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CN111572567B - 轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统 - Google Patents

轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于轨道交通供电和储能技术领域，涉及一种轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，包括钛酸锂电池组、电流、电压采集监测模块、BMS电池管理系统和双向DC/DC变流器；钛酸锂电池组储存电能，通过接触器对电能进行控制，通过正极、负极接触器进行充放电。钛酸锂电池组通过双向DC/DC变流器为高压直流母线提供电源。车辆在无网且直流母线有电的情况下、进行车辆无网自行走。电流、电压采集监测模块对电流、电压采样，将数据传给BMS电池管理系统。BMS电池管理系统监控钛酸锂电池组状态，使其处于健康工作状态，与双向DC/DC变流器通讯，对轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统进行诊断和调试。

Description

轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统
技术领域
本发明属于轨道交通供电技术以及储能技术的交叉领域，特别涉及一种轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统。
背景技术
轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统是将轨道交通供电技术与钛酸锂电池储能技术结合起来，形成独立的系统安装在地铁或动车组车辆底部，安装方式为车底吊装。地铁、动车等轨道交通以运量大、速度快、安全、环保和节约能源等特点，被认为是最绿色的交通方式。由于运量大，车辆的供电系统显的尤为重要。而无网自行走的列车行走模式，可为车辆提供新的供电模式，更为以后多种供电模式列车自行走提供可能。此外，当车辆受电失败，等待救援的过程中，钛酸锂电池组如果能够作为车辆自行走的动力电源，那么车辆正常供电失败后，就不需要单纯依靠救援来牵引到站，进而疏散乘客了。其中轨道交通车辆用应急牵引及辅助蓄电池一般为铅酸和镉镍电池，而这些电池存在寿命短、存在记忆效应等特点。所以，发明一种既安全可靠又环保的轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统显得非常迫切。
本发明经过国家标准试验验证，在各种情况下都不会发生爆炸和火灾，绝对安全可靠。
本发明可实现列车的无网自行走，并且使用寿命在10000次以上。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，将蓄电池与直流母线双向变流系统布置在轨道交通车辆底部，并将电能经过处理转换后，储存在钛酸锂材料的电池包中，系统且包含与轨道交通车辆的对接接口，可根据需要提供电能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，包括：钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7、负极接触器8、双向DC/DC变流器9、列车高压直流母线10、接地线11、列车网络模块12和BMS电池管理系统13；
所述钛酸锂电池组1的正极与隔离开关2的一极的一端连接，所述隔离开关2的一极的另一端分别与电压采集监测模块3的正极和正极熔断器4的一端连接，正极熔断器4的另一端与电流采集监测模块6的一端连接，电流采集监测模块6的另一端与正极接触器7的一端连接，正极接触器7的另一端与双向DC/DC变流器9的正极一端连接，双向DC/DC变流器9的正极另一端与列车高压直流母线10的一端连接；
所述钛酸锂电池组1的负极与隔离开关2的另一极的一端连接，所述隔离开关2的另一极的另一端分别与电压采集监测模块3的负极和负极熔断器5的一端连接，负极熔断器5的另一端与负极接触器8的一端连接，负极接触器8的另一端与双向DC/DC变流器9的负极一端连接，双向DC/DC变流器9的负极另一端与接地线11的一端连接；所述双向DC/DC变流器9还与列车网络模块12连接；
所述BMS电池管理系统13分别与钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7、负极接触器8和双向DC/DC变流器9连接；
所述钛酸锂电池组1用于储存电能，将储存的电能转化为列车无网自行走所需的动能；
所述隔离开关2用于手动切断钛酸锂电池组1对外输出连接；
所述电压采集监测模块3用于监控钛酸锂电池组1对外输出电压值，并将监控信息发送给BMS电池管理系统13；
所述正极熔断器4和负极熔断器5用于电路的过载和短路保护；
所述电流采集监测模块6用于将高低压进行隔离，对钛酸锂电池组1的充放电电流进行采样，并将采样信息发送给BMS电池管理系统13；
所述双向DC/DC变流器9与BMS电池管理系统13交互通讯，双向DC/DC变流器9用于将从列车网络模块12收集的数据转发给BMS电池管理系统13，并将从BMS电池管理系统13收集到的数据转发给列车网络模块12；
当车辆无网自行走时，双向DC/DC变流器9用于将钛酸锂电池组1的电能传递到列车高压直流母线10，传递过程中，双向DC/DC变流器9将钛酸锂电池组1的电压调整至适合工作的电压范围；
当钛酸锂电池组1需要充电时，双向DC/DC变流器9用于将直流母线的电能转化为钛酸锂电池组1充电的恒流源、恒压源，满足BMS电池管理系统13要求的或约定好的充电方式进行充电；
所述BMS电池管理系统13用于采集钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7和负极接触器8的数据，并进行控制、报警和保护等；
所述列车高压直流母线10作为蓄电池输出接口，列车高压多节贯穿线缆，仅为一种传递能量介质，可以以不同的形式或方法替代；
所述列车网络模块12用于与列车微机控制器通讯接口连接，与双向DC/DC变流器9进行信息交互。
在上述方案的基础上，所述钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7、负极接触器8和BMS电池管理系统13能够组成独立的钛酸锂蓄电池系统。
在上述技术方案的基础上，所述钛酸锂电池组1采用能量密度高、没有记忆效应、且低温性能和安全性能好的钛酸锂电池。
在上述技术方案的基础上，所述正极接触器7和负极接触器8采用大容量、宽范围供电、具有双向灭弧能力，且主触点不区分正负极的接触器。
在上述技术方案的基础上，所述BMS电池管理系统13采用轨道交通专用BMS。
在上述技术方案的基础上，在车辆无网自行走时，所述BMS电池管理系统13用于接收双向DC/DC变流器9的指令，控制正极接触器7和负极接触器8闭合，控制钛酸锂电池组1连接双向DC/DC变流器9一侧；
同时双向DC/DC变流器9用于将钛酸锂电池组1的电能投入到直流母线侧；牵引逆变器将直流母线侧电能转化为列车无网自行走的能量。
本发明的有益技术效果如下：
本发明所述技术方案可以实现地铁、动车等无网自行走，电池采用钛酸锂电池，并配置了电池管理系统(BMS)，BMS能实时监控轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统的状态；不仅增加了列车运行可靠性，还增强了车辆的对待紧急状况时的处理能力。本发明适用于多种轨道交通车俩，既安全，又可靠。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的系统结构示意图。
附图标记：
1-钛酸锂电池组、2-隔离开关、3-电压采集监测模块、4-正极熔断器、5-负极熔断器、6-电流采集监测模块、7-正极接触器、8-负极接触器、9-双向DC/DC变流器、10-列车高压直流母线、11-接地线、12-列车网络模块、13-BMS电池管理系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，包括：钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7、负极接触器8、双向DC/DC变流器9、列车高压直流母线10、接地线11、列车网络模块12和BMS电池管理系统13；
所述钛酸锂电池组1的正极与隔离开关2的一极的一端连接，所述隔离开关2的一极的另一端分别与电压采集监测模块3的正极和正极熔断器4的一端连接，正极熔断器4的另一端与电流采集监测模块6的一端连接，电流采集监测模块6的另一端与正极接触器7的一端连接，正极接触器7的另一端与双向DC/DC变流器9的正极一端连接，双向DC/DC变流器9的正极另一端与列车高压直流母线10的一端连接；
所述钛酸锂电池组1的负极与隔离开关2的另一极的一端连接，所述隔离开关2的另一极的另一端分别与电压采集监测模块3的负极和负极熔断器5的一端连接，负极熔断器5的另一端与负极接触器8的一端连接，负极接触器8的另一端与双向DC/DC变流器9的负极一端连接，双向DC/DC变流器9的负极另一端与接地线11的一端连接；所述双向DC/DC变流器9还与列车网络模块12连接；
所述钛酸锂电池组1用于储存电能，将储存的电能转化为列车无网自行走所需的动能；
所述隔离开关2用于手动切断钛酸锂电池组1对外输出连接；
所述电压采集监测模块3用于监控钛酸锂电池组1对外输出电压值，并将监控信息发送给BMS电池管理系统13；
所述正极熔断器4和负极熔断器5用于电路的过载和短路保护；
所述电流采集监测模块6用于将高低压进行隔离，对钛酸锂电池组1的充放电电流进行采样，并将采样信息发送给BMS电池管理系统13；
所述双向DC/DC变流器9与BMS电池管理系统13交互通讯，双向DC/DC变流器9用于将从列车网络模块12收集的数据转发给BMS电池管理系统13，并将从BMS电池管理系统13收集到的数据转发给列车网络模块12；
当车辆无网自行走时，双向DC/DC变流器9用于将钛酸锂电池组1的电能传递到列车高压直流母线10，传递过程中，双向DC/DC变流器9将钛酸锂电池组1的电压调整至适合工作的电压范围；
当钛酸锂电池组1需要充电时，双向DC/DC变流器9用于将直流母线的电能转化为钛酸锂电池组1充电的恒流源、恒压源，满足BMS电池管理系统13要求的或约定好的充电方式进行充电；
所述BMS电池管理系统13用于采集钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7和负极接触器8的数据，并进行控制、报警和保护等；
所述列车高压直流母线10作为蓄电池输出接口，列车高压多节贯穿线缆，仅为一种传递能量介质，可以以不同的形式或方法替代；
所述列车网络模块12用于与列车微机控制器通讯接口连接，与双向DC/DC变流器9进行信息交互。
在上述方案的基础上，所述钛酸锂电池组1、隔离开关2、电压采集监测模块3、正极熔断器4、负极熔断器5、电流采集监测模块6、正极接触器7、负极接触器8和BMS电池管理系统13能够组成独立的钛酸锂蓄电池系统。
在上述技术方案的基础上，所述钛酸锂电池组1采用能量密度高、没有记忆效应、且低温性能和安全性能好的钛酸锂电池。
在上述技术方案的基础上，所述正极接触器7和负极接触器8采用大容量、宽范围供电、具有双向灭弧能力，且主触点不区分正负极的接触器。
在上述技术方案的基础上，所述BMS电池管理系统13采用轨道交通专用BMS。
在上述技术方案的基础上，在车辆无网自行走时，所述BMS电池管理系统13用于接收双向DC/DC变流器9的指令，控制正极接触器7和负极接触器8闭合，控制钛酸锂电池组1连接双向DC/DC变流器9一侧；
同时双向DC/DC变流器9用于将钛酸锂电池组1的电能投入到直流母线侧；牵引逆变器将直流母线侧电能转化为列车无网自行走的能量。
本发明所述技术方案可以实现地铁、动车等无网自行走，电池采用钛酸锂电池，并配置了电池管理系统(BMS)，BMS能实时监控轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统的状态；不仅增加了列车运行可靠性，还增强了车辆的对待紧急状况时的处理能力。本发明适用于多种轨道交通车俩，既安全，又可靠。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，其特征在于，包括：钛酸锂电池组(1)、隔离开关(2)、电压采集监测模块(3)、正极熔断器(4)、负极熔断器(5)、电流采集监测模块(6)、正极接触器(7)、负极接触器(8)、双向DC/DC变流器(9)、列车高压直流母线(10)、接地线(11)、列车网络模块(12)和BMS电池管理系统(13)；
所述钛酸锂电池组(1)的正极与隔离开关(2)的一极的一端连接，所述隔离开关(2)的一极的另一端分别与电压采集监测模块(3)的正极和正极熔断器(4)的一端连接，正极熔断器(4)的另一端与电流采集监测模块(6)的一端连接，电流采集监测模块(6)的另一端与正极接触器(7)的一端连接，正极接触器(7)的另一端与双向DC/DC变流器(9)的正极一端连接，双向DC/DC变流器(9)的正极另一端与列车高压直流母线(10)的一端连接；
所述钛酸锂电池组(1)的负极与隔离开关(2)的另一极的一端连接，所述隔离开关(2)的另一极的另一端分别与电压采集监测模块(3)的负极和负极熔断器(5)的一端连接，负极熔断器(5)的另一端与负极接触器(8)的一端连接，负极接触器(8)的另一端与双向DC/DC变流器(9)的负极一端连接，双向DC/DC变流器(9)的负极另一端与接地线(11)的一端连接；所述双向DC/DC变流器(9)还与列车网络模块(12)连接；
所述BMS电池管理系统(13)分别与钛酸锂电池组(1)、隔离开关(2)、电压采集监测模块(3)、正极熔断器(4)、负极熔断器(5)、电流采集监测模块(6)、正极接触器(7)、负极接触器(8)和双向DC/DC变流器(9)连接；
所述钛酸锂电池组(1)用于储存电能，将储存的电能转化为列车无网自行走所需的动能；
所述隔离开关(2)用于手动切断钛酸锂电池组(1)对外输出连接；
所述电压采集监测模块(3)用于监控钛酸锂电池组(1)对外输出电压值，并将监控信息发送给BMS电池管理系统(13)；
所述正极熔断器(4)和负极熔断器(5)用于电路的过载和短路保护；
所述电流采集监测模块(6)用于将高低压进行隔离，对钛酸锂电池组(1)的充放电电流进行采样，并将采样信息发送给BMS电池管理系统(13)；
所述双向DC/DC变流器(9)与BMS电池管理系统(13)交互通讯，双向DC/DC变流器(9)用于将从列车网络模块(12)收集的数据转发给BMS电池管理系统(13)，并将从BMS电池管理系统(13)收集到的数据转发给列车网络模块(12)；
当车辆无网自行走时，双向DC/DC变流器(9)用于将钛酸锂电池组(1)的电能传递到列车高压直流母线(10)，传递过程中，双向DC/DC变流器(9)将钛酸锂电池组(1)的电压调整至适合工作的电压范围；
当钛酸锂电池组(1)需要充电时，双向DC/DC变流器(9)用于将直流母线的电能转化为钛酸锂电池组(1)充电的恒流源、恒压源，满足BMS电池管理系统(13)要求的或约定好的充电方式进行充电；
所述BMS电池管理系统(13)用于采集钛酸锂电池组(1)、隔离开关(2)、电压采集监测模块(3)、正极熔断器(4)、负极熔断器(5)、电流采集监测模块(6)、正极接触器(7)和负极接触器(8)的数据，并进行控制、报警和保护；
所述列车高压直流母线(10)作为蓄电池输出接口；
所述列车网络模块(12)用于与列车微机控制器通讯接口连接，与双向DC/DC变流器(9)进行信息交互。
2.如权利要求1所述的轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，其特征在于，所述钛酸锂电池组(1)、隔离开关(2)、电压采集监测模块(3)、正极熔断器(4)、负极熔断器(5)、电流采集监测模块(6)、正极接触器(7)、负极接触器(8)和BMS电池管理系统(13)能够组成独立的钛酸锂蓄电池系统。
3.如权利要求1所述的轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，其特征在于，所述钛酸锂电池组(1)采用能量密度高、没有记忆效应、且低温性能和安全性能好的钛酸锂电池。
4.如权利要求1所述的轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，其特征在于，所述正极接触器(7)和负极接触器(8)采用大容量、宽范围供电、具有双向灭弧能力，且主触点不区分正负极的接触器。
5.如权利要求1所述的轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，其特征在于，所述BMS电池管理系统(13)采用轨道交通专用BMS。
6.如权利要求1所述的轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流系统，其特征在于，在车辆无网自行走时，所述BMS电池管理系统(13)用于接收双向DC/DC变流器(9)的指令，控制正极接触器(7)和负极接触器(8)闭合，控制钛酸锂电池组(1)连接双向DC/DC变流器(9)一侧；
同时双向DC/DC变流器(9)用于将钛酸锂电池组(1)的电能投入到直流母线侧；牵引逆变器将直流母线侧电能转化为列车无网自行走的能量。
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