[實用新型]一種用于超級電容儲能式有軌電車的地面成套充電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420589442.X
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN204145012U
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鐵軍;賀文;翁星方;袁超;陳雪;胡平;鄒檔兵;張祥;張玉平;唐亞軍;胡秋平
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲時代裝備技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及超級電容儲能式有軌電車的充電設(shè)備，具體涉及一種用于超級電容儲能式有軌電車的地面成套充電裝置。

背景技術(shù)

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市規(guī)模迅速擴(kuò)張，城市交通擁堵成為制約城市發(fā)展的突出問題。軌道交通由于具備能耗低、污染小、時刻準(zhǔn)、速度快等諸多特點，已成為解決城市交通擁擠最有效的方式。與傳統(tǒng)有軌電車相比，采用超級電容作為儲能元件的超級電容儲能式有軌電車，能夠無接觸網(wǎng)運行，利用超級電容功率密度高、充放時間短（不超過30s）、壽命長（100萬次或10年）的特點，將電能快速存貯在大功率儲能元件中，作為車輛正常牽引的動力源；車輛制動時，超級電容可作為能量回收的裝置，能量利用率極高，是一種用于城軌車輛的創(chuàng)新供電方式。但是，由于超級電容能量密度遠(yuǎn)低于蓄電池，一次充電所能儲存的能量有限，車輛運行距離短，一般為2km左右，因此需要在每個車站設(shè)置快速充電裝置，采用車輛到站充電的方式，為車輛提供電力。超級電容儲能式有軌電車采用車站停車充電，區(qū)間運行采用車載超級電容儲能牽引，在每個車站設(shè)置成套直流充電裝置，要求每次車輛進(jìn)站充電時間不大于30秒，充電過程中整車的連續(xù)充電電流為1500A～2400A，輸出電壓的變化范圍為DC400V～900V，另外還需匹配超級電容的充電曲線。

用于超級電容儲能式有軌電車的快速充電裝置一種直流充電裝置，輸入既可以是交流也可以是直流，目前用于超級電容儲能式有軌電車的快速充電裝置多采用高壓交流電網(wǎng)供電方案。如圖1所示，快速充電裝置包括整流變壓器、AC/DC變換電路和DC/DC變換電路，整流變壓器將從高壓交流電網(wǎng)輸入的交流電壓降壓至合適的電壓等級，然后經(jīng)過AC/DC變換電路獲得合適的直流電壓，最后經(jīng)過DC/DC變換電路輸出所需的充電電流或充電功率。

然而現(xiàn)階段，已有部分城市建成軌道交通系統(tǒng)，在軌道交通系統(tǒng)中已有1500V或750V直流牽引網(wǎng)。儲能式有軌電車作為城市軌道交通系統(tǒng)的補充，充電裝置若采用高壓交流電網(wǎng)供電方案，在建設(shè)上與城市軌道交通直流牽引網(wǎng)建設(shè)部分有所重復(fù)。重復(fù)建設(shè)部分一方面在功能上有重復(fù)、使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，另一方面也會增加建設(shè)成本、加大運營管理難度。基于上述考慮，在已有城市軌道交通系統(tǒng)的城市，建設(shè)儲能式有軌電車充電裝置時，完全可以利用現(xiàn)有的直流牽引網(wǎng)作為充電裝置的輸入，相比高壓交流電網(wǎng)供電，在滿足儲能式有軌電車充電要求的基礎(chǔ)上，可以使整個供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單、避免重復(fù)建設(shè)、降低成本、降低管理難度。因此，如何使用已有的城軌牽引網(wǎng)1500V或750V直流電作為充電裝置的輸入來滿足超級電容儲能式有軌電車到站后安全、快速、大功率、大電流充電的運行需求，已經(jīng)成為一項亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，提供一種能夠利用現(xiàn)有的1500V或750V直流城軌牽引網(wǎng)，滿足超級電容儲能式有軌電車安全、快速、大功率、大電流充電的運行需求，結(jié)構(gòu)更簡單、避免重復(fù)建設(shè)、實施成本低、管理難度小的用于超級電容儲能式有軌電車的地面成套充電裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種用于超級電容儲能式有軌電車的地面成套充電裝置，包括斷路器QF和至少兩個并聯(lián)連接的快速充電單元，所述快速充電單元包括依次相連的直流隔離開關(guān)單元、變流器單元和用于為超級電容儲能式有軌電車提供充電電源輸出的上網(wǎng)隔離開關(guān)單元，所述直流隔離開關(guān)單元的正極輸入端通過斷路器QF與城軌牽引網(wǎng)的正極母線相連，所述直流隔離開關(guān)單元的負(fù)極輸入端與城軌牽引網(wǎng)的負(fù)極母線相連。

優(yōu)選地，所述變流器單元為N相交錯并聯(lián)Buck變換器，其中N為大于或等于2的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述N相交錯并聯(lián)Buck變換器包括支撐電容Cd和N個IGBT串聯(lián)支路，所述N個IGBT串聯(lián)支路以及支撐電容Cd分別并聯(lián)連接布置于變流器單元的正極輸入端、負(fù)極輸入端之間，所述IGBT串聯(lián)支路由兩個IGBT開關(guān)器件串聯(lián)組成，所述變流器單元的正極輸出端分別與各個IGBT串聯(lián)支路中兩個IGBT開關(guān)器件之間的位置相連，所述變流器單元的負(fù)極輸入端和負(fù)極輸出端直接連通。

優(yōu)選地，所述N相交錯并聯(lián)Buck變換器的輸出端還連接有N個電感，所述電感與IGBT串聯(lián)支路一一對應(yīng)，任意所述電感串聯(lián)連接于對應(yīng)IGBT串聯(lián)支路中的兩個IGBT開關(guān)器件之間的位置、變流器單元的正極輸出端之間。