一种用于轨道车辆的充电系统及方法与流程

本发明涉及轨道车辆充电，尤其涉及一种用于轨道车辆的充电系统及方法。

背景技术：

1、随着城市轨道交通和高速铁路的迅速发展，对轨道车辆电能供应系统的要求日益提高，特别是在能源管理与高效充电技术方面。传统的轨道车辆充电系统往往存在着效率低下、维护成本高、智能化程度不足等问题，不能充分满足现代轨道车辆对电力需求的动态管理及高效利用的需求。

2、现有技术中的充电系统大多依赖单一的充电模式，缺乏对车辆运行状态的实时监测和负荷需求的动态预测，这导致在高峰用电时段系统可能面临供电压力，而在低谷时段则存在能源浪费。此外，这些系统往往对电池组的管理不够精细化，无法有效区分电池健康状态，导致电池过度充放电，缩短使用寿命，增加了维护成本。

3、在安全防护方面，现有系统虽然具备基本的过压、欠压保护功能，但对于绝缘监测、温度控制等高级安全措施的实施并不完善，增加了潜在的运行风险。同时，电磁干扰（emi）控制不足也是一个普遍存在的问题，影响了整体的稳定性和周边电子设备的正常工作。

4、综上所述，现有轨道车辆充电系统在智能化管理、能源效率、电池健康管理以及系统安全性等方面存在明显不足，迫切需要一种更加高效、智能、安全可靠的充电解决方案，以适应现代轨道交通发展的需求。

技术实现思路

1、本发明提出了一种用于轨道车辆的充电系统及方法，旨在解决上述问题，通过集成预充电电路、高效率的充电机单机模块、智能监控单元和漏电检测等先进技术，实现了对供电母线的绝缘状况实时监测、电池健康状态的精确评估以及负荷需求的精准预测，从而显著提升了系统的整体性能和安全性。

2、为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种用于轨道车辆的充电系统，包括预充电电路、充电机单机模块、输出配电电路、监控单元和漏电检测仪，交流供电电压经预充电电路进入到充电机单机模块，所述充电机单机模块将380v的交流供电电压转换为隔离的dc110v，为输出配电电路供电，配电电路供电包括蓄电池和供电母线bn1、bn2和bd3，漏电检测仪用于检测供电母线bn1、bn2和bd3的绝缘情况并将检测结果通过监控单元传输至轨道车辆网络。

3、作为本发明的优化方案，充电机单机模块包括前级电路和后级电路，前级电路为三相pfc模块，后级电路为移相全桥的dcdc模块，三相pfc模块将输入的380v的交流供电电压转换为dc650v，移相全桥的dcdc模块将dc650v转换为隔离的dc110v。

4、作为本发明的优化方案，充电机单机模块还包括emi滤波板和io板，emi滤波板连接在三相pfc模块的前端，io板用于对三相pfc模块和移相全桥的dcdc模块进行使能控制，并监测三相pfc模块和移相全桥的dcdc模块的工作状态。

5、作为本发明的优化方案，用于轨道车辆的充电系统还包括电压传感器和ntc热敏电阻，电压传感器用于检测输入/输出欠压或过压，ntc热敏电阻用于检测充电机单机模块的散热器过温故障。

6、作为本发明的优化方案，用于轨道车辆的充电系统还包括下地电容和滤波磁环，380v的交流供电电压经过下地电容接地，380v的交流三相电穿过滤波磁环至预充电电路。

7、为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种用于轨道车辆的充电系统的充电方法，充电方法包括：

8、1）实时监测供电母线bn1、bn2和bd3的负荷需求，并预测未来1小时的负荷需求；

9、2）监测蓄电池电池组的荷电状态soc，评估电池健康状态soh；

10、3）当预测到未来1小时的负荷需求处于低谷时，通过soc监测，判断哪些电池组有空间存储电能，避免满载电池组继续充电；当预测到未来1小时的负荷需求处于高峰时，soh良好的电池优先被选择释放电能给负载。

11、作为本发明的优化方案，在步骤1）中，包括：

12、1-1、根据母线上采集的电压值和电流值，计算当前实时功率；

13、1-2、使用历史负荷需求，训练arima模型；

14、1-3、通过交叉验证的方法优化arima模型参数；

15、1-4、当前实时功率输入arima模型，预测未来1小时的负荷需求。

16、作为本发明的优化方案，在步骤2）中，包括：

17、2-1、实时监测蓄电池的充放电流和电压，计算电量q（t），基于电池的总容量c nom，计算soc；

18、

19、其中：q0是初始电量， i( τ)表示在时间 τ时的瞬时电流， t0初始时间；

20、2-2、监测蓄电池在不同soc下的内阻评估soh；

21、

22、其中，rcurrent是当前内阻，rinitial是初始内阻。

23、本发明具有积极的效果：1）本发明实现了从380v交流到dc110v直流的高效转换，显著提高了电能转换效率，减少了能量损耗。同时，引入了监控单元与智能控制策略，能够根据轨道车辆的实时负荷需求和预测的未来负荷趋势动态调整充电策略，避免了电力资源的浪费，实现了电能的智能分配与管理；

24、2）本发明通过电压传感器和ntc热敏电阻实时监测电池状态和充电机散热情况，确保了电池组不会过充或过放，有效管理电池健康状态（soh）。提高了电池使用效率，还显著延长了电池的使用寿命，降低了长期运维成本；

25、3）本发明漏电检测仪和传感器网络能够即时监测母线绝缘情况和系统温度，及时预警潜在的安全隐患，有效避免了电气火灾和设备损坏的风险，提升了整个充电系统的安全性和可靠性。构成了一个更加智能化、高效且安全的充电解决方案；

26、4）本发明通过实时监测供电母线的负荷需求并预测未来负荷趋势，实现了对充电过程的动态管理。当预测到负荷需求低谷时，优先选择未满载的电池组进行充电，避免资源浪费；而在负荷需求高峰时，则优先使用状态良好的电池组供电，确保了电能的高效利用与供需平衡，提高了整个系统的能源管理效率和响应速度。

27、5）本发明通过对蓄电池的实时监测和精确的荷电状态(soc)计算，结合电池健康状态(soh)的动态评估，该充电方法能够精细化管理电池充放电过程。通过避免满载电池继续充电以及优先选用soh良好的电池组供电，有效减少了过充过放现象，显著延长了电池使用寿命，降低了维护成本，提升了电池组的整体性能和可靠性。

28、6）运用arima模型结合历史负荷数据进行负荷需求预测，显著增强了充电系统的智能化程度和预测精度。这种方法不仅能够准确预测未来负荷需求，使充电策略有针对性，还能够根据实时数据反馈不断自我调整和优化，确保预测模型的准确性和适应性。

技术特征：

1.一种用于轨道车辆的充电系统，其特征在于：包括预充电电路、充电机单机模块、输出配电电路、监控单元和漏电检测仪，交流供电电压经预充电电路进入到充电机单机模块，所述充电机单机模块将380v的交流供电电压转换为隔离的dc110v，为输出配电电路供电，配电电路供电包括蓄电池和供电母线bn1、bn2和bd3，漏电检测仪用于检测供电母线bn1、bn2和bd3的绝缘情况并将检测结果通过监控单元传输至轨道车辆网络。

2.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的充电系统，其特征在于：充电机单机模块包括前级电路和后级电路，所述前级电路为三相pfc模块，所述后级电路为移相全桥的dcdc模块，三相pfc模块将输入的380v的交流供电电压转换为dc650v，移相全桥的dcdc模块将dc650v转换为隔离的dc110v。

3.根据权利要求2所述的一种用于轨道车辆的充电系统，其特征在于：充电机单机模块还包括emi滤波板和io板，emi滤波板连接在三相pfc模块的前端，所述io板用于对三相pfc模块和移相全桥的dcdc模块进行使能控制，并监测三相pfc模块和移相全桥的dcdc模块的工作状态。

4.根据权利要求3所述的一种用于轨道车辆的充电系统，其特征在于：用于轨道车辆的充电系统还包括电压传感器和ntc热敏电阻，所述电压传感器用于检测输入/输出欠压或过压，ntc热敏电阻用于检测充电机单机模块的散热器过温故障。

5.根据权利要求4所述的一种用于轨道车辆的充电系统，其特征在于：用于轨道车辆的充电系统还包括下地电容和滤波磁环，380v的交流供电电压经过下地电容接地，380v的交流三相电穿过滤波磁环至预充电电路。

6.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的充电系统的充电方法，其特征在于：充电方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种用于轨道车辆的充电系统的充电方法，其特征在于：在步骤1）中，包括：

8.根据权利要求7所述的一种用于轨道车辆的充电系统的充电方法，其特征在于：在步骤2）中，包括：

技术总结本发明涉及轨道车辆充电技术领域，尤其涉及一种用于轨道车辆的充电系统及方法，包括预充电电路、充电机单机模块、输出配电电路、监控单元和漏电检测仪，交流供电电压经预充电电路进入到充电机单机模块，充电机单机模块将380V的交流供电电压转换为隔离的DC110V，为输出配电电路供电，配电电路供电包括蓄电池和供电母线BN1、BN2和BD3，漏电检测仪用于检测供电母线BN1、BN2和BD3的绝缘情况并将检测结果通过监控单元传输至轨道车辆网络。本发明实现了从380V交流到DC110V直流的高效转换，显著提高了电能转换效率，减少了能量损耗。技术研发人员：周鹏,李凡,蔡训华,赵高勇,孙培根受保护的技术使用者：南京志卓电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9