CN103192724B - 一种无轨电车动力系统及其在网和无网运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无轨电车动力系统及其在网和无网运行方法，包括与整车母线连接的用于控制电机的电机控制器，整车母线用于与外接电网相连接，还包括车载电池及其电池管理系统和超级电容器及其电容管理系统，电机控制器、电池管理系统和电容管理系统均与控制器通讯连接。本发明的无轨电车动力系统及在网或无网运行方法在现有外接电网和车载电池复合电源的基础上，增加了超级电容器，利用超级电容器快充快放的特性及对三种电源的协调控制，在驱动和制动时优先使用超级电容器参与能量分配，在电车驱动时优先使用超级电容器放电，能在起步加速阶段提供大的电功率，提高车辆动力性；在电车制动时超级电容器优先吸收电机制动回馈的电能，降低了电耗。
Description
技术领域
本发明属于无轨电车技术领域，具体涉及一种带有车载复合电源的无轨电车动力系统及其在网和无网运行方法。
背景技术
随着柴油等石油资源的逐渐枯竭和传统汽车排放所带来的环境污染，混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车被认为是解决环境和资源两大问题的一种良好方案。无轨电车作为纯电动汽车的一种，由于其造价低、污染小，是目前城市内普遍采用的电动交通工具之一，具有很多年的发展历史。不过这种交通工具必须在其所行进的路线上高空布线，以便获取电力支持。高空布线不仅在一定程度上影响城市的市容面貌，造成二次污染，而且电线的存在也带来了潜在的危险和高额的维护维修费用，特别是在重要的商业区和人口密集的地方:其次是车辆运行机动性差，电车一旦脱离受电线网，车辆将停止运行，会造成严重的交通阻塞。为了解决在城市中心区的视觉污染和交通阻塞的隐患，人们采用了电车脱线运行的办法，在脱轨运行区间使用化学电源为电车提供电力支持。现有无轨电车的电源常采用外接电网和车载电池，由于电池的充放电电流较小，电车在脱辫驱动时，电池不能瞬间提供较大电功率，影响无轨电车的动力性；且由于其充电速度慢，在电车制动减速时，电池不能在短时间内充分吸收电机制动回馈的电能，导致回馈的电能大部分被制动电阻消耗，影响整体的用电效率。
中国专利申请号200410054285.3公开了一种无轨电车脱线运行的新方法，该方法在无轨电车脱线运行时，使用超级电容器作为电车的动力电源，所述的超级电容器是由超级电容器单体串联组合构成超级电容器组件，根据无轨电车运行里程、最大功率以及电车运行的电压，确定超级电容器单体数量、能量、内阻，采用智能控制系统来实现超级电容器的线网充电和电车脱线时的放电。该方法采用超级电容器取代车载电池作为脱线运行的动力源，但是超级电容器使用量大，成本较高，并且在网运行时通过电网给超级电容器充电，这种供电方式的缺点在于电车在制动时产生的能量完全被消耗，不能供给超级电容器进行充分利用，同样影响了用电效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种无轨电车动力系统，以解决现有无轨电车动力系统单使用外接电网和车载电池动力性差及整体用电效率低的问题，同时提供一种使用上述动力系统的在网运行方法和一种无网运行方法。
为了实现以上目的，本发明提供的无轨电车动力系统的技术方案如下：包括与整车母线连接的用于控制电机的电机控制器，所述整车母线用于与外接电网相连接，其特征在于：该动力系统还包括车载电池及其电池管理系统和超级电容器及其电容管理系统，所述电机控制器、电池管理系统和电容管理系统均与一控制器通讯连接，所述控制器控制车载电池和超级电容器与整车母线的连接。
所述控制器为整车控制器。
所述车载电池和超级电容器分别通过一个由整车控制器控制的接触器与整车母线相连接。
所述整车控制器通过CAN通讯与电池管理系统、电容管理系统和电机控制器通讯连接。
该系统还包括通过由整车控制器控制的接触器与母线相连接的制动电阻。
本发明提供的无轨电车在网运行方法的技术方案如下：无轨电车在网运行驱动时使用超级电容器给整车母线提供高压电能，当超级电容器的电能达到截止放电阀值时，使用外接电网给整车母线提供高压电能；在网运行制动时电机制动回馈，超级电容器优先吸收回馈电能，当超级电容电能达到存储电能上限值时，再令电池吸收制动回馈电能。
当电池电能达到储存电能上限值时，利用制动电阻消耗剩余回馈电能。
本发明提供的无轨电车无网运行方法的技术方案如下：无轨电车无网运行驱动时使用超级电容给整车母线提供高压电能，当超级电容的电能达到截止放电阀值时，电池给整车母线提供高压电能；无网运行制动时电机制动回馈，超级电容优先吸收回馈电能，当超级电容电能达到存储电能上限值时，再令电池吸收制动回馈电能。
当电池电能达到储存电能上限值时，利用制动电阻消耗剩余回馈电能。
通过研究发现，在驱动及制动情况下，整车需要由大电流供电或吸收电量，而在正常行驶时不需要，所以本发明的无轨电车动力系统及在网或无网运行方法在现有外接电网和车载电池复合电源的基础上，增加了超级电容器，利用超级电容器快充快放的特性及对三种电源的协调控制，在驱动和制动时优先使用超级电容器参与能量分配，在电车驱动时优先使用超级电容器放电，能在起步加速阶段提供大的电功率，提高车辆动力性；在电车制动时超级电容器优先吸收电机制动回馈的电能，提高了整车电能的用电效率，降低了电耗。
附图说明
图1是本发明无轨电车动力系统的原理结构图；
图2是本发明无轨电车在网运行流程图；
图3是本发明无轨电车无网运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图1所示，本发明的无轨电车动力系统包括与整车母线连接的用于控制电机的电机控制器，整车母线用于与外接电网相连接，该动力系统还包括车载电池及其电池管理系统和超级电容器及其电容管理系统，所述电机控制器、电池管理系统和电容管理系统均与一控制器通讯连接，所述控制器控制车载电池和超级电容器与整车母线的连接。
本实施例的控制器为整车控制器，该整车控制器通过CAN通讯与电池管理系统、电容管理系统和电机控制器通讯连接。
超级电容器的正极通过接触器K1与整车母线正极相连，车载电池的正极通过接触器K2与母线正极相连，外接电网的正极通过接触器K3与整车母线正极相连；该系统还包括制动电阻及电附件，电附件的正极通过接触器K4与整车母线正极相连，制动电阻的正极通过接触器K5与整车母线正极相连，且各接触器均由整车控制器控制。
本实施例的电附件包含电动打气泵、电动转向、电动空调、DC/DC等用电设备，电池采用锂电池、镍氢电池等动力电池。
超级电容器是一种新型的储能装置，它是通过电极活性物质与电解液接触时所形成的固/液两相界面进行能量存储的。通常采用的电极活性物质为多孔活性炭，其比表面积很大，可形成很大的界面双层，从而获得可观的积分电容。由此可见，超级电容器在储能原理上属于双电层物理电荷存储，充放电时电极结构不会发生变化。因此，超级电容器具有比功率大，充放电迅速，长寿命以及清洁、无污染等优点，使其在电动车领域的应用被普遍看好。
本发明无轨电车运行方法根据电车的运行路况分为在网（带辫）运行和无网（脱辫）运行，现就两种运行状态分别进行说明。
如图2所示为本发明无轨电车在网运行流程图，由图可知，在网（带辫）运行过程如下：驱动时，K1首先闭合，此时K2、K3、K5断开，K4闭合，超级电容给整车母线提供高压电能，电机和电附件从母线获取电能。当超级电容的电能达到截止放电阀值时，K1断开，K3闭合，K2断开，K5断开，K4闭合，外接电网给整车母线提供高压电能，电机和电附件充母线获取电能。制动时，K1首先闭合，K2断开，K5断开，K3断开，K4闭合，电机制动回馈，超级电容优先吸收回馈电能，电附件从母线获取电能。当超级电容电能达到存储电能上限值时，K1断开，K2闭合，K5断开，K3断开，K4闭合，电池吸收制动回馈电能，电附件从母线获取电能。当电池电能达到储存电能上限值时，K1断开，K2断开，K3断开，K4闭合，K5闭合，电附件从母线获取电能，制动电阻消耗剩余回馈电能。
如图3所示为本发明无轨电车无网运行流程图，由图可知，无网（脱辫）运行过程如下：驱动时，K1首先闭合，此时K2、K3、K5断开，K4闭合，超级电容给整车母线提供高压电能，电机和电附件从母线获取电能。当超级电容的电能达到截止放电阀值时，K1断开，K2闭合，K3断开，K5断开，K4闭合，电池给整车母线提供高压电能，电机和电附件充母线获取电能。制动时，K1首先闭合，K2断开，K5断开，K3断开，K4闭合，电机制动回馈，超级电容优先吸收回馈电能，电附件从母线获取电能。当超级电容电能达到存储电能上限值时，K1断开，K2闭合，K5断开，K3断开，K4闭合，电池吸收制动回馈电能，电附件从母线获取电能。当电池电能达到储存电能上限值时，K1断开，K2断开，K3断开，K4闭合，K5闭合，电附件从母线获取电能，制动电阻消耗剩余回馈电能。
本实施例主要针对驱动和制动过程进行了详细说明，而对于待机状态（车已开机且车速为零），此时用电依然根据超级电容器、外接电网和车载电池三者的状态，优先使用超级电容器的电能，后使用外接电网及电池的电能，在其他状态的使用情况的原理同上，凡类似变换为本领域技术人员的常用技术手段，落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种无轨电车动力系统的在网运行方法，所述无轨电车动力系统包括与整车母线连接的用于控制电机的电机控制器，所述整车母线用于与外接电网相连接，该动力系统还包括车载电池及其电池管理系统和超级电容器及其电容管理系统，所述电机控制器、电池管理系统和电容管理系统均与一控制器通讯连接，所述控制器控制车载电池和超级电容器与整车母线的连接，其特征在于：无轨电车在网运行驱动时使用超级电容器给整车母线提供高压电能，当超级电容器的电能达到截止放电阀值时，使用外接电网给整车母线提供高压电能；在网运行制动时电机制动回馈，超级电容器优先吸收回馈电能，当超级电容电能达到存储电能上限值时，再令电池吸收制动回馈电能。
2.根据权利要求1所述的无轨电车动力系统的在网运行方法，其特征在于：所述控制器为整车控制器。
3.根据权利要求2所述的无轨电车动力系统的在网运行方法，其特征在于：所述车载电池和超级电容器分别通过一个由整车控制器控制的接触器与整车母线相连接。
4.根据权利要求2或3所述的无轨电车动力系统的在网运行方法，其特征在于：所述整车控制器通过CAN通讯与电池管理系统、电容管理系统和电机控制器通讯连接。
5.根据权利要求4所述的无轨电车动力系统的在网运行方法，其特征在于：该系统还包括通过由整车控制器控制的接触器与母线相连接的制动电阻。
6.根据权利要求1所述的无轨电车动力系统的在网运行方法，其特征在于：当电池电能达到储存电能上限值时，利用制动电阻消耗剩余回馈电能。
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