一種移動式機車牽引供電、儲能電源車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，包括授電器、牽引變壓器、IGBT整流電路、接入切換單元、IGBT雙向逆變器、系統(tǒng)控制器、用電變換單元、儲能斬波單元，授電器一端與鐵路牽引電源相連接，另一端通過接觸器與牽引變壓器輸入側相連接，牽引變壓器輸出側與整流電路連接，接入切換單元分別與整流電路、儲能斬波單元、系統(tǒng)控制器、AC220V用電器連接，接入切換單元的一路與雙向逆變器、用電變換電源相連。優(yōu)點是：多功能、機動、靈活，可提供和應對各種工作現(xiàn)場、災害等電力供應而專門創(chuàng)新設計的車載式移動電站，也可作為應急電源使用；儲能鋰電池除用鐵路牽引電源充電，還可使用外接AC220V電源充電。
【專利說明】—種移動式機車牽引供電、儲能電源車
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動電源車，尤其涉及一種移動式機車牽引供電、儲能電源車。
【背景技術】
[0002]移動電源車是為提供和應對各種工作現(xiàn)場、災害、應急等電力供應而專門設計的車載式移動電站，其特點是機動、靈活。除提供移動電源外，還能隨車帶一定工作人員、工作設備和工具等，完成現(xiàn)場作業(yè)，能滿足各類用戶的多種作業(yè)要求。
[0003]目前移動電源車，多是采用柴油發(fā)電機供電，這是一種經濟實用的方案。但是它必須攜代大量柴油，在發(fā)電的同時，會產生很大的噪聲和汚染。這在醫(yī)院和某些軍亊場合是不允許的。
[0004]當前，由于新能源和電動車的快速發(fā)展，各種儲能電池相繼上市，為移動電源車提供了新的發(fā)展機遇。其充電電源也多種多樣，最常用的有:AC380V、AC220V和DC110V。而鐵路牽引電源一單相25kV?27.5kV可沿鐵路線使用，如能利用鐵路牽引電源，對部隊換防、拉練、野外施工都是一個新的創(chuàng)新應用。

【發(fā)明內容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，利用鐵路牽弓I電源供電，滿足AC380V、AC220V和DCl IOV供電需要。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]—種移動式機車牽引供電、儲能電源車，包括授電器、牽引變壓器、IGBT整流電路、接入切換單元、IGBT雙向逆變器、系統(tǒng)控制器、用電變換單元、儲能斬波單元、儲能鋰電池組、電池均衡器，授電器一端與鐵路牽引電源相連接，另一端通過接觸器與牽引變壓器輸入側相連接，牽引變壓器輸出側與IGBT整流電路連接，接入切換單元分別與IGBT整流電路、儲能斬波單元、系統(tǒng)控制器、AC220V用電器連接，接入切換單元的一路依次與IGBT雙向逆變器、用電變換電源相連；用電變換單元外接220V電源、AC220V用電器、DCllOV用電器、AC380V用電器；
[0008]授電器接收的25-27.5kV鐵路牽引電源經牽引變壓器降壓，通過IGBT整流電路整流，依次經過接入切換單元、IGBT雙向逆變器到用電變換單元，提供AC380V、AC220V、DCllOV電源；通過IGBT整流電路整流，經接入切換單元、儲能斬波單元為儲能鋰電池組充電；外接AC220V電源經接入切換單元的整流電路整流，儲能斬波單元為儲能鋰電池組充電；儲能后的鋰電池組通過儲能斬波單元、接入切換單元與雙向逆變器相通，由雙向逆變器與用電變換單元連接，利用鋰電池組中的電能為用電器供電；
[0009]所述的系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過Profibus-DP和Modbus現(xiàn)場總線分別與儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、IGBT整流電路、用電變換單元、IGBT雙向逆變器相連接。
[0010]所述的接入切換單元包括開關QF1、QF2、QF3和QF4，直流降壓電路、整流電路，由操作控制器控制開關QF1、QF2、QF3和QF4的開閉，接入切換單元內連接有直流降壓電路、整流電路；
[0011]當QFl閉合，QF3、QF2和QF4打開時控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF13、QF14連通，IGBT整流電路與IGBT雙向逆變器相通；
[0012]當QF2閉合，QFU QF3和QF4打開時控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF31、QF32連通，IGBT整流電路經直流降壓電路降壓與儲能斬波單元相通；
[0013]當QF4閉合，QFU QF2和QF3打開時控制接點QF41、QF42分別與控制接點QF31、QF32連通，外接AC220V電源經整流電路整流與儲能斬波單元相通，為儲能鋰電池組充電；
[0014]當QF3閉合，QFU QF2和QF4打開時控制接點QF31、QF32分別與控制接點QF13、QF14連通，儲能斬波單元與雙向逆變器相通，利用鋰電池組中的電能為用電器供電；
[0015]所述的操作控制器包括嵌入式微電腦、鍵盤、IXD顯示屏、USB接口、RS-485接口，嵌入式微電腦的開關量開入端與開關量開出驅動單元連接，通過RS-485接口輸出指令操作開關QF1、QF2、QF3和QF4的開閉。
[0016]所述的IGBT雙向逆變器包括電壓變換電路、逆變器、濾波器及雙向逆變器控制器，電壓變換電路的輸入信號取自接入切換單元的QFl閉合，經QF13、Q14接雙向逆變器，接觸器K合上時，此時開關管T7截止，由開關管Tl、T2、T3、T4、T5、T6和電容C2組成的逆變器轉化成三相交流電，由電感L2、L3和電容C3組成的濾波器濾波后經輸出端A、B、C輸出至用電變換單元。
[0017]所述電池溫度檢測單元中溫度變送器Tn發(fā)出的溫度信號輸入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊；
[0018]所述網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器由信號接入單元、信號變換單元、隔離放大單元和嵌入式微電腦依次連接組成，嵌入式微電腦設有現(xiàn)場總線接口與工控機通信，信號接入單元、信號變換單元和隔離放大單元的選通信號均來自嵌入式微電腦，嵌入式微電腦根據(jù)工控機指令控制整個網(wǎng)絡信號采集器的運作。
[0019]所述的用電變換單元包括開關ACK2、ACK3、ACK4、ACK5，操作控制器、整流電路以及變壓器TR2，由操作控制器控制開關ACK2、ACK3、ACK4和ACK5的開閉；當ACK2關閉，且ACK3、ACK4和ACK5打開時，提供AC380V電源；當ACK2和ACK5關閉、ACK3和ACK4打開時，電流依次經變壓器TR2變壓，整流電路整流，控制接點QF51、QF52提供DCllOV電源；當ACK2和ACK4關閉、ACK3和ACK5打開時，電流經變壓器TR2變壓，控制接點QF41、QF42提供AC220V電源；當ACK3關閉，且ACK2、ACK4和ACK5打開時，由外接電源給控制接點QF41、QF42提供AC220V 電源。
[0020]所述的牽引變壓器通過接地線與鐵軌連接，進而接地。
[0021 ] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明由汽車牽引的移動式電源車，它和用電拖車一起安放在電氣化機車的火車廂上，通過彈性授電器接取鐵路牽引25-27.5kV單相電源，經過變壓、整流、逆變成3相交流380V和交流220V及直流IlOV電源。如部隊行軍雷達、通訊、做飯、取暖等車載移動用電，避免使用柴油發(fā)電機發(fā)電時的噪聲和煙氣暴露目標，又不用攜帶大量柴油；在無鐵路牽引電源情況下，可采用儲能逆變電源供電；本移動電源車可提供和應對各種工作現(xiàn)場、災害等電力供應而專門創(chuàng)新設計的車載式移動電站，也可作為應急電源(EPS)使用，移動電源車(汽車托動)可載人、設備和工具等；移動電源車中的儲能鋰電池除用鐵路牽引電源充電，還可使用外接AC220V電源充電；其特點是多功能、機動、靈活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是移動式機車牽引供電、儲能電源車結構示意圖。
[0024]圖2是移動式機車牽引供電、儲能電源車的原理圖。
[0025]圖3是圖2中系統(tǒng)控制器原理圖。
[0026]圖4是圖2中接入切換單元原理圖。
[0027]圖5是圖4中操作控制器原理圖。
[0028]圖6是圖2中雙向逆變器原理圖。
[0029]圖7是圖2中儲能斬波單元原理圖。
[0030]圖8是圖2中電池均衡器原理圖。
[0031 ]圖9是儲能鋰電池1-8測溫接線圖。
[0032]圖10是儲能鋰電池9-16測溫接線圖。
[0033]圖11是圖8中網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器原理圖。
[0034]圖12是圖2中用電變換單元原理圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合說明書附圖對本發(fā)明進行詳細地描述，但是應該指出本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。
[0036]見圖2，移動式機車牽引供電、儲能電源車，包括授電器3、牽引變壓器、IGBT整流電路、接入切換單元、IGBT雙向逆變器、系統(tǒng)控制器、用電變換單元、儲能斬波單元、儲能鋰電池組、電池均衡器，授電器3—端與鐵路牽引電源相連接，另一端通過接觸器與牽引變壓器輸入側相連接，牽引變壓器輸出側與IGBT整流電路連接，接入切換單元分別與IGBT整流電路、儲能斬波單元、系統(tǒng)控制器、AC220V用電器連接，接入切換單元的一路依次與IGBT雙向逆變器、用電變換電源相連；用電變換單元外接220V電源、AC220V用電器、DCllOV用電器、AC380V用電器；授電器接收的25-27.5kV鐵路牽引電源經牽引變壓器降壓，通過IGBT整流電路整流，依次經過接入切換單元、IGBT雙向逆變器到用電變換單元，提供AC380V、AC220V、DC110V電源；通過IGBT整流電路整流，經接入切換單元、儲能斬波單元為儲能鋰電池組充電；外接AC220V電源經接入切換單元的整流電路整流，儲能斬波單元為儲能鋰電池組充電；儲能后的鋰電池組通過儲能斬波單元、接入切換單元與雙向逆變器相通，由雙向逆變器與用電變換單元連接，利用鋰電池組中的電能為用電器供電。
[0037]見圖3,所述的系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過Profibus-DP和Modbus現(xiàn)場總線分別與儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、IGBT整流電路、用電變換單元、IGBT雙向逆變器相連接。
[0038]見圖1，授電器3安裝在移動式機車牽弓丨供電、儲能電源車2頂部，與鐵路單相供電線I抵靠，電源車2通過車輛連接器4與用電車6相連接，電源車2與用電車6的電氣設備和元件通過輸電纜5連接，電源車2與用電車6放置在車廂7內，牽引變壓器通過接地線與火車車輪連接，并通過鐵軌8接地。[0039]見圖4、圖5，接入切換單元由操作控制器控制開關QF1、QF2、QF3和QF4的開閉，接入切換單元內連接有直流降壓電路、整流電路；
[0040]當QFl閉合，QF3、QF2和QF4打開時控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF13、QF14連通，IGBT整流電路與IGBT雙向逆變器相通；
[0041]當QF2閉合，QFU QF3和QF4打開時控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF31、QF32連通，IGBT整流電路經直流降壓電路降壓與儲能斬波單元相通，將電能存儲在鋰電池組中，并通過電池均衡器控制儲能過程；
[0042]當QF4閉合，QFU QF2和QF3打開時控制接點QF41、QF42分別與控制接點QF31、QF32連通，外接AC220V電源經整流電路整流與儲能斬波單元相通，為儲能鋰電池組充電；
[0043]當QF3閉合，QFU QF2和QF4打開時控制接點QF31、QF32分別與控制接點QF13、QF14連通，儲能斬波單元與雙向逆變器相通，利用鋰電池組中的電能為用電器供電；
[0044]所述的操作控制器包括嵌入式微電腦、鍵盤、IXD顯示屏、USB接口、RS-485接口，嵌入式微電腦的開關量開入端與開關量開出驅動單元連接，通過RS-485接口輸出指令操作開關QF1、QF2、QF3和QF4的開閉。
[0045]見圖6，所述的IGBT雙向逆變器包括電壓變換電路、逆變器、濾波器及雙向逆變器控制器，電壓變換電路的輸入信號取自接入切換單元的QFl閉合，經QF13、Q14接雙向逆變器，接觸器K合上時，此時開關管T7截止，由開關管T1、T2、T3、T4、T5、T6和電容C2組成的逆變器轉化成三相交流電，由電感L2、L3和電容C3組成的濾波器濾波后經輸出端A、B、C輸出至用電變換單元。
[0046]見圖7，儲能斬波單元的功能是將由接入切換單元的控制接點QF31、QF32輸出的直流信號變成方波，對電池組充電，開關管T8、T9，電容C4、C5及電感L4構成典型的斬波電路，儲能斬波單元控制器結構與圖5中的操作控制器相同均為嵌入式微電腦結構，同時具有聯(lián)網(wǎng)功能以及開關量和模擬量輸入輸出功能。
[0047]見圖9、圖10，電池溫度檢測單元中溫度變送器Tn發(fā)出的溫度信號輸入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊；
[0048]電池溫度檢測單元中溫度傳感器Tn發(fā)出的溫度信號輸入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊。電池I?8為儲能鋰電池，Tl?T8為DS18B20 —線總線數(shù)字式溫度變送器，能實現(xiàn)8個儲能鋰電池的溫度自動檢測，避免電池的不正常溫升，Vd為供電電源，⑶I接系統(tǒng)電腦上的I/O 口，地為接供電電源接地，見圖9。
[0049]電池9?16為儲能鋰電池，T9?T16為DS18B20 —線總線數(shù)字式溫度變送器，Vd為供電電源，⑶2接系統(tǒng)電腦的I/O 口，地為接供電電源地，見圖10。
[0050]見圖11，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器由信號接入單元、信號變換單元、隔離放大單元和嵌入式微電腦依次連接組成，嵌入式微電腦設有現(xiàn)場總線接口與工控機通信，信號接入單元、信號變換單元和隔離放大單元的選通信號均來自嵌入式微電腦，嵌入式微電腦根據(jù)工控機指令控制整個網(wǎng)絡信號采集器的運作。
[0051]信號接入單元中IN11、IN21和IN31為第I路信號輸入端，同理，IN18、IN28和IN38為第8路信號輸入端。QH為信號接入單元選通信號，低電平為選通狀態(tài)，D2、D1和DO為輸入端選控信號，輸入信號為分時按順序接入。信號選通接入后都由Al、A2、和A3輸出給信號變換單元。[0052]信號變換單元是將來自信號接入單元的各種信號轉換成標準電壓信號。信號變換單元接收信號接入單元輸出端Al、A2、和A3端信號，通過信號變換單元的調理轉換成規(guī)定的輸出端B1、B2和B3的輸出信號。Vout是外加基準電壓，D2、D1及DO是來自系統(tǒng)的嵌入式微電腦的選控信號，以控制輸入信號的轉換。
[0053]隔離放大單元是實現(xiàn)將調理單元與放大電路的可靠隔離，以控制增益放大電路與前端干擾。同時根據(jù)信號的大小，自動選定其放大電路的增益，即選擇量程，稱之為可編程增益隔離放大。
[0054]見圖12，用電變換單元包括開關ACK2、ACK3、ACK4、ACK5，整流電路以及變壓器TR2，由操作控制器控制開關ACK2、ACK3、ACK4和ACK5的開閉；當ACK2關閉，且ACK3、ACK4和ACK5打開時，提供AC380V電源；當ACK2和ACK5關閉、ACK3和ACK4打開時，電流依次經變壓器TR2變壓，整流電路整流，控制接點QF51、QF52提供DCllOV電源，用于變電站直流操作應急電源；當ACK2和ACK4關閉、ACK3和ACK5打開時，電流經變壓器TR2變壓，控制接點QF41、QF42提供AC220V電源，方便野外生活、照明等用電；當ACK3關閉，且ACK2、ACK4和ACK5打開時，由外接電源給控制接點QF41、QF42提供AC220V電源，主要用于方便外接AC220V電源的情況。操作控制器結構與接入切換單元的操作控制器相同，由系統(tǒng)控制器控制。
[0055]使用時，將電源車2和它所牽弓I的用電車6安放在貨車底盤上，用彈性授電器3接取鐵路牽引25-27.5kV單相電源。在機車運行或停泊時，均可通過電源變換器用電，且可同時為移動電源車2內的儲能電池充電儲能。當機車停泊在鐵道叉上供電，也可將移動電源車2開離機車牽引貨車，到其它用電場所，采用儲能逆變電源供電。
[0056]本發(fā)明由汽車牽引的移動式電源車，它和用電車一起安放在電氣化機車的火車車廂上，通過彈性授電器接取鐵路牽引25-27.5kV單相電源，經過變壓、整流、逆變成相交流380V和交流220V及直流IlOV電源。可在機車行進中，通過用電拖車進行用電。如部隊行軍雷達、通訊、做飯等車載移動用電，避免使用柴油發(fā)電機發(fā)電時的噪聲和煙氣暴露目標，又不用攜帶大量柴油。
[0057]在鐵路機車停運時，可將此節(jié)貨載箱停泊在某道叉上，電源車仍可工作；
[0058]在鐵路機車停運時，可將移動電源車開離機車牽引貨車，到其它用電場所，采用儲能逆變電源供電；
[0059]本移動電源車，可用于部隊在機車上行軍實時供電，也可沿鐵路線停車供電，也可開離機車牽引貨車，到其它用電場所，采用儲能逆變電源供電；本移動電源車可提供和應對各種工作現(xiàn)場、災害等電力供應而專門創(chuàng)新設計的車載式移動電站，其特點是多功能、機動、靈活。
【權利要求】
1.一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，其特征在于，包括授電器、牽引變壓器、IGBT整流電路、接入切換單元、IGBT雙向逆變器、系統(tǒng)控制器、用電變換單元、儲能斬波單元、儲能鋰電池組、電池均衡器，授電器一端與鐵路牽引電源相連接，另一端通過接觸器與牽引變壓器輸入側相連接，牽引變壓器輸出側與IGBT整流電路連接，接入切換單元分別與IGBT整流電路、儲能斬波單元、系統(tǒng)控制器、AC220V用電器連接，接入切換單元的一路依次與IGBT雙向逆變器、用電變換電源相連；用電變換單元外接220V電源、AC220V用電器、DCllOV用電器、AC380V用電器； 授電器接收的25-27.5kV鐵路牽引電源經牽引變壓器降壓，通過IGBT整流電路整流，依次經過接入切換單元、IGBT雙向逆變器到用電變換單元，提供AC380V、AC220V、DCllOV電源；通過IGBT整流電路整流,經接入切換單元、儲能斬波單元為儲能鋰電池組充電；外接AC220V電源經接入切換單元的整流電路整流，儲能斬波單元為儲能鋰電池組充電；儲能后的鋰電池組通過儲能斬波單元、接入切換單元與雙向逆變器相通，由雙向逆變器與用電變換單元連接，利用鋰電池組中的電能為用電器供電； 所述的系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過Profibus-DP和Modbus現(xiàn)場總線分別與儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、IGBT整流電路、用電變換單元、IGBT雙向逆變器相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，其特征在于，所述的接入切換單元包括開關QF1、QF2、QF3和QF4，直流降壓電路、整流電路，由操作控制器控制開關QF1、QF2、QF3和QF4的開閉，接入切換單元內連接有直流降壓電路、整流電路； 當QFl閉合，QF3、QF2和QF4打開時控制接點QFlU QF12分別與控制接點QF13、QF14連通，IGBT整流電路與IGBT雙向逆變器相通； 當QF2閉合，QFU QF3和QF4打開時控制接點QFlU QF12分別與控制接點QF31、QF32連通，IGBT整流電路經直流降壓電路降壓與儲能斬波單元相通； 當QF4閉合，QFU QF2和QF3打開時控制接點QF41、QF42分別與控制接點QF31、QF32連通，外接AC220V電源經整流電路整流與儲能斬波單元相通，為儲能鋰電池組充電； 當QF3閉合，QFU QF2和QF4打開時控制接點QF31、QF32分別與控制接點QF13、QF14連通，儲能斬波單元與雙向逆變器相通，利用鋰電池組中的電能為用電器供電； 所述的操作控制器包括嵌入式微電腦、鍵盤、IXD顯示屏、USB接口、RS-485接口，嵌入式微電腦的開關量開入端與開關量開出驅動單元連接，通過RS-485接口輸出指令操作開關QF1、QF2、QF3和QF4的開閉。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，其特征在于，所述的IGBT雙向逆變器包括電壓變換電路、逆變器、濾波器及雙向逆變器控制器，電壓變換電路的輸入信號取自接入切換單元的QFl閉合，經QF13、Q14接雙向逆變器，接觸器K合上時，此時開關管T7截止，由開關管Tl、T2、T3、T4、T5、T6和電容C2組成的逆變器轉化成三相交流電，由電感L2、L3和電容C3組成的濾波器濾波后經輸出端A、B、C輸出至用電變換單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，其特征在于，所述電池溫度檢測單元中溫度變送器Tn發(fā)出的溫度信號輸入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊； 所述網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集器由信號接入單元、信號變換單元、隔離放大單元和嵌入式微電腦依次連接組成，嵌入式微電腦設有現(xiàn)場總線接口與工控機通信，信號接入單元、信號變換單元和隔離放大單元的選通信號均來自嵌入式微電腦，嵌入式微電腦根據(jù)工控機指令控制整個網(wǎng)絡信號采集器的運作。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，其特征在于，所述的用電變換單元包括開關ACK2、ACK3、ACK4、ACK5，操作控制器、整流電路以及變壓器TR2，由操作控制器控制開關ACK2、ACK3、ACK4和ACK5的開閉；當ACK2關閉，且ACK3、ACK4和ACK5打開時，提供AC380V電源；當ACK2和ACK5關閉、ACK3和ACK4打開時，電流依次經變壓器TR2變壓，整流電路整流，控制接點QF51、QF52提供DCllOV電源；當ACK2和ACK4關閉、ACK3和ACK5打開時，電流經變壓器TR2變壓，控制接點QF41、QF42提供AC220V電源；當ACK3關閉，且ACK2、ACK4和ACK5打開時，由外接電源給控制接點QF41、QF42提供AC220V電源。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種移動式機車牽引供電、儲能電源車，其特征在于，所述的牽弓I變壓器通過接地線 與鐵軌連接，進而接地。
【文檔編號】H02J7/00GK103434431SQ201310388893
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】呂衍國, 郭培圇, 王春巖, 潘勝玉, 張慶舟, 鄭建新, 齊洪輝 申請人:遼寧意思德電氣有限公司