CN109878537A - 一种货运列车空电充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种列车空电充电系统，包括：机车控制充电装置(1)、气动发电装置(2)、电源管理装置(3)和蓄电装置(4)，其中机车控制充电装置(1)用于储存列车管(12)中过充位时的压力空气，并对储存的压力空气进行调压后输出；气动发电装置(2)利用机车控制充电装置(1)输出的气压进行发电；电源管理装置(3)用于对气动发电装置(2)产生的电流进行整流，并对整流后的电流进行可调控的输出；蓄电装置(4)用于将电源管理装置(3)储存，并向外界待供电设备输出电流。与现有技术相比，本发明可利用现有货运列车的机车制动及车辆制动气管路系统，且适应性强、操作简便、性能可靠、蓄电明确可靠等优点。

Description

一种货运列车空电充电系统
技术领域
本发明涉及一种货运列车的供电系统，尤其是涉及一种货运列车空电充电系统。
背景技术
货运列车的技术发展，包括快捷货运、长大重载货运列车信号检测，以及分布全国几十万辆货车跟踪管理等，需要列车检测、监控、信号发送等，急需车辆具有小功率电源。目前绝大部分货运列车上并未自带电源，现有货运列车运行管理绝大部分是多线路编组、集中编组场分散、再编组等，难以施行基于固定编组的电缆供电，无法为车载控制系统提供所需小功率的电能，货运列车大都是几十辆以至于上百辆车编组，如果通过人力给各车辆上蓄电池逐辆充电，时间、人力成本太高。现有研究利用运行车辆风力发电、车轴轴端发电等技术，其中有发电不稳定、成本控制和维护困难等问题，难以实现车辆电气化。
发明内容
为了解决上述现有货运列车对车辆小功率电能的需求，克服已有的车辆供电存在的缺陷，尽可能减少降低货运系统改造改进成本，基本减少改变现有货运列车结构组成和控制模式，提出的一种用于货运列车的空电充电系统，利用原有的货运列车的机车空气压缩机和制动气管路，在原有的机车制动系统过充气位管路系统中加装机车气压控制器，在货运列车编组整备发车前规定的时间内，给列车管充气，通过空电充电系统给货运列车各车辆充电，达到货车车辆检测、监控、信号发送等用电40瓦需求。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种列车空电充电系统，包括：机车控制充电装置、气动发电装置、电源管理装置和蓄电装置，其中机车控制充电装置与列车制动系统中的列车管连接，用于储存列车管中过充位时的压力空气，并对储存的压力空气进行调压后输出；气动发电装置与机车控制充电装置通过管路连接，通过机车控制充电装置输出的气压进行发电；电源管理装置与气动发电装置通过线路连接，用于对气动发电装置产生的电流进行整流，并对整流后的电流进行可调控的输出；蓄电装置与电源管理装置通过线路连接，用于将电源管理装置储存，并向外界待供电设备输出电流。
进一步地，所述的机车控制充电装置包括设于列车管上的气压控制器和连接于列车管上的充气支管，所述的充气支管的接入位置位于气压控制器沿压力空气流向的下游，所述的气压控制器用于控制列车管中的压力空气流量，所述的充气支管用于分流列车管中的压力空气并将压力空气输送至储风缸中，所述的储风缸用于储存充气支管中的压力空气，并将储存的压力空气输出至气动发电装置。
进一步地，所述的充气支管上依次设有截断塞门、调压阀、单向阀和储风缸，所述的截断塞用于控制充气支管中压力空气的通断，所述的储风缸用于储存充气支管中的压力空气，并将储存的压力空气输出至气动发电装置。调压阀控制充气支管中压力空气压达到规定值才能流入车辆充气支管中，储风缸起到储存来自车辆充气支管中稳定的压力空气、减少波动气压对气压泵和小型发电机稳定发电的影响的作用。
进一步地，所述的气动发电装置包括集尘器、气压泵和小型发电机，所述的集尘器用于过滤储风缸输出的压力空气中的杂质并通向气压泵，压力空气带动气压泵转动，气压泵的输出端高速旋转并带动小型发电机发电，并将产生的电能输入电源管理装置。
进一步地，所述的电源管理电路装置包括依次串联的整流电路、充放电控制模块和报警器，所述整流电路用于将产生的交流电能转换为直流电能，并将直流电能输送至蓄电装置，所述的充放电控制模块用于判断是否可向蓄电装置中充电，并对整流电路做出相应的通断控制，所述的报警器用于提示整流电路的通断状态。
进一步地，所述的蓄电装置包括壳体和蓄电池，所述的壳体上设有给列车检测、监控、信号显示等微小功率装置供电的插口，插口通过线路与蓄电池连接。
进一步地，所述的充放电控制模块包括电压监测器、ARM处理器和通断阀，所述的电压监测器连接于所述的蓄电池上，所述的通断阀连接于所述的整流电路中，所述的电压监测器用于判断电池的电量充足情况并将测量结果以电信号的形式发送给ARM处理器，所述的ARM处理器根据接收到的信号来通断通通断阀。
一种列车空电充电方法，包括以下步骤：S1：将列车管中处于过冲位的压力空气通入连接于列车管上的充气支管中，通过充气支管上的调压阀获得设定气压值的压力空气，并将压力空气储存至储风缸中；S2：将储风缸中的压力空气通过集尘器过滤，之后通入气动发电装置中获得电能；S3：将获得的电能进行整流后通入蓄电池中储存。
进一步地，所述的气动发电装置包括气压泵和小型发电机，压力空气带动气压泵转动，气压泵的输出端高速旋转并带动小型发电机发电，并将产生的电能输入蓄电池。
一种权利要求1中所述列车空电充电系统的用途，在列车的任意编组车辆中安装列车空电充电系统，获得电能用于列车检测、监控、信号显示等微功率装置的供能。
为防止对原有的列车管路系统工作性能的影响，在现有列车管路工作气压以外，即原有列车管路过充气压以上时开始进行对充气支管进行充气；为避免在列车管路减压时回流、与气管路其他功能作用干涉，在车辆充气支管上设置截断塞门，以及的调压阀和止回阀，将达到设定的充电独有的某一定气压值以上的压力空气开通车辆充气支管，储存在储风缸中，储风缸为气动发电装置提供稳定气压的压力空气，经过电源管理电路装置向蓄电池充电。列车制动或缓解时使得列车管中的气压处于较低的气压范围，此时调压阀处因为压力不足而无法打通，使得充电用的充气支管与列车管隔绝而不影响列车管其他作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明能实现各种类型的货车组成不同编组的货运列车小功率供电需求。具有利用现有货运列车的机车制动及车辆制动气管路系统、适应性强，操作简便、性能可靠，蓄电明确可靠，尤其适应货运列车不断解散和编组的工作条件、以及任何铁路站场、线路环境条件，并且可适时调整、迅速操控等优点。
2、本发明通过在原有的货车气管路系统上加装一套空电充电系统，基于在单辆车上进行气压发电并储存电能，并由编组后机车统一控制实现充发电，利用原有的货运列车的机车空气压缩机和制动气管路，在原有的机车制动系统过充气位管路系统中加装机车气压控制器，尽可能减少降低货运列车改造、改进成本，基本减少改变现有货运列车结构组成和控制模式。原有列车气管路在制动或缓解时是在另一个较低的气压范围，此时货运列车气管路系统完全自我封闭，互不影响。
3、本发明在列车管路中每辆车设置车辆充气支管路，通过设置的截断塞门、调压阀、单向阀和储风缸等，控制列车管与车辆充气支管的通断，实现在某一定气压值以上的气路稳定充气发电，满足产生规定值范围电能，并避免与气管路其它功能作用干涉，根据需要可完全关闭充电系统，与没有充电系统的货车连挂。适应现有几十万辆货车和加装空电充电系统货车运营，充电可控性强，并便于管理。
4、本发明在结构组成上充分利用原有机车车辆气管路和稳定的高气压范围，采用气压泵于小型发电机的配合，稳定的高气压范围可利用更为简单的整流充电电路向蓄电装置充电储电，电能稳定。所有的部件、构件都能适用货车车辆使用条件，避免高精尖设备和复杂的、对环境条件要求高的控制电器和仪器，适应性强。
5、本发明在蓄电装置储存电能后，为货运列车检测、监控、信号显示等微小功率装置留有供电插口，充放电控制模块负责车辆微小功率用电装置供电管理。实现在原有货运列车上的最基本电气化用电需求。
附图说明
图1为本发明中机车控制充电装置的结构示意图；
图2为本发明中气动发电装置的结构示意图；
图3为本发明中电源管理装置的结构示意图；
图4为本发明中蓄电装置的结构示意图；
图5为本发明中列车空电充电系统的整体结构示意图。
图中：1、机车控制充电装置，2、气动发电装置，3、电源管理装置，4、蓄电装置，11、气压控制器，12、列车管，13、充气支管，14、储风缸，15、单向阀，16、调压阀，17、截断塞门，21、集尘器，22、气压泵，23、小型发电机，31、整流电路，32、充放电控制模块，33、报警器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
列车空电充电系统包括：机车控制充电装置1、气动发电装置2、电源管理装置3和蓄电装置4，参见图5。
机车控制充电装置1部分：参见图1，与列车制动系统中的列车管12连接，用于储存列车管12中过充位时的压力空气，并对储存的压力空气进行调压后输出。所述的机车控制充电装置1包括设于列车管12上的气压控制器11和连接于列车管12上的充气支管13，所述的充气支管13的接入位置位于气压控制器11沿压力空气流向的下游，所述的气压控制器11用于控制列车管12中的压力空气流量，所述的充气支管13用于分流列车管12中的压力空气并输送至气动发电装置2。所述的充气支管13上依次设有截断塞门17、调压阀16、单向阀15和储风缸14，所述的截断塞14用于控制充气支管13中压力空气的通断，所述的储风缸14用于储存充气支管13中的压力空气，并将储存的压力空气输出至气动发电装置2。调压阀16控制充气支管13中压力空气压达到规定值才能流入充气支管13中，储风缸14起到储存来自车辆充气支管13中稳定的压力空气、减少波动气压对气压泵25和小型发电机26稳定发电的影响的作用。
气动发电装置2：参见图2，其与机车控制充电装置1通过管路连接，通过机车控制充电装置1输出的气压进行发电。所述的气动发电装置2包括气压泵22和小型发电机23，压力空气带动气压泵22转动，气压泵22的输出端高速旋转并带动小型发电机26发电，并将产生的电能输入电源管理装置3。
电源管理装置3部分：参见图3，其与气动发电装置2通过线路连接，用于对气动发电装置2产生的电流进行整流，并对整流后的电流进行可调控的输出。所述的电源管理电路装置3包括依次串联的整流电路31、充放电控制模块32和报警器33，所述整流电路31用于将产生的交流电能转换为直流电能，并将直流电能输送至蓄电装置4，所述的充放电控制模块32用于判断是否可向蓄电装置4中充电，并对整流电路31做出相应的通断控制，所述的报警器33用于提示整流电路31的通断状态。所述的充放电控制模块32包括电压监测器、ARM处理器和通断阀，所述的电压监测器连接于所述的蓄电池上，所述的通断阀连接于所述的整流电路31中，所述的电压监测器用于判断电池的电量充足情况并将测量结果以电信号的形式发送给ARM处理器，所述的ARM处理器根据接收到的信号来通断通通断阀。
蓄电装置4：参见图4，其与电源管理装置3通过线路连接，用于将电源管理装置3储存，并向外界待供电设备输出电流。所述的蓄电装置4包括壳体和蓄电池，所述的壳体上设有给列车检测、监控、信号显示等微小功率装置供电的插口，插口通过线路与蓄电池连接。
货运列车编组整备发车时，司机控制机车控制充电装置1控制规定的压力空气通过已有的货车列车管输入到每辆车上的小型气动发电装置2，通过电源管理电路装置3向各自车辆蓄电装置4输入稳定的电流，进行充电取得小功率电能。当电压监测器判断电池电量充足时，电压监测器将电信号发送给ARM处理器，ARM处理器根据接收到的信号断开通断阀，停止充电；当电压监测器判断电池电量不足时，电压监测器将电信号发送给ARM处理器，ARM处理器根据接收到的信号接通通断阀，开始充电。
在具体运行过程中，首先打开车辆充气支管13上的截断塞门17，司机控制机车控制充电装置1集中供气给列车管12中的气路，使得压力空气进入各个充气支管13，对分散在各车辆上的气动发电装置2进行气动发电，并通过整流线路31将获得的电能充入蓄电装置4中进行存储。
货运列车编组整备出发前，列车司机可操纵与机车制动系统的过充气压管路相连的气压控制器11，使得列车管12中处于过冲位的压力空气进入充气支管13，给充气支管13输送设定气压值的压力空气，即给各节车上的气动发电装置2提供压力空气，压力空气带动气压泵22转动，气压泵22的输出端高速旋转并带动小型发电机26发电，再通过整流电路31将产生的电能输入电源管理装置3，整流后给蓄电装置4充电。整个发电蓄电过程需要持续一段时间，以保证空电制动系统中的用电设备在一定周期内的用电量。
而在列车运行时，也可以在中途停车时对列车管12补足压力空气，从而带动气动发电装置2进行发电。使得货运列车无论在停车或运行中，车辆都蓄有一定的电能，为车辆微小功率用电装置供电，从而实现对于货运列车的最基本电气化用电需求。

Claims (9)

1.一种列车空电充电系统，其特征在于，包括：
机车控制充电装置(1)：与列车制动系统中的列车管(12)连接，用于储存列车管(12)中过充位时的压力空气，并对储存的压力空气进行调压后输出；
气动发电装置(2)：与机车控制充电装置(1)通过管路连接，利用机车控制充电装置(1)输出的气压进行发电；
电源管理装置(3)：与气动发电装置(2)通过线路连接，用于对气动发电装置(2)产生的电流进行整流，并对整流后的电流进行可调控的输出；
蓄电装置(4)：与电源管理装置(3)通过线路连接，用于将电源管理装置(3)储存，并向外界待供电设备输出电流。
2.根据权利要求1所述的一种列车空电充电系统，其特征在于，所述的机车控制充电装置(1)包括设于列车管(12)上的气压控制器(11)和连接于列车管(12)上的充气支管(13)，所述的充气支管(13)的接入位置位于气压控制器(11)沿压力空气流向的下游，所述的气压控制器(11)用于控制列车管(12)中的压力空气流量，所述的充气支管(13)用于分流列车管(12)中的压力空气并将压力空气输送至储风缸(14)中，所述的储风缸(14)用于储存充气支管(13)中的压力空气，并将储存的压力空气输出至气动发电装置(2)。
3.根据权利要求2所述的一种列车空电充电系统，其特征在于，所述的气动发电装置(2)包括集尘器(21)、气压泵(22)和小型发电机(23)，所述的集尘器(21)用于过滤储风缸(14)输出的压力空气中的杂质并通向气压泵(22)，压力空气带动气压泵(22)转动，气压泵(22)的输出端高速旋转并带动小型发电机(26)发电，并将产生的电能输入电源管理装置(3)。
4.根据权利要求3所述的一种列车空电充电系统，其特征在于，所述的电源管理电路装置(3)包括依次串联的整流电路(31)、充放电控制模块(32)和报警器(33)，所述整流电路(31)用于将产生的交流电能转换为直流电能，并将直流电能输送至蓄电装置(4)，所述的充放电控制模块(32)用于判断是否可向蓄电装置(4)中充电，并对整流电路(31)做出相应的通断控制，所述的报警器(33)用于提示整流电路(31)的通断状态。
5.根据权利要求4所述的一种列车空电充电系统，其特征在于，所述的蓄电装置(4)包括壳体和蓄电池，所述的壳体上设有给列车检测、监控或信号显示装置供电的插口，插口通过线路与蓄电池连接。
6.根据权利要求5所述的一种列车空电充电系统，其特征在于，所述的充放电控制模块(32)包括电压监测器、ARM处理器和通断阀，所述的电压监测器连接于所述的蓄电池上，所述的通断阀连接于所述的整流电路(31)中，所述的电压监测器用于判断电池的电量充足情况并将测量结果以电信号的形式发送给ARM处理器，所述的ARM处理器根据接收到的信号来通断通通断阀。
7.一种列车空电充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将列车管(12)中处于过冲位的压力空气通入连接于列车管(12)上的充气支管(13)中，通过充气支管(13)上的调压阀(13)获得设定气压值的压力空气，并将压力空气储存至储风缸(14)中；
S2：将储风缸(14)中的压力空气通过集尘器(21)过滤，之后通入气动发电装置(2)中获得电能；
S3：将获得的电能进行整流后通入蓄电池中储存。
8.根据权利要求7所述的一种列车空电充电系统，其特征在于，所述的气动发电装置(2)包括气压泵(22)和小型发电机(23)，压力空气带动气压泵(22)转动，气压泵(22)的输出端高速旋转并带动小型发电机(26)发电，并将产生的电能输入蓄电池中。
9.一种权利要求1中所述列车空电充电系统的用途，其特征在于，在列车的任意编组车辆中安装列车空电充电系统，获得电能用于列车检测、监控或信号显示的供能。
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