轨道列车车载储能系统的制作方法

本实用新型属于车载储能系统技术领域，尤其涉及轨道列车车载储能系统。

背景技术：

现有轨道列车普遍采用车载储能方式，即将超级电容通过“串并联”方式集成到一起装载到有轨电车之上进行能量存储，满足列车站站运行之间运行电量要求，在每站安装充电桩以进行电量补充，如此设计可方便线路规划及减少基础设施建设。超级电容储能系统作为有轨电车动力来源，其电气设计及控制策略研究引起了广泛关注。

储能系统通常由“超级电容+cms控制单元+储能控制单元”三部分组成，参考图1所示，超级电容作为储存能量的载体；cms控制单元可实时采集超级电容单体温度、电压等信息，可进行电压均衡等控制策略。储能控制单元则负责整个系统的逻辑控制，还可实时与整车控制系统通讯进行状态、故障传输，可及时切断储能系统对外高压输出当超级电容故障发生时。该储能系统中充放电均通过高压直流母线与牵引系统及充电桩连接，列车行驶在站站正常工作区间内，由储能系统给牵引系统供电，到站后，充电桩可通过直流母线同时给超级电容储能系统及牵引系统供电，满足储能系统补充电能及有轨电车正常工作的需求。但现有储能系统需要在每个站点配置相应充电桩，将充电桩输出至牵引网，对于原有含有牵引网的线路改造会造成资源浪费。且储能系统发生故障时，系统回路切断会造成有轨电车停滞于路途中间，等待拖车。

因此，有必要结合上述现有车载储能系统的设计，在现有轨道列车车载储能系统的基础上进行改进，提供一种智能化控制的轨道列车车载储能系统。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有车载储能系统存在的不足，提供了轨道列车车载储能系统，超级电容箱通过双向dc/dc充电机直接连接到高压直流回路，无需增加充电桩。增加了gprs无线通讯单元，实时监控系统的运行状态，系统设计简单，智能化程度高。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种轨道列车车载储能系统，包括dc/dc变换单元、超级电容箱、cms控制单元、储能控制单元以及整车控制单元；所述dc/dc变换单元输入端连接高压直流回路，输出端连接超级电容箱；所述超级电容箱输出端连接cms控制单元输入端，所述cms控制单元用于采集超级电容单体的温度、电压信息，进行状态监测与电压均衡控制；所述储能控制单元输入端连接dc/dc变换单元以及cms控制单元，输出端连接整车控制单元；所述储能控制单元用于接收cms控制单元采集的超级电容单体的温度、电压信息，进行逻辑控制，输出控制指令至整车控制单元。

优选的，所述dc/dc变换单元包括并联设置的第一dc/dc变换单元以及第二dc/dc变换单元；所述第一dc/dc变换单元与所述第二dc/dc变换单元输入端通过高压直流母线连接至高压直流回路以及牵引系统的输入端，所述第一dc/dc变换单元与所述第二dc/dc变换单元输出端通过高压直流母线与所述超级电容箱以及所述储能控制单元连接。

优选的，所述超级电容箱设置有超级电容模组，包括并联设置的第一超级电容箱、第二超级电容箱以及第三超级电容箱；所述第一超级电容箱的正极输出端、第三超级电容箱的正极输出端以及所述第二超级电容箱的正极输出端分别串联接触器后连接至dc/dc变换单元输出端；所述第一超级电容箱的负极输出端、所述第三超级电容箱的负极输出端以及第二超级电容箱的负极输出端连接至dc/dc变换单元输出端；所述第一、第二、第三超级电容箱内的超级电容单体采集回路分别连接至cms控制单元输入端。

优选的，所述cms控制单元包括状态监测模块以及电压均衡模块，所述状态监测模块用于检测超级电容单体的温度、电压信息，以及系统各开关元器件的通断状态信息；所述电压均衡模块与所述状态监测模块连接，用于对高电压超级电容单体进行电压均衡控制。

优选的，所述储能控制单元包括逻辑控制模块，所述逻辑控制模块与所述状态监测模块以及电压均衡控制模块连接；用于接收超级电容单体的温度、电压信息，以及系统各开关元器件的通断状态信息，并进行逻辑控制，生成控制指令，并反馈至电压均衡控制模块对高电压的超级电容单体进行电压均衡控制，以及控制各超级电容箱的接入系统状态。

优选的，所述储能控制单元进一步包括故障诊断报警模块，所述故障诊断报警模块与所述状态监测模块以及逻辑控制模块连接；用于监测各超级电容箱的故障状态，进行故障报警，生成故障诊断信息并反馈至逻辑控制单元控制各超级电容箱的接入系统状态。

优选的，所述储能控制单元还包括数据通信模块，所述数据通信模块与故障诊断报警模块连接；用于将超级电容单体的温度、电压信息，系统各开关元器件的通断状态信息，以及故障诊断信息输出至整车控制单元。

优选的，所述的轨道列车车载储能系统进一步包括gprs无线通讯单元，所述gprs无线通讯单元与所述储能控制单元连接，用于接收超级电容单体的温度、电压信息，系统各开关元器件的通断状态信息，以及故障诊断信息并无线传输至本地服务器，以实时监控储能系统状态。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型提供了一种车载储能系统，与现有的车载储能系统相比，本申请将超级电容箱通过双向dc/dc充电机直接连接到高压直流回路，使其传统牵引网供电基础设施可完美契合，无需增加充电桩，减少投入。同时，增加gprs无线通讯单元，储能控制单元将核心储能部件以及系统运行状态通过gprs无线通讯单元上传至综合监控系统，实现远端智能化管理以及故障预判，使其在超级电容发生故障时，可实现电车降功率运行，系统设计简单，提高了传统车载储能系统设备管理智能化程度。

附图说明

图1为现有技术中车载储能系统结构示意图；

图2为本实用新型的车载储能系统结构示意图；

图3为超级电容箱连接示意图；

其中：11-第一dc/dc变换单元、12-第二dc/dc变换单元、21-第一超级电容箱、22-第二超级电容箱、23-第三超级电容箱、3-cms控制单元、4-储能控制单元、5-整车控制单元、6-gprs无线通讯单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

本申请在图1提供的现有车载储能系统的基础上进行改进，提供了一种新的轨道列车车载储能系统，参考图2、图3所示，将超级电容箱通过双向dc/dc充电机直接连接到高压直流回路，无需增加充电桩。同时增加了gprs无线通讯单元，以实时监控系统的运行状态。系统具体设计如下：

参考图2所示，一种轨道列车车载储能系统，包括dc/dc变换单元、超级电容箱、cms控制单元3、储能控制单元4、整车控制单元5以及gprs无线通讯单元6。其中，dc/dc变换单元包括并联设置的第一dc/dc变换单元11以及第二dc/dc变换单元12；第一dc/dc变换单元11与第二dc/dc变换单元12输入端通过高压直流母线连接至高压直流回路以及牵引系统的输入端，第一dc/dc变换单元11与第二dc/dc变换单元12输出端通过高压直流母线与第二超级电容箱22以及储能控制单元4连接。参考图3所示，本实施例中超级电容箱包括并联设置的第一超级电容箱21、第二超级电容箱22以及第三超级电容箱23。其中，第一超级电容箱21的正极输出端、第三超级电容箱23的正极输出端以及第二超级电容箱22的正极输出端分别串联接触器km1、km3、km2后连接至第一dc/dc变换单元11与第二dc/dc变换单元12输出端；第一超级电容箱21的负极输出端、第三超级电容箱23的负极输出端以及第二超级电容箱22的负极输出端分别连接至cms控制单元3输入端。第一超级电容箱21的负极输出端、第三超级电容箱23的负极输出端以及第二超级电容箱22的负极输出端分别连接至连接至第一dc/dc变换单元11以及第二dc/dc变换单元12的输出端；第一、第二、第三超级电容箱内的超级电容单体采集回路分别连接至cms控制单元3的输入端。cms控制单元3用于采集超级电容单体的温度、电压信息，进行状态监测与电压均衡控制。储能控制单元4输入端连接dc/dc变换单元以及cms控制单元3，输出端连接整车控制单元5以及gprs无线通讯单元6，储能控制单元5用于接收cms控制单元3采集的超级电容单体的温度、电压信息，进行逻辑控制，输出控制指令至整车控制单元5与gprs无线通讯单元6。

本实施例中超级电容箱通过串、并联的方式提升系统电压范围及最大电流值，并联数目根据电流需求进行模块化功率扩容。每个超级电容箱内每串超级电容模组数目相同，超级电容模组由超级电容单体通过“串并联”方式组成。其中第二超级电容箱22作为主控制箱，箱内装有主控单元、继电器、接触器、隔离开关、熔断器等系统控制装置。

对于cms控制单元3，本实施例中每个超级电容模组配备一套cms控制单元，cms控制单元则负责对应模组的状态监控及均衡控制。其具体设计为：cms控制单元3设置有状态监测模块以及电压均衡模块，状态监测模块用于检测超级电容单体的温度、电压信息，以及系统各开关元器件的通断状态信息；电压均衡模块与所述状态监测模块连接，用于对高电压的超级电容单体进行电压均衡控制。即cms控制单元通过can总线将采集的超级电容单体的温度、电压信息传送给储能控制单元，参与逻辑控制。同时由于各超级电容单体之间容值、内阻的差异性，在一段时间充放电后，各超级电容单体电压会出现不一致现象，因此cms控制单元还设置了电压均衡模块，可实时进行均衡控制，对高电压超级电容单体通过电阻不断放电以实现电压均衡。

对于储能控制单元4，储能控制单元4是整个储能系统的控制核心单元，其主要用于：采集超级电容模组数据，采集主要器件如接触器、隔离开关，熔断器，绝缘检测模块及烟雾报警器状态值，储能系统控制逻辑策略，与整车网络通讯等；以及通过采集超级电容单体电压、温度数据，及各主要电器件反馈状态进行逻辑控制，保证系统的正常上电，充、放电工作。本实施例中储能控制单元4具体设置有逻辑控制模块、故障诊断报警模块以及数据通信模块；其中，逻辑控制模块与状态监测模块以及电压均衡控制模块连接，用于接收超级电容单体的温度、电压信息，以及系统各接触器、隔离开关，熔断器等开关元器件的通断状态信息，并进行逻辑控制，生成控制指令，并反馈至电压均衡控制模块对高电压超级电容单体进行电压均衡控制，以及控制各超级电容箱的接入系统状态。故障诊断报警模块与状态监测模块以及逻辑控制模块连接，用于监测各超级电容箱的故障状态，生成故障诊断信息并反馈至逻辑控制单元控制各超级电容箱的接入系统状态，同时进行故障报警。数据通信模块与故障诊断报警模块连接，用于将超级电容单体的温度、电压信息，系统各开关元器件的通断状态信息，以及故障诊断信息输出至整车控制单元与gprs无线通讯单元。gprs无线通讯单元与储能控制单元连接，用于接收超级电容单体的温度、电压信息，系统各开关元器件的通断状态信息，以及故障诊断信息并无线传输至本地服务器，以实时监控储能系统状态。

本实施例中储能控制单元4设置有故障诊断报警模块，当系统故障发生时，能够进行故障报警，并将故障发生位置具体定位到各超级电容箱，断开相应故障路的接触器，切断故障路高压对外输出，继续对列车供电。同时增加了gprs无线通讯单元，可将储能系统内部各接触器、隔离开关，熔断器等电器件状态，系统故障报警值，及超级电容单体数据信息通过无线传输发至本地，可实时监控储能系统状态。

综上可知，与现有的车载储能系统相比，本实用新型提供的车载储能系统将超级电容箱通过双向dc/dc充电机直接连接到高压直流回路，使其传统牵引网供电基础设施可完美契合，无需增加充电桩，减少投入。同时，增加gprs无线通讯单元，储能控制单元将核心储能部件以及系统运行状态通过gprs无线通讯单元上传至综合监控系统，实现远端智能化管理以及故障预判，使其在超级电容发生故障时，可实现电车降功率运行，系统设计简单，提高了传统车载储能系统设备管理智能化程度。