CN207997768U - 一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统 - Google Patents

一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统 Download PDF

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尚伟林
陈维荣
于爽
黄文强
王天宏
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Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,包括燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、牵引电机、机械制动装置、控制系统、直流母线和制动电阻。本实用新型能够保证系统制动性能前提下,实现回馈制动、能耗制动和机械制动联合的最优制动,尽可能地回收制动能量,提高燃料利用率,实现燃料经济性的目的,延长储能装置使用寿命,降低成本。

Description

一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统
技术领域
本实用新型属于燃料电池混合动力技术领域,尤其涉及一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统。
背景技术
城市轨道交通车辆具有站间距离短、车辆运行密度高等特点,在频繁启动与制动的过程中会产生数量可观的制动能量,一般城市轨道交通车辆再生制动反馈能量占牵引吸收能量的40%-50%,此反馈比例与车辆的特性、线路特征息息相关。制动过程中产生的能量会使牵引网电压升高,若不采取任何吸收或消耗措施,将导致牵引网压超过规定值,造成其他供电设备的损坏。目前,我国城市轨道交通再生制动较多采用电阻制动,电阻制动设备简单、控制方法简单可靠,但电阻制动不仅造成能源的浪费,而且电阻耗能以热量的形式散发,造成通风散热能耗增加。若采用车载式电阻制动,造成机车自重变大等一系列不良影响。
因此,现有的有轨电车制动系统制动效果差,无法回收制动能量,造成了能源的浪费,降低了系统的使用寿命。
实用新型内容
为了克服现有技术方法的不足,本实用新型的目的在于提出一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,能够保证系统制动性能前提下,实现回馈制动、能耗制动和机械制动联合的最优制动,尽可能地回收制动能量,提高燃料利用率,实现燃料经济性的目的,延长储能装置使用寿命,降低成本。
为实现以上目的,本实用新型采用技术方案是:一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,包括燃料电池、燃料电池供电回路、锂离子电池、锂离子电池供电回路、超级电容、超级电容供电回路、牵引逆变器、牵引电机、机械制动装置、控制系统、直流母线和制动电阻;
燃料电池供电回路,所述燃料电池供电回路的输入端与燃料电池相连,所述燃料电池供电回路的输出端与直流母线相连;
锂离子电池供电回路,所述锂离子电池供电回路的第一端与锂离子电池相连;锂离子电池供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路的输出端并联相连,从而连接至所述直流母线;
超级电容供电回路,所述超级电容供电回路的第一端与超级电容相连;超级电容供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路及锂离子电池供电回路的输出端并联相连,从而连接至所述直流母线;
牵引逆变器,所述牵引逆变器的第一端连接至直流母线,所述牵引逆变器的第二端与牵引电机相连;
机械制动装置,连接至所述牵引电机;
制动电阻,连接至所述直流母线;
控制系统,分别与所述燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、制动电阻和机械制动装置的控制端相连。
进一步的是,还包括辅助供电电源,辅助供电电源从所述直流母线处获得电能,并给控制系统、燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、制动电阻和机械制动装置提供弱电;能够通过系统自身为控制设备提供电能。
进一步的是,所述燃料电池供电回路包括DC/DC变换器、第一开关、燃料电池电流检测电路、燃料电池电压检测电路和系统输出电压检测电路;
所述第一开关连接于所述DC/DC变换器和所述燃料电池之间;燃料电池电流检测电路,连接于所述DC/DC变换器和燃料电池之间;燃料电池电压检测电路,连接于所述DC/DC变换器和燃料电池之间;输出电压检测电路,与所述DC/DC变换器的输出端相连。
进一步的是,所述锂离子电池供电回路包括双向DC/DC变换器Ⅰ、第二开关、锂离子电池电压检测电路和锂离子电池电流检测电路;
所述第二开关连接于所述双向DC/DC变换器Ⅰ和所述锂离子电池之间;锂离子电池电压检测电路与所述锂离子电池相连;锂离子电池电流检测电路与所述锂离子电池相连。
进一步的是,所述超级电容供电回路包括双向DC/DC变换器Ⅱ、第三开关、超级电容电压检测电路和超级电容电流检测电路;
所述第三开关,连接于所述双向DC/DC变换器和所述超级电容之间;超级电容电压检测电路与所述超级电容相连;超级电容电流检测电路与所述超级电容相连。
进一步的是,所述机械制动装置包括制动总泵和制动轮缸,所述控制系统控制制动总泵,制动总泵驱动制动轮缸,所述制动轮缸连接牵引电机;通过制动总泵将机械能转化成液压能,再通过制动轮缸将液压能转换成机械能,实现平稳制动。
采用本技术方案的有益效果:
本实用新型能够保证系统制动性能前提下,通过牵引逆变器、超级电容和锂离子电池、以及机械制动装置的配合运行,实现回馈制动、能耗制动和机械制动联合的最优制动,尽可能地回收制动能量;
本实用新型能够提高燃料利用率,实现燃料经济性的目的,延长储能装置使用寿命,降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统的结构示意图;
图2为本实用新型中机械制动装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
在本实施例中,参见图1所示,一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,包括燃料电池、燃料电池供电回路、锂离子电池、锂离子电池供电回路、超级电容、超级电容供电回路、牵引逆变器、牵引电机、机械制动装置、控制系统、直流母线和制动电阻;
燃料电池供电回路,所述燃料电池供电回路的输入端与燃料电池相连,所述燃料电池供电回路的输出端与直流母线相连;
锂离子电池供电回路,所述锂离子电池供电回路的第一端与锂离子电池相连;锂离子电池供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路的输出端并联相连,从而连接至所述直流母线;
超级电容供电回路,所述超级电容供电回路的第一端与超级电容相连;超级电容供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路及锂离子电池供电回路的输出端并联相连,从而连接至所述直流母线;
牵引逆变器,所述牵引逆变器的第一端连接至直流母线,所述牵引逆变器的第二端与牵引电机相连;
机械制动装置,连接至所述牵引电机;
制动电阻,连接至所述直流母线;
控制系统,分别与所述燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、制动电阻和机械制动装置的控制端相连。
作为上述实施例的优化方案,还包括辅助供电电源,辅助供电电源从所述直流母线处获得电能,并给控制系统、燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、制动电阻和机械制动装置提供弱电;能够通过系统自身为控制设备提供电能。
作为上述实施例的优化方案,所述燃料电池供电回路包括DC/DC变换器、第一开关、燃料电池电流检测电路、燃料电池电压检测电路和系统输出电压检测电路;
所述第一开关连接于所述DC/DC变换器和所述燃料电池之间;燃料电池电流检测电路,连接于所述DC/DC变换器和燃料电池之间;燃料电池电压检测电路,连接于所述DC/DC变换器和燃料电池之间;输出电压检测电路,与所述DC/DC变换器的输出端相连。
所述锂离子电池供电回路包括双向DC/DC变换器Ⅰ、第二开关、锂离子电池电压检测电路和锂离子电池电流检测电路;
所述第二开关连接于所述双向DC/DC变换器Ⅰ和所述锂离子电池之间;锂离子电池电压检测电路与所述锂离子电池相连;锂离子电池电流检测电路与所述锂离子电池相连。
所述超级电容供电回路包括双向DC/DC变换器Ⅱ、第三开关、超级电容电压检测电路和超级电容电流检测电路;
所述第三开关,连接于所述双向DC/DC变换器和所述超级电容之间;超级电容电压检测电路与所述超级电容相连;超级电容电流检测电路与所述超级电容相连。
作为上述实施例的优化方案,如图2所示,所述机械制动装置包括制动总泵和制动轮缸,所述控制系统控制制动总泵,制动总泵驱动制动轮缸,所述制动轮缸连接牵引电机;通过制动总泵将机械能转化成液压能,再通过制动轮缸将液压能转换成机械能,实现平稳制动。
为了更好的理解本实用新型,下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述:
根据牵引电机运行的状态、燃料电池的状态、锂离子电池的状态、超级电容的状态,通过控制系统调节锂离子电池供电回路中的电能功率和传递方向,控制超级电容供电回路中的电能功率和传递方向,控制制动电阻的投切,控制牵引逆变器从而实现变频回馈制动,以及控制机械制动装置;从而实现回馈制动、能耗制动和机械制动联合的最优制动。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,其特征在于,包括燃料电池、燃料电池供电回路、锂离子电池、锂离子电池供电回路、超级电容、超级电容供电回路、牵引逆变器、牵引电机、机械制动装置、控制系统、直流母线和制动电阻;
燃料电池供电回路,所述燃料电池供电回路的输入端与燃料电池相连,所述燃料电池供电回路的输出端与直流母线相连;
锂离子电池供电回路,所述锂离子电池供电回路的第一端与锂离子电池相连;锂离子电池供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路的输出端并联相连,从而连接至所述直流母线;
超级电容供电回路,所述超级电容供电回路的第一端与超级电容相连;超级电容供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路及锂离子电池供电回路的输出端并联相连,从而连接至所述直流母线;
牵引逆变器,所述牵引逆变器的第一端连接至直流母线,所述牵引逆变器的第二端与牵引电机相连;
机械制动装置,连接至所述牵引电机;
制动电阻,连接至所述直流母线;
控制系统,分别与所述燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、制动电阻和机械制动装置的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,其特征在于,还包括辅助供电电源,所述辅助供电电源从所述直流母线处获得电能,并给控制系统、燃料电池供电回路、锂离子电池供电回路、超级电容供电回路、牵引逆变器、制动电阻和机械制动装置提供弱电。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,其特征在于,所述燃料电池供电回路包括DC/DC变换器、第一开关、燃料电池电流检测电路、燃料电池电压检测电路和系统输出电压检测电路;
所述第一开关连接于所述DC/DC变换器和所述燃料电池之间;燃料电池电流检测电路,连接于所述DC/DC变换器和燃料电池之间;燃料电池电压检测电路,连接于所述DC/DC变换器和燃料电池之间;输出电压检测电路,与所述DC/DC变换器的输出端相连。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,其特征在于,所述锂离子电池供电回路包括双向DC/DC变换器Ⅰ、第二开关、锂离子电池电压检测电路和锂离子电池电流检测电路;
所述第二开关连接于所述双向DC/DC变换器Ⅰ和所述锂离子电池之间;锂离子电池电压检测电路与所述锂离子电池相连;锂离子电池电流检测电路与所述锂离子电池相连。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,其特征在于,所述超级电容供电回路包括双向DC/DC变换器Ⅱ、第三开关、超级电容电压检测电路和超级电容电流检测电路;
所述第三开关,连接于所述双向DC/DC变换器和所述超级电容之间;超级电容电压检测电路与所述超级电容相连;超级电容电流检测电路与所述超级电容相连。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力有轨电车联合制动系统,其特征在于,所述机械制动装置包括制动总泵和制动轮缸,所述控制系统控制制动总泵,制动总泵驱动制动轮缸,所述制动轮缸连接牵引电机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110576749A (zh) * 2019-08-22 2019-12-17 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢能汽车的燃料电池制动能量回收系统

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