[發(fā)明專利]一種混合動力機車及其能量平衡控制方法與系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110940968.2 | 申請日： | 2021-08-17 |
| 公開（公告）號： | CN113581223B | 公開（公告）日： | 2022-07-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 廖洪濤;康明明;謝嘉欣;秦慶民;韓雷;郭婉露 | 申請（專利權(quán)）人： | 中車株洲電力機車有限公司 |
| 主分類號： | B61C17/00 | 分類號： | B61C17/00;B61C7/04;H02J7/00;H02M3/00 |
| 代理公司： | 長沙正奇專利事務(wù)所有限責任公司 43113 | 代理人： | 盧宏;曾利平 |
| 地址： | 412001 *** | 國省代碼： | 湖南;43 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 混合 動力 機車 及其 能量 平衡 控制 方法 系統(tǒng) | ||
本發(fā)明公開了一種混合動力機車及其能量平衡控制方法與系統(tǒng)，機車混動系統(tǒng)包括氫燃料電池、雙向DCDC變換器、動力電池以及充電機；氫燃料電池的輸出端與雙向DCDC變換器的第一端電連接，雙向DCDC變換器的第二端分別與負載、動力電池的輸出端電連接，動力電池的輸入端與充電機電連接，充電機還與負載電連接；對雙向DCDC變換器前端電壓以及負載前端電壓進行分段控制，有效分配各控制目標，保證了雙向DCDC變換器前端電壓和負載前端電壓的穩(wěn)定，避免了雙向DCDC變換器前端電壓與負載前端電壓之間相互影響，實現(xiàn)了機車混動系統(tǒng)的能量控制與平衡，簡化了控制邏輯。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于混合動力控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氫燃料與動力電池混合動力機車及其能量平衡控制方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)
氫燃料電池以其綠色、節(jié)能、高效等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景，但氫燃料電池是一種功率輸出型供電系統(tǒng)，其功率輸出需要通過控制反應(yīng)電堆的氫氣流量來實現(xiàn)，導致功率調(diào)節(jié)響應(yīng)慢，通常功率調(diào)節(jié)需要數(shù)秒到十幾秒，因此對時刻變化的負載無法給出及時的反饋，且負載突然的消失與激增都會對氫燃料電池造成一定損害，通常需要結(jié)合動力電池(例如鋰電池)進行混合供電。
目前，氫燃料電池與動力電池的混合動力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電動汽車、電動自行車等小功率車輛上，如圖1所示，氫燃料電池經(jīng)過內(nèi)部單向升壓DC/DC變換器直接輸出給動力電池，氫燃料電池與動力電池的能量可以實現(xiàn)雙向流動，通過能量自然特性實現(xiàn)平衡，即氫燃料電池的輸出功率大于負載需求時，能量通過動力電池存儲；氫燃料電池的輸出功率小于負載需求時，能量通過動力電池補給。當氫燃料電池與動力電池被其他能源轉(zhuǎn)換設(shè)備切斷，無法實現(xiàn)能量的自然平衡時，就需要提出一種整體控制策略，使中間的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備進行有效的配合控制，實現(xiàn)功率輸出和負載功率消耗的平衡。
在氫燃料-動力電池混合機車的應(yīng)用中，需求功率高，往往設(shè)置由多個動力電池并聯(lián)構(gòu)成的動力電池，動力電池的輸出電壓比氫燃料電池的輸出電壓高數(shù)倍，氫燃料電池的能量輸入輸出需要經(jīng)過雙向隔離DC/DC變換器實現(xiàn)，導致氫燃料電池與動力電池被其他能源轉(zhuǎn)換設(shè)備切斷。而由于各動力電池容量大、電壓高，動力電池間存在大電流環(huán)流的隱患，動力電池能量輸出回路與輸入回路需要加以區(qū)分，因此在輸入回路需要增加特定的充電機，如圖2所示。
在氫燃料-動力電池混合機車中，氫燃料電池輸出功率小，存儲能量大，作為主要能量來源；動力電池輸出功率大，存儲能量小，作為蓄能儲能介質(zhì)。在這種混動系統(tǒng)中，能量來源與儲能介質(zhì)被其他可控設(shè)備切斷，再采用能量自然平衡控制方式已無法滿足這類混動機車的有效控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混合動力機車及其能量平衡控制方法與系統(tǒng)，以解決當氫燃料電池與動力電池被能源轉(zhuǎn)換設(shè)備切斷時，現(xiàn)有能量自然平衡控制方式無法實現(xiàn)對氫燃料電池-動力電池混動機車能量平衡的有效控制的問題。
第一方面，本發(fā)明提供一種混合動力機車能量平衡控制方法，所述混合動力機車的混動系統(tǒng)包括氫燃料電池、雙向DCDC變換器、動力電池以及充電機；所述氫燃料電池的輸出端與所述雙向DCDC變換器的第一端電連接，所述雙向DCDC變換器的第二端分別與負載、動力電池的輸出端電連接，所述動力電池的輸入端與所述充電機電連接，所述充電機還與所述負載電連接；所述控制方法包括對雙向DCDC變換器前端電壓的控制以及對負載前端電壓的控制；
對雙向DCDC變換器前端電壓進行控制的具體實現(xiàn)過程為：
獲取雙向DCDC變換器前端電壓；
當所述雙向DCDC變換器前端電壓小于預設(shè)目標范圍的最小值時，所述動力電池通過所述雙向DCDC變換器向所述氫燃料電池輸送電能，使所述雙向DCDC變換器前端電壓上升，直到所述雙向DCDC變換器前端電壓處于預設(shè)目標范圍內(nèi)；
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