CN106080215B - 一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轨道交通节能技术领域，尤其涉及一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通。轨道交通制动能回收利用系统包括制动电机、燃料电池、电解槽以及氢气罐，制动电机用于将轨道交通的制动能转化为电能，制动电机的输出端与电解槽的电力输入端连接，电解槽包括氢气输出端和氧气输出端，氢气输出端与氢气罐连接，氢气罐与燃料电池连接，用于为燃料电池提供氢气。本发明基于混合动力轨道交通车辆带有氢气罐的特点，结构上只需增加电解槽，直接使用车载已有的氢气罐进行储氢，结构简单，降低车身自重，能量转换率较高，同时减少了氢气的加注，降低了运行成本。同时，电解得到的氢气纯度较高，无需处理便可以直接供给燃料电池使用。

Description

一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通
技术领域
本发明涉及轨道交通节能技术领域，尤其涉及一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通。
背景技术
现有传统轨道交通制动能回收技术主要分为储能型(蓄电池储能、飞轮储能和电容储能)、逆变型(逆变回馈和逆变负载)和电阻消耗型三种。储能型回收装置通常体积较大，对于混合动力轨道交通来说，系统本身已具备蓄电池或/和电容，相对适合除飞轮以外的储能技术。但回收过程中额外加装的DC/DC转换器，会大幅度降低整体回收效率。对于纯燃料电池驱动轨道交通来说，额外加装储能装置会增加车辆自重，使车内空间会更加紧凑，不仅增加了整车系统复杂程度，而且降低了制动能回收效率。混合动力轨道交通已取消受电弓装置，因此逆变回馈型不适用；逆变负载型方式较为简单，但由于列车制动是间断式的，负载用电稳定性得不到保证，因此该方式鲜有使用。电阻消耗型控制简单、价格低廉、工作稳定，但所有能量均被消耗为热能，不仅形成了热污染，还增加空调系统的耗电量，实质上制动能并没有得到回收利用，能量综合使用效率极大降低。混合动力轨道交通以燃料电池作为动力装置，以氢气作为燃料。随车带有储存氢气的气瓶，为制动能电解水所制氢气提供了有利的储存场所。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实现轨道交通的制动能的回收利用的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轨道交通制动能回收利用系统，包括制动电机、燃料电池、电解槽以及氢气罐，所述制动电机用于将轨道交通的制动能转化为电能，所述制动电机的输出端与所述电解槽的电力输入端连接，所述电解槽包括氢气输出端和氧气输出端，所述氢气输出端与所述氢气罐连接，所述氢气罐与所述燃料电池连接，用于为所述燃料电池提供氢气。
根据本发明，还包括控制装置以及与所述制动电机的输出端连接的储能装置，所述控制装置用于控制所述制动电机的电流输出与所述电解槽连接或与所述储能装置连接。
根据本发明，所述储能装置为锂电池或超级电容。
根据本发明，所述氢气罐连接有氢气压力传感器。
根据本发明，所述制动电机的输出端通过整流模块和稳压模块与所述电解槽连接。
根据本发明，还包括与所述制动电机连接的制动电阻。
本发明还提供了一种混合动力轨道交通，包括整车供风系统、整车供电系统以及如上述的轨道交通制动能回收利用系统，所述氧气输出端与所述整车供风系统相连接，所述燃料电池与所述整车供电系统相连接。
根据本发明，还包括散热系统，所述散热系统用于为所述燃料电池和所述电解槽进行散热。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例提供的轨道交通制动能回收利用系统设有电解槽，将制动电机回收的制动能转化为电能用于电解水，产生的氢气输送至氢气罐中，可以作为燃料电池的氢气来源，产生的氧气可以通入车内增加车内空气中富氧浓度，改善整车空气品质。本发明实施例提供的制动能回收利用系统用于混合动力轨道交通中时，基于混合动力轨道交通车辆带有氢气罐的特点，结构上只需增加电解槽，直接使用车载已有的氢气罐进行储氢，结构简单，降低车身自重，能量转换率较高，同时减少了氢气的加注，降低了运行成本。同时，电解得到的氢气纯度较高，无需处理便可以直接供给燃料电池使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的轨道交通制动能回收利用系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的混合动力轨道交通的结构示意图。
图中：1：制动电机；2：电解槽；3：氢气罐；31：氢气压力传感器；32：氢气泄漏传感器；4：燃料电池；5：储能装置；6：制动电阻；7：整流模块；8：稳压模块；9：控制装置；10：整车供风系统；11：整车供电系统；12：空气压缩机；13：散热系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种轨道交通制动能回收利用系统，包括制动电机1、燃料电池4、电解槽2以及氢气罐3，制动电机1用于将轨道交通的制动能转化为电能，制动电机1的输出端与电解槽2的电力输入端连接，优选地，本实施例中制动电机1的输出端通过整流模块7和稳压模块8与电解槽2连接。电解槽2包括氢气输出端和氧气输出端，氧气输出端用于将电解槽2内电解得到的氧气输出，氢气输出端与氢气罐3连接，氢气罐3与燃料电池4连接，用于为燃料电池4提供氢气。电解槽2内的水既可以是车辆内储备的水也可以是收集的其他过程中产生的水。本发明实施例提供的轨道交通制动能回收利用系统设有电解槽2，将制动电机1回收的制动能转化为电能用于电解水，产生的氢气输送至氢气罐3中，可以作为燃料电池4的氢气来源，产生的氧气可以通入车内增加车内空气中富氧浓度，改善整车空气品质。本发明实施例提供的制动能回收利用系统用于混合动力轨道交通中时，基于混合动力轨道交通车辆带有氢气罐3的特点，结构上只需增加电解槽2，直接使用车载已有的氢气罐3进行储氢，结构简单，降低车身自重，能量转换率较高，同时减少了氢气的加注，降低了运行成本。同时，电解得到的氢气纯度较高，无需处理便可以直接供给燃料电池使用。
进一步地，本实施例中轨道交通制动能回收利用系统还包括控制装置9以及与制动电机1的输出端连接的储能装置5，控制装置9用于控制制动电机1的电流输出与电解槽2连接或与储能装置5连接。具体地，本实施例中的储能装置5可以为锂电池或超级电容等常用的储能设备，可以根据混合动力轨道交通的实际特征进行选取。控制装置9可以根据需要选择使制动电机1输出的电能用于电解槽2电解还是由储能装置5将电能进行储存。
进一步地，本实施例中氢气罐3连接有氢气压力传感器31。设置氢气压力传感器31，氢气压力传感器31检测到氢气罐3内压力高于限定值时控制制动电机1与储能装置5连接，当氢气压力传感器31检测到氢气罐3内压力不高于限定值时控制制动电机1与电解槽2连通，进行电解，由氢气罐3收集氢气。本实施例中氢气罐3还连接有氢气泄漏传感器32。氢气泄漏传感器32用于检测氢气罐3是否存在泄漏。
进一步地，本实施例中轨道交通制动能回收利用系统还包括与制动电机1连接的制动电阻6。制动电阻6将快速制动过程中制动电机的再生电能直接转化为热能，这样再生电能就不会反馈到电源电网络中，不会造成电网电压波动，从而起到了保证电源网络的平稳运行的作用。
本发明实施例还提供了一种混合动力轨道交通，如图2所示，包括整车供风系统10、整车供电系统11以及上述的轨道交通制动能回收利用系统，氧气输出端与整车供风系统10相连接，燃料电池4与整车供电系统11相连接。氧气输出端与整车供风系统10连接可以提高增加整车空气中富氧浓度，改善整车空气品质。进一步地，本实施例中混合动力轨道交通还包括散热系统13，散热系统13用于为燃料电池4和电解槽2进行散热。保证燃料电池4以及电解槽2的正常工作。进一步地，本实施例中的燃料电池4还连接有空气压缩机12，用于为燃料电池4提供氧气。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种轨道交通制动能回收利用系统，其特征在于：包括制动电机、燃料电池、电解槽以及氢气罐，所述制动电机用于将轨道交通的制动能转化为电能，所述制动电机的输出端与所述电解槽的电力输入端连接，所述电解槽包括氢气输出端和氧气输出端，所述氢气输出端与所述氢气罐连接，所述氢气罐与所述燃料电池连接，用于为所述燃料电池提供氢气；还包括与所述制动电机连接的制动电阻，所述制动电阻将快速制动过程中所述制动电机的再生电能直接转化为热能。
2.根据权利要求1所述的轨道交通制动能回收利用系统，其特征在于：还包括控制装置以及与所述制动电机的输出端连接的储能装置，所述控制装置用于控制所述制动电机的电流输出与所述电解槽连接或与所述储能装置连接。
3.根据权利要求2所述的轨道交通制动能回收利用系统，其特征在于：所述储能装置为锂电池或超级电容。
4.根据权利要求2所述的轨道交通制动能回收利用系统，其特征在于：所述氢气罐连接有氢气压力传感器。
5.根据权利要求1所述的轨道交通制动能回收利用系统，其特征在于：所述制动电机的输出端通过整流模块和稳压模块与所述电解槽连接。
6.一种混合动力轨道交通，其特征在于：包括整车供风系统、整车供电系统以及如权利要求1-5任一项所述的轨道交通制动能回收利用系统，所述氧气输出端与所述整车供风系统相连接，所述燃料电池与所述整车供电系统相连接。
7.根据权利要求6所述的混合动力轨道交通，其特征在于：还包括散热系统，所述散热系统用于为所述燃料电池和所述电解槽进行散热。
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