轨道车辆控制系统及轨道车辆的制作方法

本申请涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道车辆控制系统及轨道车辆。

背景技术：

目前，轨道车辆通常通过分别与安装在车体下方的集电靴连接的正负极母线，从供电轨接触取电。并且为保证轨道车辆的可靠运行，轨道车辆中还配备有备用电池总成。

轨道车辆在运行过程中，控制中心的工作人员实时监控电网状态，当发现电网状态异常时，即通过相关操作，将轨道车辆的供电来源切换至电池总成，由电池总成为轨道车辆供电。

但是这种控制方式，需要工作人员实时对电网状态进行监控，不仅对工作人员的技术水平要求高，并且要求工作人员有较快的反应速度，否则就会造成轨道车辆运行故障，可靠性和安全性较低。

技术实现要素：

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种轨道车辆控制系统，实现了根据电网电压的状态，自动切换牵引系统的供电来源，响应速度快，提高了轨道车辆的可靠性和安全性。

本申请的第二个目的在于提出一种轨道车辆。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种轨道车辆控制系统，包括：高压配电箱、电池总成及控制器；

所述高压配电箱中包括电压传感器及第一接触器；

所述电压传感器的两个输入端分别与电网正母线和电网负母线及负载负极供电端连接；

所述第一接触器的一端与所述电压传感器的一端及所述正母线连接，所述第一接触器的另一端与负载正极供电端连接；

所述电池总成中包括电池组件及与所述电池组件的正输出端和负载正极供电端连接的第二接触器；

所述电压传感器的输出端与所述控制器的第一输入端连接，所述控制器用于：

根据所述电压传感器的输出值，控制所述第一接触器和所述第二接触器的工作状态。

本申请实施例的轨道车辆控制系统，包括高压配电箱、电池总成和控制器，其中高压配电箱中包括用于监控电网电压的电压传感器和用于断开电网与轨道车辆用电负载连接的第一接触器，电池总成中包括电池组件及连接电池组件和用电负载的第二接触器，控制器根据电压传感器的输出值，控制第一接触器和第二接触器的工作状态。由此，实现了根据电网电压的状态，自动切换轨道车辆的供电来源，响应速度快，提高了轨道车辆的可靠性和安全性。

为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种轨道车辆，包括：牵引系统及如上所述的轨道车辆控制系统。

本申请实施里提供的轨道车辆，包括轨道车辆控制系统及牵引系统，且轨道车辆控制系统中包括高压配电箱、电池总成及控制器，其中，高压配电箱中包括用于监控电网电压的电压传感器和用于断开电网与轨道车辆用电负载连接的第一接触器，电池总成中包括电池组件及连接电池组件和用电负载的第二接触器，控制器可以根据电压传感器的输出值，控制第一接触器和第二接触器的工作状态。由此，实现了根据电网电压的状态，自动切换牵引系统的供电来源，响应速度快，提高了轨道车辆的可靠性和安全性。

附图说明

本发明上述的和/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是本申请一个实施例的轨道车辆控制系统结构示意图；

图2是本申请一个实施例的轨道车辆控制系统中电池总成结构示意图；

图3本申请一个实施例的轨道车辆控制系统中高压配电箱结构示意图；

图4为本申请一个实施例的轨道车辆结构示意图。

附图标记说明：

高压配电箱-1； 电池总成-2； 控制器-3；

电压传感器-11； 第一接触器-12； 电网正母线-L1；

电网负母线-L2； 负载正极供电端-V+； 电池组件-21；

第二接触器-22； 计时器-4； 电容-23；

第三接触器-24； 第一电阻-25； 电压变换器-26；

第四接触器-13； 第二电阻-14； 电流传感器-15

第一电流传感器-16； 轨道车辆控制系统-41；

牵引系统-42； 空调系统-43； 照明系统-44；

电压变换器-45。

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。

下面参考附图描述本申请实施例的轨道车辆控制系统及轨道车辆。

图1是本申请一个实施例的轨道车辆控制系统结构示意图。

如图1所示，该轨道车辆控制系统包括：高压配电箱1、电池总成2及控制器3。

其中，所述高压配电箱1中包括电压传感器11及第一接触器12。

所述电压传感器11的两个输入端分别与电网正母线L1和电网负母线L2及负载负极供电端连接；

所述第一接触器12的一端与所述电压传感器11的一端及所述正母线L1连接，所述第一接触器12的另一端与负载正极供电端V+连接；

所述电池总成2中包括电池组件21及与所述电池组件21的正输出端和负载正极供电端V+连接的第二接触器22；

所述电压传感器11的输出端与所述控制器3的第一输入端连接，所述控制器3用于：

根据所述电压传感器11的输出值，控制所述第一接触器12和所述第二接触器22的工作状态。

具体的，本申请各实施例中的控制器3，即可以指专门用于在电网异常时，控制电池为轨道车辆供电的控制装置，或者也可以为轨道车辆控制系统中的列车管理和控制系统(TCMS)的一部分、或者也可以为TCMS和电池管理系统(BMS)中的一部分，本实施例对此不作限定。

具体实现时，为了简化轨道车辆的控制系统结构，可以根据轨道车辆的接线方式，将控制器3中的功能分别配置在TCMS和BMS中，以使TCMS和BMS通过配合，实现根据电网状态，控制轨道车辆的供电来源。

其中，本申请各实施例中的接触器仅是示意性说明，实际使用时，可以根据需要，利用相同电流等级的其他开关器件替换接触器，本实施例对此不作限定。

如图1所述，电网电压处于正常状态时，第一接触器12处于闭合状态，第二接触器22处于断开状态，由电网为轨道车辆提供能量来源，控制轨道车辆行驶，此时在电网的正、负母线之间并联的电压传感器11实时监测电网输出的电压值，控制器3即可根据电压传感器11的输出值，准确判断电网电压是否异常，当控制器3根据电压传感器11的输出值，确定电网电压异常时，即可控制第一接触器12断开，第二接触器22闭合，从而将轨道车辆从电网中断开，而改由电池为轨道车辆提供能量。

具体的，可以在控制器3中设置一个预设范围，当确定电网电压超出该预设范围时，即可认为电网电压异常。预设范围的大小，可以根据电网电压的正常输出范围、轨道车辆供电端允许的电压波动范围及电压传感器11的测量误差确定。比如，若电网电压正常状态时输出的电压值为504伏(V)，轨道车辆供电端允许的波动范围为4V，那么预设范围可以为：500V-508V，从而在根据电压传感器的输出，确定电网电压超出500V-508V时，即可确定电网电压异常，从而即可控制第一接触器12断开，第二接触器22闭合。

进一步地，需要说明的是，在实际使用时，若电网电压仅出现了瞬间的波动，不会影响轨道车辆的正常使用，因此，本申请实施例中，轨道车辆控制系统中，还可以包括：计时器4；

相应的，控制器，还用于：

在确定所述电网的电压超出预设范围时，控制所述计时器开始计时；

若确定在所述计时器的计时制达到第一预设值的时间段内，所述电网的电压一直超出所述预设范围，则控制所述第一接触器断开、第二接触器闭合。

其中，第一预设值的大小，可以根据轨道车辆可承受的异常电压的时间确定。

需要说明的是，由于轨道车辆承受的异常电压，包括超出电网电压的高压或者低于电网电压的低压，因此，本申请实施例中还可以根据异常电压的情况，设置不同的第一预设值。

比如，对于电网电压过高的情况，一般超过3毫秒(ms)或者5ms，就会烧坏轨道车辆中的用电设备，那么本实施例中的第一预设值可以为3ms，或者，对于电网电压过低的情况，比如超过10ms会造成用电设备的损坏，那么本实施例中的第一预设值可以为10ms。

具体的，控制器3在根据电压传感器11的输出至，确定电网电压异常时，即可控制计时器31，开始计时，同时监控电压传感器11的输出值，若在计时器计时值到10s之前，根据电压传感器11的输出值，确定电网电压已恢复正常，那么即可控制轨道车辆继续从电网得电；相应的，若在计时值到10s，电网电压仍然超出预设范围，即可控制第一接触器12断开，第二接触器22闭合，将轨道车辆与电网断开，而利用电池总成2为轨道车辆供电。

本申请实施例的轨道车辆控制系统，包括高压配电箱、电池总成和控制器，其中高压配电箱中包括用于监控电网电压的电压传感器和用于断开电网与轨道车辆用电负载连接的第一接触器，电池总成中包括电池组件及连接电池组件和用电负载的第二接触器，控制器根据电压传感器的输出值，控制第一接触器和第二接触器的工作状态。由此，实现了根据电网电压的状态，自动切换轨道车辆的供电来源，响应速度快，提高了轨道车辆的可靠性和安全性。

通过上述分析可知，通过在电网电压两侧并联电压传感器，控制器根据电压传感器的输出值即可确定电网电压是否异常，并在电网电压异常时，将轨道车辆的用电负载从电网中切除，改用电池供电。在具体实现时，为了尽量保证用电负载处输入电压的稳定性，电网输出端或者电池输出端通常会并联电容器，由于电容两端的电压突变时，电容相当于短路，这会使得和电容并联的用电负载因短路而烧毁，因此为了上述情况出现，在轨道车辆控制系统中，还可以接入预充电电路，下面结合图2，对本申请实施例提供的轨道车辆控制系统中的电池总成进行详细说明。

图2是本申请一个实施例的轨道车辆控制系统中电池总成结构示意图。

如图2所示，该电池总成，在上述图1所示的基础上，还包括：

电容23、第三接触器24和第一电阻25。

其中，所述第三接触器24与所述第一电阻25串联连接后，与所述第二接触器22并联连接；

所述电容的23一端与所述第一电阻25的一端及所述第二接触器22的一端连接，所述电容23的另一端与所述电池组件21的负输出端连接。

相应的，所述控制器3，具体用于：

根据所述电压传感器11的输出值，确定电网的电压超出预设范围时，控制所述第一接触器12断开、第三接触器24闭合。

具体的，电容23的耐压值及容量，可以根据电池组件21的输出值、并考虑一定的余量确定，本实施例对此不作限定。且可以理解的是，电容23可以仅为一个电容器，也可以是多个并联或者串联的电容器的统称。

本申请实施例中，控制器3在确定电网电压异常时，即可首先控制第三接触器24闭合，从而使得电池组件通过第一电阻25为电容23充电，由于第一电阻25的存在，限制了电路中的电流，从而有效防止了大电流对与电容23并联的器件的冲击，提高了电路的安全性和可靠性。

进一步地，由于第一电阻25的存在，会带来极大的功率损耗，因此，本申请实施例中，在利用第一电阻25和第三接触器24为电容23充电一段时间后，即可将第一电阻25从电路中切除，由于此时电容23两端已有一定的电压，即电容处于非短路状态，从而不会再损坏电路中的电子器件。即控制器3，还用于：

判断所述第三接触器闭合后的预设时间段内，所述电容两端的电压是否达到第二预设值；

若是，则控制所述第三接触器断开，第二接触器闭合。

其中，预设时间段，可以根据第一电阻25的阻值及电容的特性确定。通常情况下，第一电阻25的阻值越小，电容23的电容值越小，充电速度越快，预设时间段越短。第二预设值可以根据电路的特征确定，比如根据与电容并联的器件可承受的最大电流值等确定。

通常状态下，若第三接触器24正常闭合，那么在预设时间段后，电容两端的电压值即可达到第二预设值，此时将第一电阻25从电路中移除后，电路中的电流也不会发生突然变化，从而不会使后端的电子器件由于瞬态大电流而损坏；而若第三接触器24未被可靠闭合，可能会导致预设时间段后，电容两端电压值仍较小，此时若将第一电阻25从电路中移除，电路中仍会产生大的冲击电流，因此，本实施例中，在控制第三继电器24闭合后，经过预设时间段后，再判断电容两端的电压是否达到第二预设值，若已达到，则可以控制第三接触器24断开，第二接触器22闭合。

需要说明的是，若在预设时间段后，电容23两端的电压值仍低于第二预设值，则说明第三接触器24未被可靠闭合，此时，控制器3即可控制所述第三接触器24断开后，再重新进行闭合。

进一步地，若第三接触器24被再次闭合后的预设时间段内，电容23两端的电压值仍达不到第二预设值，此时可以再次控制第三接触器24进行重新闭合，直至在其闭合后的预设时间段内，电容23两端的电压值达到第二预设值。

但是在具体使用时，为防止第三接触器24由于故障而无法可靠接触，本申请实施例中，可以设定一个阈值，当第三接触器24被连续重新闭合的次数达到设定值时，即认为第三接触器24出现故障，此时即可断开第三接触器24，然后输出报警信号，以提醒工作人员对第三接触器24进行更换或者维修。

进一步地，由于电池组件21的输出电压通常较低，因此在利用电池组件为轨道车辆供电时，通常需要利用升压变换器将电池输出电压升压后，再输出给负载供电。即如图2所示，本实施例中的电池总成中还包括：电压变换器26。

其中，电压变换器26，主要用于将电池组件21输出的电压，通过升压转换为轨道车辆负载使用的电压等级。电压变换器26可以采用任意结构的升压变换器，比如如图2所示，采用BOOST升压变换器，或者，也可以采用反激式变换器结构等等，本实施例对此不作限定。

进一步地，与上述电池总成中设置预充电电路相同的原理，在高压配电箱1中，也可以设置预充电电路。

图3本申请一个实施例的轨道车辆控制系统中高压配电箱结构示意图。

如图3所示，在上述图1所示的基础上，该高压配电箱1中，还包括：第四接触器13和第二电阻14。

其中，所述第四接触器13与所述第二电阻14串联后，与所述第一接触器12并联。

具体工作时，在电池总成为轨道车辆提供工作电源时，控制器3可以根据与电网母线并联的电压传感器11的输出值，实时监控电网电压是否正常，当确定电网电压正常时，即可控制将轨道车辆的用电负载切换至高压配电箱1。

此时，可以首先控制第四接触器13首先闭合，通过第四接触器13和第二电阻14，首先为负载电容充电，当负载电容两端电压达到一定值后，再控制第四接触器13断开，第一接触器12闭合，从而将第二电阻14从电路中移除，以减少电阻的损耗，提高电路工作效率。

进一步地，为对电压传感器11的输出值进行校验，本申请实施例中，还可以在电网母线中设置电流传感器，即如图3所示，高压配电箱1中还包括串接在所述正母线L1和所述第一接触器12之间的电流传感器15。

其中，所述电流传感器15的输出端与所述控制器3的第二输入端连接；

相应的，所述控制器3，还用于根据所述电流传感器15的输出值和所述电压传感器11的输出值，控制所述第一接触器12和所述第二接触器22的工作状态。

具体的，通过在高压配电箱1中的供电回路中串接电流传感器15，即可对轨道车辆用电负载从电网侧获取的电流进行监控，通常状态下，若电网电压稳定时，轨道车辆用电负载从电网获取的电流也处于稳定状态，当电网电压出现异常时，比如降低或者升高时，轨道车辆用电负载从电网获取的电流也会变换，比如增加或者减少。因而，控制器3可以根据电流传感器15的输出值和电压传感器11的输出值，来判断电网电压是否异常。

举例来说，若控制器3根据电压传感器11的输出值，确定电网电压超出了预设值时，可以再根据电流传感器15的输出值，验证上述电压传感器11的输出值是否准确，若不准确，则可能说明电网电压可能并未出现问题，则可以继续对电网电压进行检测，直至根据电流传感器15的输出值及电压传感器11的输出值，确定的电网状态一致时，则可以根据电网状态，控制相应的接触器断开或者闭合。

另外，可以理解的是，如图3所示，还可以在电网负母线与负载用电端之间串接第一电流传感器16，从而进一步提高对电网电压状态检测的准确性。

需要说明的是，本申请实施中，控制器3在确定电网电压异常，从而将轨道车辆的用电负载切换至电池供电时，为防止电池电流反灌至电网侧，需要先断开高压配电箱1中的接触器后，再控制电池总成中的相应接触器闭合。

基于上述实施例提供的轨道车辆控制系统，本申请再一方面提供一种轨道车辆。

图4为本申请一个实施例的轨道车辆结构示意图。

如图4所示，该轨道车辆，包括轨道车辆控制系统41及牵引系统42。

其中，所述轨道车辆控制系统41中的高压配电箱1的输出端及电池总成2的输出端分别与所述牵引系统42的供电端连接。

具体的，轨道车辆控制系统41的结构和工作过程可参照上述各实施例的解释说明，此处不再赘述。

另外，可以理解的是，如图4所示，该轨道车辆中，还可以包括空调系统43、照明系统44等，且空调系统43和照明系统44的供电端，也分别与上述高压配电箱1的输出端及电池总成2的输出端连接。

需要说明的是，由于牵引系统42、空调系统43及照明系统44等的用电等级不同，因此在高压配电箱1的输出端及电池总成2的输出端与牵引系统42、空调系统43及照明系统44等的供电端之间，还可以包括电压变换器45，其中，电压变换器45的电路结构可以根据需要选择，且其各自输出的电压值可以根据负载用电等级调整，比如若空调系统43和照明系统44的供电电压相同，那么电压变换器45可以为两路输出变换器，从而输出两个不同等级的电压，分别为空调系统43和牵引系统42供电，此处不做限定。

本申请实施里提供的轨道车辆，包括轨道车辆控制系统及牵引系统，且轨道车辆控制系统中包括高压配电箱、电池总成及控制器，其中，高压配电箱中包括用于监控电网电压的电压传感器和用于断开电网与轨道车辆用电负载连接的第一接触器，电池总成中包括电池组件及连接电池组件和用电负载的第二接触器，控制器可以根据电压传感器的输出值，控制第一接触器和第二接触器的工作状态。由此，实现了根据电网电压的状态，自动切换牵引系统的供电来源，响应速度快，提高了轨道车辆的可靠性和安全性。

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、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。

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。

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。