CN207550191U - 基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，包括氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路以及微控制器，所述氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路相互并联，且并联输出端与空中轨道列车的供电输入端相连，所述微控制器用于控制氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路的通断。本实用新型采用上述结构，能够根据空中轨道列车不同的行驶路段对功率的不同要求，实现合理的供电，在确保空中轨道列车正常行驶的基础上，大幅降低空铁系统的建设成本。

Description

基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统

技术领域

本实用新型属于空中轨道列车供电领域，具体涉及基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统。

背景技术

空中轨道列车是悬挂式单轨交通工具，轨道在列车上方，由钢铁或水泥立柱支撑在空中，适用于中小城市交通，由于空中轨道列车将地面交通移至空中，在无需扩展城市现有公路设施的基础上可缓解城市交通难题，克服了其他轨道交通系统的弊病，在建造和运营方面具有很多突出的特点。

虽然，爬坡能力强是空中轨道列车的一个特点，空中轨道列车的爬坡能力大约为地铁列车的三倍，但是，爬坡能力强意味着能耗也大，据初步分析，以750V的高压电为例，空中轨道列车在平路段需要的功率是80kw，而在爬坡阶段，根据坡度的不同，需要的功率则要达到240~400kw，单纯使用传统高压电要达到400kw的发电功率，需要投入约2000万元/公里的高压线路搭建成本，大大增加了整个空铁系统的建设成本。为此，急需一种成本相对较低的供电方式来应用于空中轨道列车，尤其适用于空铁爬坡使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，解决现有空铁供电系统的建设成本较高的问题，尤其是存在爬坡路段的空铁线路。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案实现：

基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，包括氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路以及微控制器，所述氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路相互并联，且并联输出端与空中轨道列车的供电输入端相连，所述微控制器用于控制氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路的通断；

所述氢燃料电池供电支路包括依次串联的氢燃料电池、第一逆变器以及第一变压器，所述氢燃料电池供电支路上还串联有第一开关装置，所述第一开关装置的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连；

所述锂电池包供电支路包括依次串联的锂电池包、第二逆变器以及第二变压器，所述锂电池包供电支路上还串联有第二开关装置，所述第二开关装置的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述第一开关装置为第一继电器，所述第二开关装置为第二继电器，所述第一继电器、第二继电器的控制信号输入端分别与微控制器的控制信号输出端相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述第一开关装置与第二开关装置均为自动切换开关，所述自动切换开关的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述第一开关装置与第二开关装置均为断路器，所述断路器的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

进一步地，作为优选技术方案，所述锂电池包包括11个串联的锂电池单体小包，每个所述锂电池单体小包包括1并20串的锂电池单体或者2并20串的锂电池单体或者3并20串的锂电池单体。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型提供的复合供电系统，根据空中轨道列车不同的行驶路段对功率的不同要求，采用不同的供电设计，在确保了空中轨道列车正常行驶及爬坡路段功率需求的基础上，大幅降低了空中轨道列车建设与运营成本。

（2）本实用新型通过将锂电池包设计为11个串联的锂电池单体小包，并将每个锂电池单体小包设计为1并20串的锂电池单体或者2并20串的锂电池单体或者3并20串的锂电池单体的结构形式，既满足了对空中轨道列车的供电需求，同时也尽可能减少了对空中轨道列车的空间占用以及载重负担。

附图说明

图1为本实用新型的复合供电系统组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，本实施例所述的基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，包括氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路以及微控制器，氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路相互并联，且并联输出端与空中轨道列车的供电输入端相连，微控制器用于控制氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路的通断。

具体地，本实施例的氢燃料电池供电支路包括依次串联的氢燃料电池、第一逆变器以及第一变压器，氢燃料电池供电支路上还串联有第一开关装置，第一开关装置的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连；锂电池包供电支路包括依次串联的锂电池包、第二逆变器以及第二变压器，锂电池包供电支路上还串联有第二开关装置，第二开关装置的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

上述实施方式中，氢燃料电池输出的电压为820V、功率为60kw，锂电池包输出的电压为720V、功率为150kw~240kw，高压电的电压为750V、功率为100kw，在氢燃料电池供电支路：第一逆变器将氢燃料电池输出的直流电转换成交流电，再通过第一变压器将该交流电的电压转换成750V，与高压电的电压相等；在锂电池包供电支路：第二逆变器将锂电池包输出的直流电转换成交流电，再通过第二变压器将该交流电的电压转换成750V，同样与高压电的电压相等，第一开关装置、第二开关装置分别实现氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路并入高压电供电支路；当空中轨道列车行驶在平路段时，将第一开关装置断开、第二开关装置断开，只需高压电支路输出电压为750V、功率为100kw的电流即可驱动空中轨道列车平稳行驶，而无需氢燃料电池供电支路与锂电池包供电支路来提供功率；当坡度较小时，将第一开关装置断开、第二开关装置闭合，使锂电池包供电支路与高压电供电支路并联，得到电压为750V、功率为250kw~340kw的电流，并将该电流作为空中轨道列车的供电电流，从而为空中轨道列车的爬坡提供必要的功率；而当坡度较大时，将第一开关装置闭合、第二开关装置闭合，使氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路与高压电供电支路三者并联，得到电压为750V、功率为310kw~400kw的电流，以满足空中轨道列车对大坡度的爬坡要求。由于采用氢燃料电池、锂电池以及高压电的复合供电模式，空中轨道列车运行的全程只需要架设100kw的高压线路系统即可，在爬坡阶段，由氢燃料电池、锂电池以及高压电组成的复合供电系统能够为空中轨道列车提供310kw~400kw功率，完全能够满足空中轨道列车的爬坡功率需求，从而无需单独架设更高功率的高压线路系统，比如400kw高压线，由于100kw高压线路系统的架设成本约为500万元/公里，而400kw高压线路系统的架设成本则高达2000万元/公里，通过引入氢燃料电池、锂电池，有效降低了整个空铁系统的建设成本，并满足了空中轨道列车的行驶需求。

可以理解的是，本实施例中的微控制器可以是基于传感器、GPS定位或者其他位置数据采集装置来获得不同的输出控制信号，微控制器根据行驶路段不同的坡度，输出不同的控制信号来实现第一开关装置、第二开关装置的开闭，从而获得不同的供电电流；以GPS定位为例，在空中轨道列车的行驶路线上，平路段、爬坡段以及缓坡、陡坡这些数据均是可以得到的，当空中轨道列车由平路段行驶至缓坡段时，微控制器会自动输出一个控制信号来使第一开关装置保持断开、第二开关装置闭合，使锂电池包供电支路与高压电供电支路并联，得到电压为750V、功率为250kw~340kw的电流，来驱动空中轨道列车完成爬坡；同理，当空中轨道列车由缓坡行驶至陡坡时，微控制器会自动输出一个控制信号来使第一开关装置闭合、第二开关装置闭合，使锂电池包供电支路与高压电供电支路并联，得到电压为750V、功率为310kw~400kw的电流，来驱动空中轨道列车完成爬坡。如现有公交车报站，地铁、高铁停车等均是采用了GPS定位技术。

可以理解的是，锂电池包提供的功率是由锂电池包中的锂电池单体数量决定的，根据用电需求，本实施例的锂电池包可以有不同的结构，即是说，锂电池包中的锂电池单体可以有不同的连接方式，具体地，锂电池包包括11个串联的锂电池单体小包，每个锂电池单体小包包括1并20串的锂电池单体或者2并20串的锂电池单体或者3并20串的锂电池单体。以1并20串的锂电池单体为例，当锂电池单体小包包括1并20串的锂电池单体时，即每个锂电池单体小包由20个锂电池单体串联而成，每个锂电池单体的电压为3.2V~3.5V，20个锂电池单体串联之后的电压为64V~70V之间，而11个串联的锂电池单体小包就能够提供720V的电压、超过150kw的功率；同理，当锂电池单体小包包括2并20串的锂电池单体时，2并20串的锂电池单体则包括40个锂电池单体，两两锂电池单体并联后再依次串联，11个串联的锂电池单体小包能够提供720V的电压、超过300kw的功率；同理，当锂电池单体小包包括3并20串的锂电池单体时，3并20串的锂电池单体则包括60个锂电池单体，三个并联锂电池单体为一组，每组之间进行串联，11个串联的锂电池单体小包能够提供720V的电压、超过450kw的功率，当为自主选择锂电池单体数量，假如锂电池包的电压为720V、功率为100kw。但在实际空中轨道列车应用中，锂电池单体的数量不易过多或者过少，过多的话，会造成空中轨道列车空间受限，同时也增加空中轨道列车不必要的载重负担，而过少的话有可能无法满足空中轨道列车的供电需求。因此，综合考虑，本实施例优选1并20串或者2并20串的锂电池单体组成锂电池包，能够为空中轨道列车提供720V电压、150kw~300kw功率，既满足对空中轨道列车的供电需求，尤其是爬坡阶段的供电需求，同时也尽可能减少对空中轨道列车的空间占用以及载重负担。

可以理解的是，本实施例的第一开关装置、第二开关装置可以是继电器，也可以是自动切换开关，还可以是断路器，亦或是其他能够被微控制器控制以实现氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路通断的开关器件。

可以理解的是，上述提到的逆变器（第一逆变器、第二逆变器）、变压器（第一变压器、第二变压器）、微控制器、继电器、自动切换开关、断路器等均可采用现有结构应用于本实施例中，本领域的技术人员在获知了本实用新型公开的组成结构、连接关系、工作原理及发明目的的基础上，无需付出创造性劳动，即可选择合适型号的逆变器、变压器、微控制器、继电器、自动切换开关、断路器等实现本实用新型的发明目的，并获得相应的技术效果，因此，本实施例不再对逆变器、变压器、微控制器、继电器、自动切换开关、断路器等器件的具体结构一一赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，其特征在于：包括氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路以及微控制器，所述氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路、高电压供电支路相互并联，且并联输出端与空中轨道列车的供电输入端相连，所述微控制器用于控制氢燃料电池供电支路、锂电池包供电支路的通断；

所述氢燃料电池供电支路包括依次串联的氢燃料电池、第一逆变器以及第一变压器，所述氢燃料电池供电支路上还串联有第一开关装置，所述第一开关装置的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连；

所述锂电池包供电支路包括依次串联的锂电池包、第二逆变器以及第二变压器，所述锂电池包供电支路上还串联有第二开关装置，所述第二开关装置的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

2.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，其特征在于：所述第一开关装置为第一继电器，所述第二开关装置为第二继电器，所述第一继电器、第二继电器的控制信号输入端分别与微控制器的控制信号输出端相连。

3.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，其特征在于：所述第一开关装置与第二开关装置均为自动切换开关，所述自动切换开关的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

4.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，其特征在于：所述第一开关装置与第二开关装置均为断路器，所述断路器的控制信号输入端与微控制器的控制信号输出端相连。

5.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的低成本空中轨道列车复合供电系统，其特征在于：所述锂电池包包括11个串联的锂电池单体小包，每个所述锂电池单体小包包括1并20串的锂电池单体或者2并20串的锂电池单体或者3并20串的锂电池单体。