[发明专利]混合式电池/燃气轮机机车

说明书

技术领域

本发明涉及机车领域，特别是以电动机为动力的机车，而电动机的电力又是由一个燃料动力发电机来充电的电池组所提供。

背景技术

现有铁路机车典型的动力是由柴油发电机组提供，此发电机组是由一台柴油机带动一台发电机发出电力去驱动电动机，这些电动机带动机车的驱动轮子。本发明人公开了采用由压缩天然气作燃料的燃气涡轮机来替代传统的柴油机，其美国专利No.5,129,328于1992年7月14日授权；也公开了作为一个柴油发动机的助力单元，其美国专利No.4,900,944于1990年2月13日授权。

众所周知，电池组和热机的结合已在汽车、大轿车和其它公路和高速路上行驶的车辆上得到应用。对车辆来说，这种混合发动机的优点是它们提高了燃料的利用率并减少了污染。在这些应用中，保持燃料高的利用率从而使电池组的重量减到最小是十分重要的。电池组是用来储存驱动电力机车所需的电能。见1921年5月3日授权的Manns的美国专利No.1,377,087。在Manns的专利中，三台标准的柴油发动机用来驱动发电机对蓄能电池组充电。这一系统一直没有获得商品化去替代现存的柴油电传动机车的原因是因为它增加了费用以及除了储能电池组外还要提供多台柴油机而造成的复杂性。

因此，需要一台燃料利用率高的机车，此机车采用储能电池组和一个燃料动力发电机的混合组合。

发明概述

本发明是一台装备了燃气微型涡轮发电机为电池组充电的机车。更为特殊的是本发明的机车包括了如下内容：i)用来驱动多根轮轴的多台牵引电动机；ii)控制牵引电机的牵引动力控制器；iii)用于储存电能而对牵引电机提供电能的电池储能装置，此电池储能装置具有能量容量；iv)发电机与电池储能装置间用电气连接，以保持电池储能装置处于充电状态；v)运用监控电池的充电状态来控制发电机运转的装置，当充电状态低于某一极限时起动发电机运转，而当充电状态高于某一极限时终止发电机运转；此处发电机的充电功率对能量储存容量之比率是在4和40小时之间。能量储存容量最好是在500到2000千瓦小时之间；而发电机的充电功率最好是在25到250千瓦之间。发电机最好是一台或者更多台微型燃气涡轮机或者燃料电池/微型涡轮机的组合。

本发明还提供了操纵机车的方法，此方法包括了：i)用来驱动多根轮轴的多台驱动电机；ii)控制牵引电机的牵引动力控制器；iii)用于储存电能而对牵引电机提供电能的电池储能装置，此电池储能装置具有能量容量；iv)发电机与电池储能装置间用电气连接，以保持电池储能装置处于充电状态；v)运用监控电池的充电状态来控制发电机运转的装置，当充电状态低于某一极限时起动发电机运转，而当充电状态高于某一极限时终止发电机运转；此处发电机的充电功率对能量储存容量之比率是在4和40小时之间，此方法包括了在恒定载荷下发电机以最大的输出功率持续一段时期运转。

对附图的简要说明

在图中把发明更好的具体化了：

图1为根据发明而设计的机车纵向截面；

图2为用方块图解示意图来说明发明的各单元。

实现本发明的最佳方式

在图中，机车10装有牵引电机14驱动的车轮12。牵引电机的电力由储能电池组16提供，它最好是有1000千瓦小时的储存容量，例如：可以采用商品化的浸渍式铅酸电池组合而成。有时由于机车的要求，不需要去限制储能电池的重量。因为实际上储能电池的重量还帮助发挥机车所需的牵引力。牵引电机14的功率由牵引动力控制器18来控制，此控制器可以用一个或多于一个的斩波器组成。控制器18同时也控制牵引电机的旋转方向、车轮打滑的探测和修正。此控制器还提供了信号20，此信号是从机车驾驶室传来指出操纵手柄位和方向的信息。最好是采用PWM(脉冲宽带调制斩波器)的1500千瓦牵引功率控制器来控制牵引电机的电压和电流。控制器18还包含了换向器和牵引电机隔断(isolation)的能力。