一种直流混合动力机车的牵引传动系统的制作方法

本发明涉及轨道交通，特别是一种直流混合动力机车的牵引传动系统。

背景技术：

1、目前交流内燃混合动力机车的相关技术已日趋成熟，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，使之变为满足需求的纯电机车或混合动力机车。

2、当前因直流机车在牵引工况时牵引电机电压随机车速度变化而变化，且其电压变化幅值大，同时受限于直流机车的安装空间和成本，因此目前未有直流混合动力机车技术，且若仅将动力电池与直流机车牵引系统并联，则有动力电池不能在机车全速度范围投入的问题；同时存在对机车的牵引功率控制不准确的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种直流混合动力机车的牵引传动系统，攻克了直流内燃机车改造为直流混合动力机车的关键技术，内燃动力与动力电池动力两者能量混合后为直流机车提供动力，同时解决了混合动力直流机车牵引功率的精准控制问题。

2、本发明公开了一种直流混合动力机车的牵引传动系统，其包括由内燃发电机组和动力电池构成的混合动力源，柴油机带动主发电机发出三相交流电，经整流二极管整流后与动力电池通过双向dc/dc模块升/降压后并联，共同驱动直流混合动力机车直流牵引电机；其中，内燃发电机组包括依次连接的柴油机和主发电机。

3、进一步地，动力电池依次通过正熔断器、第一隔离开关、正极接触器和滤波电感后经双向dc/dc模块控制后与柴油机组整流后的直流混合动力机车直流供电回路并联；或者，动力电池依次通过负熔断器、负极接触器和第二隔离开关后经双向dc/dc模块控制后与柴油机组整流后的直流混合动力机车的直流供电主回路并联；主流供电主回路包括依次连接的牵引电机接入接触器、牵引电机和工况转换开关的第一触头；牵引电机接入接触器通过制动电阻单元分别与自负荷开关和工况转换开关的第一触头连接；

4、工况转换开关的第一触头连接电感或工况转换开关的第二触头或方向转换开关的第二触头；电感连接工况转换开关的第二触头；

5、同时，机车微机系统与蓄电池管理系统分别通过采集动力电池的电流和电压值进行控制；机车微机系统分别与蓄电池管理系统和双向dc/dc模块采用can总线通讯，以实现机车柴油机组和动力电池混合的控制和机车牵引功率的精准控制。

6、进一步地，在牵引工况时，机车微机系统控制牵引电机投入接触器闭合，工况转换开关的第一触头置于牵引位，方向转换开关的第一触头置于相应位置，即前进或后退，使得机车牵引电机投入使用；在电阻制动工况时，机车微机系统控制牵引电机投入接触器闭合，工况转换开关的第一触头置于电制位，使牵引电机上的能量通过制动电阻单元消耗。

7、进一步地，当动力电池投入使用时，由机车微机系统控制预充电接触器闭合，机车微机系统通过电压传感器采集到的电压信号判定是否开始使用正极接触器；电池管理系统根据接地绝缘检测装置信号及电池系统自检情况判定是否开始使用负极接触器；同时，机车微机系统根据司机控制器信号确定机车牵引功率要求，并对柴油发电机组和动力电池组进行牵引功率分配，确定两者的混合比。

8、进一步地，机车微机系统对动力电池的功率控制通过以下方式：比较电池管理系统所允许的充放电电流值与直流混合动力机车需要的充放电电流值后，将充放电目标电流值传输给双向dc/dc模块；同时，实时将通过电流传感器检测到的动力电池充放电电流大小传输至双向dc/dc模块，使得双向dc/dc模块可以实现闭环控制动力电池充放电电流；机车微机系统对柴油发电机组的功率控制是通过控制主发电机励磁来实现。

9、进一步地，当动力电池能量充足时，动力电池经双向dc/dc模块与主发电机整流后并联给牵引电机供电；动力电池能量不充足时，主发电机整流后给牵引电机供电，同时经双向dc/dc模块给动力电池充电。

10、进一步地，牵引工况时，直流混合动力机车主发电机输出三相交流电整流后电压随机车速度上升同步上升，且幅值跨度大，双向dc/dc模块需跟随主发整流后电压进行电压调节，以便能将主发电机输出与动力电池能量混合供电。

11、进一步地，动力电池充电工况时，存在机车行进过程中充电和停车手动充电两种方式；机车行进过程中充电时双向dc/dc模块输入电压为dc200v-dc980v，输出电压为dc570v-dc745v，同时考虑模块外形尺寸、经济性和电池充电电流，限制单个双向dc/dc模块输出到动力电池侧的最大电流为500a。

12、进一步地，当主发电机输出电压低于动力电池电压时，双向dc/dc模块的电路工作在降压模式。

13、进一步地，当主发电机输出电压高于动力电池电压时，双向dc/dc模块的电路工作在升压模式。

14、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：实现了在机车全速度范围内均可将动力电池动力与内燃动力进行混合后为动力提供动力的功能，且在此过程中实现了对混合动力机车牵引功率的精准控制，实现了节能减排、降低了机车运用成本。

技术特征：

1.一种直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，包括由内燃发电机组和动力电池构成的混合动力源，柴油机带动主发电机发出三相交流电，经整流二极管整流后与动力电池通过双向dc/dc模块升/降压后并联，共同驱动直流混合动力机车直流牵引电机；其中，内燃发电机组包括依次连接的柴油机和主发电机。

2.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，动力电池依次通过正熔断器、第一隔离开关、正极接触器和滤波电感后经双向dc/dc模块控制后与柴油机组整流后的直流混合动力机车直流供电回路并联；或者，动力电池依次通过负熔断器、负极接触器和第二隔离开关后经双向dc/dc模块控制后与柴油机组整流后的直流混合动力机车的直流供电主回路并联；主流供电主回路包括依次连接的牵引电机接入接触器、牵引电机和工况转换开关的第一触头；牵引电机接入接触器通过制动电阻单元分别与自负荷开关和工况转换开关的第一触头连接；

3.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，在牵引工况时，机车微机系统控制牵引电机投入接触器闭合，工况转换开关的第一触头置于牵引位，方向转换开关的第一触头置于相应位置，即前进或后退，使得机车牵引电机投入使用；在电阻制动工况时，机车微机系统控制牵引电机投入接触器闭合，工况转换开关的第一触头置于电制位，使牵引电机上的能量通过制动电阻单元消耗。

4.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，当动力电池投入使用时，由机车微机系统控制预充电接触器闭合，机车微机系统通过电压传感器采集到的电压信号判定是否开始使用正极接触器；电池管理系统根据接地绝缘检测装置信号及电池系统自检情况判定是否开始使用负极接触器；同时，机车微机系统根据司机控制器信号确定机车牵引功率要求，并对柴油发电机组和动力电池组进行牵引功率分配，确定两者的混合比。

5.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，机车微机系统对动力电池的功率控制通过以下方式：比较电池管理系统所允许的充放电电流值与直流混合动力机车需要的充放电电流值后，将充放电目标电流值传输给双向dc/dc模块；同时，实时将通过电流传感器检测到的动力电池充放电电流大小传输至双向dc/dc模块，使得双向dc/dc模块可以实现闭环控制动力电池充放电电流；机车微机系统对柴油发电机组的功率控制是通过控制主发电机励磁来实现。

6.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，当动力电池能量充足时，动力电池经双向dc/dc模块与主发电机整流后并联给牵引电机供电；动力电池能量不充足时，主发电机整流后给牵引电机供电，同时经双向dc/dc模块给动力电池充电。

7.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，牵引工况时，直流混合动力机车主发电机输出三相交流电整流后电压随机车速度上升同步上升，且幅值跨度大，双向dc/dc模块需跟随主发整流后电压进行电压调节，以便能将主发电机输出与动力电池能量混合供电。

8.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，动力电池充电工况时，存在机车行进过程中充电和停车手动充电两种方式；机车行进过程中充电时双向dc/dc模块输入电压为dc200v-dc980v，输出电压为dc570v-dc745v，同时考虑模块外形尺寸、经济性和电池充电电流，限制单个双向dc/dc模块输出到动力电池侧的最大电流为500a。

9.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，当主发电机输出电压低于动力电池电压时，双向dc/dc模块的电路工作在降压模式。

10.根据权利要求1所述的直流混合动力机车的牵引传动系统，其特征在于，当主发电机输出电压高于动力电池电压时，双向dc/dc模块的电路工作在升压模式。

技术总结本发明公开了一种直流混合动力机车的牵引传动系统，其包括由内燃发电机组和动力电池构成的混合动力源，柴油机带动主发电机发出三相交流电，经整流二极管整流后与动力电池通过双向DC/DC模块升/降压后并联，共同驱动直流混合动力机车直流牵引电机；其中，内燃发电机组包括依次连接的柴油机和主发电机。本发明实现了机车的节能减排，降低了机车的运用成本，以及提高了对机车的精准控制。技术研发人员：韩笑,王平华,刘创,唐培,姚伟,尹川,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：2024/1/5