轨道车辆的辅助电源系统的制作方法

本实用新型总体涉及轨道车辆，尤其涉及一种轨道车辆上使用的辅助电源系统。

背景技术：

随着中国城镇化的快速发展、城市人口的直线上升，城际、城市轨道交通因其效率高、乘客的承载能力强且对环境影响小等因素而逐步成为城镇居民的重要交通工具。城际、城市轨道交通目前已经演变为采用电力驱动的轨道车辆，例如城际列车、地铁、城铁和轻轨等。典型的电力驱动的轨道车辆可以通过自身配备的受电弓(连接到接触网)或集电靴(连接到第三供电轨)从车辆外部获得电能。在轨道车辆内部一般配备有两类电源系统，其一为实现牵引和制动的牵引电源，其二为用于给诸如暖通系统(HVAC)等供电的辅助电源系统。这两个电源系统将从车辆外部获得的电能转换为车辆内部可用的形式，以便分别对牵引控制和暖通系统供电。

为了确保在轨道车辆的车厢内乘客的安全和舒适度，一般要求为HVAC供电的辅助电源系统是可靠的，且能连续供电并具有一定冗余保护能力。为了实现这一点，现有技术中提出了一种具有备份电源的辅助电源系统100，如图1所示。在图1中，轨道车辆内的负载Lx(x＝1～n)连接到一个供电总线BUS1上，例如该供电总线BUS1包括三根供电线(交流三相)。每个负载例如是一个车厢内安装的一个或几个风机、照明灯具或可连接其他电器设备的电器插座系统。在图1的例子中，一个辅助电源APS1(APS：Auxiliary Power Supply)连接到此供电总线BUS1上，用于为轨道车辆内的各个负载Lx供电。与此同时，另一个备用辅助电源APS2经一个开关组件SW0连接到该供电总线BUS1上。正常工作时，开关组件SW0断开，如图1所示，车厢内的各个负载Lx由APS1供电。当APS1出现故障时，开关组件SW0导通，使得APS2连接到供电总线上并开始为各个负载提供电能。图1所示的方案通过增加一个独立的备份电源来保证电源系统的可持续性。图1所示的方案还可以利用例如电容器等储能器件来实现主、备辅助电源之间的无缝切换。

图2示例性地示出了现有的另一种辅助电源系统200。如图2所示，供电总线BUS2上同样连接有负载Lx,x＝1～n。与图1不同的是，在图2中，容量相对小的三个辅助电源APSx,x＝1～3。这些辅助电源APSx彼此并联地连接到供电总线上，从而形成并联式的供电拓扑结构。在正常工作时，连接到供电总线BUS2上的各个APSx共同为各个负载Lx供电。每个APSx所承担的负载量由每个APSx的承载能力决定，也由各个APSx的供电控制策略决定。例如，如果APS₁出现故障，其他APSx(x＝2～3)依然可以为各个负载Lx,x＝1～n供电，整个系统得以保持继续运行，而不会中断，从而实现故障不间断运行。然而，因工作的APSx的数目减少到2个，整个系统的承载能力受到限制，部分负载不能得到满负荷运转所需电能。这种并联式的供电拓扑结构特别适用于若干节车厢编组的城市轨道车辆，因为每个车厢可以安装一个容量较小的辅助电源。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的新型辅助电源系统，其能够更加有效地为负载提供电能。本实用新型的另一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的新型辅助电源系统，其能够在某供电总线发生例如相间短路的严重故障后继续保持辅助电源系统的运行。本实用新型的又一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的新型辅助电源系统，其能够采用成本较低的辅助电源。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种用于轨道车辆的辅助电源系统，该系统包括：第一供电总线和第二供电总线，所述轨道车辆具有至少两个车厢，每个所述车厢中的负载分别连接到所述第一和第二供电总线上；至少两个辅助电源，每个辅助电源位于一个车厢内，且能够连接到所述第一和第二供电总线中至少之一上，使得每个供电总线上连接有至少一个辅助电源。优选地，所述负载为暖通空调系统、照明系统或可连接外部电器的电气插座。所述轨道车辆为城市轨道车辆，例如城铁、地铁、轻轨等。

在这种辅助电源系统中，各个辅助电源和各个车厢的负载可分别连接到两个供电总线上。每个车厢内的负载都可以分别从两个供电总线上得电。若任意一个供电总线发生故障，则连接到另一供电总线上的负载还可以从该另一个供电总线上得电，从而保障一个车厢内至少部分负载依然正常运行。

优选地，辅助电源中至少一个辅助电源能够选择性地连接到所述第一供电总线和第二供电总线中至少之一上。优选地，连接到所述至少一个辅助电源的两个开关组件，所述两个开关组件的另一端分别连接到所述第一供电总线和第二供电总线上。由于辅助电源可以选择性连接到两个供电总线中任一或者同时连接到两个供电总线，因而当其中一个供电总线故障时辅助电源可以切换到另一个供电总线上继续提供电能。这种方式可以使得故障后可运转的负载量有所增加。

更为优选地，所述轨道车辆包括至少一个车厢组，每个车厢组包括级联的三个车厢，所述三个车厢的负载分别连接到所述第一供电总线和第二供电总线上。尤为优选地，所述辅助电源系统包括三个辅助电源，且至少中间车厢内设置的辅助电源能够选择性连接到第一和第二供电总线中的任一。更为优选地，辅助电源系统还包括：第一开关组件，连接在所述中间车厢内设置的辅助电源和第一供电总线之间；第二开关组件，连接在所述中间车厢内设置的辅助电源和第二供电总线之间。

以三节车厢为一个编组来设置供电总线和辅助电源，可以最为有效地利用辅助电源。正常工作时，三个辅助电源共同负担各个车厢的负载。当一根供电总线故障时，另一根供电总线上可以有两个辅助电源来共同负担负载。这样，基本上故障后还能有正常工作时2/3的辅助电源供电。

更为优选地，每个所述车厢的同类负载可以部分连接到第一供电总线上，另一部分连接到第二供电总线上。这样，即使一个供电总线发生故障，车厢内至少有部分负载可以工作，这在一定程度上能够保持例如HVAC系统、照明系统等部分运行。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对切换装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1示出了现有轨道车辆中辅助电源系统的一种典型拓扑结构。

图2示出了现有轨道车辆中辅助电源系统的另一种拓扑结构。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的辅助电源系统的拓扑结构。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图3示出根据本实用新型一个实施例的用于轨道车辆的辅助电源系统300的结构。在图3的例子中，轨道车辆例如具有3节车厢C1、C2和C3。在实际应用中，轨道车辆可以具有至少两节车厢，例如地铁、城铁或轻轨中常见的6节编组或8节编组。优选地，轨道车辆具有多个车厢组，每个车厢组具有如图3的例子中所示的三节级联的车厢。

图3中的辅助电源系统300包括：两个供电总线，即第一供电总线BUS3和第二供电总线BUS4，以及连接到供电总线上的辅助电源APSx，x＝1～3。每节车厢内的负载可以分别连接到两个供电总线上。在图3的例子中，位于车厢C1中的辅助电源APS1连接到第一供电总线BUS3上，位于车厢C3中的辅助电源APS3连接到第二供电总线BUS4上。可选地，位于车厢C2中的辅助电源APS2可以连接到两个供电总线中的任一一个上。这样，一个供电总线上有2个APS，另一个供电总线上有一个APS，从而每个供电总线上均有APS供电。这样，即使一根供电总线发生例如相间短路故障，另一根供电总线上的APS还能维持部分部分负载正常运行。

优选地，位于车厢C2中的辅助电源APS2可经由开关组件SW1和SW2选择性地连接到第一和第二供电总线BUS3和BUS4中至少之一上。正常工作时，开关组件SW1和SW2闭合，APS2为两个供电总线BUS3和BUS4同时供电。这样，每个供电总线上至少有多于一个辅助电源供电。当两个供电总线中之一(例如BUS3)发生例如相间短路的总线故障时，APS2可以断开与故障总线的开关组件(例如SW1断开)，而保持与另一个供电总线(BUS4)的连接(例如SW2闭合)并继续供电，如图3所示。由此，在图3的例子中，当一个供电总线发生故障时，另一个供电总线上还可以有2个辅助电源供电。这样就提高了在一根总线故障时所能维持的负载负荷。

在图3的例子中，轨道车辆中每节车厢内的负载Lmn(m＝1～3表示车厢,n表示车厢内的负载)可以分别连接到该供电总线BUS3和供电总线BUS4上。例如，车厢C1内的负载L11和L12连接到BUS3，而负载L13和L14连接到供电总线BUS4。这样，即使一根供电总线(例如BUS3)发生故障，每个车厢内的部分负载(L13和L14)还可以因连接到另一个正常工作的供电总线(BUS4)而得以继续运转。

更为优选地，每个车厢内的同类负载可以部分连接到第一供电总线BUS3，另一部分连接到第二供电总线上。例如，以第一车厢C1为例，负载L12和负载L14可以均为HVAC类负载，例如HVAC中的风机。负载L12例如可以是车厢左侧风机，L14例如可以是车厢右侧风机。这样，如果供电总线BUS3发生故障而切断供电，则连接到BUS3上的负载L12停止工作，但此时连接到供电总线BUS4上的负载L14还能工作，从而在一定程度上保持车厢内HVAC系统部分运行，为乘客提供舒适环境。

在图3的例子中，APS2可通过开关组件选择性地连接到两个供电总线BUS3和BUS4中至少之一上。如果需要，APS1和APS3中任一也可以配置成与APS2相同的结构。也就是说，三个APSx，x＝1～3中每一个都可以选择性地连接到两个供电总线中的任一一个。这样，在两个供电总线都正常工作时，三个APS共同为连接到两个供电总线上的负载供电。三个APS均担这些负载，也可以依据各自APS的容量和控制策略有差别地分担这些负载。当一个供电总线(例如BUS3)故障时，三个APS可以同时断开与BUS3的连接，而保持与BUS4的连接。这样，依然是三个APS来负担连接到BUS4的负载，从而带动负载能力更强。

可选地，每个车厢内可以配置有两个或两个以上的APS。每个APS可以选择性地连接到一个或两个供电总线上。由于使用至少两个APS为一个车厢的负载供电，每个APS可以选用容量较低且成本较低的APS。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。