一種軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于軌道交通再生能量?jī)?chǔ)存利用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型的軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置，其多相交錯(cuò)斬波模塊、超級(jí)電容模塊、蓄電池模塊和逆變模塊等功能模塊電信息連通，上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、再生能量吸收控制系統(tǒng)和蓄電池管理系統(tǒng)等系統(tǒng)采用集散方式控制；車(chē)輛制動(dòng)時(shí)多相交錯(cuò)斬波模塊吸收再生電能，并對(duì)超級(jí)電容模塊和蓄電池模塊充電，當(dāng)車(chē)輛啟動(dòng)加速和慣性行駛時(shí)超級(jí)電容模塊的電能再通過(guò)多相交錯(cuò)斬波模塊對(duì)蓄電池模塊充電，逆變模塊把蓄電池模塊中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電后輸出給高速充電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高速充電機(jī)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)快速充電；其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝原理可靠，儲(chǔ)能效率高，能量利用廣泛，節(jié)能效果明顯，應(yīng)用環(huán)境友好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本實(shí)用新型屬于軌道交通再生能量?jī)?chǔ)存利用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型的制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存和電動(dòng)汽車(chē)高速充電裝置，特別是一種節(jié)能減排和再生能源綜合利用的軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]目前，在軌道交通領(lǐng)域中，車(chē)輛已普遍采用再生電制動(dòng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)再生制動(dòng)能量的處理方式多種多樣；國(guó)內(nèi)主要以電阻耗能和混合逆變(逆變回饋+電阻耗能)形式為主，其中逆變回饋主要以站內(nèi)400V用電網(wǎng)絡(luò)和整流變壓器二次側(cè)為回饋節(jié)點(diǎn)，而純逆變模式因上述節(jié)點(diǎn)功率容量問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)還未有工程先列；國(guó)際上，近幾年已出現(xiàn)各種再生能量的儲(chǔ)能模式，如德國(guó)的飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能；如日本的超級(jí)電容儲(chǔ)能和鋰離子電池儲(chǔ)能；韓國(guó)的超級(jí)電容儲(chǔ)能等。當(dāng)然，這些國(guó)家的純逆變回饋技術(shù)也已相當(dāng)成熟，有不少成功案例，各種儲(chǔ)能方式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)難度，有待于繼續(xù)完善和改進(jìn)?？v觀現(xiàn)狀，無(wú)論是逆變回饋方式還是儲(chǔ)能方式，再生能量的流向全都局限于軌道交通供電系統(tǒng)內(nèi)部，并未向其它領(lǐng)域拓展。
[0003]高速充電站(充電樁)是近幾年隨著人們節(jié)能環(huán)保的意識(shí)和電動(dòng)汽車(chē)的普及而出現(xiàn)的新型供電項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外已有不少示范點(diǎn)，但因蓄電池的續(xù)航里程和充電時(shí)間問(wèn)題還未完全普及，EV車(chē)用蓄電池的容量、續(xù)航里程、使用壽命和充電時(shí)間等直接影響著電動(dòng)汽車(chē)的普及速度，進(jìn)而影響高速充電站的普及范圍；對(duì)于高速充電機(jī)來(lái)說(shuō)主要任務(wù)是在不影響電池壽命的情況下盡可能快速向蓄電池充電，歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的高速充電機(jī)可在15?30分鐘內(nèi)使蓄電池達(dá)到滿(mǎn)充電狀態(tài)，更有甚者，可在5?8分鐘內(nèi)達(dá)到50 %?80 %容量充電狀態(tài)，雖說(shuō)不影響使用壽命，但對(duì)蓄電池的壽命影響有多大，還有待于考察和實(shí)證。所以，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上尋求設(shè)計(jì)提供一種新的再生制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存機(jī)制和應(yīng)用方式，即軌道車(chē)輛再生電能向電動(dòng)汽車(chē)快速充電的系統(tǒng)裝置很有社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本實(shí)用新型的發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有軌道車(chē)輛再生電能儲(chǔ)存利用范圍單一缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種吸收儲(chǔ)存并有效利用軌道交通制動(dòng)能量的新型系統(tǒng)裝置，該裝置將軌道交通車(chē)輛的再生制動(dòng)能量通過(guò)專(zhuān)用的儲(chǔ)能器儲(chǔ)存起來(lái)，給設(shè)在軌道車(chē)輛供電站附近的電動(dòng)汽車(chē)快速充電站內(nèi)高速充電機(jī)進(jìn)行供電，并通過(guò)高速充電機(jī)在15?20分鐘內(nèi)完成對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的快速充電；該裝置的能量流向沒(méi)有局限于軌道車(chē)輛供電系統(tǒng)內(nèi)部，而是由軌道車(chē)輛流向EV電動(dòng)汽車(chē)；通過(guò)本裝置的橋梁作用，不僅延伸了綠色能源的應(yīng)用途徑，還為今后綠色能源的分布式管理提供新思路；本裝置采用高速充電機(jī)充電，不僅節(jié)省時(shí)間，并且節(jié)約市電電能消耗；將軌道交通車(chē)輛電制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量變廢為寶，并通過(guò)高速充電擴(kuò)大電動(dòng)汽車(chē)的普及范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的功效；儲(chǔ)能器和高速充電機(jī)是整個(gè)裝置的核心部件，儲(chǔ)能器被安裝在軌道車(chē)輛供電站內(nèi)，其主要功能是將軌道列車(chē)剎車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的再生制動(dòng)能量吸收并儲(chǔ)存，高速充電站建設(shè)在列車(chē)供電站或列車(chē)停靠站附近交通便利的位置，以方便電動(dòng)汽車(chē)充電前后的行駛與停泊；本裝置的核心技術(shù)特征在于:一是使軌道車(chē)輛的制動(dòng)能量推廣應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)；二是采用超級(jí)電容和蓄電池對(duì)再生制動(dòng)能量混合吸收存儲(chǔ)；三是采用變頻變寬高速蓄電池充電機(jī)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型涉及的系統(tǒng)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括預(yù)充電模塊、第一多相交錯(cuò)斬波模塊、并聯(lián)吸收電阻模塊、超級(jí)電容模塊、第二多相交錯(cuò)斬波模塊、蓄電池模塊、逆變模塊、雙電源轉(zhuǎn)換模塊、高速充電站和高速充電機(jī)，各模塊與高速充電站和高速充電機(jī)電信息組合連通構(gòu)成如圖1所示的軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置；本裝置還包括上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、再生能量吸收控制系統(tǒng)、蓄電池管理控制系統(tǒng)、充電站管理系統(tǒng)、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，再生能量吸收控制系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)電信息連通；上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)電信息連通；各系統(tǒng)電信息連通構(gòu)成軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置的控制系統(tǒng)；儲(chǔ)能采用超級(jí)電容和鋰電池儲(chǔ)能的復(fù)合結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容模塊和蓄電池模塊組合成儲(chǔ)能器，車(chē)輛制動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能器通過(guò)第一多相交錯(cuò)斬波模塊和第二多相交錯(cuò)斬波模塊同時(shí)對(duì)超級(jí)電容模塊和蓄電池模塊充電，第一多相交錯(cuò)斬波模塊吸收總的再生制動(dòng)電能，第二多相交錯(cuò)斬波模塊吸收屬于蓄電池模塊的再生電能，剩余部分電能自動(dòng)儲(chǔ)存于超級(jí)電容模塊中，第二多相交錯(cuò)斬波模塊的吸收作用拓展超級(jí)電容儲(chǔ)存容量的功能；通過(guò)多相交錯(cuò)斬波對(duì)超級(jí)電容模塊和蓄電池模塊充電，降低電感量的同時(shí)又能獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和紋波系數(shù)，有利于再生制動(dòng)能量的吸收控制；在車(chē)輛的啟動(dòng)加速和慣性行駛時(shí)間段內(nèi)超級(jí)電容模塊的電位能量持續(xù)通過(guò)第二多相交錯(cuò)斬波模塊對(duì)蓄電池模塊進(jìn)行充電，騰空超級(jí)電容模塊的儲(chǔ)能空間，為下一周期再生制動(dòng)能量的存儲(chǔ)做準(zhǔn)備，并且進(jìn)一步增加蓄電池模塊的儲(chǔ)電能量，提高蓄電池模塊對(duì)高速充電機(jī)的供電能力；高速充電機(jī)給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行高速充電，高速充電機(jī)設(shè)置有高速充電的智能控制功能，通過(guò)變頻調(diào)制和脈寬調(diào)制，輸出可變頻率、可變脈寬的脈動(dòng)電流，向車(chē)載蓄電池充電；變頻調(diào)制是結(jié)合蓄電池不同荷電狀態(tài)，提供不同的充放電速率，不同荷電狀態(tài)下蓄電池的電荷結(jié)合速率不同；脈寬調(diào)制是結(jié)合蓄電池不同SOC (充放電深度)狀態(tài)，提供不同的充放電功率，不同SOC狀態(tài)下蓄電池的電荷接納能力不同，控制系統(tǒng)根據(jù)蓄電池的端電壓、動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、充放電電流、內(nèi)部溫度和荷電狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)得出當(dāng)前的最佳充放電頻率和脈寬，保證車(chē)載蓄電池的充電速率的同時(shí)保證蓄電池模塊的安全和使用壽命；高速充電機(jī)設(shè)有與車(chē)載電池管理系統(tǒng)的通訊接口，用于所需信號(hào)的采集，詳見(jiàn)附圖3所示高速充電機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
[0006]本實(shí)用新型涉及的預(yù)充電模塊的功能是向第一多相交錯(cuò)斬波模塊中的每相前置濾波電容進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充電流的大小由整流單元輸出端的充電電阻大小決定；第一多相交錯(cuò)斬波模塊的主要功能是吸收再生電能，通過(guò)直流母線電壓吸收設(shè)定值和吸收電流最大設(shè)定值進(jìn)行定電壓和定電流雙環(huán)PID控制，電壓環(huán)在外、電流環(huán)在內(nèi)，采用多相交錯(cuò)并聯(lián)電路，每相的平波電感量和體積小，輸出總電流的紋波系數(shù)??；并聯(lián)吸收電阻模塊是當(dāng)超級(jí)電容模塊和蓄電池模塊接近滿(mǎn)充電狀態(tài)，但再生還沒(méi)結(jié)束時(shí)進(jìn)行剩余能量的能耗吸收，超級(jí)電容模塊和蓄電池模塊的容量設(shè)計(jì)合理時(shí)并聯(lián)吸收電阻模塊的投入幾率很小，并聯(lián)吸收電阻模塊的另一作用是超級(jí)電容器模塊和蓄電池模塊進(jìn)行維護(hù)時(shí)提供電能的釋放回路；超級(jí)電容模塊的功能是儲(chǔ)存大功率的再生能量，由于超級(jí)電容模塊的功率密度大，當(dāng)?shù)谝欢嘞嘟诲e(cuò)斬波模塊工作時(shí)大部分能量?jī)?chǔ)存于超級(jí)電容模塊中，超級(jí)電容模塊具有對(duì)超級(jí)電容單體的均壓、過(guò)溫和過(guò)壓的保護(hù)功能；第二多相交錯(cuò)斬波模塊的功能是向蓄電池模塊進(jìn)行快速充電，采用電流脈沖變頻控制方式，隨著電池充放電深度(SOC)的增加，電流正脈沖、間歇脈沖、負(fù)脈沖的脈寬會(huì)減小，頻率會(huì)加大；蓄電池模塊中設(shè)置有蓄電池管理系統(tǒng)，內(nèi)部含有快速放電模塊、電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和保護(hù)模塊，第二多相交錯(cuò)斬波模塊與蓄電池模塊中的蓄電池管理系統(tǒng)保持實(shí)時(shí)通訊，保證蓄電池模塊的安全和快速充電；蓄電池模塊的功能是存儲(chǔ)超級(jí)電容模塊吸收的再生能量，再生結(jié)束后第一多相交錯(cuò)斬波模塊停止工作，第二多相交錯(cuò)斬波模塊繼續(xù)工作，直到超級(jí)電容模塊中存儲(chǔ)的能量全部轉(zhuǎn)移到蓄電池模塊中，以便在下一周期制動(dòng)時(shí)超級(jí)電容模塊能夠再次吸收能量，蓄電池模塊的容量為超級(jí)電容容量的5?10倍；逆變模塊是把蓄電池模塊中的直流電轉(zhuǎn)換為適合高速充電機(jī)使用的交流電，逆變模塊結(jié)合高速充電站的規(guī)模設(shè)計(jì)成小功率逆變單元模塊，每個(gè)小功率逆變單元模塊配置I?2臺(tái)高速充電機(jī)；雙電源轉(zhuǎn)換模塊是對(duì)逆變器模塊的輸出和市電輸入進(jìn)行切換，當(dāng)高速充電站的負(fù)荷過(guò)大使蓄電池模塊的電能供應(yīng)不足時(shí)切換到市電輸入，正常情況下市電輸入幾率很少，只作為后備方案；高速充電站中設(shè)有多臺(tái)高速充電機(jī)，構(gòu)成電動(dòng)汽車(chē)的快速充電平臺(tái)，規(guī)模根據(jù)當(dāng)?shù)剀壍儡?chē)輛供電站分布情況和電動(dòng)車(chē)的普及狀況確定，為提高電能利用率，再生電能的吸收量和電動(dòng)汽車(chē)的充電量需要達(dá)到平衡，以蓄電池模塊不過(guò)充和不過(guò)放為準(zhǔn)；高速充電機(jī)向EV電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行快速充電，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池管理系統(tǒng)，在15?30分鐘內(nèi)對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行滿(mǎn)充電，高速充電機(jī)為整套系統(tǒng)的核心，能否快速充電直接關(guān)系到蓄電池模塊的容量大小，充電越快蓄電池模塊的容量越小，反之亦然。
[0007]本實(shí)用新型涉及的控制系統(tǒng)采用集散控制方式，每個(gè)控制單元模塊具有獨(dú)立的控制功能，統(tǒng)一受控于上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，分而自治，綜合協(xié)調(diào)，每個(gè)控制單元模塊的失效或退出不會(huì)使整個(gè)控制系統(tǒng)癱瘓；再生能量吸收控制系統(tǒng)結(jié)合本身數(shù)據(jù)采集信號(hào)與變電站自動(dòng)化信號(hào)，實(shí)現(xiàn)再生能量的吸收控制，包括預(yù)充電控制、斬波控制和超級(jí)電容控制功能；蓄電池管理控制系統(tǒng)結(jié)合本身數(shù)據(jù)采集信號(hào)與蓄電池模塊的管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的快速充放電控制，包括多相斬波充電控制、蓄電池管理和保護(hù)、逆變模塊控制和雙電源轉(zhuǎn)換控制；充電站管理系統(tǒng)為高速充電站的監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各臺(tái)高速充電機(jī)的監(jiān)控和管理；上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理再生能量吸收控制系統(tǒng)、蓄電池管理控制系統(tǒng)和充電站管理系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)向上兼容于上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，向下又分出多個(gè)功能模塊，再生能量吸收控制系統(tǒng)向下分出信號(hào)采集、預(yù)充電控制和斬波控制模塊。
[0008]本實(shí)用新型涉及的高速充電機(jī)由交直流功率變換模塊、DC/DC功率變換模塊、整流濾波模塊和充放電控制模塊電連通組合而成，交直流功率變換模塊把輸入交流電轉(zhuǎn)換為供DC/DC功率變換模塊使用的直流電；DC/DC功率變換模塊根據(jù)系統(tǒng)裝置中設(shè)置的微處理器單元給出的信號(hào)變換出充放電控制模塊所需的直流電能，經(jīng)整流濾波后供充放電控制模塊向車(chē)載蓄電池快速充電；系統(tǒng)裝置中設(shè)置的微處理器單元通過(guò)與EV車(chē)電池管理系統(tǒng)通訊，檢測(cè)車(chē)載蓄電池模塊的端電壓、動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、荷電狀態(tài)、SOC和溫度的信息，并結(jié)合本身數(shù)據(jù)得出每種車(chē)載蓄電池模塊的最佳快充曲線，根據(jù)快充曲線和蓄電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息不斷調(diào)整充放電控制模塊輸出的充電電流脈沖、間歇脈沖、放電脈沖的寬度及頻率，使蓄車(chē)載電池模塊在最佳狀態(tài)下完成快速充電；每種車(chē)載蓄電池的充放電特性不相同，控制系統(tǒng)中設(shè)有記憶功能，對(duì)不同類(lèi)型車(chē)載蓄電池具有針對(duì)性的充放電對(duì)策，實(shí)現(xiàn)該修復(fù)時(shí)修復(fù)、該充電時(shí)充電、該放電時(shí)放電的功效，使車(chē)載蓄電池時(shí)刻保持最佳狀態(tài)的同時(shí)不影響蓄電池的使用壽命。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝原理可靠，儲(chǔ)能效率高，能量利用廣泛，節(jié)能效果明顯，應(yīng)用環(huán)境友好。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
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[0010]圖1為本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)電路連接原理示意圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型的高速充電機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0013]下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]本實(shí)施例涉及的系統(tǒng)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括預(yù)充電模塊1、第一多相交錯(cuò)斬波模塊2、并聯(lián)吸收電阻模塊3、超級(jí)電容模塊4、第二多相交錯(cuò)斬波模塊5、蓄電池模塊6、逆變模塊7、雙電源轉(zhuǎn)換模塊8、高速充電站9和高速充電機(jī)10，各模塊與高速充電站9和高速充電機(jī)10電信息組合連通構(gòu)成如圖1所示的軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置；本裝置還包括上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)15、再生能量吸收控制系統(tǒng)12、蓄電池管理控制系統(tǒng)13、充電站管理系統(tǒng)14、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)11和顯示系統(tǒng)16，再生能量吸收控制系統(tǒng)12與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)11電信息連通；上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)15與顯示系統(tǒng)16電信息連通；各系統(tǒng)電信息連通構(gòu)成軌道交通制動(dòng)能量回收儲(chǔ)存利用裝置的控制系統(tǒng)；儲(chǔ)能采用超級(jí)電容和鋰電池儲(chǔ)能的復(fù)合結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容模塊4和蓄電池模塊6組合成儲(chǔ)能器，車(chē)輛制動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能器通過(guò)第一多相交錯(cuò)斬波模塊2和第二多相交錯(cuò)斬波模塊5同時(shí)對(duì)超級(jí)電容模塊4和蓄電池模塊6充電，第一多相交錯(cuò)斬波模塊2吸收總的再生制動(dòng)電能,第二多相交錯(cuò)斬波模塊5吸收屬于蓄電池模塊6的再生電能，剩余部分電能自動(dòng)儲(chǔ)存于超級(jí)電容模塊4中，第二多相交錯(cuò)斬波模塊5的吸收作用拓展超級(jí)電容儲(chǔ)存容量的功能；通過(guò)多相交錯(cuò)斬波對(duì)超級(jí)電容模塊4和蓄電池模塊6充電，降低電感量的同時(shí)又能獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和紋波系數(shù)，有利于再生制動(dòng)能量的吸收控制；在車(chē)輛的啟動(dòng)加速和慣性行駛時(shí)間段內(nèi)超級(jí)電容模塊4的電位能量持續(xù)通過(guò)第二多相交錯(cuò)斬波模塊5對(duì)蓄電池模塊6進(jìn)行充電，騰空超級(jí)電容模塊4的儲(chǔ)能空間，為下一周期再生制動(dòng)能量的存儲(chǔ)做準(zhǔn)備，并且進(jìn)一步增加蓄電池模塊6的儲(chǔ)電能量，提高蓄電池模塊6對(duì)高速充電機(jī)10的供電能力；高速充電機(jī)10給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行高速充電，高速充電機(jī)10設(shè)置有高速充電的智能控制功能，通過(guò)變頻調(diào)制和脈寬調(diào)制，輸出可變頻率、可變脈寬的脈動(dòng)電流，向車(chē)載蓄電池充電；變頻調(diào)制是結(jié)合蓄電池不同荷電狀態(tài)，提供不同的充放電速率，不同荷電狀態(tài)下蓄電池的電荷結(jié)合速率不同；脈寬調(diào)制是結(jié)合蓄電池不同SOC (充放電深度)狀態(tài)，提供不同的充放電功率，不同SOC狀態(tài)下蓄電池的電荷接納能力不同，控制系統(tǒng)根據(jù)蓄電池的端電壓、動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、充放電電流、內(nèi)部溫度和荷電狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)得出當(dāng)前的最佳充放電頻率和脈寬，保證車(chē)載蓄電池的充電速率的同時(shí)保證蓄電池模塊的安全和使用壽命；高速充電機(jī)10設(shè)有與車(chē)載電池管理系統(tǒng)的通訊接口，用于所需信號(hào)的采集，詳見(jiàn)附圖3所示高速充電機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
[0015]本實(shí)施例涉及的預(yù)充電模塊I的功能是向第一多相交錯(cuò)斬波模塊2中的每相前置濾波電容進(jìn)行預(yù)充電，預(yù)充電流的大小由整流單元輸出端的充電電阻大小決定；第一多相交錯(cuò)斬波模塊2的主要功能是吸收再生電能，通過(guò)直流母線電壓吸收設(shè)定值和吸收電流最大設(shè)定值進(jìn)行定電壓和定電流雙環(huán)PID控制，電壓環(huán)在外、電流環(huán)在內(nèi)，采用多相交錯(cuò)并聯(lián)電路，每相的平波電感量和體積小，輸出總電流的紋波系數(shù)?。徊⒙?lián)吸收電阻模塊3是當(dāng)超級(jí)電容模塊4和蓄電池模塊6接近滿(mǎn)充電狀態(tài)，但再生還沒(méi)結(jié)束時(shí)進(jìn)行剩余能量的能耗吸收，超級(jí)電容模塊4和蓄電池模塊6的容量設(shè)計(jì)合理時(shí)并聯(lián)吸收電阻模塊3的投入幾率很小，并聯(lián)吸收電阻模塊3的另一作用是超級(jí)電容器模塊4和蓄電池模塊6進(jìn)行維護(hù)時(shí)提供電能的釋放回路；超級(jí)電容模塊4的功能是儲(chǔ)存大功率的再生能量，由于超級(jí)電容模塊4的功率密度大，當(dāng)?shù)谝欢嘞嘟诲e(cuò)斬波模塊2工作時(shí)大部分能量?jī)?chǔ)存于超級(jí)電容模塊4中，超級(jí)電容模塊4具有對(duì)超級(jí)電容單體的均壓、過(guò)溫和過(guò)壓的保護(hù)功能；第二多相交錯(cuò)斬波模塊5的功能是向蓄電池模塊6進(jìn)行快速充電，采用電流脈沖變頻控制方式，隨著電池充放電深度(SOC)的增加，電流正脈沖、間歇脈沖、負(fù)脈沖的脈寬會(huì)減小，頻率會(huì)加大；蓄電池模塊6中設(shè)置有蓄電池管理系統(tǒng)，內(nèi)部含有快速放電模塊、電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和保護(hù)模塊，第二多相交錯(cuò)斬波模塊5與蓄電池模塊6中的蓄電池管理系統(tǒng)保持實(shí)時(shí)通訊，保證蓄電池模塊6的安全和快速充電；蓄電池模塊6的功能是存儲(chǔ)超級(jí)電容模塊吸收的再生能量，再生結(jié)束后第一多相交錯(cuò)斬波模塊2停止工作，第二多相交錯(cuò)斬波模塊5繼續(xù)工作，直到超級(jí)電容模塊4中存儲(chǔ)的能量全部轉(zhuǎn)移到蓄電池模塊6中，以便在下一周期制動(dòng)時(shí)超級(jí)電容模塊4能夠再次吸收能量，蓄電池模塊6的容量為超級(jí)電容容量的5?10倍；逆變模塊7是把蓄電池模塊6中的直流電轉(zhuǎn)換為適合高速充電機(jī)10使用的交流電，逆變模塊7結(jié)合高速充電站9的規(guī)模設(shè)計(jì)成小功率逆變單元模塊，每個(gè)小功率逆變單元模塊配置I?2臺(tái)高速充電機(jī)；雙電源轉(zhuǎn)換模塊8是對(duì)逆變器模塊7的輸出和市電輸入進(jìn)行切換，當(dāng)高速充電站9的負(fù)荷過(guò)大使蓄電池模塊6的電能供應(yīng)不足時(shí)切換到市電輸入，正常情況下市電輸入幾率很少，只作為后備方案；高速充電站9中設(shè)有多臺(tái)高速充電機(jī)10，構(gòu)成電動(dòng)汽車(chē)的快速充電平臺(tái)，規(guī)模根據(jù)當(dāng)?shù)剀壍儡?chē)輛供電站分布情況和電動(dòng)車(chē)的普及狀況確定，為提高電能利用率，再生電能的吸收量和電動(dòng)汽車(chē)的充電量需要達(dá)到平衡，以蓄電池模塊6不過(guò)充和不過(guò)放為準(zhǔn)；高速充電機(jī)10向EV電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行快速充電，結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池管理系統(tǒng)，在15?30分鐘內(nèi)對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行滿(mǎn)充電，高速充電機(jī)為整套系統(tǒng)的核心，能否快速充電直接關(guān)系到蓄電池模塊6的容量大小，充電越快蓄電池模塊6的容量越小，反之亦然。
[0016]本實(shí)施例涉及的控制系統(tǒng)采用集散控制方式，每個(gè)控制單元模塊具有獨(dú)立的控制功能，統(tǒng)一受控于上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，分而自治，綜合協(xié)調(diào)，每個(gè)控制單元模塊的失效或退出不會(huì)使整個(gè)控制系統(tǒng)癱瘓；再生能量吸收控制系統(tǒng)結(jié)合本身數(shù)據(jù)采集信號(hào)與變電站自動(dòng)化信號(hào)，實(shí)現(xiàn)再生能量的吸收控制系統(tǒng)12，包括預(yù)充電控制、斬波控制和超級(jí)電容控制功能；蓄電池管理控制系統(tǒng)13結(jié)合本身數(shù)據(jù)采集信號(hào)與蓄電池模塊6的管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的快速充放電控制，包括多相斬波充電控制、蓄電池管理和保護(hù)、逆變模塊控制和雙電源轉(zhuǎn)換控制；充電站管理系統(tǒng)14為高速充電站9的監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各臺(tái)高速充電機(jī)10的監(jiān)控和管理；上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)15協(xié)調(diào)管理再生能量吸收控制系統(tǒng)12、蓄電池管理控制系統(tǒng)13和充電站管理系統(tǒng)14三個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)向上兼容于上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)15，向下又分出多個(gè)功能模塊，再生能量吸收控制系統(tǒng)12向下分出信號(hào)采集、預(yù)充電控制和斬波控制模塊。
[0017]本實(shí)施例涉及的高速充電機(jī)10由交直流功率變換模塊17、DC/DC功率變換模塊18、整流濾波模塊19和充放電控制模塊20電連通組合而成，交直流功率變換模塊17把輸入交流電轉(zhuǎn)換為供DC/DC功率變換模塊18使用的直流電；DC/DC功率變換模塊18根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)置的微處理器單元給出的信號(hào)變換出充放電控制模塊20所需的直流電能，經(jīng)整流濾波后供充放電控制模塊20向車(chē)載蓄電池快速充電；系統(tǒng)裝置中設(shè)置的微處理器單元通過(guò)與EV車(chē)電池管理系統(tǒng)通訊，檢測(cè)車(chē)載蓄電池模塊的端電壓、動(dòng)態(tài)內(nèi)阻、荷電狀態(tài)、SOC和溫度的信息，并結(jié)合本身數(shù)據(jù)得出每種車(chē)載蓄電池模塊的最佳快充曲線，根據(jù)快充曲線和蓄電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息不斷調(diào)整充放電控制模塊輸出的充電電流脈沖、間歇脈沖、放電脈沖的寬度及頻率，使蓄車(chē)載電池模塊在最佳狀態(tài)下完成快速充電；每種車(chē)載蓄電池的充放電特性不相同，控制系統(tǒng)中設(shè)有記憶功能，對(duì)不同類(lèi)型車(chē)載蓄電池具有針對(duì)性的充放電對(duì)策，實(shí)現(xiàn)該修復(fù)時(shí)修復(fù)、該充電時(shí)充電、該放電時(shí)放電的功效，使車(chē)載蓄電池時(shí)刻保持最佳狀態(tài)的同時(shí)不影響蓄電池的使用壽命。
[0018]實(shí)施例:
[0019]本實(shí)施例的變電站直流母線通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)QS和高速斷路器QF與本裝置的主回路連接，由DPTl電壓傳感器檢測(cè)變電站直流母線電壓，當(dāng)變電站直流母線電壓在允許范圍內(nèi)(1500V系統(tǒng)1000?1800V、750V系統(tǒng)500?900V)時(shí)，通過(guò)預(yù)充電模塊I向第一多相交錯(cuò)斬波模塊2的每相支撐電容C11、C12、C13、…進(jìn)行充電，當(dāng)支撐電容電壓與變電站直流母線電壓相差50V左右時(shí)閉合本裝置的接觸器KMl，并退出預(yù)充電模塊I，此時(shí)本裝置已進(jìn)入待運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)有車(chē)輛制動(dòng)使母線電壓升高至本裝置的吸收設(shè)定值(1680V)以上時(shí)第一多相交錯(cuò)斬波模塊2和第二多相交錯(cuò)斬波模塊5工作，吸收車(chē)輛的再生電能，第一多相交錯(cuò)斬波模塊2的每相吸收電流最大值600A，每相紋波系數(shù)60%，當(dāng)采用三相交錯(cuò)時(shí)得20%紋波系數(shù)，第二多相交錯(cuò)斬波模塊5的吸收電流結(jié)合蓄電池模塊6的充電電流特性設(shè)置，本實(shí)施例設(shè)置為200A ；當(dāng)超級(jí)電容模塊4達(dá)到滿(mǎn)充電狀態(tài)，但變電站母線電壓還高于吸收設(shè)定值時(shí)，并聯(lián)吸收電阻模塊3投入；超級(jí)電容模塊4的電壓變化范圍600?1200V，容量24F，由超級(jí)電容模組串并聯(lián)而成，蓄電池模塊6的額定電壓600V，蓄電池模塊6的儲(chǔ)電量設(shè)計(jì)為超級(jí)電容模塊4儲(chǔ)電量的10倍，當(dāng)蓄電池模塊6不向外放電時(shí)儲(chǔ)存7.5次超級(jí)電容模塊4的電能；再生結(jié)束后超級(jí)電容模塊4通過(guò)第二多相交錯(cuò)斬波模塊5繼續(xù)向蓄電池模塊6進(jìn)行充電，直至超級(jí)電容模塊4的電壓降到600V，至此再生能量吸收控制系統(tǒng)12、蓄電池管理控制系統(tǒng)13的工作已完成，剩余充電站管理系統(tǒng)14的工作內(nèi)容；充電站管理系統(tǒng)14的工作內(nèi)容是通過(guò)高速充電機(jī)10向EV電動(dòng)車(chē)進(jìn)行快速充電，電能來(lái)源是蓄電池模塊6儲(chǔ)存的再生電能，由逆變模塊7完成再生電能的逆變輸出，雙電源轉(zhuǎn)換模塊8的市電切入功能在本實(shí)施例中只是作為后備方案使用，只要蓄電池模塊6的容量和高速充電機(jī)10的充電容量結(jié)合完美，就不會(huì)切入市電。
【權(quán)利要求】
1.一種軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置，其特征在于系統(tǒng)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括預(yù)充電模塊、第一多相交錯(cuò)斬波模塊、并聯(lián)吸收電阻模塊、超級(jí)電容模塊、第二多相交錯(cuò)斬波模塊、蓄電池模塊、逆變模塊、雙電源轉(zhuǎn)換模塊、高速充電站和高速充電機(jī)，各模塊與高速充電站和高速充電機(jī)電信息組合連通構(gòu)成軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置；本裝置還包括上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、再生能量吸收控制系統(tǒng)、蓄電池管理控制系統(tǒng)、充電站管理系統(tǒng)、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，再生能量吸收控制系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)電信息連通；上位機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)電信息連通，各系統(tǒng)電信息連通構(gòu)成軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置的控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道交通制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存利用裝置，其特征在于高速充電機(jī)由交直流功率變換模塊、DC/DC功率變換模塊、整流濾波模塊和充放電控制模塊電連通組合構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK204131153SQ201420434476
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】武華軍, 徐長(zhǎng)勤, 段軍山, 安剛虎 申請(qǐng)人:青島海能阿爾派軌道電力設(shè)備工程科技有限公司