轨道车辆的辅助电源系统的制作方法

本实用新型总体涉及轨道车辆，尤其涉及一种轨道车辆上使用的辅助电源系统。

背景技术：

随着中国城镇化的快速发展、城市人口的直线上升，城际、城市轨道交通因其效率高、乘客的承载能力强且对环境影响小等因素而逐步成为城镇居民的重要交通工具。城际、城市轨道交通目前已经演变为采用电力驱动的轨道车辆，例如城际列车、地铁、城铁和轻轨等。典型的电力驱动的轨道车辆可以通过自身配备的受电弓(连接到接触网)或集电靴(连接到第三供电轨)从车辆外部获得电能。在轨道车辆内部一般配备有两类电源系统，其一为实现牵引和制动的牵引电源系统，其二为用于给诸如暖通空调系统(HVAC)、照明系统和低压开关插座系统等供电的辅助电源系统。这两个电源系统将从车辆外部获得的电能转换为车辆内部可用的形式，以便分别对牵引控制系统和暖通照明等系统供电。

为了在轨道车辆的车厢内为乘客提供一个安全和舒适的环境，一般要求为HVAC、照明系统等供电的辅助电源系统是可靠的，且能连续供电并具有一定冗余保护能力。为了实现这一点，现有技术中提出了一种具有备份电源的辅助电源系统100，如图1所示。在图1中，轨道车辆内的负载Lx(x＝1～n)连接到一个供电总线BUS1上，例如该供电总线BUS1包括三根供电线(交流三相)。每个负载例如是一个车厢内安装的一个或几个用于HVAC的风机、照明灯具等。在图1的例子中，一个辅助电源APS1(APS：Auxiliary Power Supply)连接到此供电总线BUS1上，用于为轨道车辆内的各个负载Lx供电。与此同时，另一个备用辅助电源APS2经一个开关组件SW0连接到该供电总线BUS1上。正常工作时，开关组件SW0断开，如图1所示，车厢内的各个负载Lx由APS1供电。当APS1出现故障时，开关组件SW0导通，使得APS2连接到供电总线上并开始为各个负载提供电能。图1所示的方案通过增加一个独立的备份辅助电源来保证电源系统的可持续性。图1所示的方案还可以利用例如电容器等储能器件来实现主、备辅助电源之间的无缝切换。

图2示例性地示出了现有的另一种辅助电源系统200。如图2所示，供电总线BUS2上同样连接有负载Lx,x＝1～n。与图1不同的是，在图2中使用了容量相对小的三个辅助电源APSx,x＝1～3。这些辅助电源APSx彼此并联地连接到供电总线上，从而形成并联式的供电拓扑结构。在正常工作时，连接到供电总线BUS2上的各个APSx共同为各个负载Lx供电。每个APSx所承担的负载量由每个APSx的承载能力决定，也由各个APSx的供电控制策略决定。例如，如果APS₁出现故障，其他APSx(x＝2～3)依然可以为各个负载Lx,x＝1～n供电，整个系统得以保持继续运行，而不会中断，从而实现故障不间断运行。然而，因工作的APSx的数目减少到2个，整个系统的承载能力受到限制，部分负载不能得到满负荷运转所需电能。这种并联式的供电拓扑结构特别适用于若干节车厢编组的城市轨道车辆，因为每个车厢可以安装一个容量较小的辅助电源。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的新型辅助电源系统，其能够更加有效地为负载提供电能。本实用新型的另一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的新型辅助电源系统，其能够在某段供电总线发生故障后继续保持辅助电源系统的运行。本实用新型的又一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的新型辅助电源系统，其能够采用成本较低的辅助电源。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种用于轨道车辆的辅助电源系统，该系统包括：一个环形的供电总线，所述轨道车辆具有至少两个车厢，每个所述车厢中的负载连接到所述供电总线上；至少两个辅助电源，每个辅助电源位于一个车厢内，且连接到所述供电总线上。优选地，所述负载为暖通空调系统、照明系统或可连接其他电器的插座。所述轨道车辆为城市轨道车辆，例如城铁、地铁、轻轨等。

在这种辅助电源系统中，各个辅助电源和各个车厢的负载都连接到一个环形的供电总线上。每个车厢内的负载都可以至少由与之毗邻的两个辅助电源供电。若任意一个辅助电源发生故障，则其他连接在环形供电总线上的辅助电源共同来负担所有负载，而且每个负载总能从最近的辅助电源处得到电能。

优选地，每个车厢内配有两个所述辅助电源。由于每个车厢所配备的辅助电源个数增加，每个辅助电源的承载能力得以降低，从而选用成本较低的辅助电源。

更为优选地，所述供电总线上还设置有至少两个开关组件，且所述开关组件设置成使得每两个开关组件之间的供电总线上连接有一个辅助电源。这样，供电总线就可以被划分成若干个总线区段，每个总线区段上配备有一个辅助电源。若任何一个总线区段发生故障，则断开该阻性区段两端的开关组件，从而其他部分供电总线依然可以连接成一个并联式结构的供电拓扑，并继续运行。

优选地，所述轨道车辆包括至少一个车厢组，每个车厢组包括三个车厢，所述三个车厢的负载连接到同一个环形的供电总线上。也就是说，优选以每三个车厢构成一个组并连接成一个环形的总线供电拓扑结构。更为优选地，每个车厢组中的每个车厢内配有两个所述辅助电源，每个辅助电源连接到所述供电总线上。尤为优选地，辅助电源系统还包括六个开关组件，置于所述供电总线上，且所述开关组件设置成使得每两个开关组件之间的供电总线上连接有一个辅助电源，从而将所述供电总线划分成六个总线区段，每个所述车厢内具有两个总线区段。采用这种三个车厢一组的环形总线结构可以最充分地利用环形总线的优势。

更为优选地，每个所述车厢的负载分别连接到所述车厢内的两个总线区段上。换言之，一个车厢内的负载可以部分连接在一个总线区段上，另一部分连接到另一个总线区段上。这样，即使某个区段发生故障，车厢内至少有部分负载可以工作，这在一定程度上能够保持例如HVAC系统、照明系统等部分运行。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对切换装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1示出了现有轨道车辆中辅助电源系统的一种典型拓扑结构。

图2示出了现有轨道车辆中辅助电源系统的另一种拓扑结构。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的辅助电源系统的拓扑结构。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的辅助电源系统的拓扑结构。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图3示出根据本实用新型一个实施例的用于轨道车辆的辅助电源系统300的结构。在图3的例子中，轨道车辆例如示意性地具有3节车厢C1、C2和C3。在实际应用中，轨道车辆可以具有至少两节车厢，例如地铁、城铁或轻轨中常见的6节编组或8节编组。图3的例子中，辅助电源系统300包括：一个环形的供电总线BUS3和若干连接到该供电总线BUS3上的辅助电源APSx。轨道车辆中3节车厢内的负载Lx，x＝1～3也均连接到该供电总线BUS3上，并从该供电总线BUS3上得电。这些负载Lx例如为每个车厢的暖通空调系统、照明系统、可连接其他电器的插座，或其他与牵引和制动无关的电气负载。如图3所示，环形的供电总线BUS3可以覆盖级联在一起的三节车厢。由于使用环形的总线拓扑结构，每节车厢内的负载Lx可以连接到两段供电总线上。图3中示例性地示出了6个辅助电源APSx(x＝1～6)，每个辅助电源APSx位于一个车厢内，每个车厢内优选配备有两个辅助电源APSx且连接到供电总线BUS3上。可选地，每节车厢也可以配备1个辅助电源APS，例如仅提供图3中的APS₁、APS₄和APS₅。

在如图3所示的辅助电源系统中，各个辅助电源APS和各个车厢的负载Lx都连接到一个环形的供电总线BUS3上。每个车厢内的负载(例如L₂)都可以至少由与之毗邻的两个辅助电源APS₁和APS₂供电。若任意一个辅助电源(APS₃)发生故障，则其他连接在环形供电总线BUS3上的辅助电源(APSx,x＝1～2和4～6)共同来负担所有负载，而且每个负载(例如L3)总能从最近的辅助电源(APS₁和APS₅)处得到电能。若如图3所示每个车厢内配有两个所述辅助电源，由于每个车厢所配备的辅助电源个数增加，每个辅助电源的承载能力得以降低，从而可选用成本较低的辅助电源。

图4示出根据本实用新型一个实施例的用于轨道车辆的辅助电源系统400的结构。图4中与图3相同的部件使用相同的附图标记来标识，其功能也相似，这里不再赘述。与图3不同，图4中，辅助电源系统400还包括设置在环形供电总线BUS4上的至少两个开关组件SWx，且所述开关组件SWx设置成使得每两个开关组件之间的供电总线上连接有一个辅助电源。在图4的例子中示出了6个开关组件SWx(x＝1～6)的情况。这样，供电总线BUS4就可以被划分成6个总线区段Sx(x＝1～6)，每个总线区段Sx上配备有一个辅助电源APSx。若任何一个总线区段发生严重故障(例如出现相间短路)，则断开该总线区段两端的开关组件SWx，从而将故障区段隔离出去，其他部分供电总线依然可以连接成一个并联式结构的供电拓扑并继续运行。例如，假定总线区段S1发生故障，则开关组件SW1和SW3断开，其他开关组件保持连接。这样三节车厢内的负载还依然能够保持供电。

更为优选地，在图4的例子中，每个车厢内的负载分为Lx1和Lx2两部分，每个部分负载连接到车厢内的两个总线区段的一个上。换言之，例如第一车厢C1内的负载L11可以连接在第一总线区段S1上，负载L12连接到另一个总线区段S2上。这样，即使总线区段S1发生故障后被隔离，车厢C1内还有负载L12可以正常工作。这在一定程度上能够保持例如HVAC系统、照明系统等部分运行。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。