CN212152979U - 一种双源供电轨道工程车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双源供电轨道工程车，包括动力车以及与所述动力车相连的作业车，动力车设置有动力电池组、内燃发电机组、综合电源柜和动力车用电负载，作业车设置有作业车用电负载，所述双源供电轨道工程车使用动力电池组或内燃发电机组作为整车总电源，且两种总电源之间能根据需要自由切换；所述动力电池组和内燃发电机组分别与综合电源柜相连并由综合电源柜切换两种总电源以实现对动力车用电负载和作业车用电负载的供电。借由上述技术方案，本实用新型采用双源配置方案，既能适用于在隧道等环境质量要求较高的环境中长时间运行，又能够保证车辆在作业运行时全程不需触网带电，保障地面操作人员安全。

Description

一种双源供电轨道工程车

技术领域

本实用新型属于铁路工程和维护车辆技术领域，特别涉及一种应用于铁路工程和设备维护领域的双源供电轨道工程车。

背景技术

当前，利用钢轨打磨/钢轨铣磨技术进行铁道线路维护已成为国内外轨道养护的共识。随着我国轨道交通行业的快速发展和各项环境保护政策的大力推行，使用内燃发电机组作为主要动力电源的传统钢轨打磨/铣磨车辆将逐渐退出各大用户的采购需求清单。近年来，我国的轻轨、地铁、高铁、有轨电车等各种新型轨道交通产品大量应用，轨道打磨/铣磨的作业环境千差万别，如在地铁隧道等区域进行作业时，内燃机尾气难以排出，大量有毒气体和粉尘对作业人员的身体健康带来很大伤害。同时，内燃机还存在工作效率低、噪声大、燃料消耗量大等缺点。轨道打磨/铣磨车辆在作业时需要操作人员随时监控或检查车辆状态和作业效果，而采用电力接触网作为主要动力电源的车辆在运行时由于导轨或架空线网带有高压电，对操作人员的安全存在很大威胁。

在现有技术中，与本申请较为接近的技术方案是授权公告号为CN104742918B，发明名称为双动力源地铁电传动钢轨打磨车及其动力切换方法，该发明钢轨打磨车采用地铁接触网和内燃发电机组作为双电源备份供电，在有电区通过接触网取电运行，在无电区采用内燃发电机组供电运行。该发明在部分程度上缓解了传统钢轨打磨车辆完全采用内燃发电机组供电运行的效率、污染、震动、噪声等各种问题和缺点，实现了双电源备份供电。但是，该发明描述的钢轨打磨车不能满足行业内越来越严格的安全要求，如有些地铁公司要求钢轨打磨车禁止触网作业，避免钢轨带电，保障相关作业人员的安全。因此，在这类情形下，该发明描述的钢轨打磨车等同于传统单一内燃发电机组驱动的钢轨打磨车，在清洁能源使用效率和用电安全方面都存在较大缺陷。

现有技术与本申请较为接近的另一技术方案是公开号为CN107299567A的中国发明专利《一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车》，该发明的钢轨铣磨车采用电力接触网和蓄电池组作为双动力电源备份供电。车辆在有电区通过接触网取电运行，并同时给蓄电池充电；在无电区可由蓄电池为车辆临时供电。该发明解决了内燃发电机组供电车辆的效率、污染、震动、噪声等问题，实现了工作全程零排放的目标效果。但是，该发明却仍然存在车辆触网运行时不可避免的操作人员的安全隐患问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双源供电轨道工程车，其既能适用于在隧道等环境质量要求较高的环境中长时间运行，又能够保证车辆在作业运行时全程不需触网带电，保障地面操作人员安全；且车辆运行安全稳定，环境危害小、噪声较小、低震动甚至无震动、铣磨切削效果优秀。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的双源供电轨道工程车，包括动力车以及与所述动力车相连的作业车，所述动力车设置有动力电池组、内燃发电机组、综合电源柜和动力车用电负载，所述作业车设置有作业车用电负载，所述双源供电轨道工程车使用动力电池组或内燃发电机组作为整车总电源，且两种总电源之间能根据需要自由切换；所述动力电池组和内燃发电机组分别与综合电源柜相连并由综合电源柜切换两种总电源以实现对动力车用电负载和作业车用电负载的供电。

本实用新型的目的还采用以下技术措施来进一步实现。

前述的双源供电轨道工程车，其中综合电源柜设置有双向DC/DC变换模块、整流模块、逆变功率模块、工频稳压模块、AC/DC充电模块以及充电接口，其中充电接口包括三相市电接口和直流快充接口，

所述动力电池组提供的直流电依次经过双向DC/DC变换模块、逆变功率模块和工频稳压模块后，转变为稳压定频的三相交流电供所述双源供电轨道工程车的各用电负载使用；

所述内燃发电机组提供的三相交流电依次经过整流模块、逆变功率模块和工频稳压模块后，转变为稳压定频的三相交流电供所述双源供电轨道工程车的各用电负载使用；

所述内燃发电机组提供的三相交流电依次经过整流模块、逆变功率模块和双向DC/DC变换模块后转变为直流电给动力电池组充电；

所述三相市电接口将车辆外部电源提供的三相工频交流市电经过所述AC/DC充电模块后转变为直流电给动力电池组充电；

所述直流快充接口将车辆外部提供的直流充电桩与动力电池组连接进行快速充电。

前述的双源供电轨道工程车，其中综合电源柜还设置有控制单元、执行开关，其中控制单元输出控制所述执行开关从而完成总电源的接入、断开、切换和切断输出动作。

前述的双源供电轨道工程车，其中综合电源柜还设置有串联于各电回路中的过流保护元件。

前述的双源供电轨道工程车，其中执行开关包括发电机输出开关K2、电池模组扩展开关Kb1至Kbn、动力电池组输出总开关K1、交流充电开关K3、直流充电开关K4和输出开关K5。

前述的双源供电轨道工程车，其中动力电池组包括电池管理系统和n个相互并联的动力电池模组，所述电池模组扩展开关Kb1至Kbn分别与对应的第一动力电池模组至第n动力电池模组串联，然后再相互并联连接于所述动力电池组输出总开关K1一端；所述电池管理系统控制电池模组扩展开关Kb1至Kbn执行接通或断开动作。

前述的双源供电轨道工程车，其中作业车用电负载包括数控系统、铣磨作业单元、牵引走行系统、铁屑收集系统。

前述的双源供电轨道工程车，其中动力车用电负载包括打磨单元、控制系统。

前述的双源供电轨道工程车，其中内燃发电机为汽油发电机组、柴油发电机组或天然气发电机组。

借由上述技术方案，本实用新型与现有技术相比至少具备以下有益效果：

1、本实用新型采用双源供电模式，常规工作状态下车载动力电池作为总电源，作业安全和环保能力强；内燃发电机组作为备用电源，在电池馈电、故障或紧急状况下为整车提供动力，避免车辆停机，提高了车辆的运行可靠性。

2、本实用新型整车由两节或两节以上车辆编组，作业车和动力车实现先铣后磨的工作模式，钢轨切削效率较高的同时，打磨效果优异，整体作业质量好。

3、本实用新型实现了动力电池自由配置方法在轨道铣磨车上的应用，客户可根据自身的实际运用需求灵活配置动力电池容量等参数，一定程度上降低了采购成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型双源供电轨道工程车的结构示意框图。

图2是本实用新型双源供电轨道工程车的双源配置方案电气原理图。

图3是本实用新型双源供电轨道工程车的动力电池组上电流程图。

图4是本实用新型双源供电轨道工程车的内燃发电机组上电流程图。

图中：T1-动力车，T2-作业车，P1-内燃发电机组，P2-动力电池组，P3-直流快充接口，P4-三相市电接口，P5-综合电源柜，L1-动力车用电负载，L2-作业车用电负载，1-整流模块，2-逆变功率模块，3-双向DC/DC变换模块，4-工频稳压模块，5-AC/DC充电模块，6-数控系统，7-铣磨作业单元，8-牵引走行系统，9-铁屑收集系统，10-作业车其它辅助系统，11-打磨单元，12-动力车控制系统，13-动力车其它辅助系统，K1-动力电池组输出总开关，K2-发电机输出开关，K3-交流充电开关，K4-直流充电开关，K5-输出开关，Kb1-与第一动力电池模组串联的电池模组扩展开关Kb1，Kbn-与第n动力电池模组串联的电池模组扩展开关Kbn。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，本实用新型一种双源供电轨道工程车，包括动力车T1，以及与动力车相连的作业车T2，动力车设置有动力电池组P2、内燃发电机组P1、综合电源柜P5和动力车用电负载L1，作业车设置有作业车用电负载L2。轨道工程车使用动力电池组作为整车总电源，或使用所述内燃发电机组作为整车总电源，双源之间可根据需要自由切换。其中动力电池组和内燃发电机组分别与综合电源柜相连并由综合电源柜输出电能至动力车用电负载和作业车用电负载，综合电源柜根据操作人员的指令或控制程序的设定指令选择总电源，并自动执行总电源切换动作。

本实施例中，常规情况下使用动力电池组P2作为总电源，异常情况下使用内燃发电机组P1作为备用总电源，从而有效提高了车辆的运行安全性、可靠性和常规运行时的平稳性、舒适度，并降低了噪声和震动。本实用新型的轨道工程车从动力电池组P2或内燃发电机组P1两种电源接入，经整流、逆变、稳压后提供整车电驱动系统的工频交流供电，并为铣-磨作业装置及车辆其它辅助设备供电，采用交流电传动，满足行驶、作业、控制、照明和辅助等过程的综合电源需求。

综合电源柜的输出端分别连接至动力车用电负载和作业车用电负载，该综合电源柜设置有双向DC/DC变换模块3、整流模块1、逆变功率模块2、工频稳压模块4、AC/DC充电模块5、三相市电接口P4和直流快充接口P3，其中动力电池组P2提供的直流电依次经过双向DC/DC变换模块3、逆变功率模块2和工频稳压模块4后，转变为稳压定频的三相交流电供所述双源供电轨道工程车的各用电负载使用；内燃发电机组提供的三相交流电经过整流模块1、逆变功率模块2和工频稳压模块4后，转变为稳压定频的三相交流电供所述双源供电轨道工程车的各用电负载使用。内燃发电机组提供的三相交流电经过整流模块1、逆变功率模块2和双向DC/DC变换模块3后转变为直流电给动力电池组P2充电；三相市电接口将车辆外部电源提供的380V三相工频交流市电经过AC/DC充电模块5后，转变为直流电给动力电池组P2充电；直流快充接口P3将车辆外部提供的直流充电桩与动力电池组连接进行快速充电。

本实施例中，整流模块用于将输入端电压和频率在一定范围内的三相交流电进行整流操作，转换成输出端电压在设定范围内的直流电。逆变功率模块用于将输入端电压在一定范围内的直流电进行逆变操作，转换成输出端电压在设定范围内的交流电。双向DC/DC变换模块用于将电压在一定范围内的直流电变换成电压在另一范围内的直流电，此模块可以双向工作，即可以由高压直流变换低压直流，也可以由低压直流变换高压直流，其工作方向可控。工频稳压模块为工频定比的三相交流变压器，用于输出隔离和稳压，负载的较大波动和系统干扰信号不会对电源柜内的各模块产生较大干扰，并能提高电源柜输出电压稳定性。

进一步而言，综合电源柜还设置有控制单元、执行开关和过流保护元件，其中控制单元接受整车操作指令并发送动作命令给执行开关；执行开关执行控制单元的动作命令，完成电源接入、断开、切换和切断输出等动作；过流保护元件用于切断过大电流，保护各电气回路中模块和设备的运行安全，本实施例中，过流保护元件为串联于各电回路中的熔断器。

上述执行开关包括发电机输出开关K2、电池模组扩展开关Kb1至Kbn、动力电池组输出总开关K1、直流充电开关K4、交流充电开关K3和输出开关K5，其中发电机输出开关K2设在内燃发电机组输出端和整流模块之间，动力电池组输出总开关K1设在动力电池组输出端和双向DC/DC变换模块之间，直流充电开关K4位于直流快充接口和动力电池组之间，交流充电开关K3位于三相市电接口和AC/DC充电模块之间，输出开关K5设在工频稳压模块的输出端。上述各执行开关可选用继电器、接触器、断路器、IGBT和/或可控硅等，本实用新型对此不作限制。

动力电池组P2包含电池管理系统和n个并联的动力电池模组，动力电池模组由若干高容量、高安全、高能量密度的单体锂离子电芯串并联组成，单体锂离子电芯可采用磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂、钴酸锂或三元锂电池等。动力电池模组可根据综合电源柜P5的工作电压和电流能力范围自由配置电压和充放电电流等性能参数；动力电池组P2可根据轨道工程车的总用电功率和总工作时间自由配置总容量，动力电池组P2的总容量可根据需要并联扩展至1到n倍的动力电池模组容量。电池管理系统具备电芯状态监测、温度控制、电压均衡、充放电管理和充放电保护等功能。

本实施例中，设置第一至第n共计n个相互并联的动力电池模组，且各动力电池模组与电池模组扩展开关Kb1至Kbn一一对应配置，图中Kb1是与第一动力电池模组相串联的电池模组扩展开关，Kbn是与第n动力电池模组相串联的电池模组扩展开关，因此综合电源柜通过电池模组扩展开关Kb1至Kbn能实现动力电池模组的投入扩展或故障回路切断。具体而言，结合图2，电池模组扩展开关Kb1至Kbn分别与对应的第一动力电池模组至第n动力电池模组串联，然后再相互并联连接于动力电池组输出总开关K1一端，电池模组扩展开关Kb1至Kbn受控于电池管理系统从而可以分别执行接通或断开动作，值得说明的是，动力电池组输出总开关K1必须在电池模组扩展开关Kb1至Kbn分别执行接通或断开动作后再执行接通动作，电池模组扩展开关Kb1至Kbn必须在动力电池组输出总开关K1执行断开动作后再分别执行断开或接通动作。动力电池组P2供给直流电时，第一至第n动力电池模组的电能分别经过综合电源柜P5内的电池模组扩展开关Kb1至Kbn，至动力电池组输出总开关K1前端汇总，然后再依次经过双向DC/DC变换模块3、逆变功率模块2、工频稳压模块4、输出开关K5分别为动力车用电负载L1和作业车用电负载L2提供电压稳定的工频三相交流电。当在动力电池组P2馈电或各电池模组均有故障的异常状况下，为使车辆依然可以正常运行，需通过内燃发电机组P1供给三相交流电，电能依次经过综合电源柜P5内的发电机输出开关K2、整流模块1、逆变功率模块2、工频稳压模块4、输出开关K5分别为动力车负载L1和作业车负载L2提供电压稳定的工频三相交流电。

如图3和图4所示，工作时，动力电池组和内燃发电机组的上电过程如下：

其中动力电池组P2的上电步骤包括：

步骤一、操纵者控制上电开始后，启动电池管理系统自检；其中电池管理系统自检包括各电芯状态检测、各动力电池模组回路状态检测、整体状态检测和SOC检测等；

步骤二、进行动力电池SOC值判断，确认动力电池系统总电量适合上电；若动力电池SOC值大于设定值则进入步骤三，若动力电池SOC值小于或等于设定值，则电池管理系统提示操纵者动力电池处于馈电状态以便于操纵者进行切换总电源操作，即提示操纵者切换至内燃机上电方式；本实施例中，动力电池SOC设定值为5％，但本实用新型对设定值不作限制，其可根据实际工况去预先设定。

步骤三、进行各动力电池模组回路故障情况判断，确认至少有一路动力电池模组回路正常则进入步骤四，否则电池管理系统将回路故障的信息提示操作者；

步骤四、保持动力电池模组故障回路上的电池模组扩展开关断开，只闭合无故障回路的电池模组扩展开关；

步骤五、各动力电池模组无故障回路电池模组扩展开关闭合完成确认；

步骤六、执行各动力电池模组回路电压均衡操作后，闭合动力电池组输出总开关K1；

步骤七、动力电池组输出总开关K1闭合完成确认；

步骤八、闭合综合电源柜的输出开关K5，完成整车上电。

内燃发电机组P1上电步骤包括：

步骤一、操纵者控制上电开始后，启动电池管理系统自检，该自检包括各电芯状态检测、各动力电池模组回路状态检测、整体状态检测和SOC检测等；

步骤二、进行动力电池SOC值判断：若总电量过低则直接进入步骤四，否则进入步骤三；本实施例中，动力电池SOC设定值为5％，但不限于此。

步骤三、判断各个动力电池模组回路故障情况，若确认所有回路均有故障则进入步骤四，否则证明动力电池组可正常工作，电池管理系统发送信息提示操纵者，操纵者可以重新切换回动力电池组上电模式。

步骤四、完成各动力电池模组回路上的电池模组扩展开关和动力电池组输出总开关K1断开确认；

步骤五、启动内燃发电机组后，闭合发电机输出开关K2；

步骤六、发电机输出开关K2闭合完成确认；

步骤七、闭合综合电源柜的输出开关K5，完成整车上电。

如图1、2所示，动力电池组P2有三种充电模式，可根据实际需要自由选择；三种充电模式分别为：地面充电桩直流快充、普通三相市电交流慢充、车载内燃发电机组应急补电。其中，地面充电桩直流快充模式适合在拥有大功率地面充电桩的场所，由充电桩提供大电流直流电能，依次经车载直流快充接口P3、直流充电开关K4和电池模组扩展开关Kb1～Kbn后，给动力电池组P2快速充电；普通三相市电交流慢充模式适用于在调检车间等拥有一般三相工频市电的场所，三相工频市电依次经三相市电接口P4、交流充电开关K3、AC/DC充电单元5和电池模组扩展开关Kb1至Kbn后，给动力电池组P2正常慢速充电，这种充电模式运用灵活，适用范围广泛；车载内燃发电机组应急补电模式适用于在无外部电源而又必须对动力电池组P2充电的特殊情况下，内燃发电机组产生的交流电能依次经过综合电源柜P5内的发电机输出开关K2、整流模块1、双向DC/DC变换模块3、动力电池组输出总开关K1和电池模组扩展开关Kb1至Kbn后，给动力电池组P2应急补电。

如附图2所示，动力车用电负载L1主要包括打磨单元11、控制系统12和动力车其它辅助系统13，其中打磨单元11包括打磨作业装置和打磨吸尘装置；控制系统12包括传感器、控制器和电控气动执行机构；动力车其它辅助系统13包括但不限于照明设备、空调、空压机、报警器、显示屏和操纵台等设备。作业车用电负载L2主要包含数控系统6、铣磨作业单元7、牵引走行系统8、铁屑收集系统9和作业车其它辅助系统10；其中作业车其它辅助系统10主要包括上位机监控设备、PLC、照明设备、空调、空压机、报警器、显示屏和操纵台等设备。上述显示屏可将两种动力源上电过程中的各种信息及时显示从而提示操纵者，报警器可以在上电出现异常情况下报警。

本实施例中轨道工程车的作业车T2设有铣磨作业单元7，动力车T1设有打磨作业单元11，作业车T2在前进行高效成型铣磨作业，其后连接的动力车T2可将铣磨作业产生的明显刀纹进行抛光打磨处理，综合作业质量和外观效果优异。

作为优选，内燃发电机组可采用汽油发电机组、柴油发电机组或天然气发电机组，但本实用新型不限于此。

在其它实施例中，综合电源柜可拆分设置为若干个具有单独功能或部分功能的电气柜，拆分后的电气柜所组成的系统功能与所述综合电源柜功能相同或相似；用户还可根据需要自由编组作业车T2和动力车T1的数量和连接方式；轨道工程车可以为钢轨打磨车、钢轨铣磨车或其它相似的轨道工程作业车辆。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种双源供电轨道工程车，包括动力车以及与所述动力车相连的作业车，其特征在于：所述动力车设置有动力电池组、内燃发电机组、综合电源柜和动力车用电负载，所述作业车设置有作业车用电负载，所述双源供电轨道工程车使用动力电池组或内燃发电机组作为整车总电源，且两种总电源之间能根据需要自由切换；所述动力电池组和内燃发电机组分别与综合电源柜相连并由综合电源柜切换两种总电源以实现对动力车用电负载和作业车用电负载的供电。

2.根据权利要求1所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述综合电源柜设置有双向DC/DC变换模块、整流模块、逆变功率模块、工频稳压模块、AC/DC充电模块以及充电接口，其中充电接口包括三相市电接口和直流快充接口，

所述动力电池组提供的直流电依次经过双向DC/DC变换模块、逆变功率模块和工频稳压模块后，转变为稳压定频的三相交流电供所述双源供电轨道工程车的各用电负载使用；

所述内燃发电机组提供的三相交流电依次经过整流模块、逆变功率模块和工频稳压模块后，转变为稳压定频的三相交流电供所述双源供电轨道工程车的各用电负载使用；

所述内燃发电机组提供的三相交流电依次经过整流模块、逆变功率模块和双向DC/DC变换模块后转变为直流电给动力电池组充电；

所述三相市电接口将车辆外部电源提供的三相工频交流市电经过所述AC/DC充电模块后转变为直流电给动力电池组充电；

所述直流快充接口将车辆外部提供的直流充电桩与动力电池组连接进行快速充电。

3.根据权利要求2所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述综合电源柜还设置有控制单元、执行开关，其中控制单元输出控制所述执行开关从而完成总电源的接入、断开、切换和切断输出动作。

4.根据权利要求3所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述综合电源柜还设置有串联于各电回路中的过流保护元件。

5.根据权利要求3或4所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述执行开关包括发电机输出开关K2、电池模组扩展开关Kb1至Kbn、动力电池组输出总开关K1、交流充电开关K3、直流充电开关K4和输出开关K5。

6.根据权利要求5所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述动力电池组包括电池管理系统和n个相互并联的动力电池模组，所述电池模组扩展开关Kb1至Kbn分别与对应的第一动力电池模组至第n动力电池模组串联，然后再相互并联连接于所述动力电池组输出总开关K1一端；所述电池管理系统控制电池模组扩展开关Kb1至Kbn执行接通或断开动作。

7.根据权利要求1所述的一种双源供电轨道工程车，其特征在于所述作业车用电负载包括数控系统、铣磨作业单元、牵引走行系统、铁屑收集系统。

8.根据权利要求1所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述动力车用电负载包括打磨单元、控制系统。

9.根据权利要求1所述的双源供电轨道工程车，其特征在于所述内燃发电机为汽油发电机组、柴油发电机组或天然气发电机组。

Images