1.本实用新型属于轨道车技术领域，具体涉及一种利用氢燃料电池和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车。
背景技术：
2.随着铁路的发展，铁路隧道越来越多，铁路车辆在隧道中作业的时间也越来越长。目前铁路车辆采用的控制技术大多是基于柴油发动机的控制系统，由于隧道里排换气效果不好，工作时发动机排出的烟不容易排出，给工作环境造成很大污染。针对上述问题，专利号为201921462198.x的实用新型专利公开了一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，该轨道车采用柴油机和动力蓄电池为车辆的转向架牵引电机提供动力源，柴油机和动力蓄电池即可单独驱动，又可同时驱动，实现对车辆的混合驱动，车辆在隧道内工作时，可采用动力电池供电，柴油机不排出污染环境的烟气，有利于提高工作人员工作环境。但是，由于在隧道内工作时，为不污染工作环境，只能采用动力电池驱动，从而对车辆的速度造成限制。因此有必要提出改进。
技术实现要素：
3.本实用新型解决的技术问题：提供一种利用氢燃料电池和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，本实用新型中氢燃料电池供电系统可单独为转向架的牵引电机提供动力源，动力电池供电系统也可单独为转向架的牵引电机提供动力源，而且氢燃料电池供电系统和动力电池供电系统也可共同为转向架的牵引电机提供动力源，使车辆车具有氢燃料电池牵引，动力蓄电池牵引和氢燃料电池+动力蓄电池混合牵引三种工作模式，三种模式下均实现了零排放，解决了铁路隧道施工作业时，轨道车尾气污染严重、噪音大等问题，提高了工作人员工作环境，并保证了车辆运行速度。
4.本实用新型采用的技术方案：利用氢燃料电池和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，包括车架，所述车架下部两端分别设有转向架ⅰ和转向架ⅱ，所述车架上部设有车棚，所述车棚内中部设有动力电池间和乘客室，所述乘客室室内设置有活动地板ⅰ、活动地板ⅱ，所述车架和车棚上组合安装有氢燃料电池供电系统，所述动力电池间内设有动力电池供电系统，所述车架下部中间设有牵引变流器模块，所述氢燃料电池供电系统通过牵引变流器模块单独为转向架ⅰ和转向架ⅱ的牵引电机提供动力源，所述动力电池供电系统通过牵引变流器模块单独为转向架ⅰ和转向架ⅱ的牵引电机提供动力源，所述氢燃料电池供电系统和动力电池供电系统也可通过牵引变流器模块共同为转向架ⅰ和转向架ⅱ的牵引电机提供动力源，同时，所述氢燃料电池供电系统与动力电池供电系统连接实现为动力电池供电系统充电。
5.对上述技术方案的进一步限定，所述氢燃料电池供电系统包括设于车架下部中间的燃料电池发动机模块ⅰ和燃料电池发动机模块ⅱ、设于车棚顶部中间的氢储罐组、设于活动地板ⅰ下部的dc/dc模块ⅰ和pdu控制模块ⅰ、以及设于活动地板ⅱ下部的dc/dc模块ⅱ和
pdu控制模块ⅱ，所述动力电池供电系统包括设于动力电池间内部两侧的动力蓄电池组ⅰ和动力蓄电池组ⅱ，所述动力蓄电池组ⅰ旁侧设有对其进行管理的动力电池管理系统ⅰ，所述动力蓄电池组ⅱ旁侧设有对其进行管理的动力电池管理系统ⅱ；
6.所述氢储罐组与燃料电池发动机模块ⅰ连接，所述燃料电池发动机模块ⅰ通过dc/dc模块ⅰ和pdu控制模块ⅰ与牵引变流器模块一输入端连接；所述燃料电池发动机模块ⅰ也通过dc/dc模块ⅰ和pdu控制模块ⅰ与动力蓄电池组ⅰ连接，所述动力蓄电池组ⅰ通过动力电池管理系统ⅰ与牵引变流器模块一输入端连接，所述牵引变流器模块一输出端与转向架ⅰ的牵引电机连接，形成ⅰ路混合动力系统；
7.所述氢储罐组也与燃料电池发动机模块ⅱ连接，所述燃料电池发动机模块ⅱ通过dc/dc模块ⅱ和pdu控制模块ⅱ与牵引变流器模块二输入端连接；所述燃料电池发动机模块ⅱ也通过dc/dc模块ⅱ和pdu控制模块ⅱ与动力蓄电池组ⅱ连接，所述动力蓄电池组ⅱ通过动力电池管理系统ⅱ与牵引变流器模块二输入端连接，所述牵引变流器模块二输出端与转向架ⅱ的牵引电机连接，形成ⅱ路混合动力系统。
8.对上述技术方案的进一步限定，所述车架下部设有制动阀组ⅰ和制动阀组ⅱ，所述车棚顶部设有制动电阻ⅰ和制动电阻ⅱ，所述制动阀组ⅰ通过制动电阻ⅰ与牵引变流器模块连接，所述制动阀组ⅱ通过制动电阻ⅱ与牵引变流器模块连接。
9.对上述技术方案的进一步限定，所述车架底部两端分别设有牵引通风系统ⅰ和牵引通风系统ⅱ，所述车架下部中间设有斩波电抗器，所述车架底部中间一侧设有空滤器ⅰ、空滤器ⅱ、散热器，所述车架底部中间另一侧设有风包、辅助变流器模块、消音器ⅰ、消音器ⅱ、空调室外机ⅱ、空调室外机ⅰ，所述车架下部一端设有电动空压机。
10.对上述技术方案的进一步限定，所述车架两端分别设有钩缓装置ⅰ和钩缓装置ⅱ。
11.对上述技术方案的进一步限定，所述车棚内部两端分别设有司机室ⅰ和司机室ⅱ，所述司机室ⅰ内布置有司机台ⅰ和司机座椅ⅰ，所述司机室ⅱ内布置有司机台ⅱ、司机座椅ⅱ和电气间。
12.对上述技术方案的进一步限定，所述车棚两侧壁上均布置有车门ⅰ、车门ⅱ、侧窗和斜拉窗。
13.对上述技术方案的进一步限定，所述车棚顶部设有空调室内机ⅰ、空调室内机ⅱ和天线。
14.本实用新型与现有技术相比的优点：
15.1、本方案中氢燃料电池供电系统可单独为转向架的牵引电机提供动力源，动力电池供电系统也可单独为转向架的牵引电机提供动力源，而且氢燃料电池供电系统和动力电池供电系统也可共同为转向架的牵引电机提供动力源，实现轨道车完全采用清洁能源混合动力驱动。本实用新型首次在轨道车集成应用了氢燃料电池牵引技术，使车辆具有氢燃料电池牵引，动力蓄电池牵引和氢燃料电池+动力蓄电池混合牵引三种工作模式，三种模式下均实现了零排放，解决了铁路隧道施工作业时，轨道车尾气污染严重、噪音大等问题，提高了工作人员工作环境；
16.2、本方案轨道车在氢燃料电池牵引模式下，单台轨道车在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于60km/h，续航时间不小于3小时；在动力蓄电池牵引模式下，单台轨道车在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于60km/h，续航时
间不小于3小时；在氢燃料电池+动力蓄电池混合牵引模式下，单台轨道车在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于120km/h，续航时间不小于3小时；技术性能符合铁路工务施工作业的模式需求；
17.3、本方案轨道车动力传动系统采用对称设计，既两组氢燃料电池供电系统和两组动力电池供电系统分别给转向架ⅰ和转向架ⅱ提供动力源，两路供电系统可同时工作，也可独立工作，在任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，相互应急保驾能力较强，满足铁路安全作业需求；
18.4、本方案中的轨道车具有电制动功能，即电阻制动+再生制动，下坡时可将制动能量回收，给动力蓄电池充电，能量回收利用率达到30％以上，节能效果好，符合国家节能减排的政策要求；
19.5、本方案中氢燃料电池供电系统与动力电池供电系统连接实现为动力电池供电系统充电，能够持续保持动力电池供电系统的续航能力，进一步为车辆正常运行提供保证。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构主视图；
21.图2为本实用新型的结构仰视图；
22.图3为本实用新型的结构俯视图；
23.图4为本实用新型的动力系统原理框图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
26.请参阅图1
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4，详述本实用新型的实施例。
27.利用氢燃料电池和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，包括车架1，所述车架1下部两端分别设有转向架ⅰ15和转向架ⅱ23，所述车架1上部设有车棚2，所述车棚2内中部设有动力电池间39和乘客室43，所述乘客室43室内设置有活动地板ⅰ41、活动地板ⅱ42。所述车架1和车棚2上组合安装有氢燃料电池供电系统，所述动力电池间39内设有动力电池供电系统，所述车架1下部中间设有牵引变流器模块21，所述氢燃料电池供电系统通过牵引变流器模块21单独为转向架ⅰ15和转向架ⅱ23的牵引电机提供动力源，所述动力电池供电系统通过牵引变流器模块21单独为转向架ⅰ15和转向架ⅱ23的牵引电机提供动力源，所述氢燃料电池供电系统和动力电池供电系统也可通过牵引变流器模块21共同为转向架ⅰ15和转向架ⅱ23的牵引电机提供动力源，同时，所述氢燃料电池供电系统与动力电池供电系统连接
实现为动力电池供电系统充电。
28.具体的，所述氢燃料电池供电系统包括设于车架1下部中间的燃料电池发动机模块ⅰ32和燃料电池发动机模块ⅱ30、设于车棚2顶部中间的氢储罐组9、设于活动地板ⅰ41下部的dc/dc模块ⅰ51和pdu控制模块ⅰ50、以及设于活动地板ⅱ42下部的dc/dc模块ⅱ48和pdu控制模块ⅱ49，所述动力电池供电系统包括设于动力电池间39内部两侧的动力蓄电池组ⅰ40和动力蓄电池组ⅱ52，所述动力蓄电池组ⅰ40旁侧设有对其进行管理的动力电池管理系统ⅰ38，所述动力蓄电池组ⅱ52旁侧设有对其进行管理的动力电池管理系统ⅱ53。所述氢储罐组9与燃料电池发动机模块ⅰ32连接，所述燃料电池发动机模块ⅰ32通过dc/dc模块ⅰ51和pdu控制模块ⅰ50与牵引变流器模块21一输入端连接；所述燃料电池发动机模块ⅰ32也通过dc/dc模块ⅰ51和pdu控制模块ⅰ50与动力蓄电池组ⅰ40连接，所述动力蓄电池组ⅰ40通过动力电池管理系统ⅰ38与牵引变流器模块21一输入端连接，所述牵引变流器模块21一输出端与转向架ⅰ15的牵引电机连接，形成ⅰ路混合动力系统。所述氢储罐组9也与燃料电池发动机模块ⅱ30连接，所述燃料电池发动机模块ⅱ30通过dc/dc模块ⅱ48和pdu控制模块ⅱ49与牵引变流器模块21二输入端连接；所述燃料电池发动机模块ⅱ30也通过dc/dc模块ⅱ48和pdu控制模块ⅱ49与动力蓄电池组ⅱ52连接，所述动力蓄电池组ⅱ52通过动力电池管理系统ⅱ53与牵引变流器模块21二输入端连接，所述牵引变流器模块21二输出端与转向架ⅱ23的牵引电机连接，形成ⅱ路混合动力系统。
29.工作时：在氢燃料电池牵引模式下，氢燃料电池供电系统以氢气为燃料发出电能，经dc/dc模块和pdu模块输出高压直流，高压直流电经牵引变流器模块21给转向架的牵引电机供电，牵引轨道车走行。在此模式下动力电池供电系统通过电池管理系统(bms)给氢燃料电池提供一部分启动电能。在动力电池牵引模式下，动力电池供电系统通过电池管理系统(bms)直接给牵引变流器模块21供电，并驱动转向架的牵引电机牵引轨道车走行。在混合牵引模式下，氢燃料电池供电系统和动力电池供电系统可通过pdu模块和bms协调控制，共同直接给牵引变流器供电，并驱动转向架牵引电机牵引轨道车走行。
30.本实用新型首次在轨道车集成应用了氢燃料电池牵引技术，使车辆车具有氢燃料电池牵引、动力蓄电池牵引和氢燃料电池+动力蓄电池混合牵引三种工作模式，三种模式下均实现了零排放，解决了铁路隧道施工作业时，轨道车尾气污染严重、噪音大等问题，提高了工作人员工作环境。
31.本轨道车动力传动系统采用对称设计，既两组氢燃料电池供电系统和两组动力电池供电系统分别给转向架ⅰ和转向架ⅱ提供动力源，两路供电系统可同时工作，也可独立工作，在任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，相互应急保驾能力较强，满足铁路安全作业需求。
32.在氢燃料电池牵引模式下，如燃料电池电能富裕，可通过pdu模块和bms协调控制给动力电池系统充电，能够持续保持动力电池供电系统的续航能力，进一步为车辆正常运行提供保证。
33.本轨道车在氢燃料电池牵引模式下，单台轨道车在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于60km/h，续航时间不小于3小时；在动力蓄电池牵引模式下，单台轨道车在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于60km/h，续航时间不小于3小时；在氢燃料电池+动力蓄电池混合牵引模式下，单台轨道车在平直线路上牵引重量
为50吨的拖车，最高运行速度不小于120km/h，续航时间不小于3小时；技术性能符合铁路工务施工作业的模式需求。
34.所述车架1下部设有制动阀组ⅰ34和制动阀组ⅱ25，所述车棚2顶部设有制动电阻ⅰ12和制动电阻ⅱ7，所述制动阀组ⅰ34通过制动电阻ⅰ12与牵引变流器模块21连接，所述制动阀组ⅱ25通过制动电阻ⅱ7与牵引变流器模块21连接。本轨道车具有电制动功能，即电阻制动+再生制动，下坡时，轨道车制动能量可通过转向架牵引电机转化成电能，并利用牵引变流器模块21和bms协调控制给动力电池系统充电，能量回收利用率达到30％以上，节能效果好，符合国家节能减排的政策要求。
35.所述车架1底部两端分别设有牵引通风系统ⅰ16和牵引通风系统ⅱ22，所述车架1下部中间设有斩波电抗器17，所述车架1底部中间一侧设有空滤器ⅰ18、空滤器ⅱ20、散热器19，所述车架1底部中间另一侧设有风包26、辅助变流器模块27、消音器ⅰ33、消音器ⅱ28、空调室外机ⅱ29、空调室外机ⅰ31，所述车架1下部一端设有电动空压机14。所述车架1两端分别设有钩缓装置ⅰ13和钩缓装置ⅱ24。
36.所述车棚2内部两端分别设有司机室ⅰ37和司机室ⅱ44，所述司机室ⅰ37内布置有司机台ⅰ35和司机座椅ⅰ36，所述司机室ⅱ44内布置有司机台ⅱ45、司机座椅ⅱ46和电气间47。所述车棚2两侧壁上均布置有车门ⅰ3、车门ⅱ5、侧窗4和斜拉窗6。所述车棚2顶部设有空调室内机ⅰ11、空调室内机ⅱ8和天线10。
37.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
38.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。