CN206634005U - 一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，包括牵引母线、超级电容、蓄电池、内燃机和控制器；所述超级电容通过双向DC/DC变换器Ⅰ连接于所述牵引母线；所述蓄电池通过双向DC/DC变换器Ⅱ连接于所述牵引母线；所述内燃机通过机电转换电路连接于所述牵引母线；所述机电转换电路包括发电机和AC/DC变换器，所述内燃机与所述发电机之间通过机械传动结构连接，所述发电机与所述AC/DC变换器之间电力连接；控制器分别连接至超级电容、蓄电池、内燃机、双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器的通讯端口。本实用新型能够实现公铁两用车室内作业零排放，同时增大公铁两用车的行驶里程。
Description
技术领域
本实用新型属于混合动力能量管理系统技术领域，尤其涉及一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统。
背景技术
随着我国铁路和城市轨道交通的快速发展，各类铁路车辆运营时速的不断提高，铁路客车、火车、地铁的修造与运营正面临着越来越大的生产压力。铁路调车作业及县内各种信号、灯光及附属设施的维护与维修任务也随之越来越繁重。公铁两用车具有在公路和铁路间快速转换运行的而优势，因而得以在铁路车辆的修造与运营、线路的维护与维修中广泛应用。
公铁两用车是指可在公路行走和轨道运行的专用牵引车，主要用于轨道牵引、调车作业，也可用于轨道货物转运和不落轮镟床的配套设备。
现有的公铁两用车，主要有内燃机动力公铁两用车以及电动公铁两用车等。内燃机型公铁两用车功率输出稳定，牵引速度大，常用于轨道牵引、调车作业和轨道货物转运。但由于调车及编组作业中，涉及大量室内(车间、车库等)调车作业，易导致其排放尾气在室内无法正常排出，不利于工作人员健康，同时会对部分精密仪器、零部件造成损伤。因此，一般仅用于轨道牵引、调车作业和轨道货物转运。
电动公铁两用车，无排放，适用于室内调车作业及不落轮镟床的配套设备等。但受限于电池技术的发展，其蓄电量、环境温度、老化程度等都会对输出功率有影响。且由于蓄电池能量密度相对较低，导致蓄电池型公铁两用车不具备长距离作业的能力。
实用新型内容
为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，能够实现公铁两用车室内作业零排放，同时增大公铁两用车的行驶里程。
为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，包括牵引母线、超级电容、蓄电池、内燃机和控制器；
超级电容，所述超级电容通过双向DC/DC变换器Ⅰ连接于所述牵引母线；
蓄电池，所述蓄电池通过双向DC/DC变换器Ⅱ连接于所述牵引母线；
内燃机，所述内燃机通过机电转换电路连接于所述牵引母线；所述机电转换电路包括发电机和AC/DC变换器，所述内燃机与所述发电机之间通过机械传动结构连接，所述发电机与所述AC/DC变换器之间电力连接；
控制器，分别连接至超级电容、蓄电池、内燃机、双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器的通讯端口。
进一步的是，能量管理系统还包括与所述内燃机相连的内燃机启动系统，所述内燃机启动系统包括启动电机，启动电机通过开关连接至牵引母线，所述开关连接至控制器。
进一步的是，所述控制器包括开关控制电路、变换器控制电路、检测电路和控制芯片，所述开关控制电路、变换器控制电路、检测电路分别连接至控制芯片；所述检测电路连接超级电容、蓄电池和内燃机，所述变换器控制电路连接至双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器；开关控制模块连接至开关。
进一步的是，所述控制芯片采用单片机。
进一步的是，所述开关采用继电器。
进一步的是，所述检测电路包括电压传感器和电流传感器。
采用本技术方案的有益效果：
由于公铁两用车室内作业时间一般较短，所需蓄电池相对较少，但考虑到牵引功率满足问题，利用超级电容的高功率密度的特点，减少蓄电池数量；
室内运行时，内燃机仅以怠速状态工作，最大限度减少尾气排放量，保证室内空气质量，减少污染，减少对健康及元器件的损伤；室外运行时，可利用内燃机、蓄电池、超级电容共同为母线提供能量，满足续航要求；同时，可利用内燃机对超级电容和蓄电池进行充电；制动状态下，可以用蓄电池和超级电容回收制动能量，减少资源浪费；
增加超级电容，减少蓄电池数量进而减少全系统体积、重量；
利用混合动力能量管理，使内燃机工作在最优效率范围，节能减排同时提高发动机使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型的一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，包括牵引母线、超级电容、蓄电池、内燃机和控制器；
超级电容，所述超级电容通过双向DC/DC变换器Ⅰ连接于所述牵引母线；
蓄电池，所述蓄电池通过双向DC/DC变换器Ⅱ连接于所述牵引母线；
内燃机，所述内燃机通过机电转换电路连接于所述牵引母线；所述机电转换电路包括发电机和AC/DC变换器，所述内燃机与所述发电机之间通过机械传动结构连接，所述发电机与所述AC/DC变换器之间电力连接；
控制器，分别连接至超级电容、蓄电池、内燃机、双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器的通讯端口。
作为上述实施例的优化方案，能量管理系统还包括与所述内燃机相连的内燃机启动系统，所述内燃机启动系统包括启动电机，启动电机通过开关连接至牵引母线，所述开关连接至控制器。
所述控制器包括开关控制电路、变换器控制电路、检测电路和控制芯片，所述开关控制电路、变换器控制电路、检测电路分别连接至控制芯片；所述检测电路连接超级电容、蓄电池和内燃机，所述变换器控制电路连接至双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器；开关控制模块连接至开关。
优选的，所述控制芯片采用单片机；所述开关采用继电器；所述检测电路包括电压传感器和电流传感器。
为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
当所述混合动力公铁两用车处于室内运行模式时，所述开关控制模块所述开关，并且所述变换器控制模块开启所述双向DC/DC变换器Ⅰ和双向DC/DC变换器Ⅱ，并断开所述AC/DC变换器；此时，所述蓄电池和所述超级电容共同为所述牵 引母线上的负载供电，所述内燃机仅怠速运行。
当所述混合动力公铁两用车处于库外运行模式时，所述检测模块检测所述超级电容和蓄电池的SOC值，当所述SOC值大于预设SOC值时，所述检测模块发出检测信号，所述变换器控制模块根据所述检测信号开启所述双向DC/DC变换器Ⅰ和双向DC/DC变换器Ⅱ；此时，所述超级电容、所述蓄电池和所述内燃机共同为所述牵引电机供电；当所述SOC值小于预设下限SOC值时，所述变换器控制模块根据所述检测信号关闭所述双向DC/DC变换器Ⅰ和双向DC/DC变换器Ⅱ，此时，所述内燃机、蓄电池和超级电容为所述牵引母线上的负载供电。
当所述混合动力公铁两用车开始启动时，所述开关控制模块闭合开关，所述变换器控制模块控制所述双向DC/DC变换器Ⅱ将所述蓄电池的电能通过所述双向DC/DC变换器Ⅱ、所述牵引母线和所述开关传送至所述启动电机，从而启动所述内燃机；所述检测模块检测所述内燃机转速，当所述内燃机转速达到怠速最低阈值时，所述检测模块发送检测信号给所述开关控制模块和所述变换器控制模块；所述开关控制模块根据所述检测信号断开所述开关，关闭所述双向DC/DC变换器Ⅱ，并开启所述AC/DC变换器；此时，机械能从所述内燃机经发电机转换成交流电，经所述AC/DC变换器和所述牵引母线，为所述牵引母线负载供电。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，其特征在于，包括牵引母线、超级电容、蓄电池、内燃机和控制器；
超级电容，所述超级电容通过双向DC/DC变换器Ⅰ连接于所述牵引母线；
蓄电池，所述蓄电池通过双向DC/DC变换器Ⅱ连接于所述牵引母线；
内燃机，所述内燃机通过机电转换电路连接于所述牵引母线；所述机电转换电路包括发电机和AC/DC变换器，所述内燃机与所述发电机之间通过机械传动结构连接，所述发电机与所述AC/DC变换器之间电力连接；
控制器，分别连接至超级电容、蓄电池、内燃机、双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器的通讯端口。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，其特征在于，能量管理系统还包括与所述内燃机相连的内燃机启动系统，所述内燃机启动系统包括启动电机，启动电机通过开关连接至牵引母线，所述开关连接至控制器。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，其特征在于，所述控制器包括开关控制电路、变换器控制电路、检测电路和控制芯片，所述开关控制电路、变换器控制电路、检测电路分别连接至控制芯片；所述检测电路分别连接超级电容、蓄电池和内燃机，所述变换器控制电路连接至双向DC/DC变换器Ⅰ、双向DC/DC变换器Ⅱ和AC/DC变换器；开关控制模块连接至开关。
4.根据权利要求3所述的一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，其特征在于，所述控制芯片采用单片机。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，其特征在于，所述开关采用继电器。
6.根据权利要求5所述的一种混合动力公铁两用车能量管理控制系统，其特征在于，所述检测电路包括电压传感器和电流传感器。
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