CN220692862U - 一种储能供电系统及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力技术领域，具体公开了一种储能供电系统及轨道车辆，充电电路的输入端与外部电源连接，充电电路的正极输出端与储能模块的正极以及负载电路的正极输入端连接，充电电路的负极输出端与负载电路的负极输入端以及储能模块的负极连接，构成对负载电路的外部电源供电回路、对储能装置的充电回路、储能装置经由充电电路的正极输出端对负载电路的储能供电回路，将储能充电控制开关模块串联于充电电路与储能供电回路的重叠部分，控制器根据储能模块的电量控制储能充电控制开关的通断，在外部电源掉电时储能装置经过第一二极管对负载电路供电，既无需对储能模块进行长期浮充电，又能够保证在外部电源掉电时储能模块及时给负载电路供电。

Description

一种储能供电系统及轨道车辆

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种储能供电系统及轨道车辆。

背景技术

在储能供电系统中，为避免因储能模块电量不足导致外部电源掉电后无法给予备用电源支持，通常对储能模块采用浮充电策略。浮充电是一种为了平衡由于电池自放电造成的容量损耗，对蓄电池进行连续、长时间的恒电压充电方法，浮充电电压略高于涓流充电，足以补偿蓄电池自放电损失并能够在电池放电后较快地使蓄电池恢复到接近完全充电状态。又称连续充电。这种充电方式主要用于电话交换站、不间断电源(UPS)及各种备用电源。虽然浮充电策略能保证储能模块处于电量充足状态以保证储能供电的可靠性，但储能模块长时间处于浮充电状态必然会加快储能模块的损耗，导致储能模块寿命下降快，提高了系统供电成本的同时也给系统供电安全带来了隐患。

提供一种无需保持长时间浮充电也可以使储能模块有电且能够在外部电源掉电后及时给负载供电的方案，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种储能供电系统，用于解决储能供电系统中储能模块长期浮充电导致寿命下降以及储能模块在外部电源掉电后及时供电的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种储能供电系统，包括：充电电路、储能充电控制开关模块、储能模块、检测装置和第一控制器；

其中，所述充电电路的输入端与外部电源连接，所述充电电路的正极输出端与所述储能模块的正极以及负载电路的正极输入端连接，所述充电电路的负极输出端与所述负载电路的负极输入端以及所述储能模块的负极连接；

所述储能充电控制开关模块串联于所述充电电路对所述储能模块的充电电路以及所述储能模块经由所述充电电路的正极输出端对所述负载电路的储能供电回路的重叠部分；所述储能充电控制开关模块包括并联的储能充电控制开关和第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述储能模块的正极连接；

所述检测装置的输出端与所述第一控制器连接，所述第一控制器用于根据所述检测装置测得的所述储能模块的电量控制所述储能充电控制开关的通断。

在一些实施中，所述储能充电控制开关为接触器、继电器、三极管、场效应管中的一种。

在一些实施中，所述储能充电控制开关模块包括绝缘栅双极型晶体管，所述第一二极管为所述绝缘栅双极型晶体管的内置二极管。

在一些实施中，所述检测装置包括设于所述充电电路的第一电流表和并联于所述储能模块两端的第一电压表。

在一些实施中，还包括第二控制器和设于所述储能模块的温度传感器，所述温度传感器的输出端与所述第二控制器的温度信号输入端连接，所述第二控制器的控制端分别与所述充电电路的输出电流控制端和所述充电电路的输出电压控制端连接。

在一些实施中，还包括串联于所述储能模块的正极的第一熔断器和串联于所述储能模块的负极的第二熔断器。

在一些实施中，还包括储能装置双联闸刀，所述储能装置双联闸刀的第一储能闸刀串联于所述储能模块的正极，所述储能装置双联闸刀的第二储能闸刀串联于所述储能模块的负极。

在一些实施中，所述充电电路包括三相滤波电路、第一电磁兼容性滤波器、交直流转换器和第二电磁兼容性滤波器；

其中，所述三相滤波电路的输入端与所述外部电源连接，所述三相滤波电路的输出端与所述第一电磁兼容性滤波器的输入端连接，所述第一电磁兼容性滤波器的输出端与所述交直流转换器的输入端连接，所述交直流转换器的输出端与所述第二电磁兼容性滤波器的输入端连接，所述第二电磁兼容性滤波器的输出端为所述充电电路的输出端。

在一些实施中，所述负载电路的输入端为列车供电母线。

为解决上述技术问题，本申请还提供一种轨道车辆，包括上述任意一项所述的储能供电系统。

本申请提供的储能供电系统，包括：充电电路、储能充电控制开关模块、储能模块、检测装置和控制器；其中，充电电路的输入端与外部电源连接，充电电路的正极输出端与储能模块的正极以及负载电路的正极输入端连接，充电电路的负极输出端与负载电路的负极输入端以及储能模块的负极连接，以构成对负载电路的外部电源供电回路、对储能装置的充电回路以及储能装置经由充电电路的正极输出端对负载电路的储能供电回路，将储能充电控制开关模块串联于充电电路与储能供电回路的重叠部分，储能充电控制开关模块包括并联的储能充电控制开关和第一二极管，且第一二极管的阳极与储能模块的正极连接，从而在储能充电控制开关闭合时经过储能充电控制开关对储能装置进行充电，而在外部电源掉电时，储能装置可以反过来经过第一二极管无缝衔接地对负载电路供电，由控制器根据检测装置测得的储能模块的电量控制储能充电控制开关的通断，从而既无需对储能模块进行长期浮充电，又能够保证在外部电源掉电时储能模块及时给负载电路供电，实现了一种可截止、全天候的储能充电方案。

本申请还提供一种轨道车辆，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本申请实施例提供的一种储能供电系统的电路图；

图2为本申请实施例提供的一种储能模块充电电压曲线图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种储能供电系统及轨道车辆，用于解决储能供电系统中储能模块长期浮充电导致寿命下降以及储能模块在外部电源掉电后及时供电的问题。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种储能供电系统的电路图。

如图1所示，本申请实施例提供的储能供电系统包括：充电电路、储能充电控制开关模块、储能模块U1、检测装置和第一控制器(图1中未示出)；

其中，充电电路的输入端与外部电源连接，充电电路的正极输出端与储能模块U1的正极以及负载电路的正极输入端连接，充电电路的负极输出端与负载电路的负极输入端以及储能模块U1的负极连接；

储能充电控制开关模块串联于充电电路对储能模块U1的充电电路以及储能模块U1经由充电电路的正极输出端对负载电路的储能供电回路的重叠部分；储能充电控制开关模块包括并联的储能充电控制开关Q1和第一二极管，第一二极管的阳极与储能模块U1的正极连接；

检测装置的输出端与第一控制器连接，第一控制器用于根据检测装置测得的储能模块U1的电量控制储能充电控制开关Q1的通断。

本申请实施例提供的储能供电系统可以适用于列车、变电站、换电站等需要不间断供电的场景。如应用于列车，则本申请实施例提供的储能供电系统中的负载电路的输入端为列车供电母线(103母线)。

针对相关技术中储能供电方案中，充电装置对储能装置长期浮充电导致储能装置性能下降较快，电气寿命缩短，不满足储能供电需求，而储能装置寿命下降可能导致充电装置断电后系统直接断电，导致安全事故等问题，本申请实施例提供的储能供电系统需要解决不长时间浮充电而保证储能装置有电的问题，以及在外部电源掉电后能够及时切换到储能供电的问题。

针对不长时间浮充电而保证储能装置有电的问题，本申请实施例提供的储能供电系统设置第一控制器以通过检测装置监控储能模块U1的电量，由第一控制器根据储能模块U1的电量来控制储能充电控制开关Q1的通断。具体来说，在储能模块U1电量不足时，第一控制器控制储能充电控制开关Q1闭合，从而通过充电电路的正极输出端经由储能充电控制开关Q1到储能模块U1的正极、储能模块U1的负极再到充电电路的负极输出端构成的对储能模块U1的充电电路对储能模块U1进行充电，而在储能模块U1电量充足时，第一控制器控制储能充电控制开关Q1断开，实现了对储能模块U1充电的截止，使储能模块U1在电量充足时不进行充电，减缓储能模块U1性能的下降，延长储能模块U1的寿命，为储能供电系统提供安全保障。第一控制器可以在检测装置检测到储能模块U1的电量低于低电量阈值时控制储能充电控制开关Q1闭合以对储能模块U1进行充电，而在检测到储能模块U1的电量高于高电量阈值时控制储能充电控制开关Q1断开以停止对储能模块U1充电。为储能模块U1的性能考虑，高电量阈值可以略低于储能模块U1的满电量，低电量阈值可以为储能模块U1的满电量的50％。

针对在外部电源掉电后能够及时切换到储能供电的问题，本申请实施例提供的储能供电系统设置与储能充电控制开关Q1并联的第一二极管，且通过将包括储能充电控制开关Q1和并联的第一二极管的储能充电控制开关模块设于充电电路对储能模块U1的充电电路以及储能模块U1经由充电电路的正极输出端对负载电路的储能供电回路的重叠部分，且第一二极管的阳极与储能模块U1的正极连接，从而在外部电源通过充电电路对储能模块U1充电时，是经由闭合的储能充电控制开关Q1所在支路对储能模块U1进行充电的。需要说明的是，为避免储能模块U1电流倒灌回充电电路，充电电路的输出电压应始终高于储能模块U1的电压，从而在外部电源连接时，储能模块U1不会向负载电路供电，减少储能模块U1的电量消耗。在外部电源掉电时，即使储能充电控制开关Q1断开了，储能模块U1可以通过第一二极管经由充电电路的正极输出端连接到负载电路的正极，实现储能模块U1无缝切换地对负载电路供电。因此，基于本申请实施例提供的储能供电系统提供的充电电路、储能模块U1、负载电路的连接关系以及储能充电控制开关模块的串联位置，可以实现储能模块U1在外部电源掉电后及时向负载电路供电，则对于负载电路而言实现了无感知切换。

综上，本申请实施例提供了一种可截止、全天候的储能供电系统。

在具体实施中，储能充电控制开关Q1可以采用但不限于接触器、继电器、三极管、场效应管中的一种。或者，储能充电控制开关模块可以采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，则第一二极管可以采用绝缘栅双极型晶体管的内置二极管。绝缘栅双极型晶体管相较于接触器等开关可靠性更高，且绝缘栅双极型晶体管的内置二极管可以为储能供电回路提供反向通路，实现储能模块U1在外部电源掉电后及时向负载电路供电。

为检测储能模块U1的电量，检测装置可以采用设于充电电路的第一电流表和并联于储能模块U1两端的第一电压表。如图1所示，第一电流表可以为图1中的电流互感器PA1，以适应更多的应用场景，减少对主体电路的干扰。

为保证输入电压的稳定，如图1所示，充电电路可以包括三相滤波电路LC1、第一电磁兼容性滤波器ZC1、交直流转换器U2和第二电磁兼容性滤波器ZC2；

其中，三相滤波电路LC1的输入端与外部电源连接，三相滤波电路LC1的输出端与第一电磁兼容性滤波器ZC1的输入端连接，第一电磁兼容性滤波器ZC1的输出端与交直流转换器U2的输入端连接，交直流转换器U2的输出端与第二电磁兼容性滤波器ZC2的输入端连接，第二电磁兼容性滤波器ZC2的输出端为充电电路的输出端。

如图1所示，外部电源(三相电UF、VF、WF)输入后经过外部电源输入闸门QD1，经过三相滤波电路LC1滤波后，进入第一电磁兼容性滤波器ZC1消除电磁干扰、电火花干扰，而后经过交直流转换器U2转换为直流电，再通过第二电磁兼容性滤波器ZC2再次消除电磁干扰、电火花干扰后，输出作为充电电路的输出电压。充电电路的输出电压分为两路BAT+、DC+，BAT+与充电电路的负极输出端DC-连接到储能模块U1两端为储能模块U1充电，由第一控制器根据储能模块U1的电量控制储能充电控制开关Q1的通断来控制充电与否，充电电路的输出电压BAT+大于储能模块U1的电压以避免储能模块U1电流倒灌入充电电路。DC+与BAT+相等，DC+与充电电路的负极输出端DC-连接到负载电路输入端为负载电路供电。在外部电源掉电后，充电电路失电，此时储能模块U1通过第一二极管经由BAT+、DC+一路向负载电路供电，实现供电模式的无缝切换。

实施例二

图2为本申请实施例提供的一种储能模块充电电压曲线图。

由于不同的温度下储能模块U1中电池的性能不同，为提高对储能模块U1的充电质量，在上述实施例的基础上，如图1所示，本申请实施例提供的储能供电系统还可以包括第二控制器(图1中未示出)和设于储能模块U1的温度传感器R1，温度传感器R1的输出端与第二控制器的温度信号输入端连接，第二控制器的控制端分别与充电电路的输出电流控制端和充电电路的输出电压控制端连接。

在具体实施中，第二控制器控制对储能模块U1的充电方式可以为自系统上电后顺序执行恒流充电、恒压充电、浮充电到储能模块U1充满电后停止充电。具体来说，第二控制器可以在系统上电后首先控制充电电路输出电流为第一恒流值(如36A或54A)，等待输出电压达到第一电压阈值后切换为恒压充电，当充电电流下降到第二电流值(如3A)时，再切换为浮充电，直至将储能模块U1充满电或充电至高电量阈值。

由于不同的温度下储能模块U1中电池的性能不同，第二控制器根据温度传感器R1测得的储能模块U1的温度来控制在不同充电环节中充电电路的输出电压。以储能模块U1采用78节镉镍电池串联组成的电池组为例，在不同温度下应当控制的充电电压如图2所示，恒流充电过程即升压充电，则可以参考升压充电曲线，如在升压充电过程中储能模块U1的温度为30℃则控制输出电压为109.2V；浮充电过程则参考浮充电曲线，如在浮充电过程中储能模块U1的温度为40℃则则控制输出电压为113.88V。

第二控制器和第一控制器可以采用同一控制器。

实施例三

在上述实施例的基础上，如图1所示，本申请实施例提供的储能供电系统还可以包括串联于储能模块U1的正极的第一熔断器FU1和串联于储能模块U1的负极的第二熔断器FU2。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以包括储能装置双联闸刀QF2，储能装置双联闸刀QF2的第一储能闸刀串联于储能模块U1的正极，储能装置双联闸刀QF2的第二储能闸刀串联于储能模块U1的负极。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以包括设于充电电路对负载电路的外部电源供电回路上的供电接触器K1和第二二极管D2，具体的，第二二极管D2的阳极与充电电路的正极输出端连接，第二二极管D2的阴极与负载电路的正极连接，供电接触器K1串联于充电电路的正极输出端与第二二极管D2的阳极之间或串联于第二二极管D2的阴极与负载电路的正极之间。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以包括设于充电电路输入端的第一断路器QF1和并联于储能模块U1两端的第二断路器QF3。

因此，本申请实施例提供的储能供电系统可以通过第一控制器控制绝缘栅双极型晶体管的开关实现对储能模块U1充电的开、关控制，绝缘栅双极型晶体管的内置二极管可以实现储能装置对负载电路的全天候无缝隙切换供电，保证外部电源掉电后负载电路供电平稳。

本申请实施例提供的储能供电系统可以通过电流互感器PA1实现对储能模块U1的充电电流控制。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以通过第一电压表采集充电电路的正极输出端和充电电路的负极输出端之间的电压实现对储能模块U1的充电电压的控制。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以通过供电接触器K1实现储能模块U1对列车母线供电；在外部电源上电后，充电电路通过供电接触器K1实现对负载电路供电。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以通过第二二极管D2阻止负载电路的电流倒流，影响充电电路的电压、电流的检测、采集。

本申请实施例提供的储能供电系统还可以通过采集储能模块U1的温度传感器R1实现对储能模块U1的温度补偿充电。

本申请实施例提供的储能供电系统中的第二断路器QF3可以断开储能模块U1与充电电路的连接关系，同时具备短路、过载保护功能。

本申请实施例提供的储能供电系统中的第一熔断器FU1和第二熔断器FU2可以保证储能模块U1在正常工作时导通，在短路、过载等异常情况下熔断保护负载电路及储能模块U1。

本申请实施例提供的储能供电系统中的储能装置双联闸刀QF2可以可靠切换储能模块U1的正负极。

为便于集成管理维护，本申请实施例提供的储能供电系统中，可以由充电电路、储能充电控制开关模块、第二二极管D2和供电接触器K1构成充电装置，由储能模块U1、第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、储能装置双联闸刀QF2构成储能装置。

实施例四

上文详述了储能供电系统对应的各个实施例，在此基础上，本申请还公开了与上述储能供电系统对应的轨道车辆，本申请实施例提供的轨道车辆可以包括上述任一实施例提供的储能供电系统。

由于轨道车辆部分的实施例与储能供电系统部分的实施例相互对应，因此轨道车辆部分的实施例请参见储能供电系统部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

以上对本申请所提供的一种储能供电系统及轨道车辆进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种储能供电系统，其特征在于，包括：充电电路、储能充电控制开关模块、储能模块、检测装置和第一控制器；

其中，所述充电电路的输入端与外部电源连接，所述充电电路的正极输出端与所述储能模块的正极以及负载电路的正极输入端连接，所述充电电路的负极输出端与所述负载电路的负极输入端以及所述储能模块的负极连接；

所述储能充电控制开关模块串联于所述充电电路对所述储能模块的充电电路以及所述储能模块经由所述充电电路的正极输出端对所述负载电路的储能供电回路的重叠部分；所述储能充电控制开关模块包括并联的储能充电控制开关和第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述储能模块的正极连接；

所述检测装置的输出端与所述第一控制器连接，所述第一控制器用于根据所述检测装置测得的所述储能模块的电量控制所述储能充电控制开关的通断。

2.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，所述储能充电控制开关为接触器、继电器、三极管、场效应管中的一种。

3.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，所述储能充电控制开关模块包括绝缘栅双极型晶体管，所述第一二极管为所述绝缘栅双极型晶体管的内置二极管。

4.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，所述检测装置包括设于所述充电电路的第一电流表和并联于所述储能模块两端的第一电压表。

5.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，还包括第二控制器和设于所述储能模块的温度传感器，所述温度传感器的输出端与所述第二控制器的温度信号输入端连接，所述第二控制器的控制端分别与所述充电电路的输出电流控制端和所述充电电路的输出电压控制端连接。

6.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，还包括串联于所述储能模块的正极的第一熔断器和串联于所述储能模块的负极的第二熔断器。

7.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，还包括储能装置双联闸刀，所述储能装置双联闸刀的第一储能闸刀串联于所述储能模块的正极，所述储能装置双联闸刀的第二储能闸刀串联于所述储能模块的负极。

8.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，所述充电电路包括三相滤波电路、第一电磁兼容性滤波器、交直流转换器和第二电磁兼容性滤波器；

其中，所述三相滤波电路的输入端与所述外部电源连接，所述三相滤波电路的输出端与所述第一电磁兼容性滤波器的输入端连接，所述第一电磁兼容性滤波器的输出端与所述交直流转换器的输入端连接，所述交直流转换器的输出端与所述第二电磁兼容性滤波器的输入端连接，所述第二电磁兼容性滤波器的输出端为所述充电电路的输出端。

9.根据权利要求1所述的储能供电系统，其特征在于，所述负载电路的输入端为列车供电母线。

10.一种轨道车辆，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的储能供电系统。