本发明涉及电气控制技术，尤其涉及一种混合 动力轨道车辆的供电装置、 供电系统和轨道车辆。 背景技术

混合动力轨道车辆是由两种以上的动力源为车 辆的供电系统提供初始电 压源的车辆， 目前， 混合动力轨道车辆中， 主要为由接触网加车载超级电容 作为车辆供电系统的初始电压源， 以通过供电系统为牵引电机供电， 驱动牵 引电机， 从而通过牵引电机为车辆提供牵引动力。

该种形式的供电系统， 在接触网有电时， 由接触网作为初始电压源为牵 引电机供电， 驱动牵引电机； 当车辆供电系统脱离接触网或接触网无电时， 由超级电容作为初始电压源为牵引电机供电， 驱动牵引电机。

但是， 由于超级电容所能存储的电能较低， 而轨道车辆运行时， 所消耗 的电能较大， 超级电容所存储的电能通常只能驱动车辆运行 几分钟， 在接触 网长时间无电或者车辆的供电系统长时间脱离 供电系统时， 仅靠超级电容无 法为车辆长距离运行提供初始电压源， 因此， 对轨道车辆的安全运行造成影 响。 发明内容

本发明一个方面是提供一种混合动力轨道车辆 的供电装置， 该供电装置 包括：

超级电容和蓄电池组， 所述超级电容和蓄电池组并联， 且分别与车辆中 的供电系统相连， 用于在接触网与车辆供电系统脱离或接触网无 电状态下， 作为车辆中供电系统的供电电压源。

本发明另一个方面还提供了一种混合动力轨道 车辆的供电系统， 该供电 系统包括本发明提供的供电装置， 该供电系统还包括：

电压互感器， 与受电弓输出线路相连， 用于将受电弓输出线路上的电压 缩小设定倍数后输出；

车辆信息获取单元， 用于获取车辆的运行状态信息；

供电装置信息釆集单元， 分别与所述供电装置中的超级电容和蓄电池组 相连， 用于釆集所述超级电容和蓄电池组的当前状态 信息；

控制单元， 分别与所述电压互感器、 所述车辆信息获取单元和所述供电 装置信息釆集单元相连， 用于根据所述电压互感器的输出电压、 所述车辆的 当前运行状态信息和所述超级电容和蓄电池组 的当前状态信息， 生成对牵引 变流器的控制信号；

牵引变流器， 分别与受电弓输出线路、 所述控制单元和所述超级电容和 蓄电池组相连， 用于根据所述控制信号控制将通过受电弓输出 线路引入的接 触网电压转换成牵引电机所需的交流电压， 以通过接触网为牵引电机供电， 控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压 转换成对所述超级电容和蓄电 池组的直流充电电压， 以为所述超级电容和蓄电池组充电， 控制将所述超级 电容和蓄电池组输出的直流电压变换成牵引电 机所需的交流电压， 以通过所 述超级电容和蓄电池组为牵引电机供电。

本发明还提供了一种混合动力轨道车辆， 该车辆包括牵引电机， 还包括 本发明提供的供电系统， 所述供电系统与所述牵引电机相连。

本发明提供的混合动力轨道车辆的供电装置， 将超级电容和蓄电池组的 特点相结合， 将超级电容和蓄电池组并联， 可在接触网与供电系统脱离时， 或者是接触网无电时， 超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电 系统的 供电电压源， 可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电 能， 较长时间通 过供电系统为车辆的牵引电机供电， 保证车辆安全运行。

本发明提供的混合动力轨道车辆的供电系统， 釆用本发明实施例提供的 供电装置， 釆用接触网加超级电容和蓄电池组两种动力源 作为该供电系统的 初始电压源， 为一种混合动力轨道车辆的供电系统， 在接触网与供电系统接 触时， 控制将接触网电压转换成牵引电机所需的交流 电压， 以通过接触网为 牵引电机供电， 并且， 可控制将接触网电压转换成对超级电容和蓄电 池组的 直流充电电压， 以为超级电容和蓄电池组充电； 在接触网与供电系统脱离或 者是接触网无电时， 控制将超级电容和蓄电池组输出的直流电压变 换成牵弓 ] 电机所需的交流电压， 以通过超级电容和蓄电池组为牵引电机供电， 将超级 电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统 的供电电压源， 可较长时间的 持续输出驱动车辆行驶所需的电能， 较长时间通过供电系统为车辆的牵引电 机供电， 保证车辆安全运行。

本发明提供的混合动力轨道车辆， 通过釆用本发明实施例提供的供电系 统， 在接触网与供电系统接触时， 可通过接触网为牵引电机供电， 在接触网 与供电系统脱离或者是接触网无电时， 通过超级电容和蓄电池组为牵引电机 供电， 将超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供 电系统的供电电压源， 可较长时间的持续输出驱动车辆行驶所需的电 能， 较长时间通过供电系统为 车辆的牵引电机供电， 保证车辆安全运行。 附图说明 图 1为本发明实施例所提供的混合动力轨道车辆� �供电系统的结构示意 图；

图 2为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道� �辆的供电系统的结构 示意图；

图 3为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道� �辆的供电系统的结构 示意图；

图 4为本发明又一实施例所提供的混合动力轨道� �辆的供电系统的结构 示意图。 具体实施方式 本发明实施例提供了一种混合动力轨道车辆的 供电装置， 该供电装置包 括超级电容和蓄电池组。

所述超级电容和蓄电池组并联， 且分别与车辆中供电系统相连， 用于在 接触网与车辆供电系统脱离状态下， 为车辆中供电系统提供供电电压源。 混合动力轨道车辆是由两种以上的动力源为车 辆的供电系统提供初始电 压源的车辆。

车辆中的供电系统为将初始电压源提供的电压 转换成车辆中牵引电机所 需的电压的装置， 供电系统通常包括受电弓、 牵引变流器和控制单元等。 受 电弓的作用是将接触网的电能引入供电系统中 ， 控制单元的作用是生成对牵 引变流器的控制信号， 控制牵引变流器的工作状态， 牵引变流器的作用是在 控制单元的控制下， 将从接触网引入的电压进行转换， 以将从接触网引入的 电压转换成牵引电机所需的电压。

受电弓有两种状态， 一种是与接触网接触， 一种是与接触网脱离， 当受 电弓与接触网接触时可将接触网的电能引入供 电系统， 当受电弓与接触网脱 离时， 不再将接触网的电能引入供电系统。

本实施例中， 当受电弓与接触网接触时， 通过受电弓将接触网的电能引 入供电系统， 接触网输出的电压作为供电系统的供电电压源 ， 进而， 通过供 电系统为车辆的牵引电机供电， 驱动牵引电机， 进而通过牵引电机为车辆提 供牵引动力， 驱动车辆行驶。

当受电弓与接触网脱离时（也就是接触网与供 电系统脱离时） ， 或者是 接触网无电时， 可将超级电容和蓄电池组输出的电能共同作为 车辆中供电系 统的供电电压源， 也就是作为供电系统的一种初始电压源， 以通过供电系统 为车辆的牵引电机供电， 驱动牵引电机， 进而通过牵引电机为车辆提供牵引 动力， 驱动车辆行驶。

超级电容具有输出功率和输出电流大、 充放电时间短的特点， 蓄电池组 具有持续输出电能， 充放电时间长的特点， 如果仅依靠超级电容输出的电能 为供电系统供电， 只能持续较短时间， 如果仅依靠蓄电池组输出的电能为供 电系统供电， 由于轨道车辆运行时， 特别是当车辆刚刚启动或者加速运行时, 所需的功率 4艮大， 就目前技术中蓄电池组而言， 还不能为轨道车辆提供如此 大功率的电能。

本实施例中， 将超级电容和蓄电池组的特点相结合， 将超级电容和蓄电 池组并联， 可在接触网与供电系统脱离时， 或者是接触网无电时， 超级电容 和蓄电池组输出的电能共同作为供电系统的供 电电压源， 可较长时间的持续 输出驱动车辆行驶所需的电能， 较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供 电， 保证车辆安全运行。

本发明实施例还提供了一种混合动力轨道车辆 的供电系统， 图 1为本发 明实施例所提供的混合动力轨道车辆的供电系 统的结构示意图，如图 1所示， 该供电系统包括本发明实施例提供的供电装置 10, 还包括电压互感器 11、 车 辆信息获取单元 12、 供电装置信息釆集单元 13、 控制单元 14和牵引变流器 15。

电压互感器 11 , 与受电弓输出线路相连， 用于将受电弓输出线路上的电 压缩小设定倍数后输出。

电压互感器为一个带铁心的变压器， 包括一次绕组和二次绕组， 当在一 次绕组上施加一个电压 U1时， 则在二次绕组中产生一个二次电压 U2。 通过 改变一次或二次绕组的匝数比， 可以产生不同的一次电压与二次电压比， 也 就是组成不同变压比的电压互感器。

电压互感器为将高电压变成低电压的互感器， 可将高电压按比例转换成 低电压， 本实施例中通过电压互感器将受电弓输出线路 上的电压缩小设定倍 数后输出 （该设定倍数即为电压互感器的变压比） ， 受电弓输出线路上的电 压为接触网上的电压， 通常为高电压， 而控制单元所能接收的电压通常为低 电压信号， 因此， 利用电压互感器将接触网的高电压变换成低压 信号， 以作 为测量信号提供的控制单元。

车辆信息获取单元 12, 用于获取车辆的运行状态信息。

车辆信息获取单元可为由各种传感器或釆集元 件等组成的电路， 通过各 种釆集元件釆集车辆的运行状态信息， 该运行状态信号可以包括车辆运行时 的速度、 加速度和车辆牵引电机的输出转矩、 制动转矩等， 例如， 可以通过 设置在牵引电机输出轴上的速度传感器， 以釆集车辆的运行速度和加速度， 或者通过设置在牵引电机输出轴上的转矩传感 器， 以釆集牵引电机的输出转 矩。

该车辆信息获取单元也可为一数据接收或存储 装置， 通过接收车辆主控 单元发送的相关控制参数（例如车辆的输出转 矩、 速度和加速度等）获取车 辆的运行状态信息。

供电装置信息釆集单元 13 , 分别与所述供电装置 10中的超级电容 101 和蓄电池组 102相连， 用于釆集所述超级电容 101和蓄电池组 102的当前状 态信息。

供电装置信息釆集单元可为由各种传感器或釆 集元件等组成的电路， 用 于釆集超级电容和蓄电池组的当前状态信息， 例如， 可以为设置在超级电容 两端或蓄电池组输出端的电流传感器和电压传 感器等， 以釆集超级电容的输 出电流和输出电压， 蓄电池组的输出电流和输出电压等作为当前状 态信息。

控制单元 14, 分别与所述电压互感器 11、 所述车辆信息获取单元 12和 所述供电装置信息釆集单元 13相连， 用于根据所述电压互感器的输出电压、 所述车辆的当前运行状态信息和所述超级电容 和蓄电池组的当前状态信息， 生成对牵引变流器 15的控制信号。

控制单元为该供电系统的控制装置， 可通过可编程控制器、 单片机、 计 算机或具有数据处理功能的处理器等实现。

控制单元将电压互感器的输出电压、 车辆的运行状态信息和超级电容和 蓄电池组的当前状态信息作为控制参数以生成 对牵引变流器的控制信号。

牵引变流器 15 , 分别与受电弓输出线路、 所述控制单元 14和所述超级 电容 101和蓄电池组 102相连， 用于根据所述控制信号控制将通过受电弓输 出线路引入的接触网电压转换成牵引电机 50所需的交流电压，以通过接触网 为牵引电机 50供电，控制将通过受电弓输出线路引入的接� ��网电压转换成对 所述超级电容 101和蓄电池组 102的直流充电电压， 以为所述超级电容 101 和蓄电池组 102充电， 控制将所述超级电容 101和蓄电池组 102输出的直流 电压变换成牵引电机 50所需的交流电压，以通过所述超级电容 101和蓄电池 组 102为牵引电机 50供电。

牵引变流器通常为由门极可关断晶闸管 （ Gate Turn-Off Thyristor, 简称 GTO ) 、 绝缘栅双极型晶体管（ Insulated Gate Bipolar Transistor, 简称 IGBT ) 或者是其他可控开关管组成的电路， 通过对电路中开关管的控制， 可实现对 电压的变换。 本实施例中， 牵引变流器可将接触网电压转换成牵引电机所 需 的交流电压， 将接触网电压转换成对所述超级电容和蓄电池 组的直流充电电 压， 以为超级电容和蓄电池组充电， 并且， 可将超级电容和蓄电池组输出的 直流电压变换成牵引电机所需的交流电压， 从而通过接触网或超级电容和蓄 电池组为牵引电机供电。

下面介绍该供电系统的工作过程。 在受电弓与接触网处于接触状态下（也就是接 触网与供电系统接触时）， 受电弓输出线路上会引入接触网电压，电压互 感器 11将受电弓输出线路上的 电压缩小设定倍数后输出， 并发送给控制单元 14, 控制单元 14可根据电压 互感器 11的输出电压判断此时受电弓与接触网的状态� �� 例如， 可设置一电压 阈值（该电压阈值可为近似于零的一电压值） ， 控制单元 14将该输出电压与 电压阈值进行比较， 如果输出电压大于电压阈值可判断受电弓与接 触网处于 接触状态， 也可同时判断车辆此时处于行驶状态。

如果控制单元 14判断出受电弓与接触网处于接触状态， 则控制单元 14 会生成对牵引变流器 15的控制信号，控制将通过受电弓输出线路引� ��的接触 网电压转换成牵引电机 50所需的交流电压， 以通过接触网为牵引电机 50供 电， 并且， 控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压 转换成对超级电容 101和蓄电池组 102的直流充电电压， 以为超级电容 101和蓄电池组 102充 电。

在受电弓与接触网脱离 （也就是接触网与供电系统脱离时）或者接触 网 无电状态下， 受电弓输出线路上将不会产生电压， 电压互感器 11也不会输出 电压， 也就是输出电压近似为零， 控制单元 14将该输出电压与电压阈值（该 电压阈值可为大于零的一电压值）进行比较， 此时， 输出电压将小于电压阈 值， 说明受电弓与接触网脱离或者接触网无电。

控制单元 14还可以根据车辆的运行状态信息判断车辆的� ��前运行状态， 例如， 通过车辆的行驶速度判断车辆是处于停止状态 、 勾速行驶阶段、 加速 行驶阶段或者是制动阶段等， 例如， 可将车辆的当前速度与一匀速阶段的参 考速度值进行比较， 当当前速度大于该参考速度值时， 判断车辆处于加速行 驶阶段， 或者当车辆的当前速度等于零时， 判断车辆处于停止状态。

并且，控制单元 14可进一步的根据超级电容 101和蓄电池组 102的当前 状态信息判断超级电容和蓄电池组的当前状态 ， 例如， 可设置超级电容和蓄 电池组的充电电压阈值， 将超级电容 101和蓄电池组 102的当前输出电压与 超级电容和蓄电池组的充电电压阈值进行比较 ， 如果此时超级电压 101和蓄 电池组 102的当前输出电压小于该充电电压阈值， 则说明此时需要为超级电 容 101和蓄电池组 102充电。 如果此时超级电容 101和蓄电池组 102的当前 输出电压大于等于该充电电压阈值， 则说明此时不再需要为超级电容 101和 蓄电池组 102充电， 可通过超级电容 101和蓄电池组 102放电。

如果控制单元 14判断出受电弓与接触网处于脱离状态，车辆� ��于行驶状 态， 且可通过超级电容 101和蓄电池组 102放电， 则控制单元 14会生成对牵 引变流器 15的控制信号，控制将超级电容 101和蓄电池组 102输出的直流电 压变换成牵引电机 15所需的交流电压， 以通过超级电容 101和蓄电池组 102 为牵引电机 50供电。

本实施提供的供电系统， 釆用本发明实施例提供的供电装置， 釆用接触 网 +超级电容和蓄电池组两种动力源作为该供电� �统的初始电压源，为一种混 合动力轨道车辆的供电系统， 在接触网与供电系统接触时， 控制将接触网电 压转换成牵引电机所需的交流电压， 以通过接触网为牵引电机供电， 并且， 可控制将接触网电压转换成对超级电容和蓄电 池组的直流充电电压， 以为超 级电容和蓄电池组充电； 在接触网与供电系统脱离或者是接触网无电时 ， 控 制将超级电容和蓄电池组输出的直流电压变换 成牵引电机所需的交流电压， 以通过超级电容和蓄电池组为牵引电机供电， 将超级电容和蓄电池组输出的 电能共同作为供电系统的供电电压源， 可较长时间的持续输出驱动车辆行驶 所需的电能， 较长时间通过供电系统为车辆的牵引电机供电 ， 保证车辆安全 运行。

图 2为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道� �辆的供电系统的结构 示意图， 在上述实施例的基础上， 进一步的， 该供电系统中控制单元 14包括 期望输出功率获取子单元 141、 输出功率获取子单元 142和控制信号生成子 单元 143 , 所述牵引变流器 15包括牵引逆变器 151、 第一直流斩波器 152和 第二直流斩波器 153 , 其中，

期望输出功率获取子单元 141 , 与所述车辆信息获取单元 12相连， 用于 根据所述车辆的运行状态信息获取牵引电机的 期望输出功率值。

期望输出功率获取子单元可根据车辆的运行状 态信息获取牵引电机的期 望输出功率值， 例如， 可以将牵引电机的期望输出转矩作为运行状态 信息， 根据该期望输出转矩计算获得牵引电机的期望 输出功率值， 或者是， 将车辆 的速度作为运行状态信息， 通过车辆的速度计算得到牵引电机的期望输出 功 率值。

输出功率获取子单元 142, 与所述供电装置信息釆集单元 13相连， 用于 根据所述超级电容 101和蓄电池组 102的当前状态信息分别获取所述超级电 容 101的输出功率值和所述蓄电池组 102的输出功率值。

输出功率获取子单元用于根据超级电容和蓄电 池组的当前状态信息获取 其当前输出功率值， 可根据超级电容和蓄电池组的输出电压、 输出电流计算 获得超级电容和蓄电池组的当前输出功率。

控制信号生成子单元 143 , 分别与所述电压互感器 11、 所述期望输出功 率获取子单元 141和所述输出功率获取子单元 142相连， 用于在所述电压互 感器 11的输出电压大于第一预设电压阈值状态下，� ��别生成对所述牵引逆变 器 151的供电控制信号、 对所述第一直流斩波器 152的第一充电控制信号和 对所述第二直流斩波器 153的第二充电控制信号，且在所述电压互感器 11的 输出电压小于第一预设电压阈值状态下，根据 所述牵引电机 50的期望输出功 率值、 所述超级电容 101的输出功率值和所述蓄电池组 102的输出功率值分 别生成对所述第一直流斩波器 152的第一功率输出信号、 对所述第二直流斩 波器 153的第二功率输出信号和对所述牵引逆变器 151的变流控制信号。

控制信号生成子单元为控制单元的核心控制部 分， 将电压互感器的输出 电压、 牵引电机的期望输出功率值和超级电容和蓄电 池组的输出功率值作为 控制参数， 根据上述的控制参数生成相应的控制信号。

第一直流斩波器 152, 分别与受电弓输出线路、 所述控制信号生成子单 元 143和所述超级电容 101相连， 用于在接收到所述第一充电控制信号时， 控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压 转换成对所述超级电容 101的 直流充电电压， 以为所述超级电容 101充电， 或在接收到所述第一功率输出 控制信号时， 将所述超级电容 101输出的直流电压转换成设定幅值的直流电 压后输出， 以通过所述超级电容 101的放电输出第一功率值的能量；

第二直流斩波器 153 , 分别与受电弓输出线路、 所述控制信号生成子单 元 143和所述蓄电池组 102相连， 用于在接收到所述第二充电控制信号时， 控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压 转换成对所述蓄电池组 102的 直流充电电压， 以为所述蓄电池组 102充电， 或在接收到所述第二功率吸收 控制信号时， 将所述蓄电池组 102输出的直流电压转换成设定幅值的直流电 压后输出， 以通过所述蓄电池组 102的放电输出第二功率值的能量；

牵引逆变器 151 , 分别与受电弓输出线路、 所述控制信号生成子单元 143 和所述第一直流斩波器 152和所述第二直流斩波器 153相连， 用于在接收到 所述供电控制信号时， 控制将通过受电弓输出线路引入的接触网电压 转换成 牵引电机 50所需的交流电压， 以为通过接触网为牵引电机 50供电， 或在接 收到所述变流控制信号时,控制将第一直流斩� �器 152和第二直流斩波器 153 输出的设定幅值的直流电压变换成牵引电机 50所需的交流电压，以通过所述 超级电容 101和蓄电池组 102为牵引电机 50供电。

下面介绍本实施例提供的供电系统的工作过程 。

期望输出功率获取子单元 141获取牵引电机的期望输出功率值和输出功 率获取子单元 142获取超级电容 101和蓄电池组 102的当前输出功率值后， 可分别发送给控制信号生成子单元 143 , 并且， 控制信号生成子单元 143可 接收电压互感器 11发送的输出电压，控制信号生成子单元 143将电压互感器 11的输出电压与第一预设电压阈值（该第一预� ��电压阈值可为略大于零的一 电压值）进行比较， 如果输出电压大于电压阈值说明接触网与供电 系统处于 接触状态， 也可同时判断车辆此时处于行驶状态。

此时，控制信号生成子单元 143生成对牵引逆变器 151的供电控制信号、 对第一直流斩波器 152的第一充电控制信号和对第二直流斩波器 153的第二 充电控制信号， 牵引逆变器 151根供电控制信号控制将通过受电弓输出线路 引入的接触网电压转换成牵引电机 50所需的交流电压，以通过接触网为牵引 电机 50供电， 同时， 第一直流斩波器 152根据第一充电控制信号控制将接触 网电压转换成对超级电容 101的直流充电电压， 以为超级电容 101充电， 第 二直流斩波器 153根据第二充电控制信号控制将接触网电压转 换成对蓄电池 组 102的直流充电电压， 以为蓄电池组 102充电。

如果控制信号生成子单元 143将电压互感器 11的输出电压与第一预设电 压阈值进行比较后， 输出电压小于第一预设电压阈值时， 可判断接触网与供 电系统脱离或者接触网无电。

当电压互感器的输出电压小于第一预设电压阈 值时， 也就是接触网与供 电系统脱离或者接触网无电时， 需要通过超级电容 101和蓄电池组 102为牵 引电机 50供电，通过超级电容 101和蓄电池组 102放电时输出的功率提供牵 引电机 50所需的输出功率。

因此， 控制信号生成子单元 143进一步根据超级电容 101的当前输出功 率值和蓄电池组 102的当前输出功率值判断超级电容 101和蓄电池组 102当 前能够输出的功率情况，以将牵引电机 50的期望输出功率值分别分配给超级 电容 101和蓄电池组 102, 使超级电容 101输出部分功率 （也就是输出第一 功率值的能量） , 蓄电池组 102输出部分功率（也就是输出第二功率值的能 量）， 超级电容 101和蓄电池组 102输出功率之和应满足牵引电机 50所需的 期望输出功率值。

此时， 控制信号生成子单元 143生成对第一直流斩波器 152的第一功率 输出信号、 对第二直流斩波器 153的第二功率输出信号和对牵引逆变器 151 的变流控制信号， 第一直流斩波器 152根据第一功率输出信号控制将超级电 容 101输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压 后输出， 以通过超级电容 101的放电输出第一功率值的能量， 第二直流斩波器 153根据第二功率输出 信号控制将蓄电池组 102输出的直流电压转换成设定幅值的直流电压 后输 出， 以通过蓄电池组 102的放电输出第二功率值的能量， 并且， 牵引逆变器 151根据变流控制信号， 控制将第一直流斩波器 152和第二直流斩波器 153 输出的设定幅值的直流电压变换成牵引电机 50所需的交流电压，以通过超级 电容 101和蓄电池组 102为牵引电机 50供电。

上述第一直流斩波器 152和第二直流斩波器 153输出的设定幅值的直流 电压为牵引逆变器 151输入侧的电压大小， 然后牵引逆变器 151再将该电压 转换成牵引电机 50所需的交流电压， 因此， 该设定幅值的直流电压与牵引逆 变器 151所能接收的输入电压的范围有关， 只要在牵引逆变器 151能够接收 的输入电压范围内即可， 可根据需要设置。

并且， 本实施例中， 控制信号生成子单元 143如果通过比较获知蓄电池 组 102的当前输出功率值大于等于牵引电机 50所需的期望输出功率值 (通常 是车辆处于匀速行驶阶段时， 牵引电机所需的输出功率较小） , 也可只控制 蓄电池组 102放电， 使蓄电池组 102放电输出第一功率值的能量等于牵引电 机 50的期望输出功率值，而使超级电容 101放电输出第二功率值的能量为零； 而如果通过比较获知蓄电池组 102的当前输出功率值小于牵引电机 50所需的 期望输出功率值（通常是车辆处于加速行驶或 爬坡阶段时， 牵引电机所需的 输出功率较大） ， 此时可控制蓄电池组 102和超级电容 101均放电， 使超级 电容 101和蓄电池组 102放电时输出功率之和等于牵引电机 50所需的期望输 出功率值。

上述实施例提供的供电系统， 在供电系统与接触网脱离或者是接触网无 电时， 根据车辆运行状态、 超级电容和蓄电池组的具体情况， 对超级电容和 蓄电池组的输出功率进行控制， 以通过超级电容和蓄电池为牵引电机供电， 可提高超级电容和蓄电池组的利用率， 提高供电系统的工作效率。

并且， 如图 2所示， 该供电系统中所述供电装置信息釆集单元 13可以包 括第一电流传感器 131、 第一电压传感器 132、 第二电流传感器 133和第二电 压传感器 134, 所述输出功率获取子单元 142可以包括超级电容输出功率获 取子单元 1421和蓄电池组输出功率获取子单元 1422。

第一电流传感器 131 , 设置于所述超级电容 101两端， 用于釆集所述超 级电容 101两端的当前电流值；

第一电压传感器 132, 设置于所述超级电容 101两端， 用于釆集所述超 级电容 101两端的当前电压值；

第二电流传感器 133 , 设置于所述蓄电池组 102输出端， 用于釆集所述 蓄电池组 102的当前输出电流值；

第二电压传感器 134, 设置于所述蓄电池组 102输出端， 用于釆集所述 蓄电池组 102的当前输出电压值；

超级电容输出功率获取子单元 1421 , 分别与所述第一电流传感器 131和 第一电压传感器 132相连， 用于根据所述超级电容 101的当前输出电流值和 当前输出电压值获取所述超级电容 101的输出功率值；

蓄电池组输出功率获取子单元 1422, 分别与所述第二电流传感器 133和 第二电压传感器 134相连， 用于根据所述蓄电池组 102的当前输出电流值和 当前输出电压值获取所述蓄电池组 102的输出功率值。

本实施例中， 通过设置的各电流传感器和电压传感器分别釆 集超级电容 的当前电流值和当前电压值，蓄电池组的当前 输出电流值和当前输出电压值， 将各电流值和电压值作为当前状态信息， 然后， 超级电容输出功率获取子单 元根据超级电容的当前电流值和当前电压值可 计算获得超级电容的输出功率 值， 蓄电池组输出功率获取子单元根据蓄电池组的 当前输出电流值和当前输 出电压值计算获得蓄电池组的输出功率值。

图 3为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道� �辆的供电系统的结构 示意图， 进一步的， 如图 3所示， 该供电系统中还可以包括第三电压传感器

16和第一功率分配控制单元 17。

第三电压传感器 16, 连接于所述牵引逆变器 151的输入端， 用于釆集所 述牵引逆变器 151输入端的电压值；

第一功率分配控制单元 17, 分别与所述第三电压传感器 16、 所述牵引逆 变器 151、 所述第一直流斩波器 152和所述第二直流斩波器 153相连， 用于 在所述电压值大于第二预设电压阈值状态下， 生成对所述牵引逆变器 151的 第一整流控制信号、 对所述第一直流斩波器 152的第一能量吸收控制信号和 对所述第二直流斩波器 153的第二能量吸收控制信号；

所述牵引逆变器 151还用于在接收到所述第一整流控制信号时， 控制将 牵引电机输出的交流电压转换成直流电压后输 出；

所述第一直流斩波器 152还用于在接收到所述第一能量吸收控制信号 时， 将牵引逆变器 151输出的直流电压转换成对所述超级电容 101的直流充 电电压， 以通过为所述超级电容 101充电吸收牵引电机 50输出的第一反馈值 的功率；

所述第二直流斩波器 153还用于在接收到所述第二能量吸收控制信号 时， 将牵引逆变器 151输出的直流电压转换成对所述蓄电池组 102的直流充 电电压， 以通过为所述蓄电池组 102充电吸收牵引电机 50输出的第二反馈值 的功率。

当车辆处于制动状态时， 牵引电机 50将作为发电机， 将车辆制动时的机 械能转换为电能， 此时， 会导致直流母线上（也就是牵引逆变器 151输入端） 的电压升高， 据此， 本实施例中， 通过第三电压传感器 16釆集牵引逆变器 151输入端的电压值， 通过第一功率分配控制单元 17将该电压值与第二预设 电压阈值进行比较， 该第二预设电压阈值以车辆非制动状态下直流 母线上的 电压值为参考， 如果通过比较判断出牵引逆变器 151输入端的电压值大于该 第二预设电压阈值， 说明车辆处于制动状态， 此时， 第一功率分配控制单元 17将生成对牵引逆变器 151的第一整流控制信号、 对第一直流斩波器 152的 第一能量吸收控制信号和对第二直流斩波器 153的第二能量吸收控制信号。

牵引逆变器 151的作用是将牵引电机 50输出的交流电压转换成直流电 压， 第一直流斩波器 152的作用是将牵引逆变器输出的直流电压转换 成对超 级电容 101的直流充电电压，通过为超级电容 101充电吸收牵引电机 50输出 的部分反馈功率（第一反馈值的功率） ， 第二直流斩波器 153的作用是将牵 引逆变器 151输出的直流电压转换成对蓄电池组 102的直流充电电压， 通过 为蓄电池组 102充电吸收牵引电机 50输出的部分反馈功率（第二反馈值的功 率） 。 通过为超级电容 101和蓄电池组 102充电， 共同吸收车辆制动时牵引 电机 50输出的反馈能量， 可回收车辆制动时的能量， 避免能源的浪费， 起到 节能环保的作用。

图 4为本发明另一实施例所提供的混合动力轨道� �辆的供电系统的结构 示意图， 如图 4所示， 该供电系统还可以包括制动功率获取单元 18、 能耗吸 收电路 19和第二功率分配控制单元 20。

制动功率获取单元 18, 与所述车辆信息获取单 141元相连， 用于根据所 述车辆的运行状态信息获取牵引电机的制动输 出功率值。

制动功率获取单元可根据车辆信息获取单元中 获取车辆的运行状态信 息， 该运行状态信息可以为制动转矩期望值， 然后制动功率获取单元根据制 动转矩期望值通过已有的计算公式获得牵引电 机的制动输出功率值， 当然， 该运行状态信息也可为车辆的制动时间和车辆 的运行速度等， 然后制动功率 获取单元根据车辆的制动时间和车辆的运行速 度等信息通过已有的计算公式 获得牵引电机的制动输出功率值。

能耗吸收电路 19, 与所述超级电容 101和蓄电池组 102并联； 第二功率分配控制单元， 分别与所述制动功率获取单元 18、 所述牵引逆 变器 151、 所述第一直流斩波器 152、 所述第二直流斩波器 153和所述能耗吸 收电路 19相连， 用于根据所述期望输出功率值、 所述超级电容的预设吸收功 率值和所述蓄电池组的预设吸收功率值生成对 所述牵引逆变器 151的第二整 流控制信号、 对所述第一直流斩波器 152的第三能量吸收控制信号、 对所述 第二直流斩波器 153的第四能量吸收控制信号和对所述能耗吸收 电路 19的第 五能量吸收控制信号；

所述牵引逆变器 151还用于在接收到所述第二整流控制信号时， 控制将 牵引电机 50输出的交流电压转换成直流电压后输出；

所述第一直流斩波器 152还用于在接收到所述第三能量吸收控制信号 时， 将牵引逆变器 151输出的直流电压转换成对所述超级电容 101的直流充 电电压，以通过为所述超级电容 101充电吸收牵引电机 50输出的第三反馈值 的功率；

所述第二直流斩波器 153还用于在接收到所述第四能量吸收控制信号 时， 将牵引逆变器 151输出的直流电压转换成对所述蓄电池组 102的直流充 电电压，以通过为所述蓄电池组 102充电吸收牵引电机 50输出的第四反馈值 的功率。

所述能耗吸收电路 19用于在接收到所述第五能量吸收控制信号时� ��将牵 引逆变器 151输出的直流电压转换成热能以吸收牵引电机 50输出的第五反馈 值的功率。

通过相应设置超级电容和蓄电池组的容量， 超级电容和蓄电池组可充分 吸收车辆制动时牵引电机输出的反馈功率， 但是， 由于制动状态持续时间较 短， 并且， 蓄电池组充电时吸收功率速度较慢， 因此， 为快速吸收牵引电机 输出的反馈功率， 所需超级电容和蓄电池组的容量要远大于正常 需求超级电 容和蓄电池组的容量， 因此， 为避免设置大容量的超级电容和蓄电池组造成 的成本增加， 本实施例中， 进一步的设置能耗吸收电路， 除了通过超级电容 和蓄电池组吸收牵引电机输出的部分反馈功率 外， 还通过能耗吸收电路部分 吸收牵引电机输出的反馈功率。

具体的是， 通过制动功率获取单元获取牵引电机的制动输 出功率值， 第 二功率分配控制单元根据该制动输出功率值、 超级电容的预设吸收功率值和 蓄电池组的预设吸收功率值生成相应的控制信 号， 该预设吸收功率值为超级 电容（蓄电池组）一定时间内能够吸收的功率 大小， 该功率的大小与超级电 容（蓄电池组） 的性能参数和车辆的制动时间相关， 可根据经验和测试试验 获得。

第二功率分配控制单元根据超级电容和蓄电池 组的预设吸收功率值分配 制动输出功率期望值，计算出通过为超级电容 充电吸收的第三反馈值的功率、 通过为蓄电池组充电吸收的第四反馈值的功率 和通过能耗吸收电路吸收的第 五反馈值的功率， 通过超级电容、 蓄电池组和能耗吸收电路三种装置吸收牵 引电机的制动输出功率期望值， 并且， 为快速吸收车辆制动时牵引电机的制 动输出功率， 可利用超级电容快速充电的特点， 通过超级电容吸收大部分的 制动输出功率，而通过蓄电池组和能耗吸收电 路吸收小部分的制动输出功率， 也就是说第三反馈值占预设吸收功率值的比例 较大， 而第四反馈值和第五反 馈值占预设吸收功率值的比例较小。

如图 4所示，上述实施例中的能耗吸收电路 19可以包括串联的控制开关 191和制动电阻 192 , 控制开关 191与所述第二功率分配控制单元 20连接， 用于在接收到所述第五能量吸收控制信号时闭 合， 以通过制动电阻 192将所 述牵引逆变器 151输出的直流电压转换成热能以吸收牵引电机 50输出的第五 反馈值的功率。

本实施例只是提供一种结构形式的能耗吸收电 路， 能耗吸收电路也可以 釆用其他的结构形式， 例如， 该能耗吸收电路也可以为由串联的控制开关和 功率较大的发热元件组成的电路， 也可起到吸收功率的作用， 并不限于本实 施例所述。

本发明实施例还提供了一种混合动力轨道车辆 ， 包括牵引电机， 还包括 本发明实施例提供的供电系统， 所述供电系统与所述牵引电机相连。

该混合动力轨道车辆， 通过釆用本发明实施例提供的供电系统， 在接触 网与供电系统接触时， 可通过接触网为牵引电机供电， 在接触网与供电系统 脱离或者是接触网无电时， 通过超级电容和蓄电池组为牵引电机供电， 将超 级电容和蓄电池组输出的电能共同作为供电系 统的供电电压源， 可较长时间 的持续输出驱动车辆行驶所需的电能， 较长时间通过供电系统为车辆的牵引 电机供电， 保证车辆安全运行。

最后应说明的是： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对 其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的 说明， 本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换； 而这些修改或者替换， 并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例 技术方案的范围。