一种储能式车辆的安全联锁系统和方法

技术领域

本发明涉及储能式车辆技术领域，特别是一种储能式车辆的安全联锁系统和方法。

背景技术

储能系统具有高电压和快速充放电的特点，其充电时间可达秒级，自2014年首次将装备储能系统的储能式现代有轨电车商业应用于广州海珠项目，储能式车辆在国内乃至世界轨道交通装备领域内掀起了一场“绿色革命”，其绿色环保、高效节能、低线路投资成本和美化城市景观等优点受到广大用户和乘客的青睐，现已广泛应用于淮安、武汉、深圳等多个城市。

但是，由于储能系统高电压的特点，车辆即使在库内，车上也存在高压，给维护人员带来安全隐患。双电层超级电容由于其物理储能的特性，因此在安装和检修维护时，可以将储能系统放电至OV并正负极短接，从而保证后续过程的无电操作和安全，但是整个放电短接、登顶、安装和检修的操作流程缺少相应的机械或电气联锁，存在人为误操作或违规操作带来的安全风险，同时整个操作过程涉及到充放电装置、充放电轨、登顶平台和车辆等多个设备，缺少大系统层面上的安全联锁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种储能式车辆的安全联锁系统和方法，联合地面系统，确保登顶车辆和检修设备过程中人员和设备的安全。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种储能式车辆安全联锁系统，所述车辆包括储能电源，该系统包括调度室，保存在该调度室内的第一钥匙和第二钥匙，放电柜，第一登顶门以及第二登顶门。所述第一登顶门是从地面到达所述第二登顶门的唯一入口；所述第二登顶门为检修平台入口。所述放电柜内设有股道控制柜和充放电控制柜，所述第一钥匙用于打开所述股道控制柜；所述第二钥匙用于打开充放电控制柜。所述充放电控制柜内设有用于充电操作的第一开关，用于放电操作的第二开关与第一短接开关，所述第一开关与所述第二开关不同时闭合。所述第一短接开关上设有第三钥匙，只有当所述第一短接开关闭合，所述第三钥匙能够抽出。所述第一登顶门上设有与所述第三钥匙匹配的机械锁。所述第二登顶门上设有第三开关，第二短接开关与电子锁。仅当所述第二短接开关闭合时，所述第三开关闭合。仅当移动轨位于接地位时，所述电子锁可解锁，所述第二登顶门可打开。

将所述第一钥匙与所述第二钥匙保存于调度室，只有申请了相关作业权限的人员才能拿到所述第一钥匙与所述第二钥匙，规避了任何人都能够控制股道与移动轨而带来的风险。控制股道，调动机车至固定股道并操作移动轨之后，开始对所述储能电源进行放电操作，所述第一开关与所述第二开关不同时闭合，因此放电操作与充电操作不能同时进行，从而提升放电过程中和放电完成后操作人员的安全。放电完成后，人工操作闭合所述第一短接开关，才能取出所述第三钥匙，打开所述第一登顶门，进而到达第二登顶门，能够保证在进入第二登顶门之前，所述储能电源放电完成，不会对检修人员造成安全威胁。到达所述第二登顶门之后，闭合所述第二短接开关则所述第三开关自动闭合，所述移动轨自动移动至接地位，所述电子锁可解锁，所述第二登顶门可打开，作业人员可进入检修平台。因此，作业人员能够进入检修平台的前提是：储能电源放电完成且移动轨处于接地状态。因此，不仅能从车辆内部系统，还能从地面系统上保证检修人员在安全的环境下进行检修，避免车上作业人员以及地面作业人员对检修工作可能造成的风险。

具体地，所述第一开关包括第一电源，第一线圈，第一触点与第一常闭触点。所述第二开关包括第二电源，第二线圈，第二触点与第二常闭触点。所述第一常闭触点串联在所述第二线圈与第二电源之间。所述第二常闭触点串联在所述第一线圈与所述第一电源之间。所述第一触点串联在地面高压电源与所述移动轨之间。所述第二触点串联在所述移动轨与所述储能电源的接地端之间。

由于所述第一常闭触点串联在所述第二线圈与第二电源之间，而所述第二常闭触点串联在所述第一线圈与所述第一电源之间，当控制所述第一电源使得所述第一线圈得电，所述第一常闭触点断开，所述第二线圈失电，所述第二触点无法闭合，所述储能电源无法接地，因此无法放电。当控制所述第二电源使得所述第二线圈得电，所述第二常闭触点断开，所述第一线圈失电，所述第一触点无法闭合，所述储能电源无法通过所述移动轨进行充电。因此在所述第一线圈与所述第二线圈不同时得电的情况下，所述储能电源无法同时充电和放电，能够避免同时进行充电和放电操作而带来的安全风险。

具体地，还包括第一熔断器，所述第一熔断器与所述第一短接开关串联形成第一串联支路，所述第一串联支路与所述第二触点并联接在所述移动轨与所述储能电源的接地端之间。若在所述储能电源未放电结束的时候闭合所述第一短接开关，则所述第一熔断器能够保护所述储能电源不被损坏。

具体地，还包括第一显示屏，所述第一显示屏通过一微动开关连接所述第一熔断器。现有技术中，所述第一显示屏，能够显示储能电源的实时电压，当所述储能电源电压≤2V，闭合所述第一远程短接开关，可通过所述第一显示屏观察所述储能电源电压情况和所述第一熔断器的状态是否正常，当所述储能电源电压显示0V且所述第一熔断器正常，则表示远程短接操作完成，即所述储能电源的放电动作已完成，此时可取出所述第三钥匙打开所述第一登顶门。能够确保在所述第一登顶门打开之前，所述储能电源已经放电完成。

具体地，所述第三开关包括第三电源，第三触点与第三线圈。所述第二短接开关包括第五电源，第五线圈，第五触点与第一常开触点。所述第一常开触点串联在所述第三电源与所述第三线圈之间。所述第五触点串联在所述储能电源与接地端之间。所述第五电源的控制开关设于所述第二登顶门上。由于所述第五电源的控制开关设于所述第二登顶门上，所述第一常开触点串联在所述第三电源与所述第三线圈之间。在所述第二登顶门处控制所述第五电源使得所述第五线圈得电，所述第一常开触点闭合，此时所述第三线圈得电，则所述第三触点闭合，所述移动轨移动至接地位。

具体地，还包括行程开关，所述行程开关包括第二常开触点，所述第二常开触点串联在所述电子锁的控制回路上。当所述移动轨位于充放电位，所述第二常开触点断开，当所述移动轨位于接地位，所述第二常开触点闭合。此时电子锁可以解锁，所述第二登顶门才可打开。因此打开第二登顶门的前提是：所述移动轨位于接地位。避免了所述储能电源与所述移动轨电连接而带来的安全隐患。

具体地，所述第二登顶门上装有第二显示器，用于实时显示所述移动轨的电压。在所述电子锁解锁，打开所述第二登顶门之前，通过查看所述第二显示器，可知道所述移动轨的实时电压，进一步避免所述移动轨带电而带来的安全隐患。

基于同一个技术构思，本发明还提供了一种储能式车辆安全联锁方法，需要登顶作业时的联锁方法包括：

A、于调度室请点，取出所述第一钥匙与所述第二钥匙；

B、使用第一钥匙打开股道控制柜，选择放电股道；

C、至移动轨控制柜，将移动轨移动至充放电位；

D、将车辆调至指定股道指定位置；

E、用所述第二钥匙打开所述充放电控制柜，选择对应的放电股道，控制所述第一电源与所述第二电源，使得所述第一常闭触点与所述第二触点闭合；

F、放电完成后，闭合第一短接开关，取出所述第三钥匙并打开第一登顶门；

G、至所述第二登顶门控制所述第五电源，使得所述第二常开触点闭合，所述第三触点闭合，电子锁解锁，打开所述第二登顶门；

H、至车顶开始作业。

进一步地，作业结束后的联锁方法包括：

I、关闭所述第二登顶门，控制所述第五电源，使得所述第二常开触点断开；

II、至地面，关闭所述第一登顶门并取出所述第三钥匙；

III、将所述第三钥匙插入所述第一短接开关，断开所述第一短接开关；

IV、控制所述第一电源与所述第二电源使得所述第二常闭触点与所述第一触点闭合；

V、充电完成后，车辆上电退出检修股道；

VI、取出所述第一钥匙与所述第二钥匙，并归还至调度室。

本方法通过结合地面与车辆上的设备，确保登顶检修时候的无电环境，以及检修全部完成后才可上电。避免了违规或误操作，降低了检修过程的安全风险。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过将所述第一钥匙与股道的控制进行联锁，将所述第二钥匙与所述储能电源的充放电控制进行联锁，将所述第一开关与所述第二开关进行联锁；将所述储能电源放电与所述第一短接开关进行联锁，将所述第一短接开关与所述第三钥匙进行联锁，将所述第三钥匙与所述第一登顶门进行联锁，将所述第一登顶门与所述第二登顶门进行联锁，将所述第二短接开关与所述第三开关进行联锁，将所述第三开关与所述移动轨的动作进行联锁，将所述移动轨的位置与所述行程开关进行联锁，将所述行程开关与所述电子锁进行联锁，多重保证所述移动轨与所述储能电源已断激活时，才能打开所述第二登顶平台门，进行登顶作业。保证作业人员登顶后，所述移动轨无法工作，所述储能电源无法充电，保证作业人员检修车顶高压设备时，不带电作业。

附图说明

图1为本发明一实施例的联锁系统示意图。

图2为本发明一实施例的储能电源通过移动轨充电时的电气连接原理图。

图3为本发明一实施例的储能电源通过移动轨放电时的电气连接原理图。

图4为本发明一实施例的第二登顶门锁闭且移动轨处于充放电位的电气连接原理图。

图5为本发明一实施例的第二登顶门打开且移动轨处于接地位的电气连接原理图。

图6为本发明一实施例的联锁系统需要登顶作业时的联锁方法框图。

图7为本发明一实施例的联锁系统作业结束后的联锁方法框图。

其中，KEY1为第一钥匙，KEY2为第二钥匙，KEY3为第三钥匙，EKEY为电子锁，KM1为第一开关，KM1-1为第一触点，KM1-2为第一常闭触点，KM1-C为第一线圈，KM1-V为第一电源，KM2为第二开关，KM2-1与KM2-2与为第二触点，KM2-3为第二常闭触点，KM2-C为第二线圈，KM2-V为第二电源，KM3为第三开关，KM3-1为第三触点，KM3-C为第三线圈，KM3-V为第三电源，QS1为第一短接开关，QS2为第二短接开关，QS2-1为第五触点，QS2-2为第一常开触点，QS2-V为第五电源，QS3-1为第六触点，QS3-2为第二常开触点，FU1为第一熔断器，FU1-1为微动开关，FU2为第二熔断器，D1为第一显示屏，D2为第二显示屏，V1，V2，V3为储能电源，1为调度室，2为放电柜，201为第一机械锁，202为第二机械锁，3为第一登顶门，301为第三机械锁，4为第二登顶门，5为移动轨，6为受流器，7为车辆，8为移动轨控制柜，9为移动轨的接地位。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的储能式车辆7联锁系统包括调度室1，保存在该调度室1内的第一钥匙KEY1和第二钥匙KEY2，放电柜2，第一登顶门3以及第二登顶门4。所述第一登顶门3是从地面到达所述第二登顶门4的唯一入口，所述第二登顶门4为检修平台入口。所述放电柜2内设有股道控制柜和充放电控制柜，所述股道控制柜上设有与所述第一钥匙KEY1匹配的第一机械锁201，所述充放电控制柜设有与所述第二钥匙KEY2匹配的第二机械锁202。本实施例的储能是车辆7设有三个并联的储能电源V1，V2和V3。

如图1所示，所述移动轨5所在的位置为充放电位，在移动轨控制柜8中，可操作性使得所述移动轨5移动至接地位9。

将所述第一钥匙KEY1与所述第二钥匙KEY2保存于调度室1，只有申请了相关作业权限的人员才能拿到所述第一钥匙KEY1与所述第二钥匙KEY2，规避了任何人都能够控制股道与移动轨5而带来的风险。

如图2与图3所示，所述充放电控制柜内设有用于充电操作的第一开关KM1，用于放电操作的第二开关KM2，第一短接开关QS1，第一熔断器FU1，微动开关FU1-1，第一显示屏D1。

所述第一开关KM1包括第一电源KM1-V，第一线圈KM1-C，第一触点KM1-1与第一常闭触点KM1-2。所述第二开关KM2包括第二电源KM2-V，第二线圈KM2-C，两个第二触点KM2-1与KM2-2与第二常闭触点KM2-3，所述两个第二触点KM2-1与KM2-2联动。所述第一常闭触点KM1-2串联在所述第二线圈KM2-C与第二电源KM2-V之间。所述第二常闭触点KM2-3串联在所述第一线圈KM1-C与所述第一电源KM1-V之间。所述第一触点KM1-1串联在充放电柜2内的地面高压电源与所述移动轨5之间。两个所述第二触点KM2-1与KM2-2串联之后，串接在在所述移动轨5与所述储能电源的接地端之间，两个所述第二触点KM2-1与KM2-2之间串接有第二熔断器FU2。

所述第一常闭触点KM1-2串联在所述第二线圈KM2-C与第二电源KM2-V之间，而所述第二常闭触点KM2-3串联在所述第一线圈KM1-C与所述第一电源KM1-V之间，当控制所述第一电源KM1-V使得所述第一线圈KM1-C得电，所述第一常闭触点KM1-2断开，所述第二线圈KM2-C失电，所述第二触点KM2-1与KM2-2无法闭合，所述储能电源无法接地，因此无法放电。当控制所述第二电源KM2-V使得所述第二线圈KM2-C得电，所述第二常闭触点KM2-3断开，所述第一线圈KM1-C失电，所述第一触点KM1-1无法闭合，所述储能电源无法通过所述移动轨5进行充电。因此在所述第一线圈KM1-C与所述第二线圈KM2-C不同时得电的情况下，所述储能电源无法同时充电和放电，能够避免同时进行充电和放电操作而带来的安全风险。

如图2所示，所述储能电源充电的状态下，所述第一电源KM1-V接入所述第一线圈KM1-C，所述第一触点KM1-1闭合，所述第一常闭触点KM1-2断开，此时所述第二电源KM2-V断开与所述第二线圈KM2-C的连接，所述第二线圈KM2-C失电，则所述第二常闭触点KM2-3闭合，所述第二触点KM2-1与KM2-2断开。所述储能电源通过移动轨5接入所述充放电柜2内的电源。

如图3所示，所述储能电源放电的状态下，所述第二电源KM2-V接入所述第二线圈KM2-C，所述第二常闭触点KM2-3断开，所述第二触点KM2-1与KM2-2闭合，所述第一电源KM1-V断开与所述第一线圈KM1-C的连接，所述第一线圈KM1-C失电，则所述第一常闭触点KM1-2闭合，所述第一触点KM1-1断开。所述储能电源通过所述移动轨5与所述第二触点KM2-1与KM2-2接地。

如图2与图3所示，所述第一熔断器FU1与所述第一短接开关QS1串联形成第一串联支路，所述第一串联支路与所述第二触点并联接在所述移动轨5与所述储能电源的接地端之间。所述第一熔断器FU1通过所述微动开关FU1-1连接所述第一显示屏D1。

若在所述储能电源未放电结束的时候闭合所述第一短接开关QS1，则所述第一熔断器FU1能够保护所述储能电源不被损坏。所述第一显示屏D1，能够显示储能电源的实时电压，当所述储能电源电压≤2V，闭合所述第一远程短接开关，可通过所述第一显示屏D1观察所述储能电源电压情况和所述第一熔断器FU1的状态是否正常，当所述储能电源电压显示0V且所述第一熔断器FU1正常，则表示远程短接操作完成，即所述储能电源的放电动作已完成，此时可取出所述第三钥匙KEY3。

如图1所示，所述第一短接开关QS1上设有第三钥匙KEY3，只有当所述第一短接开关QS1闭合，所述第三钥匙KEY3能够抽出。所述第一登顶门3上设有与所述第三钥匙KEY3匹配的第三机械锁301。因此，放电完成后，人工操作闭合所述第一短接开关QS1，才能取出所述第三钥匙KEY3，打开所述第一登顶门3，进而到达第二登顶门4，能够保证：在进入第二登顶门4之前，所述储能电源放电完成，不会对检修人员造成安全威胁。

如图4和图5所示，所述第二登顶门4上设有第三开关KM3，第二短接开关QS2与电子锁EKEY。所述第三开关KM3包括第三电源KM3-V，第三触点KM3-1与第三线圈KM3-C。所述第二短接开关QS2包括第五电源QS2-V，第五线圈(图中未示出)，第五触点QS2-1与第一常开触点QS2-2。所述第五电源QS2-V的控制开关设于所述第二登顶门4上。

如图4与图5所示，所述第一常开触点QS2-2串联在所述第三电源KM3-V与所述第三线圈KM3-C之间。所述第五触点QS2-1串联在所述储能电源与接地端之间。所述第五电源QS2-V的控制开关设于所述第二登顶门4上。所述第一常开触点QS2-2串联在所述第三电源KM3-V与所述第三线圈KM3-C之间。

如图5所示，在所述第二登顶门4处，控制所述第五电源QS2-V使得所述第五线圈得电，所述第一常开触点QS2-2闭合，此时所述第三线圈KM3-C得电，则所述第三触点KM3-1闭合，所述移动轨5移动至接地位。

如图4与图5所示，本发明一实施例还包括行程开关，所述行程开关包括第六触点QS3-1与第二常开触点QS3-2，所述第二常开触点QS3-2串联在所述电子锁EKEY的控制回路上，所述第六触点QS3-1接在所述移动轨5的接地位。

如图4所示，所述移动轨5位于充放电位，所述第六触点QS3-1与所述第二常开触点QS3-2断开。

如图5所示，当所述移动轨5位于接地位，所述第六触点QS3-1与所述第二常开触点QS3-2闭合，此时所述电子锁EKEY的控制回路接通，所述电子锁EKEY可以解锁，所述第二登顶门4才可打开。

因此只有当所述移动轨5位于接地位才能够打开第二登顶门4，避免了所述储能电源与所述移动轨5电连接而带来的安全隐患。

如图1所示，所述第二登顶门4上还装有第二显示屏D2，用于实时显示所述移动轨5的电压。在所述电子锁EKEY解锁，打开所述第二登顶门4之前，通过查看所述第二显示器，可知道所述移动轨5的实时电压，进一步避免所述移动轨5带电而带来的安全隐患。

本实施例的安全联锁系统通过联锁避免了违规或误操作，降低了检修过程中的安全风险。如图6所示，当需要登顶作业时的安全联锁方法包括：

于调度室1请点，取出所述第一钥匙KEY1与所述第二钥匙KEY2后，使用所述第一钥匙KEY1打开股道控制柜，选择放电股道，在移动轨控制柜8中操作，确保移动轨5位于充放电位，并将车辆7调至指定股道指定位置，确保车辆7断激活，由于所述移动轨5与所述受流器6未接触前会发出蜂鸣声，一旦完全接触蜂鸣声消失，则说明所述移动轨5与所述受流器6连接上了。

蜂鸣声消失后，使用所述第二钥匙KEY2打开所述充放电控制柜，选择对应的放电股道，控制该股道上的所述第一电源KM1-V与所述第二电源KM2-V使得所述第一常闭触点KM1-2与所述第二触点KM2-1与KM2-2闭合。

观察所述第一显示屏D1上显示所述储能电源的电压，直至持续下降至0V，上车激活列车，通过列车上的设备观察所述储能电源的状态，直至所有储能电源放电完毕。

放电完成后，闭合第一短接开关QS1，取出所述第三钥匙KEY3并打开第一登顶门3，通过所述第一登顶门3到达所述第二登顶门4，在所述第二登顶门4处，控制所述第五电源QS2-V，使得所述第二常开触点QS3-2闭合，控制第三电源KM3-V使得所述第三触点KM3-1闭合，电子锁EKEY解锁，打开所述第二登顶门4后，进入车顶开始作业。

如图7所示，作业结束后的安全联锁方法包括：

关闭所述第二登顶门4，控制所述第五电源QS2-V，使得所述第二常开触点QS3-2断开，此时所述电子锁EKEY的控制回路断开，无法解锁，移动轨5回归至充放电位，所述第二登顶门4无法打开。通过所述第二登顶门4到达所述第一登顶门3，关闭所述第一登顶门3并取出所述第三钥匙KEY3，然后将所述第三钥匙KEY3插入所述第一短接开关QS1，断开所述第一短接开关QS1，并控制所述第一电源KM1-V与所述第二电源KM2-V使得所述第二常闭触点KM2-3与所述第一触点KM1-1闭合，开始对所述储能电源进行充电。

充电完成后，车辆7上电退出检修股道，取出所述第一钥匙KEY1与所述第二钥匙KEY2，并归还至调度室1。

综上，作业人员能够进入车辆7顶部的检修平台的前提是：储能电源放电完成，并且所述移动轨5处于接地状态。因此本安全联锁系统不仅能从车辆7内部系统，还能从地面系统上保证检修人员在安全的环境下进行检修，避免车上作业人员以及地面作业人员对检修工作可能造成的风险。