机车电气系统及其电池组充放电方法技术方案

机车电气系统，涉及工矿企业所用轨道调车的电气系统技术领域，特别是属于一种机车电气系统及其电池组的充电、放电方法。其特征在于，包括整车控制器VCU、电池单元、电源分配单元、驱动器、电机、逆变电源、逆变器、直流降压单元，整车控制器VCU通过总线方式与电池单元、驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元通讯连接，电池单元包括电池组和电池管理系统BMS，通过电池管理系统BMS检测电池组的状态参数并反馈至整车控制器VCU；电源分配单元的输入端与电池组连接，电源分配单元的输出端分别与驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元连接，有效的节省了电能，提高利用率，达到节能环保的作用。

Electric system of locomotive and method of charging and discharging battery

【技术实现步骤摘要】
机车电气系统及其电池组充放电方法
本专利技术涉及工矿企业所用轨道调车的电气系统
，特别是属于一种机车电气系统及其电池组的充电、放电方法。
技术介绍
随着对节能环保的需求及新旧动能转化的实施，现有技术的新能源蓄电式电动轨道机车得到了工矿企业尤其各大钢铁厂的广泛认同，新能源蓄电式电动轨道机车有效的解决了内燃机调车噪音大、故障率高、污染严重等弊端，新能源蓄电式电动轨道机车具有故障率低、不燃油，无尾气排放，符合国家节能、环保产业政策，可以有效的降低成本。但电动机车电气系统需要有充电柜、变频柜、电控柜、逆变柜、转换柜、配电箱、电池组等构成，电池组通过充电柜联通配电箱，由配电箱到电控柜，然后分三路，一路接转换柜，一种接变频柜，一路接逆变柜；该系统不仅占用空间大、维修、维护难度大、节点多检查问题繁琐等缺点，而且无法实时做到监控各个单元的的运行情况。另工矿企业内用内燃机调车一般采用周边外走廊模式，工矿企业要求将内燃机调车改造为新能源蓄电式电动轨道机车，以达到节约成本的目的。但如果采用以上电气系统，车体空间更是有限，无法实现5种电气柜+4个动力电池箱的配合方案。电动机车一般装有充电装置（自动充电装置）虽然操作简单，但充电时间长；现有的电力机车一般采用电阻制动，但工矿机车在厂内运行最大速度一般不超过15km/h，制动与速度成正比，低速时制动力线性下降，会导致制动效率大幅下降甚至失效。且电阻制动中由电机发出的电流通过专设电阻器，将能量消耗掉，不能实现能量的回收利用。现有电动机车各个系统不能做到同时监测，彼此协作、优化匹配的目的。机车电路出现问题不能及时找出故障原因，大大降低了生产效率，增加了维修成本。工矿电动机车迫切需要一种整车化的信息管理系统，使用机车更方便、快捷。传统电力机车电气系统结构复杂，大多采用接触网供电，需要专门的电气化铁路才能运行，而现有的油电混合动力机车需要有内燃传动系统、燃油系统、冷却系统还要有电气系统，该机车结构复杂、维修时间长、维护成本高，且在燃油时存在严重的环境污染，燃油成本高，不符合节能环保产业化要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机车电气系统及其电池组充放电方法，通过整车控制器VCU实时对机车电气系统的各类信息进行监控、监测，以达到实现机车电气系统的智能化管理的目的。本专利技术所提供的机车电气系统，其特征在于，包括整车控制器VCU、电池单元、电源分配单元、驱动器、电机、逆变电源、逆变器、直流降压单元，整车控制器VCU通过总线方式与电池单元、驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元通讯连接，电池单元包括电池组和电池管理系统BMS，通过电池管理系统BMS检测电池组的状态参数并反馈至整车控制器VCU；电源分配单元的输入端与电池组连接，电源分配单元的输出端分别与驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元连接，其中，所述的驱动器与电机连接；逆变电源与220V交流电用电设备连接；直流降压单元与24V直流电用电设备连接。进一步的，整车控制器VCU还连接有人机接口，所述的人机接口包括遥控器和操作台。进一步的，本系统还包括车载充电柜或/和车下直流充电桩，电池组上设有充电口，所述车载充电柜或/和车下直流充电桩通过充电口为电池组充电。进一步的，电源分配单元的输出端之一与驱动器连接，经驱动器转变为频率可调的380V交流电，为电机供电；所述电源分配单元的输出端之二与逆变电源连接，经逆变电源转变为220V交流电，为220V交流电用电设备供电；所述电源分配单元的输出端之三与逆变器连接，经逆变器转变为380V交流电，为各380V交流电用电设备供电；所述电源分配单元的输出端之四与直流降压单元连接，经直流降压单元降压，为各24V直流电用电设备供电。进一步的，驱动器的输出端接入电源分配单元的同时，驱动器的输出端还连接有制动电阻。进一步的，电池单元还连接有电池单元故障报警单元，在电池单元故障报警单元中，电池组并联一个总电压采集模块和/或电池组的每一个电池均串联一个分电压采集模块。进一步的，驱动器还连接有驱动器故障检测单元，在驱动器故障检测单元中，驱动器故障检测单元通过驱动器检测回路检测并发送至整车控制器VCU。本专利技术所提供的机车电气系统的电池组充电方法，其特征在于,包括以下步骤：S1：电池组的充电接口连接充电桩的充电枪，唤醒信号到达，电池管理系统BMS上电自检，电池管理系统BMS检测充电继电器粘连状态，状态正常，检测电池组的温度T或电池组每一个电池的温度T，当检测到的电池组的温度T或电池组每一个电池的温度T，在0℃＜T≤55℃范围内，进入步骤S4；当T≤0℃时，进入步骤S2；S2：电池管理系统BMS先吸合充电继电器，检测到电池总压在设定范围内后，吸合加热继电器，电池管理系统BMS请求加热电压700V，电流9.2A，待霍尔检测到充电桩输出大于2A的稳定电流之后，断开充电继电器，进入步骤S3；S3：纯加热模式；加热至T≥10℃停止加热，进入步骤S4，并延时1S断开加热继电器；S4：进入正常充电模式，吸合充电继电器，电池管理系统BMS控制充电枪为电池组充电，在充电过程中持续监测电池温度T，如果温度T低于0℃，则再次进入S2；S5：当检测到电池组电量为100%，充电结束，电池管理系统BMS请求停止充电，电池管理系统BMS切断充电继电器；若充电桩未停止充电，则电池管理系统BMS延时5S直接切断充电继电器。本专利技术所提供的机车电气系统的电池组放电方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：电池管理系统BMS上电自检，若电池管理系统BMS自检完成无故障，检测主正继电器粘连状态正常，进入步骤S3；若检测到主正继电器黏连或者无法闭合，电池管理系统BMS进入故障待机状态，进入步骤S2；S2：排除故障后进入步骤S1；S3：闭合主正继电器，电池管理系统BMS发送主正继电器闭合状态的信号至整车控制器VCU，高压上电完成，进入步骤S4；S4：用电负载开始正常用电，电池组开始放电。本专利技术所提供的机车电气系统及其电池组充放电方法，具有以下有益效果：（1）、本专利技术的机车电气系统维修、维护更加方便、快捷，采用整车控制器VCU，实时对整车电气系统的各类信息进行监控、监测等，使整车电气系统更智能化、人性化；（2）、解决了旧的内燃机车改造成纯电动机车空间放置问题，本机车电气系统设有的车下直流充电桩，充电时间更短；（3）、本专利技术机车电气系统中的制动方式采用能量回馈制动和电阻制动，能量回馈制动在机车制动时能够向电池组充电，做到了部分的能量回收，更有效的节省了电能，提高利用率，达到节能环保的作用。附图说明图1是本专利技术的控制原理框图；图2是本专利技术的主电路原理图；图3是本专利技术的电池管理系统BMS电气原理图；图4是本专利技术的电源分配单元电气原理图；图5是本专利技术的驱动器故障检测单元的控制原理图；图6为本专利技术的电池单元故障报警单元的控制原理图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种机车电气系统，其特征在于，包括整车控制器VCU（1）、电池单元（3）、电源分配单元（4）、驱动器（5）、电机（6）、逆变电源（7）、逆变器（8）、直流降压单元（9），整车控制器VCU通过总线方式与电池单元、驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元通讯连接，电池单元包括电池组（31）和电池管理系统BMS（32），通过电池管理系统BMS检测电池组的状态参数并反馈至整车控制器VCU；电源分配单元的输入端与电池组连接，电源分配单元的输出端分别与驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元连接，其中，所述的驱动器与电机连接；逆变电源与220V交流电用电设备连接；直流降压单元与24V直流电用电设备连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种机车电气系统，其特征在于，包括整车控制器VCU（1）、电池单元（3）、电源分配单元（4）、驱动器（5）、电机（6）、逆变电源（7）、逆变器（8）、直流降压单元（9），整车控制器VCU通过总线方式与电池单元、驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元通讯连接，电池单元包括电池组（31）和电池管理系统BMS（32），通过电池管理系统BMS检测电池组的状态参数并反馈至整车控制器VCU；电源分配单元的输入端与电池组连接，电源分配单元的输出端分别与驱动器、逆变电源、逆变器、直流降压单元连接，其中，所述的驱动器与电机连接；逆变电源与220V交流电用电设备连接；直流降压单元与24V直流电用电设备连接。


2.根据权利要求1所述的机车电气系统，其特征还在于，整车控制器VCU还连接有人机接口（2），所述的人机接口包括遥控器（21）和操作台（22）。


3.根据权利要求1所述的机车电气系统，其特征还在于，本系统还包括车载充电柜或/和车下直流充电桩，电池组上设有充电口，所述车载充电柜或/和车下直流充电桩通过充电口为电池组充电。


4.根据权利要求1所述的机车电气系统，其特征还在于，电源分配单元的输出端之一与驱动器连接，经驱动器转变为频率可调的380V交流电，为电机供电；所述电源分配单元的输出端之二与逆变电源连接，经逆变电源转变为220V交流电，为220V交流电用电设备供电；所述电源分配单元的输出端之三与逆变器连接，经逆变器转变为380V交流电，为各380V交流电用电设备供电；所述电源分配单元的输出端之四与直流降压单元连接，经直流降压单元降压，为各24V直流电用电设备供电。


5.根据权利要求1所述的机车电气系统，其特征还在于，电池单元还连接有电池单元故障报警单元，在电池单元故障报警单元中，电池组并联一个总电压采集模块，和/或电池组的每一个电池均串联一个分电压采集模块。


6.根据权利要求1所述的机车电气系统，其特征还在于，驱动器还连接有驱动器故障检测单元，在驱动器故障检测单元中，驱动器故障检测单元通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祝君，褚福强，戴世臣，陈晗，
申请(专利权)人：褚福强，
类型：发明
国别省市：山东;37