电能。
[0035]图3所示为根据本发明的实施例的用于混合动力有轨电车的能量管理方法流程图300。图3将结合图1和图2进行描述。
[0036]在步骤301中，能量管理系统100开始启动。此时，接收表示所述混合动力有轨电车状态的状态信号，并根据所述状态信号选择能量管理模式，所述能量管理模式包括启动模式、加速模式、匀速模式和制动模式。
[0037]在步骤302至332中，根据所述能量管理模式控制第一双向DC/DC变换器122、第二双向DC/DC变换器124、第一单向DC/DC变换器128和开关K，以控制超级电容102、蓄电池104、燃料电池106和牵引母线110之间的能量传递，以驱动牵引电机114。
[0038]在步骤302中，燃料电池启动，因此，能量管理系统100进入启动模式，且流程图300进入步骤304。在所述启动模式下，如果燃料电池106的SOC值大于第二预设SOC值(说明燃料电池106处于非欠压状态)，则燃料电池106状态正常。否则进入步骤306。在步骤306中，控制第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104连通所述牵引母线110，并再次进入步骤304。此时，能量管理系统100执行图4的方法，启动燃料电池106。在以下的工作模式中，当燃料电池106出现异常时，关闭第一单向DC/DC变换器128并开启第二双向DC/DC变换器124，以切出燃料电池106，同时使得蓄电池106为牵引母线110提供电能。
[0039]图4所示为根据本发明的实施例的启动模式下能量管理方法流程图400。在步骤402中，闭合开关K，以短接第一单向DC/DC变换器128。此时，控制第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104的电能通过第二双向DC/DC变换器124、牵引母线110和开关K传送至燃料电池辅助系统108，燃料电池辅助系统将燃料电池所需燃料注入燃料电池106。在步骤406中，燃料电池106的电压增加。在步骤408中，检测燃料电池106的电压。当燃料电池106的电压增长至第二 S0C预设值(即额定电压)时，断开开关K，关闭第二双向DC/DC变换器124，并且，开启第一单向DC/DC变换器128，此时，电能从燃料电池106流经二极管126、第一单向DC/DC变换器128至牵引母线110，以为牵引电机114供电。
[0040]回到图3，在步骤316，混合动力有轨电车处于加速状态，此时，能量管理系统100进入加速模式。当接收到司机发出的多级加速信号，由于燃料电池106启动速度较慢，从启动到最大功率输出时间较长，此时利用第一单向DC/DC变换器128，将燃料电池投入牵引母线，根据燃料电池106响应要求，逐级提高燃料电池输出功率，例如:调节第一单向DC/DC变换器128的占空比，即可调节燃料电池106输出到牵引母线110的电能功率。
[0041 ] 在步骤318中，断开所述开关，开启所述第一双向DC/DC变换器和所述第一单向DC/DC变换器，此时，所述超级电容和所述燃料电池共同为所述牵引电机供电。值得说明的是，由于燃料电池106响应时间较长，此时利用第一双向DC/DC变换器122将超级电容102投入系统，利用其启动迅速，充放电快的特点，对车辆进行加速。此时，混合动力系统的输出功率由设计有轨电车最大转矩决定，该时段内有轨电车工作在恒转矩区。当燃料电池106达到最大输出功率后，燃料电池106与超级电容102同时以最大功率输出，维持有轨电车的加速运行。此时，有轨电车工作在恒功率区，有轨电车的牵引功率由燃料电池106和超级电容102共同提供。恒转矩区与恒功率区转换点车速与加速度决定的牵引转矩即为最大牵引转矩，其后加速过程中有轨电车转矩将不断减小。
[0042]在步骤324中，检测超级电容102的S0C值(用S0Cse表示)。如果S0C %小于第一预设S0C值S0Csc。，说明超级电容102处于正常状态，但供能已经无法满足加速需要。因此，在步骤328中，开启第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104切入牵引母线110，此时，超级电容102、蓄电池104和燃料电池106共同为牵引电机114供电。当超级电容102的S0C值低于期望值S0Csc。时，利用第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104以最大输出功率投入系统，该时段内，超级电容102依然为牵引电机114提供能量。此时，燃料电池106与蓄电池104同时以最大功率输出，超级电容102以较小功率输出，维持有轨电车的加速过程。此时有轨电车工作在自然特性区。
[0043]在步骤330中，当所述S0C值小于第二预设S0C值30(:_时(表示超级电容102的电量位于保护电量以下)，则进入步骤332，关闭第一双向DC/DC变换器122，并开启第二双向DC/DC变换器122，此时，蓄电池104和燃料电池106共同为牵引电机114供电，第一预设SOC值大于第二 S0C值。更具体地讲，当超级电容102电量降低到保护电量，即超级电容102的S0C值降低到保护值SOCmin时，控制第一双向DC/DC变换器122将超级电容102切出牵引母线110。此时，燃料电池106与蓄电池104同时以最大功率输出，维持有轨电车的加速过程，直到达到最大车速。
[0044]图5所示为根据本发明的实施例的匀速模式下能量管理方法流程图500。在步骤502中，车辆加速过程完成，则开始匀速行驶，此时，能量管理系统100进入匀速模式。在步骤504中，关闭第一双向DC/DC变换器122和第二双向DC/DC变换器124，此时，燃料电池106单独为牵引电机114供电。
[0045]在步骤506中，检测超级电容102的S0C值。在步骤508中，当超级电容102的S0C值小于第三预设S0C值时(表示超级电容102未充满)，控制第一双向DC/DC变换器122，使得燃料电池106的电能流经第一单向DC/DC变换器128和第一双向DC/DC变换器122，以给超级电容102充电。否则，进入步骤512。
[0046]在步骤512中，检测蓄电池104的S0C值。在步骤514中，当蓄电池104的S0C值小于第四预设S0C值时，则进入步骤516，控制第二双向DC/DC变换器124，使得燃料电池106的电能流经第一单向DC/DC变换器128和第二双向DC/DC变换器124，以给蓄电池104充电。否则，进入步骤518。
[0047]在步骤518中，即当蓄电池104的S0C值大于第四预设S0C值，并且，当超级电容102的S0C值大于第三预设S0C值时，控制第一单向DC/DC变换器128，减少燃料电池106的输出功率。
[0048]图6所示为根据本发明的实施例的制动模式下能量管理方法流程图600。在步骤602中，进入制动模式。此时，控制第一单向DC/DC变换器128，使得燃料电池106的输出功率等于辅助供电系统118所需的功率。在步骤604中，制动档位增加。在步骤606中，如果超级电容102的S0C值S0Cse小于S0CUP (表示超级电容102未充满)，则控制第一双向DC/DC变换器122，使得牵引电机114的电能通过牵引母线110流向超级电容102，以进入步骤608为超级电容102充电。
[0049]在步骤612中，如果蓄电池104的S0C值S0CB小于SOC BUP (表示蓄电池104未充满)，则控制第二双向DC/DC变换器124，使得牵引电机114的电能通过牵引母线110流向超级电容102和蓄电池104，以进入步骤614，为蓄电池104充电。
[0050]在步骤616中，制动档位继续增加，则启动第二单向DC/DC变换器120，使得制动电阻116消耗牵引母线110上的制动电能。
[0051]在步骤620中，S0Csc大于S0CUP (表明超级电容102已经充满)，则进入步骤622，将超级电容102切出牵引母线110。
[0052]在步骤624中，S0CB大于SOC BUP (表示蓄电池104未充满)，则进入步骤626，将蓄电池104切出牵引母线110。
[0053]优点在于，本发明的能量管理系统和方法将燃料电池、超级电容和蓄电池有效的结合在一起，根据牵引电车在启动、加速、勾速和制动等状态下的特征，控制燃料电池、