、辅助充电机Ⅰ(3)、充电机Ⅱ(5)和辅助充电机Ⅱ(6)，统一调整4台充电机的输出，使4台充电机均流输出，保证4台充电机寿命的一致性。
4.如权利要求1所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，其特征在于，钛酸锂电池箱Ⅰ(1)和钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的充电方式为恒流阶梯降流充电，最后转恒压浮充电。
5.如权利要求1所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，其特征在于，所述钛酸锂电池箱Ⅰ(1)设计有预充电路，能够为充电机Ⅰ(2)进行预充电，避免钛酸锂电池箱Ⅰ(1)上电时引起冲击电流，钛酸锂电池箱Ⅱ(4)设计有预充电路，能够为充电机Ⅱ(5)进行预充电，避免钛酸锂电池箱Ⅱ(4)上电时引起冲击电流。
6.如权利要求1所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统，其特征在于，所述充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)的充电策略分别根据BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)的请求进行动态调整，所述辅助充电机Ⅰ(3)和辅助充电机Ⅱ(6)的充电方式一直保持恒压充电模式。
7.一种基于权利要求1-6任一权利要求所述的轨道交通车辆用不对称辅助供电系统的充电方法，其特征在于，包括：正常充电方法和故障充电方法；
正常充电方法具体包括以下步骤：
步骤一：车辆启动钛酸锂电池箱Ⅰ(1)和钛酸锂电池箱Ⅱ(4)，辅助供电系统上电，车辆升弓后，启动充电机Ⅰ(2)、辅助充电机Ⅰ(3)、充电机Ⅱ(5)和辅助充电机Ⅱ(6)，其中充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)的输出方式分别按照BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)的请求值来进行输出，辅助充电机Ⅰ(3)和辅助充电机Ⅱ(6)的启动方式为恒压启动方式；
步骤二：BMS电池管理系统Ⅰ(11)判断钛酸锂电池箱Ⅰ(1)的状态，BMS电池管理系统Ⅱ(12)判断钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的状态，BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)将充电模式、充电电压值以及充电电流值发送至整车控制器CCU(7)；
步骤三：整车控制器CCU(7)将收到的充电模式、充电电压值以及充电电流值分别转发给充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)；
步骤四：充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)根据收到的充电模式、充电电压值以及充电电流值分别执行相应的动作；
步骤五：整车控制器CCU(7)比较BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤六：若充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU(7)发送的充电电压值进行输出；
所述故障充电方法具体为：
1)单体电压过高轻级故障和单体电压过高中级故障
当钛酸锂电池箱Ⅰ(1)或钛酸锂电池箱Ⅱ(4)出现单体电压过高轻级故障和单体电压过高中级故障时，按照以下步骤充电；
步骤一：BMS电池管理系统Ⅰ(11)或BMS电池管理系统Ⅱ(12)向整车控制器CCU(7)请求恒压充电，充电电压值为当前蓄电池总电压-2V，充电电流值为5A；
步骤二：整车控制器CCU(7)将收到的请求转发给充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)；
步骤三：充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)按照整车控制器CCU(7)发送的充电电压值和充电电流值为钛酸锂电池箱Ⅰ(1)或钛酸锂电池箱Ⅱ(4)充电；
步骤四：整车控制器CCU(7)比较BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤五：若充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU(7)发送的充电电压值进行输出；
2)总电压过高中级故障
当钛酸锂电池箱Ⅰ(1)或钛酸锂电池箱Ⅱ(4)出现总电压过高中级故障时，按照以下步骤充电：
步骤一：BMS电池管理系统Ⅰ(11)或BMS电池管理系统Ⅱ(12)向整车控制器CCU(7)请求恒压DC115V充电；
步骤二：整车控制器CCU(7)收到请求后转发给充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)；
步骤三：整车控制器CCU(7)比较BMS电池管理系统Ⅰ(11)和BMS电池管理系统Ⅱ(12)发送的充电电压值，选取最小值发给4台充电机；
步骤四：若充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU(7)发送的充电电压值进行输出；
3)BMS电池管理系统和整车控制器CCU(7)之间通讯故障
当BMS电池管理系统Ⅰ(11)或BMS电池管理系统Ⅱ(12)与整车控制器CCU(7)之间通讯故障，按照以下步骤进行充电：
步骤一：整车控制器CCU(7)判定当BMS电池管理系统Ⅰ(11)或BMS电池管理系统Ⅱ(12)通讯离线，向充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)发送恒流10A进行充电，充电电压上限为DC110V；
步骤二：当充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)上传的蓄电池总电压大于DC110V，整车控制器CCU(7)向充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)发送恒压DC110V进行充电，充电电流为5A；
步骤三：充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)按照恒压DC110V进行充电；
步骤四：整车控制器CCU(7)屏蔽BMS电池管理系统Ⅰ(11)或BMS电池管理系统Ⅱ(12)发送的请求；
步骤五：若充电机Ⅰ(2)和充电机Ⅱ(5)均处于恒压工作模式，那么4台充电机统一按照整车控制器CCU(7)发送的恒压DC110V进行输出；
4)充电机和整车控制器CCU(7)之间通讯故障
步骤一：充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)与整车控制器CCU(7)通讯故障；
步骤二：充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)若处于恒流充电，那么继续以恒流10A进行充电，充到钛酸锂电池箱Ⅰ(1)或钛酸锂电池箱Ⅱ(4)的电压为DC110后，转恒压浮充；
步骤三：充电机Ⅰ(2)或充电机Ⅱ(5)若处于恒压充电，那么继续以恒压DC110V进行充电。
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