城市轨道交通车辆应急供电系统研究

城市轨道交通车辆应急供电系统研究

邢新

重庆工信职业学院  401233

摘要：在城市轨道交通中，利用汽车蓄电池或新增的蓄电池作为应急电源，可以有效地解决电力供应系统出现的问题，同时也可以实现对车辆的主动救助。基于此，本文围绕城市轨道交通应急供电系统展开研究，对几种应急供电系统进行了分析，比较了它们的工作原理和特性，以期为该领域的后续研究提供参考。

关键词：城市轨道交通；车辆；应急供电系统

前言：牵引供电系统是城市轨道交通系统的关键部件，在设计、施工、运行过程中，其可靠性在很大程度上影响着轨道交通运行安全。但与此同时，其运行过程中存在着电力系统故障、线路停运等问题，难以保障轨道交通的顺利运行。为此，就需要对城市轨道交通车辆应急供电系统进行深入研究，明确不同系统的应用条件，以充分保障城市轨道交通的运行安全。因此，本文的研究具有一定的现实意义。

1. 城市轨道交通车辆应急供电系统应用现状

现阶段，城市轨道交通的建设已成为我国重点关注的内容，其建设成果与人们的生活息息相关。但与此同时，轨道交通的运行也存在一定的问题。为了保证运行安全，国内一些城市轨道交通中已经在一些线路上装载应急供电系统。在城市轨道交通中，装有这种系统的车辆有A型车和 B型车，它们的储能方式有碱性电池和铅酸电池，也有锂电池。根据汽车牵引提供的电压，电池电压水平在 DC 110 V到以上，存在不同程度的电压等级。城市轨道交通车辆的应急供电能力与其存储容量、功率大小有关，在相同的容量下，配备锂电池可以满足城市轨道交通车辆的长程牵引和停车泊位的调车要求，并且具有高车速，能牵引负载大的城市轨道交通车辆，使用寿命也较长，能够满足长期的使用需要。而碱性、铅酸电池自身的能量密度较低，无法进行长期使用，使用寿命存在限制，通常只适合在停车场内进行调车。

2. 城市轨道交通车辆应急供电系统设计
   1. 采用110V电池的应急供电系统

根据图1所示，在该种系统之中，车辆正常状态之下会切断开关K，使电池能够保持在浮充的状态，并使其充满电。紧急情况下开关 K被关闭，蓄电池与牵引主回路连接。这种情况下，电池组的输出电流会不断上升，导致电机在低电压时产生很大的热量，整体运行效率较低，从而导致了牵引效率的降低。同时，由于电池的化学性质影响，不仅会导致放电倍率低，不能连续高功率输出，还会导致循环寿命缩短，如果进行多次的大功率放电就会使得整体寿命大大缩短，难以实现长期使用。因此，这种应急供电系统可以在牵引距离短、功率小的情况下使用，如果是对应急供电使用没有频繁要求的场合也可以使用。

图1

2.2采用电池和充电机的应急供电系统

如图2中所示，车辆加装电池箱及专用充电机。当汽车正常工作时，切断电源 K，电池箱从充电机中进行充电。在紧急情况下，将开关 K关闭，电池箱与牵引主回路连接。这种设计与前一种供电系统的区别在于，电池箱电压可以被提高，以达到DC 750 V/1500 V的电源电压水平。为了保证电池的耐压安全，通常采用直流300-800 V的电压。采用高能量、高功率密度的锂离子电池，可以实现长距离紧急情况下的牵引，而且可以经常使用，从而大大提高了牵引效率。在该种应急供电系统之中，正常的110 V的充电机已经无法满足实际的充电需要，必须要安装专门的充电机，这样就会使得空间与资金成本出现一定程度的上升，在选择这种应急供电系统时需要将这点进行仔细考虑。

图2

2.3采用电池和双向AC/DC的应急供电系统

车辆加装了电池箱和一个交流/直流转换组件。当汽车正常工作时，该开关 K被切断，电池箱利用汽车AC 380 V的AC /DC 模块进行充电。当遇到紧急情况需要应急供电时，将开关 K关闭，电池箱与牵引主回路连接，并由AC /DC 模块提供AC 380V。在该应急供电系统中，可以为应急牵引供电时的全车交流用电提供充足支持，满足客舱内的通风、空调、制冷等应急用电需求。同时，该应急供电系统具有很高的牵引效率，能够提供良好的支撑。

2.4采用电池和双向DC/DC的应急供电系统

该车加装了电池箱和DC /DC 双向变流模块。当汽车正常工作时，将开关 K关闭，DC/DC模块对充电箱进行降压充电，对于制动能量能够进行回收和使用，储存的电能在汽车牵引时由 DC/DC模块进行增压释放，达到节约能源的目的[1]。当紧急情况下，开关 K关闭，电池箱由 DC/DC模块进行增压放电，具有较高的牵引效率，并能使车辆的辅助系统工作。这种设计不仅能够在紧急情况下进行牵引，而且还可以对制动能量进行再循环利用，从而提高系统的利用率，但同时还会增大系统的体积和造价。

3. 城市轨道交通车辆应急供电的整车配合

城市轨道交通车辆的运行会遇到一定的意外情况，需要进行应急供电，保证车辆安全。在这种情况下，就需要做好整车配合工作。如图5所示，为基本控制逻辑。第一，驾驶室需要对车辆的情况和状态进行确认，车辆完全停稳后按下紧急电源输入键， VCU启动应急供电模式，正式进行应急供电。第二，VCU在判断 HB在 OFF状态时，将切换和关闭指令发送到应急供电系统。第三，VCU对牵引进行调节，将制动改为纯空气制动，对辅助系统进行降负调节，并与 VCU进行实时的数据交互。第四，当汽车抵达预定位置时，驾驶室取消应急供电，VCU将从应急供电模式中脱离，应急供电系统断开。

结论：通过文章的研究和分析可以得知，应急供电系统在城市轨道交通车辆运行过程中具有十分重要的作用，要确保应急供电系统的顺利运行。基于此，本文主要对四种类型的应急供电系统进行分析，明确每一种系统的应用情况，希望能够提供相应的参考，促进我国城市轨道交通的发展。

参考文献：

[1]王通,杨阳,张国红,于爽.城市轨道交通车辆应急供电系统研究[J].城市轨道交通研究,2022,25(09):132-135.