[發明專利]一種車載供電裝置

有效

• 申請號: 201811003231.2
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN110875626B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 袁文燁;張路軍;劉勇;陳新濺;劉翔;胡玲軍;肖健;喬顯華
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02M3/158
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;胡君

本發明公開一種車載供電裝置，包括依次連接的三電平雙向變換器、儲能控制系統以及儲能系統，三電平雙向變換器的一端連接列車直流母線，另一端通過儲能控制系統連接儲能系統，列車直流母線的電能經過三電平雙向變換器進行降壓斬波后提供給儲能系統充電，或儲能系統的電能經過所述三電平雙向變換器進行升壓斬波后釋放到列車直流母線中，通過所述儲能控制電路控制所述儲能系統的充放電。本發明能夠實現列車直流母線與儲能系統之間的雙向能量傳輸，且具有結構簡單、體積重量小以及低噪音的優點。

技術領域

本發明涉及列車供電技術領域，尤其涉及一種車載供電裝置。

背景技術

以低地板有軌電車為代表的新型城市軌道交通系統中，通常是采用分區間供電的方式，即有網供電和無網供電的并存方式，列車運行在有接觸網供電區間，列車牽引時所需電能由接觸網供電，同時通過車載雙向DC-DC變換器降壓斬波給車載儲能系統充電；列車運行在無接觸網供電區間，列車牽引時所需電能由車載儲能系統通過雙向DC-DC變換器升壓斬波提供，即列車在有網供電和無網供電兩種線路自由運行時，車載雙向DC-DC變換器即是其中的關鍵設備，需要DC-DC變換器實現雙向能量傳輸功能。

針對雙向DC/DC變換器，目前主要采用以下兩種類型結構：第一種類型是采用將兩臺單向DC/DC變換器反并聯連接構成的結構，使得兩臺DC/DC變換器不同時工作，以此實現能量的雙向傳輸，但采用該類方式時，一臺DC/DC變換器工作時，另一臺DC/DC變換器被閑置，資源利用率低，所需的儲能系統的空間體積大，因而系統成本較高，且能量流動方向的切換控制非常復雜；第二種類型是使用一個變換器的結構，結合控制能量雙向流動的控制方法來實現兩個變換器的功能，該類型雙向DC/DC變換器，可以減小系統體積和成本，提高功率密度，且可更快速方便地實現能量流動方向的切換。

傳統的如雙向Buck/Boost電路、雙向Buck-Boost電路、雙向Cuk電路、雙向Sepic/Zeta電路等即是如上述使用一個變換器的結構實現雙向DC/DC變換功能，但是上述雙向DC/DC變換器中開關管所需承受的電壓應力較大，如Buck-Boost電路中開關管需要承受2U₁(U₁為輸入電壓)的電壓應力，其它三種升降壓斬波電路拓撲中開關管則需要承受U₁+U₂(U₂為輸出電壓)的電壓應力，電路中需采用較高電壓等級的開關管，同時當使用較高電壓等級的開關管時，因受開關管開關損耗的制約，無法有效提升開關管的開關頻率，故需要配合使用較大體積、重量的電抗器，使得電路的整體體積、重量大且有較大的噪聲產生。因此如何使車載雙向DC-DC變換器實現輕量化、小型化以及低噪音是當前亟待解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種能夠實現能量的雙向傳輸，且結構簡單、體積重量小以及低噪音的車載供電裝置。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種車載供電裝置，包括依次連接的三電平雙向變換器、儲能控制系統以及儲能系統，所述三電平雙向變換器的一端連接列車直流母線，另一端通過所述儲能控制系統連接所述儲能系統，列車直流母線的電能經過所述三電平雙向變換器進行降壓斬波后提供給所述儲能系統充電，或所述儲能系統的電能經過所述三電平雙向變換器進行升壓斬波后釋放到列車直流母線中，通過所述儲能控制電路控制所述儲能系統的充放電。

作為本發明的進一步改進：所述三電平雙向變換器包括第一濾波電容、第二濾波電容、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管以及斬波電抗器，每個開關管反并聯連接有二極管，所述第一濾波電容的一端通過所述第一開關管與所述第三開關管連接，所述第一濾波電容的另一端連接所述第二濾波電容的一端，所述第二濾波電容的另一端通過所述第二開關管與所述第四開關管連接，所述第三開關管與所述第四開關管連接，所述第三開關管與所述第四開關管之間的連接點與所述第一濾波電容、第二濾波電容之間的連接點連接，所述斬波電抗器分別與所述第一開關管、第三開關管連接。