本發(fā)明涉及電機(jī)車牽引控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

電機(jī)車是工礦企業(yè)的一個(gè)傳統(tǒng)設(shè)備，主要用于礦用或者隧道作業(yè)。按照供電的方式不同可分為：架線電機(jī)車、蓄電池電瓶電機(jī)車；按照牽引力大小可分為：5t、8t、12t、20t、24t等系列電機(jī)車；按照調(diào)速方式的不同可分為：直流牽引電機(jī)串電阻調(diào)速，直流牽引電機(jī)斬波調(diào)速，交流牽引電機(jī)變頻調(diào)速。從技術(shù)發(fā)展的趨勢來看：架線車與蓄電池電瓶車會(huì)并行發(fā)展，而且以較大噸位（12t、20t）的蓄電池電瓶車占主導(dǎo)；直流斬波調(diào)速將取代傳統(tǒng)的串電阻調(diào)速；交流牽引電機(jī)變頻調(diào)速或者永磁同步電機(jī)變頻器調(diào)試將取代直流牽引電機(jī)調(diào)速。交流牽引電機(jī)車和永磁同步電機(jī)車與直流牽引電機(jī)車相比較，具有體積小、重量輕，可靠性高、維護(hù)量小，無滑環(huán)和換相器，易于安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)交流變頻調(diào)速具有明顯的節(jié)能效果，耗能和發(fā)熱量都明顯減少。所以說，交流牽引電機(jī)車取代直流牽引電機(jī)車，用先進(jìn)的交流變頻調(diào)速技術(shù)取代傳統(tǒng)的直流串電阻和直流斬波調(diào)速技術(shù)是電機(jī)車發(fā)展的必然趨勢。

從隔爆、靈活性等方面考慮，蓄電池電機(jī)車是發(fā)展的趨勢。但電機(jī)車負(fù)載變化頻繁，電池電壓隨著工作的進(jìn)行而減少，影響電機(jī)車的使用效率，工作環(huán)境惡劣，起動(dòng)力矩大，同時(shí)要能在5‰的坡上停車，另外電機(jī)車制動(dòng)頻繁，經(jīng)常性急停，再生制動(dòng)能量通過剎車轉(zhuǎn)成熱能浪費(fèi)了，還影響電機(jī)車的壽命。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景，概括來說，電機(jī)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)該具有如下要求：(1)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的容量從45kw-200kw；(2)蓄電池提供的電源電壓要穩(wěn)壓；(3)再生制動(dòng)能量要能吸收利用；(4)實(shí)現(xiàn)電機(jī)車輛的智能識(shí)別、定位跟蹤、故障診斷；（5）提高蓄電池的使用壽命和運(yùn)行效率；（6）電機(jī)車安全、綠色運(yùn)行，運(yùn)行可靠，設(shè)備體積小，質(zhì)量輕，便于移動(dòng),運(yùn)輸和維修。

目前蓄電池電機(jī)車有兩種方案。異步交流電機(jī)車方案和永磁同步同步電機(jī)方案，這兩種方案的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)都相同，如圖1所示，是一種典型的直-交（dc/ac）逆變方式。該系統(tǒng)存在的突出問題是：第一、電機(jī)車起動(dòng)電壓脈動(dòng)較大，損傷蓄電池；第二、電機(jī)車再生制動(dòng)能量主要通過剎車發(fā)熱消耗，損害電機(jī)車的壽命，浪費(fèi)能量，同時(shí)瞬間給電池組充電影響電池組的壽命；第三、隨著電機(jī)車的運(yùn)行，蓄電池電壓逐步降低，影響電機(jī)車的運(yùn)行效率；第四、電機(jī)車過于頻率的起動(dòng)制動(dòng)、重載運(yùn)行，損傷蓄電池，降低蓄電池的效率；第五、電機(jī)車輛的智能識(shí)別、定位跟蹤、故障診斷的能力不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，提供了一種集電力電子技術(shù)、智能控制于一身的智能化高效電機(jī)車牽引控制系統(tǒng)及其方法，設(shè)計(jì)巧妙，控制有效，智能化程度高，既能穩(wěn)壓又能吸收再生制動(dòng)能量，提高蓄電池的效率和壽命，使用安全節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其特征在于：包括總控制系統(tǒng)、第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)、第一雙向dc/dc變流器、第二雙向dc/dc變流器、逆變器，所述總控制系統(tǒng)分別與第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)相連接，所述第一控制系統(tǒng)輸出端分別與第一雙向dc/dc變流器、第二雙向dc/dc變流器連接，所述第二控制系統(tǒng)輸出端與逆變器連接，所述第一雙向dc/dc變流器、第二雙向dc/dc變流器的輸出端均與逆變器連接，所述逆變器輸出端與電機(jī)車連接。

上述的一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其特征在于：所述第一雙向dc/dc變流器、第二雙向dc/dc變流器的輸入端分別連接蓄電池組、超級(jí)電容組。

上述的一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其特征在于：所述總控制系統(tǒng)與第一控制系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)分別通過can總線連接。

上述的一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其特征在于：所述蓄電池組為兩個(gè)或者兩個(gè)以上蓄電池串聯(lián)和并聯(lián)。

上述的一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其特征在于：所述超級(jí)電容組為兩個(gè)或者兩個(gè)以上超級(jí)電容串聯(lián)和并聯(lián)。

一種利用所述智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其方法為：當(dāng)系統(tǒng)處于牽引運(yùn)行時(shí)候，能量從蓄電池流向電機(jī)車依次為：蓄電池組、雙向dc/dc變流器1、逆變器和電機(jī)車；

當(dāng)系統(tǒng)處于再生制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，能量從電機(jī)車流向超級(jí)電容依次為：電機(jī)車、逆變器、雙向dc/dc變流器2、超級(jí)電容組；

根據(jù)檢測蓄電池、超級(jí)電容的狀態(tài)，依據(jù)電機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行停止等指令啟動(dòng)智能化高效運(yùn)行，同時(shí)各控制系統(tǒng)直接交換數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整智能化運(yùn)行；

雙向dc/dc變流器1在電機(jī)車牽引運(yùn)行時(shí)工作在升壓工況，可輸出穩(wěn)定的直流電壓，能夠適應(yīng)蓄電池由于工作運(yùn)行不斷降低的電壓，確保逆變器輸入電壓一直保持不變，高效運(yùn)行；在電機(jī)車再生制動(dòng)工況時(shí)停止工作，與逆變器隔離；

電機(jī)車牽引運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電機(jī)車起動(dòng)瞬間，雙向dc/dc變流器1和雙向dc/dc變流器2兩電源協(xié)調(diào)并聯(lián)運(yùn)行，通過控制雙向dc/dc變流器1工作在恒流工況，雙向dc/dc變流器2工作在恒壓工況，保持輸出穩(wěn)定的直流電壓供給逆變器；

電機(jī)車再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，停止雙向dc/dc變流1，控制雙向dc/dc變流2把再生制動(dòng)能量快速存儲(chǔ)到超級(jí)電容組。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明運(yùn)用電力電子技術(shù)、全數(shù)字化智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)車及其蓄電池的高效運(yùn)行，蓄電池組和超級(jí)電容組的有機(jī)結(jié)合能更加有效的實(shí)現(xiàn)電機(jī)車的各種特殊工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生能量的有效利用，電機(jī)車起動(dòng)瞬間和重載情況下，通過超級(jí)電容組能量的補(bǔ)充，延長了蓄電池的使用壽命和使用效率，結(jié)合具有的能量存儲(chǔ)功能，避免了能源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，提高了整個(gè)產(chǎn)品的隔爆性能和使用安全性能。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖。

圖2是本發(fā)明的電機(jī)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，一種智能化高效電機(jī)車牽引驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，其特征在于：包括總控制系統(tǒng)1、第一控制系統(tǒng)2、第二控制系統(tǒng)3、第一雙向dc/dc變流器4、第二雙向dc/dc變流器5、逆變器6，所述總控制系統(tǒng)1分別與第一控制系統(tǒng)2、第二控制系統(tǒng)3相連接，所述第一控制系統(tǒng)2輸出端分別與第一雙向dc/dc變流器4、第二雙向dc/dc變流器5連接，所述第二控制系統(tǒng)3輸出端與逆變器6連接，所述第一雙向dc/dc變流器4、第二雙向dc/dc變流器5的輸出端均與逆變器6連接，所述逆變器6輸出端與電機(jī)車7連接。

本實(shí)施例中，所述第一雙向dc/dc變流器4、第二雙向dc/dc變流器5的輸入端分別連接蓄電池組、超級(jí)電容組，所述總控制系統(tǒng)1與第一控制系統(tǒng)2、第二控制系統(tǒng)3分別通過can總線連接，所述蓄電池組為兩個(gè)或者兩個(gè)以上蓄電池串聯(lián)和并聯(lián)。

本實(shí)施例中，所述超級(jí)電容組為兩個(gè)或者兩個(gè)以上超級(jí)電容串聯(lián)和并聯(lián)。

本發(fā)明的顯著特點(diǎn)是本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，通過控制算法可以實(shí)現(xiàn)逆變器輸入電壓的穩(wěn)壓，再生制動(dòng)能量的快速吸收再利用，具有快速、安全、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。即蓄電池組結(jié)合超級(jí)電容組←→雙向dc/dc變流器1和2←→逆變器牽引驅(qū)動(dòng)控制方案。其工作原理：

1、如圖2所示，一種智能化高效電機(jī)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)及其方法由6個(gè)部分組成，蓄電池組與超級(jí)電容組，雙向dc/dc變流器1，雙向dc/dc變流器2，逆變器以及各控制系統(tǒng)等，本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)蓄電池供電電源的穩(wěn)定輸出和再生制動(dòng)能量的吸收利用；

2、當(dāng)系統(tǒng)處于牽引運(yùn)行時(shí)候，能量從蓄電池流向電機(jī)車：蓄電池組→雙向dc/dc變流器1→逆變器→電機(jī)車；當(dāng)系統(tǒng)處于再生制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，能量從電機(jī)車流向超級(jí)電容：電機(jī)車→逆變器→雙向dc/dc變流器2→超級(jí)電容組；

3、一種智能化高效電機(jī)車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法根據(jù)檢測蓄電池組、超級(jí)電容組的狀態(tài)，依據(jù)電機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行停止等指令啟動(dòng)智能化高效運(yùn)行，同時(shí)各控制系統(tǒng)直接交換數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整智能化運(yùn)行；

4、雙向dc/dc變流器1，在電機(jī)車牽引運(yùn)行時(shí)工作在升壓工況，可輸出穩(wěn)定的直流電壓，能夠適應(yīng)蓄電池由于工作運(yùn)行而不斷降低的電壓，使得逆變器輸入電壓一直保持不變；在電機(jī)車再生制動(dòng)工況時(shí)停止工作，與逆變器隔離，防止再生制動(dòng)能量瞬間回饋蓄電池從而損傷蓄電池，提高了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制性能、隔爆性能和可靠性以及提高了電機(jī)車的效率；

5、電機(jī)車牽引運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電機(jī)車起動(dòng)瞬間，雙向dc/dc變流器1同雙向dc/dc變流器2兩電源協(xié)調(diào)并聯(lián)運(yùn)行，通過控制雙向dc/dc變流器1工作在恒流工況，不至于輸出過高的電流而損傷蓄電池，雙向dc/dc變流器2工作在恒壓工況，保持輸出穩(wěn)定的直流電壓供給逆變器，使電機(jī)車高效運(yùn)行；

6、電機(jī)車再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，停止雙向dc/dc變流1，控制雙向dc/dc變流,2把再生制動(dòng)能量快速存儲(chǔ)到超級(jí)電容組，實(shí)現(xiàn)快速儲(chǔ)能，無需外加放電電阻單元，提高了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制性能、隔爆性能和可靠性以及提高電機(jī)車的效率；

7、控制雙向dc/dc變流2能快速給超級(jí)電容組充電，給電機(jī)車提供電源，在一些特殊工況下，能夠短期運(yùn)行電機(jī)車。

8、控制系統(tǒng)1控制控制雙向dc/dc變流1和2運(yùn)行，控制系統(tǒng)2控制逆變器運(yùn)行，總控制系統(tǒng)具有有線無線功能模塊，能夠進(jìn)行智能識(shí)別、定位跟蹤、故障診斷。各控制系統(tǒng)通過can總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，合理控制電機(jī)車運(yùn)行，可以有效應(yīng)付不同的工作狀況和惡劣環(huán)境，使電機(jī)車和蓄電池始終工作在最高的運(yùn)行效率，不過度使用，保護(hù)了蓄電池的壽命。尤其是在再生制動(dòng)的過程中，快速存儲(chǔ)能量，起動(dòng)的瞬間快速補(bǔ)充能量，不會(huì)損害電池的質(zhì)量，還提高了蓄電池的壽命，節(jié)能環(huán)保。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明運(yùn)用電力電子技術(shù)、全數(shù)字化智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)車及其蓄電池的高效運(yùn)行，蓄電池組和超級(jí)電容組的有機(jī)結(jié)合能更加有效的實(shí)現(xiàn)電機(jī)車的各種特殊工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生能量的有效利用，電機(jī)車起動(dòng)瞬間和重載情況下，能量的補(bǔ)充，延長了蓄電池的使用壽命和使用效率，具有的能量存儲(chǔ)功能，避免了能源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，提高了整個(gè)產(chǎn)品的隔爆性能和使用安全性能。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。