(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910388897.2
(22)申请日 2019.05.10
(71)申请人 湖南科技大学
地址 411201 湖南省湘潭市雨湖区桃源路2
号
(72)发明人 黄采伦 赵延明 方紫微 易雄胜
陈献忠 蔡尚松 蒋润德 文静
(51)Int.Cl.
B60L 50/40(2019.01)
B60L 50/60(2019.01)
E21D 9/06(2006.01)
(54)发明名称盾构电机车的燃料电池与超级电容混合动力推进系统(57)摘要本发明公开了一种盾构电机车的燃料电池与超级电容混合动力推进系统，包括燃料电池模块、BOOST变换器、超级电容模组、双向DC/DC变换器、DC/AC逆变器、PWM驱动隔离电路、电源电路、电机车运行控制器及与其连接的信号调理电路、环温传感器、GPS模块、三轴加速度传感器、触摸显示屏、时钟与复位电路、CAN接口。本发明的有益效果在于：所述燃料电池与超级电容混合动力推进系统在盾构电机车启动、加速、爬坡和遇到行驶阻力较大时能够快速地提供大功率电流，提高盾构电机车的动力性与经济性；在制动时能够快速地回收牵引电机产生的瞬间大电流，实现再生制动能量吸收，在燃料电池的工作介质足够时 电机车可持续运行。权利要求书3页 说明书12页 附图6页CN 110171299 A 2019.08.27
C N 110171299
A
权 利 要 求 书1/3页CN 110171299 A
1.一种盾构电机车的燃料电池与超级电容混合动力推进系统，包括燃料电池模块、BOOST变换器、超级电容模组、双向DC/DC变换器、DC/AC逆变器、PWM驱动隔离电路、电源电路、电机车运行控制
器及与其连接的信号调理电路、环温传感器、GPS模块、三轴加速度传感器、触摸显示屏、时钟与复位电路、CAN接口；其特征是：燃料电池模块经BOOST变换器连接到直流母线DC_BUS，超级电容模组经双向DC/DC变换器连接直流母线DC_BUS，直流母线DC_BUS 连接至用于在盾构附近经充电桩为超级电容模组补充电能的超级电容充电接口、并经DC/ AC逆变器连接盾构电机车牵引电机，电源电路直接从直流母线DC_BUS的DC+、DC-取电变换后给电机车运行控制器及其外围电路供电，PWM驱动隔离电路用于将电机车运行控制器输出的PWM信号转换为DC/AC逆变器、双向DC/DC变换器、BOOST变换器所需的控制信号；电机车运行控制器经CAN接口、CAN总线连接至燃料电池模块内的燃料电池控制器、超级电容模组内的超级电容BMS_CPU、超级电容充电接口，信号调理电路用于调理盾构电机车牵引电机的实时电压、电流、转速信号、双向DC/DC变换器和BOOST变换器的输出电压、电流信号，时钟与复位电路提供电机车运行控制器工作所需的时钟与复位信号，触摸显示屏用于系统参数设置、盾构电机车运行时的司机操控和实时工作状态显示，三轴加速度传感器监测盾构电机车的运动姿态，GPS模块监测盾构电机车的运行位置，环温传感器监测盾构电机车的工作环境温度；电机车运行控制器根据司机给定的运行指标要求，通过信号调理电路采集牵引电机的电压、电流、转速信号，以及双向DC/DC变换器和BOOST变换器的输出电压、电流信号，通过CAN总线获取燃料电池模块、超级电容模组的状态信息，再结合GPS模块采集的运行位置信息、三轴加速度传感器采集的运动姿态信息，经智能决策后由PWM驱动隔离电路输出控制信号到双向DC/DC变换器、BOOST变换器、DC/AC逆变器，以实现盾构电机车在不同运行工况下转换不同的动力工作模式；盾构电机车启动
、加速、爬坡及行驶阻力瞬间增大时，由燃料电池模块、超级电容模组同时为牵引电机提供动力；正常运行工况时，由燃料电池模块单独为牵引电机提供动力；在盾构电机车回程运行且接近盾构机时，优先由超级电容模组为牵引电机提供动力；盾构电机车制动时，双向DC/DC变换器反向导通，由超超级电容模组回收牵引电动机产生的电能；当环温传感器监测到工作环境温度过高或其它异常工况时，通过触摸显示屏向司机预警。
2.根据权利要求1所述的盾构电机车的燃料电池与超级电容混合动力推进系统，其特征是：所述的燃料电池模块由PEMFC电堆、燃料电池控制器、减压与稳压器、滤清器、风机、加湿器、过滤器、水箱、散热器、水泵组成；高压氢气由H2进气口进入经减压与稳压器后降至适合的压力等级，然后进入PEMFC电堆，在质子交换膜上与空气发生氧化还原反应，反应完成后的剩余氢气及杂质通过排气口释放到大气中；PEMFC电堆是燃料和氧化剂进行反应的场所，氢气进入阳极后与阴极的空气在质子交换膜上发生反应，产生自由电子，通过+接线端、-接线端接入负载形成电流；空气经过滤清器后进入风机，再进入加湿器与反应后的湿热空气进行焓湿交换，加湿后的空气进入PEMFC电堆与氢气反应，反应后生成的水和剩余的空气返回加湿器并在加湿器中大部分焓湿热均被空气带走后直接排入大气；水泵吸入经过滤器的水箱中的冷却水后进入 PEMFC电堆，吸收电堆反应热后出来再进入散热器进行散热，最后回到水箱以形成冷却水循环；燃料电池控制器接收来自电机车运行控制器的指令，监测和控制PEMFC电堆、减压与稳压器、水泵、风机的工作状态，并向电机车运行控制器发送燃料电池模块工作状态参数。
2
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议