一种有轨电车充电方法及系统与流程

1.本发明属于有轨电车充电技术领域，具体涉及一种有轨电车充电方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.新能源有轨电车近年来得到迅速发展，目前新能源有轨电车完成车体和总组装后，在调试库完成静态试验后，将新能源有轨电车调拉至动态试验线进行动态调试，试验过程涉及双向通行，充电桩位于试验线中部，每次试验时，基本均会经过充电桩，因此两侧都可进入，即为双向通行，并且涉及到rfid判断充电条件。
4.新能源有轨电车由动力电池和超级电容提供动力，额定电压：dc750v，变化范围：dc 500v～dc 900v，车载储能到达下限后，需及时充电，以满足运行和试验要求，新能源有轨电车采用车顶受电弓进行受流供电，车顶受电弓与地面试验线侧接触轨接触。
5.目前试验场所内存在的动态试验线配置有标准轨1435mm、宽轨1676mm及其他可变轨距；下部受流三轨(dc1500v、dc750v)，上部受流三轨(dc750v)；接触网供电(dc1500v、dc750v、ac25kv)，三种供电制式：dc1500v、dc750v、ac25kv均由牵引变电所提供，但是上述布置无法实现向车辆直接充电功能。
6.另外，考虑既有试验线路需满足常规a型地铁、b型地铁、l型地铁、标准动车组、内燃机车的通行要求，新能源低地板有轨电车试验前和试验后，均不得影响既有产品车辆的试验需求，因此，如何在满足既有厂内试验线供电制式和限界工况的条件下实现对新能源低地板有轨电车充电是本申请所解决的主要技术问题。


技术实现要素：

7.本发明为了解决上述问题，提出了一种有轨电车充电系统及方法，本发明适用于既有厂内试验线供电制式和限界工况的新能源低地板有轨电车充电。
8.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
9.第一方面，公开了一种有轨电车充电系统，包括：
10.断路器系统、地面充电系统、充电桩系统及识别系统；
11.所述断路器系统用于牵引变电所与地面充电系统的隔离与通断；
12.所述地面充电系统用于将牵引变电所接入的电源进行转换成所需的电源后并向充电桩系统供电；
13.所述充电桩系统在接收到所述地面充电系统传输到电源信号后使充电的导电轨处于工作位；
14.所述识别系统实时检测有轨电车是否位于充电区，位于充电区且在满足充电条件后所述地面充电系统向有轨电车充电。
15.进一步的技术方案，所述地面充电系统包括电源输入子系统、dc/dc充电子系统、
输出子系统和控制子系统；
16.所述电源输入子系统接入牵引变电所，所述dc/dc充电子系统对从电源输入子系统接入的电进行dc/dc变换并将变换后的电源传输至输出子系统；所述输出子系统用于将电能输出；
17.所述控制子系统在有轨电车充电开始时，以小电流进行充电，判断有轨电车车载电能是否故障，若无异常，则继续按照控制策略充电，若有异常，则报警停止充电，待故障解除并复位后重新上电。
18.进一步的技术方案，所述充电桩系统为可旋转充电桩系统，包括主柱、主动旋转机构、从动旋转机构及控制系统；
19.所述控制系统控制主柱、主动旋转机构、从动旋转机构以使充电轨处于收回或者保持收回或者伸出状态。
20.进一步的技术方案，所述识别系统为rfid识别系统，由rfid电子标签和rfid天线组成；
21.所述rfid电子标签分别设置于车辆两端的司机室正上方，用于满足车辆限界要求
22.所述rfid天线设置位置所述rfid电子标签相对应。
23.第二方面，公开了一种有轨电车充电方法，包括：
24.在接收到地面充电系统传输的电源信号后使充电的导电轨处于工作位；
25.实时检测有轨电车是否位于充电区，位于充电区且在满足充电条件后所述地面充电系统向有轨电车充电。
26.进一步的技术方案，所述rfid电子标签包括第一rfid电子标签、第二rfid电子标签；
27.所述rfid天线包括第一rfid天线、第二rfid天线；
28.所述第一rfid天线依次检测到第二rfid电子标签及第一rfid电子标签；所述第二rfid天线检测到第二rfid电子标签，则判断车辆由左侧进入充电区。
29.进一步的技术方案，所述第二rfid天线依次检测到第一rfid电子标签、第二rfid电子标签，第一rfid天线检测到第一rfid电子标签，则判断车辆由右侧进入充电区。
30.进一步的技术方案，判断满足充电条件后，有轨电车保持静止状态，有轨电车升弓，当检测到充电轨处于低电压后，开始向有轨电车充电；
31.有轨电车静止，并保持充电状态，待充电轨达到充电电压上限后，有轨电车充满，则停止充电。
32.进一步的技术方案，还包括：充电完成之后，有轨电车降弓，可驶离充电桩区域。
33.进一步的技术方案，在有轨电车处于升弓且在充电过程中，通过rfid天线进行实时检测，并判断车辆是否离开充电区，判定为离开充电区，则中断充电。
34.进一步的技术方案，判断车辆是否离开充电区时，第一rfid天线依次检测不到第一rfid电子标签及第二rfid电子标签；
35.第一rfid天线检测到第二rfid电子标签；则判断车辆由左侧离开充电区。
36.进一步的技术方案，判断车辆是否离开充电区时，第二rfid天线依次检测不到第二rfid电子标签、第一rfid电子标签；
37.第二rfid天线检测到第一rfid电子标签，则判断车辆由右侧离开充电区。
38.进一步的技术方案，还包括，车辆离开充电区时，断开断路器系统中直流快速断路器；地面充电柜进线柜无电压；可旋转充电桩系统检测到无电源后，充电轨自动收回，并保持导电轨处于收回，非工作位。
39.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
40.本发明充分考虑既有试验线路由公司内牵引变电所提供的工作电压制式：dc1500v、dc750v、ac27.5kv，综合考虑列车充电的瞬时最大功率和额定功率，采用既有牵引变电所内dc1500v接触网工作电源为某新能源有轨电车输入电源，总功率4000kw，满足新能源有轨电车瞬时最大功率和额定工作功率。
41.本发明通过断路器系统实现与既有牵引变电所的隔离，根据既有运行线路常规a型地铁、b型地铁、l型地铁、标准动车组、内燃机车的最大限界设置新能源低地板有轨电车充电边界，在最大限界之外设置某新能源有轨电车充电桩的支撑结构所在位置，为有效解决某新能源有轨电车车顶受电弓与既有5300mm接触网相干涉问题，设置带有可旋转臂的某新能源有轨电车供电装置，设置有自动模式和手动模式，需充电时，可旋转臂伸出，通过旋转壁上的供电轨，与某新能源有轨电车车顶受电弓接触，向列车充电，非充电时，可旋转臂自动收回并锁定，收回后，位于既有常规a型地铁、b型地铁、l型地铁、标准动车组、内燃机车的最大限界之外，不影响既有所有车辆的运行。
42.本发明通过rfid技术进行判断车辆进入充电区或离开充电区，即设置于车辆两端的rfid电子标签以及布置于可旋转充电桩系统两端的rfid天线，根据车辆运行的特性，通过2个rfid天线和2个rfid电子标签识别的组合判断车辆进入/离开充电区，地面充电系统中dc/dc充电子系统根据新能源有轨电车的车载动力蓄电池、超级电容等蓄能部件充电特点或曲线完成充电控制，通过地面充电系统中的控制子系统判断是否充电完毕并进行充电完毕提示。
43.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
44.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
45.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
46.图1为本公开实施例子新能源低地板有轨电车充电系统框图；
47.图2为本公开实施例子rfid天线和rfid电子标签位置示意图；
48.图3为本公开实施例子利用既有dc1500v电源进行新能源低地板有轨电车充电方法的接线方框图；
49.图4(a)为本公开实施例子可旋转充电桩系统侧视图(收回)；
50.图4(b)为本公开实施例子可旋转充电桩系统俯视图(伸出)
51.图4(c)为本公开实施例子可旋转充电桩系统截面图(伸出状态)；
52.图4(d)为本公开实施例子可旋转充电桩系统截面图(收回状态)；
具体实施方式：
53.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
54.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
55.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
56.实施例一：
57.在本实施例中，以进行举例说明，但并不代表本发明提供的一种有轨电车充电系统仅能适用于新能源低地板有轨电车中。
58.参见附图1、3所示，主要由四大系统组成：断路器系统、地面充电系统、可旋转充电桩系统和rfid识别系统。
59.其中，断路器系统，主要通过直流快速断路器实现牵引变电所与新能源低地板有轨电车充电系统的隔离与通断，额定电压dc1800v，额定电流满足有轨电车的充电需求(额定电流：4000a)，配置15％的过载能力，基于户外使用的需求，增加避雷器，外壳防护等级ip42，配置有保护系统，具有大开断能力和合、分闸时间，系统外配置状态指示系统，控制、保护和信号工作电压dc220v，加热工作电压ac220v。
60.在一实施例子中，地面充电系统包括电源输入子系统、dc/dc充电子系统、输出子系统和控制子系统。电源输入子系统、dc/dc充电子系统和输出子系统为串行关系，而控制子系统与以上三个子系统均进行信息交互。
61.其中，电源输入子系统：dc1500v电源接入地面充电系统进线端，包括系统电动隔离开关、进线熔断器、主接触器、预充电接触器、预充电电阻、电流电压传感器等。
62.dc/dc充电子系统：采用至少2套dc/dc变流模块，包含进线滤波电抗器、dc/dc变流模块、斩波电抗器、输出熔断器、电流电压传感器、底层控制装置及散热系统。
63.控制子系统：充电开始时，充电装置以小电流进行充电，判断某新能源有轨电车车载电能是否故障，若无异常，则继续按照控制策略充电，若有异常，则视为异常，报警并立即封锁igbt脉冲和各个隔离接触器，需人工检修复位才能重新上电。
64.其中，充电起始阶段，先进行小电流(500a)充电，充电时长为2s，检测充电轨上升是否电压为(11
±
1)v。
65.输出子系统：为正极的电动隔离开关，用于向试验线导电轨充电。
66.参见附图4(a)
‑
图4(d)所示，在一实施例子中，可旋转充电桩系统，可旋转充电桩系统由主柱、主动旋转机构、从动旋转机构、绝缘子、汇流排、接触线、电连接、限位开关、控制系统、安全连锁控制系统、避雷器、警示灯。
67.其中，安全连锁为用于根据受电源输入子系统dc1500v的有无进行动作，接触线的长度和端部弧度根据实际情况进行相应的调整。
68.有两种工作模式：自动模式和手动模式。
69.在自动模式下，工作位置的切换受配电柜是否投入dc1500v供电的控制，具体如
下：
70.当配电柜输入端投入dc1500v电源后，方允许充电轨伸出，充电的导电轨处于工作位；
71.当配电柜输入端断开dc1500v电源后，充电轨无电后，充电轨方允许收回，导电轨处于非工作位。
72.在一实施例子中，可旋转充电桩系统在手动模式下，可通过触摸屏操纵移动充电桩旋转臂，也可以通过柜门上的转入/转出按钮操纵。手动模式可用于检修以及其它异常情况处理。
73.参见附图2所示，rfid识别系统由rfid电子标签和rfid天线组成；
74.rfid电子标签：采用无源rfid，数量为2套，分别为rfid电子标签1和rfid电子标签2，分别设置于车辆两端的司机室正上方，满足车辆限界要求。
75.rfid天线：数量为2套，设置位置与rfid电子标签1和rfid电子标签2相对应，对应命名为rfid天线1和rfid天线2。在可旋转充电桩两端设置两个rfid接收天线。
76.设置位置与rfid电子标签1和rfid电子标签2相对应，具体为：待车辆停止到位后，根据“rfid天线”和“rfid电子标签”的响应范围，与“rfid天线1”响应范围内设置“rfid电子标签1”，与“rfid天线2”响应范围内设置“rfid电子标签2”。
77.车辆进入充电区的判断条件具体为：
78.车辆由左侧进入充电区：由于有左侧进入，rfid电子标签1和电子标签2分别会被检测识别，检测识别的顺序为电子标签2、电子标签1。
79.因此，rfid天线1依次检测到rfid电子标签2，然后检测到rfid电子标签1，同时rfid天线2检测到rfid电子标签2，全部具备后，作为新能源低地板有轨电车充电的必要条件。
80.上述左侧即为：“rfid天线1”侧，右侧即为：“rfid天线2”侧。
81.车辆由右侧进入充电区：rfid天线2依次检测到rfid电子标签1，然后检测到rfid电子标签2，同时rfid天线1检测到rfid电子标签1，全部具备后，作为新能源低地板有轨电车充电的必要条件。
82.车辆离开充电区的判断条件具体为：
83.rfid天线1和rfid天线2均检测不到rfid电子标签；
84.rfid天线1只能检测到rfid电子标签2，无法检测到rfid电子标签1；
85.rfid天线2只能检测到rfid电子标签1，无法检测到rfid电子标签2；
86.以上三个条件满足其中一个为车辆离开充电区的充分条件。
87.本发明通过直流快速断路器实现牵引变电所与新能源低地板有轨电车充电系统的隔离与通断，以牵引变电所dc1500v供电有无输入为充分条件，决定可旋转充电桩系统充电轨的自动伸出与否，可旋转充电桩系统充电轨伸出后，凭借rfid技术进行判断车辆进入充电区或离开充电区，即设置于车辆两端的rfid电子标签以及布置于可旋转充电桩系统两端的rfid天线，根据车辆运行的特性，通过2个rfid天线和2个rfid电子标签识别的组合判断车辆进入/离开充电区，通过地面充电系统中的控制子系统以安全为导向进行控制，地面充电系统中dc/dc充电子系统根据新能源有轨电车的车载动力蓄电池、超级电容等蓄能部件充电特点或曲线完成充电控制，通过地面充电系统中的控制子系统判断是否充电完毕并
进行充电完毕提示。
88.利用既有厂区内牵引变电所提供的dc1500v接触网工作电源为新能源有轨电车输入电源。
89.通过常规a型地铁、b型地铁、l型地铁、标准动车组、内燃机车的最大限界设置新能源低地板有轨电车充电边界，采用可旋转充电桩系统满足既有接触网的供电，满足厂内试验线双向动态试验的需求。
90.设置自动模式和手动模式可旋转充电桩系统，自动模式下，检测到牵引变电所dc1500v电源，方允许充电轨伸出，充电的导电轨处于工作位，检测不到dc1500v充电轨自动收回。
91.通过rfid电子标签和rfid天线实现新能源有轨电车是否进入充电区的判断策略；
92.地面充电系统包括电源输入子系统、dc/dc充电子系统、输出子系统和控制子系统，通过至少设置两套dc/dc充电子系统实现充电备份，并通过dc/dc充电子系统实现车载动力电池和超级电容控制策略的调整。
93.实施例二：
94.基于实施例一的系统，公开了一种有轨电车充电方法，包括：
95.步骤一：牵引变电所的高压柜、变压器、整流器、正极柜和负极柜处于工作状态，确保牵引变电所可用，稳定输出dc1500v电源；
96.步骤二：闭合专用断路器系统中直流快速断路器dx1，用于接通牵引变电所与地面充电柜之间的连接，充电结束后，需断开；
97.步骤三：dc1500v电源通过地面充电系统的地面充电柜进线柜进入地面充电柜，地面充电进线柜用于地面充电柜与断路器之间的连接；
98.步骤四：可旋转充电桩系统通过电压传感器，检测电压由0v升至400v以后，即判断送入dc1500v电源，充电轨伸出，充电轨处于工作位，可旋转充电桩常带电，三相ac380v，50hz，可旋转充电桩实时检测地面充电进线柜，若检测到dc1500v，则控制旋转充电桩的三相电机转向，充电轨自动伸出，若检测不到dc1500v，则充电轨自动收回或者保持收回状态；
99.步骤五：地面充电柜进线柜将dc1500v电源输出给地面充电系统，地面充电系统处于充电整备和待机状态；
100.步骤六：地面充电系统通过rfid天线进行实时检测，并判断车辆是否进入充电区，若有满足下述工况之一，则判定具备充电调试，具体如下：
101.满足以下条件，则判断车辆由左侧进入充电区：
102.rfid天线1依次检测到rfid电子标签2；
103.rfid天线1检测到rfid电子标签1；
104.rfid天线2检测到rfid电子标签2；
105.满足以下条件，则判断车辆由右侧进入充电区：
106.rfid天线2依次检测到rfid电子标签1；
107.rfid天线2检测到rfid电子标签2；
108.rfid天线1检测到rfid电子标签1；
109.步骤七：地面充电柜判断满足充电条件后，新能源有轨电车保持静止状态，新能源有轨电车升弓，当地面充电柜检测到充电轨处于低电压(例如：dc400v)后，地面充电柜开始
向新能源有轨电车充电；
110.步骤八：新能源有轨电车静止，并保持充电状态，待充电轨达到充电电压上限后(例如：dc850v)，新能源有轨电车充满，则停止充电；
111.步骤九：新能源有轨电车降弓，可驶离充电桩区域；
112.步骤十：在新能源有轨电车处于升弓且在充电过程中，地面充电柜通过rfid天线进行实时检测，并判断车辆是否离开充电区，若有下述工况之一，判定为离开充电区，则中断充电，具体如下：
113.满足以下条件，则判断车辆由左侧离开充电区：
114.rfid天线1依次检测不到rfid电子标签1；
115.rfid天线1检测到rfid电子标签2；
116.rfid天线1检测到rfid电子标签2；
117.满足以下条件，则判断车辆由右侧离开充电区：
118.rfid天线2依次检测不到rfid电子标签2；
119.rfid天线2检测到rfid电子标签1；
120.rfid天线2检测到rfid电子标签1；
121.步骤十一：断开专用断路器系统中直流快速断路器dx1；
122.步骤十二：地面充电柜进线柜无dc1500v电压；
123.步骤十三：可旋转充电桩系统检测到无dc1500v电源后，充电轨自动收回，并保持导电轨处于收回，非工作位；
124.步骤十四：断开牵引变电所内高压柜、变压器、整流器、正极柜和负极柜等。
125.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
126.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
127.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
128.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
129.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
130.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。