一种直流机车的混合动力辅助传动系统及其控制方法与流程

本发明涉及轨道交通，特别是一种直流机车的混合动力辅助传动系统及其控制方法。

背景技术：

1、目前交流内燃混合动力机车已日趋成熟，但还未有直流内燃混合动力机车，而现在随着新能源的发展，节能需求较多，很多正在使用的直流内燃机车面临淘汰，将这部分机车增加动力电池系统，使其单独或和内燃动力混和为机车提供动力，可实现节能、减排的目的，使之变为满足国家政策的纯电机车或混合动力机车是用户的需求。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种直流机车的混合动力辅助传动系统及其控制方法。

2、本发明公开了一种直流机车的混合动力辅助传动系统，其包括：内燃发电机组、牵引电机回路和辅助供电系统；辅助供电系统包括双向dc/dc模块、动力电池和辅助系统；辅助系统包括dc/ac逆变模块、冷却风扇电机、牵引通风机电机、空压机电机和dc/dc充电机模块；

3、内燃发电机组通过牵引电机回路与辅助供电系统连接；dc/ac逆变模块的两端分别与动力电池的正极和负极连接；dc/dc充电机模块的两端分别与动力电池的正极和负极连接。

4、进一步地，所述辅助供电系统还包括冷却风扇电机、牵引通风机电机、空压机电机和直流蓄电池；冷却风扇电机、牵引通风机电机和空压机电机分别与不同的dc/ac逆变模块连接；dc/dc充电机模块通过直流回路与直流蓄电池连接。

5、进一步地，所述混合动力辅助传动系统采用内燃发电机组、动力电池混合或其中任意动力作为动力源，内燃发电机组中的主发电机经不可控二极管整流后再经双向dc/dc模块升压或者降压后与动力电池并联，以为辅助系统供电；动力电池为动力元件和储能元件。

6、进一步地，当动力电池能量充足时，混合动力辅助传动系统中的动力电机可单独为辅助系统供电，也可与主发电机共同给辅助系统供电；动力电池能量不充足时，主发电机整流后经双向dc/dc模块给动力电池充电和为辅助系统供电。

7、本发明还公开了一种直流机车的混合动力辅助传动系统的控制方法，应用于上述任一项所述的直流机车的混合动力辅助传动系统，其包括：

8、牵引工况：动力电池电量充足时，由动力电池直接给辅助系统供电，动力电池电量不足时，由主发电机经三相桥式二极管整流后再经双向dc/dc模块整流后，给辅助系统单独供电或者与动力电池混合后共同供电；

9、电制工况：将一个牵引电机的制动能量反馈给动力电池充电和给辅助系统供电；

10、待机工况：动力电池能量充足时，可停柴油机，采用动力电池经逆变模块给空压机电机供电，经dc/dc充电机模块给直流回路供电，直流蓄电池充电的供电模式；

11、充电工况：采用主发电机给动力电池充电。

12、进一步地，当处于牵引工况且动力电池电量充足，即70％≤soc≤100％时，由动力电池直接给辅助系统的冷却风扇电机，牵引通风机电机和空压机电机供电；

13、当处于牵引工况且动力电池电量不是很充足，即20％≤soc＜70％时，由主发电机经双向dc/dc模块整流后，与动力电池并联共同为辅助系统的冷却风扇电机，牵引通风机电机和空压机电机供电；

14、当处于牵引工况且动力电池电量不足，即soc＜20％时，由主发电机经三相桥式二极管整流后再经双向dc/dc模块整流后给辅助系统供电。

15、进一步地，当处于牵引工况时：

16、冷却风扇电机供电控制：根据冷却系统水温信号，控制相应的冷却风扇变频启动，变频运行；

17、空压机电机供电控制：根据风压信号，控制相应的空压机电机变频启动，变频运行；

18、当一个空压机逆变模块故障时，切换到另一个空压机逆变模块给空压机电机供电，冷却一个风扇电机不运行，运用机车降柴油机冷却能力；

19、牵引电机通风机电机供电控制：根据柴油机转速信号，控制牵引通风机电机变频启动，变频运行；

20、直流充电机模块：柴油机转速大于或等于预设转速时，由内燃发电机组中的柴油机带动辅助发电机提供直流电，dc/dc充电机模块无输出功率；

21、辅助变流柜应控制各电机相继启动，以减小对系统的冲击。

22、进一步地，当处于电制工况，且动力电池能量充足，即70％≤soc≤100％时，正常实施电阻制动；动力电池能量不足，即soc＜70％时，将牵引电机的制动能量反馈给动力电池充电和给辅助系统供电；当制动手柄处于最高手柄位时，仅能采用牵引回路中的制动电阻吸收能量。

23、进一步地，当动力电池能量充足，即20％≤soc≤100％时，可停柴油机，采用动力电池经逆变模块给空压机电机供电，经充电机模块给直流回路供电，直流蓄电池充电的供电模式；直流回路输出与柴油机转速连锁，仅当柴油机转速＜100rpm时输出。

24、进一步地，还包括动力电池充电途径，即机车运行中由牵引电机的制动能量为动力电池充电；机车静止状态，可由司机手动控制，采用主发电机给动力电池充电。

25、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

26、1.本发明能够实现直流机车的动力电池与内燃机组两者能量混合为机车交流辅助系统供电。

27、2.本发明能够实现仅靠动力电池或内燃机组为机车交流辅助系统供电。

技术特征：

1.一种直流机车的混合动力辅助传动系统，其特征在于，包括：内燃发电机组、牵引电机回路和辅助供电系统；辅助供电系统包括双向dc/dc模块、动力电池和辅助系统；辅助系统包括dc/ac逆变模块、冷却风扇电机、牵引通风机电机、空压机电机和dc/dc充电机模块；

2.根据权利要求1所述的直流机车的混合动力辅助传动系统，其特征在于，所述辅助供电系统还包括冷却风扇电机、牵引通风机电机、空压机电机和直流蓄电池；冷却风扇电机、牵引通风机电机和空压机电机分别与不同的dc/ac逆变模块连接；dc/dc充电机模块通过直流回路与直流蓄电池连接。

3.根据权利要求1所述的直流机车的混合动力辅助传动系统，其特征在于，所述混合动力辅助传动系统采用内燃发电机组、动力电池混合或其中任意动力作为动力源，内燃发电机组中的主发电机经不可控二极管整流后再经双向dc/dc模块升压或者降压后与动力电池并联，以为辅助系统供电；动力电池为动力元件和储能元件。

4.根据权利要求1所述的直流机车的混合动力辅助传动系统，其特征在于，当动力电池能量充足时，混合动力辅助传动系统中的动力电机可单独为辅助系统供电，也可与主发电机共同给辅助系统供电；动力电池能量不充足时，主发电机整流后经双向dc/dc模块给动力电池充电和为辅助系统供电。

5.一种直流机车的混合动力辅助传动系统的控制方法，应用于如权利要求1-4任一项所述的直流机车的混合动力辅助传动系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的直流机车的混合动力辅助传动系统的控制方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的直流机车的混合动力辅助传动系统的控制方法，其特征在于，当处于牵引工况时：

8.根据权利要求5所述的直流机车的混合动力辅助传动系统的控制方法，其特征在于，

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当动力电池能量充足，即20％≤soc≤100％时，可停柴油机，采用动力电池经逆变模块给空压机电机供电，经充电机模块给直流回路供电，直流蓄电池充电的供电模式；直流回路输出与柴油机转速连锁，仅当柴油机转速＜100rpm时输出。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括动力电池充电途径，即机车运行中由牵引电机的制动能量为动力电池充电；机车静止状态，可由司机手动控制，采用主发电机给动力电池充电。

技术总结本发明公开了一种直流机车的混合动力辅助传动系统及其控制方法，该混合动力辅助传动系统包括：内燃发电机组、牵引电机回路和辅助供电系统；辅助供电系统包括双向DC/DC模块、动力电池和辅助系统；辅助系统包括DC/AC逆变模块、冷却风扇电机、牵引通风机电机、空压机电机和DC/DC模块；内燃发电机组通过牵引电机回路与辅助供电系统连接；DC/AC逆变模块的两端分别与动力电池的正极和负极连接；DC/DC模块的两端分别与动力电池的正极和负极连接。本发明能够实现将直流机车的动力电池与内燃机组两者能量混合为机车交流辅助系统供电；能够实现仅靠动力电池或内燃机组为机车交流辅助系统供电。技术研发人员：韩笑,王平华,刘创,刘耕,唐培,陈晓旭,付丽,何鹏,陈焕章受保护的技术使用者：中车资阳机车有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/29