CN217508304U - 一种内燃机车用镍氢电池供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内燃机车用镍氢电池供电系统，包括镍氢蓄电池组以及与镍氢蓄电池组连接的供电电路；所述的供电电路包括闸刀开关、他励励磁绕组、励磁接触器、电机串励绕组、启动接触器以及启动发电机；所述的闸刀开关分别连接镍氢蓄电池组的正、负极；所述的他励励磁绕组与励磁接触器连接，所述的电机串励绕组分别与启动接触器以及启动发电机连接；他励励磁绕组与励磁接触器连接后与电机串励绕组、启动接触器、以及启动发电机并联。本实用新型兼有电池和电容双重特性，能够解决铅酸电池低温性能差造成机车起机困难的问题和低温下蓄电池容易亏电的问题。

Description

一种内燃机车用镍氢电池供电系统

技术领域

本实用新型涉及内燃机车技术领域，尤其是一种内燃机车用镍氢电池供电系统。

背景技术

目前内燃机车蓄电池组多采用铅酸蓄电池，而内燃机车上使用的铅酸蓄电池已经不是内燃机车的发展方向，因为铅酸电池内部含有重金属和硫酸等有害物种，在寿命结束后的回收处理带来极大的环境污染；在利用铅酸电池供电启动柴油机的过程中，由于铅酸电池的放电倍率较低，不能快速响应大电流的要求，使得柴油机启动时间加长，其间产生大量没有完全燃烧的碳形成黑烟排入大气中，造成大气环境污染；并且，铅酸电池的放电倍率小，使用循环次数少，在需要大电流放电的情况下，会严重影响其使用寿命；同时，铅酸电池受环境温度的影响比较大，在环境温度低的天气，造成起机困难。

因此，在节能减排的要求下，需要采用新的电池将其替代。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种内燃机车用镍氢电池供电系统，采用镍氢电池组替代原铅酸电池作为内燃机车柴油机启动电源和辅助系统供电电源，不仅无污染，同时具有充放电倍率高、能量密度高、循环寿命长，无记忆效应等特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：1、一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：包括镍氢蓄电池组以及与镍氢蓄电池组连接的供电电路；

所述的供电电路包括闸刀开关、他励励磁绕组、励磁接触器、电机串励绕组、启动接触器以及启动发电机；

所述的闸刀开关分别连接镍氢蓄电池组的正、负极；

所述的他励励磁绕组与励磁接触器连接，所述的电机串励绕组分别与启动接触器以及启动发电机连接；他励励磁绕组与励磁接触器连接后与电机串励绕组、启动接触器、以及启动发电机并联；

所述的供电电路还包括充电装置以及二极管，所述的二极管的一端与镍氢蓄电池组连接，另一端通过充电装置连接于电机穿励绕组与启动发电机之间；柴油机启动后，所述的充电装置以及二极管给镍氢蓄电池组充电；当镍氢蓄电池组充满电后，所述的充电装置断开停止充电。

内燃机车在柴油机启动时，所述的镍氢蓄电池组通过供电电路提供启动电源，使启动发电机作为串励电动机工作，通过启动变速箱变速后拖动柴油机至发火转速，同时为内燃机车上的其他负载提供控制用电；内燃机车在柴油机启动后，所述的镍氢蓄电池组可以通过供电电路提供供电电源，也可以通过变速箱带动启动电动机旋转，使启动发电机作为他励发电机工作，提供恒定的直流电。

进一步的说，本实用新型柴油机启动时，所述的镍氢蓄电池组、闸刀开关、电机串励绕组、启动接触器以及启动发电机构成启动时的供电回路。

再进一步的说，本实用新型柴油机启动时，所述的闸刀开关和启动接触器闭合，镍氢蓄电池组与负载相连，所述的电机串励绕组给启动发电机励磁。

进一步的说，本实用新型柴油机启动后，所述的镍氢蓄电池组、闸刀开关、他励励磁绕组、励磁接触器以及启动发电机构成启动后的供电回路。

再进一步的说，本实用新型柴油机启动后，所述的闸刀开关闭合，所述的启动接触器断开，所述的启动发电机通过他励励磁绕组励磁，此时启动发电机变成发电机工作。

又进一步的说，本实用新型所述的镍氢蓄电池组具有多个电池模块，每个电池模块由多个单体镍氢蓄电池组成，所述的电池模块的箱体盖板上引出一对正、负极接线柱，电池模块与电池模块之间通过正、负极接线柱用线缆连接。

进一步的说，本实用新型所述的充电装置包括主接触器、预充电接触器和预充电电阻。

本实用新型的有益效果是：充放电速度快，兼有电池和电容双重特性，连续充放电倍率2～3C,瞬间可达20C；使用循环寿命长，能够解决目前由于铅酸电池低温性能差造成机车起机困难的问题和低温下蓄电池容易亏电的问题；重量轻、体积空间小，节约50％以上的体积空间；实现模块化组装，大大降低施工工作量，提高工作效率。

附图说明

图1是本实用新型的供电系统的启动和充电电路示意图；

图2是现有机车用铅酸蓄电池组布局图；

图3是本实用新型用镍氢蓄电池组布局图；

图中：1、镍氢蓄电池组；2、闸刀开关；3、励磁接触器；4、他励励磁绕组；5、启动接触器；6、电机串励绕组；7、电机；8、充电装置；9、二极管。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，包括镍氢蓄电池组1以及与镍氢蓄电池组连接的供电电路；内燃机车的柴油机启动时，所述的镍氢蓄电池组通过供电电路提供启动电源，使启动发电机作为串励电动机工作，通过启动变速箱变速后拖动柴油机至发火转速；所述的内燃机车的柴油机启动后，所述的镍氢蓄电池组通过供电电路提供供电电源，使启动发电机作为他励发电机工作，提供恒定的直流电。

供电电路包括镍氢蓄电池组1、闸刀开关2、他励励磁绕组4、励磁接触器 3、电机串励绕组6、启动接触器5以及启动发电机7；所述的闸刀开关分别连接镍氢蓄电池组的正、负极；所述的他励励磁绕组4与励磁接触器3连接，所述的电机串励绕组6分别与启动接触器5以及启动发电机连接。

在柴油机启动时，镍氢蓄电池组1通过闸刀开关2闭合与负载电路相连，启动接触器5闭合，通过启动电机串励绕组6给启动发电机励磁，使启动发电机7启动，通过启动变速箱变速后拖动柴油机至发火转速，从而启动柴油机，柴油机进入正常运转；

在这个过程中，蓄电池组需要大电流放电，原铅酸电池的放电速度和放电倍率小，造成启动缓慢，启动时间加长，柴油机缸内没有完全燃烧的碳形成大量浓烟，这部分浓烟排入大气，造成环境污染。另外铅酸电池这种大电流放电过程会影响电池的使用寿命。而采用镍氢电池后，这种电池所具有的快速放出大电流的特性，可以加速柴油机的启动，缩短启动时间，减少浓烟的排放，减少环境污染。

柴油机启动后，闸刀开关2仍闭合，启动接触器断开，启动电动机通过他励励磁绕组4给电机励磁，此时电动机变成发电机。

供电电路还包括充电装置8以及二极管9，柴油机启动后，所述的充电装置 8以及二极管9给镍氢蓄电池组1充电；当镍氢蓄电池组充满电后，所述的充电装置断开停止充电。铅酸电池一般只有0.2C倍率的电流充电，而镍氢电池可以以2C倍率大电流充电，节约充电时间。

镍氢蓄电池组由82节单体镍氢蓄电池组成，将18节单体镍氢电池为一个模块，模块引出1对接线柱用于接线。整个电池组由4个18节单体组成的模块和1个由10节单体组成模块组成。机车整个电池组外部只需接6根线。而原来的铅酸电池每节电池单体上就有2对接线柱，48个电池相连需要连接121跟线缆，大大节约施工现场的工作量，节约工作时间，提高生产效率。

镍氢蓄电池组可代替原车铅酸蓄电池组作为机车柴油机启动电源和机车控制系统供电电源，安装与原机车蓄电箱内。原铅酸电池组的方案如附图2所示，需要12个蓄电池箱放置总共1800kg，而镍氢电池的具体实施应用方案见附图3 所示，只需5个同样大小的蓄电池箱就可以放下，约600kg,所以可以减轻机车重量和降低体积空间，提升机车的空间利用率。

采用镍氢蓄电池作为内燃机车柴油机启动电源，具有如下优点：

1、镍氢电池的充放电速度快，兼有电池和电容双重特性，连续充放电倍率 2～3C,瞬间可达20C。内燃机车上常用的铅酸电池的连续充放电倍率约为0.2C，最大瞬间放电倍率约5C；镍氢电池放电倍率大，能够加速柴油机的启动时间，由此可以降低由于铅酸电池大电流放电响应慢造成柴油机起机时产生黑烟的量；同时镍氢电池的快速充电，能够早短时间内把亏电的蓄电池充至可使用容量。

2、镍氢电池的使用循环寿命长，全充全放3000次，而内燃机车常用铅酸电池的全充全放约500次，寿命延长约6倍；

3、镍氢电池的温度适应型宽，镍氢蓄电池可在-40℃-+55℃环境中正常充放电，而常用铅酸电池的在低温时只能放出约40％的电量，所以能够解决目前由于铅酸电池低温性能差造成机车起机困难的问题和低温下蓄电池容易亏电的问题；

4、镍氢蓄电池组重量轻，根据内燃机车的配置要求，需要48个NM450铅酸电池成组，重量约为1800kg，如更换成镍氢电池后，匹配系统的重量仅为600kg, 节省2/3的重量；

5、镍氢电池组体积空间小，根据内燃机车的配置要求，原来铅酸电池需要 12个蓄电池箱，替换成镍氢电池后，只需要5个同等大小的蓄电池箱。节约50％以上的体积空间；

6、每箱镍氢蓄电池组进行模块化设计。将18节单体内部连接后组成一个电池模块，在模块箱体的盖板上指引出一对正负极接线柱，机车整个电池组外部只需接6根线。而原来的铅酸电池每个电池单体上就有2对接线柱，48个电池相连需要连接121跟线缆。替换镍氢蓄电池组后，实现模块化组装，大大降低施工工作量，提高工作效率。

7、镍氢蓄电池的安全环保，环境友好性高。

以上说明书中描述的只是本实用新型的具体实施方式，各种举例说明不对本实用新型的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离实用新型的实质和范围。

Claims (7)

1.一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：包括镍氢蓄电池组以及与镍氢蓄电池组连接的供电电路；

所述的供电电路包括闸刀开关、他励励磁绕组、励磁接触器、电机串励绕组、启动接触器以及启动发电机；

所述的闸刀开关分别连接镍氢蓄电池组的正、负极；

所述的他励励磁绕组与励磁接触器连接，所述的电机串励绕组分别与启动接触器以及启动发电机连接；他励励磁绕组与励磁接触器连接后与电机串励绕组、启动接触器、以及启动发电机并联；

所述的供电电路还包括充电装置以及二极管，所述的二极管的一端与镍氢蓄电池组连接，另一端通过充电装置连接于电机穿励绕组与启动发电机之间；柴油机启动后，所述的充电装置以及二极管给镍氢蓄电池组充电；当镍氢蓄电池组充满电后，所述的充电装置断开停止充电。

2.如权利要求1所述的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：柴油机启动时，所述的镍氢蓄电池组、闸刀开关、电机串励绕组、启动接触器以及启动发电机构成启动时的供电回路。

3.如权利要求2所述的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：柴油机启动时，所述的闸刀开关和启动接触器闭合，镍氢蓄电池组与负载相连，所述的电机串励绕组给启动发电机励磁。

4.如权利要求1所述的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：柴油机启动后，所述的镍氢蓄电池组、闸刀开关、他励励磁绕组、励磁接触器以及启动发电机构成启动后的供电回路。

5.如权利要求4所述的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：柴油机启动后，所述的闸刀开关闭合，所述的启动接触器断开，所述的启动发电机通过他励励磁绕组励磁，此时启动发电机变成发电机工作。

6.如权利要求1所述的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：所述的镍氢蓄电池组具有多个电池模块，每个电池模块由多个单体镍氢蓄电池组成，所述的电池模块的箱体盖板上引出一对正、负极接线柱，电池模块与电池模块之间通过正、负极接线柱用线缆连接。

7.如权利要求1所述的一种内燃机车用镍氢电池供电系统，其特征在于：所述的充电装置包括主接触器、预充电接触器和预充电电阻。

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