[发明专利]燃料电池机车

说明书

技术领域

本发明涉及在轨道上运行的机车，具体为一种燃料电池机车。

背景技术

传统的轨道交通机车要么以柴油机作为动力源，要么以接触网提供直流电源作为动力源。随着经济的快速发展，能源消耗日益增大，传统的能源资源日益减少，能源价格不断创出历史高价，同时，经济的快速发展也带来了严重的环境问题，严重影响了经济的可持续发展。建设资源节约型、环境友好型社会已成为我国的重要国策。作为一种新型高效、洁净、便捷的能源利用方式——燃料电池，如图5所示，燃料电池主要包括电池电堆，例如使用氢气和高压空气作为电化学反应介质的电池电堆，输出直流电。还包括向电池电堆提供氢气的供氢系统；向电池电堆提供高压空气的空气源系统；为电池电堆降温的冷却系统。近年来，燃料电池得到了世界各国的高度重视和大力资助，进行了大量基础的研究和应用技术的研发，取得了显著的成果，在众多领域得到成功应用，尤其是燃料电池电动汽车的研发成功和推广应用，使燃料电池技术得到快速发展，也为燃料电池机车的研发奠定了良好基础。

但是，目前还没有一种由燃料电池作为动力源的轨道机车。

发明内容

本发明为了解决目前缺乏一种由燃料电池作为动力源的轨道机车的问题，提供了一种燃料电池机车。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种燃料电池机车，包括车体、驱动系统和行走系统，所述行走系统包括两个两轴齿轮箱式转向架，所述驱动系统包括两台永磁同步牵引电动机、两台将直流电转换成为频率、电压可调的三相交流电的牵引逆变器和燃料电池，所述每台永磁同步牵引电动机的输出轴分别通过万向联轴器与转向架的齿轮箱连接，每台永磁同步牵引电动机的输入端分别牵引逆变器的输出端连接，所述牵引逆变器的输入端与燃料电池的输出端连接；

如图4所示，所述燃料电池包括：电池电堆、供氢系统、空气源系统、冷却系统、DC/DC电源变换装置、核心控制系统、启动电源；

所述DC/DC电源变换装置将电池电堆发出的高压电转换为低压电；

所述启动电源在启动时为核心控制系统、供氢系统、空气源系统、电池电堆提供低压电；

所述核心控制系统在启动时获得由启动电源输入的低压电和进入正常工作后获得由DC/DC电源变换装置输入的低压电后分别向供氢系统、空气源系统、电池电堆发出工作指令；

所述电池电堆的输出端作为燃料电池的输出端。

对于所述燃料电池，其中电池电堆可以由国外或国内直接购置，其余配套系统，例如供氢系统、空气源系统、冷却系统、DC/DC电源变换装置、核心控制系统、启动电源等，本领域技术人员均可根据实际情况和技术要求，设计多种满足所需功能要求的常规技术方案，不存在技术上的难度。

工作时，由燃料电池作为电源供电，经两台牵引变流器将直流电转换成为频率、电压可调的三相交流电，控制二台永磁同步牵引电动机分别驱动两台两轴车轴齿轮箱式转向架，驱动机车行进。

燃料电池机车具备的优点如下：

1、燃料电池采用可再生能源（氢气）替代电力和石油，其产物为水，对环境没有任何电磁污染，同时废气排放极小，大大降低了对环境的不利影响。

2、机车线路条件与非电气化线路完全兼容，可在任何既有铁路线上运行。

3、新型燃料电池机车不需要传统的牵引供变电系统和接触网系统，避免了牵引供电系统弓网故障、电气绝缘、电能质量、综合接地等系列问题，提高了列车运行的可靠性。

4、可实现能量再生的循环利用，显著提高节能降耗指标，运营经济性良好。

5、驱动系统经过大量试验后优选地采用永磁同步牵引电动机，因永磁同步牵引电动机具有功率大、效率高、恒功范围宽以及良好的转矩平稳性和低振动噪音的特点，因此新型燃料电池机车不仅具有优良的牵引性能，同时具有低排放、高效、节能、环保的特性，具有显著的经济效益。

本发明设计合理，结构简单，解决了目前没有一种由燃料电池作为动力源的轨道机车的问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的平面结构示意图。

图3是转向架的结构示意图。

图4是燃料电池的工作框图。

图5是电池电堆的反应原理图。

图中，1-车体，2-转向架，3-永磁同步牵引电动机，4-牵引逆变器，5-燃料电池，6-空气制动系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。