一种轨道车辆的充电系统及具有其的轨道交通系统的制作方法

本实用新型属于充电领域，尤其涉及一种轨道车辆的充电系统及具有其的轨道交通系统。

背景技术：

目前，轨道车辆的行驶大都采用电力牵引，例如一些轨道车辆配有动力电池，其依靠动力电池来提供轨道车辆行驶所需的动力，当动力电池的电量低于预设阈值时，轨道车辆行驶至充电区域，以对动力电池进行充电，这样的话，只需在地面设置一套或多套直流充电装置，将电网中的交流电转换为直流电，即可满足为动力电池充电的条件；然而，直流充电装置的建设成本和维修成本较高，且需设置与电池管理系统通信的接口，导致直流充电装置的结构复杂，可靠性低。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种轨道车辆的充电系统，其利用轨道车辆本身的牵引变流器就能够完成电网到动力电池的充电，减少了对轨道车辆的充电装置的基础设施的投入，且所述充电系统简单可靠。

根据本实用新型实施例提出的一种轨道车辆的充电系统，包括：动力电池，所述动力电池设置在轨道车辆上；牵引变流器，所述牵引变流器的直流端与所述动力电池相连；电机，所述电机通过开关组件连接至所述牵引变流器的交流端；受流组件，所述受流组件的一端电连接至电网，所述受流组件的另一端电连接至充电接触点，所述充电接触点位于所述牵引变流器和所述开关组件之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述受流组件包括：接触轨，所述接触轨与所述电网电连接；受流器，所述受流器适于安装在轨道车辆上，且所述受流器电连接至所述充电接触点，所述受流器用于在所述轨道车辆充电时与所述接触轨接触。

根据本实用新型的一个实施例，所述受流组件包括：接触网，所述接触网与所述电网电连接；受流器，所述受流器适于安装在轨道车辆上，且所述受流器电连接至所述充电接触点，所述受流器用于在所述轨道车辆充电时与所述接触网接触。

根据本实用新型的一个实施例，所述受流器为受电弓，所述受电弓包括：升降机构，所述升降机构适于安装在所述轨道车辆上；动力机构，所述动力机构与所述升降机构相连，用于驱动所述升降机构在垂直方向上往复运动；受电机构，所述受电机构与所述升降机构相连，所述受电机构在所述升降机构沿垂直方向往复运动时跟随所述升降机构沿垂直方向往复运动。

根据本实用新型的一个实施例，所述牵引变流器包括：第一桥臂，所述第一桥臂分别连接所述动力电池的正极和负极；第二桥臂，所述第二桥臂分别连接所述动力电池的正极和负极；第三桥臂，所述第三桥臂分别连接所述动力电池的正极和负极，且所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第三桥臂并联设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一桥臂包括：第一开关元件组，所述第一开关元件组包括并联的第一开关管和第一二极管单元，所述第一二极管单元的阴极与所述动力电池的正极连接；第二开关元件组，所述第二开关元件组与所述第一开关元件组串联，所述第二开关元件组包括并联的第二开关管和第二二极管单元，所述第二二极管单元的阳极与所述动力电池的负极连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二桥臂包括：第三开关元件组，所述第三开关元件组包括并联的第三开关管和第三二极管单元，所述第三二极管单元的阴极与所述动力电池的正极连接；第四开关元件组，所述第四开关元件组与所述第三开关元件组串联，所述第四开关元件组包括并联的第四开关管和第四二极管单元，所述第四二极管单元的阳极与所述动力电池的负极连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述第三桥臂包括：第五开关元件组，所述第五开关元件组包括并联的第五开关管和第五二极管单元，所述第五二极管单元的阴极与所述动力电池的正极连接；第六开关元件组，所述第六开关元件组与所述第五开关元件组串联，所述第六开关元件组包括并联的第六开关管和第六二极管单元，所述第六二极管单元的阳极与所述动力电池的负极连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一开关管和所述第一二极管单元为独立设置的电子元件，所述第二开关管和所述第二二极管单元为独立设置的电子元件，所述第三开关管和所述第三二极管单元为独立设置的电子元件，所述第四开关管和所述第四二极管单元为独立设置的电子元件，所述第五开关管和所述第五二极管单元为独立设置的电子元件，以及所述第六开关管和所述第六二极管单元为独立设置的电子元件。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一二极管单元、所述第二二极管单元、所述第三二极管单元、所述第四二极管单元、所述第五二极管单元或所述第六二极管单元由如下任一方式构成：单独设置的一个二极管或串联的两个以上的二极管组成的二极管组；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管或所述第六开关管为如下任一开关管：mosfet管、三极管、igbt管或晶闸管。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一开关元件组、所述第二开关元件组、所述第三开关元件组、所述第四开关元件组、所述第五开关元件组和所述第六开关元件组为mosfet管，所述第一开关管和所述第一二极管单元、所述第二开关管和所述第二二极管单元、所述第三开关管和所述第三二极管单元、所述第四开关管和所述第四二极管单元、所述第五开关管和所述第五二极管单元，以及所述第六开关管和所述第六二极管单元均为相应的mosfet管中的元件。

根据本实用新型的一个实施例，所述电机包括：u相绕组、v相绕组和w相绕组；所述u相绕组电连接在所述第一开关元件组和所述第二开关元件组之间的连接点上；所述v相绕组电连接在所述第三开关元件组和所述第四开关元件组之间的连接点上；所述w相绕组电连接在所述第五开关元件组和所述第六开关元件组之间的连接点上。

根据本实用新型的一个实施例，所述动力电池和所述牵引变流器之间设有充放电电路，所述充放电电路包括并联的主接触器和预充回路。

根据本实用新型的一个实施例，所述预充回路包括串联的预充接触器和预充电阻。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

通过采用上述技术方案，轨道车辆在正常行驶时，利用其自身的牵引变流器将动力电池的直流电转换为交流电，从而为电机正常运转提供所需的电能；当轨道车辆需要充电时，所述牵引变流器可将电网的交流电转换为直流电，从而为动力电池充电，这样，就无需在地面设置一套或多套直流充电装置，减少了直流充电装置的建设成本和维修成本。

本实用新型的第二个目的在于提出一种轨道交通系统，包括：变流所和充电系统，所述充电系统电连接至所述变电所，且所述充电系统为上述所述的充电系统。

根据本实用新型实施例的轨道交通系统，通过利用根据本实用新型第一个目的提出的一种充电系统，所述轨道交通系统可不必在地面设置一套或多套直流充电装置，如此可减少直流充电装置的建设成本和维修成本。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是现有技术提供的轨道车辆的充电系统的示意图；

图2是本实用新型一个实施例的轨道车辆的充电系统的示意图；

图3是本实用新型另一个实施例的轨道车辆的充电系统的示意图；

图4是本实用新型另一个实施例的轨道车辆的充电系统的示意图；

图5是本实用新型一个实施例的牵引变流器的拓扑电路示意图；

图6是本实用新型另一个实施例的牵引变流器的拓扑电路示意图；

图7是本实用新型一个实施例的轨道交通系统的示意图。

附图标记：

受流组件1，接触轨11，受流器12，接触网13，

动力电池2，

牵引变流器3，第一桥臂b1，第一开关管q1，第一二极管单元d1，第二开关管q2，第二二极管单元d2，第二桥臂b2，第三开关管q3，第三二极管d3，第四开关管q4，第四二极管单元d4，第三桥臂b3，第五开关管q5，第五二极管单元d5，第六开关管q6，第六二极管单元d6，

开关组件4，

电机5，

交流接触器6，

充放电电路7，主接触器km1，预充接触器km2，预充电阻r。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

相关技术中，一些轨道车辆配有动力电池，其依靠动力电池来提供轨道车辆行驶所需的动力，当动力电池的电量低于预设阈值时，轨道车辆行驶至充电区域，以对动力电池进行充电。具体地，如图1所示，轨道车辆的充电系统包括直流充电装置，该直流充电装置的一端电连接至电网，其另一端电连接至授流装置，授流装置可在动力电池进行充电时，与轨道车辆的受流器接触，从而对动力电池进行充电。

然而，由于该方案需在地面设置一套或多套直流充电装置，且直流充电装置的价格昂贵，由此增加了轨道车辆的充电系统的成本，且直流充电装置的接口较多，如需设置与轨道车辆电池管理系统通信的接口，从而导致该直流装置结构复杂，可靠性低。

为此，本实用新型提出了一种轨道车辆的充电系统及具有其的轨道交通系统。

下面参考附图描述本实用新型的充电系统及具有其的轨道交通系统。

如图2所示，本实用新型一个实施例的轨道车辆的充电系统，该充电系统包括动力电池2，牵引变流器3、电机5和受流组件1。

具体在本实用新型的实施例中，动力电池2设置在轨道车辆上，牵引变流器3的直流端与动力电池2相连，牵引变流器3与的交流端通过开关组件4与电机5相连，受流组件1的一端电连接至电网，其另一端电连接至充电接触点，其中，该充电接触点设置在牵引变流器3与开关组件4之间。需要说明的是，动力电池2所指并不仅仅局限于电池，其代表提供直流的装置，如超级电容、太阳能板等。

上述技术方案的工作原理：当动力电池2的电量低于预设阈值时，控制轨道车辆行驶至充电区域，这里轨道车辆的行驶模式可为人工驾驶，也可为无人驾驶，此时控制开关组件4断开，然后控制交流接触器6闭合，此时，牵引变流器3的功能相对于整流器，用于将电网的交流电变换到动力电池2所需的直流电，从而对动力电池2进行充电。需要解释的是，充电区域可设置在车站内，也可设置在停车库内。

发明人基于轨道车辆的牵引供电拓扑，通过适当优化改进，使得将轨道车辆的牵引驱动与充电进行集成，换言之，轨道车辆在正常行驶时，利用其自身的牵引变流器3将动力电池2的直流电转换为交流电，从而为电机的正常运转提供所需的电能，当轨道车辆需要充电时，牵引变流器3可将电网的交流电转换为直流电，从而为动力电池2充电，这样该拓扑结构可以直接对接电网，节省直流充电装置，降低了成本，同时该拓扑结构也可以完成大功率充电。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，受流组件1包括接触轨11和受流器12。

具体在本实用新型的实例中，接触轨11与电网电连接，受流器12适于安装在轨道车辆上，且受流器12电连接至充电接触点，当动力电池2的电量低于预设阈值时，该受流器12与接触轨11接触，以对动力电池2进行充电，从而保障轨道车辆能够正常行驶。

需要注意的是，接触轨11可设置在轨道车辆的上方，也可设置在轨道车辆的下方，如此设置，可适应轨道车辆不同的运行环境，兼容性强。例如当接触轨11设置在轨道车辆的下方时，即接触轨11设置在轨道梁上，受流器12可为集电靴，这样由于接触轨11的位置较低，没有明显的高大部件（如立柱等），城市景观好，且易对电磁污染采取防护措施。

在本实用新型的另一个实施例中，如图3所示，受流组件1包括接触网13和受流器12。

具体在本实用新型的实施例中，接触网13与电网电连接，受流器12适于安装在轨道车辆上，且受流器12电连接至充电接触点，当动力电池2的电量低于预设阈值时，该受流器12与接触网13接触，以对动力电池2进行充电，从而保障轨道车辆能够正常行驶。

在本实用新型的一个实施例中，接触网13设置在轨道车辆的上方，受流器12可为受电弓，其中，接触网13的悬挂类型可为简单悬挂、也可为链形悬挂，也可为刚体悬挂，具体可根据轨道车辆的速度、电流容量以及架设环境等因素来决定采取何种悬挂类型，如此设置，可降低轨道车辆运行时的噪音。

在本实用新型的一个实施例中，受电弓包括升降机构、动力机构和受电机构，其中，升降机构适于安装在轨道车辆上，动力机构与升降机构相连，用于驱动升降机构在垂直方向上往复运动，受电机构与升降机构相连，受电机构在升降机构沿垂直方向往复运动时跟随升降机构沿垂直方向往复运动。

当动力电池2的电量低于预设阈值时，控制轨道车辆行驶至充电区域，动力机构驱动升降机构上升，使得受电机构与接触轨或接触网接触，断开开关组件4，闭合交流接触器6，此时轨道车辆的充电电路导通，开始对动力电池2进行充电，当充电结束后，动力机构驱动升降机构下降，使得受电机构与接触轨或接触网分离，轨道车辆可根据运行计划继续行驶。

在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，牵引变流器3包括第一桥臂b1，第二桥臂b2和第三桥臂b3。

具体在本实用新型的实施例中，第一桥臂b1分别连接动力电池2的正极和负极，第二桥臂b2分别连接动力电池2的正极和负极，第三桥臂b3分别连接动力电池2的正极和负极，且第一桥臂b1、第二桥臂b2和第三桥臂b3并联设置。通过第一桥臂b1、第二桥臂b2和第三桥臂b3的配合，使得牵引变流3在轨道车辆正常行驶时，将动力电池2的直流电转换为电机所需的交流电，在轨道车辆充电时，将电网的交流电转换为电池所需的直流电，如此可不必在地面设置直流充电装置，降低了成本，同时该充电方式更为简单可靠。

在本实用新型的一个实施例中，第一桥臂b1包括第一开关元件组和第二开关元件组，其中，第一开关元件组包括并联的第一开关管q1和第一二极管单元d1，且第一二极管单元d1的阴极与动力电池2的正极连接，第二开关元件组与第一开关元件组串联，且第二开关元件组包括并联的第二开关管q2和第二二极管单元d2，第二二极管单元d2的阳极与动力电池2的负极连接，第二二极管单元d2的阴极与第一二极管单元d1的阳极连接；第二桥臂b2包括第三开关元件组和第四开关元件组，其中，第三开关元件组包括并联的第三开关管q3和第三二极管单元d3，第三二极管单元d3的阴极与动力电池2的正极连接，第四开关元件组与第三开关元件组串联，第四开关元件组包括并联的第四开关管q4和第四二极管单元d4，第四二极管单元d4的阳极与动力电池2的负极连接，第四二极管单元d4的阴极与第三二极管单元d3的阳极连接；第三桥臂b3包括第五开关元件组和第六开关元件组，其中，第五开关元件组包括并联的第五开关管q5和第五二极管单元d5，第五二极管单元d5的阴极与动力电池2的正极连接，第六开关元件组与第五开关元件组串联，第六开关元件组包括并联的第六开关管q6和第六二极管单元d6，第六二极管单元d6的阳极与动力电池2的负极连接，第六二极管单元d6的阴极与第五二极管单元d5的阳极连接。本实用新型的上述实施例中，可以通过对各个桥臂的开关元件进行适当的控制以实现整流的功能，从而满足动力电池2充电的需求，无需在地面设置一套或多套直流充电装置，降低了成本。

另外，在本实用新型上述各个实施例中，第一开关管q1和第一二极管单元d1为独立设置的电子元件，第二开关管q2和第二二极管单元d2为独立设置的电子元件，第三开关管q3和第三二极管单元d3为独立设置的电子元件，第四开关管q4和第四二极管单元d4为独立设置的电子元件，第五开关管q5和第五二极管单元d5为独立设置的电子元件，以及第六开关管q6和第六二极管单元d6为独立设置的电子元件。如此设置，可对充电电路中的元件进行防护。

并且，在本实用新型的具体实施例中，如图5和图6所示，第一二极管单元d1、第二二极管单元d2、第三二极管单元d3、第四二极管单元d4、第五二极管单元d5或第六二极管单元d6由如下任一方式构成：单独设置的一个二极管或串联的两个以上的二极管组成的二极管组，其中二极管可以是肖特极二极管，快恢复二极管，硅管，碳化硅等；第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5或第六开关管q6为如下任一开关管：mosfet管、三极管、igbt管或晶闸管。

在本实用新型的一个实施例中，第一开关元件组、第二开关元件组、第三开关元件组、第四开关元件组、第五开关元件组和第六开关元件组为mosfet管，第一开关管q1和第一二极管单元d1、第二开关管q2和第二二极管单元d2、第三开关管q3和第三二极管单元d3、第四开关管q4和第四二极管单元d4、第五开关管q5和第五二极管单元d5，以及第六开关管q6和第六二极管单元d6均为相应的mosfet管中的元件。由于在mosfet管中会寄生一个二极管，换言之，mosfet管本身就包括了开关管和二极管的功能，如此可减少二极管的设置，降低成本。

在本实用新型的实施例中，电机5包括u相绕组、v相绕组和w相绕组；其中，u相绕组电连接在第一开关元件组和第二开关元件组之间的连接点上；v相绕组电连接在第三开关元件组和第四开关元件组之间的连接点上；w相绕组电连接在第五开关元件组和第六开关元件组之间的连接点上。由此，电机5可从牵引变流器3获取其工作所需的电能。

在本实用新型的实施例中，如图4所示，动力电池2和牵引变流器3之间设有充放电电路7，充放电电路7包括并联的主接触器km1和预充回路。具体地，预充回路包括串联的预充接触器km2和预充电阻r。由此来保证轨道车辆充放电安全可靠地进行。

本实用新型还公开了一种轨道交通系统，如图7所示，轨道交通系统包括变电所和充电系统，且充电系统电连接至变电所，利用该充电系统来为轨道车辆的动力电池充电，无需在地面设置一套或多套直流充电装置，减少了直流充电装置的建设成本和维修成本。

根据本实用新型实施例的轨道交通系统的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。