一种列车车轴发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种列车车轴发电装置，包括车轴发电机、两组锂电池组和一个电池箱，所述的电池箱是一个可快速更换电池的电池箱，所述的车轴发电机和电池箱均悬挂在列车底部，车轴发电机通过皮带与安装在车轴上的皮带轮连接；所述的两组锂电池组分别为列车车厢供电系统电池组和列车多余电能储存电池组。由于本实用新型在列车车轴发电机的输出端设计了两组适当容量的锂电池组，锂电池组具有快速充电、高容量、体积小等优点，其中一组锂电池组储存电能同时向车厢供电系统提供电能，保证车厢用电系统正常工作。另一组锂电池组则储存列车发电机所产的过剩电能，这一组锂电池组方便拆装以便将这部分过剩电能利用到其他地方，达到节能减排的效果。
【专利说明】一种列车车轴发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发电装置，特别是一种列车车轴发电装置。
【背景技术】
[0002]列车在行驶过程中采用车轴发电机式供电，用蓄电池所储存，其能源远超出列车所耗费的能源，大多数电池处于过充或能源处于闲置状态，使得发电机产生的能源并没有完全利用，最终造成了能源上的浪费。
[0003]旅客列车上除了照明，还有很多用电的设备。尤其是近几年研制的新型快速列车、准高速列车更是增加了空调装置、车门集中遥控、粪便集存密封处理、燃油及电热两用取暖装置等电气设备，最大用电量高达400kW。
[0004]这些用电设备中的一部分所利用的能源便是列车上的蓄电池。蓄电池的电能来源于列车车厢上的小型发电机，发电机的功率一般为5KW,列车底部蓄电池组中的一块蓄电池的容量一般为300Ah，电压为48V。它被吊挂在客车的底架或转向架上。发电机通过皮带与安装在车轴上的皮带轮连接，当列车运行时，车轮滚动，由皮带带动发电机转动而发电，供应车上各种电器使用。当列车停靠时，车轮不动了，发电机就不再发电。为了保证客车无论开停都能正常供电，就在客车上装备蓄电池供电系统。开车时，它把发电机发出的电能转变成化学能储蓄起来，这个过程叫蓄电池充电；车辆运行或停车时，它能把化学能转变成电能，向各用电器具送电，这个过程叫蓄电池放电。铁路上把安装有发电机和蓄电池的车厢称为“母车”，没有安装的车厢称为“子车”，母车与子车的比例一般为1:1。这种靠车轮转动，通过皮带带动发电机发电的供电方式，称为车轴发电机式供电。中国铁路列车广泛采用这种供电方式。
[0005]由于这种充电方式的特殊性，以及列车上用电量的有限性，导致列车在行进过程中发电机所产生的电能中一大部分都未被利用，造成了能源上的浪费。
[0006]目前，列车上主要使用的电池是铅酸蓄电池。铅酸蓄电池已经有130年的历史了，可以说是使用最多的蓄电池。
[0007]铅蓄电池的工作原理就是化学能和电能的相互转化过程。铅蓄电池由浸溃在电解液中的正极板(二氧化铅PbO2)和负极板(海绵状纯铅Pb)组成，电解液是硫酸(H2SO4)的水溶液。由双硫化理论可知蓄电池和负载接通放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb都变成PbSO4,电解液中的H2SO4减少，相对密度下降。充电时按相反的方向变化，正负极板上的PbSO4分别恢复成原来的PbO2和Pb，电解液中的硫酸增加，相对密度变大。
[0008]铅酸电池以其制造工艺简单、原材料来源丰富、价格适中在二次化学电源中起着不可替代的作用，比功率也基本上能满足列车的动力性要求。但它有两大缺点:一是比能量低，质量和体积太大，铅酸蓄电池重量能量比为28-40Wh/kg，体积能量比64-72Wh/I，且一次充电行驶里程较短；另一个是充电速度慢，使用寿命短，使用成本过高。
[0009]铅酸电池主要由铅、硫酸以及部分其他金属及塑料组成，废电池酸液中含有大量的铅，随意排放会造成严重污染。因此，随着技术的发展及环境需求，铅酸电池正逐渐被其他蓄电池所取代。
【发明内容】
[0010]为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种可以充分利用列车多余电能源列车车轴发电装置。
[0011]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:一种列车车轴发电装置，包括车轴发电机、两组锂电池组和一个电池箱，所述的电池箱是一个可快速更换电池的电池箱，所述的车轴发电机和电池箱均悬挂在列车底部，车轴发电机通过皮带与安装在车轴上的皮带轮连接；所述的两组锂电池组分别为列车车厢供电系统电池组和列车多余电能储存电池组；
[0012]所述的车轴发电机、通过电缆分别与列车车厢供电系统电池组、列车多余电能储存电池组和车厢用电器并联；
[0013]所述的电池箱一分为二，分为左箱和右箱；电池箱左箱安装车厢供电系统电池组，车厢供电系统的电池组固定于左箱内；电池箱右箱安装列车多余电能储存电池组；
[0014]所述的电池箱右箱底部安装有橡胶减震块、滑轮侧架、滑轮和定位导向角钢，所述的定位导向角钢为V型角钢；所述的橡胶减震块有多组，横向平行安装于右箱底部的底板上，定位导向角钢安装于两组橡胶减震块之间，所述的橡胶减震块上面有两条平行的凸棱，两条滑轮侧架分别安装在这两条凸棱上，所述的滑轮通过滑轮轴安装在两条滑轮侧架上；所述的列车多余电能储存电池组的下部有V型导向槽，所述的V型导向槽与V型角钢贴合。
[0015]本实用新型所述的电池箱右箱内壁附有弹性绝缘层，所述的列车多余电能储存电池组的外壳设有把手。
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0017]1、由于本实用新型在列车车轴发电机的输出端设计了两组适当容量的锂电池组，锂电池组具有快速充电、高容量、体积小等优点，其中一组锂电池组储存电能同时向车厢供电系统提供电能，保证车厢用电系统正常工作。另一组锂电池组则储存列车发电机所产的过剩电能，这一组锂电池组方便拆装以便将这部分过剩电能利用到其他地方，达到节能减排的效果。生活中需要电池供电的设备数不胜数，储存列车发电机所产的过剩电能利用空间很大。众所周知，石油是不可再生能源，随着全球可用化石能源的不断减少，汽油、柴油等能源的价格会不断上升，带来的环境污染也会愈发加重，采用清洁的能源来代替化石燃料显得愈发紧迫，但是目前纯电动汽车的应用并不明显，限制其发展的主要瓶颈便是电动汽车充电及电池问题，包括电池成本、充电设备成本等，本实用新型用于储存列车发电系统所产的过剩电能的锂电池组正好可以运用在电动汽车上，有效解决电动汽车充电慢，充电成本昂贵等问题。
[0018]2、由于本实用新型将列车电池箱一分为二，电池箱左箱空间用于安装列车供电系统电池组，保证列车车厢供电；电池箱右箱空间底部，设计了定位导向角钢以及滑轮可实现电池组的精确快速更换，此外在滑轮侧架的底部还布置有橡胶减震块减缓列车行进时所带来的冲击振动保证了列车到站停靠时，工作人员能在短时间内取下已经充满电的锂电池组更换上已经消耗完电能的锂电池组，以便列车运行时再次充电。【专利附图】
【附图说明】
[0019]本实用新型共有附图3张，其中:
[0020]图1是本实用新型的电路结构示意图。
[0021]图2是本实用新型的电池箱结构示意图。
[0022]图3是图2中的A处局部放大图。
[0023]图中:1.车轴发电机，2.列车多余电能储存电池组，3.车厢供电系统电池组，4.电池箱，5.橡胶减震块，6.滑轮，7.滑轮轴，8.滑轮侧架，9.定位导向角钢。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型进行进一步地描述。如图1-3所示，一种列车车轴发电装置，包括车轴发电机1、两组锂电池组和一个电池箱4，所述的电池箱4是一个可快速更换电池的电池箱4,所述的车轴发电机I和电池箱4均悬挂在列车底部,车轴发电机I通过皮带与安装在车轴上的皮带轮连接；所述的两组锂电池组分别为列车车厢供电系统电池组3和列车多余电能储存电池组2 ；
[0025]所述的车轴发电机1、通过电缆分别与列车车厢供电系统电池组3、列车多余电能储存电池组2和车厢用电器并联；
[0026]所述的电池箱4 一分为二，分为左箱和右箱；电池箱4左箱安装车厢供电系统电池组3，车厢供电系统的电池组固定于左箱内；电池箱4右箱安装列车多余电能储存电池组2 ；
[0027]所述的电池箱4右箱底部安装有橡胶减震块5、滑轮侧架8、滑轮6和定位导向角钢9，所述的定位导向角钢9为V型角钢；所述的橡胶减震块5有多组，横向平行安装于右箱底部的底板上，定位导向角钢9安装于两组橡胶减震块5之间，所述的橡胶减震块5上面有两条平行的凸棱，两条滑轮侧架8分别安装在这两条凸棱上，所述的滑轮6通过滑轮轴7安装在两条滑轮侧架8上；所述的列车多余电能储存电池组2的下部有V型导向槽，所述的V型导向槽与V型角钢贴合。
[0028]本实用新型所述的电池箱4右箱内壁附有弹性绝缘层，所述的列车多余电能储存电池组2的外壳设有把手。
[0029]本实用新型的工作原理如下:
[0030]当列车行进时，车轴旋转带动车轴发电机I发电，车轴发电机I提供的电能分别储存于电池箱4中的两组锂电池组中。其中，列车车厢供电系统电池组3储存的电能用于列车车厢供电系统，在列车停车时为车厢供电；列车多余电能储存电池组2与列车车厢供电系统电池组3并联同时充电但不向列车车厢供电系统供电，且可快速拆卸。电池箱4右箱底部适当位置安装有V型角钢，在更换电池组的时候，能起到导向的作用，在列车运行过程中，通过电池组本身重量和电池组底部向V型导向槽和V型角钢之间的配合起到一定的定位作用，防止由于列车波动而导致电池组发生滑动。电池箱4右箱底部还布置了滑轮6，在更换电池时，使电池组能方便的在电池箱4内滑动，有效加快更换速度。此外考虑到列车在运行过程中有一定的震动以及电池组底部V型导向槽与V型角钢长期滑动摩擦会产生间隙，在安装脚轮轴的侧架底部都布置了橡胶减震块5，既可以减缓列车运行过程中对电池组的震动又可以自动调整电池组底部V型槽与V型角钢之间的间隙。电池箱4右箱空间内壁还附有弹性绝缘层，以防电池组与电池箱4体接触时，可起到绝缘和缓冲保护。电池组外壳还设有把手，方便电池组的更换，在列车到站停靠时拆下已充满电的电池组，迅速更换上已经消耗完电能的电池组，实现列车多余能源的充分利用。
[0031]下面以大连站为例描述本实用新型的节能效果:
[0032]经过不完全统计，每日抵达大连站的列车共有56次，除K7560次瓦房店-大连和6332次旅顺-大连两趟列车行驶时间低于4小时，其余均高于4小时，经调查满足锂电池所需的充电时间，即有效列车次数N1 = 54次，平均每次列车共有车厢N2 = 18节，按照以上所述，平均每次列车共有9节车厢底部载有电池，安装铅酸电池组一块所需的空间可安装2块同样容量的锂电池组，因此每次列车可供公交车使用的电池数量为:
[0033]N0 = 0.5XN2X2 = 0.5X18X2 = 18 块 / 次
[0034]由此可得，每日可抵达大连充满电可使用的有效电池数量为:
[0035]N = N0XN1 = 18 块 / 次 X54 次=972 块
[0036]而为这972块蓄电池组充电所需费用为:
[0037]E = I 元 / 度 X 500AHX 37V+1000 X 972 = 17982 元
[0038]注:一般锂电池电压为3.7V，本实用新型锂电池以10块为一组即锂电池组电压为37V。
[0039]由此可见，利用列车上的未充分利用的能源为高容量、体积小并进可快速充电的锂电池组充电，等效回收利用的将是价值17982元人民币的能源，将这些充满电的电池用于大力发展的电动汽车等新能源设备上的前景相当可观。以上所有计算仅是每次列车到达大连卸下所充电电池所换算的价值，实际情况应该比这个数字更加庞大，因为锂电池组所需充电时间仅为4小时左右，而有的列车从出发到驶入大连站的时间是4小时的几倍，即有些列车从出发到最终到达大连站中途可以将充好的电池卸下供当地使用，然后换上当地替下的已用尽电的电池，随着列车的继续前行而接着充电。因此，若在全国范围内实施这套方案，能源方面回收利用的价值是非常巨大的。除此以外，这套方案带来的环境效益是非常巨大的，因为它并没有化石燃料所带来的诸多对环境的负面效应。
[0040]鉴于可以有如此大的开支得到节省，并且减排效果明显，因此如果改进现有的列车构成，即改变原有的安装发电机和电池组的车厢与未安装发电机与电池组的车厢1:1的比例，将所有车厢都安装上发电机和电池组，这样每日可回收利用的能源可变成原先的2倍，若可以将安放电池组的箱体体积扩大，则可安放更多的电池，收到的经济效益会更大。不仅如此，目前，货车车厢上并没有加装上面所述的车轴发电机式供电装置，因此若在货车车厢上加装该充电装置，由此所带来的经济效益将会更加巨大。
【权利要求】
1.一种列车车轴发电装置，其特征在于:包括车轴发电机(I)、两组锂电池组和一个电池箱(4)，所述的电池箱(4)是一个可快速更换电池的电池箱(4)，所述的车轴发电机(I)和电池箱(4)均悬挂在列车底部，车轴发电机(I)通过皮带与安装在车轴上的皮带轮连接；所述的两组锂电池组分别为列车车厢供电系统电池组(3)和列车多余电能储存电池组(2)； 所述的车轴发电机(I)、通过电缆分别与列车车厢供电系统电池组(3)、列车多余电能储存电池组(2)和车厢用电器并联； 所述的电池箱(4) 一分为二,分为左箱和右箱；电池箱(4)左箱安装车厢供电系统电池组(3)，车厢供电系统的电池组固定于左箱内；电池箱(4)右箱安装列车多余电能储存电池组⑵； 所述的电池箱(4)右箱底部安装有橡胶减震块(5)、滑轮侧架(8)、滑轮(6)和定位导向角钢(9)，所述的定位导向角钢(9)为V型角钢；所述的橡胶减震块(5)有多组，横向平行安装于右箱底部的底板上，定位导向角钢(9)安装于两组橡胶减震块(5)之间，所述的橡胶减震块(5)上面有两条平行的凸棱，两条滑轮侧架(8)分别安装在这两条凸棱上，所述的滑轮(6)通过滑轮轴(7)安装在两条滑轮侧架(8)上；所述的列车多余电能储存电池组(2)的下部有V型导向槽，所述的V型导向槽与V型角钢贴合。
2.根据权利要求1所述的一种列车车轴发电装置，其特征在于:所述的电池箱(4)右箱内壁附有弹性绝缘层，所述的列车多余电能储存电池组(2)的外壳设有把手。
【文档编号】H02J7/14GK203528490SQ201320740186
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】张洪波, 葛宰林, 刘超, 吕宏伟, 邹超, 李国飞 申请人:大连交通大学