电力机车备用电源系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属轨道交通技术领域，具体涉及一种电力机车备用电源系统。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的高速发展，对铁路运输提出了越来越高的要求。铁路运输部门采取加大单列编组的牵引吨位、减少列车间隔时间加大行车密度以提高线路的通过能力等措施，而这些措施不可避免的加快了线路和接触网的损耗，使线路开天窗检修接触网的工作越来越频繁。
[0003]在线路上运行的电力机车在开天窗期间，电力机车无法从接触网获取电能。在严冬和酷暑的季节，司机往往使用机车本身自带的蓄电池给司机室加热或降温。而电力机车自带的蓄电池原本是设计用于机车控制系统，容量偏小，特别是目前使用的和谐机车对蓄电池电量的需求更大。因此，目前电力机车170AH的铅酸蓄电池一无法满足机车只有的要求，与目前铁总的以人为本，改善司机操作环境的要求相违背。司机在开天窗期间为保证基本的生活需求，往往会造成机车蓄电池亏电，使接触网有电时切无法升弓，从而造成机破事故频发。为了提升司机的作业环境和减少由于电力机车控制电源蓄电池亏电而造成的机故，急需一种能在无接触网压条件下应急提供电源的方法和装备。
[0004]在长大坡道线路上运行的电力机车在开天窗期间，一旦车辆制动风压下降，极易造成严重的安全事故。目前急需一种在紧急情况下能为电力机车紧急补风的装置和方法。
[0005]现有的交流移车作业极为不便，作业效率低等不足。移车作业需要连接线较多接线繁琐且不安全，或需要公铁两用车来移车。为提高检修和整备的作业效率，提升机车周转使用效率，急需一种安全、简便、高效的移车作业方法和装备。
【发明内容】
[0006]针对以上问题，根据铁路一线使用部门的需求，本发明特提出一种电力机车备用电源解决方案，以满足上述条件下为电力机车提供备份电源。
[0007]本发明的技术方案如下:一种电力机车备用电源系统，包括:输入/输出隔离开关、控制管理单元、锂电池组、锂电池充放电管理单元、3AC逆变电源单元、DCllOV逆变电源单元、牵车单元；所述控制管理单元与其他各单元电连接；
[0008]其中输入/输出隔离开关用于在电力机车备用电源系统发生故障时，与机车隔离，避免由于机车备用电源系统自身的故障而给机车带来的安全隐患。
[0009]其中控制管理单元用于控制和监测整个备用电源系统的各个单元的工作。同时通过机车信息网络，将机车备用电源系统的各种信息传送至机车信息集中显示系统CTU上，供司机及时查看和了解备用电源的工作状态，同时将备用电源系统信息在CTU系统上存储。
[0010]其中锂电池充放电管理单元用于为系统提供锂电池组电能和为锂电池充电/放电进行管理控制。
[0011]其中3AC逆变电源单元在无接触网状态下，为机车的压缩机、卫生间、空调提供三相AC440V电源和司机室用三相AC230V电源。
[0012]其中DCllOV逆变电源单元在无接触网状态下，为机车备用电源系统供电的设备提供DCllOV控制电源。
[0013]其中牵车单元为电力机车提供短距离的自行完成移车作业功能。
[0014]进一步的，所述控制管理单元内部包括功率开关电路、多路高频变压器、整流回路、单片机、通讯总线协议RS485，并与液晶显示屏连接，用于显示各模块单元的运行参数及
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[0015]电路按系统充电或放电电流的大小，按一定比例(一般低于20% )控制开关电源的总体输出功率，经高频变压器后分为N个隔离的补充电源，经整流后分别给各单体电池提供补充电流，这些电源的输出阻抗在设计时要基本保持一致，充电情况下在各单体电池电压相等时，它们从各供电电源所获取的电流是基本一致的。而当电池电压本身差异产生时，电压高的电池将会获得较少甚至得不到补充的充电电流，而电压较低的电池会从变压器获取更大的电流，从而使各电池充电电压得到均衡。放电时，各补充电源在电池电压一致时是均匀为每个单体电池补充的，在某些容量偏低的电池电压下降较快时，其补充电源同理会自动提供更大的补充电流，相反容量偏高的电池将减少得到的补充电流。极限情况下，某单体电池完全损坏时，其补充电源会将足够能量补充到这一节电池，取代本节电池本身，保证整组电池在正常端电压情况下释放出所有的容量。本系统可针对电池批量质量的好坏决定总体输出功率大小，从而达到补偿多个全废单体电池的目的。
[0016]进一步的，所述锂电池组由32节电池串接组成；所述锂电池为磷酸铁锂电池，额定节电压为3.2V，终止放电电压为2.5V ；
[0017]进一步的，所述3AC逆变电源单元包括3AC440V逆变器，3AC440V逆变器输出通过隔离转换开关直接与风机压缩机连接，为机车压缩机补风提供应急电源；3AC440V逆变器另一路输出通过3AC230V变压器及输出切换模块与司机室用电设备连接，为司机室内供电；
[0018]进一步的，所述DCllOV逆变电源单元包括DCllOV电源控制单元、EMI滤波模块、输出滤波环节。
[0019]进一步的，所述牵车单元包括直流斩波模块和隔离转换开关，由于本系统配备大容量动力锂电池组，在增加低频斩波装置后，可利用新增的蓄电池组实现无网牵车功能。在单机状态下，只需不到50KW的功率即可驱动一台交流牵引电机，实现无网压短距离移车功能。由于磷酸铁锂电池具有较大的放电倍率，可在5C的放电倍率下放电45S以上，即TSHP-1型备用电源系统的锂电池组可提供2000Α的瞬时放电电流。当机车起动后，牵引电机的驱动电流和功率降至不足20KW。因此，在增加一套低频斩波装置后，可利用本系统新增的蓄电池组实现无网牵车功能。极大地提高了检修人员的安全性和移车操作方便程度，提供检修效率。
[0020]进一步的，所述锂电池充放电管理单元内部包括BMS (BATTERY MANAGEMENTSYSTEM)模块，通过BMS获取单体电池的工作状态，
[0021 ] 进一步的，所述BMS模块用于对电池柜的单体电池进行单体电压、温度的监控并将本节电池的参数上传给电池管理模块。当单体电压超过3.6V时，BMS模块将告警信息通知电池管理模块并启动过压单节电池放电程序。
[0022]应用本发明的效果如下:
[0023]I)满足在开天窗期间(最长4个小时)司机正常生活用电需求。
[0024]在线路开天窗期间，司机可通过本备用电源装置为司机室提供4个小时的加热或空调降温的电源，同时为司机的生活提供单相AC230V电源。在严冬期间，还能为司机的卫生间提供辅助加热功能。
[0025]2)在紧急情况下，满足开天窗期间机车制动紧急补风要求(只运行一台压缩机，单台压缩机30KW最长工作时间30min，其它用电设备必须关闭)。
[0026]通过本装置的三相逆变器，将蓄电池的电能转换成三相交流电源，从而驱动机车的一台压缩机工作，为机车的总风缸补风。
[0027]3)在备用电源系统蓄电池额定容量下，满足驱动机车单机运行不小于100m的距离。
[0028]本装置配备低频斩波装置，可利用本系统的蓄电池组能量实现电力机车自行移车功能。采用大功率IGBT器件，高效地SPffM直流斩波技术，将锂电池组的低压直流电能斩波成三相脉动的交流电源，以驱动牵引电机实现动车作业。极大地提高了检修人员的安全性和移车操作方便程度，节约了接触网隔离设备的投资，提供检修效率。
[0029]4)备用电源系统能实时监测机车控制电源蓄电池组状态和系统自身的蓄电池组状态，并将监测的结果数据传送到CTU系统，供机车信息集中显示要求。
[0030]本装置的蓄电池监视功能使司机、机车检修、管理人员更有效地及时了解机车蓄电池状态，减少由于机车蓄电池的亏电而造成的机故的概率。
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