CN112615554A - 一种充电系统以及一种电车 - Google Patents

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CN112615554A CN202011278876.4A CN202011278876A CN112615554A CN 112615554 A CN112615554 A CN 112615554A CN 202011278876 A CN202011278876 A CN 202011278876A CN 112615554 A CN112615554 A CN 112615554A
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谢斌
陈中玉
肖磊
陈超录
罗煌
董其爱
虞鸿基
张晴雪
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Abstract

本发明提供了一种充电系统，适用于可双向行驶的电车，所述充电系统包括：双极性受电弓，所述双极性受电弓的正极板和负极板分别与线网的两根接触线连接；防反电路，所述防反电路的输入端与所述双极性受电弓的输出端连接，并将所述双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压；隔离DCDC电路，所述隔离DCDC电路的输入端与所述防反电路的输出端连接以接收所述防反电路输出的直流电压，所述隔离DCDC电路将所述直流电压转换为电压稳定的直流电源以向所述电车的负载供电；以及视频监测设备，用于监测所述双极性受电弓与所述线网的相对位置，并响应于所述双极性受电弓与所述线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。

Description

一种充电系统以及一种电车
技术领域
本发明涉及电车充电领域，尤其涉及一种充电系统以及包括所述充电系统的电车。
背景技术
电车是一种常用的公共交通客运车，包括铁轨电车、轻轨电车及有轨电车等等。现有的铁轨电车、轻轨电车及有轨电车的需要专门的电力系统和轨道配合实现运行，且基础设施建设和车辆购置成本高。为解决该问题，中车集团提出了一种能够循迹地面上的虚拟轨道的电车概念，该种新型电车取消了钢轨，通过胶轮承载和方向盘转向的方式跟随地面虚拟轨道行驶。
地面虚拟轨道可灵活布置，无需在地面上进行特别的基建建设，仅需在地面上如车道线和斑马线一般绘示出该新型电车行驶的虚拟轨道即可。此种新型电车无需再沿着固定轨道行驶，且大大降低了基建成本，相对于有轨电车而言有巨大的运营优势。同时，该种新型电车“共享路权，混行交通”的运行特点，使得交通系统在地面车道布设等方面拥有组织灵活的优势。
随着对环境污染及能源危机的影响问题的日益关注，新能源电车的发展越来越受到重视，相较于传统电车，新能源车辆由于车辆的空间有限，车载储能系统所能承载的电量具备一定的上限。而储能式胶轮有轨电车同时具备新能源电车的特性和“共享路权，混行交通”的运行特点，成为公共交通车辆的较优选择。然而储能式胶轮有轨电车在长距离行驶时由于储能系统的电量限制，会存在续航里程不足的问题。
为解决储能式胶轮有轨电车的储能不足问题，可为储能式胶轮有轨电车配备充电系统，同时为防止充电系统内的受电弓对电车的物理约束，本发明提出一种充电系统，满足车辆在行驶过程中的充电需求，同时在出现电车偏离预定的线路轨道时，可实现偏离预警以防止车辆偏离预设轨道而引起受电弓挂网等问题。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本发明的一方面，提供了一种充电系统，适用于可双向行驶的电车，所述充电系统包括：双极性受电弓，所述双极性受电弓的正极板和负极板分别与线网的两根接触线连接；防反电路，所述防反电路的输入端与所述双极性受电弓的输出端连接，并将所述双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压；隔离DCDC电路，所述隔离DCDC电路的输入端与所述防反电路的输出端连接以接收所述防反电路输出的直流电压，所述隔离DCDC电路将所述直流电压转换为电压稳定的直流电源以向所述电车的负载供电；以及视频监测设备，用于监测所述双极性受电弓与所述线网的相对位置，并响应于所述双极性受电弓与所述线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。
在一实施例中，所述双极性受电弓为碳滑板受电弓。
在一实施例中，所述视频监测设备还监测所述电车与其设定的虚拟轨道的相对位置，并响应于所述电车偏离其设定的虚拟轨道产生偏离预警。
在一实施例中，所述视频监测设备发送所述偏离预警至所述电车的整车控制系统以便于所述整车控制系统控制所述双极性受电弓降弓。
在一实施例中，所述防反电路为全波整流电路。
在一实施例中，所述隔离DCDC电路包括：滤波电路，用于屏蔽线网上的高频干扰信号；预充电路，用于防止电压突变；以及DCDC变换电路，所述DCDC变换电路包括单相全桥逆变电路和整流电路。
根据本发明的另一方面，还提供了一种可双向行驶的电车，包括充电系统，所述充电系统包括：双极性受电弓，所述双极性受电弓的正极板和负极板分别与线网的两根接触线连接；防反电路，所述防反电路的输入端与所述双极性受电弓的输出端连接，并将所述双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压；隔离DCDC电路，所述隔离DCDC电路的输入端与所述防反电路的输出端连接以接收所述防反电路输出的直流电压，所述隔离DCDC电路将所述直流电压转换为电压稳定的直流电源以向所述电车的负载供电；以及视频监测设备，用于监测所述双极性受电弓与所述线网的相对位置，并响应于所述双极性受电弓与所述线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。
在一实施例中，所述双极性受电弓为碳滑板受电弓。
在一实施例中，所述视频监测设备还监测所述电车与其设定的虚拟轨道的相对位置，并响应于所述电车偏离其设定的虚拟轨道产生偏离预警。
在一实施例中，还包括整车控制系统，所述整车控制系统与所述充电系统连接，所述视频监测设备发送所述偏离预警至所述整车控制系统，所述整车控制系统响应于接收到所述偏离预警控制所述双极性受电弓降弓。
在一实施例中，所述防反电路为全波整流电路。
在一实施例中，所述隔离DCDC电路包括：滤波电路，用于屏蔽线网上的高频干扰信号；预充电路，用于防止电压突变；以及DCDC变换电路，用于将所述DCDC变换电路包括单相全桥逆变电路和整流电路。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。
图1是根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的充电系统的结构示意图；
图2是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的防反电路的电路结构示意图；
图3是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的隔离DCDC电路的电路结构示意图；
图4是根据本发明的另一个方面绘示的一实施例中的可双向行驶的电车的结构示意图。
具体实施方式
给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
根据本发明的一个方面，提供一种适用于可双向行驶的电车的充电系统。
双向行驶的电车是指在电车的车头和车尾均配置有驾驶室并可在车头或车尾中的任一驾驶室中进行驾驶操作以实现以该驾驶室作为行驶过程中的实际车头方向的电车。可以理解，现有的单向行驶的电车仅需单向供电，因此可采用单极性受电弓，其自由性可能更强。但单极性受电弓无法满足可双向行驶的电车的充电需求。
在一具体实施例中，如图1所示，适用于可双向行驶的电车的充电系统可包括双极性受电弓110、防反电路120、隔离DCDC电路130以及视频监测设备140。
其中，双极性受电弓110包括正极板和负极板，该正极板和负极板分别与供电线网的两根接触线连接以从供电线网中获取交流电。较优地，双极性受电弓110可采用碳滑板受电弓。
防反电路120的输入端与双极性受电弓110的输出端连接，并将双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压。可以理解，双极性受电弓接收到的线网电压为交流电，即具有正电压和负电压，防反电路120则将双极性受电弓输出的正电压或负电压转换为同一方向的电压后输出至充电系统的后一级电路。
较优地，在一实施例中，防反电路120可采用全波整流电路。如图2所示，防反电路120可具有二极管组D1、二极管组D2、二极管组D3和二极管组D4，其中，每组二极管包括并联的两个参数相同的二极管。当输入端提供的电压为正相电压时，输入端电压经二极管组D1和二极管组D4输出至输出端；当输入端提供的电压为反相电压时，输入端电压经二极管组D2和二极管组D3输出至输出端。
隔离DCDC电路130的输入端与防反电路120的输出端连接以接收防反电路130输出的直流电压，并将直流电压转换为电压稳定的直流电源以向电车的各个负载供电。
较优地，在一实施例中，如图3所示，隔离DCDC电路130可包括预充电路131、滤波电路132和DCDC变换电路133。
预充电路131用于为电容C1预充电，从而防止DCDC变换电路133的电压突变。具体地，如图3所示，预充电路包括开关器件K1、开关器件K2和电阻F1。为电容C1预充电时，开关器件K1断开，开关器件K2闭合；正常工作时，开关器件K1闭合，开关器件K2断开。
滤波电路132则用于屏蔽线网上的高频干扰信号。如图3所示，滤波电路132可采用一阶滤波电路。
DCDC变换电路133用于将防反电路120输出的直流电压转换为固定电压值的直流电压以向电车的储能元件充电或向车载负载供电。如图3所示，DCDC变换电路可包括单相全桥逆变电路和全波整流电路。
可以理解，隔离DCDC电路130具有电位隔离、干扰吸收隔离和稳定电压的作用。其中，滤波电路132能吸收和屏蔽从线网上传来高频电磁干扰信号，有效地隔离外部环境对电车的干扰；高频变压器T1通过磁隔离的方式使工频电网与车载高压负载进行了电位隔离，使车载高压负载与大地之间没有电势差，解决了车身可能带电而导致乘客触电的问题；DCDC变换电路133输出电压稳定的直流电源，稳定了车载高压负载的直流输入的电压，降低了对车载高压负载的绝缘设计和性能设计要求，提高了车载高压负载使用寿命。
视频监测设备140用于监测双极性受电弓与线网的相对位置，并响应于双极性受电弓与线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。具体地，视频监测设备140可采集双极性受电弓与线网的位置图像数据，并通过图像识别等手段来监测双极性受电弓与线网的相对位置。
较优地，视频监测设备140还可监测电车与其设定行驶的虚拟轨道的相对位置，并响应于电车偏离其设定的虚拟轨道而产生偏离预警。
较优地，视频监测设备140可与电车上的整车控制器连接，并将偏离预警通过通信网络发送至整车控制器，整车控制器则可基于视频监测设备140的偏离预警来控制双极性受电弓110降弓。
根据本发明的另一个方面，还提供一种可双向行驶的电车。
双向行驶的电车是指在电车的车头和车尾均配置有驾驶室并可在车头或车尾中的任一驾驶室中进行驾驶操作以实现以该驾驶室作为行驶过程中的实际车头方向的电车。可以理解，现有的单向行驶的电车仅需单向供电，因此可采用单极性受电弓，其自由性可能更强。但单极性受电弓无法满足可双向行驶的电车的充电需求。
在一具体实施例中，如图4所示，电车包括充电系统，该充电系统包括双极性受电弓110、防反电路120、隔离DCDC电路130以及视频监测设备140。
其中，双极性受电弓110包括正极板和负极板，该正极板和负极板分别与供电线网的两根接触线连接以从供电线网中获取交流电。较优地，双极性受电弓110可采用碳滑板受电弓。
防反电路120的输入端与双极性受电弓110的输出端连接，并将双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压。可以理解，双极性受电弓接收到的线网电压为交流电，即具有正电压和负电压，防反电路120则将双极性受电弓输出的正电压或负电压转换为同一方向的电压后输出至充电系统的后一级电路。
较优地，在一实施例中，防反电路120可采用全波整流电路。如图2所示，防反电路120可具有二极管组D1、二极管组D2、二极管组D3和二极管组D4，其中，每组二极管包括并联的两个参数相同的二极管。当输入端提供的电压为正相电压时，输入端电压经二极管组D1和二极管组D4输出至输出端；当输入端提供的电压为反相电压时，输入端电压经二极管组D2和二极管组D3输出至输出端。
隔离DCDC电路130的输入端与防反电路120的输出端连接以接收防反电路130输出的直流电压，并将直流电压转换为电压稳定的直流电源以向电车的各个负载供电。
较优地，在一实施例中，如图3所示，隔离DCDC电路130可包括预充电路131、滤波电路132和DCDC变换电路133。
预充电路131用于为电容C1预充电，从而防止DCDC变换电路133的电压突变。具体地，如图3所示，预充电路包括开关器件K1、开关器件K2和电阻F1。为电容C1预充电时，开关器件K1断开，开关器件K2闭合；正常工作时，开关器件K1闭合，开关器件K2断开。
滤波电路132则用于屏蔽线网上的高频干扰信号。如图3所示，滤波电路132可采用一阶滤波电路。
如图4所示，DCDC变换电路133用于将防反电路120输出的直流电压转换为固定电压值的直流电压以向电车的储能系统充电或向车载负载供电，车载负载可包括辅助电源、空调、电机控制器以及电机等。DCDC变换电路133可如图3所示，包括单相全桥逆变电路和全波整流电路。
可以理解，隔离DCDC电路130具有电位隔离、干扰吸收隔离和稳定电压的作用。其中，滤波电路132能吸收和屏蔽从线网上传来高频电磁干扰信号，有效地隔离外部环境对电车的干扰；高频变压器T1通过磁隔离的方式使工频电网与车载高压负载进行了电位隔离，使车载高压负载与大地之间没有电势差，解决了车身可能带电而导致乘客触电的问题；DCDC变换电路133输出电压稳定的直流电源，稳定了车载高压负载的直流输入的电压，降低了对车载高压负载的绝缘设计和性能设计要求，提高了车载高压负载使用寿命。
视频监测设备140用于监测双极性受电弓与线网的相对位置，并响应于双极性受电弓与线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。具体地，视频监测设备140可采集双极性受电弓与线网的位置图像数据，并通过图像识别等手段来监测双极性受电弓与线网的相对位置。
较优地，视频监测设备140还可监测电车与其设定行驶的虚拟轨道的相对位置，并响应于电车偏离其设定的虚拟轨道而产生偏离预警。
进一步地，可双向行驶的电车还包括整车控制系统。整车控制系统与充电系统连接，视频监测设备140发送偏离预警至整车控制系统，整车控制系统响应于接收到偏离预警控制双极性受电弓110降弓。
本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种充电系统，适用于可双向行驶的电车，所述充电系统包括：
双极性受电弓，所述双极性受电弓的正极板和负极板分别与线网的两根接触线连接；
防反电路，所述防反电路的输入端与所述双极性受电弓的输出端连接，并将所述双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压；
隔离DCDC电路，所述隔离DCDC电路的输入端与所述防反电路的输出端连接以接收所述防反电路输出的直流电压，所述隔离DCDC电路将所述直流电压转换为电压稳定的直流电源以向所述电车的负载供电；以及
视频监测设备，用于监测所述双极性受电弓与所述线网的相对位置，并响应于所述双极性受电弓与所述线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。
2.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述双极性受电弓为碳滑板受电弓。
3.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述视频监测设备还监测所述电车与其设定的虚拟轨道的相对位置，并响应于所述电车偏离其设定的虚拟轨道产生偏离预警。
4.如权利要求1或3所述的充电系统，其特征在于，所述视频监测设备发送所述偏离预警至所述电车的整车控制系统以便于所述整车控制系统控制所述双极性受电弓降弓。
5.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述防反电路为全波整流电路。
6.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述隔离DCDC电路包括：
滤波电路，用于屏蔽线网上的高频干扰信号；
预充电路，用于防止电压突变；以及
DCDC变换电路，所述DCDC变换电路包括单相全桥逆变电路和整流电路。
7.一种可双向行驶的电车，包括充电系统，所述充电系统包括：
双极性受电弓，所述双极性受电弓的正极板和负极板分别与线网的两根接触线连接；
防反电路，所述防反电路的输入端与所述双极性受电弓的输出端连接，并将所述双极性受电弓接收到的线网电压转换为极性一致的直流电压；
隔离DCDC电路，所述隔离DCDC电路的输入端与所述防反电路的输出端连接以接收所述防反电路输出的直流电压，所述隔离DCDC电路将所述直流电压转换为电压稳定的直流电源以向所述电车的负载供电；以及
视频监测设备，用于监测所述双极性受电弓与所述线网的相对位置，并响应于所述双极性受电弓与所述线网的相对位置超出预设阈值，产生偏离预警。
8.如权利要求7所述的电车，其特征在于，所述双极性受电弓为碳滑板受电弓。
9.如权利要求7所述的电车，其特征在于，所述视频监测设备还监测所述电车与其设定的虚拟轨道的相对位置，并响应于所述电车偏离其设定的虚拟轨道产生偏离预警。
10.如权利要求7或9所述的电车，其特征在于，还包括整车控制系统，所述整车控制系统与所述充电系统连接，所述视频监测设备发送所述偏离预警至所述整车控制系统，所述整车控制系统响应于接收到所述偏离预警控制所述双极性受电弓降弓。
11.如权利要求7所述的充电系统，其特征在于，所述防反电路为全波整流电路。
12.如权利要求7所述的充电系统，其特征在于，所述隔离DCDC电路包括：
滤波电路，用于屏蔽线网上的高频干扰信号；
预充电路，用于防止电压突变；以及
DCDC变换电路，用于将所述DCDC变换电路包括单相全桥逆变电路和整流电路。
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