CN116001821A - 一种电传动系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电传动系统，包括：主发电机、动力电池组、第一接触器和整流器；所述主发电机和外部工业电源通过所述第一接触器与所述整流器连接，并通过所述整流器与所述动力电池组连接至同一直流回路。

Description

一种电传动系统

技术领域

本申请涉及机械动力学技术领域，尤其涉及一种电传动系统。

背景技术

内燃调车机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮转动的机车。根据机车上内燃机的燃料种类划分，在我国铁路上采用的内燃机车绝大多数配备柴油机。由于受电网建设等情况制约，内燃调车机车还广泛运用于编组站、车辆段、机务段、炼钢厂、矿山及港口等地方。内燃调车机车的作业特点是轻牵引吨位，短距离，作业等待时间长，低速、启动、加速、换向及制动频繁，因此，当前多采用混合动力驱动。

然而，当前的混合动力主要是柴油主发电机和动力蓄电池组2种能量来源，动力电池的充电只能依靠主发电机进行，启动柴油机的频次仍然较高，在柴油机故障情况下，难以正常充电，极端情况下造成电池亏电损坏，给实际应用带来极大地不便。

发明内容

本申请实施例期望提供一种电传动系统。

本申请的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种电传动系统，包括：主发电机、动力电池组、第一接触器和整流器；

所述主发电机和外部工业电源通过所述第一接触器与所述整流器连接，并通过所述整流器与所述动力电池组连接至同一直流回路。

可选地，所述主发电机与柴油机连接；所述柴油机为所述主发电机的提供的放电功率不超过所述动力电池组的总功率。

可选地，所述动力电池组包括至少两组动力电池，每组所述动力电池通过不同的接触器分别与所述直流回路连接。

可选地，所述整流器为三相四象限整流器。

可选地，还包括双向DC/DC转换器，所述动力电池组通过所述双向DC/DC转换器连接至所述直流回路。

可选地，所述双向DC/DC转换器为三电平DC/DC转换器。

可选地，还包括电抗器，所述动力电池组通过所述双向DC/DC转换器和所述电抗器连接至所述直流回路。

可选地，还包括牵引逆变器，所述直流回路通过所述牵引逆变器的不同类型接口与至少一类牵引电机连接。

可选地，所述整流器通过第二接触器与所述动力电池组连接。

可选地，还包括制动斩波电路，所述制动斩波电路与所述直流回路直接连接。

本申请实施例提供的一种电传动系统，包括：主发电机、动力电池组、第一接触器和整流器；所述主发电机和外部工业电源通过所述第一接触器与所述整流器连接，并通过所述整流器与所述动力电池组连接至同一直流回路。采用本申请的技术方案，在将主发电机和动力电池组共同接入同一直流电路的基础上，还通过第一接触器和整流器接入了外部工业电源，将主发电机、动力电池组及外接工业电源三种电源连接至同一直流回路，实现了主发电机、动力电池组及外接工业电源协调供电的模式，从而保证了动力电池组的正常充电，减少了柴油机的运行时间、起停频次，同时，在有条件的室内采用工业电源供电，延长了动力电池组的使用寿命，实现了绿色、节能、环保、高效的目标。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电传动系统的结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的一种电传动系统的结构示意图二。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一些实施例中，请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种电传动系统的结构示意图一；该电传动系统，包括：主发电机120、动力电池组130、第一接触器140和整流器150；

主发电机120和外部工业电源110通过第一接触器140与整流器150连接，并通过整流器150与动力电池组130连接至同一直流回路160。

在本实施例中，主发电机120可以是通过内燃机进行驱动，如柴油机。正常工作情况下，机车优先采用动力电池组130提供电源；在动力电池组130的电源功率不足时，由柴油机驱动主发电机120工作，主发电机120提供的交流电源通过整流器150进行整流后，可以输出稳定的中间直流电源，一方面为外部作业提供稳定电源，另一方面给动力电池组130充电，以便采用动力电池组130进行供电。

在室内或非作业状态时段，电传动系统可以接入外部工业电源110；示例性的，可以采用工业AC380V供电，进而通过整流器升压输出需要的直流电压，给动力电池组130充电。

在一些实施例中，整流器150为三相四象限整流器。

三相四象限整流器可以实现三相不控整流功能，又可以实现三相四象限整流功能，还可以实现三相逆变功能。具体的，采用柴油机拖动主发电机120发电时，当主发电机120的输出电压满足直流回路电压需求时，三相四象限整流器实现三相不控整流功能；当主发电机120的输出电压不能满足直流回路电压需求时，三相四象限整流器实现三相四象限整流功能，对主发电机120的输出电压进行升压处理；当柴油机由动力电池组130供电变频启动时，动力电池组130的直流电转化为所需的直流回路电压，而后通过三相四象限整流器的逆变工况逆变为三相交流电，给主发电机120供电，主发电机120作为电动机使用，带动柴油机转动达到点火转速，从而可以实现了三相逆变功能。

本实施例通过一个三相四象限整流器，既可以实现三相不控整流功能，又能够实现三相四象限整流功能、三相逆变功能，实现了主电路的简统化、减少了模块的种类和数量，降低了设计、运营、维修备品的成本，同时又能减小一定安装空间。

在一些实施例中，动力电池组130包括至少两组动力电池，每组动力电池通过不同的接触器分别与直流回路160连接。

在本实施例中，不同组的动力电池之间通过接触器隔开，当动力电池组130中的一组或多组动力电池出现故障时，可以通过控制故障动力电池所在的回路接触器断开，实现故障动力源的隔离，不会影响到其他组动力电池的正常供电和放电，保证调车机车系统的正常运行，提高了系统可靠性。需要说明的是，每组动力电池可以包括多个动力电池，具体数量可以根据实际需求确定，对此不作限制。

本申请实施例在将主发电机和动力电池组共同接入同一直流电路的基础上，还通过第一接触器和整流器接入了外部工业电源，将主发电机、动力电池组及外接工业电源三种电源连接至同一直流回路，实现了主发电机、动力电池组及外接工业电源协调供电的模式，从而保证了动力电池组的正常充电，减少了柴油机的运行时间、起停频次，同时，在有条件的室内采用工业电源供电，延长电池组的使用寿命，实现了绿色、节能、环保、高效的目标。

在一些实施例中，主发电机与柴油机连接；柴油机为主发电机的提供的放电功率不超过动力电池组的总功率。

在本实施例中，主发电机和动力电池组作为常规供电电源，可以进行互补，在不同情况下分别为直流回路供电。由于动力电池组包括多组可以独立工作的动力电池，每组动力电池之间互不影响，即使当部分动力电池出现故障，对直流回路的整体供电影响也不会大，且主发电机的供电作用可以进一步削弱动力电池出现故障所带来的影响。另外，由于动力电池组的总功率占比较大，因此可以有效减小柴油机和主发电机的功率、体积和重量，充分利用柴油机在待机时段给动力电池组充电，以便内燃机车实现降噪、节能减排。

在一个示例中，动力电池包括四组动力电池，每组动力电池的功率相同，柴油机为主发电机提供的放电功率与动力电池组的总功率相等，具体的，柴油机为主发电机的提供的放电功率和四组动力电池的功率配比为4:1:1:1:1，在混合动力调车机车系统中，当其中1组动力电池出现故障时，通过接触器切除该组动力源，机车损失功率1/8；当其中2组动力电池故障时，机车损失功率1/4；当其中3组动力电池故障时，机车损失功率3/8；当动力电池全故障时，机车损失功率1/2。需要说明的是，柴油机为主发电机提供的放电功率在整个系统中占比可以更小。

本实施例通过合理配置柴油机为主发电机提供的放电功率以及动力电池组的总功率，通过三级接触器和预充电回路中接触器就可以实现故障动力源的快速隔离，减小故障时功率损失的占比，大大降低了调车机车的击破机率，大大提高了系统的可靠性。

在一些实施例中，还包括双向DC/DC转换器，动力电池组通过双向DC/DC转换器连接至直流回路。

双向DC/DC转换器是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器。双向DC/DC转换器分为三类：升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器，根据需求可采用三类控制。

在一个示例中，双向DC/DC转换器可以是三电平DC/DC转换器，具体为双向三电平DC/DC转换器。双向三电平DC/DC转换器实现2种功能，即可以实现充电功能，又可以实现放电功能。充电时，是将中间直流回路的直流电压通过BUCK电路降为动力电池组所需的直流电进行充电；放电时，是将动力电池组的直流电，通过BOOST电路升为系统中间直流回路所需的电压。

在一些实施例中，还包括电抗器，动力电池组通过双向DC/DC转换器和电抗器连接至直流回路。

电抗器也叫电感器，在电路中因为存在电磁感应的效果，所以存在一定的电感性，能够起到阻止电流变化的作用，通过双向DC/DC转换器和电抗器将动力电池组连接至直流回路，从而便于抑制各动力电源间的环流。

在一些实施例中，还包括牵引逆变器，直流回路通过牵引逆变器的不同类型接口与至少一类牵引电机连接。

牵引逆变器是把直流电转变成调频调压交流电的转换器。在本实施例中，先通过牵引逆变器对直流回路的直流电进行调频和调压，在此基础上，通过不同类型的接口连接一类或者多类牵引电机，为不同类型的牵引电机提供统一的动力源，由此，不仅可以兼容不同车型的牵引电机，实现了不同功率等级和不同运用工况的需求，同时，不同类型的牵引电机和辅助回路的负载全部并接在同一中间直流回路中，避免了采用多个中间直流回路时，由于负载不同，造成的动力电池过充、过放故障，提高了系统可靠性。

在一些实施例中，整流器通过第二接触器与动力电池组连接。

这里，第二接触器作为隔离器件，在主发电机的供电回路或任何一组动力电池的供电回路出现故障时，通过主控制单元发出信号，可以控制故障回路所在的接触器断开，从而实现故障动力源的隔离，保证调车机车系统的正常运行，提高了系统可靠性。

在一些实施例中，还包括制动斩波电路，制动斩波电路与直流回路直接连接。

在制动时，优先给动力电池组充电，以完成能量回收，同时又能够在动力电池组充满、或动力电池故障情况下，启动制动斩波回路，提高了母线电压在出现过压时，斩波回路的冗余性和可靠性。

在一具体实施例中，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种电传动系统的结构示意图二。当采用主发电机120供电时，柴油机170拖动主发电机120，主发电机三相输出连接一个三级接触器，即第一接触器140。第一接触器140连接一个三相整流器，即，整流器150，连接在共用的直流回路160中。

在本实施例中，动力电池组130包括4组动力电池，即动力电池131、动力电池132、动力电池133和动力电池134，其中，每组动力电池可以包括一个或多个动力电池，便于电池功率的冗余性。动力电池131连接第二接触器180，然后再通过双向的三电平的DC/DC转换器190连接在共用的中间直流回路中，其他组动力电池的实现方式与动力电池131的实现方式相同。双向三电平的DC/DC转换器190可以实现2种功能，即可以实现充电功能，又可以实现放电功能。充电时，是将直流回路160的直流电压通过BUCK电路降为动力电池组130所需的直流电进行充电；放电时，是将动力电池组130的直流电通过BOOST电路升为系统中间回路160所需的电压。

在工厂、港口、矿区及段内室内具有工业电源AC380V供电且调车机车处于非作业状态的条件下，可以采用工业电源AC380V供电，通过三相端口接触器连接第一接触器140，再通过三相的整流器150，连接在共用的直流回路160中，这样就实现了将工业电源AC380V变为系统中间直流回路160所需的直流电，由此减少了柴油机的运行时间、起停频次，实现了绿色、节能、环保、高效的目标。

在本实施例中，整流器150为三相四象限整流器。根据系统实际需要，三相四象限整流器可以实现三相不控整流功能，又可以实现三相四象限整流功能，还可以实现三相逆变功能。

当主发电机120的输出电压满足直流回路电压需求时，三相四象限整流器实现三相不控整流功能；当主发电机120的输出电压不能满足直流回路电压需求时，三相四象限整流器实现三相四象限整流功能，对主发电机120的输出电压进行升压处理；当柴油机170由动力电池组130供电变频启动时，动力电池组130可以通过双向DC/DC转换器190将动力电池组130的直流电转化为直流回路160所需的直流电压，而后通过三相四象限整流器的逆变工况逆变为三相交流电，给主发电机120供电，主发电机120作为电动机用，带动柴油机170转动达到点火转速，实现了三相逆变功能。

主发电机120与直流回路160之间还可以通过一个三级接触器进行隔离，每一个动力电池与中间直流回路160之间设有第二接触器180进行隔离，因此在主发电机120所在回路或任何一组动力电池的供电回路出现故障时，通过主控制单元发出信号，控制故障回路接触器断开，从而可以实现故障动力源的隔离，保证调车机车系统的正常运行，提高了系统可靠性。

在本实施例中，柴油机170为主发电机的提供的放电功率和4个动力电池的功率配比为4:1:1:1:1，在1组动力电池出现故障时，通过第二接触器180可以切除该组动力源，机车损失功率1/8；在2组动力电池出现故障时，机车损失功率1/4；在3组动力电池出现故障时，机车损失功率3/8；动力电池全故障时，机车损失功率1/2。

因此，通过合理配置柴油机170为主发电机的提供的放电功率和多组动力电池的功率，并通过三级接触器和预充电回路中接触器就可以实现故障动力源的快速隔离，减小故障时功率损失的占比，大大降低了调车机车的故障损失功率，提高了系统的可靠性。

主发电机120通过整流器150连接中间的直流回路，动力电池组130中的多组动力电池通过各自的充放电回路和三电平双向的DC/DC转换器190与同一个直流回路160连接，同时三电平双向的DC/DC转换器中设计有电抗器，便于抑制各动力电源间和两架间的环流。

本实施例通过采用1个四象限整流器进行主发电机的输出，并和动力电池组共用一个直流回路，同时，牵引电机和辅助回路210负载全部并接在同一直流回路中，避免了采用2个或多个直流回路时，由于两架负载不同，造成的动力电池过充、过放故障等问题，提高了系统的可靠性。

另外，直流回路通过逆变器的不同类型接口与至少一类牵引电机220连接，先通过牵引逆变器230对直流回路160的直流电进行调频和调压，在此基础上，通过不同类型的接口连接一类或者多类牵引电机220，为不同类型的牵引电机220提供统一的动力源，由此，不仅可以兼容不同车型的牵引电机220，实现了不同功率等级和不同运用工况的需求，同时，不同类型的牵引电机220和辅助回路210的负载全部并接在同一中间直流回路160中，避免了采用多个中间直流回路160时，由于负载不同，造成的动力电池过充、过放故障等问题，提高了系统的可靠性。

直流回路160还连接有制动斩波电路200。在制动时，优先给动力电池组130充电，以完成能量回收，同时又能够在动力电池组130充满、或动力电池故障情况下，启动制动斩波回路200，提高了母线电压在出现过压时，斩波回路的冗余性和可靠性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电传动系统可以通过其他的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的。

本申请实施例中记载的一种电传动系统只以本申请所述实施例为例，但不仅限于此，只要涉及到该电传动系统均在本申请的保护范围。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电传动系统，其特征在于，包括：主发电机、动力电池组、第一接触器和整流器；

所述主发电机和外部工业电源通过所述第一接触器与所述整流器连接，并通过所述整流器与所述动力电池组连接至同一直流回路。

2.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，所述主发电机与柴油机连接；所述柴油机为所述主发电机的提供的放电功率不超过所述动力电池组的总功率。

3.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，所述动力电池组包括至少两组动力电池，每组所述动力电池通过不同的接触器分别与所述直流回路连接。

4.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，所述整流器为三相四象限整流器。

5.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，还包括双向DC/DC转换器，所述动力电池组通过所述双向DC/DC转换器连接至所述直流回路。

6.根据权利要求5所述的电传动系统，其特征在于，所述双向DC/DC转换器为三电平DC/DC转换器。

7.根据权利要求5所述的电传动系统，其特征在于，还包括电抗器，所述动力电池组通过所述双向DC/DC转换器和所述电抗器连接至所述直流回路。

8.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，还包括牵引逆变器，所述直流回路通过所述牵引逆变器的不同类型接口与至少一类牵引电机连接。

9.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，所述整流器通过第二接触器与所述动力电池组连接。

10.根据权利要求1所述的电传动系统，其特征在于，还包括制动斩波电路，所述制动斩波电路与所述直流回路直接连接。

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