一種列車車軸發電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種列車車軸發電裝置，包括車軸發電機、兩組鋰電池組和一個電池箱，所述的電池箱是一個可快速更換電池的電池箱，所述的車軸發電機和電池箱均懸掛在列車底部，車軸發電機通過皮帶與安裝在車軸上的皮帶輪連接；所述的兩組鋰電池組分別為列車車廂供電系統電池組和列車多余電能儲存電池組。由于本實用新型在列車車軸發電機的輸出端設計了兩組適當容量的鋰電池組，鋰電池組具有快速充電、高容量、體積小等優點，其中一組鋰電池組儲存電能同時向車廂供電系統提供電能，保證車廂用電系統正常工作。另一組鋰電池組則儲存列車發電機所產的過剩電能，這一組鋰電池組方便拆裝以便將這部分過剩電能利用到其他地方，達到節能減排的效果。
【專利說明】一種列車車軸發電裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種發電裝置，特別是一種列車車軸發電裝置。
【背景技術】
[0002]列車在行駛過程中采用車軸發電機式供電，用蓄電池所儲存，其能源遠超出列車所耗費的能源，大多數電池處于過充或能源處于閑置狀態，使得發電機產生的能源并沒有完全利用，最終造成了能源上的浪費。
[0003]旅客列車上除了照明，還有很多用電的設備。尤其是近幾年研制的新型快速列車、準高速列車更是增加了空調裝置、車門集中遙控、糞便集存密封處理、燃油及電熱兩用取暖裝置等電氣設備，最大用電量高達400kW。
[0004]這些用電設備中的一部分所利用的能源便是列車上的蓄電池。蓄電池的電能來源于列車車廂上的小型發電機，發電機的功率一般為5KW,列車底部蓄電池組中的一塊蓄電池的容量一般為300Ah，電壓為48V。它被吊掛在客車的底架或轉向架上。發電機通過皮帶與安裝在車軸上的皮帶輪連接，當列車運行時，車輪滾動，由皮帶帶動發電機轉動而發電，供應車上各種電器使用。當列車停靠時，車輪不動了，發電機就不再發電。為了保證客車無論開停都能正常供電，就在客車上裝備蓄電池供電系統。開車時，它把發電機發出的電能轉變成化學能儲蓄起來，這個過程叫蓄電池充電；車輛運行或停車時，它能把化學能轉變成電能，向各用電器具送電，這個過程叫蓄電池放電。鐵路上把安裝有發電機和蓄電池的車廂稱為“母車”，沒有安裝的車廂稱為“子車”，母車與子車的比例一般為1:1。這種靠車輪轉動，通過皮帶帶動發電機發電的供電方式，稱為車軸發電機式供電。中國鐵路列車廣泛采用這種供電方式。
[0005]由于這種充電方式的特殊性，以及列車上用電量的有限性，導致列車在行進過程中發電機所產生的電能中一大部分都未被利用，造成了能源上的浪費。
[0006]目前，列車上主要使用的電池是鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池已經有130年的歷史了，可以說是使用最多的蓄電池。
[0007]鉛蓄電池的工作原理就是化學能和電能的相互轉化過程。鉛蓄電池由浸潰在電解液中的正極板(二氧化鉛PbO2)和負極板(海綿狀純鉛Pb)組成，電解液是硫酸(H2SO4)的水溶液。由雙硫化理論可知蓄電池和負載接通放電時，正極板上的PbO2和負極板上的Pb都變成PbSO4,電解液中的H2SO4減少，相對密度下降。充電時按相反的方向變化，正負極板上的PbSO4分別恢復成原來的PbO2和Pb，電解液中的硫酸增加，相對密度變大。
[0008]鉛酸電池以其制造工藝簡單、原材料來源豐富、價格適中在二次化學電源中起著不可替代的作用，比功率也基本上能滿足列車的動力性要求。但它有兩大缺點:一是比能量低，質量和體積太大，鉛酸蓄電池重量能量比為28-40Wh/kg，體積能量比64-72Wh/I，且一次充電行駛里程較短；另一個是充電速度慢，使用壽命短，使用成本過高。
[0009]鉛酸電池主要由鉛、硫酸以及部分其他金屬及塑料組成，廢電池酸液中含有大量的鉛，隨意排放會造成嚴重污染。因此，隨著技術的發展及環境需求，鉛酸電池正逐漸被其他蓄電池所取代。
【發明內容】
[0010]為解決現有技術存在的上述問題，本實用新型要設計一種可以充分利用列車多余電能源列車車軸發電裝置。
[0011]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下:一種列車車軸發電裝置，包括車軸發電機、兩組鋰電池組和一個電池箱，所述的電池箱是一個可快速更換電池的電池箱，所述的車軸發電機和電池箱均懸掛在列車底部，車軸發電機通過皮帶與安裝在車軸上的皮帶輪連接；所述的兩組鋰電池組分別為列車車廂供電系統電池組和列車多余電能儲存電池組；
[0012]所述的車軸發電機、通過電纜分別與列車車廂供電系統電池組、列車多余電能儲存電池組和車廂用電器并聯；
[0013]所述的電池箱一分為二，分為左箱和右箱；電池箱左箱安裝車廂供電系統電池組，車廂供電系統的電池組固定于左箱內；電池箱右箱安裝列車多余電能儲存電池組；
[0014]所述的電池箱右箱底部安裝有橡膠減震塊、滑輪側架、滑輪和定位導向角鋼，所述的定位導向角鋼為V型角鋼；所述的橡膠減震塊有多組，橫向平行安裝于右箱底部的底板上，定位導向角鋼安裝于兩組橡膠減震塊之間，所述的橡膠減震塊上面有兩條平行的凸棱，兩條滑輪側架分別安裝在這兩條凸棱上，所述的滑輪通過滑輪軸安裝在兩條滑輪側架上；所述的列車多余電能儲存電池組的下部有V型導向槽，所述的V型導向槽與V型角鋼貼合。
[0015]本實用新型所述的電池箱右箱內壁附有彈性絕緣層，所述的列車多余電能儲存電池組的外殼設有把手。
[0016]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0017]1、由于本實用新型在列車車軸發電機的輸出端設計了兩組適當容量的鋰電池組，鋰電池組具有快速充電、高容量、體積小等優點，其中一組鋰電池組儲存電能同時向車廂供電系統提供電能，保證車廂用電系統正常工作。另一組鋰電池組則儲存列車發電機所產的過剩電能，這一組鋰電池組方便拆裝以便將這部分過剩電能利用到其他地方，達到節能減排的效果。生活中需要電池供電的設備數不勝數，儲存列車發電機所產的過剩電能利用空間很大。眾所周知，石油是不可再生能源，隨著全球可用化石能源的不斷減少，汽油、柴油等能源的價格會不斷上升，帶來的環境污染也會愈發加重，采用清潔的能源來代替化石燃料顯得愈發緊迫，但是目前純電動汽車的應用并不明顯，限制其發展的主要瓶頸便是電動汽車充電及電池問題，包括電池成本、充電設備成本等，本實用新型用于儲存列車發電系統所產的過剩電能的鋰電池組正好可以運用在電動汽車上，有效解決電動汽車充電慢，充電成本昂貴等問題。
[0018]2、由于本實用新型將列車電池箱一分為二，電池箱左箱空間用于安裝列車供電系統電池組，保證列車車廂供電；電池箱右箱空間底部，設計了定位導向角鋼以及滑輪可實現電池組的精確快速更換，此外在滑輪側架的底部還布置有橡膠減震塊減緩列車行進時所帶來的沖擊振動保證了列車到站停靠時，工作人員能在短時間內取下已經充滿電的鋰電池組更換上已經消耗完電能的鋰電池組，以便列車運行時再次充電。【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]本實用新型共有附圖3張，其中:
[0020]圖1是本實用新型的電路結構示意圖。
[0021]圖2是本實用新型的電池箱結構示意圖。
[0022]圖3是圖2中的A處局部放大圖。
[0023]圖中:1.車軸發電機，2.列車多余電能儲存電池組，3.車廂供電系統電池組，4.電池箱，5.橡膠減震塊，6.滑輪，7.滑輪軸，8.滑輪側架，9.定位導向角鋼。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本實用新型進行進一步地描述。如圖1-3所示，一種列車車軸發電裝置，包括車軸發電機1、兩組鋰電池組和一個電池箱4，所述的電池箱4是一個可快速更換電池的電池箱4,所述的車軸發電機I和電池箱4均懸掛在列車底部,車軸發電機I通過皮帶與安裝在車軸上的皮帶輪連接；所述的兩組鋰電池組分別為列車車廂供電系統電池組3和列車多余電能儲存電池組2 ；
[0025]所述的車軸發電機1、通過電纜分別與列車車廂供電系統電池組3、列車多余電能儲存電池組2和車廂用電器并聯；
[0026]所述的電池箱4 一分為二，分為左箱和右箱；電池箱4左箱安裝車廂供電系統電池組3，車廂供電系統的電池組固定于左箱內；電池箱4右箱安裝列車多余電能儲存電池組2 ；
[0027]所述的電池箱4右箱底部安裝有橡膠減震塊5、滑輪側架8、滑輪6和定位導向角鋼9，所述的定位導向角鋼9為V型角鋼；所述的橡膠減震塊5有多組，橫向平行安裝于右箱底部的底板上，定位導向角鋼9安裝于兩組橡膠減震塊5之間，所述的橡膠減震塊5上面有兩條平行的凸棱，兩條滑輪側架8分別安裝在這兩條凸棱上，所述的滑輪6通過滑輪軸7安裝在兩條滑輪側架8上；所述的列車多余電能儲存電池組2的下部有V型導向槽，所述的V型導向槽與V型角鋼貼合。
[0028]本實用新型所述的電池箱4右箱內壁附有彈性絕緣層，所述的列車多余電能儲存電池組2的外殼設有把手。
[0029]本實用新型的工作原理如下:
[0030]當列車行進時，車軸旋轉帶動車軸發電機I發電，車軸發電機I提供的電能分別儲存于電池箱4中的兩組鋰電池組中。其中，列車車廂供電系統電池組3儲存的電能用于列車車廂供電系統，在列車停車時為車廂供電；列車多余電能儲存電池組2與列車車廂供電系統電池組3并聯同時充電但不向列車車廂供電系統供電，且可快速拆卸。電池箱4右箱底部適當位置安裝有V型角鋼，在更換電池組的時候，能起到導向的作用，在列車運行過程中，通過電池組本身重量和電池組底部向V型導向槽和V型角鋼之間的配合起到一定的定位作用，防止由于列車波動而導致電池組發生滑動。電池箱4右箱底部還布置了滑輪6，在更換電池時，使電池組能方便的在電池箱4內滑動，有效加快更換速度。此外考慮到列車在運行過程中有一定的震動以及電池組底部V型導向槽與V型角鋼長期滑動摩擦會產生間隙，在安裝腳輪軸的側架底部都布置了橡膠減震塊5，既可以減緩列車運行過程中對電池組的震動又可以自動調整電池組底部V型槽與V型角鋼之間的間隙。電池箱4右箱空間內壁還附有彈性絕緣層，以防電池組與電池箱4體接觸時，可起到絕緣和緩沖保護。電池組外殼還設有把手，方便電池組的更換，在列車到站停靠時拆下已充滿電的電池組，迅速更換上已經消耗完電能的電池組，實現列車多余能源的充分利用。
[0031]下面以大連站為例描述本實用新型的節能效果:
[0032]經過不完全統計，每日抵達大連站的列車共有56次，除K7560次瓦房店-大連和6332次旅順-大連兩趟列車行駛時間低于4小時，其余均高于4小時，經調查滿足鋰電池所需的充電時間，即有效列車次數N1 = 54次，平均每次列車共有車廂N2 = 18節，按照以上所述，平均每次列車共有9節車廂底部載有電池，安裝鉛酸電池組一塊所需的空間可安裝2塊同樣容量的鋰電池組，因此每次列車可供公交車使用的電池數量為:
[0033]N0 = 0.5XN2X2 = 0.5X18X2 = 18 塊 / 次
[0034]由此可得，每日可抵達大連充滿電可使用的有效電池數量為:
[0035]N = N0XN1 = 18 塊 / 次 X54 次=972 塊
[0036]而為這972塊蓄電池組充電所需費用為:
[0037]E = I 元 / 度 X 500AHX 37V+1000 X 972 = 17982 元
[0038]注:一般鋰電池電壓為3.7V，本實用新型鋰電池以10塊為一組即鋰電池組電壓為37V。
[0039]由此可見，利用列車上的未充分利用的能源為高容量、體積小并進可快速充電的鋰電池組充電，等效回收利用的將是價值17982元人民幣的能源，將這些充滿電的電池用于大力發展的電動汽車等新能源設備上的前景相當可觀。以上所有計算僅是每次列車到達大連卸下所充電電池所換算的價值，實際情況應該比這個數字更加龐大，因為鋰電池組所需充電時間僅為4小時左右，而有的列車從出發到駛入大連站的時間是4小時的幾倍，即有些列車從出發到最終到達大連站中途可以將充好的電池卸下供當地使用，然后換上當地替下的已用盡電的電池，隨著列車的繼續前行而接著充電。因此，若在全國范圍內實施這套方案，能源方面回收利用的價值是非常巨大的。除此以外，這套方案帶來的環境效益是非常巨大的，因為它并沒有化石燃料所帶來的諸多對環境的負面效應。
[0040]鑒于可以有如此大的開支得到節省，并且減排效果明顯，因此如果改進現有的列車構成，即改變原有的安裝發電機和電池組的車廂與未安裝發電機與電池組的車廂1:1的比例，將所有車廂都安裝上發電機和電池組，這樣每日可回收利用的能源可變成原先的2倍，若可以將安放電池組的箱體體積擴大，則可安放更多的電池，收到的經濟效益會更大。不僅如此，目前，貨車車廂上并沒有加裝上面所述的車軸發電機式供電裝置，因此若在貨車車廂上加裝該充電裝置，由此所帶來的經濟效益將會更加巨大。
【權利要求】
1.一種列車車軸發電裝置，其特征在于:包括車軸發電機(I)、兩組鋰電池組和一個電池箱(4)，所述的電池箱(4)是一個可快速更換電池的電池箱(4)，所述的車軸發電機(I)和電池箱(4)均懸掛在列車底部，車軸發電機(I)通過皮帶與安裝在車軸上的皮帶輪連接；所述的兩組鋰電池組分別為列車車廂供電系統電池組(3)和列車多余電能儲存電池組(2)； 所述的車軸發電機(I)、通過電纜分別與列車車廂供電系統電池組(3)、列車多余電能儲存電池組(2)和車廂用電器并聯； 所述的電池箱(4) 一分為二,分為左箱和右箱；電池箱(4)左箱安裝車廂供電系統電池組(3)，車廂供電系統的電池組固定于左箱內；電池箱(4)右箱安裝列車多余電能儲存電池組⑵； 所述的電池箱(4)右箱底部安裝有橡膠減震塊(5)、滑輪側架(8)、滑輪(6)和定位導向角鋼(9)，所述的定位導向角鋼(9)為V型角鋼；所述的橡膠減震塊(5)有多組，橫向平行安裝于右箱底部的底板上，定位導向角鋼(9)安裝于兩組橡膠減震塊(5)之間，所述的橡膠減震塊(5)上面有兩條平行的凸棱，兩條滑輪側架(8)分別安裝在這兩條凸棱上，所述的滑輪(6)通過滑輪軸(7)安裝在兩條滑輪側架(8)上；所述的列車多余電能儲存電池組(2)的下部有V型導向槽，所述的V型導向槽與V型角鋼貼合。
2.根據權利要求1所述的一種列車車軸發電裝置，其特征在于:所述的電池箱(4)右箱內壁附有彈性絕緣層，所述的列車多余電能儲存電池組(2)的外殼設有把手。
【文檔編號】H02J7/14GK203528490SQ201320740186
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】張洪波, 葛宰林, 劉超, 呂宏偉, 鄒超, 李國飛 申請人:大連交通大學