CN1062816C - 再生混合电源系统 - Google Patents

再生混合电源系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1062816C
CN1062816C CN96110696A CN96110696A CN1062816C CN 1062816 C CN1062816 C CN 1062816C CN 96110696 A CN96110696 A CN 96110696A CN 96110696 A CN96110696 A CN 96110696A CN 1062816 C CN1062816 C CN 1062816C
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric power
electric
power
fuel cell
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN96110696A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1150934A (zh
Inventor
大木康次
长谷川均
伊东利胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Railway Technical Research Institute filed Critical Railway Technical Research Institute
Publication of CN1150934A publication Critical patent/CN1150934A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1062816C publication Critical patent/CN1062816C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2009—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for braking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • B60L50/62—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles charged by low-power generators primarily intended to support the batteries, e.g. range extenders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/71—Arrangement of fuel cells within vehicles specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B60L53/54—Fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/12—Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by dc motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14—Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

按照本发明的一种再生型混合电源系统(20)包括：具有用于驱动电负载的负载(13)的第一电车(30)；电力产生装置(40，4，5)；再生燃料电池(7)，用来利用由电力产生装置提供的电力存储化学能并使所存储的化学能再生，再生控制装置(12)，用来控制再生燃料电池(7)的电力再生，以补充供给负载(13)的电力不足。本发明的混合电源系统可以实现高速能量转换与存储系统以及大功率的发电系统，从而维持高的能量重量，体积效率。

Description

再生混合电源系统
本发明涉及一种混合电源系统。该系统使用两种电源装置，其中包括基本电源装置，用来调节基本电力的暂时过剩与不足，以及辅助电源装置，用来消除电力过剩或不可避免的突然的暂时的或短时间的电力不足，这总是或多或少地发生，只要电源应用在这样的领域中，其中电力被部分地或全部地利用，或应用于所有这样的系统，其中具有从发出功率的第一级到例如机械系统、电气系统等的最末级各种可利用的功率状态。
更具体地说，本发明涉及一种混合电源系统，该系统在发电厂、变电站或和电车的供电系统相连的要求负载的电车中电力过剩时作为负载用来储存能量；并涉及一种混合电源系统，它在电力供应不足时由辅助的电源装置向负载供电作为调节。
参照图6说明常规的混合电源系统。图6所示的混合电源系统100包括作为能量存储装置的轻油存储装置26，作为能量转换器的柴油机27，发电装置3，电车上的电力再生制动装置4a，例如再生装置，铅酸蓄电池28，电源调节装置29.混合电源系统100是一种电车上的蓄电池再生型混合电源装置，用来向包括驱动设备等的负载13供电。例如，图中所示的混合电源系统100被安装在柴油机车内。在通常时间内，它借助于使用作为驱动源的柴油机27的发电装置3发电，并向负载13供电，以便使其上的电车运行，并且也对铅酸电池28用多余电力充电。当在短时间内发生电力不足时，缺少的电力由铅酸电池28补偿。借助于在电车上的发电装置4通过再生发电发出的电力用来给铅酸电池28充电。
一些这种混合电源系统的例子在下列文献中出现了：“Internal CombustionEngine and Accumulator”(Intersociety Energy Conversion EngineeringConference：IECEC，15th，1980，Vol.3，PP.1760)，和“Hybrid Power Device ofExternal Combustion Engine and Accumulator”(IECEC，27th，1992.Vol.3，pp.3167)。然而存在的问题是：由蓄电池的充电速度决定的充电能力(KW)低；以及在这种常规系统中单位重量的充电能量(KWh)也低。还有一种使用内燃机和飞轮的混合电源装置(IECEC，25th，1994，pp.205-211)。然而，这种装置的问题在于，在当前环境下单位飞轮重量的充电容量(KWh)相当低。还有另一种包括内燃机和热电转换器的混合电源装置，但是它具有相当低的热电转换效率(IECEC，25th 1994，pp.1419)的问题。有另外一种包括燃料电池和蓄电池的混合电源装置的混合电源装置(IECEC，23rd，1988，pp.227)，但它有蓄电池的重量能量效率及其充电能力非常低的问题。
这种常规的混合电源装置是通过结合多个已经付诸实用的发电装置实现的。的。这些混合电源装置采用多个发电电源，并利用它们之间的互补关系用对方的长处补偿各自的不足，因此构成了比一个包括单独的电源装置的电源系统更先进的电源系统。虽然这种常规的装置已经部分地被实际应用，但每个装置都存在和单位重量和体积的充电能力，放电能力，充电量等有关的再生能力方面的问题。
此外，有一种再生和再现型电源装置，该装置被认为是一种再生型电源装置，其中使用属于一种电源装置的单个能量存储装置，在把电力存储到能量存储装置之后当需要电力时再输出存储的电力以满足需要，所述电力借助于再生制动从电车的动能中收集(IECEC，25th，1994 PP.1430)。然而，在这种常规的再生型电源装置中存在着由再生和再现而导致的效率低的问题。
此外，作为在空间技术中使用的一种再生型电源装置，有一能使用再生燃料电池发电的系统，该系统利用预先存储的作为燃料的氢和氧，所用的氢和氧是通过使用太阳能电池的水电解装置来电解水获得的(IECEC，24th，1989，PP.1631)。然而，这种再生燃料电池被用于存储和再现能量，而不是为了高阶(high rank order)的电力维持。作为在地面上使用的相应的系统，有一种类似的燃料电池系统(International Hydragen and Clean Energy Symposium Sponsored byNEDO，1995，PP.31)，但它只用于存储和再生能量，而不是为了借助于利用全部发电能力以最大的运行效率存储和释放多余的电力来维持高阶(high rank order)的所需电力。也有一种作为另一种再生型发电系统的泵储电站(The Journal oftheInstitute of Electrical Engineers of Japan，Vol.115-B，6，1995，pp.447)。泵储电站的位置一般远离用电处，因此，该系统存在不可避免的电力传输损耗的问题。
此外，有一种使用调节器等装置用来调节供需平衡的系统，所述平衡受电力负载的变化以及由发电装置的异常断开而导致的发电量的变化的影响，但仍然存在在常规的电源系统中的调节速度不总是象所期望的那样快的问题。
本发明的目的在于提供一种通过快速的能量转换和存储系统来解决上述问题的再生型混合电力系统，以便维持大的能量对重量和体积的效率。
按照本发明，提供一种再生型混合电源系统，它包括：用来产生电力以及向电力系统供应电力的发电和供电装置；利用由发电和供电装置供应的电力来存储化学能并利用所存储的化学能再生电力的再生燃料电池，其中包括电解水和水电解装置，在电解的氢和氧当中至少存储氢的存储装置，一种燃料电池，它使用存储在存储装置中的氢和作为燃料的氧产生电力，以及交换水电解装置、存储装置、燃料电池和大气中的热的热交换器；用来从发电和供电装置以及再生燃料电池中接收电力的负载；再生控制装置，用来比较由发电和供电装置产生的电力和负载接收的电力之间的供需之差。所述再生控制装置根据需要用发出电力的剩余电力操作水电解装置；当发出的电力处于供应过剩时存储至少被电解所得的氢；并在发出的电力不足时，通过利用存储的氢和氧借助于燃料电池再生发电来控制发生在电力系统中的过量的剩余电力。
本发明的另一个方面是一种再生型混合电源系统，它包括：第一电车，它具有包括用来驱动设备、空气调节器、灯等的电力负载的负载(象在所有下述的例子中那样)；发电装置，其中包括在第一电力供应装置、第二电力供应装置以及第三电力供应装置当中的至少一个电力供应装置，所述第一电力供应装置被提供在第一电车上并产生电力，第二电力供应装置被提供在地面上并产生电力，还对产生的电力进行传送和转换，第三电力供应装置被提供在与第一电车不同的其它电车上，并向外部供应剩余的电力；再生燃料电池，用来通过利用从电力产生装置提供的电力来存储化学能，并再生被存储的电力，它包括电解水的水电解装置，存储电解所得的氢和氧中的至少氢的存储装置，使用由存储装置存储的氢和氧作为燃料发电的燃料电池以及热交换器，用来交换水电解装置、存储装置、燃料电池和大气中的热；再生控制装置，用来控制由再生燃料电池再生电力，从而补充供到负载上的电力的不足。
本发明的另一个方面是一种再生型混合电源系统，它包括：燃料电池，其中包括用来电解水以便产生氢和氧的水电解装置以及用来存储至少由水电解装置产生的氢的存储装置；用来驱动电车并产生再生制动电力的负载；不包括在预定区域中的外电源供应系统，所述预定区域由供电方和用电方通过合同确定；存在于电车外面的预定区域的非车载电源系统，例如架空线；其中当再生混合系统在按合同要求接收的电力超过合同要求的情况下，以高补偿充电方式从供电方接收的电力有余地足以按用电方和供电方之间的合同要求供电，并且再生制动电力有余地足以提供电力到这样的程度，使得外部电源系统可以吸收反馈给非车载电源系统的制动能量的条件下而具有经济利益时，再生混合系统操纵水电解装置向存储装置至少存储氢和氧，在另一方面，当除该系统之外的外力电力处于负载消耗的电力之下时，该系统则用存储的氢和氧或空气操作燃料电池，通过非车载供电线路向负载补充缺乏的电力。
按照本发明具有上述部件的装置可以作为可被安装于用电处附近的装置，即可以作为现场的或车载的装置。这种现场的或车载的装置可以借助于具有高的转换效率的再生能量转换装置提高电力质量，存储并产生大功率的电能；并从而可望改善电车的整个能量转换效率，改善电力系统的供电质量。此外，根据所作的改善可望提高用电设备的利用率。即在系统中，其中可以建立一般包括辅助电源的混合结构，这是本发明的主要特征，这借助于具有在现场或车载装置中提供高速能量转换、存储和产生的再生能量转换能力的混合再生装置来实现。当过剩电力发生时，通过利用过剩电力使用水电解装置高效率地电解水。通过电解水而产生的氢和氧被存储到氢氧存储装置中，或者当燃料电池使用空气中的氧发电的情况下只存储所产生的氢。利用使用存储的氢和氧作为燃料的燃料电池发电，并在当电力不足时适当地提供混合电力。其特征在于，可以实现高速的能量转换和存储以及大功率发电，同时维持高的能量重量和体积效率。此外，通过按照本发明的再生型混合电源系统，借助于在供电装置处的再生能量转换提供高质量的电力，便可以改善在电力系统中的总的转换效率并改善用于运动物体的电力质量。
此外，因为这些改善，可以获得可采用大功率的用电设备的效果。
图1是说明在电车上的自激以及再生的混合电源系统的构成例子的方块图，是本发明的较佳实施例之一。
图2是按照本发明的电车上的自激以及再生的昆合系统的另一个较佳实施例的方块图。
图3是按照本发明的在地上的自激及外激和再生的混合电源系统的另一个较佳实施例的方块图。
图4是按照本发明的地上的外激和再生混合电源系统的另一个较佳实施例的方块图。
图5是按照本发明的在地上和电车上的连接再生的混合电源系统的另一个较佳实施例的方块图。
图6是由电车上带有蓄电池再生的常规的再生型混合电源装置的方块图。
参照图1说明本发明的混合电源系统的一个较佳实施例。图1所示为电车上的自激及再生的混合电源系统。本图中的混合电源系统20使用用来产生电力的电力产生装置40，它包括能量存储装置1，能量转换器2和电力产生装置3并被安装在例如电气车辆的电车30上(以后可以认为电车30包括电车、电机车等)，以便在电车30上产生电力。在另一个邻近的电车上有一电力产生装置4，它包括再生装置等，以及在电车30外面的地上电站/子站5，它们用车外供电线(系统)6连接，供电线包括接触系统作为架空电流收集系统，非接触系统，例如和电力发生装置40一道使用检测线圈或第三轨导体系统等的系统。此外，在电车30上还安装着再生燃料电池7。
再生燃料电池7包括热交换器8，用来冷却并加热每个装置和空气；水电解装置(电解器)9，用来电解水；氢和氧存储装置10，用来存储由水电解装置9分解的氢和氧并被作为化学能，燃料电池11，用来用氢和氧为燃料产生电；以及再生控制装置12，用来控制供给水电解装置9的电力和燃料电池11发出的电力。再生控制装置12监视通过电车30上的配电线14提供的电力的过剩或不足，并且当不足时，它便这样控制每个装置，使得直接由燃料电池11或在需要时改变状态之后供给负载13例如包括驱动电机等以及其它电力负载所需的直流或交流电。再生控制装置12正如从车外供电线6看到的那样在电源侧的电力过剩(有余)时还这样控制每个装置，使得控制水电解装置9，利用由车外供电线6通过车上配电线14供给水电解装置9的电力来电解存储的水。然后，再生控制装置12控制氢氧存储装置10存储所产生的氢和氧。
当负载13的再生制动被启动时，正如从车外供电线6看到的那样如果在电源侧上有剩余电力，再生控制装置12也依次控制每个装置，使水电解装置9利用由在再生制动状态下的负载13通过车上配电线14供给水电解装置9的电力来电解存储的水，并控制氢氧存储装置10存储产生的氢和氧。图1所示的实施例可以认为是一个电车上的自激系统，因为它配备有在电车30上用于负载13的一个电源。这就是说，图1中的混合电源系统包括车上的电力产生装置40和地上的电力产生装置以及再生燃料电池7。此外，可以认为它是一种车上的自激和再生的系统，因为用于再生电力的再生燃料电池7也被装在电车30上。
作为图1所示实施例的改型，在省略能量转换器2例如内燃机等的情况下，直接地转换电能，这时电力产生装置40的结构可以改变，从而改变能量存储装置1和电力产生装置3之间的产生系统，直接把能量存储装置1和电力产生装置3相连。也可以认为负载13不仅包括安装在电车30上的负载而且包括在其它电车外面的负载。可以使用用来获得大气(氧)的装置代替在氢氧存储装置10中的只存储氧的装置。此外，这些改型可以相同的方式被应用于下面所述的较佳实施例中。
下面参照图2说明按照本发明的混合电源系统的另一个较佳实施例。图2所示的混合电源系统的构成包括作为接触系统的车外供电系统(外激系统)以及车上供电系统(车上的再生系统)。另外，在图2中，和图1相同的部件冠以相同的标号(在下面的所有例子中都如此)。
图2所示的混合电源系统21包括电力产生装置4例如一种位于车上的再生设备，地面电站/分站5，以及全都处于电车30a的外部的车外供电线路6，以及再生燃料电池7，作为驱动设备的负载13以及位于电车上的配电线路14，它们全都装在电车30a中。在这一较佳实施例中，只要不启动负载13的再生制动发电，供给装在电车30a内的再生燃料电池7的全部电力都来自电车30a的外部。再生燃料电池7包括热交换器8，水电解装置9，氢存储装置10，燃料电池11和再生控制装置12，如图1中的一样。当确定缺乏电力时，再生控制装置12就把燃料电池11的输出供给负载13，作为供给车上负载的外部电源(来自电力发生装置4等的电源)的补充电源，可以直接地供给负载13，或通过配电线路14把输出状态变为交流或直接之后间接地供给负载，以满足负载13的需要。在另一方面，当确定电力过剩时，再生控制装置12就操作水电解装置9、氢存储装置10和热交换器8以便存储氢。
下面参照图3说明按照本发明的混合电源系统的另一较佳实施例。图3所示的混合电源系统23是一种自激的与外激的以及地上再生的混合电源系统。混合电源系统23的特征在于该系统具有：建立在地上的由能量存储装置1构成的地上分站5a；具有能量转换器2和电力发生装置3的电力发生装置40；以及再生燃料电池7a。在地上，混合电源系统23也具有：在另一电车上的电力发生装置4，它包括再生设备等，以及作为其它电源的地上电站/分站5；还具有车外供电线路6。因此，在此较佳实施例中，只有在电车30b内提供负载13和配电线路14，并且电车30b不具有任何的发电装置。用于负载13的电力通过车外的供电线路6和电车上的配电线路14，从地上分站5和5a以及在另一电车上的电力发生装置4供应。再生燃料电池7a包括：热交换器8，水电解装置9，氢存储装置10，燃料电池11，所有这些都由图1所示的相应部件构成，以及再生控制装置12a。再生控制装置12a确定电力过剩或缺乏的状态。当电力缺乏时，则通过车外供电线路6和车上配电线路14直接地或根据负载13的需要变成直流或交流状态之后间接地把燃料电池11发出的电力供给负载13，例如一种驱动设备。当电力被确定为过剩时，再生控制装置12a就操作水电解装置9、氢存储装置10和热交换器8，进行氢的存储。
下面参照图4说明按照本发明的混合电源系统的另一较佳实施例。图4说明的混合电源系统包括输电网和地上的再生设备。输电线34处于由供电方和用电方按照合同确定的供电方的监视区中。在图4所示的混合电源系统中，地面分站5b没有发电设备。电力通过车外供电线路6由再生控制装置12b供给负载13(再生控制装置可以包括DC-DC变换器，DC-AC逆变器等)或从接收与变换设备15供给负载13，而不通过控制装置12b(这条路径未示出)，当负载13是交流时，直接从和输电线路34相连的接收与变换设备15供给负载13，或当负载为直流时，则直接从整流器16供给负载13。电力也通过车外供电线6从电力产生装置4供给负载13，电力产生装置4例如可以是在另一电车上的再生制动设备。在地上分站5b中，由输电线34供应的电力，被供应到再生控制装置12b，例如，当供应的电力是工业用电频率的交流电时，可通过接收与变换设备15变换以及通过整流器16整流之后供出。再生燃料电池7b被安装在地上分站5b中，包括热交换器8，水电解装置9，氢存储装置10，燃料电池11，以及再生控制装置12b.再生控制装置12b监视电力的过剩或缺乏状态，当确定为缺乏时，就把燃料电池11的电力供给负载13，这通过车外供电线路6和配电线14直接地或按照负载13的需要以改变后的交流或直流状态间接地供给负载13。当电力被确定为过剩时，再生控制装置12b就操作水电解装置9、氢氧存储装置10以及热交换器8，进行氢气的存储。
此外，地上分站5b的结构不限于上述。例如，可通过在再生控制装置12b中安装一个换流器把交流电转换为直流电从电力传输线34通过接收和变换设备15直接地供电给负载13而省略整流器16。
下面参照图5说明按照本发明的混合电源系统的另一较佳实施例。图5所示的系统包括与地上和电车上的再生装置相连的再生燃料电池。该系统包括：位于电车上的且和图1或图2所示的相同(图1中的系统20或图2中的系统21)的再生系统19；以及位于地上的与图3或图4所示相同(图3的系统23或图4的系统24)的再生系统22。
每个混合电源系统都紧密配合而工作，从而向负载13例如驱动装置提供电力。在本系统中，在位于电车上的再生系统19和位于地上的再生系统22之间具有联络线25，用来接收与发送用于对每个系统中的电力进行联合控制的控制信号。图5的混合电源系统在联合的状态下操作每个系统，或相应于各个状态独立地操作每个系统。本系统具有高的操作自由度，因此可以容易地实现以电力产生能力的最大效率运行而产生的剩余电力的能量存储与释放。因此比其它的较佳实施例，可以更容易地实现维持高阶的(high rank order)电力。
下面说明当利用上述的混合电源系统时的操作和可以达到的效果。
(1)使用现有的分站容量加速电车
随着与分站的距离的增加，即使分站具有足够的分站容量或具有恒压控制系统，由于馈电线路常数而引起的电压降也会使馈电线路电压降低。为了使馈电电压不降低到在每一馈电部分的可允许的最小电压以下，假定馈电线路有一确定的电压降，确定一条用来确定运行的列车的标准运行时间的条件的运行曲线。因此，在某些馈电线部分引起电压过剩。使用按照本发明的混合电源系统，通过在出现电压过剩的部分把电力存储在再生燃料电池中，并在发生电压降低的馈电部分使存储的电力再生，通过这种使用可以减小从电车上的负载看去的馈电线路的视在阻抗。通过这种使用，也可以认为从电车上的负载看时，馈电电路为一恒定电压源而不改变现有的分站容量。因此，当确定电车的运行曲线时，可以使用较高的可容许的最小设定电压，并且也可以提高电车的速度。
(2)在大功率列车以低频运行在作为标准列车组织的馈电线部分上时避免增加分站容量和建设新的分站，并避免馈电线路电压降到容许最低电压以下。
分站容量是被充分地设定在相应于在馈电部分中运行的标准列车组织，在另一方面有时需要比标准列车编组具有较大输出的电力机车和具有相当长的列车编组的大功率列车例如特别快车以低频运行在按标准列车编组确定的分站容量的馈电部分上。然而，在常规的系统中，不可能运行这种不规则的列车编组而不改变容量，这是因为分站容量不足，或者由于可预料到的电压降而使馈电电压降到容许最小电压以下的状态。在另一方面，如果使用按照本发明的混合电源系统，则能避免分站容量的不足以及由于电压降使电压降到容许最小电压之下。因此，就可以避免分站容量的增加和建立新的分站来运行使用在低频下的大功率列车。
(3)通过延长以低频运行在新线路上的列车的分站间隔减少新线建设的投资。
通过引入按照本发明的电车上的再生的混合电源系统，可以延长分站间隔，因为可以在电车上发电以补充在相邻分站的中部或在单向发出的分站的端部的电力与电压的不足。
(4)通过在电气化和非电气化部分之间避免在电气化部分或运送乘客中单节机动有轨车的运行来改善服务
有一种混合电车的例子，其中包括电车和用于常规系统中的包括电气化和非电气化区间的单节机动有轨车。但是，如果引入按照本发明的车上再生的混合电源系统，就可以只用电车来组织列车，从而获得高的服务能力。如果列车配备有再生燃料电池，则在非电气化区间相当短时，可以通过位于电气化区间之间的非电气化区间运行列车。当用架空线建设电气化铁路时，借助于使窄的隧道保持为非电气化区域并在隧道中运行具有再生燃料电池的列车，可以避免改良窄的隧道。结果因为可以减少昂贵的隧道投资而提高了电气化的投资效果。
(5)通过在再生制动发电期间使用释放的电力进行节能运行
由再生制动产生的电力基本上被供给运行于发电的电车附近的另一个电车。不过，当因附近没有列车运行而使再生制动电力过剩时，再生制动电力就被释放，以阻止馈电线路的电压升高。在另一方面，如果使用按照本发明的混合电源系统，就可以利用释放的电力为再生燃料电池充电。因此，如果引入按照本发明的混合电源系统，则可以实现节能效果，分站容量减小效果，靴形消耗减少效果等。
(6)通过不安装备用的转换设备来减少投资
在常规系统中，需要提供备用电力转换设备来防止在正常使用的转换设备发生故障的情况下妨碍列车运行。然而，按照本发明的混合电源系统可以不用安装备用设备，因为可用再生燃料电池来代替备用设备。即，即使正常使用的设备发生故障时也可以避免列车运行的延误，因而可以达到上述的减少投资的效果。
除上述的几种可能性之外，还有如下的一些可能。对于电力公司的固定的最小费用由测量的要求峰值确定。因此，可以实现减少费用的效果，因为利用具有在车上和在地上的多个电源的混合电源系统可以减少峰值。当试图在电力系统中稳定电力传输时，关于电压稳定性以及电力的稳态稳定性和暂态稳定性有一些要保证的准则。在过去，对于电力的稳定性，电力的稳定靠SVC、SVG，同步相位修正器等来控制超前的和滞后的无功功率来达到。对于电压稳定性，电压的稳定靠通过合适的电源布置，传输电压的提升，增加并建立输电线和分站等措施来消除电力系统中的涨落变化而实现。这些常规方法都和在电力传输期间的阻抗控制(主要控制电抗)或电压源控制有关，并且在这种控制中要求快的控制速度。
在另一方面，如果使用按照本发明的混合电源系统，就可以容易地解决问题，因为本发明的混合电源系统的控制速度比常规方法的控制速度快。电流增加的问题也可以改善，因为再生燃料电池作为电流源工作。此外，电力系统的稳态稳定性和暂态稳定性以及电压的稳定也可以同时得到改善，因为按照本发明可以建立靠近用电处的现场发电系统。
电力设备的使用效率按照时间平均例如日平均、月平均、季平均和年平均不总是如此之高的，虽然在电力系统的峰值中设备过剩百分比的备用电源百分数一般小于10％并且不包括这种大的裕度。在本发明中，水电解装置和氢氧存储可作为用于负载调节的负载而工作。这就是说，再生燃料电池的再生可通过利用由再生产生的并存储的氢和氧的能量来控制电力的稳态与暂态稳定性和电压的稳定性。

Claims (6)

1．一种再生型混合电源系统，包括：
电力产生和供应装置，用来产生电力并向电力系统供应电力；
再生燃料电池，用来通过利用由所述电力产生和供应装置供应的电力存储化学能，并通过利用存储的化学能再生电力，包括：
电解水的水电解装置，
存储电解的氢和氧当中的至少氢的存储装置，
燃料电池，使用存储在存储装置中的氢和氧作为燃料并且发电，以及
热交换器，用来交换水电解装置、存储装置、燃料电池和大气中的热；
其特征在于所述再生型混合系统还包括：
用来接收来自所述电力产生和供应装置以及所述再生燃料电池的电力的负载；
再生控制装置，它比较所述电力产生和供应装置所产生的电力和所述负载接收的电力之间的供求之差，当产生的电力供应过剩时，如果需要就利用产生的电力中的剩余电力操作所述水电解装置并存储至少电解的氢，当产生的电力不足时，则通过所述燃料电池利用存储的氢和氧再生电力来控制发生在所述电力系统中的电力的过剩。
2．一种再生型混合电源系统，包括：
具有包括用于驱动的电负载的一种负载的第一电车；
电力发生装置，它包括下列中的至少一种电力供应装置：提供在所述第一电车上并产生电力的第一电力供应装置，提供在地上并产生、传输和变换电力的第二电力供应装置，以及提供在不同于第一电车的其它电车上的并向外供应过剩电力的第三电力供应装置；
再生燃料电池用来利用由所述电力供应装置供给的电力存储化学能并再生所存储的化学能，它包括电解水的水电解装置，在电解的氢和氧当中至少存储氢的存储装置，使用由所述存储装置存储的氢和氧作为燃料进行发电的燃料电池，以及用来交换所述水电解装置，所述存储装置，所述燃料电池和大气中的热的热交换器；
其特征在于所述再生型混合系统还包括：
再生控制装置，用来控制所述燃料电池的电力的再生，以补充供给所述负载的电力的缺乏。
3．根据权利要求2的再生型混合电力系统，其特征在于所述再生控制装置按以下方式控制电力再生以补充电力的不足；
如果从所述电力产生装置供给的电力、由所述用于驱动的电负载再生的电力、以及当由所述用于驱动的电负载再生电力时上述两个电力之和中的一种电力超过所述负载消耗的电力时，则操作所述水电解装置并使存储装置按照需要至少在氢和氧当中存储氢，以及
当由所述电力产生装置供应的电力低于所述负载消耗的电力时，在电费系统中作出一种预定的经济的决定之后根据需要用存储的氢和氧使所述燃料电池运转。
4．根据权利要求1，2和3之一的再生型混合电源系统，其特征在于所述电力产生装置包括至少所述的第二电力供应装置；并且第二电力供应装置和所述第一电车分别包括所述再生燃料电池；并且所述再生控制装置通过按照需要联合操作来控制所述第二电力供应装置和所述第一电车包括的两个燃料电池的再生。
5．根据权利要求1，2和3之一的再生型混合电源系统，其特征在于所述电力产生装置包括至少所述第二电力供应装置，并且第二电力供应装置和所述第一电车分别包括所述再生燃料电池；并且通过联合操作，按照需要所述再生控制装置控制第二电力供应装置和所述第一电车包括的燃料电池的再生，以便维持两者的燃料电池中的最大效率的再生运转。
6．一种再生型混合电源系统，包括：
包括用来电解水以产生氢和氧的水电解器以及用来存储由水电解产生的至少氢的存储装置的燃料电池；
其特征在于所述再生型混合系统还包括：
用来驱动电车并产生再生制动电力的负载；
外部电源系统，它不被包括在由供电方和用电方按合同确定的预定区域内；
存在于电车外面的预定区域中的车外供电系统，例如架空接触线；
其中当再生混合系统在接收的电力超过合同要求的情况下，以高补偿充电方式从供电方接收的电力有余地足以按用电方和供电方之间的合同要求供电，并且再生制动电力有余地足以提供电力到这样的程度，使得外部电源系统可以吸收反馈给非车载电源系统的制动能量的条件下而具有经济利益时，再生混合系统操作所述水电解器使其存储至少氢和氧，在另一方面，当除系统之外的外部电源系统下降到所述负载的电力要求以下时，系统则用存储的氢或空气使燃料电池运转，并通过车外供电线向负载补充缺乏的电力。
CN96110696A 1995-07-21 1996-07-19 再生混合电源系统 Expired - Fee Related CN1062816C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP184542/95 1995-07-21
JP7184542A JPH0937412A (ja) 1995-07-21 1995-07-21 再生型燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1150934A CN1150934A (zh) 1997-06-04
CN1062816C true CN1062816C (zh) 2001-03-07

Family

ID=16155035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96110696A Expired - Fee Related CN1062816C (zh) 1995-07-21 1996-07-19 再生混合电源系统

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0755088B1 (zh)
JP (1) JPH0937412A (zh)
CN (1) CN1062816C (zh)
DE (1) DE69632803T2 (zh)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6380637B1 (en) 1996-09-19 2002-04-30 Ztek Corporation Off-board station and an electricity exchanging system suitable for use with a mobile vehicle power system
US5858568A (en) * 1996-09-19 1999-01-12 Ztek Corporation Fuel cell power supply system
DE19731642C1 (de) 1997-07-23 1999-02-18 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Brennstoffzellenfahrzeug
FR2770339B1 (fr) 1997-10-27 2003-06-13 Commissariat Energie Atomique Structure munie de contacts electriques formes a travers le substrat de cette structure et procede d'obtention d'une telle structure
CA2271448A1 (en) * 1999-05-12 2000-11-12 Stuart Energy Systems Inc. Energy distribution network
CN1409878A (zh) * 1999-10-12 2003-04-09 通用氢气公司 氢/电能源分配系统
US6522955B1 (en) * 2000-07-28 2003-02-18 Metallic Power, Inc. System and method for power management
WO2002027814A2 (en) * 2000-09-28 2002-04-04 Proton Energy Systems, Inc. Regenerative electrochemical cell system and method for use thereof
DE10107559A1 (de) * 2001-02-17 2002-08-29 Abb Research Ltd Verfahren und Vorrichtung zur wechselseitigen Kühlung und Vorwärmung gekoppelter elektrochemischer Wandler
US6673479B2 (en) 2001-03-15 2004-01-06 Hydrogenics Corporation System and method for enabling the real time buying and selling of electricity generated by fuel cell powered vehicles
US20030035984A1 (en) 2001-08-15 2003-02-20 Colborn Jeffrey A. Metal fuel cell system for providing backup power to one or more loads
JP4636757B2 (ja) * 2001-09-28 2011-02-23 日本車輌製造株式会社 鉄道車両の駆動装置
US6689711B2 (en) 2001-10-09 2004-02-10 Metallic Power, Inc. Methods of producing oxygen reduction catalyst
WO2003032429A2 (en) * 2001-10-12 2003-04-17 Proton Energy Systems, Inc. Method and system for bridging short duration power interruptions
US6679280B1 (en) 2001-10-19 2004-01-20 Metallic Power, Inc. Manifold for fuel cell system
AU2003279695A1 (en) 2002-04-17 2004-02-25 Aerovironment, Inc. Closed loop energy storage system
US6764588B2 (en) 2002-05-17 2004-07-20 Metallic Power, Inc. Method of and system for flushing one or more cells in a particle-based electrochemical power source in standby mode
US6918430B2 (en) * 2002-08-14 2005-07-19 Texaco Ovonic Hydrogen Systems Llc Onboard hydrogen storage unit with heat transfer system for use in a hydrogen powered vehicle
CA2494285A1 (en) 2002-09-13 2004-03-25 Proton Energy Systems, Inc. Method and system for balanced control of backup power
JP3899518B2 (ja) * 2002-09-30 2007-03-28 カシオ計算機株式会社 燃料電池システム及びその駆動制御方法並びに電源システムを備えた電子機器
WO2004049479A2 (en) * 2002-11-27 2004-06-10 Hydrogenics Corporation An electrolyzer module for producing hydrogen for use in a fuel cell power unit
DE10256940A1 (de) * 2002-12-05 2004-07-15 Enocean Gmbh Verfahren und Anordnung zur Umwandlung thermischer in elekrische Energie
US7258169B2 (en) 2004-03-23 2007-08-21 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of heating energy storage devices that power downhole tools
KR100551063B1 (ko) * 2004-06-29 2006-02-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
ITTO20040762A1 (it) * 2004-11-04 2005-02-04 Environment Park Spa Parco Sci Sistema energetico a celle a combustibile e procedimento di controllo e gestione di tale sistema
JP5051989B2 (ja) * 2005-08-04 2012-10-17 トヨタ自動車株式会社 電圧制御システム及び移動体
JP2008149894A (ja) * 2006-12-18 2008-07-03 Denso Corp 車両用電源装置
EP2048759A1 (fr) * 2007-10-09 2009-04-15 EM Microelectronic-Marin SA Installation de production et de stockage d'énergie renouvelable
WO2009129411A2 (en) 2008-04-16 2009-10-22 Moriarty Donald E Partially self-refueling zero emissions system
US8459213B2 (en) * 2008-04-16 2013-06-11 Donald E. Moriarty Partially self-refueling low emissions vehicle and stationary power system
CN102162106B (zh) * 2010-02-22 2015-01-21 朱国樑 一种有效提取重水的方法
FR2970910B1 (fr) * 2011-01-31 2013-07-12 T4M Consulting Vehicule pour le transport en commun urbain et periurbain
CA3101570C (en) 2012-05-28 2023-06-20 Hydrogenics Corporation Electrolyser and energy system
CN103350647B (zh) * 2013-06-24 2016-06-08 长春轨道客车股份有限公司 一种接触网和储能装置混合供电的动车组牵引系统
KR101653751B1 (ko) * 2014-05-20 2016-09-05 한국과학기술연구원 하이브리드 전기화학셀 및 그 제어 방법
CA2993493C (en) * 2015-07-28 2019-06-18 Nissan Motor Co., Ltd. Control device for fuel cell vehicle
CN106080215B (zh) * 2016-08-23 2019-05-21 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道交通制动能回收利用系统及混合动力轨道交通
CN107415702B (zh) * 2017-06-26 2020-03-27 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 新能源汽车的制动能量回收系统、回收方法和新能源汽车
CN109216730A (zh) * 2018-08-07 2019-01-15 浙江高成绿能科技有限公司 一种燃料电池发电制氢循环装置
KR20200095051A (ko) * 2019-01-31 2020-08-10 (주)케이워터크레프트 에너지 자립형 수전해 연료전지 워터 자동차 시스템
DE102019220068A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 Siemens Mobility GmbH Fahrzeug mit pneumatisch verstellbarem Stromabnehmer
DE102021110642A1 (de) 2021-02-17 2022-08-18 Dietrich Konecny Verfahrbare Gleisbaumaschine, Gleisbauzug mit betreffender Gleisbaumaschine sowie Gleisbauzug
DE102021204508A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Siemens Mobility GmbH Schienenfahrzeug mit reversiblem Brennstoffzellensystem
WO2023030781A1 (de) * 2021-09-02 2023-03-09 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Fahrzeug und verfahren zum betrieb eines fahrzeugs
CN113832475B (zh) * 2021-09-23 2022-07-26 中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司 可再生能源制氢系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5306577A (en) * 1992-07-15 1994-04-26 Rockwell International Corporation Regenerative fuel cell system
US5346778A (en) * 1992-08-13 1994-09-13 Energy Partners, Inc. Electrochemical load management system for transportation applications

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3981745A (en) * 1974-09-11 1976-09-21 United Technologies Corporation Regenerative fuel cell
US4839247A (en) * 1987-11-13 1989-06-13 International Fuel Cells Corporation Static regenerative fuel cell system for use in space
JP3327611B2 (ja) * 1993-03-01 2002-09-24 三菱重工業株式会社 ２次電池を備えた水電解装置付き燃料電池発電システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5306577A (en) * 1992-07-15 1994-04-26 Rockwell International Corporation Regenerative fuel cell system
US5346778A (en) * 1992-08-13 1994-09-13 Energy Partners, Inc. Electrochemical load management system for transportation applications

Also Published As

Publication number Publication date
EP0755088A2 (en) 1997-01-22
EP0755088A3 (en) 1999-02-03
CN1150934A (zh) 1997-06-04
DE69632803T2 (de) 2005-07-14
EP0755088B1 (en) 2004-06-30
JPH0937412A (ja) 1997-02-07
DE69632803D1 (de) 2004-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1062816C (zh) 再生混合电源系统
Rafi et al. A comprehensive review of DC fast-charging stations with energy storage: Architectures, power converters, and analysis
Maroti et al. The state-of-the-art of power electronics converters configurations in electric vehicle technologies
CN101249802B (zh) 城市轨道交通车辆制动能量回收系统
CN1470092A (zh) 孤立电网以及运行孤立电网的方法
CN202488178U (zh) 基于直流母线的光伏储能电动汽车充电站系统
CN112751376B (zh) 一种混合电源系统的能量管理方法
CN113612260A (zh) 一种电-氢孤岛直流微电网运行控制方法
CN112109578A (zh) 车辆能源补给站及其控制方法
CN212400925U (zh) 增程式混合动力工程机械能量管理系统
CN113815473A (zh) 一种具备储能功能的换电站
CN111231713A (zh) 一种电动汽车充放电系统及控制方法
CN111817344A (zh) 一种道路、轨道、水上等载运工具取力发电系统
CN108879745B (zh) 一种提高机组调峰经济性的综合发电系统及方法
CN112564081B (zh) 一种直流综合微电网系统及控制方法
CN112510803A (zh) 飞机分布式电网结构的单通道模块、发电系统及控制方法
Li et al. Application of energy storage system in rail transit: A review
CN114583814A (zh) 一种轨道车辆模块化混合辅助能源系统及其控制方法
CN209823438U (zh) 一种基于综合能源的复线全并联at牵引供电系统
CN100396509C (zh) 磁浮列车无供电轨车载电网供电方法和车载电网的连接配置
CN110768357B (zh) 轨道车辆的供电系统
CN113428335A (zh) 一种改进的船用燃料电池顶推船-驳船混合动力系统及其控制方法
KR101216703B1 (ko) 친환경 전기자동차 충전시스템
CN220234208U (zh) 一种交/直流双母线换电站
CN115800350B (zh) 轨道交通车辆及其再生制动能量综合利用装置、方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee