[發明專利]一種軌道交通制動能量儲存利用裝置

有效

• 申請號: 201410378206.8
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104158242A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 武華軍;徐長勤;段軍山;安剛虎
• 申請（專利權）人: 青島海能阿爾派軌道電力設備工程科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

1.一種軌道交通制動能量儲存利用裝置，其特征在于系統裝置的硬件組成系統的主體結構包括預充電模塊、第一多相交錯斬波模塊、并聯吸收電阻模塊、超級電容模塊、第二多相交錯斬波模塊、蓄電池模塊、逆變模塊、雙電源轉換模塊、高速充電站和高速充電機，各模塊與高速充電站和高速充電機電信息組合連通構成主體系統裝置；本系統裝置的控制系統分為上位機綜合監控系統、再生能量吸收控制系統、蓄電池管理控制系統和充電站管理系統，控制系統通過再生能量吸收控制系統與變電站自動化系統電信息連通；上位機綜合監控系統與顯示系統電信息連通，各系統電信息連通構成軌道交通制動能量儲存和利用裝置；儲能采用超級電容和鋰電池儲能的復合結構，超級電容模塊和蓄電池模塊組合成儲能器，車輛制動時儲能器通過第一多相交錯斬波模塊和第二多相交錯斬波模塊同時對超級電容模塊和蓄電池模塊充電，第一多相交錯斬波模塊吸收總的再生制動電能，第二多相交錯斬波模塊吸收屬于蓄電池模塊的再生電能，剩余部分電能自動儲存于超級電容模塊中，第二多相交錯斬波模塊的吸收作用拓展超級電容儲存容量的功能；通過多相交錯斬波對超級電容模塊和蓄電池模塊充電，降低電感量的同時又能獲得良好的動態響應和紋波系數，有利于再生制動能量的吸收控制；在車輛的啟動加速和慣性行駛時間段內超級電容模塊的電位能量持續通過第二多相交錯斬波模塊對蓄電池模塊進行充電，騰空超級電容模塊的儲能空間，為下一周期再生制動能量的存儲做準備，并且進一步增加蓄電池模塊的儲電能量，提高蓄電池模塊對高速充電機的供電能力；高速充電機給電動汽車進行高速充電，高速充電機設置有高速充電的智能控制功能，通過變頻調制和脈寬調制，輸出可變頻率、可變脈寬的脈動電流，向車載蓄電池充電；變頻調制是結合蓄電池不同荷電狀態，提供不同的充放電速率，不同荷電狀態下蓄電池的電荷結合速率不同；脈寬調制是結合蓄電池不同充放電深度狀態，提供不同的充放電功率，不同充放電深度狀態下蓄電池的電荷接納能力不同，控制系統根據蓄電池的端電壓、動態內阻、充放電電流、內部溫度和荷電狀態的相關參數得出當前的最佳充放電頻率和脈寬，保證車載蓄電池的充電速率的同時保證蓄電池模塊的安全和使用壽命；高速充電機設有與車載電池管理系統的通訊接口，用于所需信號的采集。

2.根據權利要求1所述的軌道交通制動能量儲存利用裝置，其特征在于硬件組成系統中預充電模塊的功能是向第一多相交錯斬波模塊中的毎相前置濾波電容進行預充電，預充電流的大小由整流單元輸出端的充電電阻大小決定；第一多相交錯斬波模塊的功能是吸收再生電能，通過直流母線電壓吸收設定值和吸收電流最大設定值進行定電壓和定電流雙環PID控制，電壓環在外、電流環在內，采用多相交錯并聯電路，毎相的平波電感量和體積小，輸出總電流的紋波系數小；并聯吸收電阻模塊是當超級電容模塊和蓄電池模塊接近滿充電狀態，但再生還沒結束時進行剩余能量的能耗吸收，超級電容模塊和蓄電池模塊的容量設計合理時并聯吸收電阻模塊的投入幾率很小，并聯吸收電阻模塊的另一作用是超級電容器模塊和蓄電池模塊進行維護時提供電能的釋放回路；超級電容模塊的功能是儲存大功率的再生能量，由于超級電容模塊的功率密度大，當第一多相交錯斬波模塊工作時大部分能量儲存于超級電容模塊中，超級電容模塊具有對超級電容單體的均壓、過溫和過壓的保護功能；第二多相交錯斬波模塊的功能是向蓄電池模塊進行快速充電，采用電流脈沖變頻控制方式，隨著電池充放電深度的增加，電流正脈沖、間歇脈沖、負脈沖的脈寬會減小，頻率會加大；蓄電池模塊中設置有蓄電池管理系統，內部含有快速放電模塊、電池狀態監測和保護模塊，第二多相交錯斬波模塊與蓄電池模塊中的蓄電池管理系統保持實時通訊，保證蓄電池模塊的安全和快速充電；蓄電池模塊的功能是存儲超級電容模塊吸收的再生能量，再生結束后第一多相交錯斬波模塊停止工作，第二多相交錯斬波模塊繼續工作，直到超級電容模塊中存儲的能量全部轉移到蓄電池模塊中，以便在下一周期制動時超級電容模塊能夠再次吸收能量，蓄電池模塊的容量為超級電容容量的5～10倍；逆變模塊是把蓄電池模塊中的直流電轉換為適合高速充電機使用的交流電，逆變模塊結合高速充電站的規模設計成小功率逆變單元模塊，每個小功率逆變單元模塊配置1～2臺高速充電機；雙電源轉換模塊是對逆變器模塊的輸出和市電輸入進行切換，當高速充電站的負荷過大使蓄電池模塊的電能供應不足時切換到市電輸入，正常情況下市電輸入幾率很少，只作為后備方案；高速充電站中設有多臺并取結構的高速充電機，構成電動汽車的快速充電平臺，規模根據當地軌道車輛供電站分布情況和電動車的普及狀況確定，為提高電能利用率，再生電能的吸收量和電動汽車的充電量需要達到平衡，以蓄電池模塊不過充和不過放為準；高速充電機向EV電動汽車進行快速充電，結合電動汽車的蓄電池管理系統，在15～30分鐘內對電動車進行滿充電，高速充電機為整套系統的核心，能否快速充電直接關系到蓄電池模塊的容量大小，充電越快蓄電池模塊的容量越小，反之亦然。