CN215553126U - 一种氢能混合动力系统及轨道工程车 - Google Patents

Abstract

一种氢能混合动力系统及轨道工程车，氢能混合动力系统包括氢燃料电池组、储氢罐、储能电池、BMS控制单元、热管理系统及配电柜；储氢罐与氢燃料电池组连接，氢燃料电池组的电能输出端连接至轨道工程车的直流母线，储能电池与直流母线连接；BMS控制单元分别与氢燃料电池组、储能电池以及热管理系统的控制端连接；热管理系统与氢燃料电池组及储能电池连接，热管理系统控制端与BMS控制单元连接；配电柜内设有直流电柜、交流电柜、逆变器以及24V电源模块，直流母线与直流电柜和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与交流电柜及24V电源模块连接。本实用新型采用氢能配合储能电池实现冗余配置，保证车辆整车稳定运行，提高续航能力，减少热排放。

Description

一种氢能混合动力系统及轨道工程车

技术领域

本实用新型属于轨道工程车动力电池技术领域，特别涉及一种氢能混合动力系统及轨道工程车。

背景技术

轨道交通向高速、重载、便捷、舒适方向发展，科学及时的维护是确保轨道交通安全、舒适、经济运行的重要保障。因此，在轨道交通运营的间隙，一般为晚上结束运营的时间段，也称“天窗”时间进行维护，执行维护任务的轨道装备成为“轨道工程车”，比如钢轨检测、探伤、接触网维护、钢轨打磨、钢轨铣磨等。

为了确保维护人员的工作安全，天窗期内需要断电。因此，轨道工程车需要自带动力。传统的轨道车辆一般采用柴油机作为动力。

采用柴油机的轨道工程车会排放大量尾气，并产生大量热量，导致周围环境恶化。特别是在隧道内，传统的工程车工作环境极其恶劣，给工作人员带来危害，并且会导致整个轨道交通系统的环境恶化。

另外，尽管轨道交通线路电气化水平越来越高，特别是地铁几乎全部采用电气化。但是，轨道工程车辆是目前该系统内唯一的“碳排放”大户，急需采用新能源方式解决。目前成熟的新能源多采用蓄电池，续航是制约其发展的瓶颈。轨道工程车除了提供牵引走行的动力之外，还要为大功率作业装置提供能量，再加上电池的功率密度低，因此，轨道工程车的蓄电池化推广一直未取得实质进展。

实用新型内容

为解决现有技术问题，本实用新型提出一种氢能混合动力系统及轨道工程车，该动力系统采用压缩氢气作为燃料，转化为电能驱动负载，具备清洁、高效等特点，可配置在钢轨铣磨车、打磨车、检测车、探伤车等轨道工程车上。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种氢能混合动力系统，包括氢燃料电池组、储氢系统、储能电池、BMS控制单元、热管理系统、24V蓄电池以及配电柜；

所述储氢系统包括储氢罐，储氢罐与氢燃料电池组连接并为其提供氢气，氢燃料电池组的电能输出端通过DC/DC模块连接至轨道工程车的直流母线，储能电池与直流母线连接；

BMS控制单元分别与氢燃料电池组、储能电池以及热管理系统的控制端连接，24V蓄电池与BMS控制单元连接；

热管理系统设于氢燃料电池组和储能电池一侧并用于维持氢燃料电池组和储能电池处于合适的工作温度，热管理系统的电能输入端连接分别与氢燃料电池组及储能电池连接，热管理系统的控制端与BMS控制单元连接；

配电柜内设有直流电柜、交流电柜、逆变器以及24V电源模块，直流母线分别与直流电柜和逆变器的输入端连接，直流电柜的输出端用于连接至轨道工程车的直流用电负载；逆变器的输出端与交流电柜连接，交流电柜连接至轨道工程车的交流用电负载；逆变器还与24V电源模块连接，24V电源模块用于连接轨道工程车的控制系统及整车其它24V用电负载。

进一步的，储能电池可以是动力锂电池组或蓄电池组。

进一步的，24V蓄电池还分别与氢燃料电池组的弱电模块、储能电池的弱电模块连接。

进一步的，热管理系统包括加热单元和冷却单元，加热单元为含有发热电阻丝的加热器，冷却单元为电空调或车载液冷散热器。

进一步的，配电柜内还设有外供电插座，外供电插座与交流电柜的电能输入端连接。

进一步的，热管理系统设置在配电柜上方，储能电池和氢燃料电池组上下间隔设置且均位于热管理系统的一侧，储氢罐设于氢燃料电池组的一侧。

本实用新型还提出一种轨道工程车，该轨道工程车上设置上述的一种氢能混合动力系统。

本实用新型与现有技术相比具备以下有益效果：

1)采用氢气作为燃料，清洁能源，无排放，解决传统内燃车的排放问题，实现零碳排放，且几乎免维护，无需定期更换耗材。

2)续航能力优于现有的蓄电池组或动力锂电池组，通过设置不同容积的储气罐即可满足续航需求；

3)动力单元体积小，噪音低；热排放少，环境清洁，不存在过热风险。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一种氢能混合动力系统的电路原理框图。

图2是本实用新型一种氢能混合动力系统的安装布局图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例作进一步的详细说明。

一种氢能混合动力系统的实施例，如图1至图2所示，用于轨道工程车上，其包括氢燃料电池组、储氢系统、储能电池、BMS控制单元、热管理系统以及配电柜。所述储氢系统是氢燃料存储单元，可采用液态氢或者压缩氢气，储氢系统具体包括储氢罐、加氢系统、氢燃料释放及压力调节系统，储氢罐与氢燃料电池组连接，储氢系统可将储氢罐中的氢燃料气化或者减压至合适的压力，给氢燃料电池组供气。氢燃料电池组的电能输出端通过DC/DC模块连接至轨道工程车上的直流母线上，从而为直流母线提供电能来源，所述DC/DC模块用于对氢燃料电池组输出的直流电进行电压变换，以适配直流母线所需电压值。储能电池连接至直流母线，一方面可以实现自身充电功能，即氢燃料电池组通过直流母线为储能电池进行充电，另一方面储能电池也可以在氢燃料电池组无法供电时起到备用电源的作用，为直流母线供电，进而对整车负载供电，或者是与氢燃料电池组协同配合，同时对直流母线供电，从而适应某些需要大功率输出的场合，例如坡道作业；储能电池可以是动力锂电池组或蓄电池组。

BMS控制单元是系统的控制核心，BMS控制单元分别与氢燃料电池组、储能电池以及热管理系统的控制端连接，用于管理氢燃料电池组、储能电池和热管理系统的工作状态。系统还配置了24V蓄电池，用于为低压模块进行供电，24V蓄电池的电能输出端分别与氢燃料电池组的弱电模块、储能电池的弱电模块以及BMS控制单元连接，对它们供工作所需的低压直流电，其中氢燃料电池组和储能电池自带的弱电模块为现有技术，不再赘述。

热管理系统用于维持系统热量平衡，一方面将氢燃料电池组工作产生的多余热量散掉，另一方面在低温时可以采用加热或者利用自身热量维持氢燃料电池组和储能电池在合适的温度范围。热管理系统的电能输入端连接分别与氢燃料电池组及储能电池连接，也就是说氢燃料电池组及储能电池均可以对热管理系统进行供电，由谁为热管理系统供电取决于当前使用的是哪种充电状态，若轨道工程车完全由氢燃料电池组供电，储能电池则可以不工作，此时氢燃料电池组受BMS控制单元的控制从而为热管理系统供电；相似的，也可以由储能电池供电。热管理系统包括加热单元和冷却单元，加热单元可以为含有发热电阻丝的各种电加热器，冷却单元可以为电空调或车载液冷散热器等各种制冷设备，加热单元在寒冷环境下可以预先为氢燃料电池组和储能电池进行预热，冷却单元在各电池工作时为其降温，维持适宜的环境温度。热管理系统的控制端连接至BMS控制单元，其工作状态受控于BMS控制单元；BMS控制单元能够通过各种传感器监测氢燃料电池组和储能电池的温度，因此通过实时获取温度使得所述BMS控制单元启动加热或冷却单元。

直流母线连接至配电柜的电能输入端，配电柜内设有直流电柜、交流电柜、逆变器以及24V电源模块，直流母线分别与直流电柜和逆变器输入端连接，直流电柜的输出端连接至轨道工程车的直流用电负载；逆变器的输出端与交流电柜，从而直流母线中的直流电逆变为交流电，即逆变为三相380V/50HZ提供至交流电柜，交流电柜输出端连接至轨道工程车的交流用电负载。逆变器的另一路输出端还与24V电源模块连接，逆变器将直流母线的高压直流电转化成单项220V/50HZ的电压制式提供给24V电源模块，24V电源模块将220V/50HZ的交流电转换为24V直流电为轨道工程车的控制系统及整车其它24V用电负载供电。直流电柜和交流电柜内主要是一些常规的接触器、断路器和端子排等，其结构和作用均为本领域技术人员公知技术，主要是用于对直流电柜和交流电柜的是否输出电能进行通断控制。

进一步的，配电柜内还设有外供电插座，外供电插座与交流电柜的电能输入端连接，外部供电插座用于和外部供电(如市电插座)连接，从而在逆变器无法输出电能时，为轨道工程车的交流用电负载进行紧急供电。

如图2，在结构布局上，本系统设置在轨道工程车的内部，热管理系统设置在配电柜上方，储能电池和氢燃料电池组上下间隔设置且均位于热管理系统的一侧，储氢罐设于氢燃料电池组的一侧。如此设置，可以便于热管理系统对储能电池和氢燃料电池组的温控。

轨道工程车运行时，氢燃料电池组输出电能至整车直流母线，直流母线通过配电柜对直流电压进行各种变换，使其为整车各类用电负载进行正常供电。若出现氢燃料电池组因缺氢馈电或故障导致其无法输出电能时，则BMS控制单元控制储能系统供电，维持车辆整车运行。

一种轨道工程车的实施例：

所述轨道工程车包括上述实施例中的氢能混合动力系统，氢能混合动力系统可以替代现有的发电机组。适用的车辆包括钢轨检测车、探伤车、牵引机车、钢轨打磨车、钢轨铣磨车、接触网维护车等；氢能混合动力系统的结构及原理不再赘述。

在其它实施例中，氢能混合动力系统还可以固定安装在车间、楼宇或者施工现场，提供配用电源。或者安装在可移动的小车上，作为移动电源，以替代现有的发电车。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种氢能混合动力系统，其特征在于包括氢燃料电池组、储氢系统、储能电池、BMS控制单元、热管理系统、24V蓄电池以及配电柜；

所述储氢系统包括储氢罐，储氢罐与氢燃料电池组连接并为其提供氢气，氢燃料电池组的电能输出端通过DC/DC模块连接至轨道工程车的直流母线，储能电池与直流母线连接；

BMS控制单元分别与氢燃料电池组、储能电池以及热管理系统的控制端连接，24V蓄电池与BMS控制单元连接；

热管理系统设于氢燃料电池组和储能电池一侧，热管理系统的电能输入端连接分别与氢燃料电池组及储能电池连接，热管理系统的控制端与BMS控制单元连接；

配电柜内设有直流电柜、交流电柜、逆变器以及24V电源模块，直流母线分别与直流电柜和逆变器的输入端连接，直流电柜的输出端用于连接至轨道工程车的直流用电负载；逆变器的输出端与交流电柜连接，交流电柜连接至轨道工程车的交流用电负载；逆变器还与24V电源模块连接，24V电源模块用于连接轨道工程车的控制系统及整车其它24V用电负载。

2.根据权利要求1所述的一种氢能混合动力系统，其特征在于：储能电池可以是动力锂电池组或蓄电池组。

3.根据权利要求1所述的一种氢能混合动力系统，其特征在于：24V蓄电池还分别与氢燃料电池组的弱电模块、储能电池的弱电模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种氢能混合动力系统，其特征在于：热管理系统包括加热单元和冷却单元，加热单元为含有发热电阻丝的加热器，冷却单元为电空调或车载液冷散热器。

5.根据权利要求1所述的一种氢能混合动力系统，其特征在于：配电柜内还设有外供电插座，外供电插座与交流电柜的电能输入端连接。

6.根据权利要求1所述的一种氢能混合动力系统，其特征在于：热管理系统设置在配电柜上方，储能电池和氢燃料电池组上下间隔设置且均位于热管理系统的一侧，储氢罐设于氢燃料电池组的一侧。

7.轨道工程车，其特征在于：所述轨道工程车上设置如权利要求1至6任一项所述的一种氢能混合动力系统。

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