CN106218426A - 内燃机车飞轮储能系统 - Google Patents

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谭志勇
王楠
王秀岩
马玉红
刘鹏
陈俊杰
王翔宇
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/30—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power stored mechanically, e.g. in fly-wheels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

本发明公开了一种内燃机车飞轮储能系统，内燃机车中央控制单元对飞轮储能系统下达工作指令，内燃机车能量系统将多余的能量储存到飞轮储能系统中，内燃机车能量系统和飞轮储能系统为内燃机车负载提供能量。本发明优点在于：多用途的内燃机车储能系统，储能容量巨大，效率很高，可达到90％以上；充电时间短，几乎不受外界环境的影响，循环使用寿命近乎无限，对维护保养的要求较不高，使内燃机车能量利用更加的合理。

Description

内燃机车飞轮储能系统
技术领域
本发明涉及一种储能系统，尤其涉及一种用于内燃机车的飞轮储能系统，属于内燃机车领域。
背景技术
现有内燃机车配备的储能系统大部分为蓄电池储能这一种单一的储能方式。内燃机车蓄电池储能容量一般，用途较少，效率也并不是很高大概70％左右，充电时间长，受环境影响较大，循环使用寿命不长，尤其是在恶劣环境且高强度使用时，其寿命更是会大大缩短。为维持蓄电池的使用寿命，需要定期做维护保养。
现有的内燃机车的储能系统的缺点在于：用途较少，储能容量一般，效率并不是很高，充电时间长，受环境影响大，循环使用寿命不长，对维护保养的要求较高。
发明内容
本发明是针对现有的内燃机车飞轮储能系统的不足，提供一种新的内燃机车储能系统。该系统储能容量高，效率可达到90％甚至更高，储能时间短，几乎不受环境影响，循环使用寿命超长。最主要的是可实现多种用途，使内燃机车能量分配的更加合理。
这种内燃机车飞轮储能系统，内燃机车中央控制单元对飞轮储能系统下达工作指令，内燃机车能量系统将多余的能量储存到飞轮储能系统中，内燃机车能量系统和飞轮储能系统为内燃机车负载提供能量。
所述的飞轮储能系统由飞轮、蓄电池、电机、控制单元和传感器组成。
所述的传感器将检测到的数据反馈给内燃机车中央控制单元，内燃机车中央控制单元对控制单元下达命令，控制单元根据命令调节飞轮储能系统的工作方式，充电模式和保持模式时蓄电池或机车能量系统为飞轮储能系统提供能量，放电模式则是飞轮储能系统的能量为蓄电池充电或为机车负载供电，控制单元调节电机在电动机和发电机模式之间的转换，电机驱动飞轮运转或飞轮驱动电机运转。
所述的电机由控制单元控制，通过励磁模式的转换，可在飞轮储能系统为充电和保持模式时为电动机，在飞轮储能系统为放电模式时转为发电机。
所述的内燃机车负载包括柴油机启动，大功率器件投入时的电源供给及电制动能量回收再利用。
所述的飞轮储能系统的工作方式为充电模式、保持模式和放电模式。
本发明优点在于：多用途的内燃机车储能系统，储能容量巨大，效率很高，可达到90％以上；充电时间短，几乎不受外界环境的影响，循环使用寿命近乎无限，对维护保养的要求较不高，使内燃机车能量利用更加的合理。
附图说明
图1为内燃机车飞轮储能系统功能的结构框图。
图2为内燃机车飞轮储能系统的结构框图。
图3为内燃机车飞轮储能系统负载为柴油机启动的原理框图。
图4为内燃机车飞轮储能系统负载为大功率负载的原理框图。
图5为内燃机车飞轮储能系统负载为内燃机车牵引的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对内燃机车飞轮储能系统进行进一步说明。
这种内燃机车飞轮储能系统，内燃机车中央控制单元对飞轮储能系统下达工作指令，内燃机车能量系统将多余的能量储存到飞轮储能系统中，内燃机车能量系统和飞轮储能系统为内燃机车负载提供能量。所述的飞轮储能系统由飞轮、蓄电池、电机、控制单元和传感器组成。所述的传感器将检测到的数据反馈给内燃机车中央控制单元，内燃机车中央控制单元对控制单元下达命令，控制单元根据命令调节飞轮储能系统的工作方式，充电模式和保持模式时蓄电池或机车能量系统为飞轮储能系统提供能量，放电模式则是飞轮储能系统的能量为蓄电池充电或为机车负载供电，控制单元调节电机在电动机和发电机模式之间的转换，电机驱动飞轮运转或飞轮驱动电机运转。所述的电机由控制单元控制，通过励磁模式的转换，可在飞轮储能系统为充电和保持模式时为电动机，在飞轮储能系统为放电模式时转为发电机。所述的内燃机车负载包括柴油机启动，大功率器件投入时的电源供给及电制动能量回收再利用。所述的飞轮储能系统的工作方式为充电模式、保持模式和放电模式。
飞轮储能系统与机车各系统配合，可实现多种用途，使机车能量的利用和分配更加合理化。飞轮储能系统容量的大小，可根据机车应用的要求进行选择。内燃机车飞轮储能系统功能的结构框图如图1所示。
内燃机车能量系统产生的能量，在满足供应各种内燃机车负载的条件下，将剩余能量或需要被消耗掉的能量储存于飞轮储能系统中，当某个内燃机车负载有需求从飞轮储能系统中获取能量的时候，飞轮储能系统会将能量提供给相应的内燃机车负载。
飞轮储能系统并非单一形式的飞轮储能，包括了蓄电池、电机、控制单元、传感器及飞轮等，具体构成如图2所示：
内燃机车中央控制单元，根据内燃机车当前运行状态下的需要和传感器检测到的数据反馈，对飞轮储能系统的控制单元下达工作指令，使飞轮储能系统根据工作指令在充电模式、保持模式和放电模式三种模式中相互转换。充电模式，即内燃机车能量系统向飞轮储能系统提供能量，飞轮储能系统的电机作为电动机运行，直至电机达到指定转速；保持模式，即飞轮储能系统的电机依靠自身惯性维持恒速运行，仅从内燃机车能量系统或自身系统中的蓄电池吸收最小的能量以克服运行损耗；放电模式，即飞轮储能系统向内燃机车负载释放能量，此时飞轮储能系统的电机作为发电机运行，直至电机下降至指定转速。
飞轮储能系统在内燃机车上可实现多种用途，如柴油机启动、大功率器件投入时的电源供给、电制动能量回收再利用等。
当内燃机车为柴油机启动时，现有内燃机车柴油机启动大多是由蓄电池提供能量，而用飞轮储能系统进行柴油机启动，可以克服现有的柴油机启动技术对蓄电池的高要求和启动时大的冲击对蓄电池寿命造成严重影响的不足。具体实施方案如图3所示。
柴油机启动有两种状态，一种为长时间停机后启动，另一种为短时停机后启动。长时间停机，飞轮储能系统储存的能量消耗到不足以启动柴油机，内燃机车中央控制单元接收到柴油机启动指令后，将柴油机启动指令传递给飞轮储能系统的控制单元，在控制单元接到柴油机启动指令后，蓄电池开始为电机提供能量，飞轮储能系统进入充电模式，当达到指定转速后，控制单元控制飞轮储能系统自动转为放电模式，为柴油机启动供电，启动柴油机；短时停机，飞轮储能系统能量足以支撑柴油机启动，此时控制单元控制飞轮储能系统进入放电模式，直接为柴油机启动供电，启动柴油机。
在内燃机车大功率负载突然投入使用时，会给内燃机车能量系统造成较大的冲击，如保护不到位，甚至会造成内燃机车能量系统器件的损坏，利用飞轮储能系统为短时工作的大功率的负载或长时间工作的大功率负载的投入期进行供电，可有效的解决该问题。具体实施方案如图4所示。
当内燃机车中央控制单元接收到电制动指令时，将电制动指令传递给飞轮储能系统的控制单元，当制动单元接收到电制动指令时，从保持模式转换为放电模式，为大功率负载供电。如大功率负载为长时间工作制，则在负载成功启动后，转为由内燃机车能量系统供电，此时飞轮储能系统转为充电模式，由内燃机车能量系统为飞轮储能系统充电直到转为保持模式。
现有内燃机车在实施电制动时，产生的电能由大功率电阻带消耗产生大量热能，消散在空气中，这是对能量的严重浪费，且制动电阻装置占用了机车很大的空间。使用飞轮储能系统回收电制动产生的能量，使内燃机车能量的利用更加合理化。具体实施方案如图5所示。
电制动时，牵引电动机转换为牵引发电机，内燃机车运动产生的动能转化为电能。飞轮储能系统的控制单元接收到电制动指令时，飞轮储能系统将从保持模式转换为充电模式，吸收牵引发电机产生的电能，当电制动结束时，飞轮储能系统将再次转换为保持模式。该功能对飞轮储能系统的容量要求较高。
除了以上具体功能的介绍，飞轮储能系统还具有很多其他的用途。如：可以在内燃机车能量系统失灵的情况下短时为内燃机车提供运行所需的动力等。

Claims (6)

1.一种内燃机车飞轮储能系统，其特征在于：内燃机车中央控制单元对飞轮储能系统下达工作指令，内燃机车能量系统将多余的能量储存到飞轮储能系统中，内燃机车能量系统和飞轮储能系统为内燃机车负载提供能量。
2.根据权利要求1所述的内燃机车飞轮储能系统，其特征在于：所述的飞轮储能系统由飞轮、蓄电池、电机、控制单元和传感器组成。
3.根据权利要求2所述的内燃机车飞轮储能系统，其特征在于：所述的传感器将检测到的数据反馈给内燃机车中央控制单元，内燃机车中央控制单元对控制单元下达命令，蓄电池为控制单元提供能量或储存飞轮储能系统的能量，控制单元驱动电机运转，电机驱动飞轮运转或飞轮驱动电机运转。
4.根据权利要求3所述的内燃机车飞轮储能系统，其特征在于：所述的电机通过励磁模式的转换，可在飞轮储能系统为充电和保持模式时为电动机，在飞轮储能系统为放电模式时转为发电机。
5.根据权利要求1所述的内燃机车飞轮储能系统，其特征在于：所述的内燃机车负载包括柴油机启动，大功率器件投入时的电源供给及电制动能量回收再利用。
6.根据权利要求1所述的内燃机车飞轮储能系统，其特征在于：所述的飞轮储能系统的工作方式为充电模式、保持模式和放电模式。
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