CN114274841A - 一种多支路动力电池***并联直挂控制方法 - Google Patents

一种多支路动力电池***并联直挂控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，包括步骤：在动力电池并联直挂前，比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差，然后基于各支路动力电池电的比较结果和各支路动力电池压差的计算结果进行多种工况的并联直挂控制；本发明实现了多支路能量分割，直挂控制无冲击，无大的环流产生，并且提供了完善的软件控制策略，实现了各工况的并联直挂。

Description

一种多支路动力电池***并联直挂控制方法
技术领域
本发明涉及新能源调车机车技术领域领域，更为具体的，涉及一种多支路动力电池***并联直挂控制方法。
背景技术
现有技术一般采用单一支路动力电池进行牵引供电，部分多支路动力电池***采用二极管并联，这种方式虽然不会产生环流，但各支路均衡性较差。
为了实现能量分割提高动力电池***安全性，则机车需要采用多个支路的动力电池***。为了实现各支路均衡性，各支路动力电池宜采用并联直挂，传统的并联直挂方案易产生冲击电流损坏线路及电池，并造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，实现了多支路能量分割，直挂控制无冲击，无大的环流产生，并且提供了完善的软件控制策略，实现了各工况的并联直挂。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，包括步骤：在动力电池并联直挂前，比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差，然后基于各支路动力电池电的比较结果和各支路动力电池压差的计算结果进行多种工况的并联直挂控制。
进一步地，包括步骤：将所述各支路动力电池压差的计算结果与设定阀值进行比较，根据设定阈值进行比较的结果进行多种工况的并联直挂控制。
进一步地，所述比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差由微机控制***实现。
进一步地，所述多种工况的并联直挂控制包括纯电牵引工况的并联直挂控制。
进一步地，所述多种工况的并联直挂控制包括混合牵引工况的直挂并联控制。
进一步地，所述多种工况的并联直挂控制包括纯柴充电工况的直挂并联控制。
进一步地，在纯电牵引工况的并联直挂控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则包括步骤：
步骤1：先将最高电压支路投入对中间直流回路预充电；
步骤2：然后再一次投入次高压支路；
步骤3：最后投入最低电压支路；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通高压支路进行放电，限制放电电流；
步骤2：当高压支路压差与次高压支路压差达到设定范围时，开通次高压支路共同放电，限制放电电流；
步骤3：当高压支路压差与次高压支路共同放电，与最低支路压差达到设定范围时，开通最低电压支路，三个支路共同放电。
进一步地，在混合牵引工况的直挂并联控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则与纯电牵引工况的并联直挂控制中当任意支路压差在阀值以内时的步骤相同；然后根据混合控制策略控制；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通低压支路进行充电，限制牵引功率；
步骤2：当最低电压支路充电到接近次高压支路时，两支路压差在设定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制牵引功率；
步骤3：当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同放电。
进一步地，在纯柴充电工况的直挂并联控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则与纯电牵引工况的并联直挂控制中当任意支路压差在阀值以内时的步骤相同；然后根据充电控制策略对三个支路同时充电；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通低压支路进行充电，限制充电功率；
步骤2：当最低电压支路充电到接近次高压支路时，两支路压差在设定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制充电功率；
步骤3：当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同充电；
进一步地，包括步骤：所有动力电池直挂到中间直流环节，机车微机根据各支路管理***提供的充电电流限制和微机设置的充电电流比较，取最小值给定充电机进行恒流充电，当其中有一支路报故障后，先停止充电机充电，再断开有故障的支路，其余支路继续充电；当其中一支路充到第一设定比例后，减小充电电流，继续充电，直至所有支路充到第一设定比例后，停止充电，在此过程中，若最高支路到了第二设定比例则先停止充电机，再断开该支路，断开后其余支路继续充电直至第一设定比例。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明实现了多支路能量分割，直挂控制无冲击，无大的环流产生。
(2)本发明提供了完善的软件控制策略，实现了各工况的并联直挂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中纯电牵引工况下将最高电压支路投入对中间直流回路预充电的电路示意图；
图2为本发明实施例中纯电牵引工况下将最高电压支路投入对次高压回路预充电的电路示意图；
图3为本发明实施例中纯电牵引工况下将最高电压支路投入对最低电压回路预充电的电路示意图；；
图4为本发明实施例中纯电牵引工况下开通高压支路进行放电，限制放电电流的电路示意图；
图5为本发明实施例中纯电牵引工况下开通次高压支路共同放电，限制放电电流的电路示意图；
图6为本发明实施例中纯电牵引工况下开通最低电压支路，三个支路共同放电的电路示意图；
图7为本发明实施例中混合牵引工况下开通低压支路进行充电，限制牵引功率的电路示意图；
图8为本发明实施例中混合牵引工况下开通次高压支路共同充电，限制牵引功率的示意图；
图9为本发明实施例中混合牵引工况下开通最高电压支路，三个支路共同放电的电路示意图；
图10为本发明实施例中纯柴充电工况下开通低压支路进行充电，限制充电功率的电路示意图；
图11为本发明实施例中纯柴充电工况下开通次高压支路共同充电，限制充电功率的电路示意图；
图12为本发明实施例中纯柴充电工况下开通最高电压支路，三个支路共同充电。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1～图12所示，一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，包括步骤：在动力电池并联直挂前，比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差，然后基于各支路动力电池电的比较结果和各支路动力电池压差的计算结果进行多种工况的并联直挂控制。
在本发明可选的实施方式中，包括步骤：将各支路动力电池压差的计算结果与设定阀值进行比较，根据设定阈值进行比较的结果进行多种工况的并联直挂控制。
在本发明可选的实施方式中，比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差由微机控制***实现。
在本发明可选的实施方式中，多种工况的并联直挂控制包括纯电牵引工况的并联直挂控制。
在本发明可选的实施方式中，多种工况的并联直挂控制包括混合牵引工况的直挂并联控制。
在本发明可选的实施方式中，多种工况的并联直挂控制包括纯柴充电工况的直挂并联控制。
在本发明可选的实施方式中，在纯电牵引工况的并联直挂控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则包括步骤：
步骤1：先将最高电压支路投入对中间直流回路预充电；
步骤2：然后再一次投入次高压支路；
步骤3：最后投入最低电压支路；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通高压支路进行放电，限制放电电流；
步骤2：当高压支路压差与次高压支路压差达到设定范围时，开通次高压支路共同放电，限制放电电流；
步骤3：当高压支路压差与次高压支路共同放电，与最低支路压差达到设定范围时，开通最低电压支路，三个支路共同放电。
在本发明可选的实施方式中，在混合牵引工况的直挂并联控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则与纯电牵引工况的并联直挂控制中当任意支路压差在阀值以内时的步骤相同；然后根据混合控制策略控制；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通低压支路进行充电，限制牵引功率；
步骤2：当最低电压支路充电到接近次高压支路时，两支路压差在设定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制牵引功率；
步骤3：当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同放电。
在本发明可选的实施方式中，在纯柴充电工况的直挂并联控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则与纯电牵引工况的并联直挂控制中当任意支路压差在阀值以内时的步骤相同；然后根据充电控制策略对三个支路同时充电；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通低压支路进行充电，限制充电功率；
步骤2：当最低电压支路充电到接近次高压支路时，两支路压差在设定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制充电功率；
步骤3：当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同充电；
在本发明可选的实施方式中，包括步骤：所有动力电池直挂到中间直流环节，机车微机根据各支路管理***提供的充电电流限制和微机设置的充电电流比较，取最小值给定充电机进行恒流充电，当其中有一支路报故障后，先停止充电机充电，再断开有故障的支路，其余支路继续充电；当其中一支路充到第一设定比例后，减小充电电流，继续充电，直至所有支路充到第一设定比例(例如90％)后，停止充电，在此过程中，若最高支路到了第二设定比例(例如93％)则先停止充电机，再断开该支路，断开后其余支路继续充电直至第一设定比例。
本发明实施例的工作原理：在投入各支路动力电池之前，首先通过比较区分出电池电压最高支路，电池电压次高支路，电池电压最低支路，并计算各支路间电压压差；动力电池的投入压差在阀值以内时，按照动力电池电压从高到低依次投入；当压差超过阀值时，根据不同工况细分出不同策略；其中，当压差超过阀值时，牵引工况分为柴油机未投入的纯电牵引工况与柴油机投入的混合牵引工况。柴油机未投入的纯电牵引工况，采用动力电池最高电压至最低电压依次开通放电的方式进行动力电池的并联直挂；当柴油机投入的混合牵引工况，通过限制牵引功率，采用动力电池从最低电压，次低电压依次充电开通的方式、当动力电池全部开通完毕后，动力电池作为动力源开始放电为牵引提供功率；当压差超过阀值时，在纯柴充电工况下，通过动力电池电压从低到高依次开通的方式；纯电牵引工况下，动力电池投入工程中限制放电电流，保护投入工作的动力电池；混合牵引工况下，限制牵引功率，留出一部分功率给投入的动力电池充电，当动力电池全部投入后，动力电池转入放电；纯柴充电工况下，为保证动力电池安全，限制充电功率，通过动力电池电压从低到高依次开通。
本发明实施例的工作过程：动力电池采用并联直挂的方式；在动力电池并联直挂前，比较各支路动力电池电压，计算各支路动力电池压差；当压差在阀值以内时，动力电池投入根据动力电池电压从高至低梯级投入；在纯电牵引工况(仅动力电池提供牵引动力源)，先开通电压最高的动力电池，限制放电电流保证动力电池安全，待电池电压最高的动力电池与电池电压次高的动力电池压差在一定范围内时，开通次高压动力电池两路电池共同放电，当两路电池电压与电压最低的动力电池一致时，开通最低电压动力电池，最终各路电池全部开通后共同放电。混合牵引工况(柴油机与动力电池都提供动力源)，限制牵引功率，先开通电池电压最低的动力电池，发电机组给动力电池充电。当电压最低的动力电池充电到接近次高压动力电池时，限制牵引功率，开通次高压动力电池共同充电，当投入的两路电池电压充电接近最高压动力电池时，开通最高压支路动力电池，然后三个支路电池共同放电，为牵引提供动力源。纯柴充电工况(机车不牵引，柴油机给动力电池充电)。开通电池电压最低的动力电池支路进行充电，为保证动力电池安全，限制充电功率，当最低压支路动力电池充电到接近次高压支路时，两支路压差在一定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制充电功率，当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同充电。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (10)

1.一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，包括步骤：在动力电池并联直挂前，比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差，然后基于各支路动力电池电的比较结果和各支路动力电池压差的计算结果进行多种工况的并联直挂控制。
2.根据权利要求1所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，包括步骤：将所述各支路动力电池压差的计算结果与设定阀值进行比较，根据设定阈值进行比较的结果进行多种工况的并联直挂控制。
3.根据权利要求1所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，所述比较各支路动力电池电压及计算各支路动力电池压差由微机控制***实现。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，所述多种工况的并联直挂控制包括纯电牵引工况的并联直挂控制。
5.根据权利要求1～3任一所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，所述多种工况的并联直挂控制包括混合牵引工况的直挂并联控制。
6.根据权利要求1～3任一所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，所述多种工况的并联直挂控制包括纯柴充电工况的直挂并联控制。
7.根据权利要求4所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，在纯电牵引工况的并联直挂控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则包括步骤：
步骤1：先将最高电压支路投入对中间直流回路预充电；
步骤2：然后再一次投入次高压支路；
步骤3：最后投入最低电压支路；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通高压支路进行放电，限制放电电流；
步骤2：当高压支路压差与次高压支路压差达到设定范围时，开通次高压支路共同放电，限制放电电流；
步骤3：当高压支路压差与次高压支路共同放电，与最低支路压差达到设定范围时，开通最低电压支路，三个支路共同放电。
8.根据权利要求5所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，在混合牵引工况的直挂并联控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则与纯电牵引工况的并联直挂控制中当任意支路压差在阀值以内时的步骤相同；然后根据混合控制策略控制；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通低压支路进行充电，限制牵引功率；
步骤2：当最低电压支路充电到接近次高压支路时，两支路压差在设定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制牵引功率；
步骤3：当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同放电。
9.根据权利要求6所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，在纯柴充电工况的直挂并联控制中，包括步骤：
如果任意支路压差在阀值以内，则与纯电牵引工况的并联直挂控制中当任意支路压差在阀值以内时的步骤相同；然后根据充电控制策略对三个支路同时充电；
或，
如果任意支路压差在阀值以上，则包括步骤：
步骤1：开通低压支路进行充电，限制充电功率；
步骤2：当最低电压支路充电到接近次高压支路时，两支路压差在设定范围内时，开通次高压支路共同充电，限制充电功率；
步骤3：当两个支路电压充电到接近最高电压支路时，开通最高电压支路，三个支路共同充电。
10.根据权利要求9所述的一种多支路动力电池***并联直挂控制方法，其特征在于，包括步骤：所有动力电池直挂到中间直流环节，机车微机根据各支路管理***提供的充电电流限制和微机设置的充电电流比较，取最小值给定充电机进行恒流充电，当其中有一支路报故障后，先停止充电机充电，再断开有故障的支路，其余支路继续充电；当其中一支路充到第一设定比例后，减小充电电流，继续充电，直至所有支路充到第一设定比例后，停止充电，在此过程中，若最高支路到了第二设定比例则先停止充电机，再断开该支路，断开后其余支路继续充电直至第一设定比例。
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