CN109591528A - 一种混合动力公铁车及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种混合动力公铁车及其控制系统，包括车底架，还包括有驱动公铁车运行的驱动系统和给牵引电机供电的混合动力供电模块，所述混合动力模块包括发电机组模块和电池组模块；所述驱动系统包括牵引电机、万向传动轴、前车桥总成、后车桥总成、前钢板弹簧和后钢板弹簧，前车桥总成通过前钢板弹簧与车底架连接，后车桥总成通过后钢板弹簧与车底架连接；万向传动轴一端连接后车桥总成主减速器，一端连接牵引电机。通过本发明解决了现有技术中公铁车中采用内燃机燃油驱动模式存在的浪费严重、污染环境的问题。

Description

一种混合动力公铁车及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力公铁车及其控制系统。

背景技术

在我国有厂内专线的企业、工矿、码头等，所使用的公铁两用牵引车大多数以内燃牵引车为主。约40%的工作时间处于空载状态却不能停机，造成燃油浪费；柴油机频繁地处于交变工作状态，不变负荷持续工作时间短，工作粗暴，噪音较大，且长期在交变负载工况下工作影响柴油机的可靠性；柴油机在整个工作期间的平均使用功率只有额定功率的1/3～1/2，燃烧状态差，柴油的浪费比较严重且排放废气污染环境。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种混合动力公铁车，解决现有技术中公铁车中采用燃油驱动模式存在的浪费严重、污染环境的问题。

本发明提出的混合动力公铁车采用以下技术方案予以实现：

一种混合动力公铁车，包括车底架，还包括有驱动公铁车运行的驱动系统和给牵引电机供电的混合动力供电模块，所述混合动力模块包括发电机组模块和电池组模块；所述驱动系统包括牵引电机、万向传动轴、前车桥总成、后车桥总成、前钢板弹簧和后钢板弹簧，前车桥总成通过前钢板弹簧与车底架连接，后车桥总成通过后钢板弹簧与车底架连接；万向传动轴一端连接后车桥总成主减速器，一端连接牵引电机。

一种基于上述技术方案中的混合动力公铁车的混合动力公铁车控制系统，包括有：

公铁车驱动模块，其包括有牵引电机，用于和公铁车的驱动桥连接；

发电机组模块，与牵引电机通过电路连接，用于给牵引电机供电；

电池模块，其包括电池组模块和用于对电池组模块管理的电池管理系统，电池组模块与牵引电机通过电路连接，用于给牵引电机供电；

整车控制器，其与电池管理系统通讯，根据电池管理系统提供的电池组模块的SOC状态，控制发电机组模块、电池组模块的其中1个或2个对牵引电机供电；

变频器，用于控制牵引电机，其连接在牵引电机和电池组模块之间的再生制动电路上。

本发明还包括以下附加技术特征：

进一步的，还包括有导向系统，其包括有构架、联动杆、1组横向座和2组导向轮，2组导向轮对称设置在构架的两端，每组导向轮设置2个，每组导向轮对称设置在横向座的两端，联动杆两端分别连接在2个横向座上，构架两端铰接在2个横向座上，所述2个横向座、联动杆和构架构成平行四边形结构；构架通过一端通过导向油缸与车底架连接，一端通过销轴与车底架连接。

进一步的， 还包括有与发电机组模块的输出端连接的混合动力控制器，混合动力控制器包括有可将发电输出电压进行整流后输出的整流模块，其分别与电池管理系统、整车控制器之间通讯连接。

进一步的， 混合动力控制器和电池组模块之间设置有可将发电机组模块产生的电冲入电池组模块的连接电路。

进一步的， 还包括一显示屏，所述显示屏与所述整车控制器通讯连接。

进一步的， 还包括有连接在发电机组模块或/或电池组模块输出端的第一辅助供电模块和第二辅助供电模块，第一辅助供电模块包括有DC/DC转换模块，其输出端连接有直流用电终端和储电元件；所述第二辅助供电模块包括有DC/AC转换模块，其输出端连接有交流用电终端。

进一步的， 还包括有当再生制动电路的电压超过规定限阈值时，将发电机组模块发电产生的剩余能量消耗掉的电阻制动电路。

进一步的， 所述发电机组模块设置在车底架上，其包括发电机和与发电机电连接的内燃机，内燃机与整车控制器通讯连接。

进一步的，所述电池组模块包括有蓄电池箱和设置在其内部的蓄电池组，蓄电池组通过平面连接器串联，在所述蓄电池箱内设置有锁扣，所述蓄电池组通过锁扣锁紧固定在所述蓄电池箱内。

本发明存在以下优点和积极效果：

本发明提出一种混合动力公铁车，包括车底架，还包括有驱动公铁车运行的驱动系统和给牵引电机供电的混合动力供电模块，所述混合动力模块包括发电机组模块和电池组模块；所述驱动系统包括牵引电机、万向传动轴、前车桥总成、后车桥总成、前钢板弹簧和后钢板弹簧，前车桥总成通过前钢板弹簧与车底架连接，后车桥总成通过后钢板弹簧与车底架连接；万向传动轴一端连接后车桥总成主减速器，一端连接牵引电机。通过本发明中的混合动力公铁车，可通过控制发电机组模块和电池组模块单独或同时进行供电给牵引电机，使得动力实现方式可以为电动、电动和燃油、或燃油三种可选模式，可在空载时选用电动，或电油混合模式，与仅仅采用燃油模式相比可大大的减少燃油的浪费、减少对环境的污染。

附图说明

图1为本发明混合动力公铁车的驱动系统结构图；

图2为本发明混合动力公铁车的导向系统结构图；

图3为本发明混合动力公铁车的电池组模块的结构示意图。

图4为本发明混合动力公铁车控制系统的结构流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明，

本发明提出一种混合动力公铁车的实施例，参照图1-图3所示，包括车底架100，还包括有驱动公铁车运行的驱动系统200和给牵引电机供电的混合动力供电模块，所述混合动力模块包括发电机组模块400和电池组模块510；所述驱动系统200包括牵引电机210、万向传动轴220、前车桥总成230、后车桥总成240、前钢板弹簧250、后钢板弹簧260，前车桥总成230通过前钢板弹簧250与车底架100连接，后车桥总成240通过后钢板弹簧260与车底架100连接；万向传动轴220一端连接后车桥总成260的主减速器，一端连接牵引电机210。

公铁车在运行时可通过发电机组模块400或/和电池组模块510对牵引电机210供电，牵引电机210得电后转动，带动后车桥总成240的主减速器运动，实现对车辆的驱动，通过后车桥总成240驱动前车桥总成230运行，实现整个公铁车的运行。

通过本发明中的混合动力公铁车，可通过控制发电机组模块400和电池组模块510单独或同时进行供电给牵引电机210，使得动力实现方式可以为电动、电动和燃油、或燃油三种可选模式，可在空载时选用电动，或电油混合模式，与仅仅采用燃油模式相比可大大的减少燃油的浪费、减少对环境的污染；在使用时，也可使得发电机组的燃油量保持在一个数值范围内，剩余电量通过电池组模块来供电实现，这样可以确保发电机组不会处于交变工作状态，保证了柴油机的性能。

进一步的，本实施例的混合动力公铁车还包括有导向系统300，其包括有构架310、联动杆320、1组横向座330和2组导向轮340，每组导向轮340设置2个，2组导向轮340对称设置在构架310的两端，每组导向轮340对称设置在横向座330的两端，联动杆320两端分别连接在2个横向座330上，构架310两端铰接在2个横向座330上，所述2个横向座330、联动杆320和构架310构成平行四边形结构；构架310通过一端通过导向油缸360与车底架100连接，一端通过销轴与车底架100连接。

在运行时，通过导向油缸360和销轴的配合使得导向系统300可升降，在铁路模式时，位于构架310两端的2组导向轮340在铁轨上运行，由于每组导向轮340有2个，对应设置在2个铁轨时，由于构架310和横向座330铰接，则在进行小曲线通过时，可通过设置在横向座330上的导向轮340自动相对于构架310转动，实现小曲线通过需求，同时由于连接4个导向轮340的2个横向座330和联动杆320、构架310形成平行四边形结构，则保证了4个导向轮340小曲线通过的一致性。

本实施例中还提出一种基于上述技术方案中的混合动力公铁车的混合动力公铁车控制系统，参照图4所示，包括有：

公铁车驱动模块，其包括有牵引电机210，用于和公铁车的驱动桥连接；

发电机组模块400，与牵引电机210通过电路连接，用于给牵引电机210供电；

电池模块500，其包括电池组模块510和用于对电池组模块510管理的电池管理系统520，电池组模块520与牵引电机210通过电路连接，用于给牵引电机210供电；

整车控制器600，其与电池管理系统520、发电机组模块400通讯，根据电池管理系统520提供的电池组模块400的SOC状态，控制发电机组模块400、电池组模块510的其中1个或2个对牵引电机210供电，通过控制发电机组模块400和电池组模块510之中的一个或2个对牵引电机210供电，可实现电动供电模式、电动燃油模式和纯燃油模式三种供电方式之间的切换；

变频器700，用于控制牵引电机210，其连接在牵引电机210和电池组模块510之间的再生制动电路上，变频器700可选用现有技术中已有的可对牵引电机210进行控制的结构即可，在此不做赘述。

在进行制动时，可通过制动拉杆传递一个信号到整车控制器600，整车控制器600接收到后会发送信号给变频器700，变频器700控制牵引电机210降速和停机，牵引电机210的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，牵引电机210的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，牵引电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180度，牵引电机210从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使牵引电机210的转速迅速下降，牵引电机210处于再生制动状态。牵引电机210再生的电能经变频器700的整流后反馈到电池组模块510中。

优选的，本实施例中的公铁车混合动力控制系统在使用时，可通过电池管理系统520检测电池组模块510中对应的SOC数值即电池组剩余容量到整车控制器600对供电模式进行转换，通过电池管理系统520检测电池组模块510的SOC数值，当检测到SOC数值大于电池总容量SOC≥80%，发送信号到整车控制器600，整车控制器600控制电池组模块510电路闭合，电池组模块510开始供电，此时电池组模块510电量充足，可仅仅选用单纯的纯电动模式进行供电即可，采用纯电动模式，不会产生因发电机组燃油造成对环境的污染，随着电池组模块510电量的使用，SOC数值下降，当检测到20% ≤ SOC ≤ 80%时，整车控制器600控制发电机组模块400动作，开始发电，进入混合动力供电模式；当电池SOC数值小于20%时，此时进入应急模式，由于电池容量不足，会对电池造成损坏，断开电池组模块510与牵引电机210之间的电路，具体实现时可在电路上设置继电器、接触器，通过整车控制器600控制继电器、接触器的通断实现整个电路的断开，使得电池组模块510不再进行供电，对电池组模块510进行保护。可通过混合动力模块检测电池组模块510是否有故障信息，发送给整车控制器600，若有故障，则报警，可进行维修；

若没有故障，由于发电机组在不断行走发电，还可以通过整车控制器600控制发电机组功率实现快速发电，发完的多余的电可一部分输入到电池组模块510中对电池组进行充电。

采用混合动力电驱动系统驱动牵引，既能在铁路轨道上牵引作业，又能在公路上行驶转场；电动模式牵引是采用由电池管理系统520控制的磷酸铁锂蓄电池作为整车动力，绿色无污染。野外作业时可以随车携带柴油，应对电池能量耗尽时的牵引作业。既能对动力蓄电池组充电，又能牵引作业；主传动系统采用交流电传动，粘着性能好，噪音低。车辆具备防空转能力；采用电制动和机械制动两种方式，并可通过再生制动将制动能量回收充入蓄电池，能量回收效率高。制动性能好，环保节能。

进一步的， 还包括有与发电机组模块400的输出端连接的混合动力控制器800，混合动力控制器800包括有可将发电机组模块400输出电压进行整流后输出的整流模块，其分别与电池管理系统520、整车控制器600之间通讯连接，混合动力控制器800与电池管理系统520通讯，可接受电池的故障信息等将电池的故障状态信息传递到整车控制器600。

进一步的， 混合动力控制器800和电池组模块510之间设置有可将发电机组产生的电冲入电池组模块510的连接电路，在内燃机410动力较为充足时，内燃机410驱动发电机420发电，然后将发电机420产生的电经过混合动力控制器800的整流模块整流，整流后一部分可输入到牵引电机210处给电机供电，一部分可通过连接电路进入到电池组模块510中对蓄电池组进行充电。

为实现对蓄电池组的快速充电，本实施例中还设置一接地的充电电源900，充电电源900输出电经过混合动力控制器800整流后输入到电池组模块510。

进一步的， 还包括一显示屏910，所述显示屏910与所述整车控制器600通讯连接。具体的，整车控制器600可以接受整个混合动力公铁车的数字量信号和模拟量信号，其实现主要通过设置相关的元件，采集相应的信号传递到整车控制器600来实现，采集到的信息可通过显示屏910显现出来，方便及时的观看到车辆的运行状态和运行信息。本实施例中的数字量信号的输入信号可以为车辆的前进、后退、工作模式转换、速度控制、充电模式、导向轮升降等信号；

模拟量信号可以为：导向压力、电压检测、制动输入、气缸压力、车辆速度、电机转速等信号，整车控制器600根据接受到的信号，控制相应执行件动作。

进一步的，为实现辅助供电，本实施例中还包括有连接在发电机组模块400和/或电池组模块510输出端的第一辅助供电模块920和第二辅助供电模块930，即第一辅助供电模块920、第二辅助供电模块930可以连接在发电机组模块400的输出端，或电池组模块510的输出端，以获得供电，优选的，第一辅助供电模块920包括有DC/DC转换模块921，通过DC/DC转换模块921，可进行降压分压，其输出端连接有直流用电终端922和储电元件923，最终将电压输入到直流用电终端如照明装置等或储电元件923，储电元件923可以为储电蓄电池，其被充电后还可以反向给照明装置供电；

所述第二辅助供电模块930包括有DC/AC转换模块931，DC/AC转换模块931可将直流转换为交流，其输出端连接有交流用电终端932，用于对交流用电终端供电，本实施例中交流用电终端932可以为空调机、压缩机等。

本实施例中在进行再生制动时，电池组模块充电，当再生制动电路的电压超过规定限阈值时或电池组供电模块被充满电时，本实施例中设置一电阻制动电路，可用于将发电机组模块400发电产生的剩余能量消耗掉。其实质上为被称为“电阻制动”，电路包括制动单元和制动电阻二部分。制动单元制动单元的功能是当直流的再生制动电路电压超过规定的限值时，接通电阻制动电路，使再生制动电路电压通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，本实施例中采用外置式，其适用于大功率变频器工况中。其作用为作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。制动电阻制动电阻是用于将牵引电机210产生的多余的再生能量以热能方式消耗的载体。

优选的，本实施例中的所述发电机组模块400设置在车底架100上，其包括发电机420和与发电机电连接的内燃机410，内燃机410与整车控制器600通讯连接，通过整车控制器600控制内燃机410停止转动还是继续转动。通过内燃机410通过管路与燃油箱连接，将内燃机410化学能转换为机械能，然后机械能作用到发电机420，转换为电能，实现发电。

本实施例中的内燃机410为柴油机，其还设置有进气和排气系统，实现排放气体，本实施例中由于采用的混合动力驱动模式，因此，可选用小型柴油机即可满足使用需求，可有效的减少柴油机的废气排放，减少对环境的污染。

优选的，所述电池组模块510包括有蓄电池箱511和设置在其内部的蓄电池组512，蓄电池组512通过平面连接器513串联，在所述蓄电池箱511内设置有锁扣，所述蓄电池组512通过锁扣锁紧固定在所述蓄电池箱511内。将蓄电池组512锁紧在蓄电池箱511内，实现锁紧固定，可避免列车在运行时蓄电池晃动，影响供电效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种混合动力公铁车，包括车底架，其特征在于，还包括有驱动公铁车运行的驱动系统和给牵引电机供电的混合动力供电模块，所述混合动力模块包括发电机组模块和电池组模块；所述驱动系统包括牵引电机、万向传动轴、前车桥总成、后车桥总成、前钢板弹簧和后钢板弹簧，前车桥总成通过前钢板弹簧与车底架连接，后车桥总成通过后钢板弹簧与车底架连接；万向传动轴一端连接后车桥总成主减速器，一端连接牵引电机。

2.根据权利要求1所述的混合动力公铁车，还包括有导向系统，其包括有构架、联动杆、1组横向座和2组导向轮，2组导向轮对称设置在构架的两端，每组导向轮设置2个，每组导向轮对称设置在横向座的两端，联动杆两端分别连接在2个横向座上，构架两端铰接在2个横向座上，所述2个横向座、联动杆和构架构成平行四边形结构；构架通过一端通过导向油缸与车底架连接，一端通过销轴与车底架连接。

3.一种基于权利要求1-2所述的混合动力公铁车的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，包括有：

公铁车驱动模块，其包括有牵引电机，用于和公铁车的驱动桥连接；

发电机组模块，与牵引电机通过电路连接，用于给牵引电机供电；

电池模块，其包括电池组模块和用于对电池组模块管理的电池管理系统，电池组模块与牵引电机通过电路连接，用于给牵引电机供电；

整车控制器，其与电池管理系统通讯，根据电池管理系统提供的电池组模块的SOC状态，控制发电机组模块、电池组模块的其中1个或2个对牵引电机供电；

变频器，用于控制牵引电机，其连接在牵引电机和电池组模块之间的再生制动电路上。

4.根据权利要求3所述的混合动力公铁车的控制系统，其特征在于，还包括有与发电机组模块的输出端连接的混合动力控制器，混合动力控制器包括有可将发电输出电压进行整流后输出的整流模块，其分别与电池管理系统、整车控制器之间通讯连接。

5.根据权利要求3所述的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，混合动力控制器和电池组模块之间设置有可将发电机组模块产生的电冲入电池组模块的连接电路。

6.根据权利要求1所述的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，还包括一显示屏，所述显示屏与所述整车控制器通讯连接。

7.根据权利要求1所述的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，还包括有连接在发电机组模块或/或电池组模块输出端的第一辅助供电模块和第二辅助供电模块，第一辅助供电模块包括有DC/DC转换模块，其输出端连接有直流用电终端和储电元件；所述第二辅助供电模块包括有DC/AC转换模块，其输出端连接有交流用电终端。

8.根据权利要求1所述的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，还包括有当再生制动电路的电压超过规定限阈值时，将发电机组模块发电产生的剩余能量消耗掉的电阻制动电路。

9.根据权利要求1所述的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，所述发电机组模块设置在车底架上，其包括发电机和与发电机电连接的内燃机，内燃机与整车控制器通讯连接。

10.根据权利要求1所述的混合动力公铁车控制系统，其特征在于，所述电池组模块包括有蓄电池箱和设置在其内部的蓄电池组，蓄电池组通过平面连接器串联，在所述蓄电池箱内设置有锁扣，所述蓄电池组通过锁扣锁紧固定在所述蓄电池箱内。