CN109525025A - 车载分布式发电供电及储能系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载分布式发电供电及储能系统及使用方法，包括发电机、第一液压泵、第二液压泵、电气箱、电池组、逆变器，所述第一液压泵上的旋转轴与列车轮轴连接，所述第一液压泵上的回油管路与所述第二液压泵上的进油口连接，所述第二液压泵上的旋转轴与所述发电机连接。本发明还提供一种车载分布式发电供电及储能系统的使用方法，包括以下步骤：步骤一，将第一液压泵的旋转轴与轮轴连接，第二液压泵分别与第一液压泵发电机连接；步骤二，将发电机通过整流器与电池组连接，电池组通过逆变器与负载连接。本发明采用液压传动，设备体积小，安装方便，可以节省安装空间，降低传动风险，同时提高了列车编组的灵活性。

Description

车载分布式发电供电及储能系统及使用方法

技术领域

本发明涉及轨道交通及公路运输技术领域，具体涉及一种车载分布式发电供电及储能系统及使用方法。

背景技术

铁路客车、货车需满足车辆的用电设备(照明、电热水器、冰箱等)和蓄电池充电需要外部电源，当前主要有两种供电技术，1)由车头电源集中供电，2)独立分布式发电的车辆。由于车头电源集中供电的方式不方便在编组站灵活编组，不能适应客运、货运的多样性需求，因此没有很多实用价值。现有的列车供电系统仅适用于旅客列车，不适合货运列车。铁路货车具有作业条件恶劣、编组频繁的特点，由牵引机车通过电缆向其供电的方式难以实施，在铁路货车上安装发电装置是解决该问题的一个研究方向。中国的铁路运输线分布广、运量大、运输成本低、节能环保，但是由于铁路货运车辆缺乏分布式的发电和配电系统，导致铁路运输无法进入需要保温的生鲜食品运输市场。独立分布式发电的车辆，各车辆在运用过程中为可以自由组合编组，运输的灵活性高，满足运输企业的实际需要。独立分布式发电的车辆过去几十年来，需要配置独立的内燃机发电系统，而内燃机发电费用高、噪声大、排除大量的污染气体，不符合节能减排的发展方向。

在进行制造时，因发电机的体积过大，需要对铁路货车的车体结构进行重新设计，高昂的成本及复杂的维修工况决定了该方案难以实施；同时存在电能储存问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种车载分布式发电供电及储能系统及使用方法，通过采用第一液压泵和第二液压泵的液压传动代替机械传动，液压传动的设备体积小，可以节省安装空间，降低轴端电机或轮边电机失效等传动风险，并使第二液压泵及其驱动的电机可以灵活地选择振动小的安装空间，同时提高了列车编组的灵活性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种车载分布式发电供电及储能系统，包括发电机，还包括第一液压泵、第二液压泵、电气箱、电池组、逆变器，所述第一液压泵上的旋转轴与列车轮轴连接，所述第一液压泵上的回油管路与所述第二液压泵上的进油口连接，所述第一液压泵上的进油口与所述第二液压泵上的回油管路连接，所述第二液压泵上的旋转轴与所述发电机连接，所述发电机通过电气箱与所述电池组连接，所述电池组的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端连接有负载，所述电气箱内设有控制器、远程发报模块、整流器，所述远程发报模块、发电机均与所述控制器连接并通讯，所述发电机通过整流器与电池组连接。

在上述任一方案中优选的是，所述发电机上设有温度传感器，所述整流器上设有电压传感器用于监控发电机上的电压，所述第一液压泵和第二液压泵内均设有油压传感器，所述温度传感器、电压传感器、油压传感器均与所述控制器连接。

在上述任一方案中优选的是，所述电气箱内设有接线盒。

在上述任一方案中优选的是，所述车载分布式发电供电及储能系统还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述电池组连接。

在上述任一方案中优选的是，所述电池管理系统上设有充电桩接口，用于连接充电桩向电池组进行供电。

在上述任一方案中优选的是，所述整流器上设有工频交流电连接口，用于连接工频交流电为电池组充电。

在上述任一方案中优选的是，所述远程发报模块为GPRS远程发报模块。

在上述任一方案中优选的是，所述控制器为MCU微控制器。

本发明提供的车载分布式发电供电及储能系统的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤一，将第一液压泵上的旋转轴与列车轮轴进行安装固定；将第二液压泵上的进油口与第一液压泵上的回油管路安装使其连通；将第二液压泵上的旋转轴与发电机的输入端连接；通过列车轮轴带动旋转轴转动，从而将轮轴的旋转动力转化为第一液压泵内的液体压力，第一液压泵内的液体进入第二液压泵内推动第二液压泵上的旋转轴转动，从而带动发电机工作发电；

步骤二，将发电机通过电气箱内的整流器与电池组连接，电池组通过逆变器与负载连接，发电机产生交流电，经整流设备的作用，转为为直流电，给电池组充电；

步骤三，将远程发报模块、电池组、发电机、第一液压泵、第二液压泵、温度传感器、油压传感器、电压传感器分别与所述电气箱连接，能够实时监控发电机的温度、发出的交流电电压以及液压泵内的油压情况、电池的电压电量状态，检测的数据通过远程发报如GPRS模块无线传送至监控站或手持终端进行监控，并通过电气箱进行调控。

与现有技术相比，本发明提供的车载分布式发电供电及储能系统及使用方法具有以下有益效果：

1、通过采用第一液压泵和第二液压泵的液压传动代替机械传动，液压传动的设备体积小，安装方便，可以节省安装空间，降低传动风险，同时提高了列车编组的灵活性；并且液压传动采用液压系统控制，实现无间隙连接，传动平稳，降低了噪声；

2、在调速方面，现有技术采用齿轮变速箱结构复杂，调速性能不适用于发电机，而采用液压传动时，当列车在40km/h至120km/h速度范围内运行时，车轴的转速在 253rpm-810rpm范围，通过第一液压泵和第二液压泵的配合调速，将第二液压泵的输出转速提升到1200-4560rpm。这个输出转速比较好匹配高转速发电机，解决了发电机在低转速下的发电效率低的问题。使用高转速发电机，同样发电容量的发电机的重量降低，发电机体积减小，可以方便灵活地利用车下及车上的安装空间；

3、在清理和维护方面，传统的传动设备不易清理，维护成本较高，维护频率高，液压泵的维护则相对简单，一般是检查压力和泄漏，出于对工作环境温度的适应，选用合适的液力传动油，可以在极端温度环境维持很好的启动性能，在高变载荷下有优良的抗磨性能；

4、通过控制器分别与发电机、温度传感器、电压传感器、油压传感器的连接，可以实时检测发电机的温度、交流电压以及液压泵内的油压，并将数据通过远程发报模块如GPRS 模块无线传输至监测站或手持终端，实现实时监控设备的工作状态、列车的实时地理位置 (货主可以实时了解货车在什么位置)，当发电机的温度高于设定值时，控制器将控制发电机停止工作，避免发电机因温度过高而损坏，同时电池组的管理系统与远程发报模块连接，能够将电池组的电量、电压通过远程发报模块如GPRS模块进行无线传输，实现对电池组的实时监测，充分了解电池组的电量状况；

5、通过设置逆变器，使得发电机输出供电形式多样化，既可以对机车的低压控制系统提供直流电，也可以用于空调等一些需要交流电压的设备和系统；

6、通过在电池管理系统上设置充电桩接口用于连接充电桩，在整流器上设置工频交流电连接口用于连接工频交流电，可以实现除发电机向电池组供电以外的另外两种供电形成，充电方式多样化，避免发电机不工作时不能向电池组充电而影响电池组的供电使用问题，为电池组的供电提供了保障。

附图说明

图1为本发明的车载分布式发电供电及储能系统及使用方法的一优选实施例的部件连接框图；

图2为图1所示实施例的电路原理图；

图3为图1所示实施例中第二液压泵结构图；

图4为图1所示实施例中控制器的电路图。

图中标注说明：1、发电机；2、变压器；3、电池组；4、逆变器；5、负载；6、整流器；7、第二液压泵；8、进油口；9、旋转轴。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

如图1-4所示，按照本发明的车载分布式发电供电及储能系统及使用方法的一实施例，包括发电机1，还包括第一液压泵、第二液压泵7、电气箱、电池组3、逆变器4，所述第一液压泵上的旋转轴9与列车轮轴连接，所述第一液压泵上的回油管路与所述第二液压泵 7上的进油口8连接，所述第一液压泵上的进油口8与所述第二液压泵7上的回油管路连接，所述第二液压泵7上的旋转轴9与所述发电机1连接，所述发电机1通过电气箱与所述电池组3连接，所述电池组3的输出端与所述逆变器4的输入端连接，所述逆变器4的输出端连接有负载5，所述负载5可以为交流负载5如用于制冷的压缩机，所述电气箱内设有控制器、远程发报模块、整流器6，所述远程发报模块、发电机1均与所述控制器连接并通讯，所述发电机1通过整流器6与电池组3连接。

所述发电机1上设有温度传感器，所述整流器上设有电压传感器用于监控发电机1上的电压，所述第一液压泵和第二液压泵7内均设有油压传感器，所述温度传感器、电压传感器、油压传感器均与所述控制器连接。

所述电气箱内设有接线盒，用于连接各种线路。

所述车载分布式发电供电及储能系统还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述电池组3连接，电池管理系统检测电池组3的输入、输出电流、工作温度、电压等参数，达到对电池组3实时检测的目的。

所述电池管理系统上设有充电桩接口，用于连接充电桩，使发电机1不工作时，通过充电桩向电池组3进行供电。

所述整流器6上设有工频交流电连接口，用于连接工频交流电，使其在发电机1不工作时，可以利用工频交流电为电池组3充电。

所述远程发报模块为GPRS远程发报模块，所述GPRS远程发报模块的型号可以为QW8600。

所述控制器为MCU微控制器。

本发明还提供一种车载分布式发电供电及储能系统的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤一，将第一液压泵上的旋转轴9与列车轮轴进行安装固定；将第二液压泵7上的进油口8与第一液压泵上的回油管路安装使其连通；将第二液压泵7上的旋转轴9与发电机1的输入端连接；通过列车轮轴带动旋转轴9转动，从而将轮轴的旋转动力转化为第一液压泵内的液体压力，第一液压泵内的液体进入第二液压泵7内推动第二液压泵7上的旋转轴9转动，从而带动发电机1工作发电；

步骤二，将发电机1通过电气箱内的整流器6与电池组3连接，电池组3通过逆变器4与负载5连接，发电机1产生交流电，经整流设备的作用，转为为直流电，给电池组充电；

步骤三，将远程发报模块、电池组3、发电机1、第一液压泵、第二液压泵7、温度传感器、油压传感器、电压传感器分别与所述电气箱连接，能够实时监控发电机1的温度、发出的交流电电压、以及液压泵内的油压情况、电池的电压电量状态，检测的数据通过远程发报如GPRS模块无线传送至监控站或手持终端进行监控，并通过电气箱进行调控。

本实施例的工作原理：将第一液压泵安装在列车轮轴上，将列车轮轴的旋转动能转化为液体压力，液力通过液压管路将液力传递到第二液压泵的进油口，推动第二液压泵旋转轴转动，随后剩余液体从第二液压泵的回路流回到第一液压泵的回油管路，回流的油液经过第一液压泵的加力推动再次输入到第二液压泵的进油口，如此循环往复，把轮轴的旋转动能通过第一液压泵、回油管路传递到第二液压泵的旋转输出轴，本系统使车轴动能转化成液压能，带动发电机发电(例如额定400V，三相交流电机)，交流发电机的三相电压经整流升压模块整流部分变换成直流电压，输出稳定的DC660V给逆变模块供电，逆变模块将电池电压逆变成稳定的三相380V电压给负载供电。根据设备的不同，它可以提供高达3 0kW的功率。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

通过采用第一液压泵和第二液压泵的液压传动代替机械传动，液压传动的设备体积小，质量轻，可以节省安装空间，降低传动风险，同时提高了列车编组的灵活性；并且液压传动采用液压系统控制，实现无间隙连接，传动平稳，降低了噪声；在清理和维护方面，传统的传动设备不易清理，维护成本较高，维护频率高，液压泵的维护则相对简单，一般是检查压力和泄漏。出于对工作环境温度的适应，选用合适的液力传动油，可以在极端温度环境维持很好的启动性能，在高变载荷下有优良的抗磨性能。

本领域技术人员不难理解，本发明的车载分布式发电供电及储能系统及使用方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车载分布式发电供电及储能系统，包括发电机，其特征在于：还包括第一液压泵、第二液压泵、电气箱、电池组、逆变器，所述第一液压泵上的旋转轴与列车轮轴连接，所述第一液压泵上的回油管路与所述第二液压泵上的进油口连接，所述第一液压泵上的进油口与所述第二液压泵上的回油管路连接，所述第二液压泵上的旋转轴与所述发电机连接，所述发电机通过电气箱与所述电池组连接，所述电池组的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端连接有负载，所述电气箱内设有控制器、远程发报模块、整流器，所述远程发报模块、发电机均与所述控制器连接并通讯，所述发电机通过整流器与电池组连接。

2.根据权利要求1所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述发电机上设有温度传感器，所述整流器上设有电压传感器，所述第一液压泵和第二液压泵内均设有油压传感器，所述温度传感器、电压传感器、油压传感器均与所述控制器连接。

3.根据权利要求1所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述电气箱内设有接线盒。

4.根据权利要求1所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述车载分布式发电供电及储能系统还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述电池组连接。

5.根据权利要求4所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述电池管理系统上设有充电桩接口。

6.根据权利要求1所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述整流器上设有工频交流电连接口。

7.根据权利要求1所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述远程发报模块为GPRS远程发报模块。

8.根据权利要求1所述的车载分布式发电供电及储能系统，其特征在于：所述控制器为MCU微控制器。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的车载分布式发电供电及储能系统的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一，将第一液压泵上的旋转轴与列车轮轴进行安装固定；将第二液压泵上的进油口与第一液压泵上的回油管路安装使其连通；将第二液压泵上的旋转轴与发电机的输入端连接；通过列车轮轴带动旋转轴转动，从而将轮轴的旋转动力转化为第一液压泵内的液体压力，第一液压泵内的液体进入第二液压泵内推动第二液压泵上的旋转轴转动，从而带动发电机工作发电；

步骤二，将发电机通过电气箱内的整流器与电池组连接，电池组通过逆变器与负载连接，发电机产生交流电，经整流设备的作用，转为为直流电，一部分给电池组充电，另一部分为电气箱供电；

步骤三，将远程发报模块、电池组、发电机、第一液压泵、第二液压泵、温度传感器、油压传感器、电压传感器分别与所述电气箱连接，能够实时监控发电机的温度、发出的交流电电压以及液压泵内的油压情况、电池的电压电量状态，检测的数据通过远程发报如GPRS模块无线传送至监控站或手持终端进行监控，并通过电气箱进行调控。