一种换电式新能源货运牵引机车实现方法及系统与流程

本发明涉及牵引换电的，具体而言，尤其涉及一种换电式新能源货运牵引机车实现方法及系统。

背景技术：

1、应用在货运场段内、港口等非电气化铁路的货运调车机车，主要采用传统的柴油机发电，为机车的牵引传动及辅助电源系统提供能量；近些年，出于经济性、环保性等因素考虑，越来越多的货运调车机车采用了超级电容或动力电池作为车载储能装置为机车的牵引传动及辅助电源系统提供能量。

2、现有技术条件下，当车载储能装置的能量耗光，需要将机车行驶至固定的充电位置，采用“枪充”(地面充电枪+车载插座)或“弓充”(地面充电轨+车载受电弓)的方式，对车载储能装置进行充电。

3、相较于柴油机，采用超级电容或动力电池作为机车牵引的能量来源确实具有较高的经济性和环保性，可为用户单位节约相当可观的“用车成本”，并且在车辆运行中无污染气体排放，机车操作人员的作业环境更好。

4、但是超级电容或动力电池受其长寿命使用功率密度限制，无法像柴油几分钟内注满油箱一样，将电能在较短时间内充满，对于新能源货运机车，其作业效率很大程度受其车载储能装置充电时长所掣肘。对于运用在“小运转”运行交路的新能源货运机车，这个问题尤为凸显，这种运用场景的机车，运载量大，运行交路长，需要车辆配置很大容量的车载储能装置，这样充电时间更长，作业效率低。

技术实现思路

1、根据上述背景技术中提到的技术问题，而提供一种换电式新能源货运牵引机车实现方法及系统。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤一：转辙机的通行方向为调车线1端至调车线2端，动力车与电池车1的初始位置为调车线1端，动力车控制系统输出相关信号将电池车1车载储能装置输出接触器k3+、k3-断开，随后两车摘钩解编，并断开高压及低压连接器，动力车控制系统输出相关信号将动力车车载储能装置输出接触器k1+、k1-闭合，动力车由动力车车载储能装置供电，动力车单独跨越转辙机运行至调车线2端；

5、步骤二：转辙机动作，转辙机的通行方向改为调车线2端至充电线，动力车单独跨越转辙机运行至充电线；

6、步骤三：动力车与电池车2联挂，连接高压及低压连接器，动力车控制系统输出相关信号将电池车2车载储能装置输出接触器k3+、k3-闭合，由于电池车2车载储能装置电压高于动力车车载储能装置电压，遂动力车的牵引逆变装置vvvf以及辅助电源装置siv转由电池车2车载储能装置供给，随后动力车控制系统输出相关信号将动力车车载储能装置输出接触器k1+、k1-断开，动力车与电池车2跨越转辙机运行至调车线2端；

7、步骤四：转辙机动作，转辙机的通行方向改为调车线1端至调车线2端，动力车与电池车2跨越转辙机运行至调车线1端，与电池车1联挂，但仅连接车钩，不连接高压及低压连接器；

8、步骤五：动力车与电池车2牵引电池车1跨越转辙机运行至调车线2端；

9、步骤六：转辙机动作，转辙机的通行方向改为调车线2端至充电线，动力车与电池车2牵引电池车1跨越转辙机运行至充电线；

10、步骤七：电池车2与电池车1摘钩解编，动力车与电池车2跨越转辙机运行至调车线2端；

11、步骤八：电池车1开始通过充电站进行充电，转辙机动作，将通行方向改为调车线1端至调车线2端，等待下一次充电作业，动力车与电池车2可与货列联挂开展相关货运任务。

12、本发明还包含一种换电式新能源货运牵引机车实现系统，其特征在于，包括：

13、动力车、电池车、设置在动力车的车载储能装置、设置在电池车的车载储能装置、动力车控制系统及充电站；所述电池车与动力车还设置有低压控制电路，动力车控制系统通过所述低压控制电路控制电池车车载储能装置输出接触器的通断；

14、当动力车单机运行时，动力车车载储能装置输出的电压通过高压母线为牵引逆变装置、辅助电源装置供电；当动力车与电池车联挂运行时，电池车车载储能装置输出的电压通过高压母线为牵引逆变装置、辅助电源装置供电，同时若动力车车载储能装置soc低，动力车dc/dc装置从高压母线取电，为动力车车载储能装置充电。

15、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、(1)本发明采用动力电池/超级电容为介质的车载储能装置供电的机车，通过本案提出的技术方案，可实现在调车线及充电线实现快速“换电”，相较于传统的采用“弓充”或“枪充”的充电方式，这种“换电”的模式可以大大的提升机车的作业效率；

17、(2)本发明可以实现动力车车载储能装置和电池车储能装置的双源供电，动力车车载储能装置和电池车储能装置的输出接触器可同时闭合，共同为动力车高压母线供电(因电池车储能装置电压高，实际动力车储能装置处于热备状态)，若运行中电池车和动力车的联挂失效(车钩意外断开或连接器断开)，电池车储能装置无法为动力车高压母线供电，高压母线的供电可无缝切换至动力车车载储能装置提供。

18、(3)本发明解决了当采用较大容量的车载储能装置，占用空间大，轴重压力大等问题(动力车本身就安装了司机室、制动系统、牵引传动系统、辅助电源系统，车辆空间、轴重压力本身就大)。由于采用一节车专门用于安装车载储能装置，可以采用功率密度较低或能量密度较低的低成本电池元件作为车载储能装置的基本储能元件，例如钠离子电池等。

技术特征：

1.一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，所述车载储能装置ba的正极串联有二极管d1，所述二极管d1实现所述车载储能装置ba与高压母线之间的能量交互方向唯一。

4.根据权利要求1所述的一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，所述牵引逆变装置的输出接口u1、……、un，v1、……、vn，w1、……、wn分别对应与牵引电机m1、……、牵引电机mn的u相、v相、w相相连。

5.根据权利要求1所述的一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，所述步骤八中，所述辅助电源装置的输出接口a、b、c，与交流负载的u相、v相、w相相连；所述辅助电源装置的输出接口d、e、f，与低压蓄电池正极、低压直流负载正极、低压直流负载负极相连。

6.根据权利要求1所述的一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其特征在于，所述电池车与动力车还设置有低压控制电路；所述低压控制电路用于传输动力车控制系统发送至电池车车载储能装置输出接触器k3+、k3-的通断信号，实现通断的控制。

7.一种换电式新能源货运牵引机车实现系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种换电式新能源货运牵引机车实现方法，其核心的高压电路拓扑可以实现动力车车载储能装置和电池车储能装置两种不同电压等级的储能装置双源供电，动力车车载储能装置和电池车储能装置的输出接触器可同时闭合，共同为动力车高压母线供电(因电池车储能装置电压高，实际动力车储能装置处于热备状态)，这种高压拓扑以及配套的电池车车载储能装置换电方式属于本案想要保护的关键创新点。

技术研发人员：李鹤群,姜静,王智鹏,姜岐广,夏野,李洪江,张清晖,沈辉
受保护的技术使用者：中车大连电力牵引研发中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21