本实用新型属于混合动力技术技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池阵列的机车用混合动力控制系统。
背景技术：
随着全球环境污染问题逐步加重，开发利用清洁能源已经成为了一种解决环境问题的有效方式。在众多清洁能源中，氢能是一种具有高效、可靠、无污染和安全等特点的能源，而且燃料电池作为氢能利用的一种典型应用实例，目前已被广泛的研究。燃料电池能够高效的将氢能转换为电能为用电设备提供能量，但是燃料电池对负载功率变化的跟随能力相对较弱，因此在许多应用中，燃料电池均与储能设备组成混合动力系统为负载供电。
目前国内外已经将燃料电池混合动力系统广泛应用于各种应用，如：机车、汽车、船舶、飞行器等。当前燃料电池机车中均使用大功率燃料电池并联组成燃料电池系统，若使用大功率燃料电池到不同功率等级的机车应用时会遇到功率等级不品配等问题，造成资源浪费，因此，功率相对较小燃料电池子系统可灵活地组合成不同功率等级的燃料电池系统，有效降低燃料电池系统成本，此外，多个功率相对较小的燃料电池子系统组并联使用可提高燃料电池系统的可靠性。
针对目前的燃料电池机车研究领域，将燃料电池阵列应用于机车的研究相对较少，因此，针对燃料电池阵列混合动力系统的能量管理方法相对较为简单且数量较少。且现有的对于机车用的燃料电池阵列混合动力系统的能量管理，无法有效实现燃料电池系统和蓄电池组的能量分配最优化，存在燃料电池系统成本高且燃料电池的效率低，造成资源浪费量较大，蓄电池使用寿命低。
技术实现要素：
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基于燃料电池阵列的机车用混合动力控制系统，能够保证系统安全可靠，同时减少系统能量损失；有效降低燃料电池系统成本，避免资源浪费；维持蓄电池SOC，延长蓄电池使用寿命；同时优化燃料电池阵列中各燃料电池子单元的输出功率，提高燃料电池系统效率，实现燃料经济性。
为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种基于燃料电池阵列的机车用混合动力控制系统，包括燃料电池系统、蓄电池组、机车牵引系统、主控制器、制动能量消耗系统和采集电路；
所述燃料电池系统输出端的直流母线分别连接至蓄电池组、机车牵引系统和制动能量消耗系统，所述主控器分别连接燃料电池系统、制动能量消耗系统和采集电路，所述采集电路设置在直流母线及直流母线的分支线路上。
进一步的是，所述燃料电池系统包括多个相互并联的燃料电池子单元，所述燃料电池子单元包括多个相互串联的燃料电池子模组，燃料电池子模组包括燃料电池电堆、辅机设备和单向DC/DC变换器，所述辅机设备和单向DC/DC变换器分别与燃料电池电堆连接，相邻燃料电池子模组中的单向DC/DC变换器相互串联，相邻燃料电池子模组中的辅机设备相互并联后并联至燃料电池子单元的输出线路上，所述各燃料电池子单元的输出线路并联连接后作为所述燃料电池系统输出端连接至直流母线；所述主控制器分别连接至每个所述单向DC/DC变换器。
由于通过功率相对较小的燃料电池子模组可灵活地组合成不同功率等级的燃料电池系统，所以通过建立燃料电池子模组和燃料电池子单元的配置，可有效降低燃料电池系统的成本，提高燃料电池系统的利用率，减少资源浪费。
进一步的是，所述机车牵引系统包括多个机车牵引单元，所述机车牵引单元包括相互连接的牵引逆变器和牵引电机。
进一步的是，所述制动能量消耗系统包括多组制动单元，所述制动单元包括相互连接的斩波器和制动电阻；所述主控制器分别连接至每个斩波器；通过斩波器和制动电阻的配合，增强了制动能量的消耗效率。
进一步的是，所述采集电路包括均连接至主控制器的电流采集电路Ⅰ、电压采集电路、电流采集电路Ⅱ和电流采集电路Ⅲ；所述电流采集电路Ⅰ和电压采集电路设置在所述直流母线上，所述电流采集电路Ⅱ设置在直流母线至蓄电池组的分支线路上，所述电流采集电路Ⅲ设置在蓄电池组至机车牵引系统之间的直流母线上；检测系统工作状态，并将数据反送至主控制器中。
采用本技术方案的有益效果：
本实用新型所提出的系统拓扑结构相对简单，燃料电池系统和蓄电池系统并联为机车牵引系统提供能量，而制动能量消耗系统可配合蓄电池组进行制动能量的安全回收，保证系统安全可靠，同时减少系统能量的损失；
此外，本实用新型所提出的控制方法在满足负载动态需求的前提下，能够维持蓄电池SOC，延长蓄电池使用寿命；并且通过燃料电池系统效率的瞬时优化方法对燃料电池子单元的输出功率进行优化，提高燃料电池系统的效率，实现燃料经济性。
附图说明
图1为本实用新型的一种基于燃料电池阵列的机车用混合动力控制系统的结构示意图；
其中，010是燃料电池子模组，011是燃料电池电堆，012是辅机设备，013是单向DC/DC变换器，020是电流采集电路Ⅰ，021是电压采集电路，022是电流采集电路Ⅱ，023是电流采集电路Ⅲ，001是主控制器，030是蓄电池组，040是机车牵引系统，041是机车牵引单元，042是牵引逆变器，050是制动能量消耗系统，051是斩波器，052制动电阻，060是燃料电池子单元，070是燃料电池系统。。
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，一种基于燃料电池阵列的机车用混合动力控制系统，包括燃料电池系统070、蓄电池组030、机车牵引系统040、主控制器001、制动能量消耗系统050和采集电路；
所述燃料电池系统070输出端的直流母线分别连接至蓄电池组030、机车牵引系统040和制动能量消耗系统050，所述主控器分别连接燃料电池系统070、制动能量消耗系统050和采集电路，所述采集电路设置在直流母线及直流母线的分支线路上。
作为上述实施例的优化方案，所述燃料电池系统070包括多个相互并联的燃料电池子单元060，所述燃料电池子单元060包括多个相互串联的燃料电池子模组010，燃料电池子模组010包括燃料电池电堆011、辅机设备012和单向DC/DC变换器013，所述辅机设备012和单向DC/DC变换器013分别与燃料电池电堆011连接，相邻燃料电池子模组010中的单向DC/DC变换器013相互串联，相邻燃料电池子模组010中的辅机设备012相互并联后并联至燃料电池子单元060的输出线路上，所述各燃料电池子单元060的输出线路并联连接后作为所述燃料电池系统070输出端连接至直流母线；所述主控制器001分别连接至每个所述单向DC/DC变换器013。
作为上述实施例的优化方案，所述机车牵引系统040包括多个机车牵引单元041，所述机车牵引单元041包括相互连接的牵引逆变器042和牵引电机；
所述制动能量消耗系统050包括多组制动单元，所述制动单元包括相互连接的斩波器051和制动电阻052；所述主控制器001分别连接至每个斩波器051；通过斩波器051和制动电阻052的配合，增强了制动能量的消耗效率。
作为上述实施例的优化方案，所述采集电路包括均连接至主控制器001的电流采集电路Ⅰ020、电压采集电路021、电流采集电路Ⅱ022和电流采集电路Ⅲ023；所述电流采集电路Ⅰ020和电压采集电路021设置在所述直流母线上，所述电流采集电路Ⅱ022设置在直流母线至蓄电池组030的分支线路上，所述电流采集电路Ⅲ023设置在蓄电池组030至机车牵引系统040之间的直流母线上；检测系统工作状态，并将数据反送至主控制器001中。
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：
所述主控制器001对系统状态进行检测，通过分级控制，对系统进行能量管理；所述燃料电池系统070和蓄电池组030为所述机车牵引系统040提供能量，所述制动能量消耗系统050用于车制动能量的消耗。
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。