[發(fā)明專利]混合動力軌道車輛及其直流母線電壓控制方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110066455.3
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112659922B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 龍源;唐微;陳盛才;譚藝;付亞娥;柯建明
• 申請（專利權(quán)）人: 中車株洲電力機車有限公司
• 主分類號: B60L50/40
• 分類號: B60L50/40;B60L50/60;H02J7/34
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏;曾利平

本發(fā)明公開了一種混合動力軌道車輛及其直流母線電壓控制方法與系統(tǒng)，通過速度調(diào)節(jié)直流斬波器輸出端的目標電壓，從而調(diào)節(jié)后端儲能電源的實時電壓/能量，由于后端儲能電源與直流母線直接并聯(lián)，因此調(diào)節(jié)直流母線電壓相當于調(diào)節(jié)后端儲能電源的實時電壓/能量。當車輛處于高速牽引工況時，控制后端儲能電源的電壓/能量處于較低值，在整車進入再生制動工況時，后端儲能電源可以吸收更多的再生制動能量，提高了再生制動能量的吸收率和利用率；當車輛處于低速牽引工況時，控制后端儲能電源的電壓/能量處于較高值，在整車進入再生制動工況時，由于低速下再生制動能量相對高速時較少，因此后端儲能電源仍然可以吸收再生制動能量。

技術領域

本發(fā)明屬于混合動力軌道車輛控制技術領域，尤其涉及一種混合動力軌道車輛及其直流母線電壓控制方法與系統(tǒng)。

背景技術

隨著軌道交通儲能技術的不斷發(fā)展，車載儲能技術作為動力電源在軌道交通領域得到越來越多的應用。由于儲能技術發(fā)展限制，單一的儲能器件性能很難同時滿足整車對功率發(fā)揮和續(xù)航里程的要求，通過采取電-電混合儲能的方式，將能量型儲能器件與功率型儲能器件進行混合匹配，以滿足整車對功率和能量的需求。

電-電混合是將兩種儲能器件進行電氣混合匹配，功率型器件通常選擇電池或者超級電容。電池或者超級電容作為常用的車載儲能器件，通常直接與整車直流母線直接并聯(lián)，可以直接向車輛提供牽引所需的能量，并快速吸收再生制動能量，提高能量效率和整車功率相應速度。

圖1～3給出了三種電-電混合動力裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖1為柴油發(fā)電機組+電池或超級電容混合動力裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為燃料電池組+電池或超級電容混合動力裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為電池組+超級電容混合動力裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1～3所示，兩種混合的儲能元件之間(指的是直流斬波器左右兩端的儲能器件)通常是通過直流斬波器來進行功率調(diào)節(jié)和能量調(diào)節(jié)。

電池或者超級電容通常采用與直流母線(牽引逆變器和輔助逆變器的直流輸入端)直接并聯(lián)的方式以獲得更高的使用效率(不需要額外的直流斬波器等設備)，也使得電池或者超級電容的投入更加快速、高效。在整車處于牽引工況時，電池或者超級電容可作為能量輸出單元提供大功率輸出，因此需要電池或者超級電容具有很高的可用能量以確保整車可以持續(xù)輸出較大的功率和能量；在制動工況時，從節(jié)能角度出發(fā)又需要電池或者超級電容可作為能量回收單元吸收再生制動能量，可有效提高能量的利用率，因此需要電池或者超級電容可用能量值盡可能低以吸收更多的再生能量。

電池或者超級電容與直流母線直接并聯(lián)連接，則電池或超級電容的使用電壓范圍與直流母線保持一致。電池或者超級電容的能量一般隨電壓降低而降低，超級電容的可用能量與電壓更是成線性比例關系。同時，電池或者超級電容的功率特性與其能量狀態(tài)實時相關，當電池或者超級電容的能量達到其下限時，則無法進行放電；當電池或者超級電容的能量達到其上限時，則無法進行充電。

當電池或者超級電容能量不足(電壓降低至最低限值)，則可能引起直流母線電壓過低從而導致牽引逆變器和輔助逆變器過流故障并封鎖牽引的問題，進而引發(fā)整車停車故障。反之，當電池或者超級電容能量接近滿值(電壓達到最高限值)，則可能引起直流母線達到或者接近最高電壓從而導致在再生制動工況時，無法吸收再生制動能量。這時就需要整車通過制動電阻發(fā)熱來消耗剩余電制動能量，導致再生制動能量浪費，也產(chǎn)生了額外的熱量(制動電阻產(chǎn)生)需要消耗，整車的再生制動功率也會受到限制。

在調(diào)節(jié)混合動力系統(tǒng)中，權(quán)衡電池或者超級電容實時能量顯得十分重要，實時調(diào)節(jié)電池或者超級電容(與直流母線直接連接)的能量控制(即直流母線電壓)在合適的范圍將有效確保整車運行的能量需求，提高制動能量的回收利用效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種混合動力軌道車輛及其直流母線電壓控制方法與系統(tǒng)，以解決因電池或超級電容能量過低引起直流母線電壓過低，從而導致車輛牽引工況時牽引逆變器可能產(chǎn)生過流故障并封鎖牽引的問題，以及因電池或者超級電容能量過高導致無法有效吸收車輛再生制動能量，從而導致再生制動能量利用率低的問題。