CN105313709A - 一种用于混合动力有轨电车的能量管理*** - Google Patents

一种用于混合动力有轨电车的能量管理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混合动力有轨电车的能量管理***，其包括牵引母线、超级电容、蓄电池、燃料电池和控制器。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；所述控制器根据有轨电车的状态控制超级电容、蓄电池和燃料电池与牵引母线的能量传递，以驱动牵引电机。

Description

一种用于混合动力有轨电车的能量管理***
技术领域
本发明涉及混合动力***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***。
背景技术
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
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***，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。
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***，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***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。
在一个实施例中，所述能量管理***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。
在一个实施例中，所述能量管理***还包括与所述第二共同节点相连的燃料电池辅助***，用于当***启动后，将燃料电池所需燃料注入所述燃料电池。
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***，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。
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。
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SOC值，当所述SOC值小于第一预设SOC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SOC值小于第二预设SOC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。
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SOC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SOC值小于第三预设SOC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。
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SOC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SOC值小于第四预设SOC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。
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SOC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SOC值大于第四预设SOC值，并且，当所述超级电容的SOC值大于第三预设SOC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。
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***，所述辅助供电***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***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。
与现有技术相比，本发明的能量管理***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、匀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***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
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***。
图2所示为根据本发明的实施例的控制器的结构图。
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。
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。
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。
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
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。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
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***100。该混合动力有轨电车包括牵引电机114。牵引电机114消耗电力以产生牵引动能。能量管理***100包括牵引母线110、三相逆变器112、超级电容102、蓄电池104、燃料电池106和控制器130。牵引母线110通过三相逆变器112与牵引电机114相连。在工作中，三相逆变器112可以从牵引母线110吸取能量，为牵引电机114供电；三相逆变器112也可以将牵引电机114的动力转换为电能释放进入牵引母线110。
超级电容102通过第一双向DC/DC变换器122与牵引母线110相连。超级电容102依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，并且，超级电容102可以反复充放电。蓄电池104通过第二双向DC/DC变换器124连接于牵引母线110。燃料电池106通过控制模块150连接于牵引母线110。控制模块150包括二极管126、第一单向DC/DC变换器128和开关K。开关K与第一单向DC/DC变换器128相互并联。开关K与第一单向DC/DC变换器128的第一共同节点与牵引母线110相连。开关K与第一单向DC/DC变换器128的第二共同节点与二极管126相连，二极管126与燃料电池106相连。能量管理***100还包括与所述第二共同节点相连的燃料电池辅助***108，用于当***启动后，将燃料电池106所需燃料注入燃料电池106。控制器130与能量管理***100的其他元件相连。控制器130检测超级电容102、蓄电池104和燃料电池106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***内电池状态和混合动力有轨电车的状态分别控制超级电容102、蓄电池104和燃料电池106与牵引母线110的能量传递，以驱动牵引电机114。
图2所示为根据本发明的实施例的控制器130的结构图。在一个实施例中，控制器130包括有轨电车监控模块201、开关控制模块202、变换器控制模块204和检测模块206。有轨电车监控模块201接收表示所述混合动力有轨电车状态的状态信号。有轨电车的状态包括启动状态、加速状态、匀速行驶状态和制动状态。
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202闭合所述开关，以短接第一单向DC/DC变换器128。变换器控制模块204控制第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104的电能通过第二双向DC/DC变换器124、牵引母线110和开关K传送至燃料电池辅助***108，从而启动燃料电池106。检测模块206检测燃料电池106的电压。当燃料电池106电压增长至阈值电压时，检测模块206发送第一检测信号给开关控制模块202和变换器控制模块204。开关控制模块204根据第一检测信号断开开关K，关闭第二双向DC/DC变换器124，并开启第一单向DC/DC变换器128，此时，电能从燃料电池106流经二极管126、第一单向DC/DC变换器128和牵引母线110，以为牵引电机114供电。
当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车加速运行时，开关控制模块202断开开关K，并且，变换器控制模块204开启第一双向DC/DC变换器122和第一单向DC/DC变换器128，此时，超级电容102和燃料电池106共同为牵引电机114供电。当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车加速运行时，检测模块206检测超级电容102的SOC值，当所述SOC值小于第一预设SOC值时，检测模块206发出第二检测信号。在一个实施例中，通过检测超级电容102的电流和电压可得出超级电容102的SOC值。优点在于，所述SOC值小于第一预设SOC值表示超级电容102和燃料电池106已经无法满足加速时牵引电机114所需功率，因此开启蓄电池104补充电能。
变换器控制模块204根据所述第二检测信号开启第二双向DC/DC变换器120，此时，超级电容102、蓄电池104和燃料电池106共同为牵引电机114供电；当所述SOC值小于第二预设SOC值时，变换器控制模块204根据所述第二检测信号关闭第一双向DC/DC变换器122，并开启第二双向DC/DC变换器124，此时，蓄电池104和燃料电池106共同为牵引电机114供电。优点在于，超级电容102的SOC值小于第二预设SOC值表示超级电容102已经处于欠压状态，因此，关闭超级电容102，避免因为超级电容102欠电而对超级电容102造成损坏。同时，调节第二双向DC/DC变换器124使得蓄电池104和燃料电池106的输出功率满足加速时牵引电机114所需功率。
当所述状态信号表示所述混合动力有轨电车停止加速时，变换器控制模块204关闭第一双向DC/DC变换器122和第二双向DC/DC变换器124，此时，燃料电池106单独为牵引电机114供电。也就是说，当混合动力有轨电车停止加速时，所需输出功率减小，因此，仅仅使用燃料电池106就可以满足混合动力有轨电车匀速运行。
在一个实施例中，检测模块206检测超级电容102的SOC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，当超级电容102的SOC值小于第三预设SOC值时，变换器控制模块204控制第一双向DC/DC变换器122，使得燃料电池106的电能流经第一单向DC/DC变换器128和第一双向DC/DC变换器122，以给超级电容102充电。在一个实施例中，超级电容102的SOC值小于第三预设SOC值表示超级电容102储存电量未满。因此，让燃料电池106给超级电容102充电。
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，当蓄电池104的SOC值小于第四预设SOC值时，变换器控制模块204控制第二双向DC/DC变换器124，使得燃料电池106的电能流经第一单向DC/DC变换器128和第二双向DC/DC变换器124，以给蓄电池104充电。
检测模块206检测蓄电池104和超级电容102的SOC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，当蓄电池104的SOC值大于第四预设SOC值，并且，当超级电容102的SOC值大于第三预设SOC值，变换器控制模块204控制第一单向DC/DC变换器128，减少燃料电池106的输出功率。在一个实施例中，蓄电池104的SOC值大于第四预设SOC值并且超级电容102的SOC值大于第三预设SOC值表示蓄电池104和超级电容102都充满电，因此，关闭蓄电池104和超级电容102的充放电回路。
在一个实施例中，能量管理***100包括辅助供电***118。辅助供电***118与牵引母线110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，变换器控制模块204控制第一单向DC/DC变换器128，使得燃料电池106的输出功率等于辅助供电***118所需的功率，并且，变换器控制模块控制第一双向DC/DC变换器122和第二双向DC/DC变换器124，使得牵引电机114的电能通过牵引母线110流向超级电容102和蓄电池104，以为超级电容102和蓄电池104充电。也就是说，当所述混合动力有轨电车处于制动状态时，调节使得燃料电池106的输出功率仅仅满足辅助供电***118。三相逆变器112吸收牵引电机114的动能，并转换为电能释放到牵引母线110。此时，超级电容102和蓄电池104用于回收牵引母线110的电能。
在一个实施例中，能量管理***100还包括制动电阻116。制动电阻116通过第二单向DC/DC变换器120与牵引母线110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，变换器控制模块204启动第二单向DC/DC变换器120，使得制动电阻116消耗牵引母线110上的制动电能。优点在于，设置制动电阻116可以在超级电容102和蓄电池104已经充满电的情况下消耗牵引母线110上的制动电能。
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300。图3将结合图1和图2进行描述。
在步骤301中，能量管理***100开始启动。此时，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。
在步骤302至332中，根据所述能量管理模式控制第一双向DC/DC变换器122、第二双向DC/DC变换器124、第一单向DC/DC变换器128和开关K，以控制超级电容102、蓄电池104、燃料电池106和牵引母线110之间的能量传递，以驱动牵引电机114。
在步骤302中，燃料电池启动，因此，能量管理***100进入启动模式，且流程图300进入步骤304。在所述启动模式下，如果燃料电池106的SOC值大于第二预设SOC值（说明燃料电池106处于非欠压状态），则燃料电池106状态正常。否则进入步骤306。在步骤306中，控制第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104连通所述牵引母线110，并再次进入步骤304。此时，能量管理***100执行图4的方法，启动燃料电池106。在以下的工作模式中，当燃料电池106出现异常时，关闭第一单向DC/DC变换器128并开启第二双向DC/DC变换器124，以切出燃料电池106，同时使得蓄电池106为牵引母线110提供电能。
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400。在步骤402中，闭合开关K，以短接第一单向DC/DC变换器128。此时，控制第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104的电能通过第二双向DC/DC变换器124、牵引母线110和开关K传送至燃料电池辅助***108，燃料电池辅助***将燃料电池所需燃料注入燃料电池106。在步骤406中，燃料电池106的电压增加。在步骤408中，检测燃料电池106的电压。当燃料电池106的电压增长至第二SOC预设值（即额定电压）时，断开开关K，关闭第二双向DC/DC变换器124，并且，开启第一单向DC/DC变换器128，此时，电能从燃料电池106流经二极管126、第一单向DC/DC变换器128至牵引母线110，以为牵引电机114供电。
回到图3，在步骤316，混合动力有轨电车处于加速状态，此时，能量管理***100进入加速模式。当接收到司机发出的多级加速信号，由于燃料电池106启动速度较慢，从启动到最大功率输出时间较长，此时利用第一单向DC/DC变换器128，将燃料电池投入牵引母线，根据燃料电池106响应要求，逐级提高燃料电池输出功率，例如：调节第一单向DC/DC变换器128的占空比，即可调节燃料电池106输出到牵引母线110的电能功率。
在步骤318中，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。值得说明的是，由于燃料电池106响应时间较长，此时利用第一双向DC/DC变换器122将超级电容102投入***，利用其启动迅速，充放电快的特点，对车辆进行加速。此时，混合动力***的输出功率由设计有轨电车最大转矩决定，该时段内有轨电车工作在恒转矩区。当燃料电池106达到最大输出功率后，燃料电池106与超级电容102同时以最大功率输出，维持有轨电车的加速运行。此时，有轨电车工作在恒功率区，有轨电车的牵引功率由燃料电池106和超级电容102共同提供。恒转矩区与恒功率区转换点车速与加速度决定的牵引转矩即为最大牵引转矩，其后加速过程中有轨电车转矩将不断减小。
在步骤324中，检测超级电容102的SOC值（用SOCSC表示）。如果SOCSC小于第一预设SOC值SOCSC0，说明超级电容102处于正常状态，但供能已经无法满足加速需要。因此，在步骤328中，开启第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104切入牵引母线110，此时，超级电容102、蓄电池104和燃料电池106共同为牵引电机114供电。当超级电容102的SOC值低于期望值SOCSC0时，利用第二双向DC/DC变换器124将蓄电池104以最大输出功率投入***，该时段内，超级电容102依然为牵引电机114提供能量。此时，燃料电池106与蓄电池104同时以最大功率输出，超级电容102以较小功率输出，维持有轨电车的加速过程。此时有轨电车工作在自然特性区。
在步骤330中，当所述SOC值小于第二预设SOC值SOCmin时（表示超级电容102的电量位于保护电量以下），则进入步骤332，关闭第一双向DC/DC变换器122，并开启第二双向DC/DC变换器122，此时，蓄电池104和燃料电池106共同为牵引电机114供电，第一预设SOC值大于第二SOC值。更具体地讲，当超级电容102电量降低到保护电量，即超级电容102的SOC值降低到保护值SOCmin时，控制第一双向DC/DC变换器122将超级电容102切出牵引母线110。此时，燃料电池106与蓄电池104同时以最大功率输出，维持有轨电车的加速过程，直到达到最大车速。
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500。在步骤502中，车辆加速过程完成，则开始匀速行驶，此时，能量管理***100进入匀速模式。在步骤504中，关闭第一双向DC/DC变换器122和第二双向DC/DC变换器124，此时，燃料电池106单独为牵引电机114供电。
在步骤506中，检测超级电容102的SOC值。在步骤508中，当超级电容102的SOC值小于第三预设SOC值时（表示超级电容102未充满），控制第一双向DC/DC变换器122，使得燃料电池106的电能流经第一单向DC/DC变换器128和第一双向DC/DC变换器122，以给超级电容102充电。否则，进入步骤512。
在步骤512中，检测蓄电池104的SOC值。在步骤514中，当蓄电池104的SOC值小于第四预设SOC值时，则进入步骤516，控制第二双向DC/DC变换器124，使得燃料电池106的电能流经第一单向DC/DC变换器128和第二双向DC/DC变换器124，以给蓄电池104充电。否则，进入步骤518。
在步骤518中，即当蓄电池104的SOC值大于第四预设SOC值，并且，当超级电容102的SOC值大于第三预设SOC值时，控制第一单向DC/DC变换器128，减少燃料电池106的输出功率。
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600。在步骤602中，进入制动模式。此时，控制第一单向DC/DC变换器128，使得燃料电池106的输出功率等于辅助供电***118所需的功率。在步骤604中，制动档位增加。在步骤606中，如果超级电容102的SOC值SOCSC小于SOCUP（表示超级电容102未充满），则控制第一双向DC/DC变换器122，使得牵引电机114的电能通过牵引母线110流向超级电容102，以进入步骤608为超级电容102充电。
在步骤612中，如果蓄电池104的SOC值SOCB小于SOCBUP（表示蓄电池104未充满），则控制第二双向DC/DC变换器124，使得牵引电机114的电能通过牵引母线110流向超级电容102和蓄电池104，以进入步骤614，为蓄电池104充电。
在步骤616中，制动档位继续增加，则启动第二单向DC/DC变换器120，使得制动电阻116消耗牵引母线110上的制动电能。
在步骤620中，SOCSC大于SOCUP（表明超级电容102已经充满），则进入步骤622，将超级电容102切出牵引母线110。
在步骤624中，SOCB大于SOCBUP（表示蓄电池104未充满），则进入步骤626，将蓄电池104切出牵引母线110。
优点在于，本发明的能量管理***和方法将燃料电池、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、匀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，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***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***的损坏。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (10)

1.一种用于混合动力有轨电车的能量管理***，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***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。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，所述能量管理***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。
3.根据权利要求2所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，所述能量管理***还包括与所述第二共同节点相连的燃料电池辅助***，用于当***启动后，将燃料电池所需燃料注入所述燃料电池。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，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***，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。
5.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，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。
6.根据权利要求5所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，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SOC值，当所述SOC值小于第一预设SOC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SOC值小于第二预设SOC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。
7.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，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SOC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SOC值小于第三预设SOC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。
8.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，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SOC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SOC值小于第四预设SOC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。
9.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，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SOC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SOC值大于第四预设SOC值，并且，当所述超级电容的SOC值大于第三预设SOC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。
10.根据权利要求1或2或3所述的用于混合动力有轨电车的能量管理***，其特征在于，所述控制器包括变换器控制模块和辅助供电***，所述辅助供电***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***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。
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