一種用于混合動(dòng)力有軌電車的能量管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及到一種用于混合動(dòng)力有軌電車的能量管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的有軌電車的牽引供電方式多采用直接供電或者功率較大的發(fā)電裝置為其供電。其中,發(fā)電裝置多為燃料電池。然而,燃料電池啟動(dòng)速度緩慢,達(dá)到其最大功率的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),從而使得牽引電機(jī)啟動(dòng)緩慢,同時(shí),有軌電車在行駛過程中牽引功率的突變也會(huì)降低燃料電池的使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于混合動(dòng)力有軌電車的能量管理系統(tǒng),以解決由于燃料電池啟動(dòng)速度緩慢使得牽引電機(jī)啟動(dòng)緩慢的問題,同時(shí),解決有軌電車在行駛過程中牽引功率的突變也會(huì)降低燃料電池的使用壽命的問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提供了一種用于混合動(dòng)力有軌電車的能量管理系統(tǒng),所述混合動(dòng)力有軌電車包括牽引電機(jī),其特征在于,所述能量管理系統(tǒng)包括:
牽引母線,用于為所述牽引電機(jī)提供電能;
超級(jí)電容,所述超級(jí)電容通過第一雙向DC/DC變換器連接于所述牽引母線;
蓄電池,所述蓄電池通過第二雙向DC/DC變換器連接于所述牽引母線;
燃料電池,所述燃料電池通過控制模塊連接于所述牽引母線,所述控制模塊包括二極管、第一單向DC/DC變換器和開關(guān),所述開關(guān)與所述第一單向DC/DC變換器相互并聯(lián),所述開關(guān)與所述第一單向DC/DC變換器的第一共同節(jié)點(diǎn)與所述牽引母線相連,所述開關(guān)與所述第一單向DC/DC變換器的第二共同節(jié)點(diǎn)與所述二極管相連,所述二極管與所述燃料電池相連;以及
控制器,用于檢測(cè)所述超級(jí)電容、所述蓄電池和所述燃料電池的狀態(tài),接收表示所述混合動(dòng)力有軌電車狀態(tài)的狀態(tài)信號(hào),并根據(jù)所述狀態(tài)和所述狀態(tài)信號(hào)分別控制所述超級(jí)電容、所述蓄電池和所述燃料電池與所述牽引母線的能量傳遞,以驅(qū)動(dòng)所述牽引電機(jī)。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中,所述能量管理系統(tǒng)還包括制動(dòng)電阻,所述制動(dòng)電阻通過第二單向DC/DC變換器與所述牽引母線相連,當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí),所述控制器啟動(dòng)所述第二單向DC/DC變換器,使得所述制動(dòng)電阻消耗所述牽引母線上的制動(dòng)電能。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中,所述能量管理系統(tǒng)還包括與所述第二共同節(jié)點(diǎn)相連的燃料電池輔助系統(tǒng),用于當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后,將燃料電池所需燃料注入所述燃料電池。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器包括開關(guān)控制模塊、變換器控制模塊和檢測(cè)模塊;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車開始啟動(dòng)時(shí),所述開關(guān)控制模塊閉合所述開關(guān),以短接所述第一單向DC/DC變換器;并且,所述變換器控制模塊控制所述第二雙向DC/DC變換器將所述蓄電池的電能通過所述第二雙向DC/DC變換器、所述牽引母線和所述開關(guān)傳送至所述燃料電池輔助系統(tǒng),從而啟動(dòng)所述燃料電池;所述檢測(cè)模塊檢測(cè)所述燃料電池的電壓,當(dāng)所述燃料電池電壓增長(zhǎng)至閾值電壓時(shí),所述檢測(cè)模塊發(fā)送第一檢測(cè)信號(hào)給所述開關(guān)控制模塊和所述變換器控制模塊;所述開關(guān)控制模塊根據(jù)所述第一檢測(cè)信號(hào)斷開所述開關(guān),關(guān)閉所述第二雙向DC/DC變換器,并開啟所述第一單向DC/DC變換器,此時(shí),電能從所述燃料電池流經(jīng)所述二極管、所述第一單向DC/DC變換器和所述牽引母線,以為所述牽引電機(jī)供電。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器包括開關(guān)控制模塊和變換器控制模塊;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車加速運(yùn)行時(shí),所述開關(guān)控制模塊斷開所述開關(guān),并且,所述變換器控制模塊開啟所述第一雙向DC/DC變換器和所述第一單向DC/DC變換器,此時(shí),所述超級(jí)電容和所述燃料電池共同為所述牽引電機(jī)供電。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器還包括檢測(cè)模塊;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車加速運(yùn)行時(shí),所述檢測(cè)模塊檢測(cè)所述超級(jí)電容的S0C值,當(dāng)所述S0C值小于第一預(yù)設(shè)S0C值時(shí),所述檢測(cè)模塊發(fā)出第二檢測(cè)信號(hào),所述變換器控制模塊根據(jù)所述第二檢測(cè)信號(hào)開啟所述第二雙向DC/DC變換器,此時(shí),所述超級(jí)電容、所述蓄電池和所述燃料電池共同為所述牽引電機(jī)供電;當(dāng)所述S0C值小于第二預(yù)設(shè)S0C值時(shí),所述變換器控制模塊根據(jù)所述第二檢測(cè)信號(hào)關(guān)閉所述第一雙向DC/DC變換器,并開啟所述第二雙向DC/DC變換器,此時(shí),所述蓄電池和所述燃料電池共同為所述牽引電機(jī)供電;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車停止加速時(shí),所述變換器控制模塊根據(jù)所述第二檢測(cè)信號(hào)關(guān)閉所述第一雙向DC/DC變換器和所述第二雙向DC/DC變換器,此時(shí),所述燃料電池單獨(dú)為所述牽引電機(jī)供電。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器包括變換器控制模塊和檢測(cè)模塊;所述檢測(cè)模塊檢測(cè)所述超級(jí)電容的S0C值;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車處于勻速行駛,并且,當(dāng)所述超級(jí)電容的S0C值小于第三預(yù)設(shè)S0C值時(shí),所述變換器控制模塊控制所述第一雙向DC/DC變換器,使得所述燃料電池的電能流經(jīng)所述第一單向DC/DC變換器和所述第一雙向DC/DC變換器,以給所述超級(jí)電容充電。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器包括變換器控制模塊和檢測(cè)模塊;所述檢測(cè)模塊檢測(cè)所述蓄電池的S0C值;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車處于勻速行駛,并且,當(dāng)所述蓄電池的S0C值小于第四預(yù)設(shè)S0C值時(shí),所述變換器控制模塊控制所述第二雙向DC/DC變換器,使得所述燃料電池的電能流經(jīng)所述第一單向DC/DC變換器和所述第二雙向DC/DC變換器,以給所述蓄電池充電。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器包括變換器控制模塊和檢測(cè)模塊;所述檢測(cè)模塊檢測(cè)所述蓄電池和所述超級(jí)電容的S0C值;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車處于勻速行駛,當(dāng)所述蓄電池的S0C值大于第四預(yù)設(shè)S0C值,并且,當(dāng)所述超級(jí)電容的S0C值大于第三預(yù)設(shè)S0C值,所述變換器控制模塊控制所述第一單向DC/DC變換器,減少所述燃料電池的輸出功率。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中,所述控制器包括變換器控制模塊和輔助供電系統(tǒng),所述輔助供電系統(tǒng)與所述牽引母線相連;當(dāng)所述狀態(tài)信號(hào)表示所述混合動(dòng)力有軌電車處于制動(dòng)狀態(tài),所述變換器控制模塊控制所述第一單向DC/DC變換器,使得所述燃料電池的輸出功率等于所述輔助供電系統(tǒng)所需的功率,并且,所述變換器控制模塊控制所述第一雙向DC/DC變換器和所述第二雙向DC/DC變換器,使得所述牽引電機(jī)的電能通過所述牽引母線流向所述超級(jí)電容和所述蓄電池,以為所述超級(jí)電容和所述蓄電池充電。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的能量管理系統(tǒng)將燃料電池、超級(jí)電容和蓄電池有效的結(jié)合在一起,根據(jù)牽引電車在啟動(dòng)、加速、勾速和制動(dòng)等狀態(tài)下的特征,控制燃料電池、超級(jí)電容和蓄電池提供牽引電能,由此彌補(bǔ)了由于燃料電池啟動(dòng)緩慢而造成的加速緩慢,提高了啟動(dòng)效率。此外,超級(jí)電容和蓄電池起到了互補(bǔ)的作用,并且補(bǔ)充了燃料電池的不足,在燃料電池能量偏低或者出現(xiàn)故障的時(shí)候及時(shí)為牽引電機(jī)供電,從而提高了能量管理系統(tǒng)的可靠性。此外,在制動(dòng)狀態(tài)下利用蓄電池和超級(jí)電容吸收多余的制動(dòng)能量,節(jié)約了能量,也避免了多余能量對(duì)燃料電池的損壞,從而延長(zhǎng)了燃料電池的壽命。
【附圖說明】
[0015]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于混合動(dòng)力有軌電車的能量管理系統(tǒng)。
[0016]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制器的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于混合動(dòng)力有軌電車的能量管理方法流程圖。
[0018]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的啟動(dòng)模式下能量管理方法流程圖。
[0019]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的勻速模式下能量管理方法流程圖。
[0020]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制動(dòng)模式下能量管理方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的說明。盡管本發(fā)明將結(jié)合一些【具體實(shí)施方式】進(jìn)行闡述和說明,但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換,均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。