CN114368289A - 一种供电系统及磁浮列车 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种供电系统及磁浮列车，供电系统包括储能单元，用于存储电能并输出DC600V高压电源；高压分线箱，与储能单元、车辆中的高压用电设备和列车牵引设备电连接，高压分线箱用于将储能单元输出的高压电源供应给高压用电设备和列车牵引设备；高压用电设备包括电压转换器，用于将高压分线箱输出的高压电源转换为DC110V低压电源；低压配电柜，与电压转换器电连接，用于将低压电源供应给列车辅助设备。本申请实施例提供的供电系统及磁浮列车采用储能单元作为电源，代替了传统的接触轨供电方式，因而降低了建设成本，消除了接触轨需要的维护保养成本以及噪声污染，同时本申请的供电系统更加简单可靠，减少了列车下方设置的设备数量。

Description

一种供电系统及磁浮列车

技术领域

本申请涉及磁浮列车技术领域，特别涉及一种供电系统及磁浮列车。

背景技术

我国现有的中低速磁浮列车，均采用安装在列车两侧的受流器与安装在轨道桥两侧的接触轨接触，获得电能，为列车牵引和辅助系统供电。接触轨由地面供电站供电，供电电压一般为DC1500V和DC750V。

随着近年来我国经济水平逐年提升，旅游业迅猛发展，面向观光体验需求的交通系统应运而生。其中，中低速磁浮列车因其技术先进、低噪声、线路适应性强等优势，兼具旅游运输和科技观光体验为一体，作为建设首选。磁浮交通系统主要分车辆和轨道线路两部分，因磁浮交通采用接触轨供电，因此需求在线路沿线敷设接触轨并供电，对于旅游景区来说，其地理环境复杂，这样就给线路建设造成一定难度，如沿线敷设供电轨及供电设备，工程上实施困难。并且，因接触轨供电受天气的影响，如下雨天，碳滑板受电磨耗严重，也易发生拉弧等现象，影响安全运行。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种供电系统及磁浮列车。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种供电系统，包括：

储能单元，所述储能单元用于存储电能并输出高压电源；所述高压电源为DC600V；

高压分线箱，所述高压分线箱与所述储能单元、车辆中的高压用电设备和列车牵引设备电连接，所述高压分线箱用于将所述储能单元输出的高压电源供应给所述高压用电设备和列车牵引设备；

所述高压用电设备包括电压转换器，所述电压转换器用于将所述高压分线箱输出的高压电源转换为低压电源；所述低压电源为DC110V；

低压配电柜，所述低压配电柜与所述电压转换器电连接，所述低压配电柜用于将所述低压电源供应给列车辅助设备。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种磁浮列车，包括列车主体和上述的供电系统，供电系统设置在列车主体中，用于向列车主体中的高压用电设备和低压用电设备供电。

采用本申请实施例中提供的一种供电系统及磁浮列车，具有以下优点：

1、取消接触轨，降低线路建设成本和运维成本，受流器只用于停车充电时使用，消除了原磁浮列车受流器靴板供电接触磨耗造成的定期更换成本。

2、系统架构简单可靠，满足列车牵引和辅助供电需求，采用DC600V供电电压，同时满足牵引和辅助，直接给牵引、空调、空压机、悬浮供电，无需电压转换，减少能量损耗，取消了辅助变流器、悬浮电源，减少了车下设备。

3、可根据线路、站点设置选择不同的蓄电池组，可以适用于终点站一次性充电、中间站短时充电及站站充电等多种模式，灵活多变，适用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中磁浮列车的供电系统示意图；

图2为本申请实施例提供的供电系统的框图；

图3为本申请实施例提供的供电系统的组成示意图；

图4为本申请实施例提供的供电系统在磁浮列车底部的布置图；

图5为本申请实施例提供的受流器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的电池管理系统的示意图。

附图标号：100-受流器，110-安装座，120-连接座，130-活动杆，140-接触装置。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中的磁浮列车采用接触轨供电，接触轨设置在轨道沿线，列车两侧安装有正负极受流器，以与接触轨接触并获取电能，并供应给列车牵引和辅助系统。与现有的供电系统匹配地，列车下方需要安装牵引逆变器、电抗器、高压电气箱、高压分线箱、辅助逆变器DC1500V/AC380V、悬浮电源DC330V、低压电源DC110V、悬浮蓄电池组DC330V和控制蓄电池组DC110V等设备，如图1所示。可见，现有技术中的磁浮列车及其供电系统存在以下缺陷：1、轨道沿线敷设接触轨及供电设备，增加施工难度和建设成本；2、运行中采用接触受流，供给牵引及辅助系统，受流器与接触轨均需要定期维护，受流器的靴板与接触轨接触进而产生磨耗，因此需要定期更换，均需要运维成本；3、受流过程的可靠性受天气影响，影响列车运行安全，同时受流器和接触轨的接触噪声较大，对周围环境存在噪声污染；4、列车供电系统的电压有DC1500V、DC330V、AC380V、DC110V多种电压等级，造成车下供电设备多、布置困难、布线复杂。

针对上述问题，针对旅游线路一般较短，站间距不大，各站间停靠时间因游客分景点观光的需求会延长的特点，本申请实施例中提供了一种供电系统及磁浮列车，供电系统包括储能单元、高压分线箱和低压配电柜，储能单元输出DC600V电源，高压分线箱将DC600V电源供应给磁浮列车上的高压用电设备，同时高压分线箱的DC600V电源经过电压转换器转换为DC110V电源，通过低压配电柜供应给磁浮列车上的低压用电设备。本申请采用储能单元作为电源，取消了传统的接触轨供电方式，因而降低了采用接触轨供电需要的建设成本，消除了相应的维护保养成本以及噪声污染，同时本申请的供电系统更加简单可靠，大大减少了列车下方设置的设备数量。

图2-6为本申请实施例提供的一种供电系统的结构示意图。本申请实施例提供了一种供电系统，包括：

储能单元，储能单元用于存储电能并输出高压电源；

高压分线箱，高压分线箱与储能单元、车辆中的高压用电设备和列车牵引设备电连接，高压分线箱用于将储能单元输出的高压电源供应给高压用电设备和列车牵引设备；

高压用电设备包括电压转换器，电压转换器用于将高压分线箱输出的高压电源转换为低压电源；

低压配电柜，低压配电柜与电压转换器电连接，低压配电柜用于将低压电源供应给列车辅助设备。

示例性地，储能单元在充电完成后能够随着列车一起移动，并对列车上的高压用电设备和低压用电设备供电，以使列车能够正常运行。当列车停靠在车站、停车场或充电站时，可以对储能单元充电。本申请通过储能单元存储电能，并对列车上的用电设备供电，代替了传统的接触轨供电方式，不但降低了轨道的建设成本，而且消除了因存在接触轨而产生的相应的维护保养成本。而且，在列车运行中不再与接触轨摩擦，因此也消除了噪声污染。简单的供电系统对建设环境的要求也大大降低，简化了列车上需要设置的设备。

在本申请的实施例中，高压电源为DC600V，低压电源为DC110V，其中DC表示直流电(Direct Current)。

在一种可能的实施例中，列车牵引设备包括：牵引逆变器，高压电源为直流电，牵引逆变器用于将高压电源转换为交流电，并将交流电供应给牵引电机。

示例性地，列车上用于牵引的牵引电机为交流用电器，因此需要牵引逆变器将高压分线箱提供的600V直流电转换为符合牵引电机额定电压的交流电，例如AC380V，使牵引电机能够正常工作，以驱动列车在轨道上移动，其中AC表示交流电(AlternatingCurrent)。

在一种可能的实施例中，还包括：充电装置，充电装置用于向储能单元充电。

示例性地，充电装置可以设置在轨道沿线的车站、停车场、充电站等列车可能停靠的位置。列车在这些位置停靠时，充电装置可以理解对储能单元充电，以补充列车在运动过程中消耗的电能。例如，在车站临时停靠时，尤其对用作观光旅行使用的中低速磁浮列车来说，在车站的停靠时间比较长，因此可以利用停靠的时间对储能单元充电。

在一种可能的实施例中，充电装置包括：受流器100，受流器100与储能单元电连接；充电轨，充电轨用于与受流器100接触；充电桩，充电桩与充电轨电连接，充电桩用于向充电轨供电。

示例性地，充电轨设置在车站、停车场、充电站等位置，且紧靠轨道设置。当列车到达充电位置后，受流器可自动伸出或由人工操作伸出，其伸出后即可与充电轨接触。

由于列车每次停靠的位置无法非常精确的控制，为确保在不同停靠位置下均能正常充电，可以在充电轨上设置多个条状的充电接头，充电接头的延伸方向和轨道的延伸方向平行。受流器上具有与充电接头位置对应的充电单元，当受流器伸出并与充电轨接触后，受流器中的充电单元即可与充电轨上的充电接头接触并保持电连接，以建立充电桩和储能单元之间的良好连接。而且，条状结构的充电接头提供了一定的滑动空间，使受流器在一定位置范围内均可以与充电轨接触并电连接，降低了对列车停靠位置精确度的要求。

在本申请的实施例中，充电桩输入电源为380V交流电，输出为0～702V或恒定的688V直流电，额定功率为360kW，输出电流为恒流650A，充电桩对储能单元的充电方式可以为恒流或者恒功率，工作效率大于95％，工作温度范围为-25℃～55℃。而且充电桩的外部设置有防护柜，防护柜的防护等级为IP54，防护柜的冷却方式为强迫风冷，充电桩的整体使用寿命为30年。

在一种可能的实施例中，充电装置还包括：位置检测单元，位置检测单元设置在充电轨上，位置检测单元用于检测受流器100的位置，当位置检测单元检测到受流器100后，充电桩通过充电轨和受流器100对储能单元充电。

示例性地，位置检测单元可以为霍尔传感器、超声传感器、红外传感器、激光传感器等，其设置在充电轨上并朝向受流器经过的位置。当受流器打开并与充电轨接触后，位置检测单元检测到受流器，并产生相应的电信号，充电桩即可开始对储能单元充电。

在一种可能的实施例中，充电桩在检测到储能单元的电压，并且通过位置检测单元检测到受流器100后，开始对储能单元充电。

示例性地，充电桩通过充电轨检测到储能单元的电压后，可以根据电压对储能单元采用相应的充电模式。例如，在充电初期，储能单元的电压较低时，充电桩可以采用恒功率充电方式，提高充电效率，而当储能单元的电压达到一定值后，开始采用恒流充电模式，以保护储能单元。

在一种可能的实施例中，充电桩在检测到储能单元已经充满电，或者达到预定的充电时间，或者通过位置检测单元检测不到受流器100后，停止对储能单元充电。

示例性地，充电桩可以通过对检测到的储能单元的电压确定其是否充满电。在列车停靠充电可能是长时间停靠或者临时停靠，如果是长时间停靠，则可以通过对储能单元的电压检测来确定是否充满，储能单元充满电后充电桩可停止充电。而当列车临时停靠，例如在车站停靠15分钟时，充电桩可以根据充电时间来控制充电状态。或者当列车出站开始行驶，位置检测单元无法再检测到受流器100时，充电桩也需要立即停止对储能单元充电，以防止充电轨和受流器之间因高电压差发生拉弧，损坏列车上以及充电装置中的设备。

在一种可能的实施例中，低压箱，低压箱用于将电压转换器输出的低压电源供应给低压配电柜。

示例性地，低压箱可以对电压转换器输出的低压电源进行处理，提高输出电源的品质。例如可以进行滤波、功率因数校正等处理。

在一种可能的实施例中，储能单元的数量为两个，两个储能单元并联在一起。

示例性地，两个储能单元可以分别设置在MC1车和MC2车中，MC车是指带司机室的动车，即位于列车头部和尾部的车厢，MC车能够从前后两个方向提供牵引力，同时也需要向T车，即列车中部的拖车中的各种系统提供电力，因此其内部需要设置各种高压用电设备和低压用电设备。在实际装配时，可以在整个列车中贯穿设置DC600V的母线，使用母线将两个MC车中的储能单元并联起来，以形成冗余式的电源，当其中一个储能单元发生故障时，还可以使用另一个储能单元供电。在并联两个储能单元的母线之间还可以设置漏电检测单元，以检测母线是否发生漏电。

在本申请的实施例中，还可以在T车中设置储能单元，T车中的储能单元也可以与MC车中的储能单元并联，进一步增大列车上的电能存储量，并提供更加可靠的电源冗余，如图3所示。

由于储能单元在列车运行中会经历放电和充电的多个循环，因此储能单元的电池容量需要根据线路的具体情况选择，在确保电量够用的同时也能尽量减少储能单元的体积和重量。下面以具体的线路为例说明储能单元的容量选取方式。

列车的运行线路为游客中心A-X1站-X2站-游客中心B，列车到达游客中心B后还需要原路返回游客中心A，两个运行方向的具体数据如下：

表1从游客中心A前往游客中心B的线路数据

表2从游客中心B前往游客中心A的线路数据

在上述表格的数据中，除两个游客中心外，线路上不再设置充电装置，因此列车需要在游客中心充满电。游客中心的充电装置中充电桩为单桩90kW，额定电流为150A，列车充电时间为15min。

考虑到列车上以及充电装置中的线路损耗以及设备损耗，而且要求储能单元在生命末期的可用电量不小于27kWh，因此可以确定储能单元的参数如下：

表3储能单元的参数

在一种可能的实施例中，储能单元包括多个电池模组。

示例性地，电池模组可以使用钛酸锂电池，而且多个电池模组可以串联在一起形成一个储能单元。钛酸锂电池具有高充电倍率，牵引电机在列车加速或匀速运行过程中提供牵引力，而当列车制动减速时，牵引电机能够回收列车的动能并发电，在钛酸锂电池的高充电倍率下，牵引电机产生的电能能够被储能单元接收并存储起来。

在一种可能的实施例中，储能单元与电池管理系统电连接，电池管理系统包括：管理主控单元，管理主控单元用于对每个电池模组进行状态监控和充放电管理；从控单元，从控单元设置在每个电池模组中，从控单元用于获取每个电池模组的状态数据，将状态数据发送给管理主控单元。

示例性地，本申请采用了双储能单元的形式，在提供冗余电源的同时也可以用来回收列车的制动能量。这种电源配置形式与普通地铁供电方式的不同之处在于，本申请的储能单元在输出端上没有设置二极管来消除并联电池的环流问题。为消除并联电池环流的影响，本申请将储能单元与电池管理系统(BMS，Battery Management System)连接，通过BMS来管理储能单元的充放电等各项活动。

在本申请的实施例中，管理主控单元通过电流传感器和电压传感器分别获取整个储能单元的基本电流参数和电压参数，然后由各个从控单元获取相应电池模组的温度、电压等数据，从控单元将这些数据发送给管理主控单元，管理主控单元根据所有获得的数据综合进行各个电池模组的状态监控和充放电管理。除此之外，管理主控单元还能够与其他控制设备进行通讯，以上报储能单元的状态数据，并实时监测各个电池模组是否发生故障，并在发生故障时及时发出告警。

本申请实施例还提供了一种磁浮列车，包括列车主体和上述的供电系统，供电系统设置在列车主体中，用于向列车主体中的高压用电设备和低压用电设备供电。

示例性地，如上所述，供电系统可以设置在列车的MC车和/或T车中。

在一种可能的实施例中，列车主体上设置有受流器100，受流器100与储能单元电连接，受流器100用于与充电装置接触，以对储能单元充电。

示例性地，如上所述，受流器采用伸缩的方式安装在列车主体上，当需要充电时，受流器自动或由工作人员手动打开并与充电装置中的充电轨接触，以形成充电桩和储能单元的电流通路。当不需要充电或充电结束后，受流器收起即可。

在一种可能的实施例中，受流器100包括：安装座110，安装座110设置在列车主体上；连接座120，连接座120设置在安装座110上；活动杆130，连接杆130的一端与连接座120转动连接；接触装置140，接触装置140与活动杆130的另一端连接，接触装置140用于与充电装置接触；驱动单元，驱动单元用于驱动活动杆130转动。

示例性地，驱动单元可以为电动装置，例如旋转电机、电动伸缩杆等，也可以为手动装置，例如手柄等。当活动杆130在驱动单元的驱动下转动时，可以使接触装置140伸出或收回，以与充电轨接触或脱离接触。

在一种可能的实施例中，活动杆130的数量为两个，两个活动杆130的两端分别与连接座120和接触装置140转动连接，且两个活动杆130相互平行。

示例性地，充电轨与列车下方的轨道平行设置，因此要求接触装置140也需要与充电轨保持平行，本申请采用两个平行的活动杆130连接在连接座120和接触装置140之间，使活动杆130在转动的过程中接触装置140始终保持固定的角度状态，即与充电轨平行的状态，确保接触装置140与充电轨稳定的接触。

在一种可能的实施例中，高压用电设备包括：牵引电机、悬浮控制器、空调和空压机；低压用电设备包括：信号系统、列车网络系统和门系统。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种供电系统，其特征在于，包括：

储能单元，所述储能单元用于存储电能并输出高压电源；所述高压电源为DC600V；

高压分线箱，所述高压分线箱与所述储能单元、车辆中的高压用电设备和列车牵引设备电连接，所述高压分线箱用于将所述储能单元输出的高压电源供应给所述高压用电设备和列车牵引设备；

所述高压用电设备包括电压转换器，所述电压转换器用于将所述高压分线箱输出的高压电源转换为低压电源；所述低压电源为DC110V；

低压配电柜，所述低压配电柜与所述电压转换器电连接，所述低压配电柜用于将所述低压电源供应给列车辅助设备。

2.根据权利要求1所述的一种供电系统，其特征在于，所述列车牵引设备包括：

牵引逆变器，所述高压电源为直流电，所述牵引逆变器用于将所述高压电源转换为交流电，并将交流电供应给牵引电机。

3.根据权利要求1所述的一种供电系统，其特征在于，还包括：

充电装置，所述充电装置用于向所述储能单元充电。

4.根据权利要求3所述的一种供电系统，其特征在于，所述充电装置包括：

受流器，所述受流器与所述储能单元电连接；所述受流器用于与充电轨接触；充电轨由充电桩供电。

5.根据权利要求4所述的一种供电系统，其特征在于，所述充电装置还包括：

位置检测单元，所述位置检测单元设置在所述充电轨上，所述位置检测单元用于检测所述受流器的位置，当所述位置检测单元检测到所述受流器后，通过所述充电轨和受流器对所述储能单元充电。

6.根据权利要求5所述的一种供电系统，其特征在于，所述充电桩在检测到所述储能单元的电压，并且通过所述位置检测单元检测到所述受流器后，开始对所述储能单元充电。

7.根据权利要求5所述的一种供电系统，其特征在于，所述充电桩在检测到所述储能单元已经充满电，或者达到预定的充电时间，或者通过所述位置检测单元检测不到所述受流器后，停止对所述储能单元充电。

8.根据权利要求1所述的一种供电系统，其特征在于，还包括：

低压箱，所述低压箱用于将所述电压转换器输出的低压电源供应给所述低压配电柜。

9.根据权利要求1所述的一种供电系统，其特征在于，所述储能单元的数量为两个，两个所述储能单元并联在一起。

10.根据权利要求1所述的一种供电系统，其特征在于，所述储能单元包括多个电池模组；

所述储能单元与电池管理系统电连接，所述电池管理系统包括：

管理主控单元，所述管理主控单元用于对每个所述电池模组进行状态监控和充放电管理；

从控单元，所述从控单元设置在每个所述电池模组中，所述从控单元用于获取每个所述电池模组的状态数据，将所述状态数据发送给所述管理主控单元。

11.一种磁浮列车，其特征在于，包括列车主体和权利要求1-10任一项所述的供电系统，所述供电系统设置在所述列车主体中，用于向所述列车主体中的高压用电设备和低压用电设备供电。

12.根据权利要求11所述的一种磁浮列车，其特征在于，受流器设置于列车主体上；

所述受流器(100)包括：

安装座(110)，所述安装座(110)设置在所述列车主体上；

连接座(120)，所述连接座(120)设置在所述安装座(110)上；

活动杆(130)，所述连接杆(130)的一端与所述连接座(120)转动连接；

接触装置(140)，所述接触装置(140)与所述活动杆(130)的另一端连接，所述接触装置(140)用于与充电装置接触；

驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述活动杆(130)转动。

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