混合动力供电系统及有轨电车的制作方法

本申请涉及新能源供电，尤其涉及一种混合动力供电系统及有轨电车。

背景技术：

1、近年来，大功率燃料电池技术取得的重大进步，为其在有轨电车等轨道交通领域的大规模应用提供了可能。燃料电池混合动力有轨电车自身携带主动力源，完全摆脱了架空接触网牵引供电系统，在城市交通方面发展潜力巨大。

2、相关技术中，有轨电车采用氢燃料电池混合动力系统供电，氢燃料电池混合动力系统中包括氢气罐和燃料电池。在需要为有轨电车供电时，氢气罐中的氢气进入燃料电池进行反应发电，驱动有轨电车行进。但这样的有轨电车供电系统的成本较高，续航能力较弱。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种混合动力供电系统及有轨电车，用以达到降低有轨电车供电系统的成本，并提高有轨电车的续航能力的效果。

2、第一方面，本申请实施例提供一种混合动力供电系统，包括氨氢燃料转换单元、混合动力供电单元、启动预热单元和牵引电机单元；所述氨氢转换装置中包括液氨存储装置、氨氢转换装置和纯化装置，所述混合动力供电单元中包括燃料电池模块和升压dc-dc变换器；

3、所述液氨存储装置与所述氨氢转换装置连接，所述氨氢转换装置和所述纯化装置的输入端连接；所述液氨存储装置用于存储液氨并为所述氨氢转换装置提供液氨，所述纯化装置用于对所述氨氢转换装置输出的气体进行纯化，得到气体燃料；

4、所述纯化装置的输出端与所述燃料电池模块的输入端连接，所述燃料电池模块的输出端与所述升压dc-dc变换器的输入端连接；所述燃料电池模块用于基于所述气体燃料为所述牵引电机单元和所述氨氢转换装置供电；

5、所述升压dc-dc变换器的输出端分别与所述启动预热单元的输入端和所述牵引电机单元连接，所述启动预热单元的输出端与所述氨氢转换装置连接；所述启动预热单元用于启动所述氨氢转换装置并为所述氨氢转换装置供电；所述牵引电机单元用于驱动有轨电车的驱动轴。

6、在一种可能的实现方式中，所述混合动力供电单元中还包括储能装置；

7、所述储能装置连接在所述升压dc-dc变换器的输出端；在所述有轨电车的启动阶段，由所述储能装置和所述燃料电池模块共同为所述牵引电机单元供电，当所述有轨电车的运行速度达到预设速度时，所述储能装置停止供电。

8、在一种可能的实现方式中，所述启动预热单元中包括第一开关、第二开关、dc-ac逆变器和控制器；

9、所述第一开关连接380v交流电；

10、所述第二开关与所述dc-ac逆变器的输出端；

11、所述dc-ac逆变器的输入端分别与所述升压dc-dc变换器的输出端和所述储能装置连接；

12、所述控制器，用于控制所述第一开关的导通或关断，以及控制所述第二开关的导通或关断。

13、在一种可能的实现方式中，所述控制器，具体用于：

14、启动所述启动预热单元时，控制所述第一开关导通，并控制所述第二开关关断，使所述氨氢转换装置开始分解所述液氨；

15、在所述dc-ac逆变器的输入端的电压达到预设值时，控制所述第一开关关断，并控制所述第二开关导通，以维持所述氨氢转换装置分解所述液氨所需温度。

16、在一种可能的实现方式中，氨氢转换装置包括第一反应器和第二反应器；

17、所述第一反应器分解所述液氨得到的源气体，输入所述第二反应器进行分解，得到所述氨氢转换装置的输出。

18、在一种可能的实现方式中，所述气体燃料为氢氮混合气。

19、在一种可能的实现方式中，所述氨氢燃料转换单元还包括燃烧器、鼓风机和换热器；

20、所述液氨存储装置通过所述换热器与所述氨氢转换装置连接；

21、所述燃烧器和所述鼓风机用于对所述燃料电池模块产生的尾气进行燃烧，所述燃烧产生的热能传送至所述换热器。

22、在一种可能的实现方式中，所述燃料电池模块设置在所述有轨电车的mc车的顶部，所述氨氢燃料转换单元设置在所述有轨电车的目标车辆的顶部，所述目标车辆为所述有轨电车中除mc车以外的任一车辆。

23、在一种可能的实现方式中，所述液氨存储装置中包括加氨接口，所述加氨接口用于在加注液氨时与加氨机连接；所述加氨机用于为所述液氨存储装置加注液氨。

24、第二方面，本申请实施例提供一种有轨电车，包括第一方面描述的混合动力供电系统。

25、本申请实施例提供的混合动力供电系统及有轨电车，通过液氨存储装置与氨氢转换装置连接，氨氢转换装置和纯化装置的输入端连接；液氨存储装置用于存储液氨并为氨氢转换装置提供液氨，纯化装置用于对氨氢转换装置输出的气体进行纯化，得到气体燃料；纯化装置的输出端与燃料电池模块的输入端连接，燃料电池模块的输出端与升压dc-dc变换器的输入端连接；燃料电池模块用于基于气体燃料为牵引电机单元和氨氢转换装置供电；升压dc-dc变换器的输出端分别与启动预热单元的输入端和牵引电机单元连接，启动预热单元的输出端与氨氢转换装置连接；启动预热单元用于启动氨氢转换装置并为氨氢转换装置供电；牵引电机单元用于驱动有轨电车的驱动轴。这样实时基于液氨分解得到气体燃料不需要单独对气体燃料进行存储，可以减少气体燃料的储运成本，同时，由于在同等体积条件下，液氨的续航能力大于液氢的续航能力，因此通过对液氨进行分解来获取气体燃料可以提高有轨电车的续航能力。此外，通过燃料电池模块和启动预热单元，让氨氢转换装置输出的气体最终转化为了供氨氢转换装置分解液氨的电能，这样部分自给自足的供电系统减少了对外部电力的需求，从而可以降低运营成本，而且，减少了对外部电力的依赖，有助于提升供电系统的稳定性和可靠性，从而可以提升有轨电车运行的稳定性。

技术特征：

1.一种混合动力供电系统，其特征在于，包括氨氢燃料转换单元、混合动力供电单元、启动预热单元和牵引电机单元；所述氨氢转换装置中包括液氨存储装置、氨氢转换装置和纯化装置，所述混合动力供电单元中包括燃料电池模块和升压dc-dc变换器；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合动力供电单元中还包括储能装置；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述启动预热单元中包括第一开关、第二开关、dc-ac逆变器和控制器；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，氨氢转换装置包括第一反应器和第二反应器；

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述气体燃料为氢氮混合气。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述氨氢燃料转换单元还包括燃烧器、鼓风机和换热器；

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述燃料电池模块设置在所述有轨电车的mc车的顶部，所述氨氢燃料转换单元设置在所述有轨电车的目标车辆的顶部，所述目标车辆为所述有轨电车中除mc车以外的任一车辆。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述液氨存储装置中包括加氨接口，所述加氨接口用于在加注液氨时与加氨机连接；所述加氨机用于为所述液氨存储装置加注液氨。

10.一种有轨电车，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的混合动力供电系统。

技术总结
本申请实施例提供一种混合动力供电系统及有轨电车。该系统包括：液氨存储装置与氨氢转换装置连接，氨氢转换装置和纯化装置的输入端连接；液氨存储装置用于存储液氨，纯化装置用于对氨氢转换装置输出的气体进行纯化，得到气体燃料；纯化装置的输出端与燃料电池模块的输入端连接，燃料电池模块的输出端与升压DC‑DC变换器的输入端连接；燃料电池模块用于为牵引电机单元和氨氢转换装置供电；升压DC‑DC变换器的输出端分别与启动预热单元和牵引电机单元连接，启动预热单元的输出端与氨氢转换装置连接；启动预热单元用于启动氨氢转换装置并为氨氢转换装置供电。该系统可以达到降低有轨电车供电系统的成本，并提高有轨电车的续航能力的效果。

技术研发人员：汪星华,韩国鹏,王铁成,裴春兴,冯轩,刘颖
受保护的技术使用者：中车唐山机车车辆有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10