WO2018094787A1 - 一种动力控制***及具有该***的储能车辆 - Google Patents

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杨颖�
毛业军
邓谊柏
何安清
杜求茂
彭钧敏
侯连武
张伟先
张婷婷
王艳
丁艳辉
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • a power control system comprising:
  • An energy storage system for absorbing energy generated by the fuel cell system, the energy storage system being coupled to the fuel cell system.
  • the air conditioning system of the vehicle is a direct current air conditioner, and the direct current air conditioner is connected to the energy storage system.
  • the above power control system can provide fuel to the fuel cell system by using the fuel tank provided by the fuel control system, and the fuel cell system can generate electric energy by using the fuel, and store the electric energy into the energy storage system and store it in the energy storage system.
  • Electrical energy can provide energy to the vehicle's control system assembly or other electrical utility to provide the vehicle with the necessary driving force and associated power support.
  • the invention solves the inconvenience that existing energy storage vehicles need to be charged frequently. Since the fuel tank can provide fuel for the fuel cell system, the fuel cell system can directly generate electric energy through the fuel, and the vehicle does not need to be charged by the station charging system during the operation, and on the one hand, the traffic jam occurs when the vehicle is running, and the traffic jam is caused. At the time, the problem of insufficient power of the vehicle, on the other hand, can eliminate the configuration of the station charging device and reduce the construction cost of the project.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a specific embodiment of an energy storage vehicle provided by the present invention.
  • FIG. 2 is a system structural diagram of a specific embodiment of a power control system according to the present invention.
  • 1 is a fuel cell system
  • 2 is an energy storage system
  • 3 is a control system assembly
  • 4 is a drive system
  • 5 is a transmission
  • 6 is a wheel
  • 7 is a cable
  • 8 is a vehicle body
  • 9 is an air conditioning system
  • 10 is a fuel box.
  • the core of the invention is to provide a power control system, which can solve the problem that the vehicle is stagnant when the vehicle encounters a traffic jam or the like, and the vehicle is forced to consume the electric energy and cannot continue to be used, thereby avoiding frequent charging.
  • Another core of the present invention is to provide an energy storage vehicle including the above power control system.
  • the invention solves the inconvenience that the existing energy storage vehicle needs to be charged by the current collector. Since the fuel tank 10 can supply fuel to the fuel cell system 1, the fuel cell system 1 can directly generate electric energy through the fuel, and the vehicle does not need to be charged by the ground charging system after entering the station, so the ground charging device configuration can be eliminated, and the reduction is made. Construction cost of the project.
  • the fuel tank 10 in order to facilitate the use of the fuel tank 10, includes a fuel tank body provided with a filling port for fuel filling and a pumping port for connecting the fuel cell system. .
  • the fuel tank 10 is further provided with a liquid level detecting port, the liquid level detecting port is provided with a liquid level sensing device, the liquid level sensing device is connected with the alarm device, and the liquid level sensing device is further It is connected to the vehicle's control system assembly 3.
  • the fuel tank 10 is a methanol fuel tank 10 for storing methanol liquid.
  • the fuel cell system 1 is a system that obtains electric power by electrochemical reaction. It should be noted that the bio-energy of fuel is converted into electric energy by electrochemical reaction, for example, methanol is converted into electric energy. Under ideal conditions, the product of methanol is carbon dioxide and water, and will not be produced. Raw pollutants, no harmful substances such as PM2.5.
  • the energy storage system 2 is connected to the fuel cell system 1 and the control system assembly 3, which is composed of an ultracapacitor device that can realize high-power discharge, which can absorb and store the electric energy generated by the fuel cell system 1.
  • the control system assembly 3 can be discharged with high power to meet the power consumption requirements of the vehicle when accelerating.
  • the energy storage system 2 can simultaneously absorb the electric energy regenerated by the fuel cell system 1 and the control system assembly 3, and the electric energy is transmitted through the cable 7 and the control system assembly 3.
  • the transmission device 5 transmits the kinetic energy generated by the drive system 4 to the wheel 6 to drive the wheel 6 to rotate.
  • the transmission device 5 includes a connecting shaft, a gear box and the like to realize kinetic energy transmission between the drive system 4 and the wheel 6.
  • the fuel cell system 1 and the energy storage system 2 are connected by a cable 7, wherein the cable 7 includes a high voltage cable 7 for power transfer and a low voltage cable 7 for controlling signal transmission.
  • High-voltage cables are used for the transmission of electrical energy between devices, and low-voltage cables are used for the transmission of control signals from various devices. Since the existing energy storage vehicle needs to replenish electric energy in a short time when entering the station, the current carrying capacity of the cable is required to be high, and the corresponding cable cross-sectional area is also large.
  • the fuel cell system 1 After the fuel cell system 1 is powered, it is always in the power generation state during the running of the vehicle, and the power is basically constant, so the current carrying capacity of the cable is low, and the corresponding cable cross-sectional area is also small, so different types can be selected for the different positions. Cable.
  • the filling port of the fuel tank 10 needs to meet the filling requirement of the fuel tank 10.
  • the filling port can satisfy the filling of the fuel tank 10 within 5 minutes.
  • the fuel volume required for one day is about 300L, so the volume of the fuel tank is 300L, and the filling port can satisfy the filling of fuel within 5 minutes.
  • the fuel cell system 1 and the energy storage system 2 are both disposed at the upper portion of the vehicle body 8.
  • the fuel cell system 1 and the energy storage system 2 may also be disposed at the rear of the vehicle body 8.
  • the air conditioning system 9 provided on the vehicle may be a direct current air conditioner, and the direct current air conditioner is connected to the energy storage system 2, thereby achieving efficient use of electric energy.

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Abstract

一种动力控制***及具有该***的储能车辆，该动力控制***包括：用于利用电化学反应产生电能的燃料电池***（1），燃料电池***（1）与用于储存液体燃料的燃料箱（10）连接；用于吸收燃料电池***（1）产生电能的储能***（2），储能***（2）与燃料电池***（1）连接。上述动力控制***可以利用自身所带的燃料箱（10）向燃料电池***（1）提供燃料，燃料电池***（1）可以利用燃料产生电能，并将电能存储进储能***（2）中，存储在储能***（2）中的电能可以为车辆的控制***总成（3）或者其他用电设施提供能量，以便为车辆提供必要的驱动力和相关的电力支持，解决了现有储能车辆在运行过程中，遇到堵车等情况时，车辆不能进行有效的电能补充，导致车辆需要进行救援的问题。

Description

一种动力控制***及具有该***的储能车辆
本申请要求于2016年11月22日提交中国专利局、申请号为201611047187.6、发明名称为“一种动力控制***及具有该***的储能车辆”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及无轨和轨道交通车辆技术领域，更具体地说，涉及一种动力控制***，此外本发明还涉及一种包括上述动力控制***的储能车辆。
背景技术
目前，随着人们对公共交通工具的环保性日益重视，储能式的电动交通车辆越来越多，在现有的储能式交通车辆中，通常在车辆上配置受流装置和储能***。
然而，受制于车辆设备布置空间限制，储能***的布置空间有限，因此储能***总的存储能量也相对应的收到了上限的约束。为保证车辆能够持续运行，现有技术中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***进行补电。然而当车辆为公用路权的交通车辆时，一旦发生线路塞车或未能及时到站，车辆在停滞的过程中，其内部的空调***、照明***等仍在耗电，就有可能导致车辆的电被耗光，需要对车辆进行救援的问题。同时采用进站充电的方式还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***。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，造成空间的制约和使用的不便。
综上所述，如何避免车辆的频繁充能，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***，该动力控制*** 可以解决车辆遇到堵车等情况造成车辆停滞，车辆被迫消耗完电能无法继续运用的问题，避免频繁充能。本发明的另一目的是提供一种包括上述动力控制***的储能车辆。
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***，包括：
用于利用电化学反应产生电能的燃料电池***，所述燃料电池***与用于储存液体燃料的燃料箱连接；
用于吸收所述燃料电池***产生电能的储能***，所述储能***与所述燃料电池***连接。
优选地，所述燃料箱包括燃料箱本体，所述燃料箱本体上设置有用于燃料加注的加注口和用于连接所述燃料电池***的泵送口。
优选地，所述燃料箱上还设置有液位检测口，所述液位检测口设置有液位传感装置，所述液位传感装置与报警装置连接，且所述液位传感装置还与车辆的控制***总成连接。
优选地，所述燃料箱为用于储存甲醇液体的甲醇燃料箱。
优选地，所述储能***中设置有用于实现大功率放电的超级电容储能器件。
优选地，所述车辆的控制***总成分别与驱动***、所述储能***连接，所述控制***总成设置有速度监测装置；当所述速度监测装置检测到车辆处于加速状态时，所述储能***向所述控制***总成进行大功率放电；当所述速度监测装置检测到车辆处于再生制动操作时，所述储能***吸收所述燃料电池***和所述控制***总成逆变再生的电能。
优选地，所述速度监测装置中设置有状态判断装置；当所述状态判断装置得到车辆处于加速或牵引行驶状态时，所述储能***的直流电将被控制总成***转变成交流电并输送给所述驱动***；当所述状态判断装置得到车辆处于下坡或停车制动状态时，所述控制***总成将所述驱动***产生的交流电逆变为直流电，并输送给所述储能***。
一种储能车辆，包括动力控制***和车体，所述动力控制***为上述任意一项所述的动力控制***。
优选地，车辆的空调***为直流空调，所述直流空调与所述储能***连接。
优选地，所述燃料电池***和所述储能***均设置在所述车体的上部。
需要说明的是，上述动力控制***可以利用自身所带的燃料箱向燃料电池***提供燃料，燃料电池***可以利用燃料产生电能，并将电能存储进储能***中，存储在储能***中的电能可以为车辆的控制***总成或者其他用电设施提供能量，以便为车辆提供必要的驱动力和相关的电力支持。
本发明解决了现有储能车辆需要频繁充电的不便。由于燃料箱可以为燃料电池***提供燃料，燃料电池***能够通过燃料直接产生电能，车辆在运行过程中不再需进行站台充电***进行充电，一方面解决了车辆运行时遇到堵车等情况造成堵车时，车辆电能不够的问题，另一方面可以取消站台充电设备配置，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为本发明所提供的一种储能车辆的具体实施例的剖视图；
图2为本发明所提供的一种动力控制***的具体实施例的***结构图。
图1-2中，附图标记为：
1为燃料电池***、2为储能***、3为控制***总成、4为驱动***、5为传动装置、6为车轮、7为电缆、8为车体、9为空调***、10为燃料箱。
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***，该动力控制***可以解决车辆遇到堵车等情况造成车辆停滞，车辆被迫消耗完电能无法继续运用的问题，避免频繁充能。本发明的另一核心是提供一种包括上述动力控制***的储能车辆。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种储能车辆的具体实施例的剖视图；图2为本发明所提供的一种动力控制***的具体实施例的***结构图。
本发明所提供的一种动力控制***，主要可以为公共交通中的新能源车辆提供动力能源。在结构构成上，本申请的动力控制***主要包括燃料电池***1、燃料箱10和储能***2。燃料电池***1用于利用电化学反应产生电能，储能***2用于吸收燃料电池***1产生电能，燃料电池***1与用于储存液体燃料的燃料箱10连接，储能***2与燃料电池***1连接。
需要说明的是，上述动力控制***可以利用自身所带的燃料箱10向燃料电池***1提供燃料，燃料电池***可以利用燃料产生电能，并将电能存储进储能***2中，存储在储能***2中的电能可以为车辆的控制***总成3或者其他用电设施提供能量，以便为车辆提供必要的驱动力和相关的电力支持。
本发明解决了现有储能车辆需要通过受流器充电的不便。由于燃料箱10可以为燃料电池***1提供燃料，燃料电池***1能够通过燃料直接产生电能，车辆在进站后不再需用通过地面充电***进行充电，因此可以取消地面充电设备配置，降低了项目的建设成本。
本发明也解决了现有储能车车辆储能***储能不足，在车辆遇到堵车等情况造成车辆停滞，车辆储能***无法保证能为车辆提供足够的能力，使车辆能顺畅运行的问题。由于燃料箱10可以为燃料电池***1提供足够 的燃料，燃料电池***1能够通过消耗燃料不断的产生电能，因此即使在堵车时，燃料电池仍在产生电能，可保证车辆顺利运行。
可选的，控制***总成3可以与上述储能***2连接将储存的电能转变为驱动***4适用的电能，并提供给驱动***4使用。具体地，驱动***4还连接传动装置5，传动装置5与车轮6连接，以便为车轮提供驱动力。
在上述实施例的基础之上，为了方便燃料箱10的使用，燃料箱10包括燃料箱本体，燃料箱本体上设置有用于燃料加注的加注口和用于连接燃料电池***的泵送口。
需要说明的是，泵送口与调节泵连接，调节泵用于控制燃料箱10向燃料电池***中输送燃料。加注口用于实现燃料的快速补充，由于燃料箱10与燃料电池***1连接，而燃料电池***1通常设置在车辆顶部的位置，所以燃料箱10可以设置在车辆顶部或者车辆后部的位置，而加注口需要设置在方便操作的位置。
可选的，上述泵送口与燃料电池***1之间还可以通过除调节泵以外的其他控制装置连接。
在上述实施例的基础之上，燃料箱10上还设置有液位检测口，液位检测口设置有液位传感装置，液位传感装置与报警装置连接，且液位传感装置还与车辆的控制***总成3连接。
需要说明的是，上述液位传感装置用于检测燃料箱10内部液位，当检测到液位低于预设液位值时，液位传感装置向控制***总成3发送信号，控制***总成3控制报警装置进行报警，或者液位传感装置直接与报警装置连接。
可选的，上述燃料箱10上还可以设置安全阀，用于控制燃料箱10内外的压力平衡，避免向燃料电池***1输送燃料过程中自身产生压力变化。
在上述任意一个实施例的基础之上，燃料箱10为用于储存甲醇液体的甲醇燃料箱10。相对应的，燃料电池***1为通过电化学反应得到电力的***。需要说明的是，通过电化学反应将燃料的生物能转化成电能，例如将甲醇转化为电能，在理想条件下，甲醇的产物为二氧化碳和水，不会产 生污染物，也无PM2.5等有害物质产生。
在上述任意一个实施例的基础之上，储能***2中设置有用于实现大功率放电的超级电容储能器件。
具体地，储能***2与燃料电池***1和控制***总成3相连，储能***2由可实现大功率放电的超级电容器件构成，其可以吸收和存储燃料电池***1产生的电能。当车辆加速时，可以对控制***总成3进行大功率放电，满足车辆加速时的耗电需求。当车辆制动时，储能***2可以同时吸收燃料电池***1和控制***总成3逆变再生的电能，电能通过电缆7与控制***总成3间进行传送。
在上述任意一个实施例的基础之上，车辆的控制***总成3分别与驱动***4、储能***2连接，控制***总成3设置有速度监测装置；当速度监测装置检测到车辆处于加速状态时，储能***2向控制***总成3进行大功率放电；当速度监测装置检测到车辆处于再生制动操作时，储能***2吸收燃料电池***1和控制***总成3逆变再生的电能。
需要说明的是，速度监测装置与控制***总成3主体连接，当速度监测装置检测到车辆处于加速状态时，由控制***总成3控制储能***2进行大功率放电；当速度监测装置检测到车辆处于再生制动操作时，由控制***总成3控制储能***2吸收燃料电池***1和控制***总成3逆变再生的电能。
在上述实施例的基础之上，速度监测装置中设置有状态判断装置；当状态判断装置得到车辆处于加速或牵引行驶状态时，储能***2的直流电将被控制***总成3转变成交流电并输送给驱动***4；当状态判断装置得到车辆处于下坡或停车制动状态时，控制***总成3将驱动***4产生的交流电逆变为直流电，并输送给储能***2。
具体地，控制***总成3在车辆处于加速和运行的牵引过程中时，可以将储能***2中的直流电转变成驱动***4所需的交流电；当车辆下坡或停车制动时，控制***总成3控制车辆优先采用再生制动，控制***总成3可以实现将驱动***4产生的交流电逆变成直流电，供储能***2吸收存储。
可选的，传动装置5将驱动***4产生的动能传递至车轮6，带动车轮6转动；传动装置5包括了连接轴和齿轮箱等，实现驱动***4与车轮6间的动能传递。
可选的，上述各个实施例中燃料电池***1与储能***2通过电缆7连接，其中，电缆7包括用于电能传递的高压电缆7和用于控制信号传递的低压电缆7。高压电缆用于各设备间电能的传递，低压电缆用于各设备控制信号的传递。由于现有的储能车需要在进站时，短时间内补充电能，因此其电缆的载流能力要求高，对应的电缆截面积也较大。采用燃料电池***1供电后，其在车辆运行过程中一直处于发电状态，功率基本恒定，因此电缆的载流能力要求低，其对应的电缆截面积也较小，所以上述不同位置可选用不同类型的电缆。
可选的，上述燃料箱10的加注口需要满足燃料箱10的加注需求，例如，加注口可以满足5分钟内加满燃料箱10。当本发明用于无轨储能车辆时，根据车辆一天运行的里程，一天所需的燃料容积在300L左右，因此燃料箱的容积为300L，其加注口可以满足5分钟内加满燃料。
除了上述各个实施例所提供的动力控制***，本发明还提供了一种包括上述动力控制***的储能车辆。储能车辆主要包括车体、和动力控制***。
在上述任意一个实施例的基础之上，燃料电池***1和储能***2均设置在车体8的上部。可选的，燃料电池***1和储能***2也可以设置在车体8的后部。
可选的，为了利用上述燃料电池***1发出的电能，车辆上设置的空调***9可以为直流空调，直流空调与储能***2连接，从而实现对电能的高效利用。
除了上述各个实施例所提供的储能车辆的主要结构和连接，该应急发电装置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一种动力控制***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***，其特征在于，包括：
    用于利用电化学反应产生电能的燃料电池***，所述燃料电池***与用于储存液体燃料的燃料箱连接；
    用于吸收所述燃料电池***产生电能的储能***，所述储能***与所述燃料电池***连接。
  2. 根据权利要求1所述的动力控制***，其特征在于，所述燃料箱包括燃料箱本体，所述燃料箱本体上设置有用于燃料加注的加注口和用于连接所述燃料电池***的泵送口。
  3. 根据权利要求2所述的动力控制***，其特征在于，所述燃料箱上还设置有液位检测口，所述液位检测口设置有液位传感装置，所述液位传感装置与报警装置连接，且所述液位传感装置还与车辆的控制***总成连接。
  4. 根据权利要求3所述的动力控制***，其特征在于，所述燃料箱为用于储存甲醇液体的甲醇燃料箱。
  5. 根据权利要求1至4任意一项所述的动力控制***，其特征在于，所述储能***中设置有用于实现大功率放电的超级电容储能器件。
  6. 根据权利要求5所述的动力控制***，其特征在于，所述车辆的控制***总成分别与驱动***、所述储能***连接，所述控制***总成设置有速度监测装置；当所述速度监测装置检测到车辆处于加速状态时，所述储能***向所述控制***总成进行大功率放电；当所述速度监测装置检测到车辆处于再生制动操作时，所述储能***吸收所述燃料电池***和所述控制***总成逆变再生的电能。
  7. 根据权利要求6所述的动力控制***，其特征在于，所述速度监测装置中设置有状态判断装置；当所述状态判断装置得到车辆处于加速或牵引行驶状态时，所述储能***的直流电将被控制总成***转变成交流电并输送给所述驱动***；当所述状态判断装置得到车辆处于下坡或停车制动状态时，所述控制***总成将所述驱动***产生的交流电逆变为直流电，并输送给所述储能***。
  8. 一种储能车辆，包括动力控制***和车体，其特征在于，所述动力控制***为权利要求1至7任意一项所述的动力控制***。
  9. 根据权利要求8所述的储能车辆，其特征在于，车辆的空调***为直流空调，所述直流空调与所述储能***连接。
  10. 根据权利要求8所述的储能车辆，其特征在于，所述燃料电池***和所述储能***均设置在所述车体的上部。
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