本發(fā)明涉及軌道車輛充電，尤其涉及一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、隨著城市軌道交通和高速鐵路的迅速發(fā)展，對軌道車輛電能供應系統(tǒng)的要求日益提高，特別是在能源管理與高效充電技術方面。傳統(tǒng)的軌道車輛充電系統(tǒng)往往存在著效率低下、維護成本高、智能化程度不足等問題，不能充分滿足現(xiàn)代軌道車輛對電力需求的動態(tài)管理及高效利用的需求。

2、現(xiàn)有技術中的充電系統(tǒng)大多依賴單一的充電模式，缺乏對車輛運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和負荷需求的動態(tài)預測，這導致在高峰用電時段系統(tǒng)可能面臨供電壓力，而在低谷時段則存在能源浪費。此外，這些系統(tǒng)往往對電池組的管理不夠精細化，無法有效區(qū)分電池健康狀態(tài)，導致電池過度充放電，縮短使用壽命，增加了維護成本。

3、在安全防護方面，現(xiàn)有系統(tǒng)雖然具備基本的過壓、欠壓保護功能，但對于絕緣監(jiān)測、溫度控制等高級安全措施的實施并不完善，增加了潛在的運行風險。同時，電磁干擾（emi）控制不足也是一個普遍存在的問題，影響了整體的穩(wěn)定性和周邊電子設備的正常工作。

4、綜上所述，現(xiàn)有軌道車輛充電系統(tǒng)在智能化管理、能源效率、電池健康管理以及系統(tǒng)安全性等方面存在明顯不足，迫切需要一種更加高效、智能、安全可靠的充電解決方案，以適應現(xiàn)代軌道交通發(fā)展的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)及方法，旨在解決上述問題，通過集成預充電電路、高效率的充電機單機模塊、智能監(jiān)控單元和漏電檢測等先進技術，實現(xiàn)了對供電母線的絕緣狀況實時監(jiān)測、電池健康狀態(tài)的精確評估以及負荷需求的精準預測，從而顯著提升了系統(tǒng)的整體性能和安全性。

2、為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術方案是：一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)，包括預充電電路、充電機單機模塊、輸出配電電路、監(jiān)控單元和漏電檢測儀，交流供電電壓經預充電電路進入到充電機單機模塊，所述充電機單機模塊將380v的交流供電電壓轉換為隔離的dc110v，為輸出配電電路供電，配電電路供電包括蓄電池和供電母線bn1、bn2和bd3，漏電檢測儀用于檢測供電母線bn1、bn2和bd3的絕緣情況并將檢測結果通過監(jiān)控單元傳輸至軌道車輛網絡。

3、作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，充電機單機模塊包括前級電路和后級電路，前級電路為三相pfc模塊，后級電路為移相全橋的dcdc模塊，三相pfc模塊將輸入的380v的交流供電電壓轉換為dc650v，移相全橋的dcdc模塊將dc650v轉換為隔離的dc110v。

4、作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，充電機單機模塊還包括emi濾波板和io板，emi濾波板連接在三相pfc模塊的前端，io板用于對三相pfc模塊和移相全橋的dcdc模塊進行使能控制，并監(jiān)測三相pfc模塊和移相全橋的dcdc模塊的工作狀態(tài)。

5、作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，用于軌道車輛的充電系統(tǒng)還包括電壓傳感器和ntc熱敏電阻，電壓傳感器用于檢測輸入/輸出欠壓或過壓，ntc熱敏電阻用于檢測充電機單機模塊的散熱器過溫故障。

6、作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，用于軌道車輛的充電系統(tǒng)還包括下地電容和濾波磁環(huán)，380v的交流供電電壓經過下地電容接地，380v的交流三相電穿過濾波磁環(huán)至預充電電路。

7、為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術方案是：一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)的充電方法，充電方法包括：

8、1）實時監(jiān)測供電母線bn1、bn2和bd3的負荷需求，并預測未來1小時的負荷需求；

9、2）監(jiān)測蓄電池電池組的荷電狀態(tài)soc，評估電池健康狀態(tài)soh；

10、3）當預測到未來1小時的負荷需求處于低谷時，通過soc監(jiān)測，判斷哪些電池組有空間存儲電能，避免滿載電池組繼續(xù)充電；當預測到未來1小時的負荷需求處于高峰時，soh良好的電池優(yōu)先被選擇釋放電能給負載。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，在步驟1）中，包括：

12、1-1、根據母線上采集的電壓值和電流值，計算當前實時功率；

13、1-2、使用歷史負荷需求，訓練arima模型；

14、1-3、通過交叉驗證的方法優(yōu)化arima模型參數；

15、1-4、當前實時功率輸入arima模型，預測未來1小時的負荷需求。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，在步驟2）中，包括：

17、2-1、實時監(jiān)測蓄電池的充放電流和電壓，計算電量q（t），基于電池的總容量c nom，計算soc；

18、

19、其中：q0是初始電量， i( τ)表示在時間 τ時的瞬時電流， t0初始時間；

20、2-2、監(jiān)測蓄電池在不同soc下的內阻評估soh；

21、

22、其中，rcurrent是當前內阻，rinitial是初始內阻。

23、本發(fā)明具有積極的效果：1）本發(fā)明實現(xiàn)了從380v交流到dc110v直流的高效轉換，顯著提高了電能轉換效率，減少了能量損耗。同時，引入了監(jiān)控單元與智能控制策略，能夠根據軌道車輛的實時負荷需求和預測的未來負荷趨勢動態(tài)調整充電策略，避免了電力資源的浪費，實現(xiàn)了電能的智能分配與管理；

24、2）本發(fā)明通過電壓傳感器和ntc熱敏電阻實時監(jiān)測電池狀態(tài)和充電機散熱情況，確保了電池組不會過充或過放，有效管理電池健康狀態(tài)（soh）。提高了電池使用效率，還顯著延長了電池的使用壽命，降低了長期運維成本；

25、3）本發(fā)明漏電檢測儀和傳感器網絡能夠即時監(jiān)測母線絕緣情況和系統(tǒng)溫度，及時預警潛在的安全隱患，有效避免了電氣火災和設備損壞的風險，提升了整個充電系統(tǒng)的安全性和可靠性。構成了一個更加智能化、高效且安全的充電解決方案；

26、4）本發(fā)明通過實時監(jiān)測供電母線的負荷需求并預測未來負荷趨勢，實現(xiàn)了對充電過程的動態(tài)管理。當預測到負荷需求低谷時，優(yōu)先選擇未滿載的電池組進行充電，避免資源浪費；而在負荷需求高峰時，則優(yōu)先使用狀態(tài)良好的電池組供電，確保了電能的高效利用與供需平衡，提高了整個系統(tǒng)的能源管理效率和響應速度。

27、5）本發(fā)明通過對蓄電池的實時監(jiān)測和精確的荷電狀態(tài)(soc)計算，結合電池健康狀態(tài)(soh)的動態(tài)評估，該充電方法能夠精細化管理電池充放電過程。通過避免滿載電池繼續(xù)充電以及優(yōu)先選用soh良好的電池組供電，有效減少了過充過放現(xiàn)象，顯著延長了電池使用壽命，降低了維護成本，提升了電池組的整體性能和可靠性。

28、6）運用arima模型結合歷史負荷數據進行負荷需求預測，顯著增強了充電系統(tǒng)的智能化程度和預測精度。這種方法不僅能夠準確預測未來負荷需求，使充電策略有針對性，還能夠根據實時數據反饋不斷自我調整和優(yōu)化，確保預測模型的準確性和適應性。

技術特征：

1.一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)，其特征在于：包括預充電電路、充電機單機模塊、輸出配電電路、監(jiān)控單元和漏電檢測儀，交流供電電壓經預充電電路進入到充電機單機模塊，所述充電機單機模塊將380v的交流供電電壓轉換為隔離的dc110v，為輸出配電電路供電，配電電路供電包括蓄電池和供電母線bn1、bn2和bd3，漏電檢測儀用于檢測供電母線bn1、bn2和bd3的絕緣情況并將檢測結果通過監(jiān)控單元傳輸至軌道車輛網絡。

2.根據權利要求1所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)，其特征在于：充電機單機模塊包括前級電路和后級電路，所述前級電路為三相pfc模塊，所述后級電路為移相全橋的dcdc模塊，三相pfc模塊將輸入的380v的交流供電電壓轉換為dc650v，移相全橋的dcdc模塊將dc650v轉換為隔離的dc110v。

3.根據權利要求2所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)，其特征在于：充電機單機模塊還包括emi濾波板和io板，emi濾波板連接在三相pfc模塊的前端，所述io板用于對三相pfc模塊和移相全橋的dcdc模塊進行使能控制，并監(jiān)測三相pfc模塊和移相全橋的dcdc模塊的工作狀態(tài)。

4.根據權利要求3所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)，其特征在于：用于軌道車輛的充電系統(tǒng)還包括電壓傳感器和ntc熱敏電阻，所述電壓傳感器用于檢測輸入/輸出欠壓或過壓，ntc熱敏電阻用于檢測充電機單機模塊的散熱器過溫故障。

5.根據權利要求4所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)，其特征在于：用于軌道車輛的充電系統(tǒng)還包括下地電容和濾波磁環(huán)，380v的交流供電電壓經過下地電容接地，380v的交流三相電穿過濾波磁環(huán)至預充電電路。

6.根據權利要求1所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)的充電方法，其特征在于：充電方法包括：

7.根據權利要求6所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)的充電方法，其特征在于：在步驟1）中，包括：

8.根據權利要求7所述的一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)的充電方法，其特征在于：在步驟2）中，包括：

技術總結
本發(fā)明涉及軌道車輛充電技術領域，尤其涉及一種用于軌道車輛的充電系統(tǒng)及方法，包括預充電電路、充電機單機模塊、輸出配電電路、監(jiān)控單元和漏電檢測儀，交流供電電壓經預充電電路進入到充電機單機模塊，充電機單機模塊將380V的交流供電電壓轉換為隔離的DC110V，為輸出配電電路供電，配電電路供電包括蓄電池和供電母線BN1、BN2和BD3，漏電檢測儀用于檢測供電母線BN1、BN2和BD3的絕緣情況并將檢測結果通過監(jiān)控單元傳輸至軌道車輛網絡。本發(fā)明實現(xiàn)了從380V交流到DC110V直流的高效轉換，顯著提高了電能轉換效率，減少了能量損耗。

技術研發(fā)人員：周鵬,李凡,蔡訓華,趙高勇,孫培根
受保護的技術使用者：南京志卓電子科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9