CN109552074A - 一种轨道动力平车动力源管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轨道运输技术领域,具体提供了一种轨道动力平车动力源管理方法及系统,通过在轨道动力平车上安装超级电容和蓄电池,优先通过超级电容给轨道动力平车供电,其次通过蓄电池供电,并根据蓄电池续航能力来设置充电站的位置,保证轨道动力平车能一直作业,直到蓄电池电量耗尽将轨道动力平车驱动至充电站。该动力原系统可以根据运输距离及运行状态自动选择及切换动力源,具体通过监控模块实时监控车辆的动力情况和储能装置的电量数据,然后根据车辆动力情况和电量数据合理的自动切换不同的动力提供模式,以满足不同运输距离和运输强度的运输模式,具有智能性、多样性的特点,适合各种距离的运输模式,提高了轨道动力平车的运输效率。
Description
技术领域
本发明属于轨道运输技术领域,具体涉及一种轨道动力平车动力源管理方法及系统。
背景技术
铁道车辆是指铁道运输的运载工具。广义地说,所谓铁道车辆是指必须沿着专设的轨道运行的车辆。铁道车辆是运送旅客和货物的工具。它一般没有动力装置,必须把车辆连挂成列,由机车牵引才能沿线路运行。
有动力在铁路上运行的具备牵引能力的称为机车,如电力机车、内燃机车等,采用人工驾驶;车辆具有动力驱动且连挂成组运行的称为动车,如:铁路动车组、地铁列车、轻轨列车和有轨电车,采用有人驾驶或无人自动驾驶;单车具有动力的称为轨道车,大多用于铁路的养护维修作业用,目前采用人工驾驶。
轨道动力平车是一种为实现自动化装卸和解体、编组发明的自动化运行的车辆,这个车辆具有自动化控制的动力、牵引、制动、调速、连接系统和功能,动力系统是其自动化运行的重要子系统。
现有的轨道动力车辆动力系统主要采用内燃机、超级电容、蓄电池供电及低压轨道供电。
蓄电池供电方式单次充电需要6到8小时,可连续满载运行约20小时,其单次充电时间长、电能损耗大,电池的寿命一般为3~5年。低压轨道供电方式电压低、操作安全,短距离内运输方便;但车体造价高、轨道要二次绝缘处理、对环境要求高,要求无积水。以上方式均无法满足现代运输系统中对轨道动力车辆方便、快捷、高强度及中长距离使用的需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中轨道动力平车续航时间短的问题。
为此,本发明提供了一种轨道动力平车动力源管理方法,包括:
实时监测轨道动力平车的位置、超级电容的电量及蓄电池的电量;
当轨道动力平车尚未行驶至充电站且超级电容的电量低于切换阈值时,则切换至蓄电池供电模式,并继续行驶;
当蓄电池的电量低于设定值时,则控制轨道动力平车行驶至蓄电池维护站充电或更换蓄电池,然后继续行驶;
当轨道动力平车行驶至充电站时且超级电容的电量低于充电阈值时,则停车并给所述超级电容充电,所述充电阈值大于所述切换阈值,并继续行驶。
优选地,通过GPS定位来判断所述轨道动力平车相对所充电站的位置及相对所述蓄电池维护站的位置。
优选地,当轨道动力平车行驶至充电站时超级电容的电量低于充电阈值且蓄电池的电量高于设定值时,则控制所述轨道动力平车继续行驶。
优选地,当轨道动力平车行驶至充电站时超级电容的电量低于切换阈值且蓄电池的电量高于设定值时,则停车并给所述超级电容充电。
优选地,在蓄电池供电模式下,两个蓄电池维护站之间的距离小于蓄电池的设定值的电量的情况下轨道动力平车的行驶距离。
本发明还提供了一种轨道动力平车动力源系统,包括:充电输入切换模块、动力输出切换模块、定位模块、监控模块、超级电容模块及蓄电池模块;
所述定位模块用于监测轨道动力平车的位置,并将所述位置的信息传递给所述监控模块;
所述监控模块用于监控所述超级电容模块及所述蓄电池模块的工作状态,并将所述超级电容模块及所述蓄电池模块的工作状态的信息传递给所述充电输入切换模块及所述动力输出切换模块,并控制轨道动力平车的行驶;
所述充电输入切换模块用于根据所述监控模块的信息选择给所述超级电容模块或所述蓄电池模块充电;
所述动力输出切换模块用于根据所述监控模块的信息选择所述超级电容模块或所述蓄电池模块给轨道动力平车供电。
优选地,还包括非接触式感应充电装置,当轨道动力平车未运行至充电站时且超级电容的电量低于预设阈值时,则切换至蓄电池供电模式,且通过感应充电装置给所述超级电容充电。
优选地,还包括远程监控中心,当所述远程监控中心检测到所述超级电容电量低于预设阈值时,开启非接触式感应充电装置。
优选地,所述非接触式感应充电装置包括供电线圈,所述轨道动力平车上设有与所述供电线圈对应的充电线圈。
优选地,所述监控模块包括电能监控子模块及动力监控子模块,所述电能监控子模块用于监控所述超级电容模块及所述蓄电池模块的电量并反馈给所述充电输入切换模块及所述动力输出切换模块,所述动力监控子模块用于监控所述轨道动力平车的供电模式。
本发明的有益效果:本发明提供的这种轨道动力平车动力源管理方法及系统,通过在轨道动力平车上安装超级电容和蓄电池,在没有轨道电力系统的情况下,优先通过超级电容给轨道动力平车供电,其次通过蓄电池供电,并根据蓄电池续航能力来设置充电站的位置,保证轨道动力平车能一直作业,直到蓄电池电量耗尽将轨道动力平车驱动至充电站。该动力原系统可以根据运输距离及运行状态自动选择及切换动力源,具体通过监控模块实时监控车辆的动力情况和储能装置的电量数据,然后根据车辆动力情况和电量数据合理的自动切换不同的动力提供模式,以满足不同运输距离和运输强度的运输模式,具有智能性、多样性的特点,适合各种距离的运输模式,提高了轨道动力平车的运输效率。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明轨道动力平车动力源管理方法的流程示意图;
图2是本发明轨道动力平车动力源系统的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征;在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1:
本发明实施例提供了一种轨道动力平车动力源管理方法,包括:
实时监测轨道动力平车的位置、超级电容的电量及蓄电池的电量;
当轨道动力平车尚未行驶至充电站且超级电容的电量低于切换阈值时,则切换至蓄电池供电模式,并继续行驶;
当蓄电池的电量低于设定值时,则控制轨道动力平车行驶至蓄电池维护站充电或更换蓄电池,然后继续行驶;
当轨道动力平车行驶至充电站时且超级电容的电量低于充电阈值时,则停车并给所述超级电容充电,所述充电阈值大于所述切换阈值,并继续行驶。
蓄电池是一种持续放电的储能装置,可以长时间提供动力;蓄电池的能量密度大,但功率密度低,循环寿命短,充放电效率低,污染环境,不适合高倍率快速充电。超级电容作为一种储能装置,放电功率大,所储的电能可以在极短的时间内放出来,具有很高的功率密度,但低的能量密度,不适用于长时间的大规模储能;其循环寿命长,充放电效率高,环境友好,特别适用于高倍率充放电的场合。超级电容和蓄电池在特性上具有很强的互补性,可以将超级电容的大功率输出和能接受大电流充放电等优点与蓄电池的高能量相结合。通过采用超级电容与蓄电池组成混合电源的储能系统,该系统将会兼具两者的优点。
由此可知,如图1所示,通过采用蓄电池+超级电容组合的储能装置为轨道动力平车提供动力。在轨道动力平车开启之前,将超级电容和蓄电池都充满电,开动时,先开启超级电容供电模式,当行驶一段时间后,通过实时监测超级电容的电量,当电量低于预设阈值时,若轨道动力平车也同时行驶至充电站,则停车并给超级电容充电;若轨道动力平车在路上,尚未行驶至充电站,则切换至蓄电池供电模式,直到到达下一个充电站,然后停车给超级电容充电。当蓄电池的电量低于设定值时,说明超级电容的电量已经先用完了,则控制轨道动力平车行驶至蓄电池维护站充电或更换蓄电池。蓄电池维护站和充电站可以设在一起,方便更换和充电。因此,轨道动力平车可以在不需要架设电力线来驱动行驶,通过充电站、超级电容和蓄电池便可实现轨道动力平车从起点行驶到终点的目的。
轨道动力平车的储能装置采用蓄电池+超级电容组合的方式提供动力,轨道动力平车两个端部车体的下部分别安装一组或多组超级电容和蓄电池。当车辆处于启动状态时,需要短时间内提供较大动能,而车辆运行速度较低,利用超级电容放电功率大的特性,优先使用超级电容为车辆提供动力。
当车辆启动后速度趋于稳定时,车辆运行速度较快,利用超级电容快充快放、循环寿命长的特性,配合充电站的设置,优先使用超级电容为车辆提供动力;当电能监控装置监控到超级电容电量低于预设阈值时,动力控制装置关闭超级电容供电,切换至蓄电池模式,蓄电池容量应足够使用单程以上距离,并实时监控其电量状态。
优选地方案,通过GPS定位来判断所述轨道动力平车相对所充电站的位置及相对所述蓄电池维护站的位置。通过GPS定位或者北斗导航系统定位来检测轨道动力平车的实时位置。
优选地方案,当轨道动力平车行驶至充电站时超级电容的电量低于充电阈值且蓄电池的电量高于设定值时,则控制所述轨道动力平车继续行驶。由此可知,超级电容电量低于充电阈值时,系统不会自动切换至蓄电池供电模式,还是继续使用超级电容供电模式,若经过充电站轨道动力平车也不停站。这样可以减少停站的次数,同时减少了超级电容的充电次数,因此也节约了轨道动力平车的运输时间。
优选地方案,当轨道动力平车行驶至充电站时超级电容的电量低于切换阈值且蓄电池的电量高于设定值时,则停车并给所述超级电容充电。由于切换阈值低于充电阈值,低于切换阈值时得进站充电,这时蓄电池的电量高于设定值,可以不用给蓄电池充电。
优选地方案,所述轨道动力平车动力源管理方法还包括电力牵引机车供电模式,当开启电力牵引机车供电模式时,关闭超级电容及蓄电池的电能输出,同时通过轨道电力系统给所述超级电容或所述蓄电池充电。由此可知,该模式适用于跨港区长距离、铁路装卸区至货物发送区距离较远的电力牵引机车列车运输模式。采用储能装置+电力机车牵引组合的方式提供动力,即储能装置+轨道电力系统的组合方式,当轨道动力平车动力监测系统监控到有电力机车牵引轨道动力平车并为其提供动力时,动力监控系统传输信号给动力控制装置,动力控制装置关闭储能装置输出,启用电力机车牵引的供电模式。由电力机车通过列车供电网络为轨道动力平车充电。充电的顺序为先超级电容,后蓄电池方式,轨道动力平车超级电容充电完成后,自动转入蓄电池充电。在这种模式下,超级电容的充电方式是采用限流充电方式。由于电力牵引机车在牵引列车的同时,需要给全列车的轨道动力平车动力储能装置供电,负载能力有限,不能满足全列车超级电容同时大电流充电,因此超级电容的充电电流是采用限流充电,充电时间将延长。
优选地方案,在蓄电池供电模式下,两个蓄电池维护站之间的距离小于蓄电池的设定值的电量的情况下轨道动力平车的行驶距离。由此可知,当电能监控装置监控到超级电容电量低于预设阈值时,动力控制装置关闭超级电容供电,切换至蓄电池模式,蓄电池容量应足够使用单程以上距离,并实时监控其电量状态。
实施例2:
本实施例提供了一种轨道动力平车动力源系统,包括:充电输入切换模块、动力输出切换模块、定位模块、监控模块、超级电容模块及蓄电池模块;
所述定位模块用于监测轨道动力平车的位置,并将所述位置的信息传递给所述监控模块;
所述监控模块用于监控所述超级电容模块及所述蓄电池模块的工作状态,并将所述超级电容模块及所述蓄电池模块的工作状态的信息传递给所述充电输入切换模块及所述动力输出切换模块,并控制轨道动力平车的行驶;
所述充电输入切换模块用于根据所述监控模块的信息选择给所述超级电容模块或所述蓄电池模块充电;
所述动力输出切换模块用于根据所述监控模块的信息选择所述超级电容模块或所述蓄电池模块给轨道动力平车供电。
由此可知,如图2所示,监控模块包括电能监控及动力监控两部分组成,电能监控结果可以输出储能单元的电量情况,储能单元的使用情况;动力监控结果可以输出车辆的动力来源是由储能装置提供或电气化铁路提供。动力控制装置包括充电输入切换模块以及动力输出切换模块,充电输入切换模块以及动力输出切换模块分别由充电输入开关及动力输出开关两部分组成,动力输出开关受动力监控装置的输出控制,根据监控系统输出的信号,可以选择采用的动力源是由储能装置提供(自动力),还是由电力机车牵引的供电方式(动车组模式),或电力机车直接提供牵引力(列车牵引模式)。充电输入开关受电能监控的输出控制,根据储能装置输出的信号,可以在优先保证超级电容充电的情况下,为蓄电池充电。
轨道动力平车动力补充方式可以采用车体更换蓄电池、回充电站充电、电力机车牵引供电等方式,根据轨道动力平车动力监控装置提供的监控数据可以选择不同的储能装置充电方式。
方式一,作业区走行线的超级电容充电站:充电能源来自导电轨(第三轨)或感应充电装置,该方式能满足储能装置中的超级电容短时间大电流定点充电或边走边充充电模式;
方式二,轨道动力平车等待区充电站:充电能源来自导电轨(第三轨)或感应充电装置,该方式能满足储能装置中的超级电容和蓄电池在等待区内小范围移动的相对固定充电模式;
方式三,轨道动力平车蓄电池维护站:将电量低于设定阈值的蓄电池拆下,更换充满电的蓄电池,换下的蓄电池在蓄电池维护站充电后备用,等待下一车辆使用,该方式能满足储能装置中的蓄电池定点充电模式;
方式四,牵引列车供电充电:充电能源来自电力机车的列车供电网络,该方式能满足储能装置中的超级电容和蓄电池边走边充充电模式。
优选地方案,还包括非接触式感应充电装置,当轨道动力平车未运行至充电站时且超级电容的电量低于预设阈值时,则切换至蓄电池供电模式,且通过感应充电装置给所述超级电容充电。在轨道上设置线圈,提供交流电,在轨道动力平车下面对应设置充电线圈,通过非接触感应来进行充电。
优选地方案,还包括远程监控中心,当所述远程监控中心检测到所述超级电容电量低于预设阈值时,开启非接触式感应充电装置。由此可知,通过远程监控超级电容及蓄电池的电量,并控制非接触式感应充电装置的开启和关闭。
优选地方案,所述监控模块包括电能监控子模块及动力监控子模块,所述电能监控子模块用于监控所述超级电容模块及所述蓄电池模块的电量并反馈给所述充电输入切换模块及所述动力输出切换模块,所述动力监控子模块用于监控所述轨道动力平车的供电模式。
本发明的有益效果:本发明提供的这种轨道动力平车动力源管理方法及系统,通过在轨道动力平车上安装超级电容和蓄电池,在没有轨道电力系统的情况下,优先通过超级电容给轨道动力平车供电,其次通过蓄电池供电,并根据蓄电池续航能力来设置充电站的位置,保证轨道动力平车能一直作业,直到蓄电池电量耗尽将轨道动力平车驱动至充电站。该动力原系统可以根据运输距离及运行状态自动选择及切换动力源,具体通过监控模块实时监控车辆的动力情况和储能装置的电量数据,然后根据车辆动力情况和电量数据合理的自动切换不同的动力提供模式,以满足不同运输距离和运输强度的运输模式,具有智能性、多样性的特点,适合各种距离的运输模式,提高了轨道动力平车的运输效率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轨道动力平车动力源管理方法,其特征在于,包括:
实时监测轨道动力平车的位置、超级电容的电量及蓄电池的电量;
当轨道动力平车尚未行驶至充电站且超级电容的电量低于切换阈值时,则切换至蓄电池供电模式,并继续行驶;
当蓄电池的电量低于设定值时,则控制轨道动力平车行驶至蓄电池维护站充电或更换蓄电池,然后继续行驶;
当轨道动力平车行驶至充电站时且超级电容的电量低于充电阈值时,则停车并给所述超级电容充电,所述充电阈值大于所述切换阈值,并继续行驶。
2.根据权利要求1所述的轨道动力平车动力源管理方法,其特征在于:通过GPS定位来判断所述轨道动力平车相对所充电站的位置及相对所述蓄电池维护站的位置。
3.根据权利要求1所述的轨道动力平车动力源管理方法,其特征在于:当轨道动力平车行驶至充电站时超级电容的电量低于充电阈值且蓄电池的电量高于设定值时,则控制所述轨道动力平车继续行驶。
4.根据权利要求1所述的轨道动力平车动力源管理方法,其特征在于:当轨道动力平车行驶至充电站时超级电容的电量低于切换阈值且蓄电池的电量高于设定值时,则停车并给所述超级电容充电。
5.根据权利要求1所述的轨道动力平车动力源管理方法,其特征在于:在蓄电池供电模式下,两个蓄电池维护站之间的距离小于蓄电池的设定值的电量的情况下轨道动力平车的行驶距离。
6.一种轨道动力平车动力源系统,其特征在于,包括:充电输入切换模块、动力输出切换模块、定位模块、监控模块、超级电容模块及蓄电池模块;
所述定位模块用于监测轨道动力平车的位置,并将所述位置的信息传递给所述监控模块;
所述监控模块用于监控所述超级电容模块及所述蓄电池模块的工作状态,并将所述超级电容模块及所述蓄电池模块的工作状态的信息传递给所述充电输入切换模块及所述动力输出切换模块,并控制轨道动力平车的行驶;
所述充电输入切换模块用于根据所述监控模块的信息选择给所述超级电容模块或所述蓄电池模块充电;
所述动力输出切换模块用于根据所述监控模块的信息选择所述超级电容模块或所述蓄电池模块给轨道动力平车供电。
7.根据权利要求6所述的轨道动力平车动力源系统,其特征在于:还包括非接触式感应充电装置,当轨道动力平车未运行至充电站时且超级电容的电量低于预设阈值时,则切换至蓄电池供电模式,且通过感应充电装置给所述超级电容充电。
8.根据权利要求7所述的轨道动力平车动力源系统,其特征在于:还包括远程监控中心,当所述远程监控中心检测到所述超级电容电量低于预设阈值时,开启非接触式感应充电装置。
9.根据权利要求8所述的轨道动力平车动力源系统,其特征在于:所述非接触式感应充电装置包括供电线圈,所述轨道动力平车上设有与所述供电线圈对应的充电线圈。
10.根据权利要求6所述的轨道动力平车动力系统,其特征在于:所述监控模块包括电能监控子模块及动力监控子模块,所述电能监控子模块用于监控所述超级电容模块及所述蓄电池模块的电量并反馈给所述充电输入切换模块及所述动力输出切换模块,所述动力监控子模块用于监控所述轨道动力平车的供电模式。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190402 |