混合動(dòng)力列車復(fù)合電源系統(tǒng)的研究.pdf

1、由于城市軌道交通對(duì)優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)、緩解城市交通擁擠、保護(hù)環(huán)境等方面的積極作用，隨著城市化進(jìn)程加快，人們對(duì)城市軌道交通的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)城市軌道交通全程架設(shè)接觸網(wǎng)的供電方式容易造成安全事故且影響城市美觀，而目前通過(guò)再生制動(dòng)方式進(jìn)行能量供給的方法，由于其依靠相鄰車輛吸收剩余能量，能量利用率低，并且多余能量被制動(dòng)電阻消耗，增加了散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。因此，發(fā)展以車載儲(chǔ)能設(shè)備為列車供能的新型混合動(dòng)力列車可以降低軌道架設(shè)接觸網(wǎng)的規(guī)模，并解決制動(dòng)能

2、量利用率低的問(wèn)題，對(duì)城市交通的發(fā)展及城市規(guī)劃具有重大意義。
　　蓄電池與超級(jí)電容是本文研究復(fù)合電源的主要組成部分。蓄電池作為傳統(tǒng)儲(chǔ)能部件，具有比能量高，輸出電壓穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但是它的功率輸出范圍有限。超級(jí)電容器是近年來(lái)發(fā)展較迅速的一種儲(chǔ)能部件，具有高功率密度、充放電迅速、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但比能量較低。本文作為混合動(dòng)力列車電源技術(shù)的初步探索，針對(duì)混合動(dòng)力列車電源的實(shí)際需求，在深入研究?jī)煞N儲(chǔ)能部件的充放電性能基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合理的電源結(jié)構(gòu)

3、并制定相應(yīng)的能量管理功率流分配策略，為使用電網(wǎng)-蓄電池-超級(jí)電容作為能量供給模式的混合動(dòng)力列車研究奠定了基礎(chǔ)。論文的主要工作包括:
　　(1)結(jié)合混合動(dòng)力列車儲(chǔ)能部件的工作特性，針對(duì)不同的測(cè)試工況，制定了完整的儲(chǔ)能部件測(cè)試流程。在測(cè)試實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，分階段研究了不同充放電倍率下磷酸鐵鋰電池的電壓特性、電流特性和容量特性，驗(yàn)證了滿足列車電源選型要求的電池參數(shù)，并為電池充放電策略提供了依據(jù)。
　　(2)針對(duì)超級(jí)電容的充放電特點(diǎn)，在不

4、同大小電流下進(jìn)行超級(jí)電容充放電實(shí)驗(yàn)，對(duì)其電壓、電流、容量和內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)定。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了不同充放電電流下超級(jí)電容的電壓特性、電流特性和能量特性，驗(yàn)證了滿足列車電源選型的超級(jí)電容參數(shù)，并為超級(jí)電容充放電策略提供了依據(jù)。
　　(3)根據(jù)混合動(dòng)力列車運(yùn)行工作需求和儲(chǔ)能部件特性，設(shè)計(jì)了復(fù)合電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，制定了能量管理功率流的分配策略。在該策略指導(dǎo)下，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的各種工作模式，以滿足列車不同工況需求。對(duì)控制能量流動(dòng)的關(guān)鍵部件DC/D

5、C變換器結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了變換器的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，保證了輸入輸出能量的穩(wěn)定。
　　(4)根據(jù)列車性能需求和儲(chǔ)能源單體參數(shù)，從能量和功率的角度對(duì)能量源串并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。在Matlab/Simulink下，構(gòu)建了以能量管理模塊、雙向DC/DC變換器模塊、蓄電池模塊、超級(jí)電容器模塊組成的復(fù)合電源系統(tǒng)仿真模型。首先通過(guò)設(shè)定不同功率需求仿真，測(cè)試了控制器性能和電源系統(tǒng)的基本功能;然后通過(guò)爬坡、續(xù)航、啟動(dòng)加速和制動(dòng)回饋等典型工況