CN208904746U - 一种再生制动能量管理系统以及不间断电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种再生制动能量管理系统以及不间断电源系统，该再生制动能量管理系统包括控制器以及连接控制器的可充电储能电池模组以及电池管理模块，还包括连接该控制器的不间断电源系统，该不间断电源系统还连接该可充电储能电池模组以及连接该电池管理模块，该不间断电源系统的输出连接至不断电负载。本实用新型将制动系统中用于能量存储的可充电储能电池模组用作不间断电源系统的后备电池，为该不间断电源系统提供更大输出功率的后备储能能源；同时，该不间断电源系统可为制动系统电池模组有条件地充电，提高电池模组的寿命与系统可靠性。

Description

一种再生制动能量管理系统以及不间断电源系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种再生制动能量管理系统以及不间断电源系统。

背景技术

近年来城市轨道交通发展迅猛，各种机电系统是轨道交通运营指挥、服务乘客和传递信息的控制平台。提供稳定不间断的供电电源可使得车辆安全高效运营，为乘客提供高质量的服务。

因此，如何在车辆中稳定不间断地为各种机电系统提供电源成为亟待解决的问题。

但是，市电电网中接有各种各样的负载，对电网造成干扰和污染，恶化供电质量，影响负载的正常运行。同时，在城市轨道交通系统中，制动系统是一种为轨道车辆再生制动提供电能吸收的设备。轨道车辆通常会设置制动系统。该在生制动系统也会受到干扰和污染的市电电网影响，降低了制动系统中存储能量的电池寿命。

当前城市轨道交通中，通常在地铁站设置不间断电源系统 (UninterruptiblePower Supply，UPS)，由于地铁站空间限制、电池成本高、体积大等因素的影响，不间断电源系统中所配置的电池数量十分有限，因此，不间断电源系统维持应急后备供电的时间短，功率小。

因此，现有的轨道交通再生制动以及不间断电源技术还有待于改进。

发明内容

本实用新型针对以上存在的技术问题，提供一种电池储能型的轨道交通再生制动能量管理系统以及基于该系统的不间断电源系统，该能量管理系统包括主控制器、双向功率变换器以及可充电储能电池模组和电池管理模块(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)，与此同时，与储能电池和电池管理模块连接的双向储能逆变器加上智能快速开关单元和不断电负载又组成了一套大功率的不间断电源系统。本实用新型的再生制动能量管理系统以及不间断电源系统将制动系统中用于能量存储的可充电储能电池模组用作不间断电源系统的后备电池，为该不间断电源系统提供更大的功率的后备储能能源以及提供一种提高电池模组寿命与系统可靠性的不间断电源系统。

第一方面，本实用新型实施方式提供的技术方案是：提供一种再生制动能量管理系统，包括控制器以及连接控制器的可充电储能电池模组以及电池管理模块，还包括连接该控制器的不间断电源系统，该不间断电源系统还连接该可充电储能电池模组以及连接该电池管理模块，该不间断电源系统的输出连接至不断电负载。

在一实施例中，该不间断电源系统包括智能快速开关单元以及双向储能逆变器，该智能快速开关单元的输入连接三相电网，该双向储能逆变器的输入连接该智能快速开关单元的输出，将该三相电网的交流市电输入转换为直流电；该智能快速开关单元的输出以及该双向储能逆变器的反向输出连接至该不断电负载。

该再生制动能量管理系统制动系统还包括主控制单元以及连接该主控制单元的双向功率变换单元，该主控制单元的输出连接至接触网，该双向功率变换单元连接至该可充电储能电池模组以及电池管理模块。

具体实施时，该智能快速开关单元包括串接的交流断路器以及静态开关，该静态开关与旁路断路器串接，市电正常供电时，该不断电负载由交流市电直接供电工作，当交流市电停电时，该智能快速开关单元将三相电网与该不断电负载分离，该双向储能逆变器将该可充电储能电池模组的电量逆变为三相交流电对该不断电负载供电。

为了监控系统运行，该控制器连接远程监控终端或者无线通信模块。

在另一实施例中，该不间断电源系统为在线式UPS，包括UPS供电通路以及并联的旁路供电通路，该UPS供电电路包括串接的整流器、逆变器以及静态开关，该旁路供电电路包括串接的充电器以及电池组。

第二方面，本实用新型实施方式提供的技术方案是：提供一种不间断电源系统，包括主控制单元、连接该主控制单元的双向功率变换单元、可充电储能电池模组以及电池管理模块，可充电储能电池模组以及电池管理模块连接该双向功率变换单元，还包括不间断电源系统，该不间断电源系统连接该可充电储能电池模组以及连接该电池管理模块，该不间断电源系统的输出连接至不断电负载。

在一实施例中，该不间断电源系统包括智能快速开关单元以及双向储能逆变器，该智能快速开关单元的输入连接三相电网，该双向储能逆变器的输入连接该智能快速开关单元的输出，将该三相电网的交流市电输入转换为直流电；该智能快速开关单元的输出以及该双向储能逆变器的反向输出连接至该不断电负载。

具体实施时，该智能快速开关单元包括串接的交流断路器以及静态开关，该静态开关与旁路断路器串接，市电正常供电时，该不断电负载由交流市电直接供电工作，当交流市电停电时，该智能快速开关单元将三相电网与该不断电负载分离，该双向储能逆变器将该可充电储能电池模组的电量逆变为三相交流电对该不断电负载供电。

在另一实施例中，该不间断供电系统为在线式UPS，包括UPS供电通路以及并联的旁路供电通路，该UPS供电电路包括串接的整流器、逆变器以及静态开关，该旁路供电电路包括串接的充电器以及电池组。

本实用新型实施方式的有益效果是：本实施例的再生制动能量管理系统以及不间断电源系统，将不间断电源系统连接至制动系统的可充电储能电池模组以及电池管理模块，将制动系统中用于能量存储的可充电储能电池模组用作不间断电源系统的后备电池，从而为该不间断电源系统提供更大功率的输出；并且，该不间断电源系统通过连接不间断电源系统，使该不间断电源系统可以有条件地对该可充电储能电池模组充电，使其电量保持在设定范围，避免受到干扰和污染的市电电网的影响，提高电池模组的寿命。

附图说明

图1是本实用新型再生制动能量管理系统第一实施例的系统原理框图；

图2是本实用新型再生制动能量管理系统第二实施例的系统原理框图；

图3是本实用新型不间断电源系统中智能快速开关单元的电路模块图；

图4是本实用新型实施例的不间断电源系统的第二实施例的系统原理框图；以及

图5是本实用新型实施例的不间断电源系统的在线式UPS的原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

请参照图1，所示为本实用新型再生制动能量管理系统第一实施例的系统原理框图。本实施例的再生制动能量管理系统，主要包括制动系统100以及不间断电源系统200。

该制动系统100包括可充电储能电池模组131以及电池管理模块 132，还包括连接该控制器600的不间断电源系统200。

该制动系统100还包括与车型相适配的发电机、主控制单元110、双向功率转换单元120、可充电储能电池组131以及可以监控管理电池性能的电池管理模块132。该制动系统100回收车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量，通过发电机将制动能量转化为电能，再储存在该可充电储能电池组131中，用于车辆后续的加速行驶。同时该可充电储能电池组131还可为车内或车站内耗电设备提供不间断电源，从而达到绿色环保、节能减排的目的。

本实施例的不间断电源系统200连接该可充电储能电池模组131以及连接该电池管理模块132。该不间断电源系统200的输出连接至不断电负载300。本实施例的不间断电源系统200，又称UPS，即不间断电源。可用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，不间断电源系统200将市电稳压后供应给不断电负载300使用；当市电中断时，比如事故停电，该不间断电源系统200立即将电池的电能，通过逆变转换的向该不断电负载300继续供应220伏交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

实施例1

请参照图1，本实施例的再生制动能量管理系统，包括控制器600 以及连接控制器600的制动系统100以及不间断电源系统200。该制动系统100包括可充电储能电池模组131以及电池管理模块132，还包括连接该控制器600的不间断电源系统200，该不间断电源系统200还连接该可充电储能电池模组131以及连接该电池管理模块132，该不间断电源系统200的输出连接至不断电负载300。

该制动系统100还包括主控制单元110以及连接该主控制单元110 的双向功率变换单元120，该主控制单元110的输出连接至接触网，比如地铁接触网。该双向功率变换单元120连接至该可充电储能电池模组 131以及电池管理模块132。

该制动系统100的主控制单元110实现整个工作过程的数据采集、通讯、控制、保护等，双向功率变换单元120由大功率IGBT模块与驱动板组成。车辆进站时，接触网电压升高，触发主控制单元110吸收制动能量，此时接触网通过功率变换对电池充电；同理车辆出站时，接触网电压降低，触发主控制单元110释放电池能量，此时可充电储能电池模组131通过功率变换对接触网放电。

本市实施例的不间断电源系统200可以有多种实施方式，以下介绍第一种实施例。

在第一实施例中，该不间断电源系统200包括智能快速开关单元210 以及双向储能逆变器220。

该智能快速开关单元210的输入连接三相电网，该双向储能逆变器 220的输入连接该智能快速开关单元210的输出，将该三相电网的交流市电输入转换为直流电。该智能快速开关单元210的输出以及该双向储能逆变器220的反向输出连接至该不断电负载300。该双向储能逆变器 220还连接制动系统100的可充电储能电池模组131以及连接该电池管理模块132，以实现该不间断电源系统200与该制动系统100的电能交换。

市电正常供电时，不断电负载300由市电直接供电工作，当意外造成市电突然停电时，该智能快速开关单元210会瞬间将电网与该不断电负载300分离，同时，该双向储能逆变器220将电池的能量逆变为三相交流电对不断电负载300供电，整个切换过程在10毫秒内完成，实现不间断供电。

请一并参考图3，具体实施时，该智能快速开关单元210包括串接的交流断路器211以及静态开关212，该静态开关212与旁路断路器214 串接。市电正常供电时，该不断电负载300由交流市电直接供电工作，当交流市电停电时，该智能快速开关单元210将三相电网与该不断电负载300分离，该双向储能逆变器220将该可充电储能电池模组131的电量逆变为三相交流电对该不断电负载300供电。能将负载或微网瞬间与电网分离，比如10毫秒以内，同时，该旁路断路器14的设置具有短路保护功能，回路冗余设计的旁路断路器214可在快速开关故障时使用，确保重要时段不断电。

为了保证该可充电储能电池模组131的使用寿命，该控制器600设置充电控制模块，该充电控制模块设置电量下限值与电量上限值，该控制器600获取该可充电储能电池模组131的当前电量，在该三相电工正常工作时，该当前电量低于该电量下限值时，启动该双向储能逆变器220 对该可充电储能电池模组131进行充电；该当前电量高于该电量上限值时，启动该双向储能逆变220器启动并网逆变模块，将能量释放至该三相电网。

为了充分保证可充电储能电池模组131中电池的使用寿命，该可充电储能电池模组131中的电池通常运行在能量范围为30％-70％的状态下为最佳。本实施例中，当市电供电正常时，该控制器600检测该可充电储能电池模组的剩余电能超出上限值70％时，该双向储能逆变器220启动并网逆变功能，将多余能量释放至三相电网，当该可充电储能电池模组131的剩余电能剩余容量低于下限值30％时，该双向储能逆变器220 启动整流充电功能，对电池充电，从而始终保证该可充电储能电池模组 131的电量处于正常状态。

请参考图2，为了监控系统运行，该控制器600还可设置连接远程监控终端400或者无线通信模块410。整个系统各组件、各功能模块的运行、监控与保护都可通过通讯总线，比如CAN总线和485总线，实现数据通讯，同时，该控制器600可连接上位机实现远程监控，该无线通信模块410用于实现对系统的无线监控。

如图4所示，在该不间断电源系统200的第二实施例中，该不间断电源系统200为在线式UPS500，包括UPS供电通路以及并联的旁路供电通路，该UPS供电电路包括串接的整流器231、逆变器232以及静态开关233，该旁路供电电路包括串接的充电器234以及电池组235。

在线式UPS500的逆变器232正常工作时，UPS供电通路导通，旁路通电通路关断，逆变器232通过静态开关233为不断电负载300供电。当逆变器232因故障退出供电时，静态开关233切换至旁路供电通路，由市电旁路继续为不断电负载300供电。

本实施例的再生制动能量管理系统结合制动系统100与不间断电源系统200，使该制动系统100与不间断电源系统200共用相同的可充电储能电池模组131。用制动系统100的可充电储能电池模组131取代传统不间断电源系统的铅酸电池，节省了成本，并且增加了空间利用率。同时，通过控制器600合理管理控制该可充电储能电池模组131，使得该可充电储能电池模组131的电池寿命长、放电倍率高、能量密度大、储存能量大，支持特大功率负载的不间断供电需求，经过实践发现该改进技术方案的供电时间是传统不间断电源的数倍。

在不间断电源系统200的第一实施例中，该双向储能逆变器220不仅支持离线带载独立运行，同时还具备并网逆变与整流充电等功能，可用于微网的组建。该双向储能逆变器220同时支持多台并机增加功率，使系统能够上下兼容多种功率类型的负载使用。

并且不间断电源系统200中的双向储能逆变器220对可充电储能电池模组131的电池有一定的维护作用，能有效的使电池剩余容量保持在制动系统100需要的范围内，提高电池的寿命与系统可靠性。本实用新型的不间断电源系统200中的后备可充电电池没有单独配置重量大且能量密度低的铅酸蓄电池，而是共用了地铁制动系统100的储能电池，节省了成本，节约了空间。

该再生制动能量管理系统，比如地铁，地铁通过受电弓将接触网电力导入列车内部，进而为再生制动能量管理系统提供动力和为地铁照明, 空调等提供电力。

该不间断电源系统200中的切换装置使用了智能快速开关单元210，该智能快速开关单元210无硬接触点，响应快、寿命长、可靠性高，并且支持超大功率电路分离。

实施例2

本实施例单独从制动系统角度，阐述设计方案。

本实施例的不间断电源系统200，与制动系统100共享存储电能，该制动系统100包括主控制单元110、连接该主控制单元110的双向功率变换单元120、可充电储能电池模组131以及电池管理模块132。

该可充电储能电池模组131以及电池管理模块132连接该双向功率变换单元120，该不间断电源系统200也连接该可充电储能电池模组131 以及连接该电池管理模块132，该不间断电源系统200的输出连接至不断电负载300。

作为该不间断电源系统200的第一实施例，该不间断电源系统200 包括智能快速开关单元210以及双向储能逆变器220，该智能快速开关单元210的输入连接三相电网，该双向储能逆变器220的输入连接该智能快速开关单元210的输出，将该三相电网的交流市电输入转换为直流电；该智能快速开关单元210的输出以及该双向储能逆变器220的反向输出连接至该不断电负载300。

具体实施时，该智能快速开关单元210包括串接的交流断路器211 以及静态开关212，该静态开关212与旁路断路器214串接，市电正常供电时，该不断电负载300由交流市电直接供电工作，当交流市电停电时，该智能快速开关单元210瞬间将三相电网与该不断电负载300分离，该双向储能逆变器220将该可充电储能电池模组131的电量逆变为三相交流电对该不断电负载300供电。

作为该不间断电源系统200的第二实施例，该不间断供电系统200 为在线式UPS500，包括UPS供电通路以及并联的旁路供电通路，该UPS 供电电路包括串接的整流器231、逆变器232以及静态开关233，该旁路供电电路包括串接的充电器234以及电池组235。

本实施例的再生制动能量管理系统以及不间断电源系统200，将不间断电源系统200连接至制动系统100的可充电储能电池模组131以及电池管理模块132，将制动系统100中用于能量存储的可充电储能电池模组131用作不间断电源系统200的后备电池，从而为该不间断电源系统200提供更大功率的输出；并且，该不间断电源系统200通过连接不间断电源系统200，使得该不间断电源系统200可以有条件地对该可充电储能电池模组131充电，使其电量保持在设定范围，避免受到干扰和污染的市电电网的影响，提高电池模组的寿命以及系统可靠性。

本实施例的再生制动能量管理系统结合制动系统100与不间断电源系统200，使该制动系统100与不间断电源系统200共用相同的可充电储能电池模组131。用制动系统100的可充电储能电池模组131取代传统不间断电源系统的铅酸电池，节省了成本，并且增加了空间利用率。同时，通过控制器600合理管理控制该可充电储能电池模组131，使得该可充电储能电池模组131的电池寿命长、放电倍率高、能量密度大、储存能量大，支持特大功率负载的不间断供电需求，经过实践发现该改进技术方案的供电时间是传统不间断电源的数倍。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种再生制动能量管理系统，包括控制器以及连接所述控制器的可充电储能电池模组以及电池管理模块，其特征在于，还包括连接所述控制器的不间断电源系统，所述不间断电源系统还连接所述可充电储能电池模组以及连接所述电池管理模块，所述不间断电源系统的输出连接至不断电负载。

2.根据权利要求1所述的再生制动能量管理系统，其特征在于，所述不间断电源系统包括智能快速开关单元以及双向储能逆变器，所述智能快速开关单元的输入连接三相电网，所述双向储能逆变器的输入连接所述智能快速开关单元的输出，将所述三相电网的交流市电输入转换为直流电；所述智能快速开关单元的输出以及所述双向储能逆变器的反向输出连接至所述不断电负载。

3.根据权利要求2所述的再生制动能量管理系统，其特征在于，制动系统还包括主控制单元以及连接所述主控制单元的双向功率变换单元，所述主控制单元的输出连接至接触网，所述双向功率变换单元连接至所述可充电储能电池模组以及电池管理模块。

4.根据权利要求2或3所述的再生制动能量管理系统，其特征在于，所述智能快速开关单元包括串接的交流断路器以及静态开关，所述静态开关与旁路断路器串接，市电正常供电时，所述不断电负载由交流市电直接供电工作，当交流市电停电时，所述智能快速开关单元将三相电网与所述不断电负载分离，所述双向储能逆变器将所述可充电储能电池模组的电量逆变为三相交流电对所述不断电负载供电。

5.根据权利要求4所述的再生制动能量管理系统，其特征在于，所述控制器连接远程监控终端或者无线通信模块。

6.根据权利要求1所述的再生制动能量管理系统，其特征在于，所述不间断电源系统为在线式UPS，包括UPS供电通路以及并联的旁路供电通路，所述UPS供电电路包括串接的整流器、逆变器以及静态开关，所述旁路供电电路包括串接的充电器以及电池组。

7.一种不间断电源系统，其特征在于，与制动系统共享存储电能，所述制动系统包括主控制单元、连接所述主控制单元的双向功率变换单元、可充电储能电池模组以及电池管理模块，可充电储能电池模组以及电池管理模块连接所述双向功率变换单元，所述不间断电源系统连接所述可充电储能电池模组以及连接所述电池管理模块，所述不间断电源系统的输出连接至不断电负载。

8.根据权利要求7所述的不间断电源系统，其特征在于，所述不间断电源系统包括智能快速开关单元以及双向储能逆变器，所述智能快速开关单元的输入连接三相电网，所述双向储能逆变器的输入连接所述智能快速开关单元的输出，将所述三相电网的交流市电输入转换为直流电；所述智能快速开关单元的输出以及所述双向储能逆变器的反向输出连接至所述不断电负载。

9.根据权利要求8所述的不间断电源系统，其特征在于，所述智能快速开关单元包括串接的交流断路器以及静态开关，所述静态开关与旁路断路器串接，市电正常供电时，所述不断电负载由交流市电直接供电工作，当交流市电停电时，所述智能快速开关单元将三相电网与所述不断电负载分离，所述双向储能逆变器将所述可充电储能电池模组的电量逆变为三相交流电对所述不断电负载供电。

10.根据权利要求7所述的不间断电源系统，其特征在于，所述不间断供电系统为在线式UPS，包括UPS供电通路以及并联的旁路供电通路，所述UPS供电电路包括串接的整流器、逆变器以及静态开关，所述旁路供电电路包括串接的充电器以及电池组。