[發明專利]一種軌道交通用無網自走行儲能及高頻輔助變流系統

在審

• 申請號: 202010330697.4
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111532144A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 王宇;姚海英;馬澤宇;梁玨;孟學東;韓聳;馬彬睿
• 申請（專利權）人: 北京北交新能科技有限公司
• 主分類號: B60L50/60
• 分類號: B60L50/60;B60L58/10;H02J7/00;H02J9/06
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

1.一種軌道交通用無網自走行儲能及高頻輔助變流系統，其特征在于，包括：鈦酸鋰電池組一(1)、正極熔斷器(2)、電壓傳感器(3)、絕緣檢測模塊(4)、電流傳感器(5)、正極接觸器(6)、牽引供電輸出接口(7)、高頻輔助變流器(8)、DC1500V電源輸入接口(9)、負極熔斷器(10)、負極接觸器(11)、手動維修開關(12)、BMS電池管理系統(13)、通訊及控制接口(14)、預充接觸器(15)、預充電阻(16)、AC380V輸出接口(17)、DC110V非永久母線輸出接口(18)、單向DC/DC變流器(19)、DC110V永久母線輸出接口(20)和鈦酸鋰電池組二(21)；

所述鈦酸鋰電池組一(1)的正極與正極熔斷器(2)的一端連接；正極熔斷器(2)的另一端分別與電壓傳感器(3)的一端、絕緣檢測模塊(4)的正極監測接口和電流傳感器(5)的一端連接；電流傳感器(5)的另一端分別與正極接觸器(6)的一端和預充接觸器(15)的一端連接；預充接觸器(15)的另一端與預充電阻(16)的一端連接；正極接觸器(6)的另一端與預充電阻(16)的另一端連接后分別與牽引供電輸出接口(7)、高頻輔助變流器(8)一端的正極和單向DC/DC變流器(19)一端的正極連接；高頻輔助變流器(8)的另一端與DC1500V電源輸入接口(9)連接，高頻輔助變流器(8)還分別與AC380V輸出接口(17)和DC110V非永久母線輸出接口(18)連接，高頻輔助變流器(8)還分別與單向DC/DC變流器(19)和通訊及控制接口(14)連接后與BMS電池管理系統(13)連接；

所述鈦酸鋰電池組二(17)的負極與負極熔斷器(10)的一端連接；負極熔斷器(10)的另一端分別與負極接觸器(11)的一端、電壓傳感器(3)的另一端和絕緣檢測模塊(4)的負極監測接口連接；負極接觸器(11)的另一端分別與牽引供電輸出接口(7)、高頻輔助變流器(8)一端的負極和單向DC/DC變流器(19)一端的負極連接；所述單向DC/DC變流器(19)的另一端與DC110V永久母線輸出接口(20)連接，所述鈦酸鋰電池組一(1)的負極與鈦酸鋰電池組二(21)的正極之間通過手動維修開關(12)連接；所述BMS電池管理系統(13)還分別與電壓傳感器(3)、絕緣檢測模塊(4)、電流傳感器(5)、正極接觸器(6)、負極接觸器(11)、預充接觸器(15)和鈦酸鋰電池組二(21)連接；

所述鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)用于儲存電能，并將電能通過牽引供電輸出接口(7)對軌道交通車輛的牽引系統供電；將儲存的電能經高頻輔助變流器(8)的DC/AC逆變為AC380V電源為軌道交通車輛牽引風機及應急通風負載供電；

所述鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)還用于將儲存的電能經高頻輔助變流器(8)的DC/DC變換為DC110V電源為軌道交通車輛輔助負載供電；

所述鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)還用于將儲存的電能經單向DC/DC變流器(19)和DC110V永久母線輸出接口(20)為軌道交通車輛DC110V永久負載供電；

所述正極熔斷器(2)用于對無網自走行儲能及高頻輔助變流系統的回路進行過載和短路保護；

所述電壓傳感器(3)用于對鈦酸鋰電池組一(1)的正極電壓、鈦酸鋰電池組二(21)的負極電壓進行采樣、處理，然后將電壓信號傳給BMS電池管理系統(13)，BMS電池管理系統(13)用于將接收到的電壓信號進行分析監控，然后進行故障判斷和預警；

所述絕緣監測模塊(4)用于對鈦酸鋰電池組一(1)的正極、鈦酸鋰電池組二(21)的負極對地間的絕緣狀態進行監控，如果絕緣監測值不符合上電要求，BMS電池管理系統(13)則斷開正極接觸器(6)和負極接觸器(11)；

所述電流傳感器(5)用于對鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)的充放電電流進行采樣、處理，然后將電流信號傳給BMS電池管理系統(13)，BMS電池管理系統(13)用于對接收到的電流信號進行監控記錄，然后進行故障判斷及預警；

所述正極接觸器(6)和負極接觸器(11)用于對無網自走行儲能及高頻輔助變流系統進行上下電控制，BMS電池管理系統(13)用于控制正極接觸器(6)和負極接觸器(11)的閉合和斷開，從而實現無網自走行儲能及高頻輔助變流系統的上下電控制；

所述牽引供電輸出接口(7)用于與軌道交通車輛的牽引系統相連，從而使無網自走行儲能及高頻輔助變流系統儲存的電能通過牽引供電輸出接口(7)向軌道交通車輛的牽引系統供電；

所述高頻輔助變流器(8)采用高頻變換形式，包括直流模塊和逆變模塊，直流模塊和逆變模塊之間為中間直流模塊，直流模塊輸入側與DC1500V電源輸入接口(9)連接，用于將輸入電壓經諧振逆變器和高頻整流為DC700V電壓，給逆變模塊供電；逆變模塊經PWM調制、濾波后輸出穩定的三相AC380V電源通過AC380V輸出接口(17)為軌道交通車輛AC380V牽引風機及應急通風設備供電；

正極接觸器(6)直接接入高頻輔助變流器(8)的中間直流模塊，當軌道交通車輛網壓正常時，鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)饋電或需要充電時，所述BMS電池管理系統(13)通過通訊及控制接口(14)請求充電，高頻輔助變流器(8)將DC1500V電源作為輸入，輸出直流電源為鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)充電；當軌道交通車輛網壓正常時，所述高頻輔助變流器(8)還用于將DC1500V輸入電源經逆變整流后輸出AC380V電源和DC110V電源，向軌道交通車輛的AC380V負載和DC110V負載供電；當軌道交通車輛網壓不正常時，所述高頻輔助變流器(8)還用于將儲存在鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)中的電能通過逆變模塊為車輛AC380V負載供電；

所述DC1500V電源輸入接口(9)作為無網自走行儲能及高頻輔助變流系統與軌道交通車輛DC1500V直流母線的接口，當軌道交通車輛需要為鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)充電時，軌道交通車輛通過DC1500V電源輸入接口(9)向鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)充電；

所述負極熔斷器(10)用于對無網自走行儲能及高頻輔助變流系統的回路進行過載和短路保護；

所述手動維修開關(12)用于對無網自走行儲能及高頻輔助變流系統進行檢修時，有效斷開鈦酸鋰電池組一(1)與鈦酸鋰電池組二(21)之間的電路，保證檢修人員的安全；

所述BMS電池管理系統(13)用于監控鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)的狀態，保證鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)處于健康工作狀態，并根據鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)的狀態控制預充接觸器(15)、正極接觸器(6)和負極接觸器(11)的閉合和斷開，并對預充接觸器(15)、正極接觸器(6)、負極接觸器(11)、高頻輔助變流器(8)以及單向DC/DC變流器(19)的狀態進行監控；用于通過通訊及控制接口(14)與軌道交通車輛TCMS進行通訊，實時上報無網自走行儲能及高頻輔助變流系統狀態，并按照充電策略給鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)充電；用于通過通訊及控制接口(14)對無網自走行儲能及高頻輔助變流系統進行監控和診斷；用于接收電流傳感器(5)發送的電流信號和電壓傳感器(3)發送的電壓信號，對電流、電壓信號進行分析處理，判斷是否按照BMS電池管理系統(13)請求的電流和電壓進行充放電，如果電流和電壓數據超過了BMS電池管理系統(13)請求的保護限值，BMS電池管理系統(13)會進行保護，要求降流或降壓，甚至切斷正極接觸器(6)和負極接觸器(11)；

所述通訊及控制接口(14)用于與軌道交通車輛TCMS的通訊接口相連，進行數據傳輸和控制；

所述預充接觸器(15)和預充電阻(16)用于為高頻輔助變流器(8)直流側的濾波電容進行預充電；

所述AC380V輸出接口(17)用于為軌道交通車輛AC380V負載供電；

所述DC110V非永久母線輸出接口(18)用于為軌道交通車輛DC110V負載供電；

所述單向DC/DC變流器(19)用于將儲存在鈦酸鋰電池組一(1)和鈦酸鋰電池組二(21)中的電能變換為DC110V電源，為軌道交通車輛永久負載供電；

所述DC110V永久母線輸出接口(20)為無網自走行儲能及高頻輔助變流系統與軌道交通車輛DC110V永久母線的接口。