CN112238876A - 一种应急牵引电源控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应急牵引电源控制装置，该装置通过设置控制模块和高压配电模块，可以在接触网无电的情况下，控制模块响应于用于指示接触网断电的指令而控制所述高压配电模块动作以接通供电通路、并向应急牵引电池组发送启动指令，所述供电通路的接通使得提供有启动电源的应急牵引电池组能够响应于所述启动指令而向列车负载供电。

Description

一种应急牵引电源控制装置
技术领域
本发明涉及动车组车载供电领域，特别涉及一种动车组应急牵引电源控制装置。
背景技术
随着我国高铁技术的成熟发展，高铁出行具备了安全、可靠、准时的特点，这种出行方式已经成为了多数人的首选。但偶尔也会出现因接触网停电故障导致的列车大面积晚点或救援。国内的媒体也报道过相关故障。目前我国动车组的主流设计接触网是提供动力电源的唯一来源，当停电时车内的绝大部分设备都无法运行，尤其是换气和空调系统，因车内环境密闭，外部温度高会导致车内温度急剧升高。为了保证安全在非站场紧急停车情况下是不允许打开窗门的，这将会进一步加大乘客的不适感，严重影响出行品质。
随着铁路部门需求的变化及蓄电池科技水平的提高，用户提出了车载动力电池的需求，即列车在接触网无电或故障状态下也能够正常行驶一定的速度和距离，保障列车能够运行到安全或方便救援的地带。
目前，四方的E51公务车、长客京张铁路动车组及400公里高速动车组均有此需求，且中国250公里标准动车组、中国350公里标准动车组均预留了车载动力电池的安装空间及相应的电气、机械接口，在动车组动力电池技术发展到成熟状态，将会进行批量推广装车运用，市场容量和经济效益非常大。
针对应急牵引的需求，作为应急牵引电池组(可采用锂电、铅酸、碱性或其它如金属-空气电池等类型)和牵引变流器的枢纽装置-应急牵引电源控制装置的研发亟需进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在列车接触网无电的情况下，如何实现应急牵引电池组的并网控制、管理以及保护，以为列车负载供电。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种应急牵引电源控制装置，其包括：外部配电模块、控制模块和高压配电模块；
其中，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令而控制所述高压配电模块动作以接通供电通路、并向应急牵引电池组发送启动指令，
所述供电通路的接通使得提供有启动电源的应急牵引电池组能够响应于所述启动指令而向列车负载供电。
优选的，上述装置还包括外部配电模块，所述控制模块还配置为响应于用于指示接触网断电的指令而控制所述外部配电模块动作以接通启动电源通路，其中，所述启动电源通路的接通使得外部电源能够向所述应急牵引电池组提供启动电源。
优选的，所述外部配电模块包括第一开关部件，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令控制所述第一开关部件闭合以接通所述启动电源通路。
优选的，所述外部配电模块还包括直流-直流转换器，所述外部电源通过所述直流-直流转换器连接所述应急牵引电池组。
优选的，所述高压配电模块包括第二开关部件，所述第二开关部件连接所述应急牵引电池组的正极，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令控制所述第二开关部件闭合以接通所述供电通路。
优选的，所述高压配电模块还包括第三开关部件，所述第三开关部件连接所述应急牵引电池组的负极，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令控制所述第三开关部件闭合，所述第三开关部件所在线路隶属于所述供电通路。
优选的，所述高压配电模块还包括电流传感器和/或电压传感器，所述电流传感器和/或电压传感器用于将所述应急牵引电池组的输出电流和/或输出电压反馈给所述控制模块，以使所述控制模块响应于用于指示接触网断电的指令并基于所述应急牵引电池组的输出电流和/或输出电压来控制所述第二开关部件和所述第三开关部件的动作。
优选的，所述高压配电模块还包括熔断器，所述应急牵引电池组的正极经由所述熔断器连接所述第二开关部件。
优选的，所述控制模块通过通讯总线与所述应急牵引电池组连接，以向所述应急牵引电池组发送所述启动指令并获取该应急牵引电池组的属性信息。
优选的，所述控制模块还通过冗余通道与所述应急牵引电池组连接，以向所述应急牵引电池组发送关键启停指令和/或保护指令。
优选的，所述控制模块通过多功能车辆总线与列车网络控制系统连接，以从所述列车网络控制系统获取所述用于指示接触网断电的指令并将获取的所述应急牵引电池组的属性信息上传至所述列车网络控制系统。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本发明的应急牵引电源控制装置，可实现在接触网无电的情况下对列车负载供电，使列车能够依靠自身能量继续行驶一定的距离到达安全或方便救援的地方，从而可以不必实施紧急救援，避免严重扰乱行车秩序；能够维持列车内照明、通风、空调等设备的正常运行，保证乘客的舒适感。
附图说明
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：
图1示出了现有技术中列车负载的供电电路；
图2示出了本发明实施例提供的应急牵引电源控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
在现有技术中，接触网是为列车提供动力电源的唯一来源，如图1所示，牵引变流器100通过AC/DC的4QS整流功能转成高压直流电源(牵引母线)后供给DC/AC主逆变器，输出3相可调的交流电驱动牵引电机来完成行车功能。此外通过DC/AC辅逆变器实现3相AC 380V的电源输出，保证空调等车载设备工作。通过AC/DC充电机实现110V电源输出，保证蓄电池等车载设备工作。
而当接触网停电故障时，将导致列车无法运行，并影响列车中的换气和空调系统。因车内环境密闭、外部温度高，会导致车内温度急剧升高，严重影响出行品质。
基于此，为实现在列车接触网无电的情况下，对应急牵引电池组的并网控制、管理以及保护，本发明实施例提供了一种应急牵引电源控制装置200。
图2示出了本发明实施例应急牵引电源控制装置200的原理示意图。本发明实施例的应急牵引电源控制装置200主要包括：控制模块201和高压配电模块202。
其中，控制模块201配置为响应于用于指示接触网断电的指令而控制高压配电模块202动作以接通供电通路、并响应于用于指示接触网断电的指令而向应急牵引电池组300发送启动指令，供电通路的接通使得提供有启动电源的应急牵引电池组300能够响应于启动指令而向列车负载供电。在本发明实施例中，控制模块201可以为CPU控制器。
作为另一示例，参见图2，本发明实施例的应急牵引电源控制装置200还可以包括外部配电模块203。控制模块201响应用于指示接触网断电的指令后，控制外部配电模块203动作以接通启动电源通路。其中，启动电源通路的接通使得外部电源能够向应急牵引电池组300提供启动电源。
需要说明的是，在本发明实施例中，外部电源和应急牵引电池组300之间可以不设置外部配电模块203，外部电源可以和应急牵引电池组300直接连接，一直为应急牵引电池组300供电。为了节约能源，本发明以下实施例中均以外部电源和应急牵引电池组300之间设置有外部配电模块203为例进行说明。
具体的，参见图2所示，外部配电模块203受控于控制模块201，用于连接外部电源向应急牵引电池组300提供启动电源。
其中，外部配电模块203包括第一开关部件2031，第一开关部件2031可以为受控于控制模块201的接触器。该外部配电模块203的工作原理可以为：控制模块201响应于用于指示接触网断电的指令控制第一开关部件2031闭合，接通启动电源通路，以利用外部电源向应急牵引电池组300提供启动电源。在非应急牵引情况下，控制模块201可以控制第一开关部件2031断开，从而有利于达到对外部电源的节能效果。
在外部电源提供的电压与应急牵引电池组300的启动电压不匹配的情况下，可以增加直流-直流转换器2032对外部电源提供的电压进行转换，然后再将匹配的电压提供给应急牵引电池组300。基于此，在本发明一优选的实施例中，外部配电模块203还可以包括直流-直流转换器2032，外部电源通过直流-直流转换器2032连接应急牵引电池组300。该直流-直流转换器2032主要实现将外部电源电压转换为适合应急牵引电池组300工作的电压，例如外部电源为可提供110V电压的直流电源，应急牵引电池组300通常需要的工作电压为24V或48V，启动电源通路接通后，直流-直流转换器2032可将外部电源直流110V电压转换为可供应急牵引电池组工作的直流24V或48V的电压。直流-直流转换器2032的外部配电模块203的工作原理为：控制模块201响应于用于指示接触网断电的指令控制第一开关部件2031闭合，以接通启动电源通路，从而实现外部电源通过直流-直流转换器2032连接应急牵引电池组300。
高压配电模块202受控与控制模块201，用于连接应急牵引电池组300，将应急牵引电池组300并入应急牵引母线。
其中，高压配电模块202包括第二开关部件2021，第二开关部件2021连接应急牵引电池组300的正极，控制模块201通过控制第二开关部件2021的通断来实现应急牵引电池组300和外部电源的并网接入功能，第二开关部件2021可以为受控于控制模块201的接触器。高压配电模块202的工作原理为：控制模块201响应于用于指示接触网断电的指令控制第二开关部件2021闭合以接通供电通路，将应急牵引电池组300并入应急牵引母线以向列车负载供电。
高压配电模块202还可以包括第三开关部件2032，高压配电模块202的该第三开关部件2022连接应急牵引电池组300的负极，该第三开关部件2022所在线路隶属于供电通路，第三开关部件2022可以为受控于控制模块201的接触器。需要说明的是，高压配电模块202可以不设置在负极线路上的第三开关部件2022，为了保证可靠性，作为一优选示例，在高压配电模块202连接应急牵引电池组300的供电通路的正、负线路上分别设置第二开关部件2021和第三开关部件2022。控制模块201通过控制第二开关部件2021和第三开关部件2022的通断来实现应急牵引电池组300和外部电源的并网接入功能。作为一示例，参见图2所示，控制模块201响应于用于指示接触器断网的指令控制第二开关部件2021和第三开关部件2022同时闭合，从而接通供电通路，应急牵引母线接通至牵引变流器100维持DC/AC主逆变器工作，以完成紧急牵引功能，同时保持DC/AC辅逆变器、AC/DC充电机运行保证了车载设备正常工作。第三开关部件2022的设置提高了供电通路的可靠性和安全性。
此外，高压配电模块202还可以包括电流传感器2023和/或电压传感器2024，该电流传感器2023和/或电压传感器2024用于将应急牵引电池组300的输出电流和/或输出电压反馈给控制模块201，以使控制模块201响应于用于指示接触网断电的指令并基于应急牵引电池组300的输出电流和/或输出电压来控制第二开关部件2021和第三开关部件2022的动作。高压配电模块202具体的工作原理为：在接触网断电的情况下，电流传感器2023和/或电压传感器2024将应急牵引电池组300的输出电流和/或输出电压反馈给控制模块201，控制模块201通过采集到的电压和/电流数据判断应急牵引电池组300的电压是否达到牵引变流器100的DA/AC主逆变器所需要的电压，如果是，则响应于用于指示接触网断电指令的控制模块201控制第二开关部件2021和第三开关部件2022闭合，以接通供电通路为列车负载供电。另外，当出现过流或过压现象时，控制模块201可以根据获取的电流传感器2023和/或电压传感器2024的反馈信息，控制第二开关部件2021和第三开关部件2022断开，停止应急牵引电池组300供电。
高压配电模块202还可以包括熔断器2025，应急牵引电池组300的正极经由熔断器2025连接第二开关部件。有利于在出现过流现象时，迅速切断供电通道，从而实现对应急牵引电池组的保护。
作为示例，控制模块201通过通讯总线与应急牵引电池组300连接，以向应急牵引电池组300发送启动指令并获取应急牵引电池组300的属性信息，其中，属性信息包含电池寿命、容量、温度以及单体电池电压等相关信息。。
作为一优选示例，控制模块201还可以通过冗余通道与应急牵引电池组300连接，冗余通道可以为硬线DIO通道。冗余通道可以用于控制模块201和应急牵引电池组300之间的关键启停指令和/或保护指令的传输。具体的，当出现过流或过压现象时，控制模块201根据电流传感器2023和/或电压传感器2024的反馈信息，利用冗余通道向应急牵引电池组300进行停止指令的传输，控制应急牵引电池组300停止供电，信号传输周期短，有利于实现对应急牵引电池组300等的快速保护。
此外，控制模块201可以为通过多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus,MVB)与列车网络控制系统(Train Control and Management System,TCMS)连接，以从列车网络控制系统获取用于指示接触网断电的指令并将获取的应急牵引电池组300的属性信息上传至列车网络控制系统。其中，列车网络控制系统中设置的中央控制单元(CenterControl Unit,CCU)可以根据上传的应急牵引电池组300的属性信息，判断应急牵引电池组300状态信息，从而也可以控制是否将应急牵引电池组300并入应急牵引母线。
控制模块201还可以通过以太网(Ethernet,ETH)和上位机服务软件进行信号传输，上位机服务软件可以对应急牵引电源控制装置200进行监视，完成维护服务功能。
作为示例，应急牵引电源控制装置200的工作原理可以为：在接触网断电的情况下，列车网络控制系统向控制模块201发送指示接触网断电的指令，控制模块201响应于用于指示接触网断电的指令而控制第一开关部件2031闭合以接通启动电源通路，实现外部电源通过直流-直流转换器2032向应急牵引电池组300提供启动电源。同时，控制模块201通过通讯总线以及冗余通道向应急牵引电池组300发送启动指令并获取应急牵引电池组300的属性信息。应急牵引电池组300实现启动后，高压配电模块202中设置的电流传感器2023和/或电压传感器2024将应急牵引电池组300的输出电流和/或输出电压反馈给控制模块201，控制模块201根据采集到的数据计算或判断，待应急牵引电池组300的输出电压达到牵引变流器100的DC/AC主逆变器工作所需电压时，控制第二开关部件2021和第三开关部件2022闭合，以接通供电通路为列车负载供电，从而能够完成紧急牵引功能，使列车行驶到安全或方便救援的地带，同时保持DC/AC辅逆变器、AC/DC充电机运行，保证了车载设备的正常工作，维持了乘客乘坐舒适感。
另外，控制模块201可以将获取到的应急牵引电池组300的属性信息上传至列车网络控制系统。当应急牵引电池组300运行状态不良时，列车网络控制系统中设置的中央控制单元可以根据上传的应急牵引电池组300的属性信息，判断应急牵引电池组300的状态，控制应急牵引电池组300停止供电。控制应急牵引电池组300停止供电时，可以通过冗余通道进行关键指令传输，信号传输周期短，有利于实现对电池组的快速保护。
其中，作为示例，外部电源可以为常规蓄电池，应急牵引电池组300可以为采用锂电、铅酸、碱性或金属-空气等类型的电池。
本发明通过提供的应急牵引电源控制装置200，通过设置外部配电模块203、控制模块201和高压配电模块202，可以在接触网无电的情况下，控制模块201响应于用于指示接触网断电的指令而控制外部配电模块203闭合，向应急牵引电池组300发送启动指令，并控制高压配电模块202闭合以接通供电通路，以实现应急牵引电池组300向列车负载供电。该应急牵引电源控制装置200，能够对应急牵引电池组300进行管理、保护以及可实现在接触网无电的情况下对列车负载供电，使列车能够依靠自身能量继续行驶一定的距离到达安全或方便救援的地方，从而可以不必实施紧急救援，避免严重扰乱行车秩序；能够维持列车内照明、通风、空调等设备的正常运行，保证乘客的舒适感。此外，其网络控制及通讯方式兼容现有动车组的列车网络控制系统，整车无需增加额外的通讯装置，从而有利于节约成本。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种应急牵引电源控制装置，其特征在于，包括控制模块和高压配电模块；
其中，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令而控制所述高压配电模块动作以接通供电通路、并向应急牵引电池组发送启动指令，
所述供电通路的接通使得提供有启动电源的应急牵引电池组能够响应于所述启动指令而向列车负载供电。
2.根据权利要求1所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，还包括外部配电模块，所述控制模块还配置为响应于用于指示接触网断电的指令而控制所述外部配电模块动作以接通启动电源通路，其中，所述启动电源通路的接通使得外部电源能够向所述应急牵引电池组提供启动电源。
3.根据权利要求2所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述外部配电模块包括第一开关部件，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令控制所述第一开关部件闭合以接通所述启动电源通路。
4.根据权利要求3所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述外部配电模块还包括直流-直流转换器，所述外部电源通过所述直流-直流转换器连接所述应急牵引电池组。
5.根据权利要求1所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述高压配电模块包括第二开关部件，所述第二开关部件连接所述应急牵引电池组的正极，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令控制所述第二开关部件闭合以接通所述供电通路。
6.根据权利要求5所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述高压配电模块还包括第三开关部件，所述第三开关部件连接所述应急牵引电池组的负极，所述控制模块配置为响应于用于指示接触网断电的指令控制所述第三开关部件闭合，所述第三开关部件所在线路隶属于所述供电通路。
7.根据权利要求6所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述高压配电模块还包括电流传感器和/或电压传感器，所述电流传感器和/或电压传感器用于将所述应急牵引电池组的输出电流和/或输出电压反馈给所述控制模块，以使所述控制模块响应于用于指示接触网断电的指令并基于所述应急牵引电池组的输出电流和/或输出电压来控制所述第二开关部件和所述第三开关部件的动作。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述高压配电模块还包括熔断器，所述应急牵引电池组的正极经由所述熔断器连接所述第二开关部件。
9.根据权利要求1所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述控制模块通过通讯总线与所述应急牵引电池组连接，以向所述应急牵引电池组发送所述启动指令并获取该应急牵引电池组的属性信息。
10.根据权利要求9所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述控制模块还通过冗余通道与所述应急牵引电池组连接，以向所述应急牵引电池组发送关键启停指令和/或保护指令。
11.根据权利要求9所述的应急牵引电源控制装置，其特征在于，所述控制模块通过多功能车辆总线与列车网络控制系统连接，以从所述列车网络控制系统获取所述用于指示接触网断电的指令并将获取的所述应急牵引电池组的属性信息上传至所述列车网络控制系统。
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