CN205168223U - 一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及了一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车。其中，一种氢燃料动力系统，包括氢燃料电池、储氢装置、冷却系统、单向直流变换器、直流母线和控制装置；一种氢燃料动力有轨电车，包括前述的氢燃料动力系统；所述直流母线通过牵引逆变器与牵引电机连接，并为所述牵引电机供电；所述直流母线与辅助用电设备连接，并为所述辅助用电设备供电。本实用新型提供了一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车，通过氢燃料动力系统为有轨电车供电，实现全线无接触网受流，保证了城市的美观，并且绿色环保。

Description

一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车。

背景技术

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，是一种高效、环保的新型发电装置，在各个领域都有广泛地应用。氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池，由于氢燃料电池的反应中只生成水，因此是一种绿色环保的能源。

在有轨电车建设高速发展的现在，传统的有轨电车必须采用接触网供电，从而影响城市的景观。为了在重要区域设置无电网区域，将燃料电池安装到有轨电车中，尤其是将绿色环保的氢燃料电池安装于有轨电车中，成为了急需解决的问题。

但是在目前，燃料电池大部分应用于小功率应用场所，对于大功率应用场所，例如有轨电车，由于其产生的功率不能满足整体需求，且随着功率等级的增大，其结构也相对复杂，并且大功率导致氢燃料电池的成本增加。因此，氢燃料动力系统还需要进一步的强化，才能满足日益增长的需求。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车，通过氢燃料动力系统为有轨电车供电，实现全线无接触网受流，保证了城市的美观，并且绿色环保。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车。

一种氢燃料动力系统，包括氢燃料电池、储氢装置、冷却系统、单向直流变换器、直流母线和控制装置；所述氢燃料电池产生电能；

所述氢燃料电池与储氢装置连接，所述储氢装置根据所述氢燃料电池内部压力为所述氢燃料电池提供氢气；

所述氢燃料电池与冷却系统连接，所述冷却系统为所述氢燃料电池排出的热水降温并送回所述氢燃料电池；

所述氢燃料系统、单向直流变换器和直流母线依次连接，所述单向直流变换器将所述电能的电压升压至供电电压，并将其传输至所述直流母线；

所述控制装置分别对所述冷却系统、储氢装置进行控制。

进一步的，前述氢燃料电池包括至少一个串联连接的子电池。

进一步的，前述储氢装置通过减压装置与所述子电池连通，所述减压装置对所述储氢装置输出的氢气降压后，输送至所述子电池。

进一步的，前述子电池内设有压力传感器，所述控制装置根据压力传感器检测的压力值控制所述储氢装置向所述子电池输送的氢气量。

进一步的，前述冷却系统设有与所述子电池数量相同的出水口和入水口，所述出水口和入水口分别与对应的子电池连接。

进一步的，前述冷却系统的出水口处设有第一温度传感器，所述冷却系统的入水口处设有第二温度传感器，所述控制装置根据所述第一温度传感器与第二温度传感器采集到的温差控制冷却系统的冷却功率。

进一步的，还包括储能装置，所述储能装置与所述直流母线连接，所述储能装置用于存储或释放所述电能。

进一步的，前述储能装置包括锂电池和/或超级电容。

一种氢燃料动力有轨电车，包括前述的氢燃料动力系统；所述直流母线通过牵引逆变器与牵引电机连接，并为所述牵引电机供电；所述直流母线与辅助用电设备连接，并为所述辅助用电设备供电。

进一步的，前述储能装置、氢燃料电池、冷却系统、单向直流变换器、牵引逆变器和储能装置分别设置于所述氢燃料动力有轨电车的一节或者多节车厢顶部。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种氢燃料动力系统，储氢装置根据氢燃料电池内部压力为氢燃料电池提供氢气，保证氢燃料电池中氢气的供给，并且不会因为过渡供给导致氢燃料电池内部的压力过大；冷却系统为氢燃料电池排出的热水降温并送回氢燃料电池，可以有效防止氢燃料电池的温度过高；单向直流变换器将电能的电压升压至供电电压，并将其传输至直流母线，以便于对用电设备供电。氢燃料电池的工作原理是：以氢气和空气中的氧气，在催化剂的作用下反应，产生电和水。由于反应中只生成水，因此是一种绿色环保的能源。

本实用新型提供的一种氢燃料动力有轨电车，通过氢燃料电池为其用电设备进行供电，采用了绿色无污染的能源，可以节省传统有轨电车线路设置接触网供电系统的成本，实现全线无接触网受流。

附图说明

图1为本实用新型氢燃料动力系统的示意图；

图2为本实用新型氢燃料动力有轨电车的主视图；

图3为本实用新型氢燃料动力有轨电车的俯视图。

其中，1：储氢装置；2：氢燃料电池；3：冷却系统；4：单向直流变换器；5：储能装置；6：牵引逆变器；7：牵引电机；8：直流母线；9：辅助用电设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种氢燃料动力系统，包括氢燃料电池2、储氢装置1、冷却系统3、单向直流变换器4、直流母线8和控制装置。

其中，氢燃料电池2产生电能，以氢气和空气中的氧气，在催化剂的作用下反应，产生电和水，为氢燃料动力系统提供一种绿色环保的能源。氢燃料电池2与储氢装置1连接，储氢装置1根据氢燃料电池2内部压力为氢燃料电池2提供氢气；氢燃料电池2与冷却系统3连接，冷却系统3为氢燃料电池2排出的热水降温，并将降温后的冷水送回氢燃料电池2；氢燃料系统、单向直流变换器4和直流母线8依次连接，单向直流变换器4将电能的电压升压至供电电压，并将其传输至直流母线8，由于氢燃料电池2产生的电压在360V-640V之间，而用电设备需要的电压为750V，因袭，需要单向直流变换器4将电压放大至750V，以供用电设备使用，当单向直流变换器4转换电压时，根据其工作效率，反馈于氢燃料电池2，从而控制氢燃料电池2的产电速度；控制装置分别对冷却系统3、储氢装置1进行控制。

进一步的，氢燃料电池2包括至少一个串联连接的子电池。本实施例中，氢燃料电池2包括两个串联的子电池，使其整体的功率达到240Kw。

进一步的，储氢装置1通过减压装置与子电池连通，减压装置对储氢装置1输出的氢气降压后，输送至子电池。由于氢气的密度较小，为合理有效的利用空间，提高单位重量贮氢密度，采用高压贮氢方法，储氢装置1内的氢气压力是35Mpa，氢气通过减压装置后降压至6-18Mpa，并被氢燃料电池2利用。本实施例中是通过二级减压阀和控制阀将氢气释放到燃料电池所需要的工作压力。

另外，储氢装置1上还设有泄露传感器，用于防止氢气泄露。

进一步的，子电池内设有压力传感器，控制装置根据压力传感器检测的压力值控制储氢装置1向子电池输送的氢气量。

进一步的，冷却系统3设有与子电池数量相同的出水口和入水口，出水口和入水口分别与对应的子电池连接。本实施例中，分别通过三通管路将冷却系统3的出水口与子电池、入水口与子电池连通。其中，冷却系统3可以为冷却风扇。

进一步的，由于燃料电池反应过程中产生的热量，需通过时时监控燃料电池的温度，来给燃料电池冷却。因此冷却系统3的出水口处设有第一温度传感器，冷却系统3的入水口处设有第二温度传感器，控制装置根据第一温度传感器与第二温度传感器采集到的温差控制冷却系统3的冷却功率。

进一步的，还包括储能装置5，储能装置5与直流母线8连接，储能装置5用于存储或释放电能。

进一步的，储能装置5包括锂电池和/或超级电容。其中，超级电容具有充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保；锂电池具有高电压、高能量密度的优势，重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。因此可根据需要进行选择。

实施例二

如图2-3所示，本实施例提供的一种氢燃料动力有轨电车，包括实施例一中的氢燃料动力系统。

本实施例中，直流母线8通过牵引逆变器6与牵引电机7连接，并为牵引电机7供电；直流母线8与辅助用电设备9连接，并为辅助用电设备9供电，辅助用电设备9包括空调、照明设备等。

其中，牵引逆变器6将直流母线8上电能收集，并同时改变频率和电压，使电脑达到磁通恒定(可以用反电势/频率近似表征)和控制电机转速(和频率成正比)的目的，可以实现对有轨电车的控制。本实施例中，牵引电机7为永磁同步电机，其具有转速稳、效率高、体积小、重量轻、噪声低、可靠性高等诸多优势，采用永磁驱动的同步牵引电机7将较采用传统异步牵引电机7驱动，节能10％以上。

进一步的，储能装置5、氢燃料电池2、冷却系统3、单向直流变换器4、牵引逆变器6和储能装置5分别设置于氢燃料动力有轨电车的一节或者多节车厢顶部。本实施例中，储能装置5、氢燃料电池2和冷却系统3依次设置于一节车厢的顶部，单向直流变换器4、牵引逆变器6和储能装置5依次设置于相邻的车厢(车头)的顶部。

本实施例因为采用氢燃料电池2作为电力来源，使用了全新的供电技术手段，克服了有轨电车需要车站进行充电的问题，进而真正实现了全线路无接触网供电的效果。

在解决有轨电车无触网受流的过程中，克服了目前仅采用超级电容储能设备的方式的缺点，如储能设备重量大、能量密度低、不适用于中长距离运用；还克服了目前仅采用电池储能的方式的缺点，如功率密度低、电池数量多、设备布置困难。

本实施例的原理为：利用氢燃料电池2给有轨电车提供电能，驱动车辆在线路上行驶；牵引工况下：氢燃料电池2通过氢与氧在催化剂的作用下反应，产生电能并排除水，所产生的电能通过单向直流变换器4将电压升高到DC750V并提供给牵引逆变器6，牵引逆变器6通过变频变压控制牵引电机7，驱动车辆运行；制动工况下：氢燃料电池2提供的电量给超级电容和/或锂电池充电，同时制动时产生的电力再生能量同样给超级电容和/或锂电池充电。这样可以保证车辆在整个运行线路上无需其余的外部供电系统，真正实现全线无网供电，减少了整个线路的牵引供电系统的设备。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种氢燃料动力系统，其特征在于，包括氢燃料电池、储氢装置、冷却系统、单向直流变换器、直流母线和控制装置；所述氢燃料电池产生电能；

所述氢燃料电池与储氢装置连接，所述储氢装置根据所述氢燃料电池内部压力为所述氢燃料电池提供氢气；

所述氢燃料电池与冷却系统连接，所述冷却系统为所述氢燃料电池排出的热水降温并送回所述氢燃料电池；

所述氢燃料系统、单向直流变换器和直流母线依次连接，所述单向直流变换器将所述电能的电压升压至供电电压，并将其传输至所述直流母线；

所述控制装置分别对所述冷却系统、储氢装置进行控制。

2.根据权利要求1所述的氢燃料动力系统，其特征在于，所述氢燃料电池包括至少一个串联连接的子电池。

3.根据权利要求2所述的氢燃料动力系统，其特征在于，所述储氢装置通过减压装置与所述子电池连通，所述减压装置对所述储氢装置输出的氢气降压后，输送至所述子电池。

4.根据权利要求3所述的氢燃料动力系统，其特征在于，所述子电池内设有压力传感器，所述控制装置根据压力传感器检测的压力值控制所述储氢装置向所述子电池输送的氢气量。

5.根据权利要求2所述的氢燃料动力系统，其特征在于，所述冷却系统设有与所述子电池数量相同的出水口和入水口，所述出水口和入水口分别与对应的子电池连接。

6.根据权利要求5所述的氢燃料动力系统，其特征在于，所述冷却系统的出水口处设有第一温度传感器，所述冷却系统的入水口处设有第二温度传感器，所述控制装置根据所述第一温度传感器与第二温度传感器采集到的温差控制冷却系统的冷却功率。

7.根据权利要求1所述的氢燃料动力系统，其特征在于，还包括储能装置，所述储能装置与所述直流母线连接，所述储能装置用于存储或释放所述电能。

8.根据权利要求7所述的氢燃料动力系统，其特征在于，所述储能装置包括锂电池和/或超级电容。

9.一种氢燃料动力有轨电车，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的氢燃料动力系统；所述直流母线通过牵引逆变器与牵引电机连接，并为所述牵引电机供电；所述直流母线与辅助用电设备连接，并为所述辅助用电设备供电。

10.根据权利要求9所述的氢燃料动力有轨电车，其特征在于，所述储能装置、氢燃料电池、冷却系统、单向直流变换器、牵引逆变器和储能装置分别设置于所述氢燃料动力有轨电车的一节或者多节车厢顶部。