CN106427651A - 一种动力控制系统及具有该系统的储能车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力控制系统，包括：用于产生电能的燃料电池系统，连接用于泄放电能的泄放装置；用于接收燃料电池系统产生的电能的储能系统，储能系统与燃料电池系统连接；控制系统总成，用于根据储能系统内电压控制燃料电池系统、泄放装置的开启与关闭。本发明解决了现有储能车辆需要通过受流器充电的不便。由于燃料电池系统能够产生电能，车辆在进站后不再需用通过地面充电系统进行充电，并且，通过控制系统总成的控制作用，可以实现储能系统电压的稳定，避免不同工作情况下储能系统的电压变化带来的影响。因此可以取消地面充电设备配置，降低了项目的建设成本。本发明还公开了一种包括上述动力控制系统的储能车辆。

Description

一种动力控制系统及具有该系统的储能车辆

技术领域

本发明涉及车辆设计技术领域，更具体地说，涉及一种动力控制系统。此外，本发明还涉及一种包括上述动力控制系统的储能车辆。

背景技术

在现有的储能式交通车辆中，在车辆上配置了受流装置和储能系统，但受制于车辆设备布置空间限制，储能系统的布置空间有限，因此储能系统总的存储能量也是有上限的。为保证车辆能够持续运行，一般采用车辆进站充电的方式为车辆补充电能，即当车辆进站时，受流器与车站的供电轨接触，电能通过受流器对储能系统进行补电。因此就需要在站台区域架设充电轨，同时还需要在站场附近配置相应的充电系统，这一方面需要增加线路的建设投入，另一方面充电设备也会占据一定的空间。

综上所述，如何提供一种避免频繁充能的电车的控制系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种动力控制系统，该系统能够避免车辆的频繁充能。本发明的另一目的是提供一种储能车辆，该储能车辆能够避免频繁充能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种动力控制系统，包括：

用于产生电能的燃料电池系统，连接用于泄放电能的泄放装置；

用于接收所述燃料电池系统产生的电能的储能系统，所述储能系统与所述燃料电池系统连接；

控制系统总成，用于根据所述储能系统内电压控制所述燃料电池系统、所述泄放装置的开启与关闭。

优选的，所述控制系统总成包括电池控制装置；当所述储能系统的电压小于或等于预设值时，所述电池控制装置控制所述燃料电池系统开启供能；当所述储能系统的电压超过预设值时，所述电池控制装置控制所述燃料电池系统关闭。

优选的，所述控制系统总成还包括连接控制装置；当所述储能系统的电压小于或等于安全值时，所述控制系统总成控制所述燃料电池系统开启，并控制所述泄放装置关闭；当所述储能系统的电压超过安全值时，所述控制系统总成控制所述燃料电池系统关闭，并控制所述泄放装置开启；所述安全值高于所述预设值。

优选的，所述控制系统总成包括低压检测装置，当所述储能系统的电压低于预设最低值时，所述低压检测装置发出低压工作警报。

优选的，所述燃料电池系统与所述储能系统之间通过设有DC/DC控制器的电路连接，且所述电路上设置有第二开关，所述第二开关与控制系统总成连接。

优选的，所述DC/DC控制器与所述储能系统之间通过用于大功率传送电能的动力电缆连接，所述储能系统与所述控制系统总成的DC/AC控制器之间通过用于大功率传送电能的动力电缆连接。

优选的，所述泄放装置包括泄放电阻和连接于所述燃料电池系统和所述泄放电阻之间的第一开关，所述第一开关与所述控制系统总成连接。

优选的，所述控制系统总成设置有速度监测装置；当所述速度监测装置得到车辆处于加速状态时，所述储能系统向所述控制系统总成进行大功率放电；当所述速度监测装置得到车辆处于制动操作时，所述储能系统吸收所述燃料电池系统和所述控制系统总成逆变再生的电能。

优选的，所述控制系统总成与用于检测所述储能系统的电压的检测装置连接；

和/或所述燃料电池系统连接副燃料箱，所述副燃料箱通过燃料泵连接主燃料箱，所述主燃料箱包括主箱体，所述主箱体上设置有用于与车辆供油口连接的主燃料箱加注口、用于连接所述燃料泵的主燃料箱泵送口和用于设置主燃料箱液位传感器的主燃料箱液位检测口；所述主燃料箱液位传感器用于检测主箱体内的液位，并连接于所述控制系统总成。

一种储能车辆，包括动力控制系统，所述动力控制系统为上述任意一项所述的动力控制系统。

本发明提供的动力控制系统可以利用自身所带的燃料电池系统产生电能，并将电能存储进储能系统中，控制系统总成根据储能系统内的电压控制燃料电池系统和泄放装置。通常情况下，当储能系统内的电压较低时，可以控制燃料电池系统对储能系统进行充能，当储能系统内的电压较高时，可以控制燃料电池系统停止对储能系统停止充能，并当燃料电池系统内能量过剩时，控制泄放装置进行泄放。控制系统可以通过电压传感器检测储能系统的电压值，并根据检测结果控制燃料电池系统的启停。

本发明解决了现有储能车辆需要通过受流器充电的不便，由于燃料电池系统能够产生电能，车辆在进站后不再需用通过地面充电系统进行充电，并且，通过控制系统总成的控制作用，可以实现储能系统电压的稳定，避免不同工作情况下储能系统的电压变化带来的影响。因此可以取消地面充电设备配置，降低了项目的建设成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供一种动力控制系统的具体实施例的系统示意图；

图2为本发明所提供一种储能车辆的具体实施例的结构示意图。

图1-2中：

主燃料箱-1、燃料管道-2、燃料泵-3、副燃料箱-4、燃料电池系统-5、第一开关-6、泄放电阻-7、第二开关-8、DC/DC控制器-9、动力电缆-10、储能系统-11、电压传感器-12、控制系统总成-13、驱动电机-14、传动装置-15、车轮-16、控制总线-17和燃料电池箱体-18。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明的核心是提供一种动力控制系统，该系统能够避免车辆的频繁充能。本发明的另一目的是提供一种储能车辆，该储能车辆能够避免频繁充能。

请参考图1至图2，图1为本发明所提供一种动力控制系统的具体实施例的系统示意图；图2为本发明所提供一种储能车辆的具体实施例的结构示意图。

本发明所提供的一种动力控制系统包括燃料电池系统5、储能系统和控制系统总成。

燃料电池系统5用于产生电能，并为储能系统11供电，燃料电池系统5连接用于泄放电能的泄放装置，泄放装置用于当储能系统11电压过大时，将燃料电池系统5的过多的电能进行泄放。

储能系统11用于接收燃料电池系统5产生的电能，储能系统11与燃料电池系统5连接。

控制系统总成13，用于根据储能系统11内电压控制燃料电池系统5、泄放装置的开启与关闭。

需要说明的是，上述动力控制系统可以利用自身所带的燃料电池系统5产生电能，并将电能存储进储能系统11中，控制系统总成13根据储能系统11内的电压控制燃料电池系统5和泄放装置。通常情况下，当储能系统11内的电压较低时，可以控制燃料电池系统5对储能系统11进行充能，当储能系统11内的电压较高时，可以控制燃料电池系统5停止对储能系统11停止充能，并当燃料电池系统5内能量过剩时，控制泄放装置进行泄放。控制系统可以通过电压传感器12检测储能系统11的电压值，并根据检测结果控制燃料电池系统5的启停。

本发明解决了现有储能车辆需要通过受流器充电的不便。由于燃料电池系统5能够产生电能，车辆在进站后不再需用通过地面充电系统进行充电，并且，通过控制系统总成13的控制作用，可以实现储能系统11电压的稳定，避免不同工作情况下储能系统11的电压变化带来的影响。因此可以取消地面充电设备配置，降低了项目的建设成本。

在上述实施例的基础之上，控制系统总成13包括电池控制装置；电池控制装置用于控制燃料电池系统5的开启与关闭。当储能系统11的电压小于或等于预设值时，电池控制装置控制燃料电池系统5开启供能；当储能系统11的电压超过预设值时，电池控制装置控制燃料电池系统5关闭。

需要说明的是，预设值为系统的警告值，储能系统11的电压值达到预设值时，说明储能系统11的电压已经处于临界状态，则需要控制燃料电池系统5关闭，停止向储能系统11供电。

在上述实施例的基础之上，控制系统总成13还包括连接控制装置；当储能系统11的电压小于或等于安全值时，控制系统总成13控制燃料电池系统5开启，并控制泄放装置关闭；当储能系统11的电压超过安全值时，控制系统总成13控制燃料电池系统5关闭，并泄放装置开启；其中，安全值高于预设值。

需要说明的是，上述安全值是高于预设值的电压值，若检测到电压值已经超过所设的安全值时，需要控制燃料电池系统5关闭，即停止向储能装置供电。另外，控制泄放装置将燃料电池系统5中的剩余电能进行泄放。由于安全值高于预设值，以安全值为判定条件的连接控制装置通常使用在紧急情况下，当储能系统11的电压超过预设值且到达安全值时，储能系统11处于电压过高的紧急状态，所以关闭燃料电池系统5可以停止生成新电能，由于燃料电池系统5的响应时间较慢，因此当发出命令后，燃料电池系统5会继续产生一部分电能，需要通过泄放装置进行泄压。

在上述实施例的基础之上，控制系统总成13还包括低压检测装置，当储能系统11的电压低于预设最低值时，低压检测装置发出低压工作警报。需要说明的是，上述低压检测装置用于避免储能系统11内电压过低时的使用，除了发出低压工作警报以外，低压检测装置还可以向控制系统总成13的控制系统发出退出启动的信号，以便直接退出在低电压下的启动工作。

在上述任意一个实施例的基础之上，燃料电池系统5与储能系统11之间通过DC/DC控制器9连接，且连接电路上设置有第二开关8，第二开关8与控制系统总成13连接。

需要说明的是，控制系统总成13可以通过控制第二开关8的开合，实现对电池燃料系统和储能系统11的连接的控制。在上述停止燃料电池系统5对储能系统11的供电的操作中，控制系统总成13可以直接断开第二开关8，以实现燃料电池向储能系统11的供电电路。

可选的，第二开关8设于燃料电池系统5和DC/DC控制器9的连接通路上。

在上述任意一个实施例的基础之上，DC/DC控制器9与储能系统11之间通过用于大功率传送电能的动力电缆10连接，储能电源11与控制系统总成13的DC/AC控制器之间通过用于大功率传送电能的动力电缆10连接。

在上述任意一个实施例的基础之上，泄放装置包括泄放电阻7和连接于燃料电池系统5和泄放电阻7之间的第一开关6，第一开关6与控制系统总成13连接。请参考图1，泄放装置具体为泄放电阻7和第一开关6，第一开关6受控制系统总成13的控制，当储能系统11的电压超过安全值时，控制系统总成13关闭燃料电池系统5的供电功能，并断开第二开关8、闭合第一开关6，使燃料电池系统5的剩余电量由泄放电阻7进行泄放。

可选的，上述泄放电路也可以采用其他泄电压方式。

在上述任意一个实施例的基础之上，控制系统总成13设置有速度监测装置；当速度监测装置得到车辆处于加速状态时，储能系统11向控制系统总成13进行大功率放电；当速度监测装置得到车辆处于制动操作时，储能系统11吸收燃料电池系统5和控制系统总成13逆变再生的电能。

需要说明的是，速度监测装置与控制系统总成13主体连接，当速度监测装置得到车辆处于加速状态时，由控制系统总成13控制储能系统11进行大功率放电；当速度监测装置得到车辆处于制动操作时，由控制系统总成13控制储能系统11吸收燃料电池系统5和控制系统总成13逆变再生的电能。

实际使用时，当车辆加速时，储能系统11的大功率放电可以满足车辆加速时的耗电需求；当车辆制动时，储能系统11可以同时吸收燃料电池系统5和控制系统总成13逆变再生的电能，电能通过电缆与控制系统总成13间进行传送。

在上述任意一个实施例的基础之上，控制系统总成13通过控制总线17连接燃料电池系统5、储能系统11。

在上述任意一个实施例的基础之上，控制系统总成13与用于检测储能系统11的电压的检测装置连接，通过检测装置直接测量电压可以使得控制过程更加可靠。

和/或，燃料电池系统5连接副燃料箱4，副燃料箱4通过燃料泵3连接主燃料箱1，主燃料箱1包括主箱体，主箱体上设置有用于与车辆供油口连接的主燃料箱加注口、用于连接燃料泵3的主燃料箱泵送口和用于设置主燃料箱液位传感器的主燃料箱液位检测口；主燃料箱液位传感器用于检测主箱体内的液位，并连接于控制系统总成13。

可选的，主燃料箱1可以布置在车辆尾箱或底部，以便于燃料加注。

燃料泵3连接控制系统总成13，接受控制系统总成13的控制。当控制系统总成13检测到副燃料箱4的高液位检测信号输出时，控制系统总成13关闭燃料泵3工作；当检测到副燃料箱4的低液位检测信号输出时，控制系统总成13启动燃料泵3工作。燃料管用于输送燃料。

可选的，主燃料箱1和燃料泵3之间、燃料泵3和副燃料箱4之间等连接部件之间均可以通过燃料管道2连接。

可选的，副燃料箱4和燃料电池系统5放置于燃料电池箱体18中，燃料电池箱体18用于承载和安装副燃料箱4和燃料电池系统5，并对设备进行机械保护。

副燃料箱4临近燃料电池布置，并且副燃料箱4设计四个进出口，分别是注入口，供应口、液位检测口和清洗排放口。其中加注口与燃料泵3的输出端燃料管相连；供应口通过燃料管和燃料电池系统5相连；液位检测口安装集成式液位传感器和安全阀；清洗排泄口位于燃料箱底部，便于清洗时的物质排出。

在上述任意一个实施例的基础之上，燃料电池系统5通过消耗燃料箱中的甲醇水进行供能，在内部进行电化学反应，将燃料的生物能转化成电能，在理想条件下其产物为二氧化碳和水，无PM2.5等有害物质产生。本实施例所提供的供能方式环保节约，能够实现能源的高效率用。

在上述任意一个实施例的基础之上，上述第一开关6可以为常开开关，而第二开关8可以为常闭开关，当控制系统总成13检测到储能系统11电压高于安全值时，控制第一开关6闭合，控制第二开关8断开。

在上述任意一个实施例的基础之上，储能系统11包括可实现大功率放电的超级电容器件，其可以吸收和存储燃料电池系统5产生的电能。当车辆加速时，可以对控制系统总成13进行大功率放电，满足车辆加速的耗电需求。当车辆制动时，储能系统11可以同时吸收燃料电池系统5和控制系统总成13的电能。

控制系统总成13在车辆处于加速和运行的牵引过程中时，可以将储能系统11中的直流电转变成驱动电机14所需的交流电；当车辆下坡或停车制动时，控制系统总成13控制车辆优先采用再生制动，控制系统可以实现将驱动电机14产生的交流电逆变成直流电，供储能系统11吸收存储。

在车辆运行的过程中，控制系统实时通过电压传感器12检测储能系统11的电压值。当电压达到预设警告电压时，控制系统总成13对燃料电池系统5输出关机或者降功率运行的指令。若电压值已经到达上限电压值，将断开第二开关8，闭合第一开关6，将产生的电能消耗在泄放电阻7上。

在车辆下坡或者进站停车过程中，控制系统总成13根据检测到的电压值实施相应的制动策略。但电压没有达到上限电压时，优先采用再生制动策略，当已经达到上限电压时，车辆执行机械制动。

可选的，驱动电机14实现电能和机械能的相互转化，通过传动装置15实现驱动电机14与车轮16间的动能传递。

在本发明所提供的一个具体实施例中，提供了一种具体的使用情况，其中的电压值等可以根据具体使用情况进行调整。车辆启动后，首先判断储能系统11的当前电压值，为便于描述，令车辆工作的电压范围值为450V-650V，最高电压为675V，也就是说，最低电压值为450V，预设值为650V，安全值为675V。

当电压值低于450V时，说明低于车辆工作电压范围，因此提示储能系统11电压过低，并退出车辆启动。

当检测到电压范围值在450V-650V之间时，说明储能系统11电压正常，控制系统总成13输出启动燃料系统，断开燃料电池系统5与泄放电阻7之间的第一开关6，并闭合开关第二开关8，使燃料电池系统5产生的电能能够输送至储能系统11中。

当检测到的电压在650V-675V之间，则说明当前电压已经超过预设值，需立即执行关闭命令。由于燃料电池系统5的响应时间较慢，因此当发出命令后，燃料电池系统5会继续产生一部分电能。若在发出命令后、燃料电池停止工作的过程中，电压还未超过675V，燃料电池系统5所产生的这部分电能可以继续输送至储能系统11；若在发出命令后、燃料电池停止工作的过程中，电压已经达到安全值675V时，此时继续对储能系统11充电，将会导致其过压，会对储能系统11造成损坏。因此需要控制这部分新产生的电能，只能闭合第一开关，并断开第二开关，使其产生的电能通过泄放电阻进行消耗。

除了上述实施例所提供的动力控制系统的主要结构，本发明还提供了一种包括上述动力控制系统的储能车辆，该储能车辆由于设置了上述动力控制系统，能够有效的提升对能源的利用效率，避免频繁反复充能，提升了储能电车的使用效率，该储能车辆的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的动力控制系统及储能车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动力控制系统，其特征在于，包括：

用于产生电能的燃料电池系统，连接用于泄放电能的泄放装置；

用于接收所述燃料电池系统产生的电能的储能系统，所述储能系统与所述燃料电池系统连接；

控制系统总成，用于根据所述储能系统内电压控制所述燃料电池系统、所述泄放装置的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的动力控制系统，其特征在于，所述控制系统总成包括电池控制装置；当所述储能系统的电压小于或等于预设值时，所述电池控制装置控制所述燃料电池系统开启供能；当所述储能系统的电压超过预设值时，所述电池控制装置控制所述燃料电池系统关闭。

3.根据权利要求2所述的动力控制系统，其特征在于，所述控制系统总成还包括连接控制装置；当所述储能系统的电压小于或等于安全值时，所述控制系统总成控制所述燃料电池系统开启，并控制所述泄放装置关闭；当所述储能系统的电压超过安全值时，所述控制系统总成控制所述燃料电池系统关闭，并控制所述泄放装置开启；所述安全值高于所述预设值。

4.根据权利要求3所述的动力控制系统，其特征在于，所述控制系统总成包括低压检测装置，当所述储能系统的电压低于预设最低值时，所述低压检测装置发出低压工作警报。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的动力控制系统，其特征在于，所述燃料电池系统与所述储能系统之间通过设有DC/DC控制器的电路连接，且所述电路上设置有第二开关，所述第二开关与控制系统总成连接。

6.根据权利要求5所述的动力控制系统，其特征在于，所述DC/DC控制器与所述储能系统之间通过用于大功率传送电能的动力电缆连接，所述储能系统与所述控制系统总成的DC/AC控制器之间通过用于大功率传送电能的动力电缆连接。

7.根据权利要求5所述的动力控制系统，其特征在于，所述泄放装置包括泄放电阻和连接于所述燃料电池系统和所述泄放电阻之间的第一开关，所述第一开关与所述控制系统总成连接。

8.根据权利要求5所述的动力控制系统，其特征在于，所述控制系统总成设置有速度监测装置；当所述速度监测装置得到车辆处于加速状态时，所述储能系统向所述控制系统总成进行大功率放电；当所述速度监测装置得到车辆处于制动操作时，所述储能系统吸收所述燃料电池系统和所述控制系统总成逆变再生的电能。

9.根据权利要求5所述的动力控制系统，其特征在于，所述控制系统总成与用于检测所述储能系统的电压的检测装置连接；

和/或所述燃料电池系统连接副燃料箱，所述副燃料箱通过燃料泵连接主燃料箱，所述主燃料箱包括主箱体，所述主箱体上设置有用于与车辆供油口连接的主燃料箱加注口、用于连接所述燃料泵的主燃料箱泵送口和用于设置主燃料箱液位传感器的主燃料箱液位检测口；所述主燃料箱液位传感器用于检测主箱体内的液位，并连接于所述控制系统总成。

10.一种储能车辆，包括动力控制系统，其特征在于，所述动力控制系统为权利要求1至9任意一项所述的动力控制系统。