轨道车辆及其备用供电系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种轨道车辆及其备用供电系统，其中所述轨道车辆具有至少两个车厢，每个车厢设置有由车外供电系统(P1、P2)供电的牵引逆变器(T1、T2)。所述备用供电系统包括：置于每个车厢内的一个备用电池组(B1、B2)，且相邻车厢的所述备用电池组(B1、B2)能够配置成彼此串联；第一开关组(K11、K12、K21、K22)，其设置在每个车厢内的所述牵引逆变器(T1、T2)和所述备用电池组(B1、B2)之间，且配置成当车外供电系统(P1、P2)不能正常工作时，所述第一开关组(K11、K12、K21、K22)导通，以使得所述牵引逆变器(T1、T2)由彼此串联的至少两个备用电池组(B1、B2)供电。

【技术实现步骤摘要】

本技术总体涉及轨道车辆，尤其涉及一种轨道车辆上使用的列车通信系统。
技术介绍
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。在正常运行时，轨道车辆主要通过受电弓或集电靴从外部电源得到供电。然而，在紧急情况下，例如，当轨道车辆驶入无供电区域(例如复杂的交叉路口)或者高压电源因故障中断时，轨道车辆会因掉电而无法运行。这时，列车只能停下等待拖车牵引，这将对整个轨道系统造成不良的影响，导致乘客滞留以及轨道占用。为此，现有的轨道车辆上都配有备用供电系统。当某个区段出现无电或车外供电电源故障时，列车可以由备用电源系统驱动，并可自行行进到最近的站点进行维护，这将大大降低外部电源故障对整个轨道系统和乘客的影响。特别考虑到城镇轨道交通的高负荷承载，备用电源系统对于地铁、城铁、轻轨或有轨电车等城市内轨道交通车辆则尤为重要。图1示出了一种现有的轨道车辆中使用的备用电源系统。轨道车辆都具有至少一节带有受电弓P1或集电靴P2的车厢，例如动车车厢Mp。图1示意性地示出了一节动车车厢Mp内的供电系统。如图1所示，动车车厢Mp通过受电弓P1或集电靴P2连接到外部的高压直流电源(车外供电系统)。经过开关K0，外部高压输入P进入到动车车厢Mp。Mp车厢内的牵引逆变器T1经一个高压断路器CB1连接到外部高压输入P。在图1中，动车车厢Mp还配备有一个备用电池组B1，其正负输出端分别经由开关K11和K12连接到牵引逆变器T1的正负两极。开关K11和K12用于切换备用电源。在图1的例子中，当外部高压电源(车外供电系统)正常工作时，K1和CB1导通，连接到备用电池组B1的两个开关K11和K12断开。这时，牵引逆变器T1从外部高压输入P处得电，以驱动牵引电机。同时，辅助逆变器A1也连接到外部高压输入P，以便为例如暖通空调系统(HVAC)等车上设备供电。当外部高压电源故障时，牵引逆变器T1因电力不足而停止工作，牵引逆变器T1内的滤波电容经其内的电阻放电。待到T1内滤波电容的电压值降低到一个可以和备用电池组B1的电池电压相当时，开关K0断开。开关K0完全断开后，连接到备用电池组B1的开关K11和K12导通，从而由备用电池组B1替换外部高压电源给牵引逆变器T1供电。图1中虽然没有示出，但是备用电池组B1也可以给辅助逆变器供电。图1所示的备用电源方案简便易行，现有市售的备用电池组即可用于这种紧急情况下的备用供电，而且无需增加备用电池组的容量。然而，图1所示的方案中，为了避免高压电对备用电池组的不良影响，通常需要等到开关K0完全切断之后再闭合开关K11和K12，这就存在一定的延时时间。同样为了保护备用电池，在开关K11和K12导通前，牵引逆变器T1需要停止并使得其上的滤波电容器上的电容电压降低到与备用电池组B1的电池电压相当。再者，启动备用供电系统后，由于备用电池组B1只能提供较低的电源电压，牵引电机只能低速运转，从而无法提供足够的输出扭矩。若此时，列车处于爬坡线路，则列车将无法运行。
技术实现思路
本技术的一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的备用供电系统，其能够以较小的延迟时间完成主备电源转换。本技术的另一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的备用供电系统，其能够使得牵引电机保持在合理的转速上运转。本技术的又一个目的在于提供一种轨道车辆中使用的备用供电系统，其能够降低牵引电机运转时的初始大电流对备用电池组的冲击。根据本技术的一个方面，本技术提出了一种用于轨道车辆中的牵引逆变器的备用供电系统，其中所述轨道车辆具有至少两个动车车厢，每个动车车厢设置有由车外供电系统供电的牵引逆变器，其特征在于，所述备用供电系统包括：置于每个动车车厢内的一个备用电池组，且相邻车厢的所述备用电池组能够配置成彼此串联；第一开关组，其设置在每个车厢内的所述牵引逆变器和该车厢内的所述备用电池组之间，且配置成当车外供电系统不能正常工作时，所述第一开关组导通，以使得所述牵引逆变器由彼此串联的至少两个备用电池组供电。这样，即使使用市售的普通备用电池组也可以为牵引逆变器提供一个具有较高输出电压值的备用供电电源。这进一步可以避免因牵引逆变器释放能量而导致牵引电机停转，从而降低了不必要的能量消耗，而且还可在一定程度上降低牵引电机停止和重启的可能性。优选地，所述备用供电系统还包括在每两个相邻车厢内的备用电池组之间的连接通路上设置有一个第一关联开关，所述第一关联开关导通则所述相邻车厢内的备用电池组配置成彼此串联。采用关联开关可以在启动备用供电系统时才构造串联的备用电池组，而在正常运行时保持两个备用电池组彼此隔离，互不影响。优选地，备用供电系统还可包括：置于每个动车车厢内的一个超级电容，且相邻车厢的所述超级电容能够配置成彼此串联；第二开关组，其设置在每个动车车厢内的所述牵引逆变器和该动车车厢内的所述超级电容之间的连接通路上，且配置成当车外供电系统不能正常工作时，所述第二开关组导通，以使得所述牵引逆变器由彼此串联的至少两个超级电容供电。这样，由于超级电容可以额耐受瞬间大电流，即使牵引电机出现停转和重新启动的情况，由此引起的瞬间大电流也不会影响电池的寿命。优选地，当车外供电系统不能正常工作时，所述第二开关组先于所述第一开关组导通。考虑到超级电容对于瞬间大电流的耐受力，在牵引电机可能停转并重新启动的情况下优先考虑设计成超级电容的串联支路先导通，然后备用电池组的串联支路再导通。这样，可以很好地避免备用电池组受到启动期间大电流的冲击，从而可以延长备用电池组的使用寿命。优选地，备用供电系统还包括在每两个相邻动车车厢内的超级电容之间的连接通路上设置有一个第二关联开关，所述第二关联开关导通则所述相邻动车车厢内的超级电容配置成彼此串联。采用关联开关可以在启动备用供电系统时才构造串联的超级电容，而在正常运行时保持两个超级电容彼此隔离，互不影响。优选地，备用供电系统还可包括一个二极管，其阴极连接到牵引逆变器的正极，其阳极连接到备用供电系统的阳极。由于增加了抑制反向电流的二极管，因而备用供电系统内的各个开关可以在连接外部供电电源的开关切断之前导通。这降低了备用供电系统切换时间。而且，牵引逆变器在第一或第二开关组导通前无需完全停止，由此可以在切换期间维持牵引电机继续工作。这进一步避免了不必要的能耗，还可在一定程度上避免牵引电机启动时的大电流。根据本技术的一个方面，本技术还提出一种轨道车辆，其车厢设置有牵引逆变器，且具有如上所述的备用供电系统。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技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。图1示出了现有轨道车辆中备用供电系统的示意图。图2示出了根据本技术一个实施例的备用供电系统的示意图。图3示出了根据本技术又一个实施例的备用供电系统的示意图。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轨道车辆中的备用供电系统，其中所述轨道车辆具有至少两个车厢，每个车厢设置有由车外供电系统(P1、P2)供电的牵引逆变器(T1、T2)，其特征在于，所述备用供电系统包括：置于每个所述车厢内的一个备用电池组(B1、B2)，且相邻车厢的所述备用电池组(B1、B2)能够配置成彼此串联；第一开关组(K11、K12、K21、K22)，其设置在每个所述车厢内的所述牵引逆变器(T1、T2)和所述备用电池组(B1、B2)之间，且配置成当车外供电系统(P1、P2)不能正常工作时，所述第一开关组(K11、K12、K21、K22)导通，以使得所述牵引逆变器(T1、T2)由彼此串联的至少两个备用电池组(B1、B2)供电。

【技术特征摘要】
1.一种用于轨道车辆中的备用供电系统，其中所述轨道车辆具有至少两个车厢，每个车厢设置有由车外供电系统(P1、P2)供电的牵引逆变器(T1、T2)，其特征在于，所述备用供电系统包括：置于每个所述车厢内的一个备用电池组(B1、B2)，且相邻车厢的所述备用电池组(B1、B2)能够配置成彼此串联；第一开关组(K11、K12、K21、K22)，其设置在每个所述车厢内的所述牵引逆变器(T1、T2)和所述备用电池组(B1、B2)之间，且配置成当车外供电系统(P1、P2)不能正常工作时，所述第一开关组(K11、K12、K21、K22)导通，以使得所述牵引逆变器(T1、T2)由彼此串联的至少两个备用电池组(B1、B2)供电。2.如权利要求1所述的备用供电系统，其特征在于，还包括在每两个相邻车厢内的备用电池组(B1、B2)之间的连接通路上设置有一个第一关联开关(K7)，所述第一关联开关(K8)导通则所述相邻车厢内的备用电池组(B1、B2)配置成彼此串联。3.如权利要求1所述的备用供电系统，其特征在于，还包括：置于每个所述车厢内的一个超级电容(S1、S2)，所述超级电容与该车厢内的所述备用电池组(B1、B2)并联。4.如权利要求1所述的备用供电系统，其特征在于，还包括：置于每个所述车厢内的一个超级电容(S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵研峰，姚吉隆，石磊，
申请(专利权)人：西门子中国有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11