CN114228752B - 一种适用于虚拟轨道导向列车的储能系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于虚拟轨道导向列车的储能系统，其特征在于：包括钛酸锂电池模组、隔离开关、熔断器、电流传感器、电压传感器、绝缘检测模块、主接触器、双向DC/DC模块、预充电接触器、预充电电阻、低压隔离开关、DC/DC、后备电源、低压熔断器、ON位接触器、启动位接触器和电池管理模块，其中钛酸锂电池模组为电能存储单元，通过双向DC/DC模块实现能量在单一回路中的双向流动，通过DC/DC实现高压向低压的转换，通过后备电源实现储能系统的初始启动，通过电池管理模块实现对储能系统充电和放电的管理。本发明在储能系统中增加了双向DC/DC、DC/DC以及后备电源等硬件，通过电池管理模块和接触器等软件和硬件的结合解决了背景技术中存在的所有问题，提升了储能系统的电气集成性能，提升了虚拟轨道导向列车的综合性能。

Description

一种适用于虚拟轨道导向列车的储能系统
技术领域
本发明属于轨道列车储能系统技术领域，尤其是涉及一种虚拟轨道导向列车的储能系统。
背景技术
现有轨道交通车辆的储能系统为电容型或者磷酸铁锂型储能元件，无法满足虚拟轨道导向列车的高能量密度的要求；同时现有的轨道交通车辆通常设置制动电阻来消耗电制动时的能量，无法实现能量的回收；以及为满足列车控制系统启动和低压电气系统供电的要求，在现有的轨道交通车辆了设置蓄电池和充电机。以上种种原因导致使用储能系统的轨道交通车辆电气系统结构复杂，无形中增加了轨道交通的成本和重量等，不利于列车的可靠性和经济性。
发明内容
本发明的目的是提出一种轻量化的虚拟轨道导向列车储能系统，在满足虚拟轨道导向列车的无网、无轨和无人运行的特点的同时，实现储能系统放电回路中能量的回馈，提高车辆电气系统的集成性，结构简单，性能稳定可靠。
为实现上述目的，本发明提供一种适用于虚拟轨道导向列车的新型储能系统，其特征在于：包括高压主电路模块、低压电路模块和电池管理模块三部分，高压主电路模块分别连接电池管理模块和低压电路模块；
高压主电路模块通过电池管理模块读取高压主电路模块内部的电压传感器的电压和电流传感器的电流，判断储能系统的工作状态，并根据充放电阈值与电流和电压的具体数值，驱动其内部的双向DC/DC的电流方向，实现储能系统利用同一回路进行充电和放电功能，为储能系统提供能量和能量传输路径，并为高压负载提供电源；电池管理模块通过检测传感器状态控制能量的传输方向；低压电路模块利用其内部的后备电源为电池管理系统提供电源并启动储能系统，在储能系统进入工作状态后利用其内部的DC/DC为所述的后备电源充电和为低压负载提供电源，确保后备电源始终处于满电量；
所述的电池管理模块执行下面的流程：
1）列车未工作，当电流小于20A，电压大于400V时，不需要充电；
2）列车未工作，当电流小于20A，电压小于400V时，需要充电；
3）列车放电过程，当电流大于20A，电压400V到750V时，不需要充电；
4）列车放电过程，当电流大于20A，电压小于400V时，需要充电；
5）列车充电过程，当电流大于20A，电压大于750V时，不需要继续充电；
6）列车充电过程，当电流大于20A，电压400V到750V需要继续充电。
优选的，所述的高压主电路模块包括钛酸锂电池模组、隔离开关、熔断器、电流传感器、电压传感器、绝缘检测模块、主接触器、双向DC/DC模块、预充电接触器、预充电电阻，其中：
钛酸锂电池模组：通过钛酸锂电池的串联和并联方式，提升模组的容量和电压，实现电能和化学能的转化；
隔离开关、熔断器：实现对主电路在出现短路、过载、过流、过热故障工况下的断路保护，并将隔离开关状态发送给电池管理系统；
电流传感器、电压传感器：获取储能系统主电路的电流和电压信息并发送给电池管理模块，实现对储能系统的状态感知和充放电控制；
绝缘检测模块：为储能系统提供绝缘检测功能；
主接触器、双向DC/DC模块：构成储能系统充放电主回路，为列车提供高压电源和充电路径；
预充电接触器、预充电电阻：在储能系统放电时实现预充电功能，保护高压负载。
优选的，所述的低压模块电路包括低压隔离开关、DC/DC、后备电源、低压熔断器、ON位接触器、启动位接触器，其中：
低压隔离开关和低压熔断器：实现对低压模块在出现短路、过载、过流、过热故障工况下的断路保护，并将隔离开关状态发送给电池管理系统；
DC/DC:将钛酸锂电池模组输出电压等级降低，实现电压等级的转换,为列车低压负载提供低压电源；
后备电源：为列车提供持续供电电源，满足控制系统的启动要求，在实现储能系统的工作后，通过储能系统对其充电；
ON位接触器、启动位接触器：将低压电源输出到ON位负载、ACC位负载和点火位。
本发明相对于背景技术具有的优点和进步：
本发明包括高压主电路模块、低压电路模块和电池管理模块三部分，通过在高压主电路模块中设置双向DC/DC模块，实现能量在单一回路中的双向流动，通过在低压电路模块中设置DC/DC模块，实现高压向低压的转换，以及通过后备电源实现储能系统的初始启动，通过电池管理模块和接触器等软件和硬件的结合解决了背景技术中存在的技术问题，提升了储能系统的电气集成性能，提供了虚拟轨道导向列车的综合性能。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明电池管理模块实现过程流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明具体实施方式包括高压主电路模块、低压电路模块和电池管理模块三部分；其中高压主电路模块为电压等级为200V-750V之间的电路和元器件，主要功能为实现化学能和电能的转换、高压状态检测和控制、电压等级的转变和提供高压负载的电源等；低压电路模块为电压等级为24V的电路和元器件，主要功能为提供后备电源、提供低压负载的电源等；电池管理模块为控制软件，主要功能为根据检测到的信息判断系统的状态并控制高压主电路模块和低压电路模块的工作。
参照图1，本发明具体实施方式括钛酸锂电池模组、隔离开关、熔断器、电流传感器、电压传感器、绝缘检测模块、主接触器、双向DC/DC模块、预充电接触器、预充电电阻、低压隔离开关、DC/DC、后备电源、低压熔断器、ON位接触器、启动位接触器，其中：
钛酸锂电池模组：通过钛酸锂电池的串联和并联方式，提升模组的容量和电压，实现电能和化学能的转化；
隔离开关、熔断器：实现对主电路在出现短路、过载、过流、过热故障工况下的断路保护，并将隔离开关状态发送给电池管理系统；
电流传感器、电压传感器：获取储能系统主电路的电流和电压信息并发送给电池管理模块，实现对储能系统的状态感知和充放电控制；
绝缘检测模块：为储能系统提供绝缘检测功能；
主接触器、双向DC/DC模块：构成储能系统充放电主回路，为列车提供高压电源和充电路径；
预充电接触器、预充电电阻：在储能系统放电时实现预充电功能，保护高压负载。
低压隔离开关和低压熔断器：实现对低压模块在出现短路、过载、过流、过热故障工况下的断路保护，并将隔离开关状态发送给电池管理系统；
DC/DC:将钛酸锂电池模组输出电压等级降低，实现电压等级的转换,为列车低压负载提供低压电源；
后备电源：为列车提供持续供电电源，满足控制系统的启动要求，在实现储能系统的工作后，通过储能系统对其充电；
ON位接触器、启动位接触器：将低压电源输出到ON位负载、ACC位负载和点火位。
参照图2，所述的电池管理模块执行下面的流程：
1、列车未工作，不需要充电（电流小于20A，电压大于400V）；
2、列车未工作，需要充电（电流小于20A，电压小于400V）；
3、列车放电过程，不需要充电（电流大于20A，电压400V到750V）；
4、列车放电过程，需要充电（电流大于20A，电压小于400V）；
5、列车充电过程，不需要继续充电（电流大于20A，电压大于750V）；
6、列车充电过程，需要继续充电（电流大于20A，电压400V到750V）。
本发明工作过程如下：
1、电池管理系统通过后备电源供电，在列车激活后（通过司机室钥匙激活）投入工作，此时主接触器和预充电接触器均为断开状态；
2、电池管理系统在投入工作后，首先检测列车运行状态，如果电流传感器的输出电流小于20A，则认为列车未运行，然后检测电压传感器的输出电压；如果电压大于400V，则认为储能系统电量充足，不需要充电；如果电压小于400V，则认为储能系统电量不足，需要充电，此时电池管理系控制主接触器闭合，同时控制双向DC/DC模块向钛酸锂电池组充电，直至电压达到750V，则认为储能系统完成充电，断开主接触器，同时双向DC/DC模块停止工作；
3、电池管理系检测列车运行状态，如果电流传感器的输出电流大于20A，则认为列车运行（此时主接触器一定处于闭合状态），同时检测双向DC/DC模块状态，如果双向DC/DC模块向高压负载端输出电流，则认为储能系统处于放电状态；然后闭合预充电接触器，保护高压负载；检测电压传感器的输出电压；如果电压大于400V，则认为储能系统电量充足，不需要充电，可以持续为高压负载端放电；如果电压小于400V，则认为储能系统电量不足，需要充电，此时电池管理系控制双向DC/DC模块向钛酸锂电池组充电，直至电压达到750V，则认为储能系统完成充电，断开主接触器，同时双向DC/DC模块停止工作；
4、电池管理系检测列车运行状态，如果电流传感器的输出电流大于20A，则认为列车运行（此时主接触器一定处于闭合状态），同时检测双向DC/DC模块状态，如果双向DC/DC模块向钛酸锂电池组输出电流，则认为储能系统处于充电状态；检测电压传感器的输出电压；如果电压大于750V，则认为储能系统电量充足，不需要充电；如果电压小于400V，则认为储能系统电量不足，需要充电，此时电池管理系控制双向DC/DC模块向钛酸锂电池组充电，直至电压达到750V，则认为储能系统完成充电，断开主接触器，同时双向DC/DC模块停止工作；
5、无论在储能系统充电或者放电以及未运行状态下，低压模块均能够通过DC/DC向后备电源充电，以及向低压负载端（ON位负载、ACC位负载和点火位）提供电源。

Claims (1)

1.一种适用于虚拟轨道导向列车的储能系统，其特征在于：包括高压主电路模块、低压电路模块和电池管理模块三部分；
所述的高压主电路模块包括钛酸锂电池模组、隔离开关、熔断器、电流传感器、电压传感器、绝缘检测模块、主接触器、双向DC/DC模块、预充电接触器、预充电电阻，其中：
钛酸锂电池模组：通过钛酸锂电池的串联和并联方式，提升模组的容量和电压，实现电能和化学能的转化；
隔离开关、熔断器：实现对主电路在出现短路、过载、过流、过热故障工况下的断路保护，并将隔离开关状态发送给电池管理系统；
电流传感器、电压传感器：获取储能系统主电路的电流和电压信息并发送给电池管理模块，实现对储能系统的状态感知和充放电控制；
绝缘检测模块：为储能系统提供绝缘检测功能；
主接触器、双向DC/DC模块：构成储能系统充放电主回路，为列车提供高压电源和充电路径；
预充电接触器、预充电电阻：在储能系统放电时实现预充电功能，保护高压负载；
所述的低压电路模块包括低压隔离开关、DC/DC、后备电源、低压熔断器、ON位接触器、启动位接触器，其中：
低压隔离开关和低压熔断器：实现对低压电路模块在出现短路、过载、过流、过热故障工况下的断路保护，并将隔离开关状态发送给电池管理系统；
DC/DC:将钛酸锂电池模组输出电压等级降低，实现电压等级的转换,为列车低压负载提供低压电源；
后备电源：为列车提供持续供电电源，满足控制系统的启动要求，在实现储能系统的工作后，通过储能系统对其充电；
ON位接触器、启动位接触器：将低压电源输出到ON位负载、ACC位负载和点火位；
高压主电路模块分别连接电池管理模块和低压电路模块；高压主电路模块通过电池管理模块读取高压主电路模块内部的电压传感器的电压和电流传感器的电流，判断储能系统的工作状态，并根据充放电阈值与电流和电压的具体数值，驱动其内部的双向DC/DC模块的电流方向，实现储能系统利用同一回路进行充电和放电功能，为储能系统提供能量和能量传输路径，并为高压负载提供电源；电池管理模块通过检测传感器状态控制能量的传输方向；低压电路模块利用其内部的后备电源为电池管理系统提供电源并启动储能系统，在储能系统进入工作状态后利用其内部的DC/DC为所述的后备电源充电和为低压负载提供电源，确保后备电源始终处于满电量；
所述的电池管理模块执行下面的流程：
1）列车未工作，当电流小于20A，电压大于400V时，不需要充电；
2）列车未工作，当电流小于20A，电压小于400V时，需要充电；
3）列车放电过程，当电流大于20A，电压400V到750V时，不需要充电；
4）列车放电过程，当电流大于20A，电压小于400V时，需要充电；
5）列车充电过程，当电流大于20A，电压大于750V时，不需要继续充电；
6）列车充电过程，当电流大于20A，电压400V到750V需要继续充电。
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