一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统及方法，所述城轨列车混合储能系统包括牵引电机、四象限逆变器、两台双向DC‑DC变换器、控制模块、蓄电池、超级电容、电阻耗能装置和接触网；所述方法能预先对蓄电池和超级电容的存储空间进行调整；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统及方法，该方案可提高超级电容和蓄电池的利用率，减少不必要的散热，提高混合储能系统的性能。

A hybrid energy storage system and method of urban rail train based on autopilot curve

【技术实现步骤摘要】
一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统及方法
本专利技术涉及一种城轨列车制动能量回收技术，尤其涉及一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统及方法。
技术介绍
为了对城轨列车的制动能量进行回收、利用，最常见的手段是在城轨列车上设置车载混合储能装置，车载混合储能装置通常采用“超级电容+蓄电池”的结构。城轨列车制动过程中，牵引电机工作于发电状态，将车辆的动能转换为电能。同时，采用一阶低通滤波器将列车再生制动的功率分解为高频分量和低频分量，从而生成对应的控制信号，根据控制信号对双向DC-DC变换器进行控制，使电能中与高频分量对应的部分由超级电容器吸收存储、电能中与低频分量对应的部分由蓄电池吸收存储。存在的问题是：实际情况中，城轨列车制动时，可能出现超级电容和蓄电池中的一者荷电量较多、另一者荷电量较少的情况。而这时，荷电量较少那者由于闲置容量较多，很有可能在吸收了对应的能量后仍未充满，而荷电量较多那者由于闲置容量少，对应的能量只能被少量吸收，未被吸收的能量只能通过电阻耗能装置以热量的形式耗散掉。这不仅使得车载混合储能装置利用率不高，而且电阻耗能装置不必要的散热也会影响车载混合储能装置的环境温度升高，给温控系统造成负担。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统，其创新在于：所述城轨列车混合储能系统包括牵引电机、四象限逆变器、两台双向DC-DC变换器、控制模块、蓄电池、超级电容、电阻耗能装置和接触网；所述牵引电机的输入端与四象限逆变器的三相连接端连接；四象限逆变器的直流端与接触网连接，同时，四象限逆变器的直流端通过第一双向DC-DC变换器与蓄电池连接，同时，四象限逆变器的直流端通过第二双向DC-DC变换器与超级电容连接，同时，四象限逆变器的直流端与电阻耗能装置连接；双向DC-DC变换器的控制部与控制模块连接；所述蓄电池和超级电容内均设置有电量检测电路，电量检测电路与控制模块连接。基于前述方案，本专利技术还提出了一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能方法，所涉及的硬件如前所述；所述城轨列车混合储能方法包括：城轨列车开始惰行后，按以下步骤进行处理：1)控制模块通过电量检测电路对蓄电池和超级电容的当前储电量进行检测，然后根据当前储电量，分别计算出蓄电池和超级电容的剩余可充电容量；蓄电池的剩余可充电容量记为容量一E3，超级电容的剩余可充电容量记为容量二E4；进入步骤2)；2)根据列车自动驾驶曲线，计算出随后的制动阶段的功率-时间曲线，然后根据功率-时间曲线计算出预测制动时间tzd和预测制动功率Pzd；然后对预测制动功率Pzd作一阶低通滤波处理，得到与蓄电池对应的预测瞬时功率一P1，然后根据下式，计算出与超级电容对应的预测瞬时功率二P2：P2＝Pzd-P1；然后根据如下两式分别计算出预测充能值一E1和预测充能值二E2：预测充能值一E1与蓄电池对应，预测充能值二E2与超级电容对应；进入步骤3)3)对E1、E2、E3、E4进行比较：如出现E1≤E3且E2≤E4的情况，或者，出现E1≥E3且E2≥E4的情况，本次操作结束；如出现E1>E3且E2<E4的情况，进入步骤4)；如出现E1<E3且E2>E4的情况，进入步骤5)；4)计算出蓄电池预测溢出能量E5和超级电容预测闲置容量E6；然后比较E5和E6的大小：如E5>E6，则在城轨列车惰行过程中，控制模块通过控制双向DC-DC变换器，使蓄电池向超级电容充电，充入超级电容的能量上限为E6；如E5<E6，则在城轨列车惰行过程中，控制模块通过控制双向DC-DC变换器，使蓄电池向超级电容充电，充入超级电容的能量上限为E5；E5＝E1-E3；E6＝E4-E2；5)计算出蓄电池预测闲置容量E7和超级电容预测溢出能量E8；然后比较E7和E8的大小：如E7>E8，则在城轨列车惰行过程中，控制模块通过控制双向DC-DC变换器，使超级电容向蓄电池充电，充入蓄电池的能量上限为E8；如E7<E8，则在城轨列车惰行过程中，控制模块通过控制双向DC-DC变换器，使超级电容向蓄电池充电，充入蓄电池的能量上限为E7；E7＝E3-E1；E8＝E2-E4。本专利技术的原理是：基于现有技术可知，城轨交通的站间距离较短，且限速条件相对简单，列车在两个站点之间的运行模式一般为“牵引—惰行—制动”。为解决
技术介绍
中所述的问题，专利技术人考虑，在制动之前的惰行阶段预先对蓄电池和超级电容的荷电量进行调整，这就能够使蓄电池和超级电容得到充分利用，避免“一者还有剩余空间、另一者却无法吸收”的情况出现。同时，也可以有效减少电阻耗能装置不必要的发热；具体来说：惰行阶段开始后，本专利技术先根据当前储电量计算出蓄电池和超级电容各自的剩余可充电容量，然后根据列车自动驾驶曲线预测出制动过程中可能充入蓄电池和超级电容的能量，然后根据剩余可充电容量和预测出的可能充入的能量进行判断：出现E1≤E3且E2≤E4的情况时，说明蓄电池和超级电容的剩余可充电容量都较大，即使将制动能量全部吸收也不会溢出，因此，无需对蓄电池和超级电容的荷电量进行调整；出现E1≥E3且E2≥E4的情况时，说明蓄电池和超级电容的剩余可充电容量都较小(或制动能量过大)，对蓄电池和超级电容的荷电量进行调整无意义，因此，这种情况也无需动作；出现E1>E3且E2<E4的情况时，说明蓄电池无法完全吸收对应的能量，且超级电容吸收相应能量后仍然不会被充满，这时，将蓄电池内当前存储的能量的一部分转移至超级电容中，这样就可以使蓄电池和超级电容两者都得到充分利用；出现E1<E3且E2>E4的情况时，说明超级电容无法完全吸收对应的能量，且蓄电池吸收相应能量后仍然不会被充满，这时，就应将超级电容内当前存储的能量的一部分转移至蓄电池中；采用本专利技术方案后，可以使超级电容和蓄电池都得到充分利用，避免不必要的散热。通过双向DC-DC变换器实现超级电容和蓄电池的充、放电是一种现有技术，因此本专利技术介绍得较为简略。具体实施时，本领域技术人员应根据现有技术来理解相关操作；由于制动阶段的能量吸收操作是一种现有技术，同时，能量吸收操作与本专利技术的创新点关联性不大，因此本专利技术未对相关的硬件和操作方式作相关介绍。本专利技术的有益技术效果是：提出了一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统及方法，该方案可提高超级电容和蓄电池的利用率，减少不必要的散热，提高混合储能系统的性能。附图说明图1、本专利技术的原理示意图；图中各个标记所对应的名称分别为：牵引电机1、四象限逆变器2、双向DC-DC变换器3、控制模块4、蓄电池5、超级电容6、电阻耗能装置7、接触网8。具体实施方式一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统，其创新在于：所述城轨列车混合储能系统包括牵引电机1、四象限逆变器2、两台双向DC-DC变换器3、控制模块4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统，其特征在于：所述城轨列车混合储能系统包括牵引电机(1)、四象限逆变器(2)、两台双向DC-DC变换器(3)、控制模块(4)、蓄电池(5)、超级电容(6)、电阻耗能装置(7)和接触网(8)；/n所述牵引电机(1)的输入端与四象限逆变器(2)的三相连接端连接；四象限逆变器(2)的直流端与接触网(8)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端通过第一双向DC-DC变换器(3)与蓄电池(5)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端通过第二双向DC-DC变换器(3)与超级电容(6)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端与电阻耗能装置(7)连接；双向DC-DC变换器(3)的控制部与控制模块(4)连接；所述蓄电池(5)和超级电容(6)内均设置有电量检测电路，电量检测电路与控制模块(4)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自动驾驶曲线的城轨列车混合储能系统，其特征在于：所述城轨列车混合储能系统包括牵引电机(1)、四象限逆变器(2)、两台双向DC-DC变换器(3)、控制模块(4)、蓄电池(5)、超级电容(6)、电阻耗能装置(7)和接触网(8)；
所述牵引电机(1)的输入端与四象限逆变器(2)的三相连接端连接；四象限逆变器(2)的直流端与接触网(8)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端通过第一双向DC-DC变换器(3)与蓄电池(5)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端通过第二双向DC-DC变换器(3)与超级电容(6)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端与电阻耗能装置(7)连接；双向DC-DC变换器(3)的控制部与控制模块(4)连接；所述蓄电池(5)和超级电容(6)内均设置有电量检测电路，电量检测电路与控制模块(4)连接。


2.一种基于列车自动驾驶曲线的城轨列车混合储能方法，所涉及的硬件包括牵引电机(1)、四象限逆变器(2)、两台双向DC-DC变换器(3)、控制模块(4)、蓄电池(5)、超级电容(6)、电阻耗能装置(7)和接触网(8)；
所述牵引电机(1)的输入端与四象限逆变器(2)的三相连接端连接；四象限逆变器(2)的直流端与接触网(8)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端通过第一双向DC-DC变换器(3)与蓄电池(5)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端通过第二双向DC-DC变换器(3)与超级电容(6)连接，同时，四象限逆变器(2)的直流端与电阻耗能装置(7)连接；双向DC-DC变换器(3)的控制部与控制模块(4)连接；所述蓄电池(5)和超级电容(6)内均设置有电量检测电路，电量检测电路与控制模块(4)连接；
其特征在于：所述城轨列车混合储能方法包括：
城轨列车开始惰行后，按以下步骤进行处理：
1)控制模块(4)通过电量检测电路对蓄电池(5)和超级电容(6)的当前储电量进行检测，然后根据当前储电量，分别计算出蓄电池(5)和超级电容(6)的剩余可充电容量；蓄电池(5)的剩余可充电容量记为容量一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，杨锐，陈臻，涂永超，李伟，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50