一种增程式电动牵引机车的动力系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种增程式电动牵引机车的动力系统。该动力系统包括一发电机组、一电池组、一控制器；当所述电池组的剩余电量值低于第一预设电量值时，所述控制器控制发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向电池组充电；当所述电池组的剩余电量值达到第二预设电量值，所述控制器控制发电机组停止工作，所述电池组独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电。该动力系统以电池组为牵引机车主动力源，借以规避传统内燃机车动力系统冗余功率的浪费，电池组还作为能量缓冲单元，可以回收牵引机车制动时产生的能量；另外，发电机组的输出功率不需要与牵引机车功率需求实时匹配，保持在经济油耗区持续运转，燃油效率高。

A power system for an electric traction locomotive

The utility model discloses a power system for an electric traction locomotive. The power system comprises a generator, a battery, a controller; when the residual capacity of the battery's value is lower than the first preset value of electricity, the controller controls the generator output power to the economy, to the traction motor, auxiliary power supply and power equipment to battery charging; when the remaining power the battery reaches a value of second preset value of electricity, the controller controls the generator to stop working, the battery is independent to the traction motor, auxiliary power supply equipment. The power system with battery for locomotive main power source, to avoid the traditional internal combustion engine vehicle dynamic system of redundant power waste batteries as energy buffer unit, can be recycled to produce locomotive braking energy; in addition, the output power of generator is not required with locomotive traction power demand real-time matching, keep running in the economic fuel consumption area, high fuel efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种增程式电动牵引机车的动力系统
本技术涉及新能源应用领域，尤其涉及一种增程式电动牵引机车的动力系统。
技术介绍
图1是某型号额定功率为400kW的柴油机万有特性曲线图。如图1所示,A点为输出功率为60kW、转速为1500rpm时，比油耗是310g/kWh；而本发动机的经济油耗为转速1200rpm/输出功率300～320kW时，比油耗是191g/kWh；A点油耗比经济油耗高出38％。目前，以柴油发电机组为动力的牵引机车能效低，主要原因如下：1)为满足功率需求，牵引机车动力系统必须按最大功率选配，而牵引机车平均运用功率通常仅占动力系统最大功率的10％～30％、最大功率运行时间通常不到1％；非混合动力牵引机车因无能量缓冲单元，发电机组输出功率必须与机车功率需求实时匹配，发动机长期低负荷运转，燃油效率低，尤其是以常规发电机组为动力的设备，转速必须恒定在1500rpm，能效更低。2)无制动能量回收功能：机车减速制动时产生大量能量，因无能量缓冲单元，导致回馈的能量无法存储，必须通过能耗电阻实时消耗掉，造成浪费。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种具有高能效的增程式电动牵引机车的动力系统。为解决上述技术问题，本技术还提供了一种增程式电动牵引机车的动力系统，用于为增程式电动牵引机车供电，该增程式电动牵引机车包括牵引电机及辅助用电设备，该动力系统包括一发电机组、一电池组、一控制器，所述发电机组通过一可控整流器与所述电池组并联后，分别与牵引电机及辅助用电设备连接，所述控制器分别与发电机组、可控整流器、电池组连接；所述控制器用于判断所述电池组的剩余电量值是否低于第一预设电量值，当所述电池组的剩余电量值低于第一预设电量值时，所述控制器控制所述发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向所述电池组充电；在所述发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向所述电池组充电时，所述控制器还用于判断所述电池组的剩余电量值是否达到第二预设电量值，当所述电池组的剩余电量值达到第二预设电量值，所述控制器控制所述发电机组停止工作，所述电池组独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电。本技术的增程式电动牵引机车的动力系统包括电池组和发电机组，该动力系统以电池组为牵引机车主动力源，可以规避传统内燃机车动力系统冗余功率的浪费；另外，发电机组的输出功率不需要与牵引机车功率需求实时匹配，保持在经济油耗区持续运转，燃油效率高，提高了能源效率。附图说明图1为额定功率为400kW的柴油机的万有特性曲线图；图2为本技术一个实施例中的增程式电动牵引机车的动力系统的工作流程示意图；图3为本技术一个实施例中电池组的剩余电量SOC-电压曲线示意图；图4为本技术另一个实施例中增程式电动牵引机车的动力系统的工作流程示意图；图5为本技术增程式电动牵引机车的结构示意图。具体实施方式为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本技术的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本技术做进一步的阐述。如图2所示，其示出了本技术的一种实施例中的增程式电动牵引机车的动力系统的工作流程示意图。该增程式电动牵引机车包括牵引电机、辅助用电设备以及动力系统，该动力系统包括控制器、发电机组、电池组，该系统的工作流程包括以下步骤：步骤S1，所述电池组独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电。电池组作为牵引机车的主动力电源，可以满足牵引机车在一段时间内的全电作业，即电池组在独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电时，其放电功率大于或等于所述增程式电动牵引机车的最大需求功率；其次，电池组内部设置有电源管理系统，在电源管理系统的控制下，所述电池组独立供电时，其输出功率与所述增程式电动牵引机车的功率需求全程实时匹配。步骤S2，控制器判断所述电池组的剩余电量值是否低于第一预设电量值；若是，执行步骤S3，若否，返回步骤S1。所述第一预设电量值的设置不高于所述电池组的剩余电量满值。需要说明的是，电池组的剩余电量满值的状态为电池组充满电的状态。电池组作为牵引机车的主动力电源，优先向牵引机车供电，当电池组的剩余电量值大于或等于时第一预设电量值时，所述电池组可以独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电。所述第一预设电量值的设定需满足牵引机车的工作电压及功率：牵引电机最低工作电压≤第一预设电压≤牵引电机最高工作电压；电池组第一预设电压时的最大瞬时放电功率≥牵引机车的最大需求功率。需要说明的是，上述第一预设电压为电池组剩余电量等于第一预设电量值时电池组的工作电压。步骤S3，控制器控制所述发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向所述电池组充电。假设所述增程式电动牵引机车正常运行作业需求的功率为所述增程式电动牵引机车的平均运用功率。所述发电机组在电池组低剩余电量值时启动运行，用于向牵引机车供电以及向所述电池组充电，因此，发电机组的的选配需遵循以下原则：发电机组的经济功率≥所述增程式电动牵引机车的平均运用功率。当某段作业时间内，牵引机车平均运用功率恰好等于发电机组的输出功率，则保持发电机组的持续运行，电池组在作业过程中既不放电也不充电，电池组所储存的电量基本保持平衡；当某段作业时间内，牵引机车平均运用功率低于发电机组的发动机在经济油耗区运行时的输出功率，仍控制发电机组以经济油耗输出功率，期间发电机组富余能量给电池组充电。需要说明的是，上述的发电机组的经济功率，为发电机组的发动机在经济油耗区运行时输出的功率。步骤S4，控制器判断所述电池组的剩余电量值是否达到第二预设电量值，若是，返回步骤S1，若否，返回步骤S3。所述第二预设电量值的设定需遵循以下原则：第一预设电量值≤第二预设电量值≤电池组剩余电量满值；第一预设电压≤第二预设电压≤牵引电机最高工作电压。由于发电机组启动运行时，其输出的能量优先提供给牵引机车使用，剩余的能量向电池组充电，因此，第二预设电压≤发电机组输出的电压≤牵引电机最高工作电压。需要说明的是，上述第二预设电压为电池组剩余电量等于第二预设电量值时电池组的工作电压。本技术的增程式电动牵引机车的动力系统以电池组为牵引机车主动力源，可以规避传统内燃机车动力系统冗余功率的浪费；另外，发电机组的输出功率不需要与牵引机车功率需求实时匹配，保持在经济油耗区持续运转，燃油效率高，提高了能源效率。优选的，在电动牵引机车制动时，所述动力控制方法包括将电动牵引机车的机械能转化为电能并存储至电池组的步骤。牵引机车减速制动时会产生大量能量，电池组作为能量缓冲单元，可以回收牵引机车制动时产生的能量，实现能量的循环利用。为实现牵引机车制动能量的完全回收，电池组不能设定在剩余电量满值状态下工作，需有冗余，因此所述第二预设电量值小于电池组的剩余电量满值。如图3所示，所述第一预设电量值设为电池组40％SOC(StateOfCharge，即荷电状态。用来反应电池的剩余电量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值)，所述第二预设电量值设为电池组60％SOC，距离电池组剩余电量满值100％SOC仍有40％的容量，可满足牵引机车制动能量的全回收。如图4所示，其为本技术另一种实施例中的增程式电动牵引机车的动力系统的工作流程示意图。该增程式电动牵引机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增程式电动牵引机车的动力系统，用于为增程式电动牵引机车供电，该增程式电动牵引机车包括牵引电机及辅助用电设备，其特征在于：该动力系统包括一发电机组、一电池组、一控制器，所述发电机组通过一可控整流器与所述电池组并联后，分别与牵引电机及辅助用电设备连接，所述控制器分别与发电机组、可控整流器、电池组连接；所述控制器用于判断所述电池组的剩余电量值是否低于第一预设电量值，当所述电池组的剩余电量值低于第一预设电量值时，所述控制器控制所述发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向所述电池组充电；在所述发电机组向所述电池组充电时，所述控制器还用于判断所述电池组的剩余电量值是否达到第二预设电量值，当所述电池组的剩余电量值达到第二预设电量值，所述控制器控制所述发电机组停止工作，所述电池组独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电。

【技术特征摘要】
1.一种增程式电动牵引机车的动力系统，用于为增程式电动牵引机车供电，该增程式电动牵引机车包括牵引电机及辅助用电设备，其特征在于：该动力系统包括一发电机组、一电池组、一控制器，所述发电机组通过一可控整流器与所述电池组并联后，分别与牵引电机及辅助用电设备连接，所述控制器分别与发电机组、可控整流器、电池组连接；所述控制器用于判断所述电池组的剩余电量值是否低于第一预设电量值，当所述电池组的剩余电量值低于第一预设电量值时，所述控制器控制所述发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向所述电池组充电；在所述发电机组向所述电池组充电时，所述控制器还用于判断所述电池组的剩余电量值是否达到第二预设电量值，当所述电池组的剩余电量值达到第二预设电量值，所述控制器控制所述发电机组停止工作，所述电池组独立向所述牵引电机、辅助用电设备供电。2.如权利要求1所述的动力系统，其特征在于：在所述发电机组以经济功率输出，向所述牵引电机、辅助用电设备供电以及向所述电池组充电时，所述控制器还用于判断述增程式电动牵引机车平均运用功率是否高于所述发电机组的经济功率，若所述增程式电动牵引机车平均运用功率高于所述发电机组的经济功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：何业科，马洪雷，
申请(专利权)人：深圳市安顺节能科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44