[发明专利]用于轨道交通的储能式动力机车、动力机车组及对接方法

说明书

本发明公开了一种用于轨道交通的储能式动力机车、动力机车组及对接方法，该动力机车包括：牵引系统和对接系统；所述牵引系统，包括：能量管理控制器，储能设备，与所述储能设备连接的能量转换器，与所述能量转换器连接的牵引变流器，与所述牵引变流器连接的牵引电机；所述对接系统，包括：智能对接控制器，与所述智能对接控制器连接的雷达、机车对接机构；所述能量管理控制器控制所述储能设备通过能量转换器将电能依次传递到牵引变流器、牵引电机，以控制动力机车的速度；本发明提供了一种新的轨道交通牵引方案，能够解决背景技术中的一种或多种技术问题，绿色环保，高效节能，不受线路条件限制。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种用于轨道交通的储能式动力机车、动力机车组及对接方法。

背景技术

我国中西部山区的铁路存在一些非电气化的老旧线路，而且包含大量较长的隧道，只能运行内燃机车。内燃机车在隧道中运行时由于通风不畅会造成效率降低，产生的二氧化碳等有毒气体对环境和人体都有危害，有些长大隧道甚至是不允许客运内燃机车运行的。随着电气化铁路的普及，我国一直在开展老旧线路的电气化改造工作，而这类线路很多集中在高寒、偏远地区，例如南疆铁路(库尔勒以南)，青藏铁路(格尔木以南)，一方面由于线路比较老导致电气化改造成本高、造价昂贵，另一方面由于需要架设供电接触网或第三轨给机车供电，老旧铁路隧道受限于既有隧道结构经常难以实现。若仅对老旧铁路的非隧道部分进行电气化改造，则隧道为无电区，有些隧道往往长达数公里，电力机车由于没有供电电源无法通过。

另一种情况，电气化铁路通常每隔10-30公里会存在一个无电区，称为电分相区或分相区，有些分相区较长，达到数百米甚至更长。电力机车经过分相区时由于失去动力只能靠惰行通过，这就可能出现停在无电区造成机破的情况(俗称掉分相)，尤其当分相区设置在长大坡道的上坡段时这种情况更易出现。

此外，当牵引供电网发生故障导致供电线路区间停电，或者由于自身故障失去动力，电力机车都需要被救援拖行。

现有技术中一般采用一下几种方法解决上述技术问题：

(1)内燃机车牵引。内燃机车依靠大型柴油或汽油发电机提供动力来源，不需要牵引网供电不依赖于电网运行，但内燃机车效率低，能耗比电力机车大得多，噪声大，重量大，限制了发动机有效输出功率，通常输出功率不如电力机车。内燃机车运行时产生废气污染环境，隧道里通风条件受限，内燃机车排出的废气会使空气恶化，降低运行效率也容易损坏，所以内燃机车在长隧道内运行困难。

(2)电力机车过分相。电气化铁路分相区一般长度在数百米，正常情况下电力机车过分相前根据过分相控制方式、分相区道路情况等因素，算出保证驶出分相区机车速度仍大于零对应的进入分相区时最低速度，只要保证进分相区前机车速度大于最低速度，机车就能依靠自身运行惯性通过分相区。但在司机操作不当、分相区过长、线路坡道大等特殊情况下，机车可能无法通过分相区。机车“掉分相”时，可以采用内燃机车或其它不需要电网供电的机车进行救援。

(3)储能式列车。储能式列车是通过自身携带的储能设备(例如蓄电池、动力电池、超级电容等)提供牵引动力来源的列车，其特点是可无接触网运行或通过接触网间歇供电运行。目前储能式轨道交通列车的种类比较多，相应的专利也非常多，申请的范围也较广。例如基于超级电容和动力电池储能的低地板车、轻轨、地铁列车等，大多都是运行时完全由储能设备提供能量，在到站的短时间内进行充电储能，也有的只在首站、末站或中间站才进行充电储能。这类轨道交通列车的共同点是单个动力单元额定功率较小，一般在100kW到300kW左右，所需的储能容量相对较小，对应的储能设备体积、重量也不太大，可以采取列车自身携带的形式而不影响功能。