轨道车辆的充电装置的制作方法

本公开涉及轨道车辆领域，具体地，涉及一种轨道车辆的充电装置。

背景技术：

目前，轨道车辆的行驶大都采用电力牵引，一些车辆在其每节车厢上还配有动力电池，每节车厢可以脱离供电电线而独立在轨道上运行，这样可以大量地节省电缆的铺设。这样的话，在车辆停靠的地方，每节车厢均要配备一个地面设置的充电柜。每节车厢的动力电池和动力驱动系统都是相互独立的，这样便于每节车厢各自独立运行。

每节车厢均配有一个独立的驱动单元和动力电池的话，对于动力电池的充电是一件比较麻烦的事情，每节车厢的动力电池均要在地面配备动力电池充电柜。如果列车编组较多，则需要在场站配置较多的充电柜，占用较多的资源，既不利于轨道车辆的建设，也不利于轨道车辆的充电应用。同时，对列车的动力电池进行充电，通常需要直流充电，即场站建设的充电柜一般为直流充电柜，该设备是将电网的交流电变换成车辆动力电池所需的直流电。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种简单、可靠的轨道车辆的充电装置。

为了实现上述目的，本公开提供一种轨道车辆的充电装置。所述充电装置包括：

用于驱动所述轨道车辆的第一编组运行的第一三相电机；

用于驱动所述轨道车辆的第二编组运行的第二三相电机；

用于驱动所述轨道车辆的第三编组运行的第三三相电机；

第一电机控制器，所述轨道车辆的动力电池通过所述第一电机控制器与所述第一三相电机连接；

第二电机控制器，所述动力电池通过所述第二电机控制器与所述第二三相电机连接；

第三电机控制器，所述动力电池通过所述第三电机控制器与所述第三三相电机连接，

其中，所述第一三相电机的中性点、所述第二三相电机的中性点和所述第三三相电机的中性点连接至电网。

可选地，所述动力电池设置在所述第一编组、所述第二编组和所述第三编组中的任意一者中。

可选地，所述动力电池包括第一电池、第二电池和第三电池，所述第一电池通过所述第一电机控制器与所述第一三相电机连接，所述第二电池通过所述第二电机控制器与所述第二三相电机连接，所述第三电池通过所述第三电机控制器与所述第三三相电机连接。

可选地，所述第一电池设置在所述第一编组中，所述第二电池设置在所述第二编组中，所述第三电池设置在所述第三编组中。

可选地，所述充电装置还包括：三相插头，用于与电网连接，所述第一三相电机的中性点连接所述三相插头的第一相，所述第二三相电机的中性点连接所述三相插头的第二相，所述第三三相电机的中性点连接所述三相插头的第三相。

可选地，所述第一电机控制器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂与所述动力电池并联连接，所述第二桥臂与所述第一桥臂并联连接，所述第三桥臂与所述第二桥臂并联连接。

可选地，所述第一桥臂包括串联连接的第一开关元件组和第二开关元件组，所述第二桥臂包括串联连接的第三开关元件组和第四开关元件组，所述第三桥臂包括串联连接的第五开关元件组和第六开关元件组，

所述第一三相电机的第一相接在所述第一开关元件组和所述第二开关元件组之间，所述第一三相电机的第二相接在所述第三开关元件组和所述第四开关元件组之间，所述第一三相电机的第三相接在所述第五开关元件组和所述第六开关元件组之间，

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中的任意一者包括并联连接的开关管和二极管。

可选地，所述第一电机控制器还包括第一开关，所述第一桥臂的一端通过所述第一开关接所述动力电池的正极。

可选地，所述第二电机控制器包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂，所述第四桥臂与所述动力电池并联连接，所述第五桥臂与所述第四桥臂并联连接，所述第六桥臂与所述第五桥臂并联连接。

可选地，所述第四桥臂包括串联连接的第七开关元件组和第八开关元件组，所述第五桥臂包括串联连接的第九开关元件组和第十开关元件组，所述第六桥臂包括串联连接的第十一开关元件组和第十二开关元件组，

所述第二三相电机的第一相接在所述第七开关元件组和所述第八开关元件组之间，所述第二三相电机的第二相接在所述第九开关元件组和所述第十开关元件组之间，所述第二三相电机的第三相接在所述第十一开关元件组和所述第十二开关元件组之间，

所述第七开关元件组、所述第八开关元件组、所述第九开关元件组、所述第十开关元件组、所述第十一开关元件组和所述第十二开关元件组中的任意一者包括并联连接的开关管和二极管。

可选地，所述第二电机控制器还包括第二开关，所述第四桥臂的一端通过所述第二开关接所述动力电池的正极。

可选地，所述第三电机控制器包括第七桥臂、第八桥臂和第九桥臂，所述第七桥臂与所述动力电池并联连接，所述第八桥臂与所述第七桥臂并联连接，所述第九桥臂与所述第八桥臂并联连接。

可选地，所述第七桥臂包括串联连接的第十三开关元件组和第十四开关元件组，所述第八桥臂包括串联连接的第十五开关元件组和第十六开关元件组，所述第九桥臂包括串联连接的第十七开关元件组和第十八开关元件组，

所述第三三相电机的第一相接在所述第十三开关元件组和所述第十四开关元件组之间，所述第三三相电机的第二相接在所述第十五开关元件组和所述第十六开关元件组之间，所述第三三相电机的第三相接在所述第十七开关元件组和所述第十八开关元件组之间，

所述第十三开关元件组、所述第十四开关元件组、所述第十五开关元件组、所述第十六开关元件组、所述第十七开关元件组和所述第十八开关元件组中的任意一者包括并联连接的开关管和二极管。

可选地，所述第三电机控制器还包括第三开关，所述第七桥臂的一端通过所述第三开关接所述动力电池的正极。

可选地，所述开关管包括以下中的任意一者：三极管、mosfet管、igbt管、晶闸管。

通过上述技术方案，车辆的动力单元三相电机既可以用于驱动，也可以用于充电，直接利用三相电机的绕组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，且充电装置简单可靠。

本公开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公开的进一步理解，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是一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的结构框图；

图2是一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的安装位置示意图；

图3是一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的电路示意图；

图4是另一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的结构框图。如图1所示，轨道车辆的充电装置可以包括第一三相电机、第二三相电机、第三三相电机、第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器。

第一三相电机用于驱动轨道车辆的第一编组运行。第二三相电机用于驱动轨道车辆的第二编组运行。第三三相电机用于驱动轨道车辆的第三编组运行。

轨道车辆的动力电池通过第一电机控制器与第一三相电机连接；动力电池通过第二电机控制器与第二三相电机连接；动力电池通过第三电机控制器与第三三相电机连接。其中，第一三相电机的中性点、第二三相电机的中性点和第三三相电机的中性点连接至电网。

发明人想到，基于轨道车辆车载动力系统的拓扑结构，通过适当优化改进，直接将电网的交流电变换到动力电池所需的直流电。轨道车辆有多编组时，可利用其中每个编组的动力系统部分，将驱动和充电进行集成，这样该拓扑结构可以直接对接电网，节省充电柜设备，同时该拓扑结构也可以完成大功率充电。

具体地，每个编组配置有用于驱动的三相电机。一个编组可以包括一节或多节车厢。从电机三相绕组的中性点引出中性线，每台电机的绕组可以用做电感，三台电机的绕组作为充电的三相电感。当轨道车辆停靠场站后，只需将三台电机的中性点引线连接至电网端口，对三台电机控制器进行组合控制便可实现大功率的交流充电。

通过上述技术方案，车辆的动力单元三相电机既可以用于驱动，也可以用于充电，直接利用三相电机的绕组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，且充电装置简单可靠。无需在车辆停靠的场站建设直流充电柜。节省了轨道车辆场站充电柜的配置，简化了列车系统，降低了建设开支。

在一实施例中，三个编组可以共用一个动力电池，该动力电池可以设置在第一编组、第二编组和第三编组中的任意一者中。这样，这三个编组的驱动就捆绑在一起，节省了动力电池，设置简单。

在一实施例中，三个编组可以各自都有一个电池。动力电池可以包括第一电池、第二电池和第三电池。第一电池通过第一电机控制器与第一三相电机连接，第二电池通过第二电机控制器与第二三相电机连接，第三电池通过第三电机控制器与第三三相电机连接。图2是一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的安装位置示意图。如图2所示，第一电池可以设置在第一编组中，第二电池可以设置在第二编组中，第三电池可以设置在第三编组中。这样，三个编组中每个编组都有自己独立的驱动动力，可以不捆绑在一起，独立性较好。

在又一实施例中，充电装置还可以包括三相插头。三相插头用于与电网连接，第一三相电机的中性点连接三相插头的第一相，第二三相电机的中性点连接三相插头的第二相，第三三相电机的中性点连接三相插头的第三相。

通常电网是三相的，该实施例中，设置了三相插头，该三相插头可以设置在第一编组、第二编组和第三编组中的任意一者中。当轨道车辆进站后，只需要在列车上引出一个三相插头，插入三相电网中，即可同时为三个编组的电池充电，这样，由于接口匹配，因此操作方便快捷。

在又一实施例中，第一电机控制器可以包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂。其中，第一桥臂与动力电池并联连接，第二桥臂与第一桥臂并联连接，第三桥臂与第二桥臂并联连接。即，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂均与动力电池并联连接。

具体地，第一桥臂可以包括串联连接的第一开关元件组和第二开关元件组，第二桥臂可以包括串联连接的第三开关元件组和第四开关元件组，第三桥臂可以包括串联连接的第五开关元件组和第六开关元件组。

第一三相电机的第一相接在第一开关元件组和第二开关元件组之间，第一三相电机的第二相接在第三开关元件组和第四开关元件组之间，第一三相电机的第三相接在第五开关元件组和第六开关元件组之间。

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中的任意一者包括并联连接的开关管和二极管。

这样，可以利用第一三相电机的绕组完成电网到动力电池的充电。

在又一实施例中，第一电机控制器还可以包括第一开关，第一桥臂的一端可以通过第一开关接动力电池的正极。设置第一开关能够灵活地切断动力电池对第一三相电机的供电和来自第一三相电机的充电，方便快捷。

在又一实施例中，第二电机控制器可以包括第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂。其中，第四桥臂与动力电池并联连接，第五桥臂与第四桥臂并联连接，第六桥臂与第五桥臂并联连接。即，第四桥臂、第五桥臂和第六桥臂均与动力电池并联连接。

具体地，第四桥臂可以包括串联连接的第七开关元件组和第八开关元件组，第五桥臂包括串联连接的第九开关元件组和第十开关元件组，第六桥臂包括串联连接的第十一开关元件组和第十二开关元件组。

第二三相电机的第一相接在第七开关元件组和第八开关元件组之间，第二三相电机的第二相接在第九开关元件组和第十开关元件组之间，第二三相电机的第三相接在第十一开关元件组和第十二开关元件组之间。

第七开关元件组、第八开关元件组、第九开关元件组、第十开关元件组、第十一开关元件组和第十二开关元件组中的任意一者包括并联连接的开关管和二极管。

这样，可以利用第二三相电机的绕组完成电网到动力电池的充电。

在又一实施例中，第二电机控制器还可以包括第二开关，第四桥臂的一端可以通过第二开关接动力电池的正极。设置第二开关能够灵活地切断动力电池对第二三相电机的供电和来自第二三相电机的充电，方便快捷。

在又一实施例中，第三电机控制器可以包括第七桥臂、第八桥臂和第九桥臂。其中，第七桥臂与动力电池并联连接，第八桥臂与第七桥臂并联连接，第九桥臂与第八桥臂并联连接。即，第七桥臂、第八桥臂和第九桥臂均与动力电池并联连接。

具体地，第七桥臂可以包括串联连接的第十三开关元件组和第十四开关元件组，第八桥臂包括串联连接的第十五开关元件组和第十六开关元件组，第九桥臂包括串联连接的第十七开关元件组和第十八开关元件组。

第三三相电机的第一相接在第十三开关元件组和第十四开关元件组之间，第三三相电机的第二相接在第十五开关元件组和第十六开关元件组之间，第三三相电机的第三相接在第十七开关元件组和第十八开关元件组之间。

第十三开关元件组、第十四开关元件组、第十五开关元件组、第十六开关元件组、第十七开关元件组和第十八开关元件组中的任意一者包括并联连接的开关管和二极管。

这样，可以利用第三三相电机的绕组完成电网到动力电池的充电。

在又一实施例中，第三电机控制器还可以包括第三开关，第七桥臂的一端通过第三开关接动力电池的正极。设置第三开关能够灵活地切断动力电池对第三三相电机的供电和来自第三三相电机的充电，方便快捷。

其中，上述的开关管可以包括以下中的任意一者：三极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)、晶闸管。

图3是一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的电路示意图。如图3所示，第一电机控制器4包括第一电容c1、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3、第四三极管q4、第五三极管q5、第六三极管q6、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6。

其中，第一三极管q1的发射极接第一二极管d1的阳极，第一三极管q1的集电极接第一二极管d1的阴极，第二三极管q2的发射极接第二二极管d2的阳极，第二三极管q2的集电极接第二二极管d2的阴极，第三三极管q3的发射极接第三二极管d3的阳极，第三三极管q3的集电极接第三二极管d3的阴极，第四三极管q4的发射极接第四二极管d4的阳极，第四三极管q4的集电极接第四二极管d4的阴极，第五三极管q5的发射极接第五二极管d5的阳极，第五三极管q5的集电极接第五二极管d5的阴极，第六三极管q6的发射极接第六二极管d6的阳极，第六三极管q6的集电极接第六二极管d6的阴极。

第一三极管q1的集电极、第二三极管q2的集电极和第三三极管q3的集电极接动力电池的正极，第四三极管q4的发射极、第五三极管q5的发射极和第六三极管q6的发射极接动力电池的负极，第一三极管q1的集电极通过第一电容c1接第四三极管q4的发射极。

第一三极管q1的发射极接第四三极管q4的集电极，并接第一三相电机1的第一相1a，第二三极管q2的发射极接第五三极管q5的集电极，并接第一三相电机1的第二相1b，第三三极管q3的发射极接第六三极管q6的集电极，并接第一三相电机1的第三相1c。

其中，第一三极管q1和第一二极管d1组成上述的第一开关元件组，第四三极管q4和第四二极管d4组成上述的第二开关元件组，第二三极管q2和第二二极管d2组成上述的第三开关元件组，第五三极管q5和第五二极管d5组成上述的第四开关元件组，第三三极管q3和第三二极管d3组成上述的第五开关元件组，第六三极管q6和第六二极管d6组成上述的第六开关元件组。

在图3的实施例中，第一电机控制器4还可以包括第一开关k1。第一三极管q1的集电极、第二三极管q2的集电极和第三三极管q3的集电极通过第一开关k1接动力电池的正极。

第二电机控制器5可以包括第二电容c2、第七三极管q7、第八三极管q8、第九三极管q9、第十三极管q10、第十一三极管q11、第十二三极管q12、第七二极管d7、第八二极管d8、第九二极管d9、第十二极管d10、第十一二极管d11和第十二二极管d12。

其中，第七三极管q7的发射极接第七二极管d7的阳极，第七三极管q7的集电极接第七二极管d7的阴极，第八三极管q8的发射极接第八二极管d8的阳极，第八三极管q8的集电极接第八二极管d8的阴极，第九三极管q9的发射极接第九二极管d9的阳极，第九三极管q9的集电极接第九二极管d9的阴极，第十三极管q10的发射极接第十二极管d10的阳极，第十三极管q10的集电极接第十二极管d10的阴极，第十一三极管q11的发射极接第十一二极管d11的阳极，第十一三极管q12的集电极接第十一二极管d12的阴极，第十二三极管q12的发射极接第十二二极管d12的阳极，第十二三极管q12的集电极接第十二二极管d12的阴极。

第七三极管q7的集电极、第八三极管q8的集电极和第九三极管q9的集电极接动力电池的正极，第十三极管q10的发射极、第十一三极管q11的发射极和第十二三极管q12的发射极接动力电池的负极，第七三极管q7的集电极通过第二电容c2接第十三极管q10的发射极。

第七三极管q7的发射极接第十三极管q10的集电极，并接第二三相电机2的第一相2a，第八三极管q8的发射极接第十一三极管q11的集电极，并接第二三相电机2的第二相2b，第九三极管q9的发射极接第十二三极管q12的集电极，并接第二三相电机2的第三相2c。

其中，第七三极管q7和第七二极管d7组成上述的第七开关元件组，第十三极管q10和第十二极管d10组成上述的第八开关元件组，第八三极管q8和第八二极管d8组成上述的第九开关元件组，第十一三极管q11和第十一二极管d11组成上述的第十开关元件组，第九三极管q9和第九二极管d9组成上述的第十一开关元件组，第十二三极管q12和第十二二极管d12组成上述的第十二开关元件组。

第二电机控制器5还可以包括第二开关k2，第七三极管q7的集电极、第八三极管q8的集电极和第九三极管q9的集电极通过第二开关k2接动力电池的正极。

第三电机控制器6包括第三电容c3、第十三三极管q13、第十四三极管q14、第十五三极管q15、第十六三极管q16、第十七三极管q17、第十八三极管q18、第十三二极管d13、第十四二极管d14、第十五二极管d15、第十六二极管d16、第十七二极管d17和第十八二极管d18。

其中，第十三三极管q13的发射极接第十三二极管d13的阳极，第十三三极管q13的集电极接第十三二极管d13的阴极，第十四三极管q14的发射极接第十四二极管d14的阳极，第十四三极管q14的集电极接第十四二极管d14的阴极，第十五三极管q15的发射极接第十五二极管d15的阳极，第十五三极管q15的集电极接第十五二极管d15的阴极，第十六三极管q16的发射极接第十六二极管d16的阳极，第十六三极管q16的集电极接第十六二极管d16的阴极，第十七三极管q17的发射极接第十七二极管d17的阳极，第十七三极管q17的集电极接第十七二极管d17的阴极，第十八三极管q18的发射极接第十八二极管d18的阳极，第十八三极管q18的集电极接第十八二极管d18的阴极。

第十三三极管q13的集电极、第十四三极管q14的集电极和第十五三极管q15的集电极接动力电池的正极，第十六三极管q16的发射极、第十七三极管q17的发射极和第十八三极管q18的发射极接动力电池的负极，第十三三极管q13的集电极通过第三电容c3接第十六三极管q16的发射极。

第十三三极管q13的发射极接第十六三极管q16的集电极，并接第三三相电机3的第一相3a，第十四三极管q14的发射极接第十七三极管q17的集电极，并接第三三相电机3的第二相3b，第十五三极管q15的发射极接第十八三极管q18的集电极，并接第三三相电机3的第三相3c。

其中，第十三三极管q13和第十三二极管d13组成上述的第十三开关元件组，第十六三极管q16和第十六二极管d16组成上述的第十四开关元件组，第十四三极管q14和第十四二极管d14组成上述的第十五开关元件组，第十七三极管q17和第十七二极管d17组成上述的第十六开关元件组，第十五三极管q15和第十五二极管d15组成上述的第十七开关元件组，第十八三极管q18和第十八二极管d18组成上述的第十八开关元件组。

第三电机控制器6还可以包括第三开关k3，第十三三极管q13的集电极、第十四三极管q14的集电极和第十五三极管q15的集电极通过第三开关k3接动力电池的正极。

图4是另一示例性实施例提供的轨道车辆的充电装置的电路示意图。如图4所示，在该实施例中，动力电池可以包括第一电池、第二电池和第三电池。第一电池通过第一电机控制器4与第一三相电机1连接，第二电池通过第二电机控制器5与第二三相电机2连接，第三电池通过第三电机控制器6与第三三相电机3连接。其余电路结构与图3中的电路结构相同此处不再赘述。

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

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，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

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