CN209813731U - 轨道车辆辅助供电系统及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种轨道车辆辅助供电系统及轨道车辆，其中系统包括：N个并联连接的第一电压变换器；N个第一电压变换器的输入端分别与电网输出端连接，用于将电网电压转换为N个不同等级电压、并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，其中，N为大于1的正整数；电网电压的输出端，还与轨道车辆中的空调系统的供电端连接，以为空调系统供电。本申请通过将轨道车辆中各用电系统分别对应的电压变换器分离出来，并按照各用电系统的用电等级进行整合设置，以减小各用电系统的体积和重量，减小轨道车辆的体积和重量，从而为轨道车辆的安全使用提供了条件。

Description

轨道车辆辅助供电系统及轨道车辆

技术领域

本申请涉及车辆供电技术领域，尤其涉及一种轨道车辆辅助供电系统及轨道车辆。

背景技术

目前的轨道车辆中各用电系统的各用电设备中均包括电压变换器，用于将高压直流电源经过电压变换，转换为各系统对应的用电电压，这就导致轨道车辆用电系统体积和重量较大，从而使得轨道车辆的体积和重量较大，影响了轨道车辆的使用。

发明内容

本申请提供一种轨道车辆辅助供电系统及轨道车辆，用于解决相关技术中，轨道车辆用电系统体积和重量大，导致整个轨道车辆的体积和重量大，影响轨道车辆使用的问题。

本申请一方面实施例提供一种轨道车辆辅助供电系统，该系统包括：N个并联连接的第一电压变换器；所述N个第一电压变换器的输入端分别与电网输出端连接，用于将电网电压转换为N个不同等级电压、并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，其中，N为大于1的正整数；所述电网电压的输出端，还与所述轨道车辆中的空调系统的供电端连接，以为所述空调系统供电。

本申请另一方面实施例提供一种轨道车辆，该车辆包括：第一方面实施例所述的轨道车辆辅助供电系统。

本申请公开的技术方案，具有如下有益效果：

通过N个并联连接的第一电压变换器，将电网电压转换为N个不同等级电压，并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，电网电压的输出端，还与轨道车辆中的空调系统的供电端连接，以为空调系统供电。由此，通过将轨道车辆中各用电系统分别对应的电压变换器分离出来，并按照各用电系统的用电等级进行整合设置，以减小各用电系统的体积和重量，减小轨道车辆的体积和重量，从而为轨道车辆的安全使用提供了条件。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本申请一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图2是根据本申请另一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图3是根据本申请又一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图4是根据本申请再一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图5是根据本申请再一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图6是根据本申请再一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图7是根据本申请一个具体实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图；

图8是根据本申请一个实施例示出的轨道车辆的结构示意图。

附图标记说明：

轨道车辆辅助供电系统100；N个第一电压变换器11；电网12；空调系统13；滤波设备14；第一电容141、第二电容142、第一电感143；第二电感144；控制器15；电压检测组件16；电流检测组件17；第一导通组件18；预充电电路19；第二导通组件20；电阻21。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请各实施例针对相关技术中，轨道车辆用电系统体积和重量大，导致整个轨道车辆的体积和重量大，影响轨道车辆使用的问题，提出一种轨道车辆辅助供电系统。

本申请实施例，通过N个并联连接的第一电压变换器，将电网电压转换为N个不同等级电压，并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，电网电压的输出端，还与轨道车辆中的空调系统的供电端连接，以为空调系统供电。由此，通过将轨道车辆中各用电系统分别对应的电压变换器分离出来，并按照各用电系统的用电等级进行整合设置，以减小各用电系统的体积和重量，减小轨道车辆的体积和重量，从而为轨道车辆的安全使用提供了条件。

下面结合附图对本申请实施例提供的轨道车辆辅助供电系统及轨道车辆进行详细描述。

图1是根据本申请一个实施例示出的轨道车辆辅助供电系统的结构示意图。

如图1所示，本申请轨道车辆辅助供电系统100包括：N个第一电压变换器11。

其中，所述N个第一电压变换器11的输入端分别与电网12输出端连接，用于将电网电压转换为N个不同等级电压、并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，其中，N为大于1的正整数；

所述电网电压的输出端，还与所述轨道车辆中的空调系统13的供电端连接，以为所述空调系统13供电。

本实施例中，轨道车辆可以是但不限于：单轨车辆、轻轨、磁悬浮列车、地铁等等。

实际使用时，通过在N个第一电压变换器11，将电网电压转换为N个不同等级电压，从而将N个不同等级电压提供给轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统，由此可避免为每个用电系统中均设置一个电压变换器，来获取自身所需等级电压，从而有效减小各用电系统的体积和重量，进而减小轨道车辆的体积和重量，为轨道车辆的安全使用提供了条件。

举例来说，假设N个第一电压变换器11为3个，分别为D1、D2、D3，则该3个第一电压变换器可对应输出3个不同等级电压，比如D1输出电压等级为110伏特(V)，D2输出电压等级为24V，D3输出电压等级为220V。其中，轨道车辆中各用电系统包括：照明系统E1、整车控制系统E2、蓄电池充电系统E3、通风系统E4、动力电池充电系统E5。

那么当轨道车辆从电网侧获取到供电电压之后，通过上述3个第一电压变换器D1、D2、 D3，分别将电网电压进行转换操作，以得到各自对应的等级电压，如110V、24V、220V，然后将各自对应的等级电压提供给对应所需等级电压的用电系统。

其中，假设照明系统E1所需供电等级为110V、整车控制系统E2所需供电等级为24V、蓄电池充电系统E3为110V、通风系统E4为220V、动力电池充电系统E5为220V，则D1 输出的等级电压可提供给照明系统E1和蓄电池充电系统E3，D2输出的等级电压可提供给整车控制系统E2，D3输出的等级电压可提供给通风系统E4和动力电池系统E5，从而使得各用电系统可以正常工作。

需要说明的是，本实施例中，N个第一电压变换器11中各功率开关器件为金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor，简称：MOS管)。

由于MOS管的工作频率比绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，简称：IGBT)高，从而为进一步减少电压变换器的体积提供了条件。

另外，本实施例中电网还可向轨道车辆中的空调系统13供电，以使空调系统13可以正常工作，为乘客提供更好的乘车环境。

如图2所示，由于轨道车辆中包括的各电子部件及外界环境会对轨道车辆造成干扰，对此本申请轨道车辆辅助供电系统100，还包括：至少一级滤波设备14。

其中，至少一级滤波设备14连接在所述电网12输出端及所述N个第一电压变换器11 的输入端之间。

本实施例中，滤波设备14可为电磁兼容性设备((Electro-MagneticCompatibility，简称： EMC)。

如图3所示，本实施例滤波设备14可包括：第一电容141、第二电容142、第一电感143及第二电感144；

所述第一电容141的一端与所述第一电感143的一端及所述电网12的正输出端连接；

所述第一电容141的另一端与所述第二电感144的一端及所述电网12的负输出端连接；

所述第一电感143的另一端与所述第二电容142的一端及所述N个第一电压变换器11 的正输入端连接；

所述第二电容142的另一端与所述第二电感144的另一端及所述N个第一电压变换器 11的负输入端连接。

也就是说，本申请实施例可通过上述滤波设备14可对轨道车辆运行的干扰信号进行滤除。

例如，如图4所示，本实施例中可设置两级滤波设备14，以通过两级滤波设备14将干扰信号尽可能的滤除，从而提高轨道车辆的整车性能。

在实际使用时，两根电源线或通信线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示。其中，共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

因此，为了对上述共模干扰或差模干扰进行滤除，本实施例至少一级滤波设备14可以是同时具有抑制共模干扰和差模干扰功能的设备。

其中，利用滤波设备14滤除共模干扰时，可通过选择Y电容和共模线圈来进行抑制和滤除；

利用滤波设备14滤除差模干扰时，可通过选择X电容和差模线圈来进行抑制和滤除。

进一步的，如图5所示，本申请轨道车辆辅助供电系统100，还包括控制器15、电压检测组件16及电流检测组件17。

其中，所述电压检测组件16，与所述电网12的输出端并联连接；

所述电流检测组件17，与所述电网12的输出端串联连接；

所述控制器15的第一输入端与所述电压检测组件16的输出端连接，所述控制器15的第二输入端与所述电流检测组件17的输出端连接；

所述控制器15的N个第一输出端分别与所述N个第一电压变换器11的控制端连接，用于根据所述电网12的输出功率，对每个第一电压变换器11的输出功率进行调整。

具体的，控制器15通过获取电压检测组件16输出端输出的电压，及电流检测组件17 输出端输出电流，确定电网12的输出功率，以确定电网侧输出端是否出现异常。当确定出现异常时，向N个第一电压变换器11发送控制信号，以使N个第一电压变换器11根据控制器15发送的控制信号调整各自的输出功率。

也就是说，当确定电网的输出端出现异常时，通过向N个第一电压变换器11发送控制信号，以调整N个第一电压变换器11的输出功率，使得N个第一电压变换器11关断，或者将N个第一电压变换器11降功率运行等等。

在实际使用时，轨道车辆运行时，通常是通过空调系统13来对车内环境进行调节，以向乘客提供更舒适的乘车环境。然而，由于轨道车辆中的空调系统13在启动时的所需功率要大于正常工作时所需的功率。对此为了能够保证轨道车辆中的空调系统13的平稳启动，且没有功率浪费，本申请实施例可在轨道车辆辅助供电系统100中，设置第一导通组件18，具体参见图6。

其中，第一导通组件18连接在所述电网12输出端及所述N个第一电压变换器11的输入端之间。

本实施例中，第一导通组件18可以是，但不限于：单刀单掷开关、继电器、断路器、接触器等等。

具体实现时，当控制器15接收到轨道车辆的启动指令时，可控制第一电压变换器11 闭合，并当接收到空调系统13启动指令时，检测轨道车辆当前运行状态是否满足空调系统 13的正常启动需求，即判断提供给空调系统13启动时的功率是否满足启动功率。若满足则可直接通过第一导通组件15将N个第一电压变换器11切除；若不满足，则获取N个第一电压变换器11各自对应的用电系统的工作状态，并根据各用电系统的工作状态向N个第一电压变换器11中的一个或多个发送控制指令，以降低N个第一电压变换器11中的至少一个向对应用电系统提供的功率，以保证空调系统13能够正常启动。

举例来说，若轨道车辆中总输出功率为40千瓦(kw)，空调系统启动时需要的功率为 30kw，正常工作时需要的功率为20kw，那么当空调系统启动时，控制器15首先会获取N个第一电压变换器11分别对应的用电系统当前的工作状态，并对获取的各用电系统的工作状态进行分析，通过对N个第一电压变换器11中的至少一个进行控制，以对各用电系统提供功率进行调整，使得向上述各用电系统总共提供的功率小于10KW，以保证空调系统平稳启动。

进一步参见图6，当轨道车辆中的空调系统13在启动时，为了避免直接闭合第一导通组件18，使得瞬时电流过大，而损坏各用电系统中的相关部件，对此本申请轨道车辆辅助供电系统100，还包括预充电电路19。其中，预充电电路19包括串联连接的第二导通组件 20及电阻21。

其中，预充电电路19与第一导通组件18并联连接，即第二导通组件20及电阻21与第一导通组件18并联连接。

本实施例中，第二导通组件20可以是，但不限于：单刀单掷开关、继电器、断路器、接触器等等。

本实施例中，控制器15的第二输出端与所述第一导通组件18的控制端连接，所述控制器15的第三输出端与所述第二导通组件20的控制端连接；

所述控制器15还用于控制所述第一导通组件18及所述第二导通组件20的导通状态。

具体的，在空调系统13启动时，控制器15向第二导通组件20发送控制指令，以使第二导通组件20根据控制指令执行闭合操作，从而在电路中接入电阻21，使得供电电压通过电阻21向各用电系统供电，之后当检测到供电稳定之后，再向第一导通组件18发送闭合指令，并向第二导通组件20发送断开指令，以闭合第一导通组件18，并断开第二导通组件20，从而使得供电电压通过第一导通组件18向各用电系统提供电能，以减少导通回路中的电压损耗。

此外，控制器15会对空调系统13运行状态进行实时监控，若确定空调系统13已经启动完成，进入正常运行状态时，则向N个第一电压变换器11中的一个或多个发送恢复正常工作的指令，以使N个第一电压变换器11可以按照各自对应的用电系统的需求，提供对应的供电，以使各用电系统恢复自身正常输出。

进一步的，所述第一导通组件18的输出端与所述控制器15的第三输入端连接；

所述第二导通组件20的输出端与所述控制器15的第四输入端连接；

所述控制器15还用于检测所述第一导通组件18及所述第二导通组件20的实际导通状态是否与控制指令匹配。

也就是说，本申请实施例中，当控制器15向第一导通组件18及第二导通组件20发送控制指令之后，还对第一导通组件18及第二导通组件20的实际导通状态与控制指令是否匹配进行检测，以在第一导通组件18或者第二导通组件20的实际导通状态与控制指令不匹配时，能够对不匹配的导通组件的导通状态进行调整，以提高可靠性和准确性。

下面通过一个具体示例，对本申请实施例的轨道车辆辅助供电系统的具体实现过程进行说明。

如图7所示，轨道车辆辅助供电系统100中包括：EMC(即至少一级滤波器14)、接触器1(即第一导通组件18)、电阻R1(即电阻21)、接触器2(即第二导通组件20)、模块110V、模块24V和模块220V(即N个第一电压变换器11)、熔断器FU1。其中，熔断器EU1是保护器件，它能够在电流超过规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，从而使电路断开。需要说明的是，在该结构图中，未示出电网12、控制器15、空调系统13。

具体实现过程为：当控制器15接收到轨道车辆启动指令时，控制电网输出端输出的电压(±750V)，通过导线将±750V输送至EMC，以通过EMC对干扰信号进行滤除。其中，EMC中可包括电容：CX01、CX02、CX03以及对应的电感器件。然后，将滤除了干扰信号的±750V输送至模块110V、模块24V和模块220V，以通过模块110V、模块24V和模块220V对±750V进行转换，得到各自对应的供电等级，分别为：±110V、±24V、±220V，然后该转换后的不同等级供电电压，提供给各自对应的用电系统，以使其正常运行。

若此时控制器15检测到空调系统13启动指令时，则判断供电系统当前输出功率是否满足空调系统13启动时所需功率。若不满足，则控制器15分别获取模块110V、模块24V 及模块220V各自对应的用电系统的工作状态，当确定模块220V模块对应的用电系统所需功率可调节(比如可降低)，则向模块220V发送限功率运行指令，使得模块220V向对应的用电系统提供较低的功率，以使空调系统19可以平稳的启动。

其中，为了避免直接闭合接触器1，使得瞬时电流过大，而损坏相关部件，控制器15在调整模块220V工作状态，以使其降功率运行，并控制模块110V及模块24V正常工作时，可首先通过控制2线路向接触器2发送闭合指令，以将电阻R1接入电路，其中接触器2 在接收到控制指令并执行控制指令之后，通过反馈2线路，将自身的实际导通状态反馈给控制器15。当控制器15确定供电稳定之后，再通过控制1线路向接触器1发送闭合指令，并向接触器2发送断开指令，从而通过接触器1向各模块供电，以减少导通回路中的电压损耗。

此外，当接触器1接收到控制指令并执行控制指令之后，还可通过反馈1线路将自身的实际导通状态反馈给控制器15，以使控制器15对接触器1的实际导通状态是否与控制指令相同进行检测，从而能够保证接触器1的导通状态与控制指令相匹配。

进一步的，控制器15还对空调系统13运行状态进行实时检测，若检测到空调系统13 已经启动完成，进入正常运行状态时，向模块220V发送恢复正常工作指令，以使模块220V 按照对应用电系统的需求功率，提供供电等级，从而恢复自身正常输出。

本申请实施例提供的轨道车辆辅助供电系统，通过N个并联连接的第一电压变换器，将电网电压转换为N个不同等级电压，并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，电网电压的输出端，还与轨道车辆中的空调系统的供电端连接，以为空调系统供电。由此，通过将轨道车辆中各用电系统分别对应的电压变换器分离出来，并按照各用电系统的用电等级进行整合设置，以减小各用电系统的体积和重量，减小轨道车辆的体积和重量，从而为轨道车辆的安全使用提供了条件。

图8是根据本申请一个实施例的轨道车辆的结构示意图。

如图8所示，该轨道车辆200，包括轨道车辆辅助供电系统100。

其中，轨道车辆辅助供电系统100的结构可参照上述各实施例的详细描述，此处不做赘述。

本申请实施例提供的轨道车辆，通过将轨道车辆中各用电系统分别对应的电压变换器分离出来，并按照各用电系统的用电等级进行整合设置，以减小各用电系统的体积和重量，减小轨道车辆的体积和重量，从而为轨道车辆的安全使用提供了条件。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。

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至少一个该特征。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种轨道车辆辅助供电系统，其特征在于，包括：N个并联连接的第一电压变换器；

所述N个第一电压变换器的输入端分别与电网输出端连接，用于将电网电压转换为N个不同等级电压、并为轨道车辆中的N个不同用电等级的用电系统供电，其中，N为大于1的正整数；

所述电网电压的输出端，还与所述轨道车辆中的空调系统的供电端连接，以为所述空调系统供电。

2.如权利要求1所述的辅助供电系统，其特征在于，还包括：连接在所述电网输出端及所述N个第一电压变换器的输入端之间的至少一级滤波设备。

3.如权利要求2所述的辅助供电系统，其特征在于，所述滤波设备，包括：第一电容、第二电容、第一电感及第二电感；

所述第一电容的一端与所述第一电感的一端及所述电网的正输出端连接；

所述第一电容的另一端与所述第二电感的一端及所述电网的负输出端连接；

所述第一电感的另一端与所述第二电容的一端及所述N个第一电压变换器的正输入端连接；

所述第二电容的另一端与所述第二电感的另一端及所述N个第一电压变换器的负输入端连接。

4.如权利要求1所述的辅助供电系统，其特征在于，还包括：控制器、电压检测组件及电流检测组件；

所述电压检测组件，与所述电网的输出端并联连接；

所述电流检测组件，与所述电网的输出端串联连接；

所述控制器的第一输入端与所述电压检测组件的输出端连接，所述控制器的第二输入端与所述电流检测组件的输出端连接；

所述控制器的N个第一输出端分别与所述N个第一电压变换器的控制端连接，用于根据所述电网的输出功率，对每个第一电压变换器的输出功率进行调整。

5.如权利要求4所述的辅助供电系统，其特征在于，还包括：

连接在所述电网输出端及所述N个第一电压变换器的输入端之间的第一导通组件。

6.如权利要求5所述的辅助供电系统，其特征在于，还包括：与所述第一导通组件并联连接的预充电电路；

所述预充电电路包括串联连接第二导通组件及电阻。

7.如权利要求6所述的辅助供电系统，其特征在于，所述控制器的第二输出端与所述第一导通组件的控制端连接，所述控制器的第三输出端与所述第二导通组件的控制端连接；

所述控制器，还用于控制所述第一导通组件及所述第二导通组件的导通状态。

8.如权利要求7所述的辅助供电系统，其特征在于，

所述第一导通组件的输出端与所述控制器的第三输入端连接；

所述第二导通组件的输出端与所述控制器的第四输入端连接；

所述控制器，还用于检测所述第一导通组件及所述第二导通组件的实际导通状态是否与控制指令匹配。

9.如权利要求1-7任一所述的辅助供电系统，其特征在于，所述N个第一电压变换器中各功率开关器件为金属氧化物半导体场效应管。

10.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的轨道车辆辅助供电系统。