一種用于混合動力有軌電車的能量管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種用于混合動力有軌電車的能量管理方法。
【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，燃料電池啟動速度緩慢，達(dá)到其最大功率的反應(yīng)時(shí)間較長，從而使得牽引電機(jī)啟動緩慢，同時(shí)，有軌電車在行駛過程中牽引功率的突變也會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力有軌電車的能量管理方法，以解決由于燃料電池啟動速度緩慢使得牽引電機(jī)啟動緩慢的問題，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力有軌電車的能量管理方法，其特征在于，所述混合動力有軌電車包括牽引電機(jī)、牽引母線、超級電容、蓄電池和燃料電池，所述超級電容通過第一雙向DC/DC變換器連接于所述牽引母線，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，所述燃料電池通過第一單向DC/DC變換器和開關(guān)連接于所述牽引母線，所述第一單向DC/DC變換器和所述開關(guān)相互并聯(lián)，所述能量管理方法包括以下步驟:
接收表示所述混合動力有軌電車狀態(tài)的狀態(tài)信號；
根據(jù)所述狀態(tài)信號選擇能量管理模式，所述能量管理模式包括啟動模式、加速模式、勻速模式和制動模式；以及
根據(jù)所述能量管理模式控制所述第一雙向DC/DC變換器、所述第二雙向DC/DC變換器、所述第一單向DC/DC變換器和所述開關(guān)，以控制所述超級電容、所述蓄電池、所述燃料電池和所述牽引母線之間的能量傳遞，以驅(qū)動所述牽引電機(jī)。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述啟動模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
閉合所述開關(guān)，以短接所述第一單向DC/DC變換器；
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)傳送至燃料電池輔助系統(tǒng)，所述燃料電池輔助系統(tǒng)將燃料電池所需燃料注入所述燃料電池；
檢測所述燃料電池的電壓；以及
當(dāng)所述燃料電池電壓增長至閾值電壓時(shí)，斷開所述開關(guān)，關(guān)閉所述第二雙向DC/DC變換器，并且，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變換器至所述牽引母線，以為所述牽引電機(jī)供電。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述加速模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟: 斷開所述開關(guān)，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)，所述超級電容和所述燃料電池共同為所述牽引電機(jī)供電；
檢測所述超級電容的SOC值；
當(dāng)所述SOC值小于第一預(yù)設(shè)SOC值時(shí)，開啟所述第二雙向DC/DC變換器，此時(shí)，所述超級電容、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SOC值小于第二預(yù)設(shè)SOC值時(shí)，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，所述第一預(yù)設(shè)SOC值大于所述第二 SOC值。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述勻速模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
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；
檢測所述超級電容的S0C值；以及
當(dāng)所述超級電容的S0C值小于第三預(yù)設(shè)S0C值時(shí)，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，以給所述超級電容充電。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述勻速模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
檢測所述蓄電池的S0C值；以及
當(dāng)所述蓄電池的S0C值小于第四預(yù)設(shè)S0C值時(shí)，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。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述勻速模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
當(dāng)所述蓄電池的S0C值大于第四預(yù)設(shè)S0C值，并且，當(dāng)所述超級電容的S0C值大于第三預(yù)設(shè)S0C值，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。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述制動模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
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輔助供電系統(tǒng)所需的功率，所述輔助供電系統(tǒng)與所述牽引母線相連；
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電容和所述蓄電池，以為所述超級電容和所述蓄電池充電。
[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述混合動力有軌電車還包括制動電阻，所述制動電阻通過第二單向DC/DC變換器與所述牽引母線相連；在所述制動模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
所述控制器啟動所述第二單向DC/DC變換器，使得所述制動電阻消耗所述牽引母線上的制動電能。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，所述能量管理系統(tǒng)還包括制動電阻，所述制動電阻通過第二單向DC/DC變換器與所述牽引母線相連；在所述制動模式下，所述能量管理方法還包括以下步驟:
檢測所述超級電容的S0C值和所述蓄電池的S0C值；
當(dāng)所述超級電容的S0C值小于第五預(yù)設(shè)S0C值時(shí)，則開啟所述第一雙向DC/DC變換器，以使得所述牽引母線的電能流至所述超級電容，以給所述超級電容充電；
當(dāng)所述超級電容的SOC值大于所述第五預(yù)設(shè)SOC值且所述蓄電池的SOC值小于第六預(yù)設(shè)SOC值時(shí)，則關(guān)閉所述第一雙向DC/DC變換器，并啟動所述第二雙向DC/DC變換器，以使得所述牽引母線的電能流至所述蓄電池，以給所述蓄電池充電；以及
當(dāng)所述超級電容的SOC值大于所述第五預(yù)設(shè)SOC值且所述蓄電池的SOC值大于第六預(yù)設(shè)SOC值時(shí)，開啟所述第二單向DC/DC變換器，以使得所述牽引母線的電能從所述牽引母線流向所述制動電阻。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述能量管理方法還包括以下步驟:
檢測所述燃料電池的狀態(tài)；
當(dāng)所述燃料電池出現(xiàn)異常時(shí)，關(guān)閉所述第一單向DC/DC變換器并開啟所述第二雙向DC/DC變換器，以切出所述燃料電池，同時(shí)使得所述蓄電池為所述牽引母線提供電能。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的能量管理方法將燃料電池、超級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、加速、勾速和制動等狀態(tài)下的特征，控制燃料電池、超級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緩慢而造成的加速緩慢，提高了啟動效率。此外，超級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，在制動狀態(tài)下利用蓄電池和超級電容吸收多余的制動能量，節(jié)約了能量，也避免了多余能量對燃料電池的損壞，從而延長了燃料電池的壽命。
【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)施例的制動模式下能量管理方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
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