基于超级电容的轨道车辆的供电方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种基于超级电容的轨道车辆的供电方法。

背景技术：

轨道车辆是指沿轨道行驶的车辆，可以是承载成百上千的大型车，例如高铁、轻轨、地铁等，也可以是承载一人或几个人的轨道小车。目前轨道车的动力一般为电能，且一般仅有第三轨作为动力源。为了解决第三轨做为单一的动力电源会存在很大负担的问题，有人提出了利用超级电容作为备用电源供电的方式，即将超级电容并联在滑触线上为电机供电。然而这样的方式也存在一定缺陷，例如，超级电容电压始终只能跟滑触线母线电压相同，导致超级电容利用率不高，若需多提供峰值功率只能通过加大容量实现，则会导致车辆制作成本及重量增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于改善现有技术中超级电容利用率不高的问题，提供一种基于超级电容的轨道车辆的供电方法，可以提高超级电容的利用率。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种基于超级电容的轨道车辆的供电系统，包括外接电网的直流滑触线、超级电容、电机驱动器、充电机和供电控制系统，直流滑触线与电机驱动器之间串联有第一开关和第一igbt模组，直流滑触线安装有电流表，用于检测外接电网的总电流；超级电容通过第二开关连接充电机，外接电网通过充电机给超级电容充电，超级电容的输出端串联有第二igbt模组，并与超级驱动器并联，超级电容的两端并联有电压表，用于检测超级电容的电压。

在进一步优化的方案中，第一igbt模组与电机驱动器之间串联有第一二极管，且第一二极管的正极连接第一igbt模组；和/或，第二igbt模组与第二二极管串联，并与电机驱动器并联，且第二二极管的正极连接第二igbt模组。通过设置二极管，实现电流单向传输，避免超级电容的供电电流流向外接电网，或外接电网供电时的电流直接流向超级电容。

另一方面，本实施例中还提供了一种基于超级电容的轨道车辆的供电方法，包括步骤：

步骤一，在外接电网供电的情况下，实时监测外接电网的电流，若外接电网的电流大于设定的电流阈值，则进入步骤二，否则继续监测外接电网的电流；

步骤二，判断超级电容的电压是否大于设定的电压上限阈值，如果是，则进入步骤三，否则进入步骤六；

步骤三，接通超级电容，由超级电容给电机驱动器供电，然后断开外接电网，并进入步骤四；

步骤四，实时监测超级电容的电压，若超级电容的电压大于设定的电压下限阈值，则继续监测超级电容的电压，否则进入步骤五；

步骤五，接通外接电网，由外接电网给电机驱动器供电，然后断开超级电容，并进入步骤六；

步骤六，接通充电机，外接电网通过充电机给超级电容充电；

其中，电压上限阈值小于电机驱动器的工作上限电压，电压下限阈值大于电机驱动器的工作下限电压。

在更优化的方案中，所述步骤三具体为：接通超级电容，由超级电容给电机驱动器供电，延时设定时间后断开外接电网，并进入步骤四；和/或，所述步骤五具体为：接通外接电网，由外接电网给电机驱动器供电，延时设定时间后断开超级电容，并进入步骤六。在进行供电电源切换时，通过延时断开之前的供电电源，可以避免切换不成功时的断电情况，保障轨道车辆持续可靠运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明在使用的过程中，超级电容可在电机驱动器输入电压范围内，在高于或低于滑触线电压等级情况下对系统进行供电，提升了超级电容的使用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明实施例中供电系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中供电方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中示意性地提供了一种基于超级电容的轨道车辆的供电系统，包括外接电网的直流滑触线、超级电容、电机驱动器、充电机和供电控制系统，直流滑触线与电机驱动器之间串联有第一开关k1和第一igbt模组s1，直流滑触线还串联(或其他安装方式)有电流表，用于检测外接电网的总电流i1；超级电容通过第二开关k2连接充电机，外接电网通过充电机给超级电容充电，超级电容的输出端串联有第二igbt模组s2，并与电机驱动器并联，超级电容的两端并联有电压表，用于检测超级电容的电压v2。

第一igbt模组s1与电机驱动器之间串联有第一二极管d1，且第一二极管d1的正极连接第一igbt模组s1；第二igbt模组s2与第二二极管d2串联后与电机驱动器并联，且第二二极管d2的正极连接第二igbt模组s2。设置d1的目的是当s1导通后，外接电网的电流仅流向电机驱动器，而不能直接流向超级电容，同样的，设置d2的目的是当s2导通后，超级电容的电流仅流向电机驱动器，而不能流向外接电网。

上述供电系统中，充电机在参数设置时就设置为最大输出电压小于电机驱动器的工作上限电压，以使得超级电容的输出电压小于电机驱动器的工作上限电压，进而避免超级电容在给电机驱动器供电时，电压超出电机驱动器的承受范围而被毁坏。

请参照图2，本实施例中提供了一种基于上述供电系统实现的供电方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，第一开关k1闭合，第一igbt模组s1导通，由外接电网供电，在外接电网供电的情况下，实时监测外接电网的电流，若外接电网的电流大于设定的电流阈值a，则进入步骤二，否则继续监测外接电网的电流。

一般情况下，是由外接电网为电机驱动器供电，但是当轨道车辆需要大功率时，例如爬坡、加速等情况，外接电网的电流会逐渐变大，当检测到大于电流阈值a时，说明轨道车辆需要大功率，由此触发准备启动超级电容供电。

步骤二，判断超级电容的电压是否大于设定的电压上限阈值，如果是，则进入步骤三，否则进入步骤六。

假设电机驱动器的工作电压为u，保障电机驱动器正常工作的输入电压范围是x<u<y，其中，x为工作下限电压，y为工作上限电压。在设置电压阈值时，此处的电压上限阈值应小于电机驱动器的工作上限电压y，后文中的电压下限阈值应大于电机驱动器的工作下限电压x，才能超级电容供电时可以可靠的驱动轨道车辆运行，而又不至于电压过高而损坏电机驱动器。在具体设置时，在保障电压上限阈值小于电机驱动器的工作上限电压y，电压下限阈值大于电机驱动器的工作下限电压x，且电压上限阈值大于电压下限阈值的情况下，电压上限阈值和电压下限阈值的具体数值可以自由设置，例如，仅作为举例，电压上限阈值设置为y-2，电压下限阈值设置为x+10，x<x+10<y-2<y。

超级电容的电压大于电压上限阈值，说明超级电容足以驱动轨道车辆运行，若超级电容的电压小于电压上限阈值，说明超级电容的存储电量不足，需要充电。

步骤三，接通超级电容，由超级电容给电机驱动器供电，延时设定时间后断开外接电网，并进入步骤四。

本步骤中，超级电容接入后再延时一定时间才断开外接电网，目的是可靠地保障超级电容完全接入，避免超级电容接入不成功而外接电网又断开，导致轨道车辆不能继续行驶的的情况。时间阈值的设置可以自行设置，例如0.2秒，0.5秒等。

另外需要说明的是，超级电容由充电机充电，在配置参数时，充电机的最大输出电压已经设置为小于电机驱动器的工作上限电压，因此，超级电容的最大输出电压也是小于电机驱动器的工作上限电压的，因此，在步骤二中检测出超级电容的电压大于电压上限阈值时，即可由外接电网供电切换至由超级电容供电。

步骤四，实时监测超级电容的电压，若超级电容的电压大于设定的电压下限阈值，则继续监测超级电容的电压，否则进入步骤五。

若超级电容的电压大于设定的电压下限阈值，说明超级电容电量充足，可以继续为电机驱动器供电，反之则说明超级电容电量不足，需要及时充电。

步骤五，接通外接电网，由外接电网给电机驱动器供电，延时设定时间后断开超级电容，并进入步骤六。

步骤六，k2闭合，超级电容接通充电机，外接电网通过充电机给超级电容充电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。