一种列车应急电源系统的制作方法

本实用新型属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车应急电源系统。

背景技术：

现有轨道交通应急电源通常采用车源分离方式，就是轨道交通车辆本身不带应急电源，一旦出现应急情况，由专门的应急救援车实施救援。这种方式很不方便，不及时，非常被动，往往招致乘客不满。

近年来，国内开始论证采用动力电池作为车载应急电源，但这种储能式应急电源存在续航里程短、成本高、体积/重量大等不足，同时应急电源在正常运行过程中无法使用，利用率不高，从一定程度上看也是一种浪费。现有的列车用应急电源系统，无法为列车提供持续电能，也难以直接应用于列车应急电源；能量利用效率低，造成了大量的能量浪费。

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列车应急电源系统，能够为列车提供持续电能，有效提高能量利用效率，节约成本。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种列车应急电源系统，包括燃料电池发电系统、储能系统、辅助系统、牵引系统、直流母线和能量管理控制系统，所述燃料电池发电系统产生电能，经单向DC/DC转换器并入列车的直流母线；所述储能系统直接或经双向DC/DC转换器并入列车直流母线；所述直流母线分别连接至所述辅助系统和牵引系统；所述能量管理控制系统分别连接至燃料电池发电系统、储能系统、辅助系统和牵引系统的控制端；

所述能量管理控制系统包括燃料电池电压电流监控电路、储能系统电压电流监控电路、牵引电压电流监控电路、母线电压检测电路、母线电流检测电路和控制器，所述燃料电池电压电流监控电路与单向DC/DC转换器相连，所述储能系统电压电流监控电路与双向DC/DC转换器相连，所述牵引电压电流监控电流连接至牵引系统，所述母线电压检测电路和母线电流检测电路均设置在直流母线上；所述燃料电池电压电流监控电路、储能系统电压电流监控电路、牵引电压电流监控电路、母线电压检测电路和母线电流检测电路均与控制器相连接。将检测数据反馈给信号控制器，由控制器进行功率分配，从而调节燃料电池发电系统、储能系统、辅助系统和牵引系统的工况。其中，各种监控电路均包括了电压传感器、电流传感器和控制开关电路等。

进一步的是，所述牵引系统包括逆变器和牵引负载，所述逆变器的直流端连接至直流母线，所述逆变器的交流端连接至牵引负载，所述逆变器的控制端连接至能量管理控制系统，逆变器额定电压为750V。所述逆变器将直流母线电流逆变为交流电，并接入到牵引负载；或将制动交变电流整流为直流电接入母线给储能系统充电。

进一步的是，所述燃料电池发电系统为质子交换膜燃料电池发电系统，质子交换膜燃料电池电压等级为600V～900V，质子交换膜燃料电池功率等级为30Kw-150Kw；单向DC/DC变换器用来改变燃料电池在列车牵引直流母线端的电压，并检测燃料电池输出电压与电流；质子交换膜燃料电池发电系统具有转换效率高、能量利用率大等优点，适用于列车中使用。

进一步的是，所述储能系统包括锂电池或超级电容，储能系统的电压等级为600V-900V。

所述储能系统可选用磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池或锰酸钴锂电池等，也可选用超级电容或其他储能元件。

通过检测储能系统的SOC值来判断锂电池是否可以放电或充电，通常来说当储能元件SOC值低于最小值时不再进行放电，可以切出放电电路，高于最大值时不再进行制动回收，应切出充电电路防止过充。

双向DC/DC转换器用来控制储能系统充放电状态，额定电压为750V。

进一步的是，所述辅助系统包括空调、空压机和照明。所述辅助系统主要是动车运行时自身需要消耗的功率，如空调，空压机等需要消耗的功率。

进一步的是，所述燃料电池发电系统的氢气罐置于列车顶部，便于加入氢气，扩大列车厢内空间。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型能够解决列车中储能元件对应急系统带来大量冗余与浪费的缺点；能够避免单纯燃料电池系统燃料电池功率变化太快太大对燃料电池由损耗的状况，取而代之的是燃料电池一直以稳定的功率进行输出，使得燃料电池寿命增长。

本实用新型提出的系统成本与体积相对降低；整套设备用电完全独立，能源清洁，贯彻可持续发展理念，环保可靠。

本实用新型提出的系统为列车提供持续电能，有效提高能量利用效率，节约成本；特别适用于动车组使用。

附图说明

图1为本实用新型的一种列车应急电源系统的结构示意图；

其中，11是燃料电池发电系统；12是单向DC/DC转换器，21是储能系统，22是双向DC/DC转换器；23是逆变器；31储能系统电压电流监控电路，32燃料电池电压电流监控电路，33是牵引电压电流监控电路，34控制器；41辅助系统；51牵引系统；61是氢气罐；71是母线电流检测电路，72是母线电压检测电路；81是直流母线。

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，一种列车应急电源系统，包括燃料电池发电系统11、储能系统21、辅助系统41、牵引系统51、直流母线81和能量管理控制系统，所述燃料电池发电系统11产生电能，经单向DC/DC转换器12并入列车的直流母线81；所述储能系统21直接或经双向DC/DC转换器22并入列车直流母线81；所述直流母线81分别连接至所述辅助系统41和牵引系统51；所述能量管理控制系统分别连接至燃料电池发电系统11、储能系统21、辅助系统41和牵引系统51的控制端；

所述能量管理控制系统包括燃料电池电压电流监控电路32、储能系统电压电流监控电路31、牵引电压电流监控电路33、母线电压检测电路72、母线电流检测电路71和控制器34，所述燃料电池电压电流监控电路32与单向DC/DC转换器12相连，所述储能系统电压电流监控电路31与双向DC/DC转换器22相连，所述牵引电压电流监控电流连接至牵引系统51，所述母线电压检测电路72和母线电流检测电路71均设置在直流母线81上；所述燃料电池电压电流监控电路32、储能系统电压电流监控电路31、牵引电压电流监控电路33、母线电压检测电路72和母线电流检测电路71均与控制器34相连接。将检测数据反馈给信号控制器34，由控制器34进行功率分配，从而调节燃料电池发电系统11、储能系统21、辅助系统41和牵引系统51的工况。

其中，所述牵引系统51包括逆变器23和牵引负载，所述逆变器23的直流端连接至直流母线81，所述逆变器23的交流端连接至牵引负载，所述逆变器23的控制端连接至能量管理控制系统，逆变器23额定电压为750V。所述逆变器23主要将直流母线81电流逆变为交流电，并接入到牵引负载；或将制动交变电流整流为直流电接入母线给储能系统21充电。

其中，所述燃料电池发电系统11为质子交换膜燃料电池发电系统11，质子交换膜燃料电池电压等级为600V-900V，质子交换膜燃料电池功率等级为30Kw-150Kw；单向DC/DC变换器主要用来改变燃料电池在列车牵引直流母线81端的电压，并检测燃料电池输出电压与电流；质子交换膜燃料电池发电系统11具有转换效率高、能量利用率大等优点，适用于列车中使用。

其中，所述储能系统21包括锂电池或超级电容，储能系统21的电压等级为600V-900V。

所述储能系统21可选用磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池或锰酸钴锂电池等，也可选用超级电容或其他储能元件。

通过检测储能系统21的SOC值来判断锂电池是否可以放电或充电，通常来说当储能元件SOC值低于最小值时不再进行放电，可以切出放电电路，高于最大值不再进行制动回收，应切出充电电路防止过充。

双向DC/DC转换器22用来控制储能系统21充放电状态，额定电压为750V。

其中，所述辅助系统41包括空调、空压机和照明。所述辅助系统41主要是动车运行时自身需要消耗的功率，如空调，空压机等需要消耗的功率。

作为上述实施例的优化方案，所述燃料电池发电系统11的氢气罐61置于列车顶部，便于加入氢气，扩大列车厢内空间。

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：

所述能量管理控制系统对整个系统各动力源与母线进行监控，通过单向DC/DC模块控制燃料电池模块给负载提供能量；通过双向DC/DC控制储能元件在燃料电池输出功率不够的情况下给负载提供能量，并在制动情况下回收能量。

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。