一種無軌電車供電系統(tǒng)及其供電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無軌電車供電系統(tǒng)及其供電控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無軌電車作為一種傳統(tǒng)車輛，曾經(jīng)在城市公共交通領(lǐng)域發(fā)揮過一定作用，但由于其本身缺陷，伴隨著技術(shù)發(fā)展，無軌電車逐漸被燃油動力的公共交通車輛所取代。
[0003]隨著環(huán)境污染和能源問題不斷加劇，無軌電車又重新回到人們的視野中，無軌電車以其“零排放”的優(yōu)點，可滿足大氣污染治理的需求，且符合新能源汽車的發(fā)展方向，日益受到了人們的關(guān)注。
[0004]申請?zhí)枮?01410319626的中國專利申請公開了一種無軌電車以及其隔離式供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)在工作時，根據(jù)整車需求功率的大小，對應(yīng)控制隔離式DC/DC和動力電池來滿足車輛的有效運行。但是由于無軌電車的供電線網(wǎng)為直流電，其是通過三相交流電升壓整流得到的高壓直流電，而且由于供電饋線較長以及負載的不確定性，易導致線網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定和系統(tǒng)負載工作的異常，而這種異常進一步影響到線網(wǎng)的供電質(zhì)量。在線網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的前提下，根據(jù)整車需求功率的大小就無法控制電車的有效運行，線網(wǎng)電壓波動較為嚴重時，可能會造成無軌電車供電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備損壞的后果，不但無法保證電車的安全運行，而且可能會對乘客和司機造成人身傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種無軌電車供電系統(tǒng)，用以解決在線網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的前提下，無法控制電車的有效運行的問題。本發(fā)明同時提供該無軌電車供電系統(tǒng)的供電控制方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種無軌電車供電系統(tǒng)，包括:隔離DC/DC、超級電容、雙向DC/DC和動力電池，所述隔離DC/DC的輸入端通過集電桿與直流供電線網(wǎng)連接，所述隔離DC/DC通過所述超級電容連接無軌電車的動力系統(tǒng)；所述動力電池通過所述雙向DC/DC連接到所述隔離DC/DC的輸入端。
[0007]所述雙向DC/DC包括一個開關(guān)管支路，所述開關(guān)管支路由兩個串聯(lián)的開關(guān)管模塊組成；所述開關(guān)管支路連接在所述雙向DC/DC的輸入端之間，其中一個開關(guān)管模塊與一條動力線路并聯(lián)，該動力線路上串設(shè)有一個電感和所述動力電池。
[0008]所述集電桿與隔離DC/DC的輸入端之間的線路上串接有一個二極管和第一預充電模塊，所述第一預充電模塊由第一預充電支路和第一主接線支路并聯(lián)組成，所述第一預充電支路上串設(shè)有第一預充電開關(guān)和第一分壓電阻，所述第一主接線支路上串設(shè)有第一主開關(guān)。
[0009]所述動力線路上還串設(shè)有第二預充電模塊，所述第二預充電模塊由第二預充電支路和第二主接線支路并聯(lián)組成，所述第二預充電支路上串設(shè)有第二預充電開關(guān)和第二分壓電阻，所述第二主接線支路上串設(shè)有第二主開關(guān)。
[0010]所述雙向DC/DC還包括第一電容支路和第二電容支路，所述第一電容支路上串接有第一電容，第二電容支路上串接有第二電容，所述動力電池與所述第二預充電模塊的串聯(lián)線路與所述第一電容支路并聯(lián)，所述第二電容支路連接在所述雙向DC/DC的輸入端之間。
[0011]—種專用于上述無軌電車供電系統(tǒng)的無軌電車供電系統(tǒng)的供電控制方法，包括以下步驟:
[0012](1)實時采集直流線網(wǎng)的實際電壓值際；
[0013](2)當％際滿足％<V2時，線網(wǎng)通過隔離DC/DC為電車提供電能；
[0014]當％際滿足:V3<V4時，線網(wǎng)通過隔離DC/DC為電車提供電能，同時線網(wǎng)通過雙向DC/DC為動力電池充電；
[0015]當％際滿足:?際< V5時，線網(wǎng)通過隔離DC/DC為電車提供電能，同時動力電池依次通過雙向DC/DC和隔離DC/DC為電車提供電能；
[0016]
[0017]所述步驟(2)還包括:
[0018]當滿足:V$PS彡1時，且持續(xù)時間大于或者等于第一設(shè)定時間時，線網(wǎng)不通過隔離DC/DC為電車提供電能，且動力電池依次通過雙向DC/DC和隔離DC/DC為電車提供電能，電車降功率運行。
[0019]所述當滿足:V_ < V5具體為:
[0020]當V6< V $際< ^時，線網(wǎng)通過隔離DC/DC為電車提供電能，同時動力電池依次通過雙向DC/DC和隔離DC/DC為電車提供電能；
[0021]當彡％時，且持續(xù)時間大于或者等于第二設(shè)定時間時，線網(wǎng)通過隔離DC/DCS電車提供電能，同時動力電池依次通過雙向DC/DC和隔離DC/DC為電車提供電能，電車降功率運行；
[0022]其中，V6為設(shè)定電壓值。
[0023]所述當V實際滿足-Vi; V實際< V2時:當動力電池的S0C彡90%時，動力電池不工作；當動力電池的S0C滿足:75%彡S0C〈90%時，線網(wǎng)通過雙向DC/DC為動力電池進行涓流充電，這里的涓流為:充電電流的范圍是0-0.2C。
[0024]所述V1=85% XV標稱，所述V2= 115% XV標稱，所述V3= 116% XV標稱，所述V4=130% XV標稱，所述V5=84% XV標稱，所述V6= 70% XV標稱，其中，所述V標稱為設(shè)定的線網(wǎng)電壓標稱值；所述第一設(shè)定時間和第二設(shè)定時間均為30s。
[0025]本發(fā)明提供的無軌電車供電系統(tǒng)中，包括一個雙向DC/DC和動力電池，雙向DC/DC的輸入端連接隔離DC/DC的輸入端，雙向DC/DC的輸出端連接動力電池。該供電系統(tǒng)在工作時，首先實時采集直流線網(wǎng)的實際電壓值；然后根據(jù)采集到的實際線網(wǎng)電壓值進行供電的控制，該方式從最基本的控制元素出發(fā)，由于線網(wǎng)波動與電車的運行之間存在著密切的關(guān)系，那么，根據(jù)線網(wǎng)的實際電壓值與若干個設(shè)定值之間的關(guān)系得出線網(wǎng)波動的強弱，然后根據(jù)波動強弱進行相應(yīng)地控制。通過直接采集線網(wǎng)的電壓，根據(jù)波動來進行供電控制，當然能夠有效控制電車的運行，并且當線網(wǎng)電壓波動較為嚴重時，通過相應(yīng)地控制調(diào)節(jié)，避免無軌電車供電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備損壞的后果，不但保證了電車的安全運行，而且避免了對乘客和司機造成人身傷害。
【附圖說明】
[0026]圖1是無軌電車供電系統(tǒng)的整體框圖；
[0027]圖2是雙向DC/DC的主拓撲圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0029]如圖1所示的無軌電車供電系統(tǒng)，包括:隔離DC/DC、超級電容、雙向DC/DC和動力電池，隔離DC/DC的輸入端通過集電桿與直流供電線網(wǎng)連接，隔離DC/DC的輸出端通過超級電容連接無軌電車的動力系統(tǒng)，即高壓電器系統(tǒng)。雙向DC/DC的輸入端連接隔離DC/DC的輸入端，雙向DC/DC的輸出端連接動力電池。該供電系統(tǒng)還可以單獨設(shè)置一個控制器，或者使用電車的整車控制器，控制器內(nèi)部設(shè)置有軟件程序，通過設(shè)定的軟件程序控制相應(yīng)的設(shè)備進行相應(yīng)的工作。
[0030]集電桿與隔離DC/DC的輸入端之間的線路上串接有一個二極管和第一預充電模塊，第一預充電模塊由第一預充電支路和第一主接線支路并聯(lián)組成，第一預充電支路上串設(shè)有第一預充電開關(guān)K1和第一分壓電阻，第一主接線支路上串設(shè)有第一主開關(guān)K2。利用二極管的單向?qū)щ娦裕闺娔茉谳斎霑r有了防反接保護；另外，在掛網(wǎng)行駛時，集電桿接觸線網(wǎng)，電車動力系統(tǒng)從線網(wǎng)取電，上電過程中，預充電支路中的K1吸合，進行預充電；預充電完成后，閉合主開關(guān)K2，上電完成。
[0031]如圖2所示，雙向DC/DC包括一個開關(guān)管支路，該開關(guān)管支路由兩個串聯(lián)的開關(guān)管模塊組成，每個開關(guān)管模塊由一個開關(guān)管和一個反向并聯(lián)的二極管組成；開關(guān)管支路連接在雙向DC/DC的兩個輸入端之間，其中一個開關(guān)管模塊與一條動力線路并聯(lián)，該動力線路上串設(shè)有電感L、第二預充電模塊和動力電池，該第二預充電模塊由第二預充電支路和第二主接線支路并聯(lián)組成，第二預充電支路上串設(shè)有第二預充電開關(guān)KM1和第二分壓電阻R，第二主接線支路上串設(shè)有第二主開關(guān)KM。當閉合主開關(guān)K2后，上電完成，當雙向DC/DC需要投入工作時，第二預充電模塊中的開關(guān)過程與上述第一預充電模塊的相同，即線閉合KM1，再閉合KM，來完成給動力電池充電或者動力電池提供電能。
[0032]該雙向DC/DC的其中一個輸入端通過線路連接到該雙向DC/DC的另一個輸出端。如圖2所示，該雙向DC/DC還包括第一電容支路和第二電容支路，第一電容支路上串接有電容C1，第二電容支路上串接有電容C2，第二預充電模塊與動力電池的串聯(lián)線路與第一電容支路并聯(lián)，第二電容支路連接在該雙向DC/DC的輸入端之間。
[0033]該雙向DC/DC的工作原理為:雙向DC/DC在掛網(wǎng)時，C1通過KM1預充，C2通過K1預充，當動力電池需要放電時，Q2做開關(guān)管，L做儲能電感，Q1對應(yīng)的二極管做續(xù)流二極管，該雙向DC/DC構(gòu)成升壓電路；同理，當動力電池需要充電時，Q1做開關(guān)管，L做儲能電感，Q2對應(yīng)的二極管做續(xù)流二極管，該雙向DC/DC構(gòu)成降壓電路。
[0034]該供電系統(tǒng)將直流線網(wǎng)作為主供電能源，動力電池作為輔助供電能源。超級電容作為隔離DC/DC輸出支撐，承受瞬態(tài)功率以及制動能量的回收。
[0035]該供電系統(tǒng)根據(jù)線網(wǎng)電壓進行相應(yīng)地供電控制，首先，實時采集直流線網(wǎng)的實際電壓值。該實際電壓值輸送給控制器，控制器根據(jù)內(nèi)部的程序?qū)Ω綦xDC/DC、雙向DC/DC,以及開關(guān)K1、K2、KM1和KM進行控制。內(nèi)部設(shè)定的程序整體為根據(jù)實際電壓值V$p示與設(shè)定的標稱電壓值之間的大小關(guān)系來進行控制，具體為:
[0036]當線網(wǎng)電壓穩(wěn)定時，即實際采集到的線網(wǎng)電壓穩(wěn)定在標稱值15%波動范圍以內(nèi)，即85% V?<V$S< 115% 時，線網(wǎng)作為持續(xù)能量源，超級電容用來穩(wěn)定供電電壓，整車的持續(xù)能源為直流線網(wǎng)通過隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換獲