CN217170464U - 列车储能及应急冗余一体化供电电路及控制系统 - Google Patents

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CN217170464U CN202121415021.1U CN202121415021U CN217170464U CN 217170464 U CN217170464 U CN 217170464U CN 202121415021 U CN202121415021 U CN 202121415021U CN 217170464 U CN217170464 U CN 217170464U
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李水昌
杨宁
卓丛林
周义杰
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李洋涛
王永翔
杨雪松
程龙
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Locomotive and Car Research Institute of CARS
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Abstract

本实用新型提供了列车储能及应急冗余一体化供电电路及其控制系统。该供电电路包括一体化储能供电单元，该储能供电单元包括第一第二双向DC/DC变换器、储能部、DC/AC变换器；各储能部别与对应的双向DC/DC变换器的低压侧、对应的DC/AC变换器的直流侧连接，第一双向DC/DC变换器的高压侧负极与第二双向DC/DC变换器的高压侧正极连接；第一双向DC/DC变换器的高压侧正极、第二双向DC/DC变换器的高压侧负极分别与列车中间直流母线正极、负极相连；第一第二DC/AC变换器的交流侧并联在一起输出三相380V交流电；各储能部分别包括储能元件；各储能元件提供的电压分别为600‑700V。

Description

列车储能及应急冗余一体化供电电路及控制系统
技术领域
本实用新型涉及列车储能供电技术领域，特别涉及一种列车储能及应急冗余一体化供电电路及控制系统。
背景技术
轨道交通列车通过受电弓从接触网取电，经变压器变压与四象限变流器整流后，通过中间直流母线为列车牵引系统与辅助系统供电，轨道交通列车对接触网有极强的依赖性。当接触网由于恶劣天气等原因中断供电时，列车只能停留原地等待救援，这不仅影响列车运营，还会带来安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种应急情况下，使用同一储能元件分别向列车牵引和辅助系统提供能量的列车储能及应急冗余一体化供电电路。该电路结构简单、成本低廉、可靠性高，具备铁路领域应用的可行性。
本实用新型的另一目的在于提供本实用新型提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统，从而实现所述列车储能及应急冗余一体化供电电路的有效控制。
为了实现上述目的，本实用新型提供了列车储能及应急冗余一体化供电电路，包括：
至少一个一体化储能供电单元，每个所述一体化储能供电单元并联连接到列车供电线路中；其中，
所述一体化储能供电单元包括第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器，第一储能部和第二储能部，以及，第一DC/AC变换器和第二DC/AC变换器；
第一储能部分别与第一双向DC/DC变换器的低压侧和第一DC/AC变换器的直流侧连接，第二储能部分别与第二双向DC/DC变换器的低压侧和第二DC/AC变换器的直流侧连接，第一双向DC/DC变换器的高压侧负极与第二双向DC/DC变换器的高压侧正极连接；
第一双向DC/DC变换器的高压侧正极与列车中间直流母线正极相连、第二双向DC/DC变换器的高压侧负极与列车中间直流母线负极相连，向整车输出直流电；
第一DC/AC变换器的交流侧和第二DC/AC变换器的交流侧并联在一起形成三相AC380V交流母线，输出三相380V交流电，为列车三相交流负载供电；
所述第一储能部包括第一储能元件；所述第二储能部包括第二储能元件；所述第一储能元件和第二储能元件提供的电压分别为600-700V。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，所述第一双向DC/DC变换器的高压侧负极与第二双向DC/DC变换器的高压侧正极连接实现了第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器的串联。所述第一双向DC/DC变换器的高压侧正极与第二双向DC/DC变换器的高压侧负极组成了一体化储能供电单元的直流输出端；具体而言，第一双向DC/DC变换器的高压侧正极作为一体化储能供电单元的直流输出端正极接入列车中间直流母线正极，第二双向DC/DC变换器的高压侧负极作为一体化储能供电单元的直流输出端负极接入列车中间直流母线负极。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，列车制动时可以通过双向 DC/DC变换器给储能单元充电，回收制动能量。具体为：列车制动时电机工作在发电机状态，产生制动能量，这时双向DC/DC变换器工作在降压模式，产生的制动能量经过双向DC/DC变换器给动力电池充电。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，一体化储能供电单元的数量可根据列车实际需求进行选取。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，第一双向DC/DC变换器的高压侧正极与列车中间直流母线正极相连的线路上依次设有熔断器和隔离开关。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，第二双向DC/DC变换器的高压侧负极与列车中间直流母线负极相连的线路上依次设有熔断器和隔离开关。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述第一储能部进一步包括第一冷却和加热装置，用于为所述第一储能元件提供合适的工作温度。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述第二储能部进一步包括第二冷却和加热装置，用于为所述第二储能元件提供合适的工作温度。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述第一储能部进一步包括第一主接触器，第一主接触器与第一储能元件的正极连接，用于保证第一储能元件与第一双向DC/DC变换器的隔离，当第一储能元件或第一双向DC/DC变换器发生故障时，第一主接触器断开；
更优选地，所述第一储能部进一步包括第一预充电电路，第一预充电电路与第一主接触器的两端并联，第一预充电电路包括第一预充接触器和第一预充电阻；第一预充电电路的作用为限制第一主接触器闭合瞬间直流母线上的电流。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述第二储能部进一步包括第二主接触器，第二主接触器与第二储能元件的正极连接，用于保证第二储能元件与第二双向DC/DC变换器的隔离，当第二储能元件或第二双向DC/DC变换器发生故障时，第二主接触器断开；
更优选地，所述第二储能部进一步包括第二预充电电路，第二预充电电路与第二主接触器的两端并联，第二预充电电路包括第二一预充接触器和第二预充电阻；第二预充电电路的作用为限制第二主接触器闭合瞬间直流母线上的电流。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，各双向DC/DC变换器分别包括第一电感、第一电容、第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件、第二开关器件和第一电容依次串联，其中第一开关器件的集电极与第二开关器件的发射极连接；第一开关器件的发射极对应双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件的集电极对应双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件的集电极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端对应双向DC/DC变换器低压侧正极。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，各DC/AC变换器分别为双向DC/AC变换器。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，各DC/AC变换器分别为隔离型DC/AC变换器。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，各DC/AC变换器分别包括由第二电感和第二电容组成的第一滤波电路、工频逆变器、工频变压器以及由第三电感和第三电容组成的第二滤波电路；更优选地，所述工频逆变器为三相电压型全桥逆变器；在一优选实施方式中，所述工频逆变器为由6个功率开关器件组成的桥式结构，功率开关器件采用IGBT。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，优选地，第一DC/AC 变换器的交流侧和第二DC/AC变换器的交流侧分别设有隔离开关。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述列车中间直流母线为列车牵引传动系统供电；所述牵引传动系统包括牵引逆变器和电机等负载。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述第一储能元件由电池或电容单体串并联组合而成。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，所述第二储能元件由电池或电容单体串并联组合而成。
本实用新型提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路，将两个储能元件组合起来，与两个双向DC/DC变换器和两个DC/AC变换器集成为一体化供电单元，实现一体化、标准化。两个双向DC/DC变换器串联连接，两个DC/AC变换器的输出端并联供电；通过串联的双向DC/DC变换器可输出高压直流电，通过输出端并联的DC/AC 变换器可输出三相380V交流电。在列车无法通过外部接触网取电的情况下，储能元件一方面通过串联的双向DC/DC变换器输出高压直流电为列车牵引传动系统供电，另一方面通过DC/AC变换器输出三相380V交流电用于应急通风等三相交流负载。在列车制动时可以通过串联的双向DC/DC变换器给储能元件充电，实现制动能量的重复利用。
本实用新型还提供了上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统，用于对上述列车储能及应急冗余一体化供电电路进行控制，包括：
上述列车储能及应急冗余一体化供电电路以及各储能供电单元的控制组件；
各储能供电单元的控制组件分别包括第一储能部能量管理系统EMS和第二储能部能量管理系统EMS、第一双向DC/DC变换器控制器和第二双向DC/DC变换器控制器、第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC变换器控制器、通信总线、高压直流负载获取单元和三相交流负载获取单元；其中，
所述第一储能部能量管理系统EMS用于获取第一储能元件的电压；所述第二储能部能量管理系统EMS用于获取第二储能元件的电压；所述第一双向DC/DC变换器控制器用于控制第一双向DC/DC变换器的工作模式，其中第一双向DC/DC变换器的工作模式包括升压模式和降压模式；所述第二双向DC/DC变换器控制器用于控制第二双向DC/DC变换器的工作模式，其中第二双向DC/DC变换器的工作模式包括升压模式和降压模式；所述高压直流负载获取单元用于获取高压直流负载需求；所述三相交流负载获取单元用于获取三相交流负载需求；所述第一DC/AC变换器控制器用以控制第一DC/AC变换器，所述第二DC/AC变换器控制器用以控制第二DC/AC变换器；
所述第一储能部能量管理系统EMS、第二储能部能量管理系统EMS、第一双向 DC/DC变换器控制器、第二双向DC/DC变换器控制器、第一DC/AC变换器控制器、第二DC/AC变换器控制器、高压直流负载获取单元和三相交流负载获取单元分别与通信总线连接，实现信息交互。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，所述第一储能部能量管理系统EMS包括相互连通的第一检测部、第一均衡部和第一控制部；所述第一检测部用于获取第一储能元件的电压；所述第一均衡部用于对第一储能元件进行均衡控制、荷电状态计算确定；所述第一控制部用于对第一储能元件进行充放电功率控制；
更优选地，当所述第一储能部包括第一冷却和加热装置时，所述第一检测部进一步用于获取第一储能元件的温度，所述第一控制部进一步用于控制第一冷却和加热装置，从而实现对第一储能元件进行热管理；
更优选地，当所述第一储能部进一步包括第一主接触器，第一主接触器与第一储能元件的正极连接时，所述第一控制部进一步用于控制第一主接触器的通断；当第一储能元件和/或第一双向DC/DC变换器发生故障时，控制第一主接触器断开；
进一步优选地，当所述第一储能部进一步包括第一预充电电路，第一预充电电路与第一主接触器的两端并联，第一预充电电路包括第一预充接触器和第一预充电阻时，所述第一控制部进一步用于控制第一预充接触器的通断；第一预充电路工作在应急情况下第一储能部给直流母线供电时，为防止直接闭合第一主接触器时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制第一预充接触器闭合，通过串联的第一预充电阻限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时(比如额定值的90％)，控制第一预充接触器断开，同时控制第一主接触器闭合。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，所述第二储能部能量管理系统EMS包括相互连通的第二检测部、第二均衡部和第二控制部；所述第二检测部用于获取第二储能元件的电压；所述第二均衡部用于对第二储能元件进行均衡控制、荷电状态计算确定；所述第二控制部用于对第二储能元件进行充放电功率控制；
更优选地，当所述第二储能部包括第二冷却和加热装置时，所述第二检测部进一步用于获取第二储能元件的温度，所述第二控制部进一步用于控制第二冷却和加热装置，从而实现对第二储能元件进行热管理；
更优选地，当所述第二储能部进一步包括第二主接触器，第二主接触器与第二储能元件的正极连接时，所述第二控制部进一步用于控制第二主接触器的通断；当第二储能元件和/或第二双向DC/DC变换器发生故障时，控制第二主接触器断开；
进一步优选地，当所述第二储能部进一步包括第二预充电电路，第二预充电电路与第二主接触器的两端并联，第二预充电电路包括第二预充接触器和第二预充电阻时，所述第二控制部进一步用于控制第二预充接触器的通断；第二预充电路工作在应急情况下第二储能部给直流母线供电时，为防止直接闭合第二主接触器时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制第二预充接触器闭合，通过串联的第二预充电阻限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时(比如额定值的90％)，控制第二预充接触器断开，同时控制第二主接触器闭合。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，第一双向DC/DC变换器包括第一电感、第一电容、第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件、第二开关器件和第一电容依次串联，其中第一开关器件的集电极与第二开关器件的发射极连接；第一开关器件的发射极对应第一双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件的集电极对应第一双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件的集电极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端对应第一双向 DC/DC变换器低压侧正极；所述第一双向DC/DC变换器控制器通过控制第一开关器件和第二开关器件的通断实现控制第一双向DC/DC变换器的工作模式；当第二开关器件断开，第一开关器件闭合时，第一双向DC/DC变换器的工作模式为降压模式；当第二开关器件断开，第一开关器件断开时，第一双向DC/DC变换器的工作模式为升压模式。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，第二双向DC/DC变换器包括第一电感、第一电容、第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件、第二开关器件和第一电容依次串联，其中第一开关器件的集电极与第二开关器件的发射极连接；第一开关器件的发射极对应第二双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件的集电极对应第二双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件的集电极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端对应第二双向DC/DC变换器低压侧正极；所述第二双向DC/DC变换器控制器通过控制第一开关器件和第二开关器件的通断实现控制第二双向DC/DC变换器的工作模式；当第二开关器件断开，第一开关器件闭合时，第二双向DC/DC变换器的工作模式为降压模式；当第二开关器件断开，第一开关器件断开时，第二双向DC/DC变换器的工作模式为升压模式。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，所述通信总线用于将第一储能部能量管理系统EMS获取到的第一储能元件的信息传输给所述第一双向DC/DC变换器控制器，将第二储能部能量管理系统EMS获取到的第二储能元件的信息传输给所述第二双向DC/DC变换器控制器，第一双向DC/DC变换器控制器和第二双向DC/DC变换器控制器的信息交互，将高压直流负载获取单元获取的信息传输给所述第一双向DC/DC变换器控制器、第二双向DC/DC变换器控制器，将三相交流负载获取单元获取的信息传输给所述第一DC/AC变换器控制器、第二DC/AC 变换器控制器，第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC变换器控制器的信息交互。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，第一DC/AC变换器为双向DC/AC变换器，所述第一DC/AC变换器控制器用于控制第一DC/AC 变换器的工作模式；其中第一DC/DC变换器的工作模式包括直流转换为交流模式和交流转换为直流模式。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统中，优选地，第二DC/AC变换器为双向DC/AC变换器，所述第二DC/AC变换器控制器用于控制第一DC/AC 变换器的工作模式；其中第二DC/AC变换器的工作模式包括直流转换为交流模式和交流转换为直流模式。
为了更好的对上述列车储能及应急冗余一体化供电电路以及控制系统的进行说明，下面提供上述列车储能及应急冗余一体化供电电路的一种供参考的控制方法包括：
获取高压直流负载需求和三相交流负载需求；
获取列车供电状态；所述供电状态包括列车通过受电弓从接触网取电的正常情况以及列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况；
获取第一储能元件的电压和第二储能元件的电压；
基于获取的列车供电状态，控制第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器的工作模式，并基于获取的高压直流负载需求以及第一储能元件的电压和第二储能元件的电压，控制第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器的工作工作电流；当列车通过受电弓从接触网取电的正常情况下时，第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器处于降压模式，列车中间直流母线通过第一双向DC/DC变换器以及第二双向DC/DC变换器向第一储能元件和第二储能元件充电；当列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况下时，第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器处于升压模式，第一储能元件和第二储能元件通过第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器向列车中间直流母线供电；
基于获取的列车供电状态、三相交流负载需求以及第一储能元件的电压和第二储能元件的电压，控制第一DC/AC变换器和第二DC/AC变换器；当列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况下时，第一储能元件通过第一DC/AC变换器输出三相 380V交流电为列车三相交流负载供电和/或第二储能元件通过第一DC/AC变换器输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电。
在上述控制方法中，优选地，所述第一储能部包括第一冷却和加热装置(用于为所述第一储能元件提供合适的工作温度)时，该方法进一步包括：获取第一储能元件的温度；基于第一储能元件的温度，控制第一冷却和加热装置对第一储能元件进行冷却或加热，从而实现对第一储能元件进行热管理。
在上述控制方法中，优选地，所述第二储能部包括第二冷却和加热装置(用于为所述第二储能元件提供合适的工作温度)时，该方法进一步包括：获取第二储能元件的温度；基于第二储能元件的温度，控制第二冷却和加热装置对第二储能元件进行冷却或加热，从而实现对第二储能元件进行热管理。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，第一双向DC/DC变换器包括第一电感、第一电容、第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件、第二开关器件和第一电容依次串联，其中第一开关器件的集电极与第二开关器件的发射极连接；第一开关器件的发射极对应第一双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件的集电极对应第一双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件的集电极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端对应第一双向DC/DC变换器低压侧正极；控制第一双向DC/DC变换器的工作模式通过下述方式实现：
当第二开关器件断开，第一开关器件闭合时，第一双向DC/DC变换器的工作模式为降压模式；当第二开关器件断开，第一开关器件断开时，第一双向DC/DC变换器的工作模式为升压模式。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，第二双向DC/DC变换器包括第一电感、第一电容、第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件、第二开关器件和第一电容依次串联，其中第一开关器件的集电极与第二开关器件的发射极连接；第一开关器件的发射极对应第二双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件的集电极对应第二双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件的集电极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端对应第二双向DC/DC变换器低压侧正极；控制第二双向DC/DC变换器的工作模式通过下述方式实现：
当第二开关器件断开，第一开关器件闭合时，第二双向DC/DC变换器的工作模式为降压模式；当第二开关器件断开，第一开关器件断开时，第二双向DC/DC变换器的工作模式为升压模式。
在一具体实施方式中，控制第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器的工作模式通过下述方式实现：
确定电压参考值与直流母线电压的差值；基于电压参考值与直流母线电压的差值，确定电流参考值；
将所述电流参考值，输入电流限幅控制器中，防止充放电过程中的过流现象；
将通过电流限幅控制器输出的电流与测得的双向DC/DC变换器中的电感电流进行比较，将差值输入电流控制器得到调制波；
将调制波与三角载波进行比较，得到开关器件控制脉冲，分别输入到第一开关器件和反相后输入到第二开关器件，控制第一开关器件和第二开关器件通断，从而控制第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器的工作模式。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，当所述第一储能部进一步包括第一主接触器，第一主接触器与第一储能元件的正极连接时，该方法进一步包括：当第一储能元件和/或第一双向DC/DC变换器发生故障时，控制第一主接触器断开；
更优选地，当所述第一储能部进一步包括第一预充电电路，第一预充电电路与第一主接触器的两端并联，第一预充电电路包括第一预充接触器和第一预充电阻时，该方法进一步包括：第一预充电路工作在应急情况下第一储能部给直流母线供电时，为防止直接闭合第一主接触器时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制第一预充接触器闭合，通过串联的第一预充电阻限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时(比如额定值的90％)，控制第一预充接触器断开，同时控制第一主接触器闭合。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，当所述第二储能部进一步包括第二主接触器，第二主接触器与第二储能元件的正极连接时，该方法进一步包括：当第二储能元件和/或第二双向DC/DC变换器发生故障时，控制第二主接触器断开；
更优选地，当所述第二储能部进一步包括第二预充电电路，第二预充电电路与第二主接触器的两端并联，第一预充电电路包括第二预充接触器和第二预充电阻时，该方法进一步包括：第二预充电路工作在应急情况下第二储能部给直流母线供电时，为防止直接闭合第二主接触器时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制第二预充接触器闭合，通过串联的第二预充电阻限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时(比如额定值的90％)，控制第二预充接触器断开，同时控制第二主接触器闭合。
在上述列车储能及应急冗余一体化供电电路中，优选地，当第一DC/AC变换器为双向DC/AC变换器、第二DC/AC变换器为双向DC/AC变换器时，该方法进一步包括：
获取列车是否回库信号；
当列车回库后，控制第一DC/AC变换器和/或第二DC/AC变换器处于交流转换为直流模式，通过第一DC/AC变换器和/或第二DC/AC变换器向第一储能元件和/或第二储能元件充电；
在一具体实施方式中，当列车在线路上运行时，供电状态在列车通过受电弓从接触网取电的正常情况或者列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况下，均控制第一DC/AC变换器和/或第二DC/AC变换器处于直流转换为交流模式，第一储能元件通过第一DC/AC变换器输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电和/或第二储能元件通过第一DC/AC变换器输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电；当列车回库后，控制第一DC/AC变换器和/或第二DC/AC变换器处于交流转换为直流模式，通过第一DC/AC变换器和/或第二DC/AC变换器向第一储能元件和/或第二储能元件充电。
本实用新型提供的技术方案可以解决接触网断电的应急处置问题，应急情况下，储能单元作为唯一的动力源，为列车牵引和辅助系统提供能量，使列车自行牵引至就近车站。本实用新型提供的技术方案电路结构简单、成本低廉、可靠性高，具备铁路领域应用的可行性。
附图说明
图1为本实用新型一实施例提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路的结构示意图。
图2本实用新型一实施例提供的一体化储能供电单元的结构示意图。
图3本实用新型一实施例提供的一体化储能供电单元的结构示意图。
图4本实用新型一实施例提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制装置的通信构架示意图。
图5本实用新型一实施例中双向DC/DC变换器双闭环控制流程图。
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，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
下面参考本实用新型的若干代表性实施方式，详细阐述本实用新型的原理和精神。
参见图1-图3，本实用新型一实施例提供了一种列车储能及应急冗余一体化供电电路，
包括：至少一个并联连接到列车供电线路中的一体化储能供电单元，依次命名为一体化储能供电单元1、一体化储能供电单元1’……一体化储能供电单元的数量可根据列车实际需求进行选取；
其中，一体化储能供电单元1包括第一双向DC/DC变换器11和第二双向DC/DC 变换器12，第一储能部13和第二储能部14，以及，第一DC/AC变换器15和第二DC/AC变换器16；
第一储能部13分别与第一双向DC/DC变换器11的低压侧和第一DC/AC变换器 15的直流侧连接，第二储能部14分别与第二双向DC/DC变换器12的低压侧和第二 DC/AC变换器16的直流侧连接，第一双向DC/DC变换器11的高压侧负极与第二双向DC/DC变换器12的高压侧正极连接实现第一双向DC/DC变换器11与第二双向 DC/DC变换器12的串联；
第一双向DC/DC变换器11的高压侧正极作为一体化储能供电单元1的直流外接端正极与列车中间直流母线正极相连、第二双向DC/DC变换器12的高压侧负极作为一体化储能供电单元1的直流外接端负极与列车中间直流母线负极相连，向整车输出直流电；所述DC/DC变换器的电压变换为动力电池电压—直流母线电压，直流母线电压具体值可以为1500-2000V；
第一DC/AC变换器15的交流侧和第二DC/AC变换器的交流侧16并联在一起形成三相AC380V交流母线作为一体化储能供电单元1的交流外接端输出三相380V交流电，为列车三相交流负载供电；
第一储能部13包括第一储能元件131；第二储能部14包括第二储能元件141；第一储能元件131和第二储能元件141提供的电压分别为600-700V。
在一优选实施方式中，一体化储能供电单元1的直流外接端正极通过熔断器2 和隔离开关3接入列车中间直流母线正极；具体而言：第一双向DC/DC变换器11 的高压侧正极与列车中间直流母线正极相连的线路上依次设有熔断器2和隔离开关 3。
在一优选实施方式中，一体化储能供电单元1的直流外接端负极通过熔断器3 和隔离开关4接入列车中间直流母线负极；
具体而言：第二双向DC/DC变换器11的高压侧负极与列车中间直流母线负极相连的线路上依次设有熔断器4和隔离开关5。
在一优选实施方式中，对于各储能部(第一储能部13、第二储能部14)，进一步包括冷却和加热装置；
例如，第一储能部13进一步包括第一冷却和加热装置，用于为第一储能元件131提供合适的工作温度。
例如，第二储能部14进一步包括第二冷却和加热装置，用于为第二储能元件141提供合适的工作温度。
在一优选实施方式中，对于各储能部(第一储能部13、第二储能部14)，进一步包括主接触器K1，主接触器K1与对应储能元件(第一储能元件131、第二储能元件 141)的正极连接，用于保证储能元件(第一储能元件131、第二储能元件141)与双向DC/DC变换器(第一双向DC/DC变换器11、第二双向DC/DC变换器12)的隔离，当储能元件(第一储能元件131、第二储能元件141)或双向DC/DC变换器(第一双向DC/DC变换器11、第二双向DC/DC变换器12)发生故障时，主接触器K1断开；
进一步，对于各储能部(第一储能部13、第二储能部14)，进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1；预充电电路的作用为限制主接触器K1闭合瞬间直流母线上的电流；
例如，第一储能部13进一步包括主接触器K1，主接触器K1与第一储能元件131 的正极连接，用于保证第一储能元件131与第一双向DC/DC变换器11的隔离，当第一储能元件131或第一双向DC/DC变换器11发生故障时，主接触器K1断开；进一步，第一储能部13进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1；预充电电路的作用为限制主接触器 K1闭合瞬间直流母线上的电流；
例如，第二储能部14进一步包括主接触器K1，主接触器K1与第二储能元件141 的正极连接，用于保证第二储能元件141与第二双向DC/DC变换器12的隔离，当第二储能元件141或第二双向DC/DC变换器12发生故障时，主接触器K1断开；进一步，第二储能部14进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1；预充电电路的作用为限制主接触器 K1闭合瞬间直流母线上的电流。
在一优选实施方式中，对于各双向DC/DC变换器，包括第一电感L1、第一电容 C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件Q1的发射极对应双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件 Q2的集电极对应双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应双向DC/DC变换器低压侧正极；
例如，第一双向DC/DC变换器11包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件 Q1的发射极对应第一双向DC/DC变换器11高压侧正极，第二开关器件Q2的集电极对应第一双向DC/DC变换器11高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应第一双向DC/DC变换器 11低压侧正极；
例如，第二双向DC/DC变换器12包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件 Q1的发射极对应第二双向DC/DC变换器12高压侧正极，第二开关器件Q2的集电极对应第二双向DC/DC变换器12高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应第二双向DC/DC变换器 12低压侧正极。
在一优选实施方式中，各DC/AC变换器为双向DC/AC变换器；
具体而言，第一DC/AC变换器15为双向DC/AC变换器；第二DC/AC变换器 16为双向DC/AC变换器。
在一优选实施方式中，各DC/AC变换器为隔离型DC/AC变换器；
具体而言，第一DC/AC变换器15为隔离型DC/AC变换器；第二DC/AC变换器16为隔离型DC/AC变换器。
在一优选实施方式中，对于各DC/AC变换器，包括由第二电感L2和第二电容 C2组成的第一滤波电路、工频逆变器M、工频变压器T以及由第三电感L3和第三电容C3组成的第二滤波电路；优选地，工频逆变器M为三相电压型全桥逆变器；
例如，第一DC/AC变换器15包括由第二电感L2和第二电容C2组成的第一滤波电路、工频逆变器M、工频变压器T以及由第三电感L3和第三电容C3组成的第二滤波电路；优选地，工频逆变器M为三相电压型全桥逆变器；
例如，第二DC/AC变换器16包括由第二电感L2和第二电容C2组成的第一滤波电路、工频逆变器M、工频变压器T以及由第三电感L3和第三电容C3组成的第二滤波电路；优选地，工频逆变器M为三相电压型全桥逆变器。
在一优选实施方式中，第一DC/AC变换器15的交流侧设有隔离开关6；
在一优选实施方式中，第二DC/AC变换器16的交流侧设有隔离开关7。
在一优选实施方式中，列车中间直流母线为列车牵引传动系统供电8；牵引传动系统8包括牵引逆变器81和电机82等负载。
在一优选实施方式中，对于各储能元件，由电池或电容单体串并联组合而成；
例如，第一储能元件131由电池或电容单体串并联组合而成；
例如，第二储能元件132由电池或电容单体串并联组合而成。
本实用新型一实施例提供了一种列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统，用于对上述列车储能及应急冗余一体化供电电路实施例提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路进行控制，包括：
上述列车储能及应急冗余一体化供电电路实施例提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路以及各储能供电单元的控制组件；
各储能供电单元的控制组件分别包括第一储能部能量管理系统EMS1和第二储能部能量管理系统EMS2、第一双向DC/DC变换器控制器和第二双向DC/DC变换器控制器、第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC变换器控制器、通信总线、高压直流负载获取单元和三相交流负载获取单元；其中，
第一储能部能量管理系统EMS1用于获取第一储能元件的电压；第二储能部能量管理系统EMS1用于获取第二储能元件的电压；第一双向DC/DC变换器控制器用于控制第一双向DC/DC变换器11的工作模式，其中第一双向DC/DC变换器11的工作模式包括升压模式和降压模式；第二双向DC/DC变换器控制器用于控制第二双向 DC/DC变换器12的工作模式，其中第二双向DC/DC变换器12的工作模式包括升压模式和降压模式；高压直流负载获取单元用于获取高压直流负载需求；三相交流负载获取单元用于获取三相交流负载需求；第一DC/AC变换器控制器用以控制第一 DC/AC变换器11，第二DC/AC变换器控制器用以控制第二DC/AC变换器12；
第一储能部能量管理系统EMS1、第二储能部能量管理系统EMS2、第一双向 DC/DC变换器控制器、第二双向DC/DC变换器控制器、第一DC/AC变换器控制器、第二DC/AC变换器控制器、高压直流负载获取单元和三相交流负载获取单元分别与通信总线连接，实现信息交互。
参见图4，通信总线用于第一储能部能量管理系统EMS1与第一双向DC/DC变换器控制器之间的信息交互、第二储能部能量管理系统EMS2与第二双向DC/DC变换器控制器之间的信息交互、第一双向DC/DC变换器控制器和第二双向DC/DC变换器控制器之间的信息交互、高压直流负载获取单元与第一双向DC/DC变换器控制器之间的信息交互、高压直流负载获取单元与第二双向DC/DC变换器控制器之间的信息交互、三相交流负载获取单元与第一DC/AC变换器控制器之间的信息交互、三相交流负载获取单元与第二DC/AC变换器控制器之间的信息交互、第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC变换器控制器之间的信息交互、第一储能部能量管理系统EMS1 与第一DC/AC变换器控制器之间的信息交互、第二储能部能量管理系统EMS2与第二DC/AC变换器控制器之间的信息交互、第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC 变换器控制器之间的信息交互、第一储能部能量管理系统EMS1和第二储能部能量管理系统EMS2之间的信息交互。
在一优选实施方式中，第一储能部能量管理系统EMS1包括相互连通的第一检测部、第一均衡部和第一控制部；第一检测部用于获取第一储能元件的电压；第一均衡部用于对第一储能元件进行均衡控制、荷电状态计算确定；第一控制部用于对第一储能元件进行充放电功率控制；
进一步，当第一储能部13包括冷却和加热装置时，第一检测部进一步用于获取第一储能元件131的温度，第一控制部进一步用于控制冷却和加热装置，从而实现对第一储能元件131进行热管理；
进一步，当第一储能部13进一步包括主接触器K1，主接触器K1与第一储能元件131的正极连接时，第一控制部进一步用于控制主接触器K1的通断；当第一储能元件131和/或第一双向DC/DC变换器11发生故障时，控制主接触器K1断开；更进一步，当第一储能部13进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1时，第一控制部进一步用于控制预充接触器K2的通断；预充电路工作在应急情况下第一储能部13给直流母线供电时，为防止直接闭合预充接触器K2时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制预充接触器K2闭合，通过串联的预充电阻R1限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时(比如额定值的90％)，控制预充接触器K2断开，同时控制主接触器K1闭合。
在一优选实施方式中，第二储能部能量管理系统EMS2包括相互连通的第二检测部、第二均衡部和第二控制部；第二检测部用于获取第二储能元件141的电压；第二均衡部用于对第二储能元件141进行均衡控制、荷电状态计算确定；第二控制部用于对第二储能元件141进行充放电功率控制；
进一步，当第二储能部14包括冷却和加热装置时，第二检测部进一步用于获取第二储能元件141的温度，第二控制部进一步用于控制冷却和加热装置，从而实现对第二储能元件141进行热管理；
进一步，当第二储能部14进一步包括主接触器K1，主接触器K1与第二储能元件141的正极连接时，第二控制部进一步用于控制主接触器K1的通断；当第二储能元件141和/或第二双向DC/DC变换器12发生故障时，控制主接触器K1断开；更进一步，当第二储能部14进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1时，第二控制部进一步用于控制预充接触器K2的通断；预充电路工作在应急情况下第二储能部14给直流母线供电时，为防止直接闭合预充接触器K2时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制预充接触器K2闭合，通过串联的预充电阻R1限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时(比如额定值的90％)，控制预充接触器K2断开，同时控制主接触器K1闭合。
在一优选实施方式中，当第一双向DC/DC变换器11包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件Q1的发射极对应第一双向DC/DC变换器11高压侧正极，第二开关器件Q2的集电极对应第一双向DC/DC变换器11高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应第一双向DC/DC变换器11低压侧正极时，
第一双向DC/DC变换器11控制器通过控制第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的通断实现控制第一双向DC/DC变换器11的工作模式；当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1闭合时，第一双向DC/DC变换器的工作模式为降压模式；当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1断开时，第一双向DC/DC变换器的工作模式为升压模式。
在一优选实施方式中，当第二双向DC/DC变换器12包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件Q1的发射极对应第二双向DC/DC变换器12高压侧正极，第二开关器件Q2的集电极对应第二双向DC/DC变换器12高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应第二双向DC/DC变换器12低压侧正极时，
第二双向DC/DC变换器控制器通过控制第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的通断实现控制第二双向DC/DC变换器12的工作模式；当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1闭合时，第二双向DC/DC变换器的工作模式为降压模式；当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1断开时，第二双向DC/DC变换器的工作模式为升压模式。
在一优选实施方式中，通信总线用于将第一储能部能量管理系统EMS1获取到的第一储能元件131的信息传输给第一双向DC/DC变换器控制器，将第二储能部能量管理系统EMS2获取到的第二储能元件141的信息传输给第二双向DC/DC变换器控制器，第一双向DC/DC变换器控制器和第二双向DC/DC变换器控制器的信息交互，将高压直流负载获取单元获取的信息传输给第一双向DC/DC变换器控制器、第二双向DC/DC变换器控制器，将三相交流负载获取单元获取的信息传输给第一DC/AC 变换器控制器、第二DC/AC变换器控制器，第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC 变换器控制器的信息交互。
在一优选实施方式中，第一DC/AC变换器15为双向DC/AC变换器，第一DC/AC 变换器控制器用于控制第一DC/AC变换器15的工作模式；其中第一DC/DC变换器 15的工作模式包括直流转换为交流模式和交流转换为直流模式。
在一优选实施方式中，第二DC/AC变换器16为双向DC/AC变换器，第二DC/AC 变换器控制器用于控制第一DC/AC变换器16的工作模式；其中第二DC/AC变换器 16的工作模式包括直流转换为交流模式和交流转换为直流模式。
为了更好的对上述列车储能及应急冗余一体化供电电路以及控制系统的实施例进行说明，下面提供上述实施例提供的列车储能及应急冗余一体化供电电路的一种供参考的控制方法，其中，该方法包括：
获取高压直流负载需求和三相交流负载需求；
获取列车供电状态；所述供电状态包括列车通过受电弓从接触网取电的正常情况以及列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况；
获取第一储能元件131的电压和第二储能元件141的电压；
基于获取的列车供电状态，控制第一双向DC/DC变换器11和第二双向DC/DC 变换器12的工作模式，并基于获取的高压直流负载需求以及第一储能元件131的电压和第二储能元件141的电压，控制第一双向DC/DC变换器11和第二双向DC/DC 变换器12的工作电流；当列车通过受电弓从接触网取电的正常情况下时，第一双向 DC/DC变换器11和第二双向DC/DC变换器12处于降压模式，列车中间直流母线通过第一双向DC/DC变换器11以及第二双向DC/DC变换器12向第一储能元件131 和第二储能元件141充电；当列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况下时，第一双向DC/DC变换器11和第二双向DC/DC变换器12处于升压模式，第一储能元件 131和第二储能元件141通过第一双向DC/DC变换器11和第二双向DC/DC变换器 12向列车中间直流母线供电；
基于获取的列车供电状态、三相交流负载需求以及第一储能元件131的电压和第二储能元件141的电压，控制第一DC/AC变换器15和第二DC/AC变换器16；当列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况下时，第一储能元件131通过第一DC/AC 变换器15输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电和/或第二储能元件141通过第一DC/AC变换器16输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电。
在一优选实施方式中，当第一储能部13包括冷却和加热装置(用于为第一储能元件131提供合适的工作温度)时，该方法进一步包括：获取第一储能元件131的温度；基于第一储能元件131的温度，控制冷却和加热装置对第一储能元件131进行冷却或加热，从而实现对第一储能元件131进行热管理。
在一优选实施方式中，当第二储能部14包括冷却和加热装置(用于为第二储能元件141提供合适的工作温度)时，该方法进一步包括：获取第二储能元件141的温度；基于第二储能元件141的温度，控制冷却和加热装置对第二储能元件141进行冷却或加热，从而实现对第二储能元件141进行热管理。
在一优选实施方式中，当第一双向DC/DC变换器11包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件Q1的发射极对应第一双向DC/DC变换器11高压侧正极，第二开关器件Q2的集电极对应第一双向DC/DC变换器11高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应第一双向DC/DC变换器11低压侧正极时，
控制第一双向DC/DC变换器11的工作模式通过下述方式实现：
当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1闭合时，第一双向DC/DC变换器11 的工作模式为降压模式；当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1断开时，第一双向DC/DC变换器11的工作模式为升压模式。
在一优选实施方式中，当第二双向DC/DC变换器12包括第一电感L1、第一电容C1、第一开关器件Q1和第二开关器件Q1；第一开关器件Q1、第二开关器件Q2和第一电容L1依次串联，其中第一开关器件Q1的集电极与第二开关器件Q2的发射极连接；第一开关器件Q1的发射极对应第二双向DC/DC变换器12高压侧正极，第二开关器件Q2的集电极对应第二双向DC/DC变换器12高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件Q1的集电极与第一电感C1的一端连接，第一电感C1的另一端对应第二双向DC/DC变换器12低压侧正极时，
控制第二双向DC/DC变换器12的工作模式通过下述方式实现：
当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1闭合时，第二双向DC/DC变换器12 的工作模式为降压模式；当第二开关器件Q2断开，第一开关器件Q1断开时，第二双向DC/DC变换器12的工作模式为升压模式。
在一优选实施方式中，如图5所示，控制第一双向DC/DC变换器、第二双向 DC/DC变换器的工作模式通过下述方式实现：
步骤S001：将电压参考值(即电压基准值，即目标电压值)与测得的直流母线电压进行比较，将差值输入电压控制器(用于对目标电压和实际电压的差值进行调节) 得到电流参考值(电流参考值用来调节电池的充放电电流)；
步骤S002：将电流参考值输入电流限幅控制器中，防止充放电过程中的过流现象；
步骤S003：将通过电流限幅控制器输出的电流与测得的双向DC/DC变换器中的电感电流进行比较，将差值输入电流控制器(用于调节通过计算得到的电流参考值和实测的电流值的差值)得到调制波；
步骤S004：将调制波与三角载波进行比较，得到开关器件控制脉冲，分别输入到第一开关器件Q1和反相后输入到第二开关器件Q2，控制第一开关器件Q1和第二开关器件Q2的通断，从而控制第一双向DC/DC变换器11、第二双向DC/DC变换器 12的工作模式。
在一优选实施方式中，当第一储能部13进一步包括主接触器K1，主接触器K1与第一储能元件131的正极连接时，该方法进一步包括：当第一储能元件131和/或第一双向DC/DC变换器11发生故障时，控制主接触器K1断开；
进一步，当第一储能部13进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1时，该方法进一步包括：预充电路工作在应急情况下第一储能部13给直流母线供电时，为防止直接闭合预充接触器K2时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制预充接触器K2闭合，通过串联的预充电阻R1限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时 (比如额定值的90％)，控制预充接触器K2断开，同时控制主接触器K1闭合。
在一优选实施方式中，当第二储能部14进一步包括主接触器K1，主接触器K1与第二储能元件141的正极连接时，该方法进一步包括：当第二储能元件141和/或第二双向DC/DC变换器12发生故障时，控制主接触器K1断开；
进一步，当第二储能部14进一步包括预充电电路，预充电电路与主接触器K1的两端并联，预充电电路包括预充接触器K2和预充电阻R1时，该方法进一步包括：预充电路工作在应急情况下第二储能部14给直流母线供电时，为防止直接闭合预充接触器K2时由于直流母线电容的影响而在回路中产生大电流，先控制预充接触器K2闭合，通过串联的预充电阻R1限制回路中电流，当直流母线电压升高到一定程度时 (比如额定值的90％)，控制预充接触器K2断开，同时控制主接触器K1闭合。
在一优选实施方式中，当第一DC/AC变换器15为双向DC/AC变换器、第二 DC/AC变换器16为双向DC/AC变换器时，该方法进一步包括：
获取列车是否回库信号；
当列车回库后，控制第一DC/AC变换器15和/或第二DC/AC变换器16处于交流转换为直流模式，通过第一DC/AC变换器15和/或第二DC/AC变换器16向第一储能元件和/或第二储能元件充电；
例如，当列车在线路上运行时，供电状态在列车通过受电弓从接触网取电的正常情况或者列车无法通过受电弓从接触网取电的应急情况下，均控制第一DC/AC变换器15和/或第二DC/AC变换器16处于直流转换为交流模式，第一储能元件131通过第一DC/AC变换器15输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电和/或第二储能元件141通过第一DC/AC变换器16输出三相380V交流电为列车三相交流负载供电；当列车回库后，控制第一DC/AC变换器15和/或第二DC/AC变换器16处于交流转换为直流模式，通过第一DC/AC变换器15和/或第二DC/AC变换器16向第一储能元件131和/或第二储能元件141充电。
以上参照附图描述了本实用新型的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

Claims (12)

1.一种列车储能及应急冗余一体化供电电路，其特征在于，该电路包括：
至少一个一体化储能供电单元，每个所述一体化储能供电单元并联连接到列车供电线路中；其中，
所述一体化储能供电单元包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器，第一储能部、第二储能部、第一DC/AC变换器和第二DC/AC变换器；
第一储能部分别与第一双向DC/DC变换器的低压侧和第一DC/AC变换器的直流侧连接，第二储能部分别与第二双向DC/DC变换器的低压侧和第二DC/AC变换器的直流侧连接，第一双向DC/DC变换器的高压侧负极与第二双向DC/DC变换器的高压侧正极连接；
第一双向DC/DC变换器的高压侧正极与列车中间直流母线正极相连、第二双向DC/DC变换器的高压侧负极与列车中间直流母线负极相连，向整车输出直流电；
第一DC/AC变换器的交流侧和第二DC/AC变换器的交流侧并联在一起形成三相AC380V交流母线，输出三相380V交流电，为列车三相交流负载供电；
所述第一储能部包括第一储能元件；所述第二储能部包括第二储能元件；所述第一储能元件和第二储能元件提供的电压分别为600-700V。
2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，
所述第一储能部进一步包括第一冷却和加热装置，用于为所述第一储能元件提供合适的工作温度；
所述第二储能部进一步包括第二冷却和加热装置，用于为所述第一储能元件提供合适的工作温度；
所述第一储能部进一步包括第一主接触器，第一主接触器与第一储能元件的正极连接；
所述第二储能部进一步包括第二主接触器，第二主接触器与第二储能元件的正极连接。
3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，
所述第一储能部进一步包括第一预充电电路，第一预充电电路与第一主接触器的两端并联，第一预充电电路包括第一预充接触器和第一预充电阻；
所述第二储能部进一步包括第二预充电电路，第二预充电电路与第二主接触器的两端并联，第二预充电电路包括第二预充接触器和第二预充电阻。
4.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，
各双向DC/DC变换器分别包括第一电感、第一电容、第一开关器件和第二开关器件；第一开关器件、第二开关器件和第一电容依次串联，其中第一开关器件的集电极与第二开关器件的发射极连接；第一开关器件的发射极对应双向DC/DC变换器高压侧正极，第二开关器件的集电极对应双向DC/DC变换器高压侧负极以及低压侧负极；第一开关器件的集电极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端对应双向DC/DC变换器低压侧正极。
5.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，各DC/AC变换器分别包括由第二电感和第二电容组成的第一滤波电路、工频逆变器、工频变压器以及由第三电感和第三电容组成的第二滤波电路。
6.根据权利要求5所述的供电电路，其特征在于，所述工频逆变器为三相电压型全桥逆变器。
7.根据权利要求1或5所述的供电电路，其特征在于，
所述DC/AC变换器为双向DC/AC变换器；
所述DC/AC变换器为隔离型DC/AC变换器。
8.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，
所述第一双向DC/DC变换器的高压侧正极与列车中间直流母线正极相连的线路上依次设有熔断器和隔离开关；
所述第二双向DC/DC变换器的高压侧负极与列车中间直流母线负极相连的线路上依次设有熔断器和隔离开关；
所述第一DC/AC变换器的交流侧和第二DC/AC变换器的交流侧分别设有隔离开关。
9.权利要求1-7任一项所述的列车储能及应急冗余一体化供电电路的控制系统，用于对权利要求1-7任一项所述的列车储能及应急冗余一体化供电电路进行控制，其特征在于，该控制系统包括：
权利要求1-7任一项所述的列车储能及应急冗余一体化供电电路以及各储能供电单元的控制组件；
各储能供电单元的控制组件分别包括第一储能部能量管理系统EMS和第二储能部能量管理系统EMS、第一双向DC/DC变换器控制器和第二双向DC/DC变换器控制器、第一DC/AC变换器控制器和第二DC/AC变换器控制器、通信总线、高压直流负载获取单元和三相交流负载获取单元；其中，
所述第一储能部能量管理系统EMS用于获取第一储能元件的电压；所述第二储能部能量管理系统EMS用于获取第二储能元件的电压；所述第一双向DC/DC变换器控制器用于控制第一双向DC/DC变换器的工作模式，其中第一双向DC/DC变换器的工作模式包括升压模式和降压模式；所述第二双向DC/DC变换器控制器用于控制第二双向DC/DC变换器的工作模式，其中第二双向DC/DC变换器的工作模式包括升压模式和降压模式；所述高压直流负载获取单元用于获取高压直流负载需求；所述三相交流负载获取单元用于获取三相交流负载需求；所述第一DC/AC变换器控制器用以控制第一DC/AC变换器，所述第二DC/AC变换器控制器用以控制第二DC/AC变换器；
所述第一储能部能量管理系统EMS、第二储能部能量管理系统EMS、第一双向DC/DC变换器控制器、第二双向DC/DC变换器控制器、第一DC/AC变换器控制器、第二DC/AC变换器控制器、高压直流负载获取单元和三相交流负载获取单元分别与通信总线连接，实现信息交互。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，
所述第一储能部能量管理系统EMS包括相互连通的第一检测部、第一均衡部和第一控制部；所述第一检测部用于获取第一储能元件的电压；所述第一均衡部用于对第一储能元件进行均衡控制、荷电状态计算确定；所述第一控制部用于对第一储能元件进行充放电功率控制；
所述第二储能部能量管理系统EMS包括相互连通的第二检测部、第二均衡部和第二控制部；所述第二检测部用于获取第二储能元件的电压；所述第二均衡部用于对第二储能元件进行均衡控制、荷电状态计算确定；所述第二控制部用于对第二储能元件进行充放电功率控制。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，
当所述第一储能部包括第一冷却和加热装置时，所述第一检测部进一步用于获取第一储能元件的温度，所述第一控制部进一步用于控制第一冷却和加热装置；
当所述第二储能部包括第二冷却和加热装置时，所述第二检测部进一步用于获取第二储能元件的温度，所述第二控制部进一步用于控制第二冷却和加热装置；
当所述第一储能部进一步包括第一主接触器，第一主接触器与第一储能元件的正极连接时，所述第一控制部进一步用于控制第一主接触器的通断；
当所述第二储能部进一步包括第二主接触器，第二主接触器与第二储能元件的正极连接时，所述第二控制部进一步用于控制第二主接触器的通断。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，
当所述第一储能部进一步包括第一预充电电路，第一预充电电路与第一主接触器的两端并联，第一预充电电路包括第一预充接触器和第一预充电阻时，所述第一控制部进一步用于控制第一预充接触器的通断；
当所述第二储能部进一步包括第二预充电电路，第二预充电电路与第二主接触器的两端并联，第二预充电电路包括第二预充接触器和第二预充电阻时，所述第二控制部进一步用于控制第二预充接触器的通断。
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