[发明专利]一种城市轨道交通车辆用牵引辅助一体化车载储能系统

说明书

本发明属于轨道交通车载储能技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通车辆用牵引辅助一体化车载储能系统，包括两路输出：一路给车辆辅助系统供电，满足辅助系统用电需求，一路同牵引系统相连，满足车辆牵引和制动能量回收需求，两个回路通过一根接地的负线回流；储能系统内的电池箱配置多簇电池，每簇电池对应一个牵引系统，连接牵引系统的正负对外输出端均有常开继电器控制；多簇电池通过二极管并联后对应一台辅助充电机，通过电压竞争轮流对辅助系统供电，辅助回路通过接地的牵引系统负线回流，辅助输出正母线使用常闭接触器控制，确保对辅助系统的供电可靠性。

技术领域

本发明属于轨道交通车载储能技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通车辆用牵引辅助一体化车载储能系统。

背景技术

城市轨道交通是城域交通体系重要的组成部分，具有运能大、安全可靠、快速便捷、低碳环保等优势。车载储能系统对地铁车辆运行可靠性、节能化有着重要作用，传统铅酸或镍氢辅助电池系统已无法满足未来地铁车辆的节能化、轻量化的需求。同时随着国家大力倡导节能降耗理念，绿色、节能、环保的轨道交通车辆将拥有广阔的市场。

锂离子电池是近年来发展起来的动力源，具有能量密度高、寿命长、充放电效率高和无环境污染等优点。锂电池行业作为国家重点发展和大力扶持的产业，未来发展前景非常广阔，从行业的发展趋势上看，随着锂电池在电动汽车以及电力和光伏储能等方面的应用数量的急速放大，电池的性能提升和价格下降都有较大的空间,且技术逐步成熟,这些为锂离子电池在轨道交通领域的应用奠定了基础。

目前，新型储能元件如超级电容和锂电池已经开始在城市轨道交通领域中应用。在已有的车载储能系统技术方案中，储能系统的功能较单一化，或者作为辅助电源为车辆辅助系统供电，或者作为应急电源在车辆无法从接触网取电时用作车辆自牵引的动力电源，或者单纯地实现制动能量回收的功能。

目前，使用动力锂电池系统作为储能元件用于车辆制动能量回收是目前技术发展的趋势，同时，使用能量密度更高且能够信息化的锂电池系统代替铅酸电池或镍氢电池也是大势所趋。两种电池系统用途本质虽均为储能，但由于电压等级的不同，通常需要分为两套系统占用更多车下空间，增加配置成本。从车辆轻量化和经济性来讲，将两套系统设计为一个系统是更优的选择，但是，两个系统用途的差异性不可避免得给电池选型，系统结构设计和控制策略制定带来挑战。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种城市轨道交通车辆用牵引辅助一体化车载储能系统，包括两路输出：一路给车辆辅助系统供电，满足辅助系统用电需求，一路同牵引系统相连，满足车辆牵引和制动能量回收需求，两个回路通过一根接地的负线回流；储能系统内的电池箱配置多簇电池，每簇电池对应一个牵引系统，连接牵引系统的正负对外输出端均有常开继电器控制；多簇电池通过二极管并联后对应一台辅助充电机，通过电压竞争轮流对辅助系统供电，辅助回路通过接地的牵引系统负线回流，辅助输出正母线使用常闭接触器控制，确保对辅助系统的供电可靠性。

所述电池箱采用功率型锂电池，并配备高性能温控系统，保证电池箱长期工作在高倍率充放电条件下温度场稳定。

所述储能系统使用110V供电电源，由外部电源和内部电源通过二极管并联后同时供电；所述外部电源来自于车辆110V低优先级母线，其作用为：①在电池完全亏电，无法供给辅助工作时，通过外部电源供电，使牵引回路接触器可以闭合，牵引变流器能够给电池充电；②使储能系统的供电负电源与整车其他控制系统的负电源等电位，确保高低电平硬线信号的有效性；所述内部电源由一个隔离型DC/DC供给，其作用为：在车辆辅助下电后，电池箱能够正常工作，给高优先级110V母线供电，使整车激活模块处于常带电状态，保证下次车辆启动。