混合供电系统及其控制方法、轨道交通车辆技术方案

本发明专利技术公开了一种混合供电系统及其控制方法、轨道交通车辆，该系统包括铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池、热交换装置、氢气收集装置、控制模块；铝空气电池通过热交换装置和氢气收集装置与甲醇重整制氢燃料电池连接，利用铝空气电池的反应热为甲醇重整制氢燃料电池在启动阶段提供热量，利用铝空气电池产生的氢气为甲醇重整制氢燃料电池提供氢气，在完全不影响铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的原有功能或性能基础上，不再需要配置专用的水冷装置、电加热装置和排氢装置。该控制方法通过对储能模块/电源模块的充放电管理实现系统负载突变时，由储能模块/电源模块吸收或释放突变功率，满足了负载快速响应需求。满足了负载快速响应需求。满足了负载快速响应需求。

【技术实现步骤摘要】
混合供电系统及其控制方法、轨道交通车辆


[0001]本专利技术属于混合供电
，尤其涉及一种混合供电系统及其控制方法、轨道交通车辆。

技术介绍

[0002]目前，铝空气电池采用水冷方式处理电池反应放热，这种方式需要额外的水冷装置，并且能量以热能的形式散失；而甲醇重整制氢燃料电池在启动阶段需要电加热将重整室温度加热到合适的温度，重整反应才会稳定进行，同时甲醇燃料的汽化需要热量。另外，铝空气电池运行过程中会自腐蚀产生氢气，当氢气达到一定量时存在安全隐患，因此铝空气电池需要设计排氢装置。在控制方法上，考虑到铝空气电池本身特性，整块铝板均浸泡在电解液中，很难像其他燃料电池通过对化学反应的调节来调整功率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种混合供电系统及其控制方法、轨道交通车辆，以解决铝空气电池需要设计水冷装置和排氢装置，甲醇重整制氢燃料电池在启动阶段需要设计电加热装置的问题。本专利技术将铝空气电池通过热交换装置和氢气收集装置与甲醇重整制氢燃料电池连接，利用铝空气电池的电池反应热为甲醇重整制氢燃料电池在启动阶段提供热量，不再需要专用的水冷装置和电加热装置；利用铝空气电池析氢反应产生的氢气为甲醇重整制氢燃料电池提供氢气，不再需要专用的排氢装置。
[0004]本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种混合供电系统，包括：
[0005]铝空气电池，其输出端与负载连接；
[0006]热交换装置，其热流体进口与所述铝空气电池的电解液出口连接，其热流体出口与所述铝空气电池的电解液进口连接；
[0007]甲醇重整制氢燃料电池，其输出端与负载连接；在所述甲醇重整制氢燃料电池的重整室和燃烧室周围铺设有导热管，所述导热管的一端与所述热交换装置的冷流体出口连接，另一端与所述热交换装置的冷流体进口连接；
[0008]控制模块，分别与所述铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池电性连接且用于根据负载需求功率控制铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的工作；
[0009]电源模块，分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接。
[0010]进一步地，所述系统还包括氢气收集装置，所述氢气收集装置的进气口与所述铝空气电池的氢气出口连接，所述氢气收集装置的出气口与所述甲醇重整制氢燃料电池的氢气进口连接。
[0011]进一步地，所述电源模块包括电性连接的锂电池和第一DCDC模块，所述第一DCDC模块的输出端分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接；所述第一DCDC模块由所述控制模块控制。
[0012]优选地，所述电源模块还包括与锂电池电性连接的第三DCDC模块，所述第三DCDC模块的输出端与负载电性连接；所述第三DCDC模块的输入端分别与所述铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的输出端电性连接，且由控制模块控制。
[0013]进一步地，所述系统还包括储能模块，所述储能模块与所述铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的输出端电性连接。
[0014]优选地，所述储能模块包括电性连接的超级电容和第二DCDC模块，所述第二DCDC模块的输入端分别与所述铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池的输出端电性连接；所述第二DCDC模块由所述控制模块控制。
[0015]优选地，所述第二DCDC模块的输出端还与负载电性连接。
[0016]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种轨道交通车辆混合供电系统，包括：
[0017]铝空气电池，其输出端与车辆直流母线电性连接；
[0018]热交换装置，其热流体进口与所述铝空气电池的电解液出口连接，其热流体出口与所述铝空气电池的电解液进口连接；
[0019]甲醇重整制氢燃料电池，其输出端与车辆直流母线电性连接，在所述甲醇重整制氢燃料电池的重整室和燃烧室周围铺设有导热管，所述导热管的一端与所述热交换装置的冷流体出口连接，另一端与所述热交换装置的冷流体进口连接；
[0020]储能模块，其与车辆直流母线电性连接；
[0021]控制模块，分别与所述铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池和储能模块电性连接，且用于根据车辆需求功率控制铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池和储能模块的工作；
[0022]电源模块，分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接。
[0023]进一步地，所述电源模块包括电性连接的锂电池和第一DCDC模块，所述第一DCDC模块的输出端分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接；所述第一DCDC模块由所述控制模块控制。
[0024]优选地，所述电源模块还包括与锂电池电性连接的第三DCDC模块，所述第三DCDC模块与车辆直流母线电性连接，且由控制模块控制。
[0025]进一步地，所述储能模块包括电性连接的超级电容和第二DCDC模块，所述第二DCDC模块与车辆直流母线电性连接；所述第二DCDC模块由所述控制模块控制。
[0026]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种轨道交通车辆，包括如上所述的轨道交通车辆混合供电系统。
[0027]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种如上所述轨道交通车辆混合供电系统的控制方法，包括以下步骤：
[0028]控制铝空气电池正常启动，并获取所述铝空气电池的输出功率；控制甲醇重整制氢燃料电池以设定输出功率启动；其中所述设定输出功率＜甲醇重整制氢燃料电池的额定输出功率；
[0029]获取整车需求功率，根据所述整车需求功率、铝空气电池的输出功率以及甲醇重整制氢燃料电池的输出功率控制铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池、储能模块和电源模块，以满足整车需求功率。
[0030]进一步地，控制铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池和储能模块的具体实现过程
为：
[0031]当P
需求
≥P
铝空
+P
甲醇min
时，控制储能模块的输出功率，使P
需求
＝P
铝空
+P
甲醇min
+P
储
；其中，P
需求
为整车需求功率，P
铝空
为铝空气电池的输出功率，P
甲醇min
为甲醇重整制氢燃料电池的输出功率，即设定输出功率，P
储
为储能模块的输出功率；
[0032]当P
需求
＜P
铝空
+P
甲醇min
时，判断储能模块/储能模块和电源模块是否处于满电状态，如果是，则关闭铝空气电池，并控制储能模块/储能模块和电源模块的输出功率，使P
需求
＝P
甲醇min
+P
储
或P
需求
＝P
甲醇min
+P
储
+P
电
；其中，P
电
为电源模块的输出功率；
[0033]如果否，则利用多余的输出功率为储能模块/储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合供电系统，其特征在于，包括：铝空气电池，其输出端与负载连接；热交换装置，其热流体进口与所述铝空气电池的电解液出口连接，其热流体出口与所述铝空气电池的电解液进口连接；甲醇重整制氢燃料电池，其输出端与负载连接；在所述甲醇重整制氢燃料电池的重整室和燃烧室周围铺设有导热管，所述导热管的一端与所述热交换装置的冷流体出口连接，另一端与所述热交换装置的冷流体进口连接；控制模块，分别与所述铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池电性连接且用于根据负载需求功率控制铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的工作；电源模块，分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接。2.根据权利要求1所述的混合供电系统，其特征在于：所述系统还包括氢气收集装置，所述氢气收集装置的进气口与所述铝空气电池的氢气出口连接，所述氢气收集装置的出气口与所述甲醇重整制氢燃料电池的氢气进口连接。3.根据权利要求1所述的混合供电系统，其特征在于：所述电源模块包括电性连接的锂电池和第一DCDC模块，所述第一DCDC模块的输出端分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接；所述第一DCDC模块由所述控制模块控制；优选地，所述电源模块还包括与锂电池电性连接的第三DCDC模块，所述第三DCDC模块的输出端与负载电性连接；所述第三DCDC模块的输入端分别与所述铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的输出端电性连接，且由控制模块控制。4.根据权利要求1～3中任一项所述的混合供电系统，其特征在于：所述系统还包括储能模块，所述储能模块与所述铝空气电池和甲醇重整制氢燃料电池的输出端电性连接；优选地，所述储能模块包括电性连接的超级电容和第二DCDC模块，所述第二DCDC模块的输入端分别与所述铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池的输出端电性连接；所述第二DCDC模块由所述控制模块控制；优选地，所述第二DCDC模块的输出端还与负载电性连接。5.一种轨道交通车辆混合供电系统，其特征在于，包括：铝空气电池，其输出端与车辆直流母线电性连接；热交换装置，其热流体进口与所述铝空气电池的电解液出口连接，其热流体出口与所述铝空气电池的电解液进口连接；甲醇重整制氢燃料电池，其输出端与车辆直流母线电性连接，在所述甲醇重整制氢燃料电池的重整室和燃烧室周围铺设有导热管，所述导热管的一端与所述热交换装置的冷流体出口连接，另一端与所述热交换装置的冷流体进口连接；储能模块，其与车辆直流母线电性连接；控制模块，分别与所述铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池和储能模块电性连接，且用于根据车辆需求功率控制铝空气电池、甲醇重整制氢燃料电池和储能模块的工作；电源模块，分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接。6.根据权利要求5所述的轨道交通车辆混合供电系统，其特征在于：所述系统还包括氢气收集装置，所述氢气收集装置的进气口与所述铝空气电池的氢气出口连接，所述氢气收集装置的出气口与所述甲醇重整制氢燃料电池的氢气进口连接。
7.根据权利要求5所述的轨道交通车辆混合供电系统，其特征在于：所述电源模块包括电性连接的锂电池和第一DCDC模块，所述第一DCDC模块的输出端分别与所述铝空气电池、热交换装置和甲醇重整制氢燃料电池电性连接；所述第一DCDC模块由所述控制模块控制；优选地，所述电源模块还包括与锂电池电性连接的第三DCDC模块，所述第三DCDC模块与车辆直流母线电性连接，且由控制模块控制。8.根据权利要求5～7中任一项所述的轨道交通车辆混合供电系统，其特征在于：所述储能模块包括电性连接的超级电容和第二DCDC模块，所述第二DCDC模块与车辆直流母线电性连接；所述第二DCDC模块由...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙源，黄泰然，杨升，李玉梅，张婷婷，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：