一种用于混合动力有轨电车的能量管理方法
【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方法。
【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方法，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方法，其特征在于，所述混合动力有轨电车包括牵引电机、牵引母线、超级电容、蓄电池和燃料电池，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，所述燃料电池通过第一单向DC/DC变换器和开关连接于所述牵引母线，所述第一单向DC/DC变换器和所述开关相互并联，所述能量管理方法包括以下步骤:
接收表示所述混合动力有轨电车状态的状态信号；
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；以及
根据所述能量管理模式控制所述第一双向DC/DC变换器、所述第二双向DC/DC变换器、所述第一单向DC/DC变换器和所述开关，以控制所述超级电容、所述蓄电池、所述燃料电池和所述牵引母线之间的能量传递，以驱动所述牵引电机。
[0005]在一个实施例中，在所述启动模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
闭合所述开关，以短接所述第一单向DC/DC变换器；
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燃料电池辅助系统，所述燃料电池辅助系统将燃料电池所需燃料注入所述燃料电池；
检测所述燃料电池的电压；以及
当所述燃料电池电压增长至阈值电压时，断开所述开关，关闭所述第二双向DC/DC变换器，并且，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变换器至所述牵引母线，以为所述牵引电机供电。
[0006]在一个实施例中，在所述加速模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤: 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；
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，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，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，所述第一预设SOC值大于所述第二 SOC值。
[0007]在一个实施例中，在所述匀速模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
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；
检测所述超级电容的S0C值；以及
当所述超级电容的S0C值小于第三预设S0C值时，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。
[0008]在一个实施例中，在所述匀速模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
检测所述蓄电池的S0C值；以及
当所述蓄电池的S0C值小于第四预设S0C值时，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。
[0009]在一个实施例中，在所述匀速模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
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，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。
[0010]在一个实施例中，在所述制动模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
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辅助供电系统所需的功率，所述辅助供电系统与所述牵引母线相连；
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。
[0011 ] 在一个实施例中，所述混合动力有轨电车还包括制动电阻，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；在所述制动模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
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。
[0012]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；在所述制动模式下，所述能量管理方法还包括以下步骤:
检测所述超级电容的S0C值和所述蓄电池的S0C值；
当所述超级电容的S0C值小于第五预设S0C值时，则开启所述第一双向DC/DC变换器，以使得所述牵引母线的电能流至所述超级电容，以给所述超级电容充电；
当所述超级电容的SOC值大于所述第五预设SOC值且所述蓄电池的SOC值小于第六预设SOC值时，则关闭所述第一双向DC/DC变换器，并启动所述第二双向DC/DC变换器，以使得所述牵引母线的电能流至所述蓄电池，以给所述蓄电池充电；以及
当所述超级电容的SOC值大于所述第五预设SOC值且所述蓄电池的SOC值大于第六预设SOC值时，开启所述第二单向DC/DC变换器，以使得所述牵引母线的电能从所述牵引母线流向所述制动电阻。
[0013]在一个实施例中，所述能量管理方法还包括以下步骤:
检测所述燃料电池的状态；
当所述燃料电池出现异常时，关闭所述第一单向DC/DC变换器并开启所述第二双向DC/DC变换器，以切出所述燃料电池，同时使得所述蓄电池为所述牵引母线提供电能。
[0014]与现有技术相比，本发明的能量管理方法将燃料电池、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、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】
[002