本發(fā)明涉及機(jī)車制動(dòng)能量回收技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種軌道交通機(jī)車剎車制動(dòng)能量回收裝置及方法。

背景技術(shù)：

機(jī)車進(jìn)站剎車制動(dòng)，其電動(dòng)機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)發(fā)電以制動(dòng)車輛繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程中機(jī)車連接的接觸網(wǎng)其電壓會(huì)升高，甚至超過(guò)設(shè)定的上限值，所以、為了保證電網(wǎng)電壓控制在一定的安全范圍內(nèi)，在接觸網(wǎng)電壓升高而不至影響電網(wǎng)，軌道交通系統(tǒng)通常采用電阻能耗、超級(jí)電容吸收，或能量回饋電網(wǎng)的方式來(lái)吸收電能，使電網(wǎng)電壓維持在這個(gè)規(guī)定的電壓值范圍內(nèi)。這些方法中、吸收的電能不能存儲(chǔ)而受到使用的限制，要么同時(shí)的逆變回饋上網(wǎng)；要么為出站機(jī)車提供電源，其回收的電能都不能吸收存儲(chǔ)。還有當(dāng)機(jī)車間隔時(shí)間接近2min頻繁啟動(dòng)時(shí)，回收系統(tǒng)都不能連續(xù)的工作，影響到電網(wǎng)電壓的平衡。

機(jī)車在進(jìn)站剎車時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)發(fā)電使得接觸電網(wǎng)電壓升高，甚至超過(guò)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓上限，此時(shí)、原有的方案為：采用電阻能耗裝置：該裝置可有效的吸收能量，維持電網(wǎng)電壓平衡，保護(hù)電氣系統(tǒng)中的電力設(shè)備不至損壞。但在電阻能耗裝置的使用中，車站及隧道中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要配置空調(diào)及通風(fēng)等環(huán)控設(shè)備進(jìn)行散熱；采用逆變回饋系統(tǒng)：該系統(tǒng)是將接觸網(wǎng)電壓升高部分的能量吸收下來(lái)后，通過(guò)dc/ac變換成交流電源，直接輸送至市電網(wǎng)絡(luò)。但諧波、對(duì)市電電網(wǎng)沖擊問(wèn)題，讓電網(wǎng)公司較難解決；采用飛輪、超級(jí)電容等也可儲(chǔ)能，但由于其制造成本高及技術(shù)較為復(fù)雜而沒(méi)有的到商業(yè)化的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種軌道交通機(jī)車剎車制動(dòng)能量回收裝置及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種軌道交通機(jī)車剎車制動(dòng)能量回收裝置，制動(dòng)能量回收裝置包括監(jiān)控裝置、bms電池管理裝置、蓄電池組以及直流斬波器，所述bms電池管理裝置分別連接蓄電池組和監(jiān)控裝置，所述蓄電池組和監(jiān)控裝置分別連接直流斬波器，所述監(jiān)控裝置和直流斬波器分別連接接觸網(wǎng)；

所述直流斬波器采用直流功率變換器，所述直流功率變換器包括三組并聯(lián)連接的igbt模組，分為第一igbt模組、第二igbt模組、第三igbt模組，所述第一igbt模組均包括串聯(lián)連接的第一igbt、第二igbt，還包括第一電容，所述第一電容并聯(lián)在第一igbt、第二igbt組成的串聯(lián)電路兩端；所述第二igbt模組均包括串聯(lián)連接的第三igbt、第四igbt，還包括第二電容，所述第二電容并聯(lián)在第三igbt、第四igbt組成的串聯(lián)電路兩端；所述第三igbt模組均包括串聯(lián)連接的第五igbt、第六igbt，還包括第三電容，所述第三電容并聯(lián)在第五igbt、第六igbt組成的串聯(lián)電路兩端。

優(yōu)選的，所述第一igbt、第二igbt之間的節(jié)點(diǎn)連接串聯(lián)連接的電阻a、電感a和開(kāi)關(guān)a；所述第三igbt、第四igbt之間的節(jié)點(diǎn)連接串聯(lián)連接的電阻b、電感b和開(kāi)關(guān)b；所述第五igbt、第六igbt之間的節(jié)點(diǎn)連接串聯(lián)連接的電阻c、電感c和開(kāi)關(guān)c。

優(yōu)選的，所述蓄電池組由六組電池串并聯(lián)而成，包括第一電池串、第二電池串、第三電池串、第四電池串、第五電池串和第六電池串，每組電池串由10個(gè)電池模組串聯(lián)而成。

優(yōu)選的，所述bms電池管理裝置安裝在主控制柜中，所述主控制柜上安裝有柜門(mén)，所述柜門(mén)上設(shè)有顯示屏，所述顯示屏上端設(shè)有電壓表、電流表、溫度指示表和指示燈；所述直流斬波器安裝在設(shè)置在主控制柜一側(cè)的功率柜中。

優(yōu)選的，所述電池串安裝在電池柜中，所述電池柜并排設(shè)置六組，所述電池柜安裝在功率柜一側(cè)。

優(yōu)選的，其回收方法包括以下步驟：

a、機(jī)車進(jìn)站剎車發(fā)電時(shí)，系統(tǒng)接觸網(wǎng)吸收電能通過(guò)直流斬波器將直流電源充電進(jìn)蓄電池組進(jìn)行儲(chǔ)存；

b、儲(chǔ)存的電能經(jīng)逆變后傳輸給車站設(shè)備使用；

c、機(jī)車出站，系統(tǒng)接觸網(wǎng)壓降低，儲(chǔ)能蓄電池組通過(guò)直流斬波器對(duì)接觸網(wǎng)放電，給機(jī)車提供動(dòng)力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，具有儲(chǔ)存吸收電能快速、高效、容量大，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；一方面利于機(jī)車剎車不至引起電網(wǎng)升壓過(guò)限；一方面可給出站機(jī)車提供電能，特別在早晚高峰增加車次時(shí)，儲(chǔ)能電池的放電、可保持接觸網(wǎng)電壓的平衡；另外，較好的解決了電能的應(yīng)用問(wèn)題，其電能的使用、投放可以有目的的選擇使用；可將吸收能量回饋上網(wǎng)，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊和諧波影響，提高了電能質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明電路原理圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)安裝示意圖；

圖4為本發(fā)明的蓄電池組結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-4，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種軌道交通機(jī)車剎車制動(dòng)能量回收裝置，制動(dòng)能量回收裝置包括監(jiān)控裝置1、bms電池管理裝置2、蓄電池組3以及直流斬波器4，所述bms電池管理裝置2分別連接蓄電池組3和監(jiān)控裝置1，所述蓄電池組3和監(jiān)控裝置1分別連接直流斬波器4，所述監(jiān)控裝置1和直流斬波器4分別連接接觸網(wǎng)5；

所述直流斬波器4采用直流功率變換器，所述直流功率變換器包括三組并聯(lián)連接的igbt模組，分為第一igbt模組6、第二igbt模組7、第三igbt模組8，所述第一igbt模組6均包括串聯(lián)連接的第一igbt9、第二igbt10，還包括第一電容11，所述第一電容11并聯(lián)在第一igbt9、第二igbt10組成的串聯(lián)電路兩端；所述第二igbt模組7均包括串聯(lián)連接的第三igbt12、第四igbt13，還包括第二電容14，所述第二電容14并聯(lián)在第三igbt12、第四igbt13組成的串聯(lián)電路兩端；所述第三igbt模組8均包括串聯(lián)連接的第五igbt15、第六igbt16，還包括第三電容17，所述第三電容17并聯(lián)在第五igbt15、第六igbt16組成的串聯(lián)電路兩端；第一igbt9、第二igbt10之間的節(jié)點(diǎn)連接串聯(lián)連接的電阻a1a、電感a1b和開(kāi)關(guān)a1c；所述第三igbt12、第四igbt13之間的節(jié)點(diǎn)連接串聯(lián)連接的電阻b2a、電感b2b和開(kāi)關(guān)b2c；所述第五igbt15、第六igbt16之間的節(jié)點(diǎn)連接串聯(lián)連接的電阻c3a、電感c3b和開(kāi)關(guān)c3c。

本發(fā)明中，蓄電池組3由六組電池串并聯(lián)而成，包括第一電池串18、第二電池串19、第三電池串20、第四電池串21、第五電池串22和第六電池串23，每組電池串由10個(gè)電池模組串聯(lián)而成；電池模組選用超級(jí)電池電芯最高可達(dá)20c倍率、并且循環(huán)次數(shù)在soc30％-80％時(shí)，dod可達(dá)100萬(wàn)次以上；該電芯在頻繁充放電次數(shù)中，最高溫度可達(dá)50℃。其工作環(huán)境會(huì)控制在45℃以下。

本發(fā)明中，bms電池管理裝置2安裝在主控制柜24中，所述主控制柜24上安裝有柜門(mén)25，所述柜門(mén)25上設(shè)有顯示屏26，所述顯示屏26上端設(shè)有電壓表27、電流表28、溫度指示表29和指示燈30；所述直流斬波器4安裝在設(shè)置在主控制柜24一側(cè)的功率柜31中；電池串安裝在電池柜32中，所述電池柜32并排設(shè)置六組，所述電池柜32安裝在功率柜31一側(cè)。主控制柜上安裝有強(qiáng)力散熱風(fēng)扇；電池柜內(nèi)腔設(shè)有散熱通道，所述散熱通道內(nèi)安裝有散熱風(fēng)扇。

本發(fā)明的工作原理包括以下步驟：

a、機(jī)車進(jìn)站剎車發(fā)電時(shí)，系統(tǒng)接觸網(wǎng)吸收電能通過(guò)直流斬波器將直流電源充電進(jìn)蓄電池組進(jìn)行儲(chǔ)存；

b、儲(chǔ)存的電能經(jīng)逆變后傳輸給車站設(shè)備使用；

c、機(jī)車出站，系統(tǒng)接觸網(wǎng)壓降低，儲(chǔ)能蓄電池組通過(guò)直流斬波器對(duì)接觸網(wǎng)放電，給機(jī)車提供動(dòng)力。

本發(fā)明所儲(chǔ)存電量超過(guò)電容式儲(chǔ)能20倍(電容式儲(chǔ)能一般為5kwh)，電池儲(chǔ)能約為110kwh；從接觸網(wǎng)吸收電能、以及釋放電能到電網(wǎng)上，都不會(huì)影響接觸網(wǎng)網(wǎng)壓、使之接觸網(wǎng)網(wǎng)壓保持在一個(gè)正常設(shè)定范圍內(nèi)；系統(tǒng)調(diào)節(jié)接觸網(wǎng)電壓至設(shè)定范圍，不至由于剎車發(fā)電引起接觸網(wǎng)電壓升高并超過(guò)最高電壓上限。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，具有儲(chǔ)存吸收電能快速、高效、容量大，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；一方面利于機(jī)車剎車不至引起電網(wǎng)升壓過(guò)限；一方面可給出站機(jī)車提供電能，特別在早晚高峰增加車次時(shí)，儲(chǔ)能電池的放電、可保持接觸網(wǎng)電壓的平衡；另外，較好的解決了電能的應(yīng)用問(wèn)題，其電能的使用、投放可以有目的的選擇使用；可將吸收能量回饋上網(wǎng)，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊和諧波影響，提高了電能質(zhì)量。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。