轨道车辆的供电系统的制作方法

本发明涉及轨道车辆供电技术领域，尤其涉及一种轨道车辆的供电系统。

背景技术：

目前，光伏作为一种清洁能源，逐步获得认可及推广。与其他能源相比，光伏技术具备很多优势：不需要火力发电、水力发电等所需的机械运转部件；除了日照外，不需其它任何燃料；太阳能是可再生无任何污染的等。

近年来，我国轨道交通技术发展迅速，且大多数轨道车辆(如高铁、云巴等)应用于户外，几乎没有或很少有遮挡，这样为利用太阳能光伏发电创造了很好的条件。

因此，如何将太阳能光伏发电和轨道交通建设结合起来，利用太阳能向轨道交通工程提供电能，不仅在节约能源方面意义重大，更对指导新建轨道交通工程具有重要参考意义。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种轨道车辆的供电系统，以缓解站台充电不足或轨道车辆用电需求量大的问题，且既环保又节约能源。

为达上述目的，本发明实施例提出了一种轨道车辆的供电系统，包括：动力电池，所述动力电池设置在轨道车辆上，所述动力电池与所述轨道车辆的供电端相连，用于给所述轨道车辆的整车用电系统供电；第一可控开关，所述第一可控开关串联连接在所述轨道车辆的取流器和所述轨道车辆的供电端之间；太阳能供电装置，所述太阳能供电装置设置在所述轨道车辆上；第二可控开关，所述第二可控开关串联连接在所述太阳能供电装置和所述轨道车辆的供电端之间；设置在充电站台的站台充电装置，所述站台充电装置的一端与市电网相连，所述站台充电装置的另一端用于在所述轨道车辆停靠在所述充电站台时，连接所述取流器；控制装置，所述控制装置用于控制所述第一可控开关和所述第二可控开关的闭合和关断，其中，当所述第一可控开关闭合时，通过所述站台充电装置给所述动力电池充电，当所述第二可控开关闭合时，通过所述太阳能供电装置给所述动力电池充电。

根据本发明实施例的轨道车辆的供电系统，当第一可控开关闭合时，可通过站台充电器给动力电池充电，当第二可控开关闭合，可通过设置在轨道车辆上的太阳能供电装置给动力电池充电。由此，通过太阳能供电装置能够帮助解决轨道车辆的一部分用电需求，缓解站台充电不足或轨道车辆用电需求量大的问题，且既环保又节约能源

另外，根据本发明上述实施例的轨道车辆的供电系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述太阳能供电装置包括：太阳能电池板；dc-dc变换器，所述dc-dc变换器的一端与所述太阳能电池板相连，所述dc-dc变换器的另一端通过所述第一可控开关与所述轨道车辆的供电端相连。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能电池板铺设在所述轨道车辆的顶部或者侧面。

根据本发明的一个实施例，所述站台充电装置包括：站台充电器，所述站台充电器的一端与市电网相连；充电槽，所述充电槽与所述站台充电器的另一端相连，所述充电槽用于在所述轨道车辆停靠在所述充电站台时，连接所述取流器。

根据本发明的一个实施例，当所述轨道车辆停靠在所述充电站台时，所述站台充电装置启动并开始自检，以确定所述站台充电装置是否存在故障，其中，所述控制装置具体用于在所述站台充电装置存在故障时，控制所述第二可控开关闭合，以通过所述太阳能供电装置给所述动力电池充电，以及在所述站台充电装置正常时，控制所述第一可控开关闭合，以通过所述站台充电装置给所述动力电池充电。

根据本发明的一个实施例，在所述站台充电装置给所述动力电池充电的过程中，所述控制装置还用于：在所述轨道车辆发出停止站台充电命令时，控制所述第一可控开关断开，并获取所述动力电池的当前荷电状态soc(stateofcharge，荷电状态)；如果所述soc小于预设值，则控制所述第二可控开关闭合，以通过所述太阳能供电装置给所述动力电池继续充电。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置还用于在所述动力电池出现故障时，控制所述第二可控开关闭合，以通过所述太阳能供电装置给所述轨道车辆的整车用电系统供电。

根据本发明的一个实施例，所述供电系统还包括：第三可控开关，所述第三可控开关串联连接在所述dc-dc变换器和所述轨道车辆的低压配电装置之间；其中，所述控制装置还与所述第三可控开关的控制端相连，用于控制所述第三可控开关的闭合和关断。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置还用于在所述轨道车辆的牵引电机出现故障时，控制所述第三可控开关闭合，以通过所述太阳能供电装置给所述轨道车辆的照明和低压用电系统供电。

根据本发明的一个实施例，所述供电系统还包括：太阳能充电装置，所述太阳能充电装置设置在所述充电站台；第四可控开关，所述第四可控开关串联连接在所述太阳能充电装置和所述充电槽之间；其中，所述控制装置还与所述第四可控开关的控制端相连，用于控制所述第四可控开关的闭合和关断。

根据本发明的一个实施例，所述第一可控开关与所述第二可控开关联动，以使所述第一可控开关与所述第二可控开关不同时闭合。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的轨道车辆的供电系统的方框示意图；

图2是根据本发明一个具体实施例的轨道车辆的供电系统的方框示意图；

图3是根据本发明一个具体实施例的轨道车辆的供电系统的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的太阳能电池板的设置位置示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的轨道车辆的供电系统的方框示意图；

图6是根据本发明一个实施例的轨道车辆的供电系统的工作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-6描述本发明实施例的轨道车辆的供电系统。

如图1所示，该轨道车辆的供电系统100包括：动力电池220、第一可控开关110、太阳能供电装置120、第二可控开关130、站台充电装置140和控制装置150。

参照图1，动力电池220设置在轨道车辆200上，动力电池220与轨道车辆200的供电端a相连，用于给轨道车辆200的整车用电系统供电。第一可控开关110串联连接在轨道车辆200的取流器210和轨道车辆200的供电端a之间。太阳能供电装置120设置在轨道车辆200上。第二可控开关130串联连接在太阳能供电装置120和轨道车辆200的供电端a之间。站台充电装置140设置在充电站台，站台充电装置140的一端与市电网300相连，站台充电装置140的另一端用于在轨道车辆200停靠在充电站台时，连接取流器210。控制装置150可分别与第一可控开关110的控制端和第二可控开关的130控制端相连，用于控制第一可控开关110和第二可控开关130的闭合和关断。其中，当第一可控开关110闭合时，通过站台充电装置140给动力电池220充电，当第二可控开关130闭合时，通过太阳能供电装置120给动力电池220充电

在该实施例中，太阳能供电装置120用于利用太阳能发电产生电能，并将电能转换为动力电池220充电所需的直流电。另外，为便于动力电池220充电，充电站台可设置在轨道车辆200可停靠的车站。

应当理解，为便于控制上述第一可控开关110、第二可控开关130和控制装置150可均设置在轨道车辆200上。

在本发明的一个实施例中，如图1-图3所示，太阳能供电装置120与站台充电装置140并联连接。当市电网正常用电时，可从10kv的市电网300取电，经降压变电站后输出为380v交流电，然后引入交流低压开关柜。开关柜将输入的380v交流电一部分引入轨道车辆200的车站，为车站照明、空调和信号等系统供电；另一部分分配给站台充电装置140，经站台充电装置140转换为640v直流电，当轨道车辆200停靠在充电站台，且控制装置150控制第一可控开关110闭合后，站台充电装置140为动力电池220充电。当轨道车辆200在轨道上行驶时，控制装置150可控制第二可控开关130闭合，以使太阳能供电装置120给动力电池220充电。

需要说明的是，供电系统100主要适用于行驶在户外、无遮挡的轨道车辆，如云巴等。其中，云巴一般采用独立高架路权，路面较高，没有高楼大厦的过分遮挡，日光照射比较充足。

由此，该轨道车辆的供电系统，通过太阳能供电装置能够帮助解决轨道车辆的一部分用电需求，缓解站台充电不足或轨道车辆用电需求量大的问题，且既环保又节约能源。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，站台充电装置140包括站台充电器141和充电槽142。

其中，站台充电器141的一端与市电网300相连，站台充电器141的另一端与充电槽142相连；充电槽142用于在轨道车辆200停靠在充电站台时，连接取流器210。在该实施例中，取流器210可为充电刀片，该充电刀片与充电槽142的连接可设置为插接。

在本发明的一个实施例中，当轨道车辆200停靠在充电站台时，站台充电装置140启动并开始自检，以确定站台充电装置140是否存在故障。在该实施例中，控制装置150具体用于在站台充电装置140存在故障时，控制第二可控开130关闭合，以通过太阳能供电装置120给动力电池220充电，由此，能够起到应急作用，保证了轨道车辆的正常运行。在站台充电装置140正常时，控制装置150可控制第一可控开关110闭合，以通过站台充电装置140给动力电池220充电。

其中，控制装置150与站台充电器141之间存在通信连接，如无线通信连接，由此，控制装置150可获取到站台充电装置140的自检结果。

具体地，轨道车辆220上的定位装置可实时检测轨道车辆200的位置信息，并将位置信息发送至整车控制器，整车控制器根据该位置信息判断轨道车辆是否停靠在充电站台，如连续预设次(可为3次)接收到的位置信息均与充电站台的位置相同，则判断停靠在充电站台。此时，取流器210可实现与站台充电装置140的连接，进而站台充电装置140启动并开始自检，以确定站台充电装置140是否存在故障。

如果站台充电装置140自检没问题，会生成站台充电装置140与轨道车辆200的“握手信息”，并将该“握手信息”发送至整车控制器，进而整车控制器可通过控制装置150控制第一可控开关110闭合，以通过站台充电装置140给动力电池220充电；如果整车控制器在预设时间，如2s内未接收到“握手信息”，则说明站台充电装置140存在故障，此时整车控制器通过控制装置150控制第二可控开关130闭合，以通过太阳能供电装置120给动力电池220充电。当然，太阳能供电装置120在给动力电池220充电的同时，还可为整车用电系统供电。

进一步地，在站台充电装置140给动力电池220充电的过程中，控制装置150还用于在轨道车辆200发出停止站台充电命令时，控制第一可控开关110断开，并获取动力电池220的当前荷电状态soc；如果soc小于预设值，则控制第二可控开关130闭合，以通过太阳能供电装置120给动力电池220继续充电。

其中，对应各个充电站台的预设值可以是相同的，如50％，也可以是不同的，当各充电站台对应的预设值不同时，该预设值可根据轨道车辆200的剩余目标行驶里程设定，例如，一即将完成当天行驶目标的轨道车辆200，在倒数第4个站台的预设值可为a1、在倒数第3个站台的预设值可为a2、在倒数第2个站台的预设值可以a3，其中，a1＞a2＞a3。可选地，a1、a2、a3可均能使轨道车辆200行驶至终点。

应当理解，出于客流量、线路上运行轨道车辆多少等的考虑，轨道车辆200在各个充电站台停靠的时间较短，由此很可能导致站台充电装置140对动力电池220充电不足。

具体地，在轨道车辆200停靠在充电站台，站台充电装置140给动力电池220充电的过程中，当轨道车辆200的停靠时间达到规定时间时，轨道车辆200会发出站台充电停止指令，此时控制装置150可控制第一可控开关110断开，以停止站台充电。同时，获取动力电池220当前的荷电状态soc，如果该soc小于预设值，则控制装置150可控制第二可控开关130闭合，以通过太阳能供电装置120继续给动力电池220充电，同时还可驱动牵引。

在该实施例中，控制装置150可与轨道车辆200的电池管理单元相连(如通过can(controlareanetwork，控制局域网)总线连接)，以获取动力电池220的工作参数(包括soc)、工作状态等。

应当理解，该电池管理单元，如bms(batterymanagementsystem)用于对动力电池220进行管理，包括检测动力电池220的状态、电能的分配等。其中，动力电池220故障可包括电量不足、bms故障等。

更进一步地，控制装置150还用于在动力电池220出现故障时，控制第二可控开关130闭合，以通过太阳能供电装置120给轨道车辆200的整车用电系统供电，由此，能够使轨道车辆200行驶更远的距离，在一定程度上保证轨道车辆200到达目的地。

在该示例中，参照图3，轨道车辆200的整车用电系统包括前牵引逆变器总成、后牵引逆变器总成、dc-dc变换器总成、空调总成、电池冷却总成，以及照明和低压用电系统，其中，照明和低压用电系统可由低压配电柜配电。

可选地，参照图3，可在第一可控开关110所在回路中串联一个熔断器fu1，以对该回路进行保护。

同理，可在第二可控开关130所在回路中串联一个熔断器fu2，以对该回路进行保护。

在本发明的一个实施例中，第一可控开关110和第二可控开关130联动，以使第一可控开关110与第二可控开关130不同时闭合。应当理解，在该实施例中，控制装置150可只与第一可控开关110、第二可控开关130中的一个的控制端相连。

可选地，第一可控开关110和第二可控开关130可均为接触器。

具体地，以控制装置150只与第二可控开关130的控制端相连为例。当轨道车辆200在轨道上行驶时，控制装置150控制第二可控开关130闭合，此时第一可控开关110断开，太阳能供电装置120给动力电池220充电。当轨道车辆200到达充电站台后，控制装置150控制第二可控开关130断开，此时第一可控开关110闭合，站台充电器141给动力电池220充电。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，太阳能供电装置120包括太阳能电池板121和dc-dc变换器122。

参照图3，dc-dc变换器122的一端与太阳能电池板121相连，dc-dc变换器122的另一端通过第一可控开关110与轨道车辆200的供电端a相连。其中，太阳能电池板121通过吸收太阳能产生电能，dc-dc变换器122将电能转换为动力电池220充电所需的直流电。

由于太阳能电池板121在受强日光照射时，产生的电压会很高，可能会导致电压不稳和线路高压损失，不能直接给动力电池220充电。因此，通过在太阳能电池板121和供电端a之间串接dc-dc变换器122，能够减少线路的高压损失，为轨道车辆200提供稳定的电压，以在第二可控开关130闭合后，为动力电池220充电，和/或，为轨道车辆200的整车动力系统供电。

在一个示例中，如图4所示，太阳能电池板121可铺设在轨道车辆200的顶部。例如，以平置的方式固定在轨道车辆200的顶部，由此可以保证太阳能电池板121以最大面积接受太阳光的照射，将太阳能转化为电能；同时，平置方式也尽可能减少了太阳能电池板121给轨道车辆200行驶带来的阻力。

可选地，太阳能电池板121也可铺设在轨道车辆200的侧面，可以铺设在一侧，也可以在两侧均铺设。太阳能电池板121还可以同时铺设在轨道车辆200的顶部和侧面，例如，顶部和左侧/右侧、顶部和两侧。

应当理解，相较侧面而言，太阳能电池板121铺设在轨道车辆200顶部，更方便安装使用，且发电效果也好。为便于太阳能电池板121的铺设，太阳能电池板121可采用柔性太阳能电池板。

需要说明的是，上述太阳能电池板121铺设在轨道车辆200的顶部和/或侧面时，可以是围绕整车铺设，例如，整车顶部；也可以选择性的铺设，例如，当轨道车辆200包括多节车厢时，可选择一节车厢进行铺设。当然，太阳能电池板121在轨道车辆200上的设置方式、设置位置，并不限于此，例如，太阳能电池板121还可以铺设在一安装板上，该安装板可固定在轨道车辆200的顶部，并相对轨道车辆200可转动，该转动可通过控制装置150控制执行机构实现，这样，控制装置150可根据需要控制执行机构带动安装板转动，以使太阳能电池板121转动至正对太阳光，以增大太阳能电池板121的感光面积。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，供电系统100还包括第三可控开关160。第三可控开关160串联连接在dc-dc变换器122和轨道车辆200的低压配电装置230之间。在该实施例中，控制装置150还与第三可控开关160的控制端相连，用于控制第三可控开关160的闭合和关断。

其中，第三可控开关160可采用接触器。

具体地，参照图3，低压配电装置230包括低压配电柜231和低压dc-dc变换器232。当控制装置150控制第三可控开关160闭合时，太阳能电池板121可通过dc-dc变换器142将电能传输至低压dc-dc变换器232，经dc-dc变换后将低压(如24v、110v等)直流电供给低压配电柜231，以给整车上的照明和低压用电系统提供电能。

可选地，参照图3，可在第三可控开关160所在回路中串联一个熔断器fu3，以对该回路进行保护。

在一个示例中，控制装置150还用于在轨道车辆200的牵引电机出现故障，即轨道车辆200无法行进时，控制第三可控开关160闭合，以通过太阳能供电装置120给轨道车辆200的照明和低压用电系统供电，由此，能够保持轨道车辆200的照明和低压用电系统正常工作，不致让乘客恐慌，以便等待救援的到来。在该示例中，控制装置150可与整车控制器通信，以获取牵引电机的工作状态，可选地，控制装置150可集成在整车控制器中。

需要说明的是，参照图3，轨道车辆200的整车用电系统与动力电池220之间可连接一接触器km3，该接触器km3由整车控制器控制，当牵引电机出现故障后，为减少轨道车辆200的整车用电系统中电气元件的损坏，在牵引电机恢复前，整车控制器不会吸合接触器km3，即动力电池220和太阳能供电装置120均不能通过供电端a给整车用电系统供电。此时，控制装置150可控制第三可控开关160闭合，以通过太阳能供电装置120给低压配电装置230供电。

当然，第三可控开关160也可人为控制，即车上工作人员可根据需要闭合第三可控开关160。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，供电系统100还包括太阳能充电装置170和第四可控开关180。太阳能充电装置170设置在充电站台，第四可控开关180串联连接在太阳能充电装置170和充电槽142之间。在该实施例中，控制装置150还与第四可控开关180的控制端相连，用于控制第四可控开关180的闭合和关断。

其中，第四可控开关180可采用接触器。

具体地，太阳能充电装置170同样可包括太阳能电池板和dc-dc变换器，且太阳能电池板设置在充电站台的顶面。当轨道车辆200停靠在站台充电装置140的充电槽142上，且站台充电器141、太阳能供电装置120出现故障时，控制装置150可控制第四可控开关180闭合，以通过太阳能充电装置170给动力电池220充电。需要说明的是，充电站台一般会设置有顶棚，太阳能充电装置170中的太阳能电池板即可设在该顶棚(即顶面)上。

另外，还需要说明的是，为保证太阳能供电装置120更好的供电，太阳能供电装置120中还可设置储能模块，用于对太阳能电池板121产生的电能进行存储。由此，可以在需要时，将储能模块存储的电能供给轨道车辆200。

同理，太阳能充电装置170中也可设置储能模块。可选地，太阳能充电装置170还可与轨道车辆的车站的用电系统建立连接，以通过为车站照明、空调和信号等系统供电。

下面结合图6，以图3所示的轨道车辆的供电系统为例，对轨道车辆的供电系统的工作原理进行说明：

如图3、图6所示，轨道车辆到站后，如果充电刀片与充电槽接触，站台充电器启动，图3中的接触器km1、km2闭合，站台充电器开始自检。如果自检有问题，则站台充电器将故障信息发送至控制装置，控制装置控制第二可控开关闭合，整车控制器控制牵引接触器km3和电池放电接触器km9闭合，太阳能供电装置供电驱动列车牵引，并同时给动力电池充电。

如果自检没问题，则判断轨道车辆与站台充电器之间的通信连接是否成功。如果成功，则将成功通信信息反馈至整车控制器，以便整车控制器接收bms发送的电池信息，包括电池电压、电量、允许充电状态及最大充电功率等。进一步地，当站台充电器通过整车控制器接收到bms发送的“允许充电”命令后，控制装置控制第一可控开关闭合，开始充电。如果在一定时间内，站台充电器未接收到“允许充电”命令，则判断bms故障，此时控制装置控制第二可控开关和km3闭合，太阳能供电装置驱动列车牵引。

在动力电池充电过程中，如果未充满电之前，bms接收到整车控制器发送的离站报文，bms则通过整车控制器发送“停止充电”命令至站台充电器。否则，bms会根据电池状态判断是否发送“停止充电”命令。当站台充电器接收到“停止充电”命令后，控制装置控制第一可控开关断开，停止站台充电。

在动力电池使用过程中，当动力电池的soc高于50％时，保持电池放电接触器km9和牵引接触器km3处于闭合状态，由动力电池供电驱动列车牵引。当动力电池的soc低于50％时，控制装置控制第二可控开关闭合，整车控制器控制牵引接触器km3闭合，由太阳能供电装置供电驱动列车牵引。如果整车牵引同时出现故障，或者，动力电池故障和整车牵引故障同时发生，则控制装置控制第三可控开关闭合，保证照明和低压用电系统正常工作，等待救援。

综上，根据本发明实施例的轨道车辆的供电系统，通过太阳能供电装置能够帮助解决轨道车辆的一部分用电需求，缓解站台充电不足或轨道车辆用电需求量大的问题，且既环保又节约能源。

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发明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。

此外，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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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；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发明中的具体含义。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。