車載式機車特種電源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置。車載式機車特種電源裝置，由超級電容模組、大功率雙向DC/DC、控制模塊和機柜組成。充分利用超級電容的高比功率特性，通過大功率雙向DC/DC與機車蓄電池組并聯(lián)，為機車逆變器、牽引電機負載提供足夠的移車功率。通過大功率雙向DC/DC變換和控制模塊電路轉換，電能貯存在超級電容模組內，并輸出給機車控制電路，作為交流電力機車的緊急電源和輔助電源。車載式機車特種電源，是解決交流電力機車自行移動的理想裝置，降低機車蓄電池組帶來的行車故障機率，提高機車蓄電池組使用壽命。
【專利說明】車載式機車特種電源裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明產品屬于鐵路機車【技術領域】，涉及到交流電力機車的庫內移車及機車控制電路的緊急、輔助電源技術。
【背景技術】
[0002]交流電力機車需要進入維修庫房維修，維修庫房內部沒有牽引高壓電源線，所以機車需要第三方提供電源或者動力牽引入庫。原有的地面電源拖線牽引入庫方式、軌道電瓶車牽引入庫方式和聯(lián)掛第2臺交、直流機車牽引入庫方式，存在有安全隱患、操作不方便和浪費人力、物力等問題。
[0003]機車蓄電池組，貯存有足夠的電能，但是比功率值小，不能在短時間釋放交流電力機車移庫所需要的大功率電能。機車蓄電池組，在放電電流超出正常電流限值后，其使用壽命將會受到影響，使用安全性將降低。
[0004]機車蓄電池組，為交流電力機車控制系統(tǒng)提供電源。當機車蓄電池組發(fā)生開路、異常失效等故障，影響交流電力機車的安全運行。設計第三方的備用電源，提供緊急電力，確保交流電力機車線路上的安全運行，能夠確保機車運行安全和降低重大故障機率。
[0005]機車蓄電池組使用過程中，經常發(fā)生過電流放電，影響交流電力機車蓄電池組的使用壽命。開發(fā)新產品監(jiān)測機車蓄電池組電壓、電流并在交流電力機車使用需要時提供輔助大電流輸出，限制機車蓄電池組的放電電流，確保機車蓄電池組工作在安全工況，能夠延長機車蓄電池組使用壽命。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種車載式機車特種電源裝置，能夠很好解決以上技術問題。
[0007]應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:由超級電容模組、大功率雙向DC/DC、控制模塊和機柜共同組成。
[0008]應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:超級電容模組，通過大功率雙向DC/DC和控制模塊，與外部機車蓄電池并聯(lián)，共同為機車逆變器、機車牽弓I電機提供電源。
[0009]應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:控制模塊主電路為“T”型拓撲結構，電能在“T”型電路的Ul和U2、Ul和U3端口可以相互轉換和輸入、輸出，電能也可以由Ul和U2并聯(lián)向U3端口輸出。
[0010]應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:控制模塊主電路上，設置有K3和R組成的電容預充電電路。
[0011]應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:控制模塊主電路上，設置有電壓和電流檢測傳感器。
[0012]應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:大功率雙向DC/DC控制電源電路為雙向取電拓撲結構。[0013]本發(fā)明的有益效果是:
交流電力機車需要定期進庫維修，其在維修庫內部的移動問題，一直是困擾各鐵路局和機務段的棘手問題。目前存在多種牽引交流電力機車進入維修庫的方法，但是都存在各自的缺點，不是完美的解決方法。安裝了車載式機車特種電源裝置，司乘人員可以通過司機控制臺便捷操縱控制交流電力機車，安全牽引到庫內合適位置。在沒有牽引高壓線的鐵路輔道，安裝有車載式機車特種電源裝置的交流電力機車可以自行移車變道，不再需要繁瑣地調度第三方機車牽弓I移車。
[0014]機車蓄電池組的開路故障和使用壽命的不可預測性，給線路上交流電力機車安全運行帶來風險。車載式機車特種電源裝置提供的備用電源功能，將減少此類故障帶來的交流電力機車運行風險。
[0015]機車蓄電池組使用過程中，經常發(fā)生過電流放電，影響交流電力機車蓄電池組的使用壽命。車載式機車特種電源裝置提供的輔助電源功能，將為機車蓄電池組提供輔助大電流，限制機車蓄電池組的放電電流，延長機車蓄電池組的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施的車載式機車特種電源裝置的外形圖。I一機柜，2—控制模塊， 3—大功率雙向DC/DC，4一超級電容模組。
[0017]圖2為本發(fā)明的實施的車載式機車特種電源裝置的主電路原理圖。C一超級電容模組，UC—大功率雙向DC/DC，KZl—控制模塊，U2—外接機車蓄電池組端口，U3—外接機車主電路端口。
[0018]圖3為本發(fā)明實施的車載式機車特種電源裝置控制模塊的電路原理圖。QFl—直流斷路器，F(xiàn)U—熔斷器，KMl—直流接觸器，K3—直流繼電器，R—預充電電阻，BVl-電壓傳感器，BCl—電流傳感器，KM2—直流接觸器，QSl—隔離開關，Ul—聯(lián)接大功率雙向DC/DC端口，U2—外接機車蓄電池組端口，U3—外接機車主電路端口。
[0019]圖4為本發(fā)明實施的車載式機車特種電源裝置使用時與外部電路聯(lián)接圖。GB—機車蓄電池組，TD—車載式機車特種電源裝置，Cl一直流回路支撐電容，UA—機車牽引逆變器，M—機車牽引電機。
[0020]圖5為本發(fā)明實施的車載式機車特種電源裝置大功率雙向DC/DC的控制電路原理圖。D1、D2—二極管，UCl—小功率DC/DC電源，U5—聯(lián)接超級電容模組端口，U6—外接機車蓄電池組端口，U7—控制電源輸出端口。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明裝置，可以解決交流電力機車目前存在的庫內移車困難、機車蓄電池組故障影響線路安全運行和機車蓄電池組使用壽命短等技術問題。
[0022]交流電力機車庫內移車功能實現(xiàn):
超級電容模組C，與化學電池相比，具備比功率高、溫度特性好、使用壽命長和使用安全等優(yōu)點。機車蓄電池組GB貯存的部分電能，通過UC大功率DC/DC轉移到超級電容模組C內貯存。在交流電力機車需要維修庫房內部移動時,貯存在超級電容模組C內的電能通過大功率雙向DC/DC短時間釋放，由機車逆變器UA轉換為三相交流電能，提供給機車牽引電機Μ。
[0023]根據說明書附圖2和附圖3，機車蓄電池組GB或外部機車控制電源通過U2端口與車載式機車特種電源裝置聯(lián)接，通過控制QFUKMl通和K3、QS1、KM2斷，機車蓄電池組GB或外部機車控制電源電能由U2端口向Ul端口流動，啟動UC大功率雙向DC/DC，變換電能向超級電容模組充電C。調整UC大功率雙向DC/DC的控制策略確保充電電流足夠小，保證機車蓄電池組GB的安全使用。
[0024]根據說明書附圖3和附圖4，控制QF1、QS1、KM2、K3通和KMl斷，關斷UC大功率雙向DC/DC，機車蓄電池組GB通過預充電電阻R向逆變器直流母線電路支撐電容Cl預充電。
[0025]根據說明書附圖3和附圖4，控制QF1、QSU KMU KM2通和K3斷，啟動大功率DC/DC,機車蓄電池組通過U2端口、超級電容模組C和UC大功率DC/DC通過Ul端口，共同并聯(lián)通過U3端口為機車逆變器UA和機車牽弓I電機M提供大功率電力。超級電容模組C，通過UC大功率雙向DC/DC短時間內釋放高比功率的電力，為機車牽弓I電機提供足夠功率的電力。機車牽引電機M獲得足夠的電功率后，輸出大的起動轉矩來克服機車起動轉矩，牽引交流電力機車開始緩慢移動。
[0026]交流電力機車蓄電池組故障時，作為備用電源功能實現(xiàn):
根據說明書附圖2和附圖3，當聯(lián)接在U2端口的外部控制電源失去并且機車蓄電池組GB故障時，控制QF1、KMl通和K3、QS1、KM2斷，啟動UC大功率雙向DC/DC，超級電容模組C向U2端口提供緊急備用電力，供交流電力機車控制系統(tǒng)使用，確保鐵路線正在行駛的交流電力機車安全運行。當U2端口的外部電源恢復正常時，UC大功率雙向DC/DC自動轉換，U2端口的外部電源通過UC大功率雙向DC/DC向超級電容模組C充電。
[0027]根據說明書附圖5，此大功率雙向0(:/1)(:的控制電源來自邪和服端口，分別取自超級電容模組C和機車蓄電池組GB或外部控制電源。當U5或U6某一端口失去正常電力時，UC大功率雙向DC/DC的控制電源能夠在其中的另一方端口取電，為UC大功率雙向DC/DC和控制模塊KZl提供控制電能。整個車載式機車特種電源裝置，可以在失去超級電容模組C或者機車蓄電池組GB時，都可以正常工作。
[0028]交流電力機車蓄電池使用時，作為輔助電源功能實現(xiàn):
根據說明書附圖2和附圖3，當聯(lián)接在U2端口的機車蓄電池組GB使用時出現(xiàn)超過正常使用電流限值的放電，控制QF1、KMl通和K3、QS1、KM2斷，啟動UC大功率雙向DC/DC，超級電容模組C向U2端口提供輔助電能，確保使用過程中的機車蓄電池組GB放電電流小于規(guī)定限值，可以延長機車蓄電池組GB的使用壽命。
【權利要求】
1.應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:由超級電容模組、大功率雙向DC/DC、控制模塊和機柜共同組成。
2.根據權利要求1所述的應用于交電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:超級電容模組，通過大功率雙向DC/DC和控制模塊，與外部機車蓄電池并聯(lián)，共同為機車逆變器、機車牽引電機提供電源。
3.根據權利要求1和2所述的應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:控制模塊主電路為“T”型拓撲結構，電能在“T”型電路的Ul和U2、U1和U3端口可以相互轉換和輸入、輸出，電能也可以由Ul和U2并聯(lián)向U3端口輸出。
4.根據權利要求1、2和3所述的應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:控制模塊主電路上，設置有K3和R組成的電容預充電電路。
5.根據權利要求1、2和3所述的應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:控制模塊主電路上，設置有電壓和電流檢測傳感器。
6.根據權利要求1和2所述的應用于交流電力機車的車載式機車特種電源裝置，其特征在于:大功率雙向DC/DC控制電源電路為雙向取電拓撲結構。
【文檔編號】B60L11/18GK103991455SQ201410232603
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權日:2014年5月29日
【發(fā)明者】楊勁松, 李立中 申請人:株洲今朝軌道電氣有限公司