本发明专利技术公开了一种燃料电池混合动力系统、凿岩台车及其工作方法，解决了现有隧道洞内施工设备利用柴油机配合高压电缆外接电源作为动力系统导致的施工现场环境污染、施工中断的技术问题。所述燃料电池混合动力系统包括与用电模块相连的燃料电池系统模块和储备电源系统模块或/和外接电源系统模块，燃料电池系统模块与储备电源系统模块或与外接电源系统模块共同作用；所述凿岩台车包括所述燃料电池混合动力系统。本发明专利技术既能保证清洁环保无污染，减轻施工现场环境污染问题，保护生态环境，保障工人安全，减少对施工人员的健康伤害，而且冗余能源系统，燃料电池系统模块、储备电源系统模块、外接电源系统模块共同保障项目施工不间断。间断。间断。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池混合动力系统、凿岩台车及其工作方法
[0001]本专利技术涉及电池动力系统
，特别是指一种燃料电池混合动力系统、凿岩台车及其工作方法。
技术介绍
[0002]隧道洞内施工设备通常采用柴油机配合高压电缆外接电源的形式作为施工作业能量来源，如凿岩台车作为破岩专用设备，目前已广泛应用于隧道掘进及矿产井下作业领域。由于洞内环境本身污染较重，温度较高，为避免柴油机运行加重污染及洞内温度上升，减轻施工环境对人体的危害，常规凿岩台车用柴油机仅作为车辆移动及大臂回收的动力源，功能较为单一，且能源利用率较低。
[0003]而氢燃料动力系统以氢气和空气中的氧气，在催化剂的作用下反应，产生电和水。由于反应中只生成水，因此是一种绿色环保的能源动力系统。如申请公布日为2016.03.02、申请公布号为CN 105365594 A的中国专利技术专利申请公开的一种氢燃料动力系统及氢燃料动力有轨电车，包括氢燃料电池、储氢装置、冷却系统、单向直流变换器、直流母线和控制装置；一种氢燃料动力有轨电车，包括前述的氢燃料动力系统；所述直流母线通过牵引逆变器与牵引电机连接，并为所述牵引电机供电；所述直流母线与辅助用电设备连接，并为所述辅助用电设备供电。
[0004]基于以上背景，如何在隧道洞内施工设备中应用燃料电池动力系统，减轻施工现场环境污染、保证项目施工不间断是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种燃料电池混合动力系统、凿岩台车及其工作方法，解决了现有隧道洞内施工设备利用柴油机配合高压电缆外接电源作为动力系统导致的施工现场环境污染、施工中断的技术问题。
[0006]本申请的技术方案为：一种燃料电池混合动力系统，包括与用电模块相连的燃料电池系统模块和储备电源系统模块或/和外接电源系统模块，燃料电池系统模块与储备电源系统模块或与外接电源系统模块共同作用，既能保证清洁环保无污染，减轻施工现场环境污染问题，保护生态环境，保障工人安全，减少对施工人员的健康伤害，而且冗余能源系统，燃料电池系统模块、储备电源系统模块、外接电源系统模块共同保障项目施工不间断。
[0007]进一步地，所述燃料电池系统模块和储备电源系统模块或/和外接电源系统模块连接有辅助系统模块。
[0008]进一步地，所述燃料电池系统模块为主电源模块，所述储备电源系统模块或/和外接电源系统模块为辅助电源模块。
[0009]进一步地，所述燃料电池系统模块包括燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统、热管理子系统、消氢系统或/和氢气回收系统和/或液态水回收系统或/和空气加湿系
统。
[0010]进一步地，所述储备电源系统模块包括储备电源，储备电源采用电池或超级电容或电池
‑
超级电容并用的形式，在燃料电池系统模块的启动阶段，所述储备电源系统模块作为电能来源并储存燃料电池系统模块产生的冗余电能。
[0011]进一步地，所述外接电源系统模块包括AFE整流器，外接高压电通过AFE整流器与用电模块相连。
[0012]进一步地，所述氢气供给系统包括高压储氢罐，高压储氢罐导出的氢气经过电比例减压阀进入燃料电池的阳极侧，所述空气供给系统包括空压机，空压机导出的空气经过电比减压阀进入燃料电池的阴极侧。
[0013]进一步地，所述燃料电池的阴极侧设置有监测进气流量及压力的流量传感器和压力传感器，流量传感器和压力传感器将燃料电池进气压力信号及流量信号传递至空气系统中央控制器，通过PID控制对燃料电池侧电比例减压阀进行调节，控制燃料电池的化学计量比在1.5
‑
3之间，使燃料电池阴极侧进气压力维持在0.5
‑
5bar之间，当空压机提供的进气量大于燃料电池空气需求量时，空气系统中央控制器控制电比例减压阀开度进行减压；当空压机提供的进气量小于燃料电池空气需求量时，空气系统中央控制器控制电比例减压阀开度进行增压。
[0014]进一步地，所述消氢系统包括设置在燃料电池出口处的环境氢气浓度监测装置，当环境氢气浓度大于阈值时，对燃料电池尾气进行消氢处理，所述氢气回收系统对反应残余氢气进行回收并通过氢气筛选装置进行二次利用。
[0015]进一步地，所述辅助系统模块为氢气供给系统或/和空气供给系统或/和热管理子系统或/和消氢系统或/和氢气回收系统和/或液态水回收系统或/和空气加湿系统供电。
[0016]进一步地，所述燃料电池系统模块的输出端与用电模块之间设置有DC/DC变换器，储备电源系统模块与用电模块之间设置有双向转换器。
[0017]一种凿岩台车，包括上述任一项所述的燃料电池混合动力系统。
[0018]进一步地，所述用电模块包括凿岩机系统和/或摇臂系统和/或行走系统和/或电缆卷筒系统和/或吊篮系统或/和空调系统或/和加热系统。
[0019]进一步地，所述空压机与凿岩机润滑系统相连，空压机通过电比例减压阀向凿岩机润滑系统输送高压空气，凿岩机润滑系统的进气口设置有流量传感器和压力传感器，流量传感器和压力传感器将燃料电池进气压力信号及流量信号传递至空气系统中央控制器，通过PID控制对燃料电池侧电比例减压阀进行调节将凿岩机侧空气系统压力维持在2
‑
5Bar之间。
[0020]进一步地，当空压机提供的进气量大于燃料电池与凿岩机润滑系统的空气需求量之和时，空气系统中央控制器控制空压机转速降低；空压机提供的进气量小于燃料电池与凿岩机润滑系统的空气需求量之和时，空气系统中央控制器控制空压机转速提高。
[0021]进一步地，所述液态水回收系统对燃料电池工作过程中生成的液态水进行回收，回收的液态水传至凿岩台车水系统且用于凿岩机工作的液态水及燃料电池气体加湿。
[0022]进一步地，所述燃料电池系统模块和/或储备电源系统模块通过DC/DC与直流母线相连，所述外接电源系统模块通过AFE整流器与直流母线相连，所述用电模块通过DC/AC与直流母线相连。
[0023]进一步地，凿岩台车的行走系统连接有动力回收系统，当凿岩台车开始制动时，控制器识别台车及储备电源状态信息，轮毂能量带动驱动电机进行发电，此时驱动电机作为发电机进行发电，通过双向DC/AC转换器将交流电转换为直流电给储备电源系统模块充电。
[0024]进一步地，所述凿岩台车的行走系统连接有回收凿岩台车行走过程产生的能量的小功率动力电池。
[0025]一种凿岩台车工作方法，包括上述任一项所述的凿岩台车，执行凿岩动作时，电流通过直流母线带动电机，再通过泵带动油缸、摇臂、吊篮进行动作。
[0026]待到达指定位置后，直流母线电流通过DC/AC带动电机，再通过泵带动马达，进而带动凿岩机进行凿岩动作。
[0027]若凿岩台车选装外接电源系统模块，直流母线电流通过DC/AC带动电机，，再通过泵带动液压马达进行电缆卷筒的回收和释放动作。
[0028]执行行走动作时，直流母线电流通过DC/AC带动电机，，电机带动泵本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池混合动力系统，其特征在于：包括与用电模块相连的燃料电池系统模块和储备电源系统模块或/和外接电源系统模块，所述燃料电池系统模块为主电源模块，所述储备电源系统模块或/和外接电源系统模块为辅助电源模块。2.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池系统模块包括燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统、热管理子系统、消氢系统或/和氢气回收系统和/或液态水回收系统或/和空气加湿系统；所述氢气供给系统包括高压储氢罐，高压储氢罐导出的氢气经过电比例减压阀进入燃料电池的阳极侧，所述空气供给系统包括空压机，空压机导出的空气经过电比减压阀进入燃料电池的阴极侧；所述消氢系统包括设置在燃料电池出口处的环境氢气浓度监测装置，当环境氢气浓度大于阈值时，对燃料电池尾气进行消氢处理，所述氢气回收系统对反应残余氢气进行回收并通过氢气筛选装置进行二次利用。3.根据权利要求2所述的燃料电池混合动力系统，其特征在于：所述储备电源系统模块包括储备电源，储备电源采用电池或超级电容或电池
‑
超级电容并用的形式，在燃料电池系统模块的启动阶段，所述储备电源系统模块作为电能来源并在凿岩台车系统运行过程中储存燃料电池系统模块产生的冗余电能。4.根据权利要求3所述的燃料电池混合动力系统，其特征在于：所述外接电源系统模块包括AFE整流器，外接高压电通过AFE整流器与用电模块相连。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的燃料电池混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池的阴极侧设置有监测进气流量及压力的流量传感器和压力传感器，流量传感器和压力传感器将燃料电池进气压力信号及流量信号传递至空气系统中央控制器，通过PID控制对燃料电池侧电比例减压阀进行调节，控制燃料电池的化学计量比在1.5
‑
3之间，使燃料电池阴极侧进气压力维持在0.5
‑
5bar之间，当空压机提供的进气量大于燃料电池空气需求量时，空气系统中央控制器控制电比例减压阀开度进行减压；当空压机提供的进气量小于燃料电池空气需求量时，空气系统中央控制器控制电比例减压阀开度进行增压。6.根据权利要求5所述的燃料电池混合动力系统，其特征在于：所述燃料电池系统模块的输出端与用电模块之间设置有DC/DC变换器，储备电源系统模块与用电模块之间设置有双向转换器。7.一种凿岩台车，其特征在于：包括权利要求1
‑
6任一项所述的燃料电池混合动力系统，所述用电模块包括凿岩机系统和/或摇臂系统和/或行走系统和/或电缆卷筒系统和/或吊篮系统或/...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志国，王一博，白林迎，许顺海，刘尚，张鹏，任中永，李泽魁，呼瑞红，余兵，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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