电车供电控制方法、系统及电车技术方案

本发明专利技术提供一种电车供电控制方法、系统及电车。该电车供电控制方法应用于电车供电系统，其中，电车供电系统包括：超级电容、燃料电池以及至少一个能量控制器，超级电容、燃料电池分别于能量控制器电连接，能量控制器用于分别控制超级电容以及燃料电池的工作状态，而上述方法包括：能量控制器获取电车当前的运动状态，能量控制器根据电车的运动状态确定超级电容以及燃料电池的工作状态。本实施例提供的电车供电控制方法大大简化了现有的电车供电系统，并通过利用燃料电池的高效放电区间及大容量超级电容的充放电特性，对不同运行工况下的燃料电池、超级电容功率分配进行了相应的设计，从而使得供电系统控制更为简单，全方位减少电车运行能耗。

Tram power supply control method, system and tram

【技术实现步骤摘要】
电车供电控制方法、系统及电车
本专利技术涉及新能源电车
，尤其涉及一种电车供电控制方法、系统及电车。
技术介绍
近年来，环境污染严重、石油资源匮竭及全球气候变暖，迫使人们在新能源动力系统领域寻求技术突破。为达到人类、环境、电车三者友好协调发展的目的，世界各国都在积极探索新能源，新能源必然成为未来有轨电车发展的趋势。其中，在国内多个城市开始规划建设有轨电车，并在重要区段设置无电网区域，以保护城市景观；而在国外，西门子、阿尔斯通、庞巴迪、安萨尔多、卡福等公司已经生产了近千辆的部分低地板和100％低地板混合动力轻轨车，其中100％低地板混合动力轻轨车技术代表了国际低地板轻轨车最先进技术。在无轨交通行业，国内已有很多研究人员进行以超级电容、蓄电池、燃料电池为动力源的混合动力车研究，并有相关产品已经面世。例如，南车株洲所研制的电动大巴已经开始批量生产，比亚迪生产的电动轿车已经进入私家车市场，其它如一汽、二汽等也有相应产品问世。现有的混合动力系统运用成熟的储能部件主要包括超级电容和动力电池两大类。其中，超级电容的功率密度高，具备快充快放特性，能满足高加速度所需功率，可实施制动能量高效回收；动力电池能量密度高，具备持续放电特性，能满足长距离运用所需能量，可实施制动能量适度回收。此外，燃料电池作为零排放、节能环保的新兴能源，也成为混合动力汽车和轨道电车技术研究的重点和热点。而在轨道交通行业，日本已研制成功燃料电池有轨电车，国内也已有株所、长客等单位研制出采用超级电容的混合动力有轨电车，唐车公司研制出动力电池结合超级电容方式的混合动力列车，以及燃料电池/动力电池/超级电容供电的混合动力有轨电车。但是，在现有的超级电容/燃料电池/动力电池混合动力供电系统中，通常是由动力电池负责燃料电池起机、部分制动能量回收和电车救援，而超级电容则负责起动加速和制动能量回收，此外，燃料电池负责起动加速和匀速运行。该供电方案较为复杂，尤其是在多套系统并联运行时，需要较多DC/DC变流器进行稳压控制，从而造成了供电系统均衡控制麻烦，以及系统体积、重量都很大等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种电车供电控制方法、系统及电车，以简化现有的混合动力供电系统，并通过利用燃料电池的高效放电区间及大容量超级电容的充放电特性，对不同运行工况下的燃料电池、超级电容功率分配进行了优化设计，从而使得供电系统控制更为简单，全方位减少电车运行能耗。第一方面，本专利技术提供一种电车供电控制方法，应用于电车供电系统，所述电车供电系统包括：超级电容、燃料电池以及至少一个能量控制器；所述超级电容、所述燃料电池分别于所述能量控制器电连接，所述能量控制器用于分别控制所述超级电容以及所述燃料电池的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态以及停机状态中的至少一个；所述方法包括：所述能量控制器获取所述电车当前的运动状态，所述运动状态包括：起动加速状态、稳定运行状态、惰行状态以及制动状态中的至少一个；所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态。在一种可能的设计中，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，包括：当所述电车的所述运动状态为所述起动加速状态时，所述能量控制器判断所述电车当前需求功率是否大于所述燃料电池预设的功率准则点，其中，当所述燃料电池以所述功率准则点进行放电时放电效率最高；若判断结果为是，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第一功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第二功率放电，所述第一功率与所述第二功率之和为所述电车当前需求功率，其中，所述第一功率为所述功率准则点；若判断结果为否，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第三功率放电，所述第三功率为所述电车当前需求功率。在一种可能的设计中，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，还包括：当所述电车的所述运动状态为所述稳定运行状态时，所述能量控制器判断所述电车当前需求功率是否小于或等于所述燃料电池预设的功率准则点；若判断结果为是，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第四功率放电，所述第四功率为所述电车当前需求功率；若判断结果为否，则当所述超级电容的荷电状态值大于或等于预设第一比例值时，所述能量控制器控制所述燃料电池按照第五功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第六功率放电，所述第五功率与所述之和为所述电车当前需求功率，其中，所述第五功率为所述功率准则点；当所述超级电容的荷电状态值小于所述预设第一比例值，并且大于或等于预设第二比例值时，其中，所述第一比例值大于所述第二比例值，所述能量控制器控制所述燃料电池按照第七功率放电，所述第七功率为所述燃料电池的最大功率，所述能量控制器控制所述超级电容不放电；当所述超级电容的荷电状态值小于所述第二比例值时，所述能量控制器判断所述燃料电池输出功率是否大于所述电车当前需求功率；若判断结果为是，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第八功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第九功率充电，其中，所述第九功率与所述电车当前需求功率之和为所述第八功率；若判断结果为否，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照所述第七功率放电。在一种可能的设计中，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，还包括：当所述电车的所述运动状态为所述惰行状态时，所述能量控制器控制所述燃料电池按照第九功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容回收能量或停机，所述第九功率为所述燃料电池的最小功率。在一种可能的设计中，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，还包括：当所述电车的所述运动状态为所述制动状态时，所述能量控制器控制所述燃料电池按照所述第九功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第十功率充电，其中，所述第九功率与所述第十功率之和为所述电车当前的制动功率。在一种可能的设计中，所述电车供电系统还包括：外温度传感器以及内温度传感器，其中，所述外温度传感器用于监测外界环境温度，所述内温度传感器用于监测电源箱内部的箱内温度，所述超级电容与所述燃料电池设置在所述电源箱内；在所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态之前，还包括：所述能量控制器根据所述外界环境温度以及所述箱内温度确定所述燃料电池的所述功率准则点以及所述最大功率。在一种可能的设计中，所述能量控制器根据所述外界环境温度以及所述箱内温度确定所述燃料电池的所述功率准则点以及所述最大功率，包括：所述能量控制器判断所述外界环境温度是否小于或等于第一温度；若判断结果为是，则当所述箱内温度小于或等于第五温度时，所述燃料电池的所述功率准则点为额定功率准则点，所述最大功率为额定最大功率；当所述箱内温度大于第五温度，并且小于或等于第六温度时，所述燃料电池的所述功率准则点为75％的所述额定功率准则点，所述最大功率为75％的所述额定最大功率；当所述箱内温度大于第六温度，并且小于或等于第七温度时，所述燃料电池的所述功率准则点为50％的所述额定功率准则点，所述最大功率为50％的所述额定最大功率；当所述箱内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电车供电控制方法，其特征在于，应用于电车供电系统，所述电车供电系统包括：超级电容、燃料电池以及至少一个能量控制器；所述超级电容、所述燃料电池分别于所述能量控制器电连接，所述能量控制器用于分别控制所述超级电容以及所述燃料电池的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态以及停机状态中的至少一个；所述方法包括：所述能量控制器获取所述电车当前的运动状态，所述运动状态包括：起动加速状态、稳定运行状态、惰行状态以及制动状态中的至少一个；所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种电车供电控制方法，其特征在于，应用于电车供电系统，所述电车供电系统包括：超级电容、燃料电池以及至少一个能量控制器；所述超级电容、所述燃料电池分别于所述能量控制器电连接，所述能量控制器用于分别控制所述超级电容以及所述燃料电池的工作状态，所述工作状态包括：充电状态、放电状态以及停机状态中的至少一个；所述方法包括：所述能量控制器获取所述电车当前的运动状态，所述运动状态包括：起动加速状态、稳定运行状态、惰行状态以及制动状态中的至少一个；所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态。2.根据权利要求1所述的供电控制方法，其特征在于，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，包括：当所述电车的所述运动状态为所述起动加速状态时，所述能量控制器判断所述电车当前需求功率是否小于或等于所述燃料电池预设的功率准则点，其中，当所述燃料电池以所述功率准则点进行放电时放电效率最高；若判断结果为否，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第一功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第二功率放电，所述第一功率与所述第二功率之和为所述电车当前需求功率，其中，所述第一功率为所述功率准则点；若判断结果为是，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第三功率放电，所述第三功率为所述电车当前需求功率。3.根据权利要求2所述的供电控制方法，其特征在于，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，还包括：当所述电车的所述运动状态为所述稳定运行状态时，所述能量控制器判断所述电车当前需求功率是否小于或等于所述燃料电池预设的功率准则点；若判断结果为是，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第四功率放电，所述第四功率为所述电车当前需求功率；若判断结果为否，则当所述超级电容的荷电状态值大于或等于预设第一比例值时，所述能量控制器控制所述燃料电池按照第五功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第六功率放电，所述第五功率与所述之和为所述电车当前需求功率，其中，所述第五功率为所述功率准则点；当所述超级电容的荷电状态值小于所述预设第一比例值，并且大于或等于预设第二比例值时，其中，所述第一比例值大于所述第二比例值，所述能量控制器控制所述燃料电池按照第七功率放电，所述第七功率为所述燃料电池的最大功率，所述能量控制器控制所述超级电容不放电；当所述超级电容的荷电状态值小于所述第二比例值时，所述能量控制器判断所述燃料电池输出功率是否大于所述电车当前需求功率；若判断结果为是，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照第八功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第九功率充电，其中，所述第九功率与所述电车当前需求功率之和为所述第八功率；若判断结果为否，则所述能量控制器控制所述燃料电池按照所述第七功率放电。4.根据权利要求3所述的供电控制方法，其特征在于，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，还包括：当所述电车的所述运动状态为所述惰行状态时，所述能量控制器控制所述燃料电池按照第九功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容回收能量或停机，所述第九功率为所述燃料电池的最小功率。5.根据权利要求4所述的供电控制方法，其特征在于，所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态，还包括：当所述电车的所述运动状态为所述制动状态时，所述能量控制器控制所述燃料电池按照所述第九功率放电，所述能量控制器控制所述超级电容按照第十功率充电，其中，所述第九功率与所述第十功率之和为所述电车当前的制动功率。6.根据权利要求5所述的供电控制方法，其特征在于，所述电车供电系统还包括：外温度传感器以及内温度传感器，其中，所述外温度传感器用于监测外界环境温度，所述内温度传感器用于监测电源箱内部的箱内温度，所述超级电容与所述燃料电池设置在所述电源箱内；在所述能量控制器根据所述电车的所述运动状态确定所述超级电容以及所述燃料电池的所述工作状态之前，还包括：所述能量控制器根据所述外界环境温度以及所述箱内温度确定所述燃料电池的所述功率准则点以及所述最大功率。7.根据权利要求6所述的供电控制方法，其特征在于，所述能量控制器根据所述外界环境温度以及所述箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，石俊杰，刘楠，张秋敏，汪星华，
申请(专利权)人：中车唐山机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13