一种预充电/充电电路及其控制装置、控制方法与流程

[0001]
本发明涉及轨道交通设备领域，具体涉及一种预充电/充电电路及其控制装置、控制方法。


背景技术：

[0002]
轨道交通领域中，地铁工程维护车辆一般采用接触网+储能装置双能源供电，在接触网无电或不允许使用接触网电源时，可以通过储能装置供电。
[0003]
目前，轨道交通领域地铁工程维护车辆牵引蓄电池充电一般采用dc1500v接触网电源或3ac380v第一库内电源，牵引蓄电池充电时首先进行预充电，预充电电路中设置电阻，电阻的作用是限流、降压；预充电的作用是给预充电电容进行充电，以减少高压接触器闭合时的火花拉弧，避免高压冲击损坏高压零部件，提升高压系统安全性。
[0004]
轨道交通领域地铁工程维护车辆一般会配置一套接触网预充电/充电电路和一套库内预充电电路/充电电路(如图1所示)，其工作原理如下：当使用接触网预充电/充电电路对牵引蓄电池进行充电时，需先将开关5、92闭合，当电容电压达到u1(一般为0.8倍网压)时，代表预充电已完成，此时断开开关92，并同时闭合开关91，接触网电源经dc/dc降压斩波后给牵引蓄电池充电；当使用库内预充电电路/充电电路对牵引蓄电池进行充电时，需先将开关72闭合，当电容电压达到u2(一般为0.8倍网压)时，代表预充电已完成，此时需断开开关72，并同时闭合开关71，第一库内电源经ac/dc模块整流为直流电源后，再经dc/dc降压斩波后给牵引蓄电池充电。这种结构的缺点在于：两套独立的预充电/充电电路不仅造成设备的浪费，还增加了设备故障点。另一方面，由于两套充电电路单独控制，容易发生两套电源同时串入的情况，从而导致充电机故障或损害牵引蓄电池。


技术实现要素：

[0005]
为解决背景技术中现有轨道交通的充电系统配置了两套充电电路，从而导致设备成本高的问题，本发明提供了一种预充电/充电电路，具体技术方案如下。
[0006]
一种预充电/充电电路，包括：接触网电源、第一库内电源、储能单元、接地单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、预充电单元、电容、dc/dc单元和dc/ac单元；所述接触网电源与所述第一开关单元的一端连接，所述第一开关单元的另一端与所述预充电单元的一端以及所述第二开关单元的一端连接，所述预充电单元的另一端与所述电容的一端以及所述dc/dc单元的第一正极输入端连接，所述dc/dc单元的第二正极输入端与所述dc/ac单元的第一端连接，所述dc/ac单元的第二端与所述第三开关单元的一端连接，所述第三开关单元的另一端与所述第一库内电源连接；所述dc/ac单元的第三端与所述dc/dc单元的第二负极输入端连接，所述dc/dc单元的第一负极输入端与所述电容的另一端、所述第四单元的一端以及所述储能单元的负极端连接，所述第四开关单元的另一端与所述接地单元连接，所述第四开关单元与所述第一开关单元联动；所述dc/dc单元的输出端与所述第二开关单元的另一端以及所述储能单元的正极连接。
[0007]
与现有的一套接触网预充电/充电电路和一套库内预充电电路/充电电路的技术方案相比较，上述预充电/充电电路仅使用一个预充电单元即可实现两种充电电源的切换，减少了电路的硬件设备，从而减少了设备故障点。
[0008]
优选地，所述预充电单元包括第五开关单元、第六开关单元和电阻；所述第五开关单元的一端与所述第一开关单元的另一端以及所述第六开关单元的一端连接，第六开关单元的另一端与所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端与所述第五开关单元的另一端、所述电容的一端以及所述dc/dc单元的第一正极输入端连接。
[0009]
优选地，还包括第二库内电源和第七开关单元；所述第七开关单元的一端与所述第三开关单元的一端连接，另一端与所述第二库内电源连接。第二库内电源与第一库内电源互为冗余。
[0010]
优选地，还包括第八开关单元和交流辅助负载，所述dc/ac单元的第二端与所述第八开关单元的一端连接，所述第八开关单元的另一端与所述交流辅助负载连接。为储能单元充电的同时，还可以通过闭合第八开关单元来为交流辅助负载供电。
[0011]
基于相同的发明构思，本发明还提供一种用于控制上述预充电/充电电路的控制装置，包括第一控制单元，所述第一控制单元用于：
[0012]
当使用接触网电源进行充电时，闭合所述第一开关单元、第六开关单元；当所述电容电压达到预设值u1时，断开所述第六开关单元并同时闭合所述第五开关单元；
[0013]
当使用第一库内电源进行预充电时，闭合所述第六开关单元；当所述电容电压达到预设值u2时，断开所述第六开关单元并同时闭合所述第三开关单元；
[0014]
当使用第二库内电源进行预充电时，闭合所述第六开关单元；当所述电容电压达到预设值u2时，断开所述第六开关单元并同时闭合所述第七开关单元。
[0015]
由此，可实现上述预充电/充电电路的自动控制。
[0016]
优选地，还包括第二控制单元、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、第一接触器、第二接触器和第三接触器；
[0017]
所述第一接触器包括第一主触点端、第一线圈端、第一辅助常闭触点端、第二辅助常闭触点端和第三辅助常闭触点端；所述第二接触器包括第二主触点端、第二线圈端、第四辅助常闭触点端、第五辅助常闭触点端和第六辅助常闭触点端；所述第三接触器包括第三主触点端、第三线圈端、第七辅助常闭触点端、第八辅助常闭触点端和第九辅助常闭触点端；所述第一主触点端为所述第五开关单元，所述第二主触点端为所述第六开关单元，所述第三主触点端为所述第三开关单元；
[0018]
所述第七辅助常闭触点端的一端与第一控制开关连接，另一端与所述第十辅助常闭触点端的一端连接，所述第十辅助常闭触点端的另一端与所述第四辅助常闭触点端的一端连接，所述四辅助常闭触点端的另一端与所述第一线圈端连接；
[0019]
所述第八辅助常闭触点端的一端与第二控制开关连接，另一端与所述第十一辅助常闭触点端的一端连接，所述第十一辅助常闭触点端的另一端与所述第一辅助常闭触点端的一端连接，所述第一辅助常闭触点端的另一端与所述第二线圈端连接；
[0020]
所述第十二辅助常闭触点端的一端与第三控制开关连接，另一端与所述第二辅助常闭触点端的一端连接，所述第二辅助常闭触点端的另一端与所述第五辅助常闭触点端的一端连接，所述五辅助常闭触点端的另一端与所述第三线圈端连接；
[0021]
所述第二控制单元用于：
[0022]
当使用接触网电源进行充电时，控制所述第二控制开关闭合；当所述电容电压达到预设值u1时，控制所述第二控制开关断开，所述第一控制开关闭合；
[0023]
当使用第一库内电源进行充电时，控制所述第二控制开关闭合；当所述电容电压达到预设值u1时，控制所述第二控制开关断开，所述第三控制开关闭合。
[0024]
由此，可实现接触网电源与库内电源的互锁功能，既能防止接触网电源与储能单元同时联通供电，也能防止接触网电源与库内电源同时联通给储能单元充电，避免发生两套电源同时串入的情况，保障电路中各设备的安全。
[0025]
优选地，还包括第四控制开关和第四接触器；所述第四接触器包括第四主触点端、第四线圈端、第十辅助常闭触点端、第十一辅助常闭触点端和第十二辅助常闭触点端；所述第四主触点端为所述第八开关单元；
[0026]
所述第九辅助常闭触点端的一端与第四控制开关连接，另一端与所述第三辅助常闭触点端的一端连接，所述第三辅助常闭触点端的另一端与所述第六辅助常闭触点端的一端连接，所述六辅助常闭触点端的另一端与所述第四线圈端连接；
[0027]
所述第二控制单元用于当使用第二库内电源进行充电时，控制所述第二控制开关闭合；当所述电容电压达到预设值u2时，控制所述第二控制开关断开，所述第四控制开关闭合。
[0028]
由此，可防止第一库内电源和第二库内电源同时联通。
[0029]
基于相同的发明构思，本发明还提供一种上述控制装置的控制方法，包括如下步骤：
[0030]
当使用接触网电源进行充电时，闭合第一开关单元、第六开关单元；当电容电压达到预设值u1时，断开第六开关单元并同时闭合第五开关单元；
[0031]
当使用第一库内电源进行预充电时，闭合第六开关单元；当电容电压达到预设值u2时，断开第六开关单元并同时闭合第三开关单元；
[0032]
当使用第二库内电源进行预充电时，闭合第六开关单元；当电容电压达到预设值u2时，断开第六开关单元并同时闭合第七开关单元。
[0033]
由此，可实现上述预充电/充电电路的自动控制。
[0034]
优选地，所述控制方法还包括如下步骤：
[0035]
当使用接触网电源进行充电时，闭合第二控制开关；当电容电压达到预设值u1时，断开第二控制开关，闭合第一控制开关；
[0036]
当使用第一库内电源进行充电时，闭合第二控制开关；当电容电压达到预设值u2时，断开第二控制开关，闭合第三控制开关；
[0037]
当使用第二库内电源进行充电时，闭合第二控制开关；当电容电压达到预设值u2时，断开第二控制开关，闭合第四控制开关。
[0038]
由此，实现了接触网电源与库内电源的互锁功能，既能防止接触网电源与储能单元同时联通供电，也能防止接触网电源与库内电源同时联通给储能单元充电，还能防止第一库内电源和第二库内电源同时联通，避免发生两套电源同时串入的情况，保障电路中各设备的安全。
[0039]
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明仅使用一个预充电单元即
可实现两种充电电源的切换，减少了电路的硬件设备，从而减少了设备故障点；另一方面，通过第二控制单元的控制，实现了接触网电源与库内电源的互锁功能，既能防止接触网电源与储能单元同时联通供电，也能防止接触网电源与库内电源同时联通给储能单元充电，还能防止第一库内电源和第二库内电源同时联通，避免发生两套电源同时串入的情况，保障电路中各设备的安全。
附图说明
[0040]
图1为现有轨道交通储能装置预充电/充电电路的电路结构示意图；
[0041]
图2为本发明实施例1中预充电/充电电路的电路结构示意图；
[0042]
图3为本发明实施例3中控制装置的电路结构示意图；
[0043]
图4为本发明实施例4中控制方法的流程示意图；
[0044]
图5为本发明实施例5中控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0046]
实施例1
[0047]
如图2所示，一种预充电/充电电路，包括：接触网电源1、第一库内电源2、储能单元3、接地单元4、第一开关单元5、第二开关单元6、第三开关单元7、第四开关单元8、预充电单元9、电容10、dc/dc单元11和dc/ac单元12；所述接触网电源1与所述第一开关单元5的一端连接，所述第一开关单元5的另一端与所述预充电单元的一端以及所述第二开关单元6的一端连接，所述预充电单元的另一端与所述电容10的一端以及所述dc/dc单元11的第一正极输入端连接，所述dc/dc单元11的第二正极输入端与所述dc/ac单元12的第一端连接，所述dc/ac单元12的第二端与所述第三开关单元7的一端连接，所述第三开关单元7的另一端与所述第一库内电源2连接；所述dc/ac单元12的第三端与所述dc/dc单元11的第二负极输入端连接，所述dc/dc单元11的第一负极输入端与所述电容10的另一端、所述第四开关单元8的一端以及所述储能单元3的负极端连接，所述第四开关单元8的另一端与所述接地单元4连接，所述第四开关单元8与所述第一开关单元5联动；所述dc/dc单元11的输出端与所述第二开关单元6的另一端以及所述储能单元3的正极连接。
[0048]
还包括第二库内电源13和第七开关单元14；所述第七开关单元14的一端与所述第三开关单元7的一端连接，另一端与所述第二库内电源13连接；还包括第八开关单元15和交流辅助负载16，所述dc/ac单元12的第二端与所述第八开关单元15的一端连接，所述第八开关单元15的另一端与所述交流辅助负载16连接。
[0049]
具体地，所述预充电单元9包括第五开关单元91、第六开关单元92和电阻93；所述第五开关单元91的一端与所述第一开关单元5的另一端以及所述第六开关单元92的一端连接，第六开关单元92的另一端与所述电阻93的一端连接，所述电阻93的另一端与所述第五开关单元91的另一端、所述电容10的一端以及所述dc/dc单元11的第一正极输入端连接。
[0050]
与现有的一套接触网预充电/充电电路和一套库内预充电电路/充电电路的技术方案相比较，上述预充电/充电电路仅使用一个预充电单元即可实现两种充电电源的切换，减少了电路的硬件设备，从而减少了设备故障点。
[0051]
实施例2
[0052]
一种用于控制实施例1中所述预充电/充电电路的控制装置，包括第一控制单元，所述第一控制单元用于：
[0053]
当使用接触网电源进行充电时，闭合所述第一开关单元、第六开关单元；当所述电容电压达到预设值u1时，断开所述第六开关单元并同时闭合所述第五开关单元；
[0054]
当使用第一库内电源进行预充电时，闭合所述第六开关单元；当所述电容电压达到预设值u 2时，断开所述第六开关单元并同时闭合所述第三开关单元；
[0055]
当使用第二库内电源进行预充电时，闭合所述第六开关单元；当所述电容电压达到预设值u 2时，断开所述第六开关单元并同时闭合所述第七开关单元。
[0056]
由此，可实现实施例1中的预充电/充电电路的自动控制。
[0057]
实施例3
[0058]
如图3所示，本实施例的控制装置在实施例2的控制装置的基础上进一步包括：第二控制单元17、第一控制开关18、第二控制开关19、第三控制开关20、第四控制开关21、第一接触器k1、第二接触器k2、第三接触器k3和第四接触器k4；
[0059]
所述第一接触器k1包括第一主触点端、第一线圈端k1-0、第一辅助常闭触点端k1-1、第二辅助常闭触点端k1-2和第三辅助常闭触点端k1-3；所述第二接触器k2包括第二主触点端、第二线圈端k2-0、第四辅助常闭触点端k2-1、第五辅助常闭触点端k2-2和第六辅助常闭触点端k2-3；所述第三接触器k3包括第三主触点端、第三线圈端k3-0、第七辅助常闭触点端k3-1、第八辅助常闭触点端k3-2和第九辅助常闭触点端k3-3；所述第四接触器k4包括第四主触点端、第四线圈端k4-0、第十辅助常闭触点端k4-1、第十一辅助常闭触点端k4-2和第十二辅助常闭触点端k4-3。
[0060]
所述第一主触点端为实施例1中的所述第五开关单元91，所述第二主触点端为实施例1中的所述第六开关单元92，所述第三主触点端为实施例1中的所述第三开关单元7，所述第四主触点端为实施例1中的所述第七开关单元14。
[0061]
所述第七辅助常闭触点端k3-1的一端与第一控制开关18连接，另一端与所述第十辅助常闭触点端k4-1的一端连接，所述第十辅助常闭触点端k4-1的另一端与所述第四辅助常闭触点端k2-1的一端连接，所述四辅助常闭触点端k2-1的另一端与所述第一线圈端k1-0连接；
[0062]
所述第八辅助常闭触点端k3-2的一端与第二控制开关19连接，另一端与所述第十一辅助常闭触点端k4-2的一端连接，所述第十一辅助常闭触点端k4-2的另一端与所述第一辅助常闭触点端k1-1的一端连接，所述第一辅助常闭触点端k1-1的另一端与所述第二线圈端k2-0连接；
[0063]
所述第十二辅助常闭触点端k4-3的一端与第三控制开关20连接，另一端与所述第二辅助常闭触点端k1-2的一端连接，所述第二辅助常闭触点端k1-2的另一端与所述第五辅助常闭触点端k2-2的一端连接，所述五辅助常闭触点端k2-2的另一端与所述第三线圈端k3-0连接；
[0064]
所述第九辅助常闭触点端k3-3的一端与第四控制开关21连接，另一端与所述第三辅助常闭触点端k1-3的一端连接，所述第三辅助常闭触点端k1-3的另一端与所述第六辅助常闭触点端k2-3的一端连接，所述六辅助常闭触点端k2-3的另一端与所述第四线圈端k4-0
连接。
[0065]
所述第二控制单元用于：
[0066]
当使用接触网电源进行充电时，控制所述第二控制开关19闭合，此时第一线圈端k1-0失电，第一辅助常闭触点端k1-1闭合，第三线圈端k3-0和第四线圈端k4-0失电，则第七辅助常闭触点端k3-1、第十辅助常闭触点端k4-1闭合，则第二线圈端k2-0得电闭合；第二线圈端k2-0得电闭合后则其常闭辅助触点第四辅助常闭触点端k2-1、第五辅助常闭触点端k2-2、第六辅助常闭触点端k2-3失电，进而第一线圈端k1-0、第三线圈端k3-0、第四线圈端k4-0失电，此时第一线圈端k1-0因误操作而得电，则其常闭辅助触点第一辅助常闭触点端k1-1断开，第二线圈端k2-0失电。之后，当所述电容电压达到预设值u1时，控制所述第二控制开关19断开，所述第一控制开关18闭合；此时第二线圈端k2-0失电，则其常闭辅助触点第四辅助常闭触点端k2-1闭合；第三线圈端k3-0和第四线圈端k4-0失电，则第七辅助常闭触点端k3-1、第十辅助常闭触点端k4-1闭合，则第一线圈端k1-0得电闭合，进行接触网模式充电；第一线圈端k1-0得电闭合后，则其常闭辅助触点第一辅助常闭触点端k1-1、第二辅助常闭触点端k1-2、第三辅助常闭触点端k1-3失电，进而第二线圈端k2-0、第三线圈端k3-0、第四线圈端k4-0失电；若此时第二线圈端k2-0因误操作而得电或第三线圈端k3-0、第四线圈端k4-0因误操作闭合，则其常闭辅助触点第四辅助常闭触点端k2-1/第七辅助常闭触点端k3-1/第十辅助常闭触点端k4-1断开，第一线圈端k1-0失电，实现第一、二、三、四接触器的互锁功能。
[0067]
当使用第一库内电源进行充电时，控制所述第二控制开关19闭合；当所述电容电压达到预设值u2时，控制所述第二控制开关19断开，所述第三控制开关20闭合；
[0068]
当使用第二库内电源进行充电时，控制所述第二控制开关19闭合；当所述电容电压达到预设值u2时，控制所述第二控制开关19断开，所述第四控制开关21闭合。
[0069]
具体地，当使用第一库内电源/第二库内电源充电时，储能单元首先供电，第二控制开关19闭合；当所述电容电压达到预设值u2时，第二控制开关19断开，同时根据相序检测结果闭合第三控制开关20或第四控制开关21。第三控制开关20闭合时，此时第一接触器k1、第二接触器k2均失电，其常闭辅助触点闭合，则第三线圈端k3-0闭合进行库内充电。第三线圈端k3-0闭合后，则其常闭辅助触点第七辅助常闭触点端k3-1、第八辅助常闭触点端k3-2、第九辅助常闭触点端k3-3失电，进而第一线圈端k1-0、第二线圈端k2-0、第四线圈端k4-0失电；若此时第四接触器k4因误操作闭合、或第二接触器k2因误操作闭合、或第一接触k1因误操作闭合，则其常闭辅助触点第十二辅助常闭触点端k4-3或五辅助常闭触点端k2-2或第二辅助常闭触点端k1-2断开，则第三接触器k3失电，实现第一、二、三、四接触器的互锁功能。
[0070]
由此，实现了接触网电源与库内电源的互锁功能，既能防止接触网电源与储能单元同时联通供电，也能防止接触网电源与库内电源同时联通给储能单元充电，还能防止第一库内电源和第二库内电源同时联通，避免发生两套电源同时串入的情况，保障电路中各设备的安全。
[0071]
实施例4
[0072]
如图4所示，一种实施例2中控制装置的控制方法，包括如下步骤：
[0073]
当使用接触网电源进行充电时，闭合第一开关单元、第六开关单元；当电容电压达到预设值u1时，断开第六开关单元并同时闭合第五开关单元；
[0074]
当使用第一库内电源进行预充电时，闭合第六开关单元；当电容电压达到预设值u2时，断开第六开关单元并同时闭合第三开关单元；
[0075]
当使用第二库内电源进行预充电时，闭合第六开关单元；当电容电压达到预设值u2时，断开第六开关单元并同时闭合第七开关单元。
[0076]
由此，可实现实施例1中的预充电/充电电路的自动控制。
[0077]
实施例5
[0078]
如图5所示，一种实施例3中控制装置的控制方法，包括如下步骤：
[0079]
当使用接触网电源进行充电时，闭合第二控制开关；当电容电压达到预设值u1时，断开第二控制开关，闭合第一控制开关；
[0080]
当使用第一库内电源进行充电时，闭合第二控制开关；当电容电压达到预设值u2时，断开第二控制开关，闭合第三控制开关；
[0081]
当使用第二库内电源进行充电时，闭合第二控制开关；当电容电压达到预设值u2时，断开第二控制开关，闭合第四控制开关。
[0082]
由此，实现了接触网电源与库内电源的互锁功能，既能防止接触网电源与储能单元同时联通供电，也能防止接触网电源与库内电源同时联通给储能单元充电，还能防止第一库内电源和第二库内电源同时联通，避免发生两套电源同时串入的情况，保障电路中各设备的安全。
[0083]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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