一种轨道交通制动能量储存利用装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于轨道交通再生能量储存利用技术领域，涉及一种新型的轨道交通制动能量储存利用装置，其装置包括硬件组成系统和控制系统，硬件组成系统中各功能模块电信息组合连通，控制系统采用集散控制方式，每个控制单元结合采集的数据和信号独立对功能模块实现控制；车辆制动时多相交错斩波模块吸收再生电能，并对超级电容模块和蓄电池模块充电，当车辆启动加速和惯性行驶时超级电容模块的电能再通过多相交错斩波模块对蓄电池模块充电，逆变模块把蓄电池模块中的直流电转换成交流电后输出给高速充电机，实现高速充电机对电动汽车快速充电；其整体结构简单，组装原理可靠，储能效率高，能量利用广泛，节能效果明显，应用环境友好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于轨道交通再生能量储存利用
，涉及一种新型的轨道交通制动能量储存利用装置，其装置包括硬件组成系统和控制系统，硬件组成系统中各功能模块电信息组合连通，控制系统采用集散控制方式，每个控制单元结合采集的数据和信号独立对功能模块实现控制；车辆制动时多相交错斩波模块吸收再生电能，并对超级电容模块和蓄电池模块充电，当车辆启动加速和惯性行驶时超级电容模块的电能再通过多相交错斩波模块对蓄电池模块充电，逆变模块把蓄电池模块中的直流电转换成交流电后输出给高速充电机，实现高速充电机对电动汽车快速充电；其整体结构简单，组装原理可靠，储能效率高，能量利用广泛，节能效果明显，应用环境友好。【专利说明】一种轨道交通制动能量储存利用装置
： 本专利技术属于轨道交通再生能量储存利用
，涉及一种新型的制动能量储存 和电动汽车高速充电装置，特别是一种节能减排和再生能源综合利用的轨道交通制动能量 储存利用装置。
技术介绍
： 目前，在轨道交通领域中，车辆已普遍采用再生电制动，国内外对再生制动能量的 处理方式多种多样；国内主要以电阻耗能和混合逆变（逆变回馈+电阻耗能）形式为主， 其中逆变回馈主要以站内400V用电网络和整流变压器二次侧为回馈节点，而纯逆变模式 因上述节点功率容量问题，在国内还未有工程先列；国际上，近几年已出现各种再生能量的 储能模式，如德国的飞轮储能和超级电容储能；如日本的超级电容储能和锂离子电池储能； 韩国的超级电容储能等。当然，这些国家的纯逆变回馈技术也已相当成熟，有不少成功案 例，各种储能方式都有自己的优缺点和实现难度，有待于继续完善和改进。纵观现状，无论 是逆变回馈方式还是储能方式，再生能量的流向全都局限于轨道交通供电系统内部，并未 向其它领域拓展。 高速充电站（充电桩）是近几年随着人们节能环保的意识和电动汽车的普及而 出现的新型供电项目，在国内外已有不少示范点，但因蓄电池的续航里程和充电时间问题 还未完全普及，EV车用蓄电池的容量、续航里程、使用寿命和充电时间等直接影响着电动汽 车的普及速度，进而影响高速充电站的普及范围；对于高速充电机来说主要任务是在不影 响电池寿命的情况下尽可能快速向蓄电池充电，欧美和日本等发达国家的高速充电机可在 15?30分钟内使蓄电池达到满充电状态，更有甚者，可在5?8分钟内达到50 %?80 %容 量充电状态，虽说不影响使用寿命，但对蓄电池的寿命影响有多大，还有待于考察和实证。 所以，在现有技术基础上寻求设计提供一种新的再生制动能量储存机制和应用方式，即轨 道车辆再生电能向电动汽车快速充电的系统装置很有社会和经济价值。
技术实现思路
： 本专利技术的目的在于克服现有轨道车辆再生电能储存利用范围单一缺点，寻求设计 一种吸收储存并有效利用轨道交通制动能量的新型系统装置，该装置将轨道交通车辆的再 生制动能量通过专用的储能器储存起来，给设在轨道车辆供电站附近的电动汽车快速充电 站内高速充电机进行供电，并通过高速充电机在15?20分钟内完成对电动汽车的快速充 电；该装置的能量流向没有局限于轨道车辆供电系统内部，而是由轨道车辆流向EV电动汽 车；通过本装置的桥梁作用，不仅延伸了绿色能源的应用途径，还为今后绿色能源的分布式 管理提供新思路；本装置采用高速充电机充电，不仅节省时间，并且节约市电电能消耗；将 轨道交通车辆电制动时产生的再生能量变废为宝，并通过高速充电扩大电动汽车的普及范 围，进而实现节能减排、绿色环保的功效；储能器和高速充电机是整个装置的核心部件，储 能器被安装在轨道车辆供电站内，其主要功能是将轨道列车刹车过程中产生的再生制动能 量吸收并储存，高速充电站建设在列车供电站或列车停靠站附近交通便利的位置，以方便 电动汽车充电前后的行驶与停泊；本装置的核心技术特征在于：一是使轨道车辆的制动能 量推广应用到电动汽车；二是采用超级电容和蓄电池对再生制动能量混合吸收存储；三是 采用变频变宽高速蓄电池充电机。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术涉及的系统装置的硬件组成系统的主体结构包括 预充电模块、第一多相交错斩波模块、并联吸收电阻模块、超级电容模块、第二多相交错斩 波模块、蓄电池模块、逆变模块、双电源转换模块、高速充电站和高速充电机，各模块与高速 充电站和高速充电机电信息组合连通构成如图1所示的主体系统装置；本系统装置的控制 系统分为上位机综合监控系统、再生能量吸收控制系统、蓄电池管理控制系统和充电站管 理系统，控制系统通过再生能量吸收控制系统与变电站自动化系统电信息连通；上位机综 合监控系统与显示系统电信息连通；各系统电信息连通构成轨道交通制动能量储存和利用 装置；储能采用超级电容和锂电池储能的复合结构，超级电容模块和蓄电池模块组合成储 能器，车辆制动时储能器通过第一多相交错斩波模块和第二多相交错斩波模块同时对超级 电容模块和蓄电池模块充电，第一多相交错斩波模块吸收总的再生制动电能，第二多相交 错斩波模块吸收属于蓄电池模块的再生电能，剩余部分电能自动储存于超级电容模块中， 第二多相交错斩波模块的吸收作用拓展超级电容储存容量的功能；通过多相交错斩波对超 级电容模块和蓄电池模块充电，降低电感量的同时又能获得良好的动态响应和纹波系数， 有利于再生制动能量的吸收控制；在车辆的启动加速和惯性行驶时间段内超级电容模块的 电位能量持续通过第二多相交错斩波模块对蓄电池模块进行充电，腾空超级电容模块的储 能空间，为下一周期再生制动能量的存储做准备，并且进一步增加蓄电池模块的储电能量， 提高蓄电池模块对高速充电机的供电能力；高速充电机给电动汽车进行高速充电，高速充 电机设置有高速充电的智能控制功能，通过变频调制和脉宽调制，输出可变频率、可变脉宽 的脉动电流，向车载蓄电池充电；变频调制是结合蓄电池不同荷电状态，提供不同的充放电 速率，不同荷电状态下蓄电池的电荷结合速率不同；脉宽调制是结合蓄电池不同S0C(充放 电深度）状态，提供不同的充放电功率，不同S0C状态下蓄电池的电荷接纳能力不同，控制 系统根据蓄电池的端电压、动态内阻、充放电电流、内部温度和荷电状态的相关参数得出当 前的最佳充放电频率和脉宽，保证车载蓄电池的充电速率的同时保证蓄电池模块的安全和 使用寿命；高速充电机设有与车载电池管理系统的通讯接口，用于所需信号的采集，详见附 图3所示高速充电机结构原理示意框图。 本专利技术涉及的硬件组成系统中预充电模块的功能是向第一多相交错斩波模块中 的每相前置滤波电容进行预充电，预充电流的大小由整流单元输出端的充电电阻大小决 定；第一多相交错斩波模块的主要功能是吸收再生电能，通过直流母线电压吸收设定值和 吸收电流最大设定值进行定电压和定电流双环PID控制，电压环在外、电流环在内，采用多 相交错并联电路，每相的平波电感量和体积小，输出总电流的纹波系数小；并联吸收电阻 模块是当超级电容模块和蓄电池模块接近满充电状态，但再生还没结束时进行剩余能量的 能耗吸收，超级电容模块和蓄电池模块的容量设计合理时并联吸收电阻模块的投入几率很 小，并联吸收电阻模块的另一作用是超级电容器模块和蓄电池模块进行维护时提供电能的 释放回路；超级电容模块的功能是储存大功率的再生能量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轨道交通制动能量储存利用装置，其特征在于系统装置的硬件组成系统的主体结构包括预充电模块、第一多相交错斩波模块、并联吸收电阻模块、超级电容模块、第二多相交错斩波模块、蓄电池模块、逆变模块、双电源转换模块、高速充电站和高速充电机，各模块与高速充电站和高速充电机电信息组合连通构成主体系统装置；本系统装置的控制系统分为上位机综合监控系统、再生能量吸收控制系统、蓄电池管理控制系统和充电站管理系统，控制系统通过再生能量吸收控制系统与变电站自动化系统电信息连通；上位机综合监控系统与显示系统电信息连通，各系统电信息连通构成轨道交通制动能量储存和利用装置；储能采用超级电容和锂电池储能的复合结构，超级电容模块和蓄电池模块组合成储能器，车辆制动时储能器通过第一多相交错斩波模块和第二多相交错斩波模块同时对超级电容模块和蓄电池模块充电，第一多相交错斩波模块吸收总的再生制动电能，第二多相交错斩波模块吸收属于蓄电池模块的再生电能，剩余部分电能自动储存于超级电容模块中，第二多相交错斩波模块的吸收作用拓展超级电容储存容量的功能；通过多相交错斩波对超级电容模块和蓄电池模块充电，降低电感量的同时又能获得良好的动态响应和纹波系数，有利于再生制动能量的吸收控制；在车辆的启动加速和惯性行驶时间段内超级电容模块的电位能量持续通过第二多相交错斩波模块对蓄电池模块进行充电，腾空超级电容模块的储能空间，为下一周期再生制动能量的存储做准备，并且进一步增加蓄电池模块的储电能量，提高蓄电池模块对高速充电机的供电能力；高速充电机给电动汽车进行高速充电，高速充电机设置有高速充电的智能控制功能，通过变频调制和脉宽调制，输出可变频率、可变脉宽的脉动电流，向车载蓄电池充电；变频调制是结合蓄电池不同荷电状态，提供不同的充放电速率，不同荷电状态下蓄电池的电荷结合速率不同；脉宽调制是结合蓄电池不同充放电深度状态，提供不同的充放电功率，不同充放电深度状态下蓄电池的电荷接纳能力不同，控制系统根据蓄电池的端电压、动态内阻、充放电电流、内部温度和荷电状态的相关参数得出当前的最佳充放电频率和脉宽，保证车载蓄电池的充电速率的同时保证蓄电池模块的安全和使用寿命；高速充电机设有与车载电池管理系统的通讯接口，用于所需信号的采集。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武华军，徐长勤，段军山，安刚虎，
申请(专利权)人：青岛海能阿尔派轨道电力设备工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37