一种混合动力有轨电车再生制动能量回收系统的制作方法

本实用新型属于燃料电池混合动力技术领域，尤其涉及一种混合动力有轨电车再生制动能量回收系统。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，城市人口密集度和流动人口日益增加，现有的城市交通已不堪重负，交通不便利成为制约社会经济发展的一大因素，同时造成大中城市居民行车难坐车难的现象。私家车辆的增长，使交通更加拥堵，同时造成了大气污染和噪声污染。在交通领域城市轨道交通工具载客量大、速度快、效率高、舒适性、直接污染排放小等优点，加之混合动力有轨电车采用燃料电池/蓄电池/超级电容驱动，清洁无污染，因此成为城市优先选择的交通工具。有轨电车不仅在发达国家的大都市得到广泛的应用，而且在新兴的发展中国家如中国、印度和巴西的大都市得到快速的应用，并凸显出城市轨道交通独具魅力的优势。截至2017年2月，中国共有大连、天津、上海、沈阳、长春、苏州、南京、广州、淮安、青岛10座城市开通运营了15条有轨电车线路，并且有40余座城市正在规划和设计有轨电车交通系统，线路规划长度近6000km。随着城市轨道交通网络的快速发展及有轨电车相关技术的日趋成熟，城市交通运输系统中的车辆本体制造技术、车辆和车站的自动化控制技术、城市轨道交通车辆调度和运行管理系统的技术水平都得到了大幅度提升。人们在关注城市轨道交通车辆舒适性和自动化程度的同时，也逐渐意识到燃料电池混合动力有轨电车的环境效益和节能问题的重要性。

对于目前靠牵引网供电的有轨电车只有少部分具备制动能量回收能力，而且也只能在同一线路中有其他有轨电车需要从线路中吸取能量时才能进行制动能量回收，这种不仅回收方式单一，而且容易引起母线电压升高，造成母线电压的不稳定。对于使用清洁能源(如氢能)的有轨电车制动时由于制动功率较大，大的制动电流将对储能装置造成损坏。

技术实现要素：

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种混合动力有轨电车再生制动能量回收系统，保证系统制动性能前提下，实现逆变器回馈制动、电阻能耗制动和机械制动联合的制动，尽可能地回收制动能量，提高燃料利用率，实现燃料经济性的目的，延长储能装置使用寿命，降低成本。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种混合动力有轨电车再生制动能量回收系统，包括燃料电池、燃料电池供电回路、锂电池、锂电池供电回路、超级电容、超级电容供电回路、牵引逆变器、牵引电机、机械制动装置、制动电阻装置、直流母线、能量管理控制器、牵引控制器、辅助控制器和驾驶操纵平台；

所述燃料电池供电回路的输入端与燃料电池相连，所述燃料电池供电回路的输出端与直流母线相连；所述锂电池供电回路的第一端与锂电池相连；锂电池供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路的输出端并联相连，从而连接至所述直流母线；所述超级电容供电回路的第一端与超级电容相连；超级电容供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路及锂电池供电回路的输出端并联相连，从而连接至所述直流母线；所述牵引逆变器的第一端连接至直流母线，所述牵引逆变器的第二端与牵引电机相连；所述机械制动装置连接至混合动力有轨电车的车轮制动；所述制动电阻装置，连接至所述直流母线；

所述能量管理控制器，与所述燃料电池供电回路、锂电池供电回路、超级电容供电回路和驾驶操纵平台相连；所述牵引控制器与所述牵引逆变器、牵引电机和驾驶操纵平台相连，控制牵引逆变器和牵引电机；所述辅助控制器，采集牵引电机信号、直流母线信号和驾驶操纵平台指令，与所述制动电阻和机械制动装置的控制端相连，控制制动电阻和机械制动装置的投切。

进一步的是，所述能量管理控制器包括燃料电池功率控制器、锂电池功率控制器和超级电容功率控制器；所述辅助控制器包括制动电阻装置控制器和机械制动装置控制器；所述牵引控制器包括牵引逆变器控制器；

所述燃料电池功率控制器，与所述燃料电池供电回路相连；通过检测所述燃料电池状态的状态，产生所述燃料电池的控制信号；

所述锂电池功率控制器，与所述锂电池供电回路相连；通过检测所述锂电池的状态，产生所述锂电池的控制信号；

所述超级电容功率控制器，与所述超级电容供电回路相连；通过检测所述超级电容的状态，产生所述超级电容的控制信号；

所述牵引逆变器控制器，与所述牵引逆变器相连；通过检测牵引电机信号，从而产生所述牵引逆变器的控制信号；

所述制动电阻装置控制器，与所述系统母线和制动电阻装置相连；检测系统母线信号，产生所述制动电阻装置控制信号；

所述机械制动装置控制器，与所述机械制动装置相连；通过速度检测单元检测驾驶操纵制动控制指令，产生所述机械制动装置的控制信号。

进一步的是，还包括辅助供电电源，所述辅助供电电源从所述直流母线处获得电能，并给所述能量管理控制器、所述牵引逆变器控制系统、所述辅助控制器和所述机械制动装置控制器提供弱电。

进一步的是，所述机械制动装置包括空压机及制动主缸组件和压力调节装置，所述机械制动控制器连接至空压机及制动主缸组件的控制端口，空压机及制动主缸组件连接所述压力调节装置，所述压力调节装置连接至机车系统的车轮制动。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型保证系统制动性能前提下，实现逆变器回馈制动、电阻能耗制动和机械制动联合的制动，尽可能地回收制动能量，提高燃料利用率，实现燃料经济性的目的，延长储能装置使用寿命，降低成本；本实用新型利用电压检测电路和电流检测电路实时监测直流母线电压电流，通过制动电阻装置控制单元实现对制动电阻装置的投切，防止直流母线电压运行在过压或过流状态，以免对储能装置和其它装置造成不可逆转的损害或降低其工作性能。

附图说明

图1为本实用新型的一种混合动力有轨电车再生制动能量回收系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1所示，一种混合动力有轨电车再生制动能量回收系统，包括燃料电池、燃料电池供电回路、锂电池、锂电池供电回路、超级电容、超级电容供电回路、牵引逆变器、牵引电机、机械制动装置、制动电阻装置、直流母线、能量管理控制器、牵引控制器、辅助控制器和驾驶操纵平台；

所述燃料电池供电回路的输入端与燃料电池相连，所述燃料电池供电回路的输出端与直流母线相连；所述锂电池供电回路的第一端与锂电池相连；锂电池供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路的输出端并联相连，从而连接至所述直流母线；所述超级电容供电回路的第一端与超级电容相连；超级电容供电回路的第二端与所述燃料电池供电回路及锂电池供电回路的输出端并联相连，从而连接至所述直流母线；所述牵引逆变器的第一端连接至直流母线，所述牵引逆变器的第二端与牵引电机相连；所述机械制动装置连接至混合动力有轨电车的车轮制动；所述制动电阻装置，连接至所述直流母线；

所述能量管理控制器，与所述燃料电池供电回路、锂电池供电回路、超级电容供电回路和驾驶操纵平台相连；所述牵引控制器与所述牵引逆变器、牵引电机和驾驶操纵平台相连，控制牵引逆变器和牵引电机；所述辅助控制器，采集牵引电机信号、直流母线信号和驾驶操纵平台指令，与所述制动电阻和机械制动装置的控制端相连，控制制动电阻和机械制动装置的投切。

作为上述实施例的优化方案，所述能量管理控制器包括燃料电池功率控制器、锂电池功率控制器和超级电容功率控制器；所述辅助控制器包括制动电阻装置控制器和机械制动装置控制器；所述牵引控制器包括牵引逆变器控制器；

所述燃料电池功率控制器，与所述燃料电池供电回路相连；通过检测所述燃料电池状态的状态，产生所述燃料电池的控制信号；

所述锂电池功率控制器，与所述锂电池供电回路相连；通过检测所述锂电池的状态，产生所述锂电池的控制信号；

所述超级电容功率控制器，与所述超级电容供电回路相连；通过检测所述超级电容的状态，产生所述超级电容的控制信号；

所述牵引逆变器控制器，与所述牵引逆变器相连；通过检测牵引电机信号，从而产生所述牵引逆变器的控制信号；

所述制动电阻装置控制器，与所述系统母线和制动电阻装置相连；检测系统母线信号，产生所述制动电阻装置控制信号；

所述机械制动装置控制器，与所述机械制动装置相连；通过速度检测单元检测驾驶操纵制动控制指令，产生所述机械制动装置的控制信号。

作为上述实施例的优化方案，还包括辅助供电电源，所述辅助供电电源从所述直流母线处获得电能，并给所述能量管理控制器、所述牵引逆变器控制系统、所述辅助控制器和所述机械制动装置控制器提供弱电。

作为上述实施例的优化方案，所述机械制动装置包括空压机及制动主缸组件和压力调节装置，所述机械制动控制器连接至空压机及制动主缸组件的控制端口，空压机及制动主缸组件连接所述压力调节装置，所述压力调节装置连接至机车系统的车轮制动。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

检测燃料电池的状态，检测锂离子电池锂电池的状态，检测超级电容的状态，检测牵引电机运行的状态，检测直流母线的运行电压；

能量管理控制器控制锂电池供电回路中电能功率和传递方向、控制超级电容供电回路中电能功率和传递方向、控制燃料电池供电回路中电能功率和传递方向；辅助控制器控制制动电阻的投切和机械制动装置；牵引控制器控制牵引逆变器和牵引电机；实现逆变器回馈制动、电阻能耗制动和机械制动联合的制动，尽可能地回收制动能量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。