[发明专利]一种城市轨道车辆用车载太阳能供电系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电和储能技术领域，尤其涉及一种城市轨道车辆用车载太阳能供电系统。

背景技术

随着国家对节能减排的大力提倡，光伏作为一种清洁能源，逐步获得认可及推广，政府也出台一系列措施支持光伏产业发展。与其他能源相比，光伏技术具备很多优势：没有任何机械运转部件；除了日照外，不需其它任何燃料；取之不尽用之不竭等。国家要求大力发展新能源、高效能、高安全的系统技术与装备，发展轨道交通的安全保障、智能化、绿色化技术。将光伏技术应用于城市轨道交通领域，符合轨道交通行业发展的趋势。

目前，国内针对光伏技术更多得还是应用在光伏并网发电领域。除光伏并网外，光伏技术已经开始了在汽车领域的初期探索，但受电动汽车车体面积和运行时间所限，加之储能蓄电池容量和天气的限制，使得太阳能电池在电动汽车上的实用性受到极大的限制。

目前在全球范围内还没有将光伏应用于轨道交通车辆的先例，一方面，需解决确保车辆在行驶过程中，太阳能电池仍可稳固在车体上高效发电的难题；另一方面，如何更加有效得利用太阳能，提高太阳能发电的使用效率，也是需重点关注的问题；再者，作为一种新型的供电装备，如何在不改变原车电气拓扑的前提下，将太阳能供电系统融入现有的低压供电系统中，是第三个需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种城市轨道车辆用车载太阳能供电系统，包括依次相连的：铺设于城市轨道车辆顶部或侧面的柔性光伏组件、升压变换器、储能电池箱；其中储能电池箱作为车辆辅助供电系统通过接触器同时与车辆外部供电母线相连。

所述柔性光伏组件为光伏薄膜电池，每个车厢外铺设5块串联的光伏薄膜电池，每块光伏薄膜电池的最大功率100W，额定电压17.8V，串联后形成额定电压为89V，最大功率500W的串联单元；两个车厢的串联单元并联后接入一台额定功率1kW的升压变换器，将电压变换为110V，并入额定电压110V的储能电池箱，储能电池箱通过二极管向110V母线提供电能。

所述柔性光伏组件采用整体胶粘和框条固定结合的方式铺设在车辆顶部，完全贴合不同弧度的车顶，可适应车顶走行风；所述各柔性光伏组件间通过光伏板连接器连接，并使用紧固件在车顶将连接器固定。

所述升压变换器采用Boost升压变换器电路，并采用MPPT算法，在实现最大功率点追踪的同时具备电池低电压自动充电和保护功能。

所述储能电池箱为钛酸锂电池，通过串联与整车外部供电母线电压110V匹配；储能电池箱通过二极管为外部供电母线提供电能，防止母线电压过高时向电池箱反灌电流；电池箱具有短路自保护，防止出现外部短路时电池发生安全故障；储能电池箱的输入端通过常闭接触器确保在电池过充又未能自动停止充电时快速切断充电回路；储能电池箱的输出端通过常开接触器，保证在整车外部供电时断开与外部供电母线的电气连接，在储能电池箱欠压亏电时断开放电回路防止电池过放。

所述升压变换器和储能电池箱之间通过RS485实现双方信息交互；储能电池箱与整车通过硬线信号获知整车处于外部上电或下电状态。

所述升压变换器通过检测电池电压对防止电池过充进行保护，并通过电压比较器实现防止过充的二层保护，储能电池箱通过输入端接常闭接触器实现第三重保护。

本发明的有益效果在于：

将太阳能电池成功应用于城市轨道交通领域，拓展了光伏发电技术应用的领域。通过薄膜电池的灵活安装，解决了带弧度车顶太阳能板铺设的难题；通过加装储能装置，实现太阳能的最大化利用；通过抬高输出电压并入110V辅助系统，实现了不改变原有电气结构前提下，优先使用光伏系统供电节能的目的。按整车四个车厢计算，实现整车最大发电功率2kW；正常状态时，太阳能发电直接流向外部供电系统，储能电池箱电压控制在111.2V左右，实现节能目的；当外部供电功率低时，太阳能剩余电量可给电池充电，整车储能电量4kWh，可储存满功率发电状态下2小时电量；当车辆第三轨无电或充电机故障时，储能电池箱可为整车提供电能15min，确保列车关键系统的控制用电可靠性。该方案为今后光伏技术在轨道交通领域大规模应用提供了技术支持，推动新能源技术在新的领域的发展，符合国家构建“绿色交通”的政策引导。

附图说明

图1太阳能供电系统与外部系统接线图；

图2太阳能供电系统能量流动图；

图3薄膜电池铺设示意图

图4为薄膜电池连接器紧固图；

图5升压变换器主电路拓扑图；

图6电池系统拓扑图；