CN219635194U - 一种电动轨道机车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动轨道机车，该电动轨道机车包括牵引车头、车架、负载、总控模块和换电电源；所述换电电源可拆卸的设置在所述车架上，所述换电电源用于给所述负载提供电能；所述负载用于得电时驱动所述牵引车头运行；所述牵引车头与所述车架连接，所述牵引车头用于运行时带动所述车架运动；所述总控模块与所述换电电源电连接，用于控制所述换电电源的电能输出。通过采用上述方案，解决了现有的轨道机车难以在成本较低的同时具有较长的续航的问题。

Description

一种电动轨道机车

技术领域

本实用新型涉及电池系统的技术领域，尤其涉及一种电动轨道机车。

背景技术

随着新能源行业不断发展，动力锂电池凭借着其节能、环保的优势，正从传统汽车渗透到其他特殊车辆中，例如轨道机车行业。

传统的轨道机车通常使用燃油发动机作为驱动力，受限于其高耗能、污染重的特性，机车生产企业逐步考虑用电力代替内燃机，例如我们出行常坐的动车组，其通过架线式线缆获得电力，为整个动车组提供电力；但是这种线缆成本高昂，还需要配置一定的基础建设，基础设施投资高，所以这种方案很难让机车终端用户接受。于是一些机车生产企业开始考虑用锂电池替代内燃机来作为主动力，但是锂电池带来的续航问题一直让人担忧。目前也有选择锂电池和内燃机混合使用的方案，但是其原理结构比较复杂，开发成本高。故如何在续航与成本之间找到一个合适的方案，是本行业设计人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电动轨道机车，以解决现有的轨道机车难以在成本较低的同时具有较长的续航的问题。

根据本实用新型的一方面，提供了一种电动轨道机车，该电动轨道机车包括牵引车头、车架、负载、总控模块和换电电源；

所述换电电源可拆卸的设置在所述车架上，所述换电电源用于给所述负载提供电能；

所述负载用于得电时驱动所述牵引车头运行；

所述牵引车头与所述车架连接，所述牵引车头用于运行时带动所述车架运动；

所述总控模块与所述换电电源电连接，用于控制所述换电电源的电能输出。

在本实用新型的可选实施例中，所述牵引车头上设有备用电源，所述备用电源与所述负载电连接，用于给所述负载提供电能。

在本实用新型的可选实施例中，所述备用电源包括第一电池簇组和总汇流模块，所述换电电源包括第二电池簇组和汇流模块；

所述第一电池簇组和所述第二电池簇组均用于提供直流电；

所述第一电池簇组的输出端与所述总汇流模块的第一输入端电连接；

所述第二电池簇组的输出端与所述汇流模块的输入端电连接，所述汇流模块的输出端与所述总汇流模块的第二输入端电连接，所述汇流模块用于汇总所述第二电池簇组的电流并输入所述总汇流模块；

所述总汇流模块的输出端与所述负载电连接，所述总汇流模块用于汇总所述第一电池簇组和所述第二电池簇组的电流，并向所述负载输出电流。

在本实用新型的可选实施例中，所述汇流模块的输入端和输出端之间连接有汇流输入线，所述汇流输入线上电连接有汇流控制开关，所述汇流控制开关用于控制所述汇流输入线的通断；

所述总控模块与所述汇流控制开关电连接，用于控制所述汇流控制开关的启闭。

在本实用新型的可选实施例中，所述总汇流模块的第一输入端和输出端之间电连接有备用电源输入线，所述总汇流模块的第二输入端和输出端之间电连接有换电电源输入线；

所述备用电源输入线上电连接有第一总汇控制开关，所述第一总汇控制开关用于控制所述备用电源输入线的通断，所述总控模块与所述第一总汇控制开关电连接，用于控制所述第一总汇控制开关的启闭；

所述换电电源输入线上电连接有第二总汇控制开关，所述第二总汇控制开关用于控制所述换电电源输入线的通断，所述总控模块与所述第二总汇控制开关电连接，用于控制所述第二总汇控制开关的启闭。

在本实用新型的可选实施例中，所述备用电源输入线、所述换电电源输入线和所述汇流输入线的至少一个上设有电流传感器。

在本实用新型的可选实施例中，所述牵引车头上还设有用于从外部直流供电装置受电的受流装置；

所述总汇流模块与受电端与所述受流装置电连接，用于从所述受流装置获取电能并给所述第一电池簇组和所述第二电池簇组充电。

在本实用新型的可选实施例中，所述受流装置包括受电弓，所述受电弓与所述备用电源输入线和所述换电电源输入线均电连接。

在本实用新型的可选实施例中，所述第一电池簇组和所述第二电池簇组均包括多个电池簇，所述电池簇包括高压箱，所述高压箱内设有正极输出线、负极输出线、电池包和接触器；

所述电池包的数量为多个，多个所述电池包串联在所述正极输出线和所述负极输出线之间，以通过所述正极输出线和所述负极输出线输出电流；

所述接触器的数量为两个，一个所述接触器电连接于所述正极输出线上，另一个所述接触器电连接于所述负极输出线上；

所述总控模块与所述接触器均电连接，所述总控模块用于控制所述接触器的通断以控制电流输出的通断。

在本实用新型的可选实施例中，所述电池簇还包括水冷机组，所述总控模块与所述水冷机组电连接，用于控制所述水冷机组冷却或加热所述电池包；

和/或，所述电池簇还包括消防机组，所述消防机组包括火焰探测器、驱动泵、消防管路、喷嘴和罐体；所述喷嘴通过所述消防管路与所述罐体连通，所述罐体用于存储灭火剂，所述驱动泵用于驱动所述喷嘴喷出灭火剂；

所述火焰探测器用于探测火灾情况并生成火灾信号，所述总控模块的输入端与所述火焰探测器电连接，所述总控模块的控制端与所述驱动泵电连接，用于基于所述火灾信号控制所述驱动泵的启闭。

在本实用新型的可选实施例中，所述电动轨道机车还包括交流输入线，所述交流输入线用于接入外部交流电并反馈充电信号；

所述备用电源还包括总配电模块，所述总配电模块包括第一车载充电机，所述第一车载充电机的输入端与所述交流输入线电连接，所述第一车载充电机的输出端与所述总汇流模块电连接，所述第一车载充电机用于将外部交流电转换为直流电；

所述第一车载充电机的输入端与所述交流输入线之间电连接有第一充电控制开关，所述第一车载充电机的输出端与所述总汇流模块之间设有第二充电控制开关；

所述总控模块与所述第一充电控制开关和所述第二充电控制开关均电连接，用于基于所述充电信号控制所述第一充电控制开关和所述第二充电控制开关的通断。

在本实用新型的可选实施例中，所述换电电源还包括配电模块，所述配电模块包括第二车载充电机，所述第二车载充电机的输入端与所述交流输入线电连接，所述第二车载充电机的输出端与所述第二电池簇组电连接，所述第二车载充电机用于将外部交流电转换为直流电；

所述第二车载充电机的输入端与所述交流输入线之间电连接有第三充电控制开关，所述第二车载充电机的输出端与所述第二电池簇组之间设有第四充电控制开关；

所述总控模块与所述第三充电控制开关和所述第四充电控制开关均电连接，用于基于所述充电信号控制所述第三充电控制开关和所述第四充电控制开关的通断。

在本实用新型的可选实施例中，所述总配电模块还包括辅助电池、DC/DC转换器和逆变器，所述逆变器包括380V逆变器、220V逆变器中的至少一个；

所述辅助电池的输出端与所述DC/DC转换器的输入端电连接，所述DC/DC转换器的输出端与所述逆变器电连接。

在本实用新型的可选实施例中，所述电动轨道机车还包括路由器和人机交互模块；

所述辅助电池与所述路由器、所述人机交互模块和所述总控模块中的至少一个电连接，以对所述路由器、所述人机交互模块和所述总控模块中的至少一个进行供电。

本实用新型实施例的技术方案，通过设置可拆卸的换电电源对负载进行供电，换电电源可装在电动轨道机车上进行充电，也可拆卸出来在地面上进行充电，充电方式更灵活，同时电动轨道机车可与沿途充电站进行配合，根据里程需求更换换电电源，确保机车连续运输，可以提高纯电动轨道机车的续航里程。此方式不需要通过架线式线缆获得电力，故成本较低，解决了现有的轨道机车难以在成本较低的同时具有较长的续航的问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电动轨道机车的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电动轨道机车的电路连接框图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种电动轨道机车的电路连接框图；

图4是本实用新型实施例提供的一种汇流模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的一种总汇流模块的电路原理图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种电动轨道机车的电路连接框图；

图7是本实用新型实施例提供的一种第一电池簇组的结构框图；

图8是本实用新型实施例提供的一种第二电池簇组的结构框图；

图9是本实用新型实施例提供的一种电池簇组的结构框图；

图10是本实用新型实施例提供的一种消防机组的结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的一种总配电模块的电路原理图；

图12是本实用新型实施例提供的一种配电模块的电路原理图；

图13为本实用新型实施例提供的一种电动轨道机车的电路连接框图。

其中：1、牵引车头；2、车架；3、负载；4、总控模块；5、换电电源；51、第二电池簇组；52、汇流模块；521、汇流输入线；522、汇流控制开关；53、配电模块；531、第二车载充电机；532、第三充电控制开关；533、第四充电控制开关；6、备用电源；61、第一电池簇组；62、总汇流模块；621、备用电源输入线；622、换电电源输入线；623、第一总汇控制开关；624、第二总汇控制开关；63、总配电模块；631、第一车载充电机；632、第一充电控制开关；633、第二充电控制开关；634、辅助电池；635、DC/DC转换器；636、逆变器；6361、380V逆变器；6362、220V逆变器；7、电流传感器；8、受流装置；81、受电弓；9、电池簇；91、高压箱；92、正极输出线；93、负极输出线；94、电池包；95、接触器；96、主控模块；97、水冷机组；98、消防机组；981、火焰探测器；982、驱动泵；983、消防管路；984、喷嘴；985、罐体；10、交流输入线；11、路由器；12、人机交互模块；13、拖厢；14、外部直流供电装置；15、整车控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本实用新型实施例提供的一种电动轨道机车的结构示意图，图1为本实用新型实施例提供的一种电动轨道机车的电路连接框图，如图1和图2所示，该电动轨道机车包括牵引车头1、车架2、负载3、总控模块4和换电电源5。

换电电源5可拆卸的设置在车架2上，换电电源5用于给负载3提供电能。

负载3用于得电时驱动牵引车头1运行。

牵引车头1与车架2连接，牵引车头1用于运行时带动车架2运动。

总控模块4与换电电源5电连接，用于控制换电电源5的电能输出。

其中，换电电源5是指能够给整个电动轨道机车提供电能的电源。换电电源5可拆卸的方式有多种，例如可将换电电源5上需要与电动轨道机车上其他部件进行电连接的部分由触点或连接头引出，车架2上也设有与触点或连接头相对应的触点或连接座，通过触点与触点相接触实现换电电源5与电动轨道机车上其他部件的电连接，或者通过连接头与连接座相连接实现换电电源5与电动轨道机车上其他部件的电连接，在此不对换电电源5可拆卸连接的具体方式做具体限定，只是举例说明。

负载3是指电动轨道机车在启动时需要用电的部件，例如负载3可包括电机变频器、直流转交流模块电源、直流转直流模块电源等，当负载3得电时牵引车头1便能够运行。

由于牵引车头1与车架2连接，所以牵引车头1运行时车架2也会跟随牵引车头1运动，实现整个电动轨道机车一起运行。优选的，车架2上设有多个拖厢13，拖厢13用于运输货物，换电电源5设置在拖厢13与牵引车头1之间。通过此方式，换电电源5距离牵引车头1较近，能够更好的为牵引车头1提供牵引动力。

总控模块4是指电动轨道机车用于对电池管理进行总体逻辑控制的模块，其可由具有逻辑控制功能的器件制成，例如DSP、MCU、FPGA中的一种。

上述方案，通过设置可拆卸的换电电源5对负载3进行供电，换电电源5可装在电动轨道机车上进行充电，也可拆卸出来在地面上进行充电，充电方式更灵活，同时电动轨道机车可与沿途充电站进行配合，根据里程需求更换换电电源5，确保机车连续运输，可以提高纯电动轨道机车的续航里程。此方式不需要通过架线式线缆获得电力，故成本较低，解决了现有的轨道机车难以在成本较低的同时具有较长的续航的问题。

在本实用新型的可选实施例中，如图1和图3所示，牵引车头1上设有备用电源6，备用电源6与负载3电连接，用于给负载3提供电能。

其中，备用电源6是指换电电源5无法给负载3供电时用于给负载3提供电能的电源，当牵引车头1拖载时，备用电源6能够给负载3供电以给牵引车头1提供牵引动力。牵引车头1带载时便可通过换电电源5给负载3供电以给牵引车头1提供牵引动力。

优选的，牵引车头1具有牵引车厢，牵引车厢内设有用电设备，备用电源6还用于给用电设备提供辅助用电，用电设备可包括空调、暖风机、空压机和干燥机等。

在本实用新型的可选实施例中，备用电源6包括第一电池簇组61和总汇流模块62，换电电源5包括第二电池簇组51和汇流模块52。

第一电池簇组61和第二电池簇组51均用于提供直流电。

第一电池簇组61的输出端与总汇流模块62的第一输入端电连接。

第二电池簇组51的输出端与汇流模块52的输入端电连接，汇流模块52的输出端与总汇流模块62的第二输入端电连接，汇流模块52用于汇总第二电池簇组51的电流并输入总汇流模块62。

总汇流模块62的输出端与负载3电连接，总汇流模块62用于汇总第一电池簇组61和第二电池簇组51的电流，并向负载3输出电流。

其中，第一电池簇组61和第二电池簇组51是指用于提供直流电的组件，汇流模块52是指用于对第二电池簇组51的电流进行汇总的模块。总汇流模块62是指用于对第一电池簇组61和第二电池簇组51电流进行汇总的模块，即不仅对牵引车头1内的备用电源6的第一电池簇组61的电流进行汇总，还承担了换电电源5的汇流模块52输入过来的电流的汇总。汇总后再根据负载3的需求向负载3输出电流，以使负载3得电运行。

上述方案，汇流模块52对第二电池簇组51的电流进行汇总，然后输入到总汇流模块62，总汇流模块62对第一电池簇组61和第二电池簇组51电流进行汇总，然后根据负载3的需求向负载3输出电流，所以通过总汇流模块62，既能够选择第二电池簇组51对负载3提供电流，也能够选择第一电池簇组61向负载3提供电流，在牵引车头1带载时可通过换电电源5中的第二电池簇组51向负载3输出电流，在牵引车头1脱载时能够通过备用电源6中的第一电池簇组61向负载3输出电流。

在上述实施例的基础上，如图4所示，汇流模块52的输入端和输出端之间连接有汇流输入线521，汇流输入线521上电连接有汇流控制开关522，汇流控制开关522用于控制汇流输入线521的通断；总控模块4与汇流控制开关522电连接，用于控制汇流控制开关522的启闭。

其中，如图3和图4所示，汇流控制开关522可为常开开关，汇流控制开关522闭合时汇流输入线521导通，此时第二电池簇组51的电流能够经过汇流输入线521输出至总汇流模块62，汇流控制开关522打开时汇流输入线521断开，第二电池簇组51的电流无法输出至总汇流模块62。故总控模块4通过控制汇流控制开关522，便能够控制汇流模块52是否汇总第二电池簇组51的电流将其输入至总汇流模块62。

在上述实施例的基础上，如图5所示，总汇流模块62的第一输入端和输出端之间电连接有备用电源输入线621，总汇流模块62的第二输入端和输出端之间电连接有换电电源输入线622。

备用电源输入线621上电连接有第一总汇控制开关623，第一总汇控制开关623用于控制备用电源输入线621的通断，总控模块4与第一总汇控制开关623电连接，用于控制第一总汇控制开关623的启闭。

换电电源输入线622上电连接有第二总汇控制开关624，第二总汇控制开关624用于控制换电电源输入线622的通断，总控模块4与第二总汇控制开关624电连接，用于控制第二总汇控制开关624的启闭。

其中，如图3和图5所示，由于备用电源输入线621电连接在总汇流模块62的第一输入端和输出端之间，而第一电池簇组61的电流由总汇流模块62的第一输入端输入，所以当第一总汇控制开关623打开使备用电源输入线621断开时，第一电池簇组61的电流无法输出至负载3，当第一总汇控制开关623闭合使备用电源输入线621导通时，第一电池簇组61的电流能够输出至负载3给负载3提供电能，所以总控模块4通过控制第一总汇控制开关623的启闭，便能够控制备用电源6是否给负载3提供电能。

由于换电电源输入线622电连接在总汇流模块62的第二输入端和输出端之间，而第二电池簇组51的电流由总汇流模块62的第二输入端输入，所以当第二总汇控制开关624打开使换电电源输入线622断开时，第二电池簇组51的电流无法输出至负载3，当第二总汇控制开关624闭合使换电电源输入线622导通时，第二电池簇组51的电流能够输出至负载3给负载3提供电能，所以总控模块4通过控制第二总汇控制开关624的启闭，便能够控制换电电源5是否给负载3提供电能。

示例性的，如图4和图5所示，备用电源输入线621、换电电源输入线622和汇流输入线521的至少一个上设有电流传感器7。

其中，通过电流传感器7能够检测到备用电源输入线621、换电电源输入线622和汇流输入线521的电流，根据电流大小能够判断该电动轨道机车是否存在运行风险，提高电动轨道机车运行的安全性。例如在电动轨道机车正常运行时，备用电源输入线621、换电电源输入线622和汇流输入线521的电流均有一个正常运行范围，通过确定电流是否超出对应的正常运行范围便可确定是否存在运行风险。例如也可在应用备用电源6供电时根据电流大小来判断电动轨道机车是否带载，如果电流大小超出相应的电流阈值便发出警告，防止电动轨道机车使用备用电源6去带载使用。

在本实用新型的可选实施例中，如图3和图6所示，牵引车头1上还设有用于从外部直流供电装置14受电的受流装置8；总汇流模块62与受电端与受流装置8电连接，用于从受流装置8获取电能并给第一电池簇组61和第二电池簇组51充电。

其中，外部直流供电装置14可为直流充电机，即常见的地面充电桩。受流装置8能够从外部直流供电装置14获取电能并给第一电池簇组61和第二电池簇组51充电。从而在第一电池簇组61和第二电池簇组51没电时能够给第一电池簇组61和第二电池簇组51充电。

在上述实施例的基础上，受流装置8包括受电弓81，受电弓81与备用电源输入线621和换电电源输入线622均电连接。

其中，受电弓81是从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上，通过受电弓81能够从外部直流供电装置14获取电能再传递给备用电源输入线621和换电电源输入线622，进而分配到第一电池簇组61和第二电池簇组51进行充电。

优选的，该电动轨道机车还包括路由器11，受电弓81通过路由器11与外部直流供电装置14无线WiFi通讯，通过此方式，电动轨道机车与外部直流供电装置14连接进行充电时，高压电通过受电弓81输入，由于通讯方式采用无线WiFi，所以电动轨道机车停车充电时位置更灵活，只要在合适距离范围内均可进行充电，使用方便。

在本实用新型的可选实施例中，如图7和图8所示，第一电池簇组61和第二电池簇组51均包括多个电池簇9，如图6和图9所示，电池簇9包括高压箱91，高压箱91内设有正极输出线92、负极输出线93、电池包94和接触器95。

电池包94的数量为多个，多个电池包94串联在正极输出线92和负极输出线93之间，以通过正极输出线92和负极输出线93输出电流。

接触器95的数量为两个，一个接触器95电连接于正极输出线92上，另一个接触器95电连接于负极输出线93上。

总控模块4与接触器95均电连接，总控模块4用于控制接触器95的通断以控制电流输出的通断。

其中，接触器95分为交流接触器95(电压AC)和直流接触器95(电压DC)，它应用于电力、配电与用电场合。接触器95广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载3的电器。故当接触器95断开时，电池包94的电能无法输出，当接触器95闭合时，电池包94的电能能够通过正极输出线92和负极输出线93输出。通过使总控模块4与接触器95电连接，能够控制接触器95的通断，进而能够控制电池包94电流的输出，由于第一电池簇组61和第二电池簇组51均包括多个电池簇9，所以设置接触器95能够控制单个电池簇9的单簇电流输出的通断。

在本实用新型的可选实施例中，电池簇9还包括水冷机组97，总控模块4与水冷机组97电连接，用于控制水冷机组97冷却或加热电池包94。

其中，水冷机组97包括四个主要组成部分：压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀，从而实现了机组制冷制热效果，总控模块4通过与水冷机组97电连接，便可控制水冷机组97加热或者冷却电池包94，使得电池包94的内部温度处于一个合理的温度范围内。

在本实用新型的可选实施例中，如图9和图10所示，电池簇9还包括消防机组98，消防机组98包括火焰探测器981、驱动泵982、消防管路983、喷嘴984和罐体985；喷嘴984通过消防管路983与罐体985连通，罐体985用于存储灭火剂，驱动泵982用于驱动喷嘴984喷出灭火剂；火焰探测器981用于探测火灾情况并生成火灾信号，如图6所示，总控模块4的输入端与火焰探测器981电连接，总控模块4的控制端与驱动泵982电连接，用于基于火灾信号控制驱动泵982的启闭。

其中，火焰探测器981(flame detector)是探测在物质燃烧时，产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见的或大气中没有的不可见的光辐射，火灾信号是指火焰探测器981对高压箱91内部的火灾情况进行探测得到的信号。当电池包94出现火灾时，火焰探测器981能够探测得到火灾信号，然后总控模块4控制驱动泵982启动，此时喷嘴984会将罐体985内的灭火剂喷出进行灭火，起到灭火的作用，给电池簇9提供安全防护。

在本实用新型的可选实施例中，如图3所示，电动轨道机车还包括交流输入线10，交流输入线10用于接入外部交流电并反馈充电信号。

如图3和图11所示，备用电源6还包括总配电模块63，总配电模块63包括第一车载充电机631，第一车载充电机631的输入端与交流输入线10电连接，第一车载充电机631的输出端与总汇流模块62电连接，第一车载充电机631用于将外部交流电转换为直流电。

第一车载充电机631的输入端与交流输入线10之间电连接有第一充电控制开关632，第一车载充电机631的输出端与总汇流模块62之间设有第二充电控制开关633。

总控模块4与第一充电控制开关632和第二充电控制开关633均电连接，用于基于充电信号控制第一充电控制开关632和第二充电控制开关633的通断。

其中，电动轨道机车在充电时可能通过外部直流供电装置14进行充电，也可能通过接入外部交流电进行充电。第一车载充电机631是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

外部交流电通过交流输入线10输入第一车载充电机631，第一车载充电机631能够将外部交流电转换为直流电然后输入总汇流模块62，进而能够通过总汇流模块62给第一电池簇组61和第二电池簇组51充电。

第一充电控制开关632设置在第一车载充电机631的输入端与交流输入线10之间，所以第一充电控制开关632能够控制外部交流电是否输入第一车载充电机631，第二充电控制开关633设置在第一车载充电机631的输出端与总汇流模块62之间，所以第二充电控制开关633能够控制第一车载充电机631转换生成的直流电是否传递给总汇流模块62，故总控模块4通过控制第一充电控制开关632和第二充电控制开关633的通断，能够控制是否进行充电。

在上述实施例的基础上，如图3和图12所示，换电电源5还包括配电模块53，配电模块53包括第二车载充电机531，第二车载充电机531的输入端与交流输入线10电连接，第二车载充电机531的输出端与第二电池簇组51电连接，第二车载充电机531用于将外部交流电转换为直流电。

第二车载充电机531的输入端与交流输入线10之间电连接有第三充电控制开关532，第二车载充电机531的输出端与第二电池簇组51之间设有第四充电控制开关533。

总控模块4与第三充电控制开关532和第四充电控制开关533均电连接，用于基于充电信号控制第三充电控制开关532和第四充电控制开关533的通断。

其中，第二车载充电机531是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统(BMS)提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

外部交流电通过交流输入线10输入第二车载充电机531，第二车载充电机531能够将外部交流电转换为直流电然后输入第二电池簇组51，给第二电池簇组51充电。

第三充电控制开关532设置在第二车载充电机531的输入端与交流输入线10之间，所以第三充电控制开关532能够控制外部交流电是否输入第二车载充电机531，第四充电控制开关533设置在第二车载充电机531的输出端与第二电池簇组51之间，所以第四充电控制开关533能够控制第二车载充电机531转换生成的直流电是否传递给第二电池簇组51，故总控模块4通过控制第三充电控制开关532和第四充电控制开关533的通断，能够控制是否对第二电池簇组51进行充电。

在本实用新型的可选实施例中，如图11所示，总配电模块63还包括辅助电池634、DC/DC转换器635和逆变器636，逆变器636包括380V逆变器6361、220V逆变器6362中的至少一个。

辅助电池634的输出端与DC/DC转换器635的输入端电连接，DC/DC转换器635的输出端与逆变器636电连接。

其中，辅助电池634是用于给电动轨道机车提供启动用电的电池，DC/DC转换器635的电能来自于辅助电池634，用于电动轨道机车的充电唤醒上电等。优选的，辅助电池634为24V铅酸电池。

逆变器636能够将直流电转换为交流电，由于电动轨道机车上的部件工作需要使用交流电，通过逆变器636能够将直流转换为对应的交流电以提供电能。

优选的，如图12所示，配电模块53也包括辅助电池634、DC/DC转换器635和逆变器636，逆变器636包括380V逆变器6361、220V逆变器6362中的至少一个，辅助电池634的输出端与DC/DC转换器635的输入端电连接，DC/DC转换器635的输出端与逆变器636电连接，同时配电模块53的辅助电池634与总配电模块63的辅助电池634电连接。

在上述实施例的基础上，如图11所示，电动轨道机车还包括路由器11和人机交互模块12；辅助电池634与路由器11、人机交互模块12和总控模块4中的至少一个电连接，以对路由器11、人机交互模块12和总控模块4中的至少一个进行供电。

其中，人机交互模块12是指能够使人和计算机完成信息交换过程的模块，通过人机交互模块12，总控模块4能够得到用户发送的指令并执行相应的指令。

路由器11(Router)是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。通过路由器11，总控模块4能够与其他智能设备进行通信。

通过使辅助电池634与路由器11、人机交互模块12和总控模块4中的至少一个电连接，能够对路由器11、人机交互模块12和总控模块4中的至少一个进行供电，便于路由器11、人机交互模块12和总控模块4的正常使用。

以下以一个具体的实施例说明本方案的工作原理：如图13所示，电动轨道机车通常包括整车控制器15和主控模块96，用户一般通过整车控制器15发送上电信号，主控模块96用于对电池簇9进行电池管理，总控模块4和整车控制器15与主控模块96均电连接，以与整车控制器15和主控模块96进行数据交互。

放电工况下，当总控模块4接受到整车控制器15发过来的上电信号，其会检测接入的电池簇9的数量，根据电池簇9的数量，判断此时车辆状况，例如备用电源6及换电电源5中各有8个电池簇9，当总控模块4检测到16个电池簇9在线时，可认为此时是换电电源5工作模式，后期电动轨道机车内所有的电能都源自于机架上的换电电源5，于是发送相应的信号给总汇流模块62的第一总汇控制开关623和第二总汇控制开关624命令其断开。确定工作模式后，总控模块4便命令在线主控模块96对各自电池簇9内部的状态进行自检，看是否符合上电要求，如果一切正常，主控模块96便发动上电指令，令各个电池簇9的高压箱91中的接触器95闭合，从高压箱91中输出的电流全部输入到总汇流模块62中，准备完毕后，总控模块4与整车控制器15反馈准备就绪命令，待收到启动信号后，总控便命令第二总汇控制开关624闭合，此次换电电源5输出的电流会输入到负载3中，从而驱动整车运行；运行过程中如果遇到故障，总控模块4将会把故障信息发送给整车控制器15，整车控制器15根据故障等级做出相应的反馈。

当总控模块4检测到电池簇9为8个时，便默认此时为备用电源6工作模式，总控模块4将根据总汇流模块62中的电流传感器7所获取的电流大小去判断车辆是带载，如果超出相应电流阀值，总控模块4将会向整车控制系统发出警告，防止机车使用备用电源6去带载使用。

充电工况下，总控模块4首先会检测电池簇9的数量，判断此时车辆状况，如果未接入换电电源5，总控便根据接入充电信号进行判断充电方式是车载充电还是地面充电桩，车载充电即为接入外部交流电，通过车载充电机将其转换为直流电，地面充电桩即为一种外部直流供电装置14，直接提供直流电。

如果是车载充电且仅有备用电源6时，总控模块4控制高压箱91中的接触器95闭合，待接触器95全部闭合后，总控模块4再发送命令给总汇流模块62中的第一总汇控制开关623，命令其闭合，准备就绪后，主控模块96得到充电允许回复后，总控模块4将命令总配电模块63中的第一充电控制开关632和第二充电控制开关633闭合，外部输入进来的交流电经过第一车载充电机631进行整流，将直流电传输到各个电池簇9中，对其进行充电。

如果总控模块4检测到充电信号为地面充电桩且仅有备用电源6时，总控模块4首先发送命令以使各个电池簇9的高压箱91中的接触器95闭合，待接触器95全部闭合后，总控模块4再发送命令给总汇流模块62中的第一总汇控制开关623，命令其闭合，准备就绪后，主控模块96得到充电允许回复后，主控模块96将与整车控制器15进行通讯(CAN3),请求其升起受电弓81，外部输入进来的直流电经过受电弓81直接导入到车厢内的总汇流模块62，再分配到各电池簇9中，进行充电。

当电池系统总控检测到换电电源5接入时，由于换电电源5和备用电源6的电压不一致，所以充电时将根据优先级进行单独充电，给备用电源6充电时，其充电方式参照上述仅有备用电源6的方法。当给换电电源5充电时，总控便根据接入充电信号进行判断充电方式是车载充电还是地面充电桩。

如果是车载充电，总控模块4控制高压箱91中的接触器95闭合，待接触器95全部闭合后，总控模块4再发送命令给换电电源5中的汇流模块52中的汇流控制开关522，命令其闭合，准备就绪后，主控模块96得到充电允许回复后，总控模块4将命令换电电源5中的配电模块53中的第三充电控制开关532和第四充电控制开关533闭合，外部输入进来的交流电经过第二车载充电机531进行整流，将直流电传输到换电电源5各个电池簇9中，对其进行充电。

如果总控模块4检测到充电信号为地面充电桩(WIFI)，总控模块4控制高压箱91中的接触器95闭合，待接触器95全部闭合后，总控模块4再发送命令给换电电源5中汇流模块52中的汇流控制开关522，命令其闭合，准备就绪后，总控模块4再发送命令给备用电源6中总汇流柜中的第二总汇控制开关624，请求其关闭；主控模块96得到充电允许回复后，主控模块96将与整车控制器15进行通讯(CAN3),请求其升起受电弓81，外部输入进来的直流电经过受电弓81直接导入到车厢内的总汇流模块62，再传输到换电电源5中的汇流模块52中，最后再经过汇流模块52分配到换电电源5各电池簇9中，进行充电。

当换电电源5从机车上拆卸下来充电时，其充电方式只能为车载充电，由于换电电源5中没有总控模块4，充电前需要人工闭换电电源5的汇流柜中的汇流控制开关522，同时第二车载充电机531将与各个电池簇9中的主控模块96进行通讯，当外部电交流电输入到第二车载充电机531时，第二车载充电机531将交流电进行整流，再将整流过的直流电输入到汇流模块52中，汇流模块52再将直流电进行分配到各个电池簇9中，进行充电。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电动轨道机车，其特征在于，包括牵引车头(1)、车架(2)、负载(3)、总控模块(4)和换电电源(5)；

所述换电电源(5)可拆卸的设置在所述车架(2)上，所述换电电源(5)用于给所述负载(3)提供电能；

所述负载(3)用于得电时驱动所述牵引车头(1)运行；

所述牵引车头(1)与所述车架(2)连接，所述牵引车头(1)用于运行时带动所述车架(2)运动；

所述总控模块(4)与所述换电电源(5)电连接，用于控制所述换电电源(5)的电能输出。

2.根据权利要求1所述的电动轨道机车，其特征在于，所述牵引车头(1)上设有备用电源(6)，所述备用电源(6)与所述负载(3)电连接，用于给所述负载(3)提供电能。

3.根据权利要求2所述的电动轨道机车，其特征在于，所述备用电源(6)包括第一电池簇组(61)和总汇流模块(62)，所述换电电源(5)包括第二电池簇组(51)和汇流模块(52)；

所述第一电池簇组(61)和所述第二电池簇组(51)均用于提供直流电；

所述第一电池簇组(61)的输出端与所述总汇流模块(62)的第一输入端电连接；

所述第二电池簇组(51)的输出端与所述汇流模块(52)的输入端电连接，所述汇流模块(52)的输出端与所述总汇流模块(62)的第二输入端电连接，所述汇流模块(52)用于汇总所述第二电池簇组(51)的电流并输入所述总汇流模块(62)；

所述总汇流模块(62)的输出端与所述负载(3)电连接，所述总汇流模块(62)用于汇总所述第一电池簇组(61)和所述第二电池簇组(51)的电流，并向所述负载(3)输出电流。

4.根据权利要求3所述的电动轨道机车，其特征在于，所述汇流模块(52)的输入端和输出端之间连接有汇流输入线(521)，所述汇流输入线(521)上电连接有汇流控制开关(522)，所述汇流控制开关(522)用于控制所述汇流输入线(521)的通断；

所述总控模块(4)与所述汇流控制开关(522)电连接，用于控制所述汇流控制开关(522)的启闭。

5.根据权利要求4所述的电动轨道机车，其特征在于，所述总汇流模块(62)的第一输入端和输出端之间电连接有备用电源输入线(621)，所述总汇流模块(62)的第二输入端和输出端之间电连接有换电电源输入线(622)；

所述备用电源输入线(621)上电连接有第一总汇控制开关(623)，所述第一总汇控制开关(623)用于控制所述备用电源输入线(621)的通断，所述总控模块(4)与所述第一总汇控制开关(623)电连接，用于控制所述第一总汇控制开关(623)的启闭；

所述换电电源输入线(622)上电连接有第二总汇控制开关(624)，所述第二总汇控制开关(624)用于控制所述换电电源输入线(622)的通断，所述总控模块(4)与所述第二总汇控制开关(624)电连接，用于控制所述第二总汇控制开关(624)的启闭。

6.根据权利要求5所述的电动轨道机车，其特征在于，所述备用电源输入线(621)、所述换电电源输入线(622)和所述汇流输入线(521)的至少一个上设有电流传感器(7)。

7.根据权利要求5所述的电动轨道机车，其特征在于，所述牵引车头(1)上还设有用于从外部直流供电装置(14)受电的受流装置(8)；

所述总汇流模块(62)与受电端与所述受流装置(8)电连接，用于从所述受流装置(8)获取电能并给所述第一电池簇组(61)和所述第二电池簇组(51)充电。

8.根据权利要求7所述的电动轨道机车，其特征在于，所述受流装置(8)包括受电弓(81)，所述受电弓(81)与所述备用电源输入线(621)和所述换电电源输入线(622)均电连接。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的电动轨道机车，其特征在于，所述第一电池簇组(61)和所述第二电池簇组(51)均包括多个电池簇(9)，所述电池簇(9)包括高压箱(91)，所述高压箱(91)内设有正极输出线(92)、负极输出线(93)、电池包(94)和接触器(95)；

所述电池包(94)的数量为多个，多个所述电池包(94)串联在所述正极输出线(92)和所述负极输出线(93)之间，以通过所述正极输出线(92)和所述负极输出线(93)输出电流；

所述接触器(95)的数量为两个，一个所述接触器(95)电连接于所述正极输出线(92)上，另一个所述接触器(95)电连接于所述负极输出线(93)上；

所述总控模块(4)与所述接触器(95)均电连接，所述总控模块(4)用于控制所述接触器(95)的通断以控制电流输出的通断。

10.根据权利要求9所述的电动轨道机车，其特征在于，所述电池簇(9)还包括水冷机组(97)，所述总控模块(4)与所述水冷机组(97)电连接，用于控制所述水冷机组(97)冷却或加热所述电池包(94)；

和/或，所述电池簇(9)还包括消防机组(98)，所述消防机组(98)包括火焰探测器(981)、驱动泵(982)、消防管路(983)、喷嘴(984)和罐体(985)；所述喷嘴(984)通过所述消防管路(983)与所述罐体(985)连通，所述罐体(985)用于存储灭火剂，所述驱动泵(982)用于驱动所述喷嘴(984)喷出灭火剂；

所述火焰探测器(981)用于探测火灾情况并生成火灾信号，所述总控模块(4)的输入端与所述火焰探测器(981)电连接，所述总控模块(4)的控制端与所述驱动泵(982)电连接，用于基于所述火灾信号控制所述驱动泵(982)的启闭。

11.根据权利要求3至8中任一项所述的电动轨道机车，其特征在于，所述电动轨道机车还包括交流输入线(10)，所述交流输入线(10)用于接入外部交流电并反馈充电信号；

所述备用电源(6)还包括总配电模块(63)，所述总配电模块(63)包括第一车载充电机(631)，所述第一车载充电机(631)的输入端与所述交流输入线(10)电连接，所述第一车载充电机(631)的输出端与所述总汇流模块(62)电连接，所述第一车载充电机(631)用于将外部交流电转换为直流电；

所述第一车载充电机(631)的输入端与所述交流输入线(10)之间电连接有第一充电控制开关(632)，所述第一车载充电机(631)的输出端与所述总汇流模块(62)之间设有第二充电控制开关(633)；

所述总控模块(4)与所述第一充电控制开关(632)和所述第二充电控制开关(633)均电连接，用于基于所述充电信号控制所述第一充电控制开关(632)和所述第二充电控制开关(633)的通断。

12.根据权利要求11所述的电动轨道机车，其特征在于，所述换电电源(5)还包括配电模块(53)，所述配电模块(53)包括第二车载充电机(531)，所述第二车载充电机(531)的输入端与所述交流输入线(10)电连接，所述第二车载充电机(531)的输出端与所述第二电池簇组(51)电连接，所述第二车载充电机(531)用于将外部交流电转换为直流电；

所述第二车载充电机(531)的输入端与所述交流输入线(10)之间电连接有第三充电控制开关(532)，所述第二车载充电机(531)的输出端与所述第二电池簇组(51)之间设有第四充电控制开关(533)；

所述总控模块(4)与所述第三充电控制开关(532)和所述第四充电控制开关(533)均电连接，用于基于所述充电信号控制所述第三充电控制开关(532)和所述第四充电控制开关(533)的通断。

13.根据权利要求11所述的电动轨道机车，其特征在于，所述总配电模块(63)还包括辅助电池(634)、DC/DC转换器(635)和逆变器(636)，所述逆变器(636)包括380V逆变器(6361)、220V逆变器(6362)中的至少一个；

所述辅助电池(634)的输出端与所述DC/DC转换器(635)的输入端电连接，所述DC/DC转换器(635)的输出端与所述逆变器(636)电连接。

14.根据权利要求13所述的电动轨道机车，其特征在于，所述电动轨道机车还包括路由器(11)和人机交互模块(12)；

所述辅助电池(634)与所述路由器(11)、所述人机交互模块(12)和所述总控模块(4)中的至少一个电连接，以对所述路由器(11)、所述人机交互模块(12)和所述总控模块(4)中的至少一个进行供电。