軌道車輛的輔助電源系統的制作方法

本實用新型總體涉及軌道車輛，尤其涉及一種軌道車輛上使用的輔助電源系統。

背景技術：

隨著中國城鎮化的快速發展、城市人口的直線上升，城際、城市軌道交通因其效率高、乘客的承載能力強且對環境影響小等因素而逐步成為城鎮居民的重要交通工具。城際、城市軌道交通目前已經演變為采用電力驅動的軌道車輛，例如城際列車、地鐵、城鐵和輕軌等。典型的電力驅動的軌道車輛可以通過自身配備的受電弓(連接到接觸網)或集電靴(連接到第三供電軌)從車輛外部獲得電能。在軌道車輛內部一般配備有兩類電源系統，其一為實現牽引和制動的牽引電源系統，其二為用于給諸如暖通空調系統(HVAC)、照明系統和低壓開關插座系統等供電的輔助電源系統。這兩個電源系統將從車輛外部獲得的電能轉換為車輛內部可用的形式，以便分別對牽引控制系統和暖通照明等系統供電。

為了在軌道車輛的車廂內為乘客提供一個安全和舒適的環境，一般要求為HVAC、照明系統等供電的輔助電源系統是可靠的，且能連續供電并具有一定冗余保護能力。為了實現這一點，現有技術中提出了一種具有備份電源的輔助電源系統100，如圖1所示。在圖1中，軌道車輛內的負載Lx(x＝1～n)連接到一個供電總線BUS1上，例如該供電總線BUS1包括三根供電線(交流三相)。每個負載例如是一個車廂內安裝的一個或幾個用于HVAC的風機、照明燈具等。在圖1的例子中，一個輔助電源APS1(APS：Auxiliary Power Supply)連接到此供電總線BUS1上，用于為軌道車輛內的各個負載Lx供電。與此同時，另一個備用輔助電源APS2經一個開關組件SW0連接到該供電總線BUS1上。正常工作時，開關組件SW0斷開，如圖1所示，車廂內的各個負載Lx由APS1供電。當APS1出現故障時，開關組件SW0導通，使得APS2連接到供電總線上并開始為各個負載提供電能。圖1所示的方案通過增加一個獨立的備份輔助電源來保證電源系統的可持續性。圖1所示的方案還可以利用例如電容器等儲能器件來實現主、備輔助電源之間的無縫切換。

圖2示例性地示出了現有的另一種輔助電源系統200。如圖2所示，供電總線BUS2上同樣連接有負載Lx,x＝1～n。與圖1不同的是，在圖2中使用了容量相對小的三個輔助電源APSx,x＝1～3。這些輔助電源APSx彼此并聯地連接到供電總線上，從而形成并聯式的供電拓撲結構。在正常工作時，連接到供電總線BUS2上的各個APSx共同為各個負載Lx供電。每個APSx所承擔的負載量由每個APSx的承載能力決定，也由各個APSx的供電控制策略決定。例如，如果APS₁出現故障，其他APSx(x＝2～3)依然可以為各個負載Lx,x＝1～n供電，整個系統得以保持繼續運行，而不會中斷，從而實現故障不間斷運行。然而，因工作的APSx的數目減少到2個，整個系統的承載能力受到限制，部分負載不能得到滿負荷運轉所需電能。這種并聯式的供電拓撲結構特別適用于若干節車廂編組的城市軌道車輛，因為每個車廂可以安裝一個容量較小的輔助電源。

技術實現要素：

本實用新型的一個目的在于提供一種軌道車輛中使用的新型輔助電源系統，其能夠更加有效地為負載提供電能。本實用新型的另一個目的在于提供一種軌道車輛中使用的新型輔助電源系統，其能夠在某段供電總線發生故障后繼續保持輔助電源系統的運行。本實用新型的又一個目的在于提供一種軌道車輛中使用的新型輔助電源系統，其能夠采用成本較低的輔助電源。

根據本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種用于軌道車輛的輔助電源系統，該系統包括：一個環形的供電總線，所述軌道車輛具有至少兩個車廂，每個所述車廂中的負載連接到所述供電總線上；至少兩個輔助電源，每個輔助電源位于一個車廂內，且連接到所述供電總線上。優選地，所述負載為暖通空調系統、照明系統或可連接其他電器的插座。所述軌道車輛為城市軌道車輛，例如城鐵、地鐵、輕軌等。

在這種輔助電源系統中，各個輔助電源和各個車廂的負載都連接到一個環形的供電總線上。每個車廂內的負載都可以至少由與之毗鄰的兩個輔助電源供電。若任意一個輔助電源發生故障，則其他連接在環形供電總線上的輔助電源共同來負擔所有負載，而且每個負載總能從最近的輔助電源處得到電能。

優選地，每個車廂內配有兩個所述輔助電源。由于每個車廂所配備的輔助電源個數增加，每個輔助電源的承載能力得以降低，從而選用成本較低的輔助電源。

更為優選地，所述供電總線上還設置有至少兩個開關組件，且所述開關組件設置成使得每兩個開關組件之間的供電總線上連接有一個輔助電源。這樣，供電總線就可以被劃分成若干個總線區段，每個總線區段上配備有一個輔助電源。若任何一個總線區段發生故障，則斷開該阻性區段兩端的開關組件，從而其他部分供電總線依然可以連接成一個并聯式結構的供電拓撲，并繼續運行。

優選地，所述軌道車輛包括至少一個車廂組，每個車廂組包括三個車廂，所述三個車廂的負載連接到同一個環形的供電總線上。也就是說，優選以每三個車廂構成一個組并連接成一個環形的總線供電拓撲結構。更為優選地，每個車廂組中的每個車廂內配有兩個所述輔助電源，每個輔助電源連接到所述供電總線上。尤為優選地，輔助電源系統還包括六個開關組件，置于所述供電總線上，且所述開關組件設置成使得每兩個開關組件之間的供電總線上連接有一個輔助電源，從而將所述供電總線劃分成六個總線區段，每個所述車廂內具有兩個總線區段。采用這種三個車廂一組的環形總線結構可以最充分地利用環形總線的優勢。

更為優選地，每個所述車廂的負載分別連接到所述車廂內的兩個總線區段上。換言之，一個車廂內的負載可以部分連接在一個總線區段上，另一部分連接到另一個總線區段上。這樣，即使某個區段發生故障，車廂內至少有部分負載可以工作，這在一定程度上能夠保持例如HVAC系統、照明系統等部分運行。

下文將以明確易懂的方式，結合附圖說明優選實施例，對切換裝置的上述特性、技術特征、優點及其實現方式予以進一步說明。

附圖說明

以下附圖僅對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。

圖1示出了現有軌道車輛中輔助電源系統的一種典型拓撲結構。

圖2示出了現有軌道車輛中輔助電源系統的另一種拓撲結構。

圖3示出了根據本實用新型一個實施例的輔助電源系統的拓撲結構。

圖4示出了根據本實用新型一個實施例的輔助電源系統的拓撲結構。

具體實施方式

為了對實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本實用新型的具體實施方式，在各圖中相同的標號表示結構相同或結構相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充當實例、例子或說明”，不應將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實施方式解釋為一種更優選的或更具優點的技術方案。

為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關的部分，它們并不代表其作為產品的實際結構。另外，為使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。

在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等僅用于彼此的區分，而非表示它們的重要程度及順序等。

圖3示出根據本實用新型一個實施例的用于軌道車輛的輔助電源系統300的結構。在圖3的例子中，軌道車輛例如示意性地具有3節車廂C1、C2和C3。在實際應用中，軌道車輛可以具有至少兩節車廂，例如地鐵、城鐵或輕軌中常見的6節編組或8節編組。圖3的例子中，輔助電源系統300包括：一個環形的供電總線BUS3和若干連接到該供電總線BUS3上的輔助電源APSx。軌道車輛中3節車廂內的負載Lx，x＝1～3也均連接到該供電總線BUS3上，并從該供電總線BUS3上得電。這些負載Lx例如為每個車廂的暖通空調系統、照明系統、可連接其他電器的插座，或其他與牽引和制動無關的電氣負載。如圖3所示，環形的供電總線BUS3可以覆蓋級聯在一起的三節車廂。由于使用環形的總線拓撲結構，每節車廂內的負載Lx可以連接到兩段供電總線上。圖3中示例性地示出了6個輔助電源APSx(x＝1～6)，每個輔助電源APSx位于一個車廂內，每個車廂內優選配備有兩個輔助電源APSx且連接到供電總線BUS3上。可選地，每節車廂也可以配備1個輔助電源APS，例如僅提供圖3中的APS₁、APS₄和APS₅。

在如圖3所示的輔助電源系統中，各個輔助電源APS和各個車廂的負載Lx都連接到一個環形的供電總線BUS3上。每個車廂內的負載(例如L₂)都可以至少由與之毗鄰的兩個輔助電源APS₁和APS₂供電。若任意一個輔助電源(APS₃)發生故障，則其他連接在環形供電總線BUS3上的輔助電源(APSx,x＝1～2和4～6)共同來負擔所有負載，而且每個負載(例如L3)總能從最近的輔助電源(APS₁和APS₅)處得到電能。若如圖3所示每個車廂內配有兩個所述輔助電源，由于每個車廂所配備的輔助電源個數增加，每個輔助電源的承載能力得以降低，從而可選用成本較低的輔助電源。

圖4示出根據本實用新型一個實施例的用于軌道車輛的輔助電源系統400的結構。圖4中與圖3相同的部件使用相同的附圖標記來標識，其功能也相似，這里不再贅述。與圖3不同，圖4中，輔助電源系統400還包括設置在環形供電總線BUS4上的至少兩個開關組件SWx，且所述開關組件SWx設置成使得每兩個開關組件之間的供電總線上連接有一個輔助電源。在圖4的例子中示出了6個開關組件SWx(x＝1～6)的情況。這樣，供電總線BUS4就可以被劃分成6個總線區段Sx(x＝1～6)，每個總線區段Sx上配備有一個輔助電源APSx。若任何一個總線區段發生嚴重故障(例如出現相間短路)，則斷開該總線區段兩端的開關組件SWx，從而將故障區段隔離出去，其他部分供電總線依然可以連接成一個并聯式結構的供電拓撲并繼續運行。例如，假定總線區段S1發生故障，則開關組件SW1和SW3斷開，其他開關組件保持連接。這樣三節車廂內的負載還依然能夠保持供電。

更為優選地，在圖4的例子中，每個車廂內的負載分為Lx1和Lx2兩部分，每個部分負載連接到車廂內的兩個總線區段的一個上。換言之，例如第一車廂C1內的負載L11可以連接在第一總線區段S1上，負載L12連接到另一個總線區段S2上。這樣，即使總線區段S1發生故障后被隔離，車廂C1內還有負載L12可以正常工作。這在一定程度上能夠保持例如HVAC系統、照明系統等部分運行。

應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方案或變更，如特征的組合、分割或重復，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。