CN110797956B - 铁路货车供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路货车供电系统，包括：轴端永磁发电机，在铁路货车的车轴的带动下发电，输出三相交流电压；电源模块，与轴端永磁发电机的输出端电连接，用于将三相交流电压转换为第一预设电压范围内的直流电压，并输出直流电压；镍氢蓄电池，与电源模块的输出端电连接；蓄电池管理模块，与轴端永磁发电机的输出端、电源模块的输出端和控制端、以及与镍氢蓄电池电连接，用于根据轴端永磁发电机输出的三相交流电压控制镍氢蓄电池的充电和放电。本发明可以在镍氢蓄电池严重亏电时通过供电系统自身来对镍氢蓄电池进行充电。

Description

铁路货车供电系统
技术领域
本发明涉及铁路货车供电技术领域，尤其涉及一种铁路货车供电系统。
背景技术
铁路货运相比公路运输等途径在成本、节能环保方面具有明显优势，随着社会的发展，铁路货运业务需求不断增长。为此，铁路部门一方面增加了货车数量和发车频次，提高机车牵引力，实行货运长编组运行；另一方面提高货车的行车速度。为了进一步提高货运能力，货车的智能化是未来发展趋势，货车需装有控制系统，以实现能够监控车辆状态、记录车厢运输货物信息和车辆实时定位等功能，货车控制系统能够与地面控制指挥中心通信，结合大数据分析技术，优化运行调度和实现不同类、不同目的地货物快速自动化重新编组。然而，铁路货车运用条件灵活，各节车厢需要频繁解编，导致机车通过电缆向各节车厢供电的方式难以实现。由此可见，铁路货车的智能化的前提是解决铁路货车的供电问题。
为了解决铁路货车的供电问题，一般为铁路货车配备大容量蓄电池，以达到为铁路货车各节车厢供电的目的。但是，由于大容量蓄电池的电量供应有限，需要频繁拆解充电，难以满足铁路货车长距离运行以及多设备长时间工作的需要。除此方案之外，为了解决蓄电池长时间供电问题，技术人员在车辆上加了光伏发电系统或风力发电系统，但因铁路货车工况环境恶劣，光伏电池板和风力发电机组需要定期维护，供电系统实际应用效果不佳，日常维护成本高，故障率高，可靠性差，无法推广应用。
因此，如何能够实现对铁路货车的长时间、免维护、低成本、高可靠性供电成为目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前的铁路货车供电系统难以满足铁路货车长距离运行以及多设备长时间工作的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铁路货车供电系统，包括：
轴端永磁发电机，在所述铁路货车的车轴的带动下发电，输出三相交流电压；
电源模块，与所述轴端永磁发电机的输出端电连接，用于将所述三相交流电压转换为第一预设电压范围内的直流电压，并输出所述直流电压；
镍氢蓄电池，与所述电源模块的输出端电连接；
蓄电池管理模块，与所述轴端永磁发电机的输出端、所述电源模块的输出端和控制端、以及与所述镍氢蓄电池电连接，用于根据所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压控制所述镍氢蓄电池的充电和放电；
其中，当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在第二预设电压范围内且所述镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，所述蓄电池管理模块控制所述镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压在第二预设电压范围内时，所述蓄电池管理模块控制所述电源模块根据所述三相交流电压输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电压，对所述镍氢蓄电池进行充电。
在本发明一优选实施例中，所述电源模块包括：
交直流电压转换子模块，与所述轴端永磁发电机的输出端电连接，用于将所述三相交流电压转换为第一直流电压，并输出所述第一直流电压；
非隔离降压斩波子模块，其输入端与所述交直流电压转换子模块的输出端电连接，其输出端与所述镍氢蓄电池电连接，其控制端与所述蓄电池管理模块电连接，用于将所述第一直流电压转换为第二直流电压，并将该第二直流电压提供给所述镍氢蓄电池以及外部用电设备，其中，所述第二直流电压的大小由所述蓄电池管理模块根据所述轴端永磁发电机的输出功率与所述非隔离降压斩波子模块的输出功率的比较结果进行调节。
在本发明一优选实施例中，所述交直流电压转换子模块为交直流隔离电压转换子模块。
在本发明一优选实施例中，所述蓄电池管理模块包括：
蓄电池管理子模块，与所述轴端永磁发电机的输出端、所述交直流电压转换子模块的输出端、所述非隔离降压斩波子模块的输出端和控制端、以及与所述镍氢蓄电池电连接，用于根据所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压控制所述镍氢蓄电池的充电和放电。
在本发明一优选实施例中，所述蓄电池管理模块还包括：
电压采集子模块，连接在所述轴端永磁发电机的输出端与所述蓄电池管理子模块之间，用于在所述蓄电池管理子模块的控制下采集所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压，并根据该三相交流电压得到所述三相交流电压的角频率；
第一电流采集子模块，连接在所述非隔离降压斩波子模块的输出端与所述蓄电池管理子模块之间，用于在所述蓄电池管理子模块的控制下采集所述非隔离降压斩波子模块的输出电流；
所述蓄电池管理子模块基于所述三相交流电压的角频率和所述第一电流采集子模块采集的输出电流控制所述非隔离降压斩波子模块的输出功率。
在本发明一优选实施例中，所述电压采集子模块包括：
电压采集单元，与所述轴端永磁发电机的输出端电连接，用于采集所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压；
数字锁相环，连接在所述电压采集单元的输出端与所述蓄电池管理子模块之间，用于根据所述电压采集单元采集的三相交流电压，得到所述三相交流电压的角频率，以使所述蓄电池管理子模块基于该角频率控制所述非隔离降压斩波子模块的输出功率。
在本发明一优选实施例中，所述蓄电池管理模块还包括：
第二电流采集子模块，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间，用于采集所述非隔离降压斩波子模块输出给所述镍氢蓄电池的用于为所述镍氢蓄电池充电的电流以及所述镍氢蓄电池的放电电流；
所述蓄电池管理子模块基于所述非隔离降压斩波子模块输出给所述镍氢蓄电池的用于为所述镍氢蓄电池充电的电流和预设的镍氢蓄电池的充电曲线，控制所述非隔离降压斩波子模块输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电流。
在本发明一优选实施例中，所述蓄电池管理模块还包括：
蓄电池温度采集子模块，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间，用于采集所述镍氢蓄电池的温度；
所述蓄电池管理子模块基于所述镍氢蓄电池的温度，控制所述非隔离降压斩波子模块输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电压。
在本发明一优选实施例中，所述蓄电池管理模块还包括：
蓄电池电压采集子模块，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间，用于采集所述镍氢蓄电池的充电电压和放电电压；
所述蓄电池管理子模块基于所述镍氢蓄电池的充电电压和放电电压、所述镍氢蓄电池的充电电流和放电电流、以及所述镍氢蓄电池的充电时间和放电时间，得到所述镍氢蓄电池的电量。
在本发明一优选实施例中，该铁路货车供电系统还包括：
亏电保护接触器，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间；
当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在第二预设电压范围内且所述镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，所述蓄电池管理子模块断开所述亏电保护接触器，以控制所述镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压在第二预设电压范围内时，所述蓄电池管理子模块闭合所述亏电保护接触器，以控制所述非隔离降压斩波子模块根据所述三相交流电压输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电压，对所述镍氢蓄电池进行充电。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
应用本发明实施例提供的铁路货车供电系统，当轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在预设电压范围内且镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，蓄电池管理模块控制镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当轴端永磁发电机输出的三相交流电压在预设电压范围内时，蓄电池管理模块控制电源模块根据三相交流电压输出适用于镍氢蓄电池充电的充电电压，对镍氢蓄电池进行充电。因此，本发明实施例可以在镍氢蓄电池严重亏电时通过供电系统自身来对镍氢蓄电池进行充电。
此外，由于本发明实施例采用镍氢蓄电池，在全生命周期内，无需定期加液保养，有效地实现了铁路货车供电系统的免维护功能，大大地节省了人工维护成本。
再者，本发明实施例通过采用数字锁相环技术，根据电压采集单元采集的三相交流电压得到该三相交流电压的角频率，使蓄电池管理子模块基于该角频率得到货车运行速度，并根据货车运行速度与轴端永磁发电机的输出功率的关系得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率，而无需如现有技术所述需先使用速度传感器来检测货车运行速度，然后再根据货车运行速度得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率。因此，数字锁相环技术的使用，可以有效提高铁路货车供电系统的可靠性，并且大大降低了铁路货车供电系统的成本。
综上所述，本发明实施例提供的铁路货车供电系统，由于具有以上优势，非常有利于产品推广应用，有助于铁路货车向智能化方向发展。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有铁路货车供电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一的铁路货车供电系统的结构示意图；
图3为本发明实施例二的铁路货车供电系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图1为现有铁路货车供电系统的结构示意图。
如图1所示，现有铁路货车供电系统一般包括：两套发电装置、两套蓄电池、充电装置及多个车载用电设备。当一套蓄电池严重亏电后，该供电系统需要对蓄电池进行切换，由另一套蓄电池进行供电。而亏电蓄电池必须由外接市电进行充电。若两套蓄电池均严重亏电，该供电系统自身无法对两套亏电蓄电池进行充电，而需要外接充电机单独对两套亏电蓄电池进行充电，从而导致供电系统后期使用维护量大。另外，由于该供电系统使用两套发电装置和两套蓄电池，大大增加了供电系统的成本。
此外，现有铁路货车供电系统大多采用铅酸蓄电池，由于铅酸蓄电池需要定期添加蒸馏水进行维护，且使用寿命不长，从而导致铁路货车供电系统无法推广应用。
再者，现有铁路货车供电系统在发电装置的输出功率检测方面，通常是采用速度传感器来检测货车运行速度，并据此推算出发电装置的当前最大输出功率。由于采用速度传感器来检测货车运行速度，使供电系统的可靠性大大降低，同时也增加了供电系统的成本。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种铁路货车供电系统。
实施例一
图2为本发明实施例一的铁路货车供电系统的结构示意图。
如图2所示，本发明实施例一的铁路货车供电系统主要包括：轴端永磁发电机101、电源模块、镍氢蓄电池104和蓄电池管理模块。
轴端永磁发电机101设置在铁路货车的车轴端部，当铁路货车运行时，轴端永磁发电机101在铁路货车的车轴的带动下发电，输出三相交流电压。
由于本发明实施例采用轴端永磁发电机发电，可以有效提高铁路货车供电系统的发电效率，减小轴端发电机的体积，提高轴端发电机的输出功率，减少铁路货车供电系统安装轴端发电机的台数，有利于节约铁路货车供电系统的成本。
电源模块与轴端永磁发电机101的输出端电连接，用于将三相交流电压转换为第一预设电压范围内的直流电压，并输出该直流电压。
优选地，电源模块包括：交直流电压转换子模块102和非隔离降压斩波子模块103。
交直流电压转换子模块102与轴端永磁发电机101的输出端电连接。当轴端永磁发电机101输出的三相交流电压位于3AC 30V～3AC 120V时，交直流电压转换子模块102工作，将该三相交流电压转换为第一直流电压(DC 30V)，并输出该第一直流电压(DC 30V)。
优选地，交直流电压转换子模块102为交直流隔离电压转换子模块。具体地，交直流隔离电压转换子模块在对三相交流电压进行转换时，首先将三相交流电压转换为直流电压，然后再对该直流电压进行直流-直流隔离转换为第一直流电压。
需要说明的是，该交直流隔离电压转换子模块受其内部电路的控制，在采集输入电压时，将从其输入端进入的三相交流电压作为其输入电压，而不需要镍氢蓄电池为其供电。
由于本发明实施例采用交直流隔离电压转换子模块对三相交流电压进行交流-直流转换，可以防止轴端永磁发电机输出的高电压对镍氢蓄电池侧低电压系统的影响，有效保证了铁路货车供电系统的电路安全，可使镍氢蓄电池供电系统耐压值降低。
非隔离降压斩波子模块103的输入端与交直流电压转换子模块102的输出端电连接，非隔离降压斩波子模块103的输出端与镍氢蓄电池104电连接，非隔离降压斩波子模块103的控制端与蓄电池管理模块电连接，用于将第一直流电压(DC 30V)转换为第二直流电压，并将该第二直流电压提供给镍氢蓄电池104以及外部用电设备(包括显示器112和车载用电设备113)，以为镍氢蓄电池104以及外部用电设备提供电源。其中，该第二直流电压为预设电压范围内的直流电压，在本实施例中，优选为在DC 0V～DC 28V范围内的任意电压，该第二直流电压的大小由蓄电池管理模块根据轴端永磁发电机101的输出功率与非隔离降压斩波子模块103的输出功率的比较结果进行调节。
镍氢蓄电池104与非隔离降压斩波子模块103的输出端电连接。
本发明实施例中采用镍氢蓄电池，由于镍氢蓄电池采用IP65防护等级，在全生命周期内，无需定期加液保养，有效地实现了铁路货车供电系统的免维护功能，大大地节省了人工维护成本。
优选地，蓄电池管理模块包括蓄电池管理子模块105。蓄电池管理子模块105与轴端永磁发电机101的输出端、交直流电压转换子模块102的输出端、非隔离降压斩波子模块103的输出端和控制端、以及与镍氢蓄电池104电连接，用于根据轴端永磁发电机101输出的三相交流电压控制镍氢蓄电池104的充电和放电。
具体地，当铁路货车运行且运行速度大于等于预设运行速度时，轴端永磁发电机101输出的三相交流电压在预设电压范围(3AC 30V～3AC 120V)内，交直流电压转换子模块102工作，将该三相交流电压转换为第一直流电压(DC 30V)，并将该第一直流电压提供给非隔离降压斩波子模块103和蓄电池管理子模块105，以为非隔离降压斩波子模块103和蓄电池管理子模块105提供电源。在此情况下，蓄电池管理子模块105控制非隔离降压斩波子模块103根据三相交流电压输出适用于镍氢蓄电池104充电的充电电压，对镍氢蓄电池104进行充电。
当铁路货车停车或运行速度低于预设运行速度时，轴端永磁发电机101输出的三相交流电压不在预设电压范围(3AC 30V～3AC 120V)内，交直流电压转换子模块102停止工作。在此情况下，镍氢蓄电池104为外部用电设备供电，以使显示屏112可以正常显示镍氢蓄电池104的电压、电量以及铁路货车供电系统中其余模块的状态(例如：停机、正常工作、故障等)等信息。
优选地，该铁路货车供电系统还包括亏电保护接触器KM1，连接在镍氢蓄电池104与蓄电池管理子模块105之间。
当蓄电池管理子模块105检测到镍氢蓄电池104的电量小于预设电量阈值时(表明镍氢蓄电池104严重亏电)，蓄电池管理子模块105立即断开亏电保护接触器KM1，以控制镍氢蓄电池104停止向外部用电设备供电。如此设置，可以有效减少镍氢蓄电池的严重亏电次数，延长镍氢蓄电池的使用寿命。
当铁路货车运行且运行速度大于等于预设运行速度时，轴端永磁发电机101输出的三相交流电压在预设电压范围(3AC 30V～3AC 120V)内，交直流电压转换子模块102工作，将该三相交流电压转换为第一直流电压，并将该第一直流电压提供给非隔离降压斩波子模块103和蓄电池管理子模块105，蓄电池管理子模块105开始工作。此时，蓄电池管理子模块105立即闭合亏电保护接触器KM1，以控制非隔离降压斩波子模块103根据轴端永磁发电机101输出的三相交流电压输出适用于镍氢蓄电池104充电的充电电压，对镍氢蓄电池104进行充电。如此设置，可以使铁路货车供电系统自身对亏电的镍氢蓄电池进行充电，而不需要外接市电为镍氢蓄电池充电，从而有效减少了人员的维护工作。
优选地，蓄电池管理模块还包括：电压采集子模块和第一电流采集子模块108。
电压采集子模块连接在轴端永磁发电机101的输出端与蓄电池管理子模块105之间，用于在蓄电池管理子模块105的控制下采集轴端永磁发电机101输出的三相交流电压，并根据该三相交流电压得到三相交流电压的角频率。
更优选地，电压采集子模块包括：电压采集单元106和数字锁相环107。
电压采集单元106与轴端永磁发电机101的输出端电连接，用于采集轴端永磁发电机101输出的三相交流电压。数字锁相环107连接在电压采集单元106的输出端与蓄电池管理子模块105之间，用于根据电压采集单元106采集的三相交流电压，得到该三相交流电压的角频率。蓄电池管理子模块105基于该三相交流电压的角频率得到货车运行速度，并根据货车运行速度与轴端永磁发电机101的输出功率的关系得到轴端永磁发电机101的当前最大输出功率。其中，货车运行速度与轴端永磁发电机101的输出功率成近似正比例关系，即货车运行速度快，轴端永磁发电机101的输出功率大。
第一电流采集子模块108连接在非隔离降压斩波子模块103的输出端与蓄电池管理子模块105之间，用于在蓄电池管理子模块105的控制下采集非隔离降压斩波子模块103的输出电流。
蓄电池管理子模块105基于轴端永磁发电机101的当前最大输出功率和第一电流采集子模块108采集的输出电流控制非隔离降压斩波子模块103的输出功率。
具体地，蓄电池管理子模块105基于第一电流采集子模块108采集的非隔离降压斩波子模块103的输出电流，可以得到非隔离降压斩波子模块103的输出功率。随后，蓄电池管理子模块105将该输出功率与轴端永磁发电机101的当前最大输出功率进行比较，并根据比较结果调整非隔离降压斩波子模块103的输出电流，以使非隔离降压斩波子模块103的输出功率小于轴端永磁发电机101的当前最大输出功率，从而可以防止轴端永磁发电机因过电流导致其内部线圈发热而烧损，有效保证铁路货车供电系统正常工作，使非隔离降压斩波子模块安全地为镍氢蓄电池充电，大大提高了铁路货车供电系统的可靠性和稳定性。
本发明实施例通过采用数字锁相环技术，根据电压采集单元采集的三相交流电压得到该三相交流电压的角频率，使蓄电池管理子模块基于该角频率得到货车运行速度，并根据货车运行速度与轴端永磁发电机的输出功率的关系得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率，而无需如现有技术所述需先使用速度传感器来检测货车运行速度，然后再根据货车运行速度得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率。因此，数字锁相环技术的使用，可以有效提高铁路货车供电系统的可靠性，并且大大降低了铁路货车供电系统的成本。
优选地，蓄电池管理模块还包括：第二电流采集子模块109，连接在镍氢蓄电池104与蓄电池管理子模块105之间，用于采集非隔离降压斩波子模块103输出给镍氢蓄电池104的用于为镍氢蓄电池104充电的电流以及镍氢蓄电池104的放电电流。蓄电池管理子模块105基于非隔离降压斩波子模块103输出给镍氢蓄电池104的用于为镍氢蓄电池104充电的电流和预设的镍氢蓄电池的充电曲线，控制非隔离降压斩波子模块103输出适用于镍氢蓄电池104充电的充电电流，从而可以使非隔离降压斩波子模块103安全地为镍氢蓄电池104充电，大大提高了铁路货车供电系统的可靠性和稳定性。
优选地，蓄电池管理模块还包括：蓄电池温度采集子模块110，连接在镍氢蓄电池104与蓄电池管理子模块105之间，用于采集镍氢蓄电池104的温度。蓄电池管理子模块105基于镍氢蓄电池104的温度，控制非隔离降压斩波子模块103输出适用于镍氢蓄电池104充电的充电电压，从而有效提高镍氢蓄电池的充电效率和充电质量。
优选地，蓄电池管理模块还包括：蓄电池电压采集子模块111，连接在镍氢蓄电池104与蓄电池管理子模块105之间，用于采集镍氢蓄电池104的充电电压和放电电压。蓄电池管理子模块105基于镍氢蓄电池104的充电电压和放电电压、充电电流和放电电流、以及充电时间和放电时间，得到镍氢蓄电池104的电量。
在本发明实施例中，蓄电池管理子模块通过对电压采集子模块、第一电流采集子模块和第二电流采集子模块、蓄电池温度采集子模块以及蓄电池电压采集子模块的配合使用，可以有效实现对镍氢蓄电池的充电管理。
优选地，该铁路货车供电系统还包括电路保护模块，该电路保护模块包括第一至第三直流防反二极管。
其中，第一直流防反二极管D1连接在交直流电压转换子模块102的输出端与蓄电池管理子模块105之间，可以有效避免在交直流电压转换子模块102停止工作时，交直流电压转换子模块102输出的电流向铁路货车供电系统内部组件倒送而导致组件发热甚至损坏的现象。
第二直流防反二极管D2连接在非隔离降压斩波子模块103的输出端与蓄电池管理子模块105之间。当交直流电压转换子模块102工作时，因非隔离降压斩波子模块103输出的电压高于镍氢蓄电池104的电压，该第二直流防反二极管D2可以防止非隔离降压斩波子模块103输出的电压直接提供给镍氢蓄电池104或外部用电设备，导致镍氢蓄电池104或外部用电设备过电压损坏；当交直流电压转换子模块102停止工作时，镍氢蓄电池104可以通过第二直流防反二极管D2为蓄电池管理子模块105提供电源。
第三直流防反二极管D3连接在非隔离降压斩波子模块103的输出端与车载用电设备113之间，可以防止车载用电设备113中断时产生的过电压对非隔离降压斩波子模块103和镍氢蓄电池104造成影响。
由此可见，在本发明实施例中，通过使用由第一直流防反二极管D1至第三直流防反二极管D3组成的电路保护模块，可以有效保护铁路货车供电系统的安全。
应用本发明实施例提供的铁路货车供电系统，当轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在预设电压范围内且镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，蓄电池管理模块控制镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当轴端永磁发电机输出的三相交流电压在预设电压范围内时，蓄电池管理模块控制电源模块根据三相交流电压输出适用于镍氢蓄电池充电的充电电压，对镍氢蓄电池进行充电。因此，本发明实施例可以在镍氢蓄电池严重亏电时通过供电系统自身来对镍氢蓄电池进行充电。
此外，由于本发明实施例采用镍氢蓄电池，在全生命周期内，无需定期加液保养，有效地实现了铁路货车供电系统的免维护功能，大大地节省了人工维护成本。
再者，本发明实施例通过采用数字锁相环技术，根据电压采集单元采集的三相交流电压得到该三相交流电压的角频率，使蓄电池管理子模块基于该角频率得到货车运行速度，并根据货车运行速度与轴端永磁发电机的输出功率的关系得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率，而无需如现有技术所述需先使用速度传感器来检测货车运行速度，然后再根据货车运行速度得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率。因此，数字锁相环技术的使用，可以有效提高铁路货车供电系统的可靠性，并且大大降低了铁路货车供电系统的成本。
综上所述，本发明实施例提供的铁路货车供电系统，由于具有以上优势，非常有利于产品推广应用，有助于铁路货车向智能化方向发展。
实施例二
图3为本发明实施例二的铁路货车供电系统的结构示意图。
与实施例一相比，本实施例在原有铁路货车供电系统的基础上，增加了一个轴端永磁发电机101’和一个交直流电压转换子模块102’，并使交直流电压转换子模块102’与交直流电压转换子模块102的输出并联。因此，本实施例可以进一步提高铁路货车供电系统的轴端永磁发电机的输出功率。
需要说明的是，除上述区别外，本实施例的铁路货车供电系统的结构与实施例一的结构相同，其工作原理也与实施例一的工作原理相同，因此不再赘述，具体请参见实施例一的描述。
还需要说明的是，轴端永磁发电机和交直流电压转换子模块的数量可以根据实际情况进行添加，且轴端永磁发电机的数量应该与交直流电压转换子模块的数量相同，在此不对其进行限定。
应用本发明实施例提供的铁路货车供电系统，当轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在预设电压范围内且镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，蓄电池管理模块控制镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当轴端永磁发电机输出的三相交流电压在预设电压范围内时，蓄电池管理模块控制电源模块根据三相交流电压输出适用于镍氢蓄电池充电的充电电压，对镍氢蓄电池进行充电。因此，本发明实施例可以在镍氢蓄电池严重亏电时通过供电系统自身来对镍氢蓄电池进行充电。
此外，由于本发明实施例采用镍氢蓄电池，在全生命周期内，无需定期加液保养，有效地实现了铁路货车供电系统的免维护功能，大大地节省了人工维护成本。
再者，本发明实施例通过采用数字锁相环技术，根据电压采集单元采集的三相交流电压得到该三相交流电压的角频率，使蓄电池管理子模块基于该角频率得到货车运行速度，并根据货车运行速度与轴端永磁发电机的输出功率的关系得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率，而无需如现有技术所述需先使用速度传感器来检测货车运行速度，然后再根据货车运行速度得到轴端永磁发电机的当前最大输出功率。因此，数字锁相环技术的使用，可以有效提高铁路货车供电系统的可靠性，并且大大降低了铁路货车供电系统的成本。
综上所述，本发明实施例提供的铁路货车供电系统，由于具有以上优势，非常有利于产品推广应用，有助于铁路货车向智能化方向发展。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种铁路货车供电系统，其特征在于，包括：
轴端永磁发电机，在所述铁路货车的车轴的带动下发电，输出三相交流电压；
电源模块，与所述轴端永磁发电机的输出端电连接，用于将所述三相交流电压转换为第一预设电压范围内的直流电压，并输出所述直流电压；所述电源模块包括交直流电压转换子模块和非隔离降压斩波子模块；
镍氢蓄电池，与所述电源模块的输出端电连接；
蓄电池管理模块，与所述轴端永磁发电机的输出端、所述电源模块的输出端和控制端、以及与所述镍氢蓄电池电连接，用于根据所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压控制所述镍氢蓄电池的充电和放电；所述蓄电池管理模块包括蓄电池管理子模块；
其中，所述蓄电池管理模块还包括：
电压采集子模块，连接在所述轴端永磁发电机的输出端与所述蓄电池管理子模块之间，用于在所述蓄电池管理子模块的控制下采集所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压，并根据该三相交流电压得到所述三相交流电压的角频率；
第一电流采集子模块，连接在所述非隔离降压斩波子模块的输出端与所述蓄电池管理子模块之间，用于在所述蓄电池管理子模块的控制下采集所述非隔离降压斩波子模块的输出电流；
所述蓄电池管理子模块基于所述三相交流电压的角频率和所述第一电流采集子模块采集的输出电流控制所述非隔离降压斩波子模块的输出功率；
其中，当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在第二预设电压范围内且所述镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，所述蓄电池管理模块控制所述镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压在第二预设电压范围内时，所述蓄电池管理模块控制所述电源模块根据所述三相交流电压输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电压，对所述镍氢蓄电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的铁路货车供电系统，其特征在于，
所述交直流电压转换子模块，与所述轴端永磁发电机的输出端电连接，用于将所述三相交流电压转换为第一直流电压，并输出所述第一直流电压；
所述非隔离降压斩波子模块的输入端与所述交直流电压转换子模块的输出端电连接，其输出端与所述镍氢蓄电池电连接，其控制端与所述蓄电池管理模块电连接，用于将所述第一直流电压转换为第二直流电压，并将该第二直流电压提供给所述镍氢蓄电池以及外部用电设备，其中，所述第二直流电压的大小由所述蓄电池管理模块根据所述轴端永磁发电机的输出功率与所述非隔离降压斩波子模块的输出功率的比较结果进行调节。
3.根据权利要求2所述的铁路货车供电系统，其特征在于，所述交直流电压转换子模块为交直流隔离电压转换子模块。
4.根据权利要求2所述的铁路货车供电系统，其特征在于，
所述蓄电池管理子模块与所述轴端永磁发电机的输出端、所述交直流电压转换子模块的输出端、所述非隔离降压斩波子模块的输出端和控制端、以及与所述镍氢蓄电池电连接，用于根据所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压控制所述镍氢蓄电池的充电和放电。
5.根据权利要求1所述的铁路货车供电系统，其特征在于，所述电压采集子模块包括：
电压采集单元，与所述轴端永磁发电机的输出端电连接，用于采集所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压；
数字锁相环，连接在所述电压采集单元的输出端与所述蓄电池管理子模块之间，用于根据所述电压采集单元采集的三相交流电压，得到所述三相交流电压的角频率，以使所述蓄电池管理子模块基于该角频率控制所述非隔离降压斩波子模块的输出功率。
6.根据权利要求4所述的铁路货车供电系统，其特征在于，所述蓄电池管理模块还包括：
第二电流采集子模块，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间，用于采集所述非隔离降压斩波子模块输出给所述镍氢蓄电池的用于为所述镍氢蓄电池充电的电流以及所述镍氢蓄电池的放电电流；
所述蓄电池管理子模块基于所述非隔离降压斩波子模块输出给所述镍氢蓄电池的用于为所述镍氢蓄电池充电的电流和预设的镍氢蓄电池的充电曲线，控制所述非隔离降压斩波子模块输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电流。
7.根据权利要求4所述的铁路货车供电系统，其特征在于，所述蓄电池管理模块还包括：
蓄电池温度采集子模块，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间，用于采集所述镍氢蓄电池的温度；
所述蓄电池管理子模块基于所述镍氢蓄电池的温度，控制所述非隔离降压斩波子模块输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电压。
8.根据权利要求6所述的铁路货车供电系统，其特征在于，所述蓄电池管理模块还包括：
蓄电池电压采集子模块，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间，用于采集所述镍氢蓄电池的充电电压和放电电压；
所述蓄电池管理子模块基于所述镍氢蓄电池的充电电压和放电电压、所述镍氢蓄电池的充电电流和放电电流、以及所述镍氢蓄电池的充电时间和放电时间，得到所述镍氢蓄电池的电量。
9.根据权利要求4所述的铁路货车供电系统，其特征在于，还包括：
亏电保护接触器，连接在所述镍氢蓄电池与所述蓄电池管理子模块之间；
当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压不在第二预设电压范围内且所述镍氢蓄电池的电量小于预设电量阈值时，所述蓄电池管理子模块断开所述亏电保护接触器，以控制所述镍氢蓄电池停止向外部用电设备供电；当所述轴端永磁发电机输出的三相交流电压在第二预设电压范围内时，所述蓄电池管理子模块闭合所述亏电保护接触器，以控制所述非隔离降压斩波子模块根据所述三相交流电压输出适用于所述镍氢蓄电池充电的充电电压，对所述镍氢蓄电池进行充电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111478416B (zh) * 2020-05-15 2023-08-18 江苏广义牵引技术研究所有限公司 一种公铁两用车轴端发电机发电储能供电系统的控制方法
CN112039283B (zh) * 2020-07-17 2022-12-30 江苏广义牵引技术研究所有限公司 公铁两用车轴端发电机发电储能供电方法
CN114598009A (zh) * 2022-03-30 2022-06-07 中车长江运输设备集团有限公司 能量管理方法、系统及铁路货车
CN115473320A (zh) * 2022-08-19 2022-12-13 西安中车永电电气有限公司 一种利用铁路货车车轴发电的混合供电系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719484A (en) * 1995-04-24 1998-02-17 Nippondenso Co., Ltd. Vehicle power generating system and method for controlling the same
JP2007236083A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Origin Electric Co Ltd 三相電圧型交直変換装置
CN206510766U (zh) * 2017-01-11 2017-09-22 西安中车永电捷通电气有限公司 轨道车辆辅助供电装置
CN206595753U (zh) * 2017-03-10 2017-10-27 南昌工程学院 一种列车自供电电源系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719484A (en) * 1995-04-24 1998-02-17 Nippondenso Co., Ltd. Vehicle power generating system and method for controlling the same
JP2007236083A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Origin Electric Co Ltd 三相電圧型交直変換装置
CN206510766U (zh) * 2017-01-11 2017-09-22 西安中车永电捷通电气有限公司 轨道车辆辅助供电装置
CN206595753U (zh) * 2017-03-10 2017-10-27 南昌工程学院 一种列车自供电电源系统

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