一种用于混合动力有轨电车的能量管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力系统技术领域，具体涉及到一种用于混合动力有轨电车的能量管理系统。
【背景技术】
[0002]现有技术中的有轨电车的牵引供电方式多采用直接供电或者功率较大的发电装置为其供电。其中，发电装置多为燃料电池。然而，燃料电池启动速度缓慢，达到其最大功率的反应时间较长，从而使得牵引电机启动缓慢，同时，有轨电车在行驶过程中牵引功率的突变也会降低燃料电池的使用寿命。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种用于混合动力有轨电车的能量管理系统，以解决由于燃料电池启动速度缓慢使得牵引电机启动缓慢的问题，同时，解决有轨电车在行驶过程中牵引功率的突变也会降低燃料电池的使用寿命的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
本发明提供了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。
[0005]在一个实施例中，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。
[0006]在一个实施例中，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。
[0007]在一个实施例中，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。
[0008]在一个实施例中，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。
[0009]在一个实施例中，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S0C值，当所述S0C值小于第一预设S0C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S0C值小于第二预设S0C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。
[0010]在一个实施例中，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S0C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S0C值小于第三预设S0C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。
[0011]在一个实施例中，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S0C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S0C值小于第四预设S0C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。
[0012]在一个实施例中，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S0C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S0C值大于第四预设S0C值，并且，当所述超级电容的S0C值大于第三预设S0C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。
[0013]在一个实施例中，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。
[0014]与现有技术相比，本发明的能量管理系统将燃料电池、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、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的作用，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燃料电池的损坏，从而延长了燃料电池的寿命。
【附图说明】
[0015]图1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系统。
[0016]图2所示为根据本发明的实施例的控制器的结构图。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
【具体实施方式】
[0021]以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些【具体实施方式】进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。