超级电容和蓄电池提供牵引电能，由此弥补了由于燃料电池启动缓慢而造成的加速缓慢，提高了启动效率。此外，超级电容和蓄电池起到了互补，并且补充了燃料电池的不足，在燃料电池能量偏低或者出现故障的时候及时为牵引电机供电，从而提高了能量管理系统的可靠性。此外，在制动状态下利用蓄电池和超级电容吸收多余的制动能量，节约了能量，也避免了多余能量对系统的损坏。
[0054]上文【具体实施方式】和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
【主权项】
1.一种用于混合动力有轨电车的能量管理系统，所述混合动力有轨电车包括牵引电机，其特征在于，所述能量管理系统包括: 牵引母线，用于为所述牵引电机提供电能； 超级电容，所述超级电容通过第一双向DC/DC变换器连接于所述牵引母线； 蓄电池，所述蓄电池通过第二双向DC/DC变换器连接于所述牵引母线； 燃料电池，所述燃料电池通过控制模块连接于所述牵引母线，所述控制模块包括二极管、第一单向DC/DC变换器和开关，所述开关与所述第一单向DC/DC变换器相互并联，所述开关与所述第一单向DC/DC变换器的第一共同节点与所述牵引母线相连，所述开关与所述第一单向DC/DC变换器的第二共同节点与所述二极管相连，所述二极管与所述燃料电池相连；以及 控制器，用于检测所述超级电容、所述蓄电池和所述燃料电池的状态，接收表示所述混合动力有轨电车状态的状态信号，并根据所述状态和所述状态信号分别控制所述超级电容、所述蓄电池和所述燃料电池与所述牵引母线的能量传递，以驱动所述牵引电机。2.根据权利要求1所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统还包括制动电阻，所述制动电阻通过第二单向DC/DC变换器与所述牵引母线相连，当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车处于制动状态时，所述控制器启动所述第二单向DC/DC变换器，使得所述制动电阻消耗所述牵引母线上的制动电能。3.根据权利要求2所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述能量管理系统还包括与所述第二共同节点相连的燃料电池辅助系统，用于当系统启动后，将燃料电池所需燃料注入所述燃料电池。4.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器包括开关控制模块、变换器控制模块和检测模块；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车开始启动时，所述开关控制模块闭合所述开关，以短接所述第一单向DC/DC变换器；并且，所述变换器控制模块控制所述第二双向DC/DC变换器将所述蓄电池的电能通过所述第二双向DC/DC变换器、所述牵引母线和所述开关传送至所述燃料电池辅助系统，从而启动所述燃料电池；所述检测模块检测所述燃料电池的电压，当所述燃料电池电压增长至阈值电压时，所述检测模块发送第一检测信号给所述开关控制模块和所述变换器控制模块；所述开关控制模块根据所述第一检测信号断开所述开关，关闭所述第二双向DC/DC变换器，并开启所述第一单向DC/DC变换器，此时，电能从所述燃料电池流经所述二极管、所述第一单向DC/DC变换器和所述牵引母线，以为所述牵引电机供电。5.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器包括开关控制模块和变换器控制模块；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车加速运行时，所述开关控制模块断开所述开关，并且，所述变换器控制模块开启所述第一双向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。6.根据权利要求5所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器还包括检测模块；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车加速运行时，所述检测模块检测所述超级电容的SOC值，当所述SOC值小于第一预设SOC值时，所述检测模块发出第二检测信号，所述变换器控制模块根据所述第二检测信号开启所述第二双向DC/DC变换器，此时，所述超级电容、所述蓄电池和所述燃料电池共同为所述牵引电机供电；当所述SOC值小于第二预设SOC值时，所述变换器控制模块根据所述第二检测信号关闭所述第一双向DC/DC变换器，并开启所述第二双向DC/DC变换器，此时，所述蓄电池和所述燃料电池共同为所述牵引电机供电；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车停止加速时，所述变换器控制模块根据所述第二检测信号关闭所述第一双向DC/DC变换器和所述第二双向DC/DC变换器，此时，所述燃料电池单独为所述牵引电机供电。7.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器包括变换器控制模块和检测模块；所述检测模块检测所述超级电容的SOC值；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车处于匀速行驶，并且，当所述超级电容的SOC值小于第三预设SOC值时，所述变换器控制模块控制所述第一双向DC/DC变换器，使得所述燃料电池的电能流经所述第一单向DC/DC变换器和所述第一双向DC/DC变换器，以给所述超级电容充电。8.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器包括变换器控制模块和检测模块；所述检测模块检测所述蓄电池的SOC值；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车处于匀速行驶，并且，当所述蓄电池的SOC值小于第四预设SOC值时，所述变换器控制模块控制所述第二双向DC/DC变换器，使得所述燃料电池的电能流经所述第一单向DC/DC变换器和所述第二双向DC/DC变换器，以给所述蓄电池充电。9.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器包括变换器控制模块和检测模块；所述检测模块检测所述蓄电池和所述超级电容的SOC值；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车处于匀速行驶，当所述蓄电池的SOC值大于第四预设SOC值，并且，当所述超级电容的SOC值大于第三预设SOC值，所述变换器控制模块控制所述第一单向DC/DC变换器，减少所述燃料电池的输出功率。10.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其特征在于，所述控制器包括变换器控制模块和辅助供电系统，所述辅助供电系统与所述牵引母线相连；当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车处于制动状态，所述变换器控制模块控制所述第一单向DC/DC变换器，使得所述燃料电池的输出功率等于所述辅助供电系统所需的功率，并且，所述变换器控制模块控制所述第一双向DC/DC变换器和所述第二双向DC/DC变换器，使得所述牵引电机的电能通过所述牵引母线流向所述超级电容和所述蓄电池，以为所述超级电容和所述蓄电池充电。
【专利摘要】本发明公开了一种用于混合动力有轨电车的能量管理系统，其包括牵引母线、超级电容、蓄电池、燃料电池和控制器。所述超级电容通过第一双向DC/DC变换器连接于所述牵引母线；所述蓄电池通过第二双向DC/DC变换器连接于所述牵引母线；所述燃料电池通过控制模块连接于所述牵引母线，所述控制模块包括二极管、第一单向DC/DC变换器和开关，所述开关与所述第一单向DC/DC变换器相互并联，所述开关与所述第一单向DC/DC变换器的第一共同节点与所述牵引母线相连，所述开关与所述第一单向DC/DC变换器的第二共同节点与所述二极管相连，所述二极管与所述燃料电池相连；所述控制器根据有轨电车的状态控制超级电容、蓄电池和燃料电池与牵引母线的能量传递，以驱动牵引电机。
【IPC分类】B60L11/18, B60L11/00, B61C3/02
【公开号】CN105313709
【申请号】CN201510176373
【发明人】陈维荣, 陈骏亚, 李奇, 刘志祥, 张雪霞, 戴朝华, 孙帮成, 李明高, 李明
【申请人】西南交通大学, 唐山轨道客车有限责任公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年4月15日