電力機(jī)車備用電源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力機(jī)車備用電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)鐵路運(yùn)輸提出了越來(lái)越高的要求。鐵路運(yùn)輸部門(mén)采取加大單列編組的牽引噸位、減少列車間隔時(shí)間加大行車密度以提高線路的通過(guò)能力等措施，而這些措施不可避免的加快了線路和接觸網(wǎng)的損耗，使線路開(kāi)天窗檢修接觸網(wǎng)的工作越來(lái)越頻繁。
[0003]在線路上運(yùn)行的電力機(jī)車在開(kāi)天窗期間，電力機(jī)車無(wú)法從接觸網(wǎng)獲取電能。在嚴(yán)冬和酷暑的季節(jié)，司機(jī)往往使用機(jī)車本身自帶的蓄電池給司機(jī)室加熱或降溫。而電力機(jī)車自帶的蓄電池原本是設(shè)計(jì)用于機(jī)車控制系統(tǒng)，容量偏小，特別是目前使用的和諧機(jī)車對(duì)蓄電池電量的需求更大。因此，目前電力機(jī)車170AH的鉛酸蓄電池一無(wú)法滿足機(jī)車只有的要求，與目前鐵總的以人為本，改善司機(jī)操作環(huán)境的要求相違背。司機(jī)在開(kāi)天窗期間為保證基本的生活需求，往往會(huì)造成機(jī)車蓄電池虧電，使接觸網(wǎng)有電時(shí)切無(wú)法升弓，從而造成機(jī)破事故頻發(fā)。為了提升司機(jī)的作業(yè)環(huán)境和減少由于電力機(jī)車控制電源蓄電池虧電而造成的機(jī)故，急需一種能在無(wú)接觸網(wǎng)壓條件下應(yīng)急提供電源的方法和裝備。
[0004]在長(zhǎng)大坡道線路上運(yùn)行的電力機(jī)車在開(kāi)天窗期間，一旦車輛制動(dòng)風(fēng)壓下降，極易造成嚴(yán)重的安全事故。目前急需一種在緊急情況下能為電力機(jī)車緊急補(bǔ)風(fēng)的裝置和方法。
[0005]現(xiàn)有的交流移車作業(yè)極為不便，作業(yè)效率低等不足。移車作業(yè)需要連接線較多接線繁瑣且不安全，或需要公鐵兩用車來(lái)移車。為提高檢修和整備的作業(yè)效率，提升機(jī)車周轉(zhuǎn)使用效率，急需一種安全、簡(jiǎn)便、高效的移車作業(yè)方法和裝備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)以上問(wèn)題，根據(jù)鐵路一線使用部門(mén)的需求，本發(fā)明特提出一種電力機(jī)車備用電源解決方案，以滿足上述條件下為電力機(jī)車提供備份電源。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種電力機(jī)車備用電源系統(tǒng)，包括:輸入/輸出隔離開(kāi)關(guān)、控制管理單元、鋰電池組、鋰電池充放電管理單元、3AC逆變電源單元、DCllOV逆變電源單元、牽車單元；所述控制管理單元與其他各單元電連接；
[0008]其中輸入/輸出隔離開(kāi)關(guān)用于在電力機(jī)車備用電源系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，與機(jī)車隔離，避免由于機(jī)車備用電源系統(tǒng)自身的故障而給機(jī)車帶來(lái)的安全隱患。
[0009]其中控制管理單元用于控制和監(jiān)測(cè)整個(gè)備用電源系統(tǒng)的各個(gè)單元的工作。同時(shí)通過(guò)機(jī)車信息網(wǎng)絡(luò)，將機(jī)車備用電源系統(tǒng)的各種信息傳送至機(jī)車信息集中顯示系統(tǒng)CTU上，供司機(jī)及時(shí)查看和了解備用電源的工作狀態(tài)，同時(shí)將備用電源系統(tǒng)信息在CTU系統(tǒng)上存儲(chǔ)。
[0010]其中鋰電池充放電管理單元用于為系統(tǒng)提供鋰電池組電能和為鋰電池充電/放電進(jìn)行管理控制。
[0011]其中3AC逆變電源單元在無(wú)接觸網(wǎng)狀態(tài)下，為機(jī)車的壓縮機(jī)、衛(wèi)生間、空調(diào)提供三相AC440V電源和司機(jī)室用三相AC230V電源。
[0012]其中DCllOV逆變電源單元在無(wú)接觸網(wǎng)狀態(tài)下，為機(jī)車備用電源系統(tǒng)供電的設(shè)備提供DCllOV控制電源。
[0013]其中牽車單元為電力機(jī)車提供短距離的自行完成移車作業(yè)功能。
[0014]進(jìn)一步的，所述控制管理單元內(nèi)部包括功率開(kāi)關(guān)電路、多路高頻變壓器、整流回路、單片機(jī)、通訊總線協(xié)議RS485，并與液晶顯示屏連接，用于顯示各模塊單元的運(yùn)行參數(shù)及
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[0015]電路按系統(tǒng)充電或放電電流的大小，按一定比例(一般低于20% )控制開(kāi)關(guān)電源的總體輸出功率，經(jīng)高頻變壓器后分為N個(gè)隔離的補(bǔ)充電源，經(jīng)整流后分別給各單體電池提供補(bǔ)充電流，這些電源的輸出阻抗在設(shè)計(jì)時(shí)要基本保持一致，充電情況下在各單體電池電壓相等時(shí)，它們從各供電電源所獲取的電流是基本一致的。而當(dāng)電池電壓本身差異產(chǎn)生時(shí)，電壓高的電池將會(huì)獲得較少甚至得不到補(bǔ)充的充電電流，而電壓較低的電池會(huì)從變壓器獲取更大的電流，從而使各電池充電電壓得到均衡。放電時(shí)，各補(bǔ)充電源在電池電壓一致時(shí)是均勻?yàn)槊總€(gè)單體電池補(bǔ)充的，在某些容量偏低的電池電壓下降較快時(shí)，其補(bǔ)充電源同理會(huì)自動(dòng)提供更大的補(bǔ)充電流，相反容量偏高的電池將減少得到的補(bǔ)充電流。極限情況下，某單體電池完全損壞時(shí)，其補(bǔ)充電源會(huì)將足夠能量補(bǔ)充到這一節(jié)電池，取代本節(jié)電池本身，保證整組電池在正常端電壓情況下釋放出所有的容量。本系統(tǒng)可針對(duì)電池批量質(zhì)量的好壞決定總體輸出功率大小，從而達(dá)到補(bǔ)償多個(gè)全廢單體電池的目的。
[0016]進(jìn)一步的，所述鋰電池組由32節(jié)電池串接組成；所述鋰電池為磷酸鐵鋰電池，額定節(jié)電壓為3.2V，終止放電電壓為2.5V ；
[0017]進(jìn)一步的，所述3AC逆變電源單元包括3AC440V逆變器，3AC440V逆變器輸出通過(guò)隔離轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)直接與風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)連接，為機(jī)車壓縮機(jī)補(bǔ)風(fēng)提供應(yīng)急電源；3AC440V逆變器另一路輸出通過(guò)3AC230V變壓器及輸出切換模塊與司機(jī)室用電設(shè)備連接，為司機(jī)室內(nèi)供電；
[0018]進(jìn)一步的，所述DCllOV逆變電源單元包括DCllOV電源控制單元、EMI濾波模塊、輸出濾波環(huán)節(jié)。
[0019]進(jìn)一步的，所述牽車單元包括直流斬波模塊和隔離轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，由于本系統(tǒng)配備大容量動(dòng)力鋰電池組，在增加低頻斬波裝置后，可利用新增的蓄電池組實(shí)現(xiàn)無(wú)網(wǎng)牽車功能。在單機(jī)狀態(tài)下，只需不到50KW的功率即可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)交流牽引電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)網(wǎng)壓短距離移車功能。由于磷酸鐵鋰電池具有較大的放電倍率，可在5C的放電倍率下放電45S以上，即TSHP-1型備用電源系統(tǒng)的鋰電池組可提供2000Α的瞬時(shí)放電電流。當(dāng)機(jī)車起動(dòng)后，牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流和功率降至不足20KW。因此，在增加一套低頻斬波裝置后，可利用本系統(tǒng)新增的蓄電池組實(shí)現(xiàn)無(wú)網(wǎng)牽車功能。極大地提高了檢修人員的安全性和移車操作方便程度，提供檢修效率。
[0020]進(jìn)一步的，所述鋰電池充放電管理單元內(nèi)部包括BMS (BATTERY MANAGEMENTSYSTEM)模塊，通過(guò)BMS獲取單體電池的工作狀態(tài)，
[0021 ] 進(jìn)一步的，所述BMS模塊用于對(duì)電池柜的單體電池進(jìn)行單體電壓、溫度的監(jiān)控并將本節(jié)電池的參數(shù)上傳給電池管理模塊。當(dāng)單體電壓超過(guò)3.6V時(shí)，BMS模塊將告警信息通知電池管理模塊并啟動(dòng)過(guò)壓?jiǎn)喂?jié)電池放電程序。
[0022]應(yīng)用本發(fā)明的效果如下:
[0023]I)滿足在開(kāi)天窗期間(最長(zhǎng)4個(gè)小時(shí))司機(jī)正常生活用電需求。
[0024]在線路開(kāi)天窗期間，司機(jī)可通過(guò)本備用電源裝置為司機(jī)室提供4個(gè)小時(shí)的加熱或空調(diào)降溫的電源，同時(shí)為司機(jī)的生活提供單相AC230V電源。在嚴(yán)冬期間，還能為司機(jī)的衛(wèi)生間提供輔助加熱功能。
[0025]2)在緊急情況下，滿足開(kāi)天窗期間機(jī)車制動(dòng)緊急補(bǔ)風(fēng)要求(只運(yùn)行一臺(tái)壓縮機(jī)，單臺(tái)壓縮機(jī)30KW最長(zhǎng)工作時(shí)間30min，其它用電設(shè)備必須關(guān)閉)。
[0026]通過(guò)本裝置的三相逆變器，將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換成三相交流電源，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)車的一臺(tái)壓縮機(jī)工作，為機(jī)車的總風(fēng)缸補(bǔ)風(fēng)。
[0027]3)在備用電源系統(tǒng)蓄電池額定容量下，滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)車單機(jī)運(yùn)行不小于100m的距離。
[0028]本裝置配備低頻斬波裝置，可利用本系統(tǒng)的蓄電池組能量實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車自行移車功能。采用大功率IGBT器件，高效地SPffM直流斬波技術(shù)，將鋰電池組的低壓直流電能斬波成三相脈動(dòng)的交流電源，以驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)車作業(yè)。極大地提高了檢修人員的安全性和移車操作方便程度，節(jié)約了接觸網(wǎng)隔離設(shè)備的投資，提供檢修效率。
[0029]4)備用電源系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)車控制電源蓄電池組狀態(tài)和系統(tǒng)自身的蓄電池組狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)傳送到CTU系統(tǒng)，供機(jī)車信息集中顯示要求。
[0030]本裝置的蓄電池監(jiān)視功能使司機(jī)、機(jī)車檢修、管理人員更有效地及時(shí)了解機(jī)車蓄電池狀態(tài)，減少由于機(jī)車蓄電池的虧電而造成的機(jī)故的概率。
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