[发明专利]一种轨道交通用无网自走行储能及高频辅助变流系统

权利要求书

1.一种轨道交通用无网自走行储能及高频辅助变流系统，其特征在于，包括：钛酸锂电池组一(1)、正极熔断器(2)、电压传感器(3)、绝缘检测模块(4)、电流传感器(5)、正极接触器(6)、牵引供电输出接口(7)、高频辅助变流器(8)、DC1500V电源输入接口(9)、负极熔断器(10)、负极接触器(11)、手动维修开关(12)、BMS电池管理系统(13)、通讯及控制接口(14)、预充接触器(15)、预充电阻(16)、AC380V输出接口(17)、DC110V非永久母线输出接口(18)、单向DC/DC变流器(19)、DC110V永久母线输出接口(20)和钛酸锂电池组二(21)；

所述钛酸锂电池组一(1)的正极与正极熔断器(2)的一端连接；正极熔断器(2)的另一端分别与电压传感器(3)的一端、绝缘检测模块(4)的正极监测接口和电流传感器(5)的一端连接；电流传感器(5)的另一端分别与正极接触器(6)的一端和预充接触器(15)的一端连接；预充接触器(15)的另一端与预充电阻(16)的一端连接；正极接触器(6)的另一端与预充电阻(16)的另一端连接后分别与牵引供电输出接口(7)、高频辅助变流器(8)一端的正极和单向DC/DC变流器(19)一端的正极连接；高频辅助变流器(8)的另一端与DC1500V电源输入接口(9)连接，高频辅助变流器(8)还分别与AC380V输出接口(17)和DC110V非永久母线输出接口(18)连接，高频辅助变流器(8)还分别与单向DC/DC变流器(19)和通讯及控制接口(14)连接后与BMS电池管理系统(13)连接；

所述钛酸锂电池组二(17)的负极与负极熔断器(10)的一端连接；负极熔断器(10)的另一端分别与负极接触器(11)的一端、电压传感器(3)的另一端和绝缘检测模块(4)的负极监测接口连接；负极接触器(11)的另一端分别与牵引供电输出接口(7)、高频辅助变流器(8)一端的负极和单向DC/DC变流器(19)一端的负极连接；所述单向DC/DC变流器(19)的另一端与DC110V永久母线输出接口(20)连接，所述钛酸锂电池组一(1)的负极与钛酸锂电池组二(21)的正极之间通过手动维修开关(12)连接；所述BMS电池管理系统(13)还分别与电压传感器(3)、绝缘检测模块(4)、电流传感器(5)、正极接触器(6)、负极接触器(11)、预充接触器(15)和钛酸锂电池组二(21)连接；

所述钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)用于储存电能，并将电能通过牵引供电输出接口(7)对轨道交通车辆的牵引系统供电；将储存的电能经高频辅助变流器(8)的DC/AC逆变为AC380V电源为轨道交通车辆牵引风机及应急通风负载供电；

所述钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)还用于将储存的电能经高频辅助变流器(8)的DC/DC变换为DC110V电源为轨道交通车辆辅助负载供电；

所述钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)还用于将储存的电能经单向DC/DC变流器(19)和DC110V永久母线输出接口(20)为轨道交通车辆DC110V永久负载供电；

所述正极熔断器(2)用于对无网自走行储能及高频辅助变流系统的回路进行过载和短路保护；

所述电压传感器(3)用于对钛酸锂电池组一(1)的正极电压、钛酸锂电池组二(21)的负极电压进行采样、处理，然后将电压信号传给BMS电池管理系统(13)，BMS电池管理系统(13)用于将接收到的电压信号进行分析监控，然后进行故障判断和预警；

所述绝缘监测模块(4)用于对钛酸锂电池组一(1)的正极、钛酸锂电池组二(21)的负极对地间的绝缘状态进行监控，如果绝缘监测值不符合上电要求，BMS电池管理系统(13)则断开正极接触器(6)和负极接触器(11)；

所述电流传感器(5)用于对钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)的充放电电流进行采样、处理，然后将电流信号传给BMS电池管理系统(13)，BMS电池管理系统(13)用于对接收到的电流信号进行监控记录，然后进行故障判断及预警；

所述正极接触器(6)和负极接触器(11)用于对无网自走行储能及高频辅助变流系统进行上下电控制，BMS电池管理系统(13)用于控制正极接触器(6)和负极接触器(11)的闭合和断开，从而实现无网自走行储能及高频辅助变流系统的上下电控制；

所述牵引供电输出接口(7)用于与轨道交通车辆的牵引系统相连，从而使无网自走行储能及高频辅助变流系统储存的电能通过牵引供电输出接口(7)向轨道交通车辆的牵引系统供电；

所述高频辅助变流器(8)采用高频变换形式，包括直流模块和逆变模块，直流模块和逆变模块之间为中间直流模块，直流模块输入侧与DC1500V电源输入接口(9)连接，用于将输入电压经谐振逆变器和高频整流为DC700V电压，给逆变模块供电；逆变模块经PWM调制、滤波后输出稳定的三相AC380V电源通过AC380V输出接口(17)为轨道交通车辆AC380V牵引风机及应急通风设备供电；

正极接触器(6)直接接入高频辅助变流器(8)的中间直流模块，当轨道交通车辆网压正常时，钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)馈电或需要充电时，所述BMS电池管理系统(13)通过通讯及控制接口(14)请求充电，高频辅助变流器(8)将DC1500V电源作为输入，输出直流电源为钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)充电；当轨道交通车辆网压正常时，所述高频辅助变流器(8)还用于将DC1500V输入电源经逆变整流后输出AC380V电源和DC110V电源，向轨道交通车辆的AC380V负载和DC110V负载供电；当轨道交通车辆网压不正常时，所述高频辅助变流器(8)还用于将储存在钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)中的电能通过逆变模块为车辆AC380V负载供电；

所述DC1500V电源输入接口(9)作为无网自走行储能及高频辅助变流系统与轨道交通车辆DC1500V直流母线的接口，当轨道交通车辆需要为钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)充电时，轨道交通车辆通过DC1500V电源输入接口(9)向钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)充电；

所述负极熔断器(10)用于对无网自走行储能及高频辅助变流系统的回路进行过载和短路保护；

所述手动维修开关(12)用于对无网自走行储能及高频辅助变流系统进行检修时，有效断开钛酸锂电池组一(1)与钛酸锂电池组二(21)之间的电路，保证检修人员的安全；

所述BMS电池管理系统(13)用于监控钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)的状态，保证钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)处于健康工作状态，并根据钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)的状态控制预充接触器(15)、正极接触器(6)和负极接触器(11)的闭合和断开，并对预充接触器(15)、正极接触器(6)、负极接触器(11)、高频辅助变流器(8)以及单向DC/DC变流器(19)的状态进行监控；用于通过通讯及控制接口(14)与轨道交通车辆TCMS进行通讯，实时上报无网自走行储能及高频辅助变流系统状态，并按照充电策略给钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)充电；用于通过通讯及控制接口(14)对无网自走行储能及高频辅助变流系统进行监控和诊断；用于接收电流传感器(5)发送的电流信号和电压传感器(3)发送的电压信号，对电流、电压信号进行分析处理，判断是否按照BMS电池管理系统(13)请求的电流和电压进行充放电，如果电流和电压数据超过了BMS电池管理系统(13)请求的保护限值，BMS电池管理系统(13)会进行保护，要求降流或降压，甚至切断正极接触器(6)和负极接触器(11)；

所述通讯及控制接口(14)用于与轨道交通车辆TCMS的通讯接口相连，进行数据传输和控制；

所述预充接触器(15)和预充电阻(16)用于为高频辅助变流器(8)直流侧的滤波电容进行预充电；

所述AC380V输出接口(17)用于为轨道交通车辆AC380V负载供电；

所述DC110V非永久母线输出接口(18)用于为轨道交通车辆DC110V负载供电；

所述单向DC/DC变流器(19)用于将储存在钛酸锂电池组一(1)和钛酸锂电池组二(21)中的电能变换为DC110V电源，为轨道交通车辆永久负载供电；

所述DC110V永久母线输出接口(20)为无网自走行储能及高频辅助变流系统与轨道交通车辆DC110V永久母线的接口。