CN117465212A - 一种基于行驶载具的驱动供电储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行驶载具的驱动供电储能系统，属于驱动发电储能技术领域，本发明要解决的技术问题为如何实现驱动供电储能一体化，将车辆的驱动系统实现多动力源耦合化，从而使得车辆的动力性指标得到提升，采用的技术方案为：该驱动供电储能系统包括行驶载具、能量转换设备、能量互逆转化电气设备、双向逆变器、储能设备、AC并网设备及能量耦合分配设备，能量转换设备用于将化学能、风能或太阳能转换为机械能；能量互逆转化电气设备用于将能量转换设备产生的机械能转换为电能、将行驶载具动能转换为电能或将电能转化为机械能驱动行驶载具运动；储能设备用于存储电能并进行DC电流并网。

Description

一种基于行驶载具的驱动供电储能系统

技术领域

本发明涉及驱动发电储能技术领域，具体地说是一种基于行驶载具的驱动供电储能系统。

背景技术

储能是指将能量在需要时储存下来，以备随后使用。储能技术可以帮助解决可再生能源电力系统中的波动性问题，使其更可靠和可持续。目前，太阳能、风能等新能源形式由于波动性较大，需要储能技术来平衡电网供需关系。相比之下，火力发电由于其燃料本身已经是能量储存形式，因此不需要特别的储能设施。而电从生产出来到，到最后使用，大概经过的流程是：生产电(发电厂，电站)---传输电(电网公司)----使用电(用户)，这三个环节里，都可以建立储能，所以储能根据应用场景就分为：发电侧储能；电网侧储能；用户侧储能。

随着装备现代化与信息化的进程，在野外与机动中各种装备对电力的需求不断增长，由此对新一代可移动式电力供应保障系统提出了“大功率、高供电时长、高效能、高可靠性、智能化、高机动性”的技术挑战。同时系统在抢险救灾、地质勘探、重大活动保障、数据中心等也有着极大的应用需求。

故如何实现驱动供电储能一体化，将车辆的驱动系统实现多动力源耦合化，从而使得车辆的动力性指标得到提升是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是提供一种基于行驶载具的驱动供电储能系统，来解决如何实现驱动供电储能一体化，将车辆的驱动系统实现多动力源耦合化，从而使得车辆的动力性指标得到提升的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种基于行驶载具的驱动供电储能系统，该驱动供电储能系统包括行驶载具、能量转换设备、能量互逆转化电气设备、双向逆变器、储能设备、AC并网设备及能量耦合分配设备，能量转换设备、能量互逆转化电气设备、双向逆变器、储能设备、AC并网设备及能量耦合分配设备分别通过机械固定形式安装在行驶载具上，行驶载具采用高速移动的轮式或履带式载具；

其中，能量转换设备用于将化学能(燃料等)、风能或太阳能转换为机械能；

能量互逆转化电气设备用于将能量转换设备产生的机械能转换为电能(该电能为AC电流形式)、将行驶载具动能转换为电能(该电能为AC电流形式)或将电能(该电能为AC电流形式)转化为机械能驱动行驶载具运动；

储能设备用于存储电能并进行DC电流并网；

双向逆变器用于将来自储能设备的直流电转换为交流电，将能量互逆转化电气设备产生的交流电转换为直流电；

AC并网设备用于将来自双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备的AC电流进行并网；其中，AC并网设备在并网工作过程中进行对双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备的AC电流的电压、频率和相位的采集和同步，实现AC电流电压、频率和相位的一致，完成并网；

能量耦合分配设备用于将进行AC电流并网、DC电流并网和驱动工况的综合控制。

作为优选，AC并网设备进行并网供电情况下的离网处理；

在使AC电流离并网系统中，储能设备中的AC电流离网时，控制能量互逆转化电气设备加载、双向逆变器减载，直至双向逆变器断开，在使AC并网离网系统中，能量互逆转化电气设备离网时，控制双向逆变器加载、能量互逆转化电气设备减载，直至能量互逆转化电气设备断开，能量互逆转化电气设备停机。

作为优选，储能设备进行DC电流并网情况下的离网处理，在使DC电流离并网系统中，储能设备中的DC电流离网时，控制能量互逆转化电气设备加载、双向逆变器减载，直至双向逆变器断开，在使AC并网离网系统中，能量互逆转化电气设备离网时，控制双向逆变器加载、能量互逆转化电气设备减载，直至能量互逆转化电气设备断开，能量互逆转化电气设备停机。

作为优选，能量耦合分配设备进行驱动能量耦合，驱动行驶载具；

在使能量互逆转化电气设备输出机械能和能量转换设备输出机械能耦合叠加，驱动行驶载具；

在使能量互逆转化电气设备输出机械能，驱动行驶载具；

在使能量转换设备输出机械能，驱动行驶载具。

作为优选，该驱动供电储能系统还包括能量转换设备控制单元，能量转换设备控制单元根据储能设备的电力、用电需求负载、行驶载具驱动功率需求和能量转换设备的特性曲线以及能量互逆转化电气设备的特性曲线，确定能量转换设备的启动与停止，使能量转换设备在高效率区间工作。

作为优选，该驱动供电储能系统还包括平衡用电负载，在用电需求负载小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元使平衡用负载工作，并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作。

作为优选，该驱动供电储能系统还包括平衡行驶载具驱动功率需求，在行驶载具驱动功率需求小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元使平衡行驶载具驱动功率需求工作，并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作。

作为优选，该驱动供电储能系统还包括平衡用电负载，在用电需求负载小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元确定平衡用电负载工作造成的能量损失以及能量转换设备在非理想工作负荷下工作的能量损失，从而确定使平衡用电负载工作并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作还是使能量转换设备在非理想工作负荷下工作。

作为优选，该驱动供电储能系统还包括平衡行驶载具驱动功率需求，在行驶载具驱动功率需求小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元确定平衡行驶载具驱动功率需求工作造成的能量损失以及能量转换设备在非理想工作负荷下工作的能量损失，从而确定使平衡行驶载具驱动功率需求工作并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作还是使能量转换设备在非理想工作负荷下工作；

该驱动供电储能系统还包括多个子系统，能量转换设备控制单元通过确定需进行充电或放电的储能设备而使能量转换设备在理想工作负荷下工作。

作为优选，能量转换设备控制单元的工作过程具体如下：

获得用电负载和/或行驶载具驱动功率需求；

将用电负载需求和/或行驶载具驱动功率需求与能量转换设备的理想负荷区间进行比较，从而获得储能设备放电功率和可充电功率；

将用电负载要求需求与能量转换设备负荷区间进行比较，从而获得储能设备电量、用电负载和能量转换设备转速的关系；

将用行驶载具驱动功率需求与能量转换设备负荷区间进行比较，从而获得储能系统电量、行驶载具驱动功率需求和能量转换设备转速的关系；

利用储能设备放电功率和可充电功率确定在各时刻应充电的功率，以及充电应达到的电量；

根据各时刻应充电的储能设备，以及充电应达到的电量，调整纯储能储能设备的充放电。

本发明的基于行驶载具的驱动供电储能系统具有以下优点：

(一)本发明通过驱动供电储能一体化措施，将车辆的驱动系统实现多动力源耦合化，从而使得车辆的动力性指标得到提升；

(二)本发明也可以根据使用场景，有针对性的灵活系统匹配，从而专项突出某些动力性指标；此外针对高原使用场景，纯燃油驱动与发电系统都会因为高原氧气稀薄而普遍损失三分之一的动力，从而极大的削弱了系统效能；而将驱动供电储能集成并同一载具安装系统的电力系统可以不受干扰，将很好的弥补燃油系统的效能损失，基于行驶载具的驱动供电储能系统将对于高原使用场景具备极大的战略意义；

(三)本发明将有力的促进驱动供电装备技术升级，促进节能减排新高端智能设备的推广和应用；从社会综合效益角度来看会不断提高对非道路移动机械在节能减排和污染排放领域的控制。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为依据本发明的一种实施方式的一种基于行驶载具的供电储能系统的示意图；

附图2为依据本发明的一种实施方式的一种基于行驶载具的驱动系统的示意图；

附图3为依据本发明的另一种组合式实施方式的一种基于行驶载具的驱动供电储能系统的示意图；

附图4为能量转换设备控制单元进行用电负载需求能量转换控制的一种实施方式的示意图；

附图5为能量转换设备控制单元进行驱动需求能量转换控制的一种实施方式的示意图；

附图6为储能设备电量几个特征点、用电负载和能量转换设备转速的关系图；

附图7为储能设备电量几个特征点、行驶载具驱动需求功率和能量转换设备转速的关系图。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种基于行驶载具的驱动供电储能系统作以下详细地说明。

实施例：

如附图1所示，本实施例提供的基于行驶载具的供电储能系统包括:行驶载具1、能量转换设备2、能量互逆转化电气设备3、双向逆变器4、储能设备5以及AC并网设备6。

能量转换设备2、能量互逆转化电气设备3、双向逆变器4、储能设备5、以及AC并网设备6均通过机械固定安置于行驶载具1。能量转换设备2将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能。

能量互逆转化电气设备3将能量转换设备2产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式。储能设备5存储电能，双向逆变器4将来自储能系统的直流电转换为交流电，AC并网设备6将来自双向逆变器4的AC电流与来自能量互逆转化电气设备3的AC电流进行并网。AC并网设备6在并网工作过程中进行对双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备3的AC电流的电压、频率和相位的采集和同步，实现AC电流电压、频率和相位的一致，完成并网。

根据一种实施方式，在并网时，能量互逆转化电气设备3输出跟随双向逆变器4输出，采集双向逆变器4输出AC参数，由能量互逆转化电气设备3跟随，AC参数完成相对同步后，进行并网。

根据一种实施方式，在并网时，双向逆变器4输出跟随能量互逆转化电气设备3输出，采集能量互逆转化电气设备3输出AC参数，由双向逆变器4跟随，AC参数完成相对同步后，进行并网。

根据一种实施方式，AC并网设备6还进行并网供电情况下的离网处理。在使储能系统离网时，控制能量互逆转化电气设备3加载、双向逆变器4减载，直至双向逆变器4断开。在使能量互逆转化电气设备3离网时，控制双向逆变器4加载、能量互逆转化电气设备3减载，直至能量互逆转化电气设备3断开，能量转换设备2停机。

根据一种实施方式，储能设备5输出电能，该电能以DC电流的形式，双向逆变器4将来自储能系统的直流电转换为交流电，能量互逆转化电气设备3将来自双向逆变器4的交流电转换为机械能，用于驱动能量转换设备2启动。

实施例2：

如附图2所示，本实施例提供的基于行驶载具的驱动系统包括:行驶载具1、能量转换设备2、能量互逆转化电气设备3、双向逆变器4、及储能设备5。

能量转换设备2、能量互逆转化电气设备3、双向逆变器4、储能设备5均通过机械固定方式安置于行驶载具1。

能量转换设备2将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，该机械能以扭力和转速形式，用于驱动行驶载具1移动，储能设备5储存电能并输出电能，该电能以DC电流的形式，双向逆变器4将来自储能系统的直流电转换为交流电，能量互逆转化电气设备3将来自双向逆变器4的交流电转换为机械能，用于驱动行驶载具1移动。

根据一种实施方式，能量转换设备2将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，能量互逆转化电气设备3将来自双向逆变器4的交流电转换为机械能，来自能量转换设备2和能量互逆转化电气设备3的机械能叠加耦合，以扭力和转速形式用于驱动行驶载具1移动。

根据一种实施方式，能量互逆转化电气设备3同时可以将行驶载具1的动能转换为电能，该电能以AC电流的形式，该电能为AC电流的形式，双向逆变器4将来自能量互逆转化电气设备3的交流电转换为直流电，储能设备5储存电能。

根据一种实施方式，储能设备5储存电能并输出电能，该电能以DC电流的形式，双向逆变器4将来自储能系统的直流电转换为交流电，能量互逆转化电气设备3将来自双向逆变器4的交流电转换为机械能，用于驱动能量转换设备2启动。

实施例3：

如附图3所示，本实施例提供的基于行驶载具的驱动系统包括:行驶载具1、能量转换设备21、能量转换设备22、能量互逆转化电气:设备31、能量互逆转化电气设备32、双向逆变器41、双向逆变器42、储能系统5、AC并网装设备6、能量转换设备控制单元71、能量转换设备控制单元72以及能量耦合分配设备8。

能量转换设备21、能量转换设备22、能量互逆转化电气设备31、能量互逆转化电气设备32、双向逆变器41、双向逆变器42储能系统5、AC并网设备6、能量转换设备控制单元71、能量转换设备控制单元72以及能量耦合分配设备8，均通过机械固定方式安置于行驶载具1。

能量转换设备21将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能。能量互逆转化电气设备31将能量转换设备21产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式。储能设备5存储电能，双向逆变器41将来自储能系统的直流电转换为交流电，AC并网设备6将来自双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备31的AC电流进行并网。AC并网设备6在并网工作过程中进行对双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备31的AC电流的电压、频率和相位的采集和同步，实现AC电流电压、频率和相位的一致，完成并网。能量转换设备22将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，该机械能以扭力和转速形式，用于驱动行驶载具1移动，储能设备5储存电能并输出电能，该电能以DC电流的形式，双向逆变器42将来自储能设备的直流电转换为交流电，能量互逆转化电气设备32将来自双向逆变器42的交流电转换为机械能，用于驱动行驶载具1移动。

根据一种实施方式，能量转换设备21将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，能量转换设备22将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，来自能量转换设备21和能量转换设备22的机械能可以单独输出或叠加耦合，以扭力和转速形式用于驱动行驶载具1移动。

根据一种实施方式，能量互逆转化电气设备31将来自双向逆变器41的交流电转换为机械能，能量互逆转化电气设备32将来自双向逆变器42的交流电转换为机械能，来自能量互逆转化电气设备31和能量互逆转化电气设备32的机械能可以单独输出或叠加耦合，以扭力和转速形式用于驱动行驶载具1移动。

根据一种实施方式，能量转换设备21将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，能量转换设备22将化学能(燃料等)、风能或太阳能等转换为机械能，能量互逆转化电气设备31将来自双向逆变器41的交流电转换为机械能，能量互逆转化电气设备32将来自双向逆变器42的交流电转换为机械能，来自能量转换设备21、能量转换设备22、能量互逆转化电气设备31和能量互逆转化电气设备32的机械能可以单独输出或叠加耦合，以扭力和转速形式用于驱动行驶载具1移动。

根据一种实施方式，能量互逆转化电气设备31将能量转换设备21产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式。储能设备5存储电能，双向逆变器41将来自储能设备的直流电转换为交流电，能量互逆转化电气设备32将能量转换设备22产生的机械能转换为电能，该电能为AC电流的形式。储能设备5存储电能，双向逆变器42将来自储能设备的直流电转换为交流电，AC并网设备6将来自双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备的AC电流进行并网。

AC并网设备6在并网工作过程中进行对双向逆变器41的AC电流、双向逆变器42的AC电流、能量互逆转化电气设备31AC电流和能量互逆转化电气设备32的AC电流的电压、频率和相位的采集和同步，实现AC电流电压、频率和相位的一致，完成并网。

根据一种实施方式，能量互逆转化电气设备31、能量互逆转化电气设备31可以将行驶载具1的动能转换为电能，该电能以AC电流的形式，该电能为AC电流的形式，双向逆变器将来自能量互逆转化电气设备的交流电转换为直流电，储能设备5储存电能。

根据一种实施方式，储能设备5储存电能并输出电能，该电能以DC电流的形式，双向逆变器将来自储能设备的直流电转换为交流电，能量互逆转化电气设备将来自双向逆变器的交流电转换为机械能，用于驱动能量转换设备启动。

能量转换设备2具有自己的特性曲线，例如一般工况情况下的转速与扭矩特性曲线等。能量转换设备101在理想负荷区间工作时，其能量转换率最高，而在非理想负荷区间工作时，则会能量损耗增大。

如附图3所示，依据本发明的另一种实施方式的可移动式发电系统还包括能量转换设备控制单元7，该能量转换设备控制单元7根据行驶载具驱动功率需求、储能系统电力、负载情况和能量转换设备2的特性曲线，确定能量转换设备的启动与停止。

对于相同量的化学燃料，相同的能量转换设备在不同工况下，会产生不同的输出功率，从而导致能量互逆转化电气设备所产生的电量或机械能也不同。因而能量转换设备控制装置根据行驶载具驱动功率需求、用电负载情况和储能系统电力情况以及能量转换设备转速与扭矩特性曲线，确定能量转换设备的启动与停止，从而可以使得能量转换设备尽可能在高效率区间进行工作，从而能够提高能量转换设备的利用效率，节约能源。

根据本发明的实施方式，在储能系统电力足以用电负载的情况下，首先使用储能系统的电力。在储能系统电力足以支持用电负载的情况但能量互逆转化电气设备产生的电力能够支撑用电负载时，使能量转换设备工作，进而使能量转换设备工作。在用电负载未高于能量转换设备的功率时，可以同时对储能系统进行充电。此时，可以将储能系统视为用电负载的一种。在能量互逆转化电气设备产生的电力不能单独支撑用电负载时，使储能系统和能量转换设备两者进行工作。由于大的用电负载由储能系统和能量转换装置两者承担，因而可以有效降低能量转换设备的功率、重量和体积，从而使得移动发电更为容易。

如附图4所示，能量耦合分配设备8首先在步骤S301将用用电负载需求DM与能量转换设备2的最大工作负荷ZM和当前储能系统可供电量BM之和进行比较，如果用电负载需求大于能量转换设备2的最大工作负荷和当前储能系统可供电量这两者之和，则在S302告警，由工作人员和其他部件进行警告限负载功率处理。

能量转换设备2的最大工作负荷是指能量转换设备2是指其以最大的功率进行工作时，能量互逆转化电气设备所能产生的电力。为了陈述的方便，根据上下文，可能直接将能量转换设备提供的能量成为电量或电力等与储能系统电力进行加减，不在重复能量互逆转化电气设备根据机械能发电的过程。

限负载功率处理可以采用现在已知或将来获知的各种方法进行。例如强制断掉一些负载或者对行驶载具行驶速度和最大载重进行限制等。如果用电负载需求DM不大于能量转换设备2的最大工作负荷ZM和当前储能系统可供电量BM这两者之和，则在S303判断用电负载需求DM是否大于能量转换设备2的最大理想工作负荷Lmax，如果用电负载需求大于最大理想工作负荷Lmax，则在步骤S304确定储能系统组中需工作的储能系统，并使该储能系统与处于理想负荷区间的能量转换设备2一起工作。

另一方面，如果用电负载需求不大于最大理想工作负荷，则在步骤S405判断用电负载需求是否小于最小理想工作负荷Lmin，如果不小于最小理想工作负荷，则在S406使能量转换设备2在理想工作负荷下工作。在该S406，可以判断需要进行充电的储能设备，使能量转换设备2在理想工作负荷工作的前提下对储能系统进行充电。

如果小于最小理想工作负荷，则在步骤S407判断需充电的储能设备总量Bcharge与用电负载需求之和是否不小于能量转换设备2的最小理想工作负荷，如果不小于，则在步骤S408，使能量转换设备2以理想工作负荷进行工作，满足用电负载需求，并对储能系统进行充电。

如果在步骤S407判断出需充电的储能设备总量与用电负载需求之和小于能量转换设备的最小理想工作负荷，则在步骤S409判断用电负载需求是否不大于储能设备可供电负荷，如果不大于储能设备可供电负荷，则在步骤S410由储能系统进行供电。

如果在步骤S409判断出用电负载需求大于储能系统可供电负荷，即，处于超出了储能系统能供电的负荷，却又小于能量转换设备2的最小理想工作负荷Lmin，则在步骤S411，使能量转换设备2在理想工作负荷下工作，并使平衡用负载工作。平衡用负载的用电负载为能量转换设备2的理想工作负荷最小值与储能系统能供电的负荷之差，可以比该差高出预定值。

另选地，在步骤S411，根据该状态(用电负载需求处于超出了储能系统能供电的负荷，却又小于能量转换设备2的最小理想工作负荷)的持续时间，判断能量转换设备2在非理想工作负荷状态下工作的损失和使用平衡用负载的损失，只有在使用平衡用负载的损失更小的情况下，才使用平衡用负载。

该平衡用负载可以具有多个负载值，从而可以根据能量转换设备2的理想工作负荷最小值与储能系统能供电的负荷之差进行调整。例如风扇等具有高风、中风和低风等，本领有技术人员可以很容易使平衡用负载根据该差而提供不同的负载。

利用本实施方式的发电储能系统，首先储能系统组不在是一个集成整体的概念，而是由多个储能系统组成，对这些储能系统分别进行充放电控制，使得能量转换设备2能够尽可能多地处于理想工作负荷区间。这样的方案，还可以增加系统的灵活性，方便扩容以及减容。进一步，该发电系统设有平衡用负载，从而即便在用电需求处于超出储能设备能供电的负荷，却又小于能量转换设备2的最小理想工作负荷的情况下，能量转换设备2与能够在理想工作状态下工作。

根据本发明的实施方式，在储能系统电力足以支持驱动功率需求的情况下，首先使用储能系统的电力，由能量互逆转化电气设备输出机械能满足驱动功率需求。在储能系统电力不足以支持驱动功率需求的情况但能量转换设备产生的机械能能够支撑驱动功率需求时，使能量转换设备工作，能量转换设备产生的机械能满足驱动功率需求。在驱动功率需求高于能量转换设备的功率时，由储能系统产生通过能量互逆转化电气设备输出机械能叠加耦合能量转换设备产生的机械能一起满足驱动功率需求。在行驶载具减速过程中产生负驱动功率需求时，能量互逆转化电气设备将机械能转化为电能，对储能系统进行充电。由于驱动可以功率由储能系统产生的通过能量互逆转化电气设备和能量转换设备两者承担，因而可以有效降低能量转换设备的功率、重量和体积，降低整个基于行驶载具的驱动供电储能系统的重量和体积，并提升行驶载具的动力性能。

如附图5所示，能量耦合分配设备8首先在步骤S501将驱动功率需求QM与能量转换设备2的最大输出功率NM和当前能量互逆转化电气设备可提供功率TM之和进行比较，如果驱动功率需求大于能量转换设备2的最大输出功率和当前能量互逆转化电气设备可提供功率这两者之和，则在S502限功率，由能量耦合分配装置进行限驱动功率处理。

能量转换设备2的最大输出功率是指能量转换设备2是指其以最大的功率进行工作时，通过传动机构效率损失后对行驶载具能提供的驱动功率。能量互逆转化电气设备可提供功率是指在正常工作状态下，储能系统能提供的最大放电功率通过双向逆变器转化后效率损失后，所能输出的最大功率。为了陈述的方便，根据上下文，可能直接将能量转换设备提供的输出功率成为驱动功率需求等与储能系统放电功率进行加减，不在重复能量互逆转化电气设备将电能转化为机械能的过程。

另一方面，如果用驱动功率需求不大于储能系统放电功率TM，则在执行S504步骤，由储能系统单独工作，进入纯电动驱动过程。

另一方面，如果用驱动功率需求不大于最大理想工作负荷Lmax，则执行步骤S506，能量转化设备在理想工作负荷工作。

如果驱动需求功率小于0为负，则如果在步骤S510按照能量互逆转化电气设备将机械能转化为电能的功率对储能系统充电。

另选地，在步骤507如果用驱动功率需求大于最大理想工作负荷Lmax和储能系统放电功率之和，则在步骤S508使能量转换设备则能量转换设备在最大工作负荷情况下和储能系统一起工作。

这个过程的控制主要分2个部分，即能量转换设备控制，能量互逆转化电气设备3控制。能量互逆转化电气设备3控制关键是提供适当扭矩，能量转换设备2是运行点。控制过程由以下公式描述：

能量互逆转化电气设备3控制：

Tr＝f(b，S)；

式中，b为行驶载具驱动力需求输入硬件；S为行驶载具1速度；Tr为行驶载具驱动力需求输入硬件在某位置要求的驱动扭矩，它是b和S的函数。

Tmr＝Tr-Te；

式中，Tmr为能量互逆转化电气设备3输出扭矩需求，Te为能量转换设备2的输出扭矩。

Tma＝Tmr<＝Tmmax；

式中，Tmmax表示能量互逆转化电气设备3扭矩的最大值。

能量转换设备2转速控制：

TM＝f(Tma)；

式中，TM1为能量互逆转化电气设备功率。

QM＝f(a，S)；

式中，QM为行驶载具驱动总功率需求。

NM＝TM+QM；

式中，NM为能量转换设备2功率；TM为储能系统5总功率。

ne＝f(NM)；

式中，ne为能量转换设备2目标转速。

能量互逆转化电气设备3转速控制：

ng＝f(ne,nm)；

式中，ng为能量互逆转化电气设备31目标转速；nm为能量互

逆转化电气设备32目标转速，且nm＝f(S)。

采用PID调节，得到能量互逆转化电气设备31的实际转速nga和扭矩Tga，计算能量互逆转化电气设备31的功率TM1，同时可以得到能量转换设备2的输出扭矩为，

Tea＝f(Tga)＝Tga/x；

于是有，TM＝TM1+TM2；

式中，TM2为储能系统5能够提供的实际功率。

本发明的这种控制方式改变了一直以来的驱动供电储能系统应尽可能保持在足电的控制方法，并不是一发现有需要充电的储能系统而能量转换设备有余力就进行充电，而是针对整个时间上的负荷，使储能系统根据负载的情况而进行充放电，从而可以更加节能。也改变了一直以来的单驱动系统或多驱动系统在纯电工况下因为储能系统电量不足而导致纯电续航里程不足的情况，可以在燃料充沛情况下进行理论上无限的纯电驱动，从而实现了长时间静音潜行的可能性。

可以利用线性规划等方法，利用储能系统放电功率和可充电功率确定在各时刻应充电的储能系统，以及充电应达到的电量。

可以利用基于全局的优化策略方法，通过能量耦合分配装置，利用多套能量转换设备和多套能量互逆转化电气设备，时刻进行能量的分配和耦合，将行驶载具的机动性能和移动供电储能性能最优化。

根据本发明的实施方式，在AC电流的状态进行并网，只需对较小的储能系统电流进行逆变，而无需对较大的能量互逆转化电气设备电流进行整流和逆变，因而进一步减少了能量损耗，提高了能源利用效率。

根据本发明的实施方法，通过储能系统，可以通过储能系统进行，将能量互逆转化电气设备由机械能转化的较小电能直接充电到储能系统，从而降低了行驶载具在减速过程机械能转化为热能的损耗，从而进一步减少了系统能耗，提高了能源利用率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，该驱动供电储能系统包括行驶载具、能量转换设备、能量互逆转化电气设备、双向逆变器、储能设备、AC并网设备及能量耦合分配设备，能量转换设备、能量互逆转化电气设备、双向逆变器、储能设备、AC并网设备及能量耦合分配设备分别通过机械固定形式安装在行驶载具上，行驶载具采用高速移动的轮式或履带式载具；

其中，能量转换设备用于将化学能、风能或太阳能转换为机械能；

能量互逆转化电气设备用于将能量转换设备产生的机械能转换为电能、将行驶载具动能转换为电能或将电能转化为机械能驱动行驶载具运动；

储能设备用于存储电能并进行DC电流并网；

双向逆变器用于将来自储能设备的直流电转换为交流电，将能量互逆转化电气设备产生的交流电转换为直流电；

AC并网设备用于将来自双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备的AC电流进行并网；其中，AC并网设备在并网工作过程中进行对双向逆变器的AC电流与来自能量互逆转化电气设备的AC电流的电压、频率和相位的采集和同步，实现AC电流电压、频率和相位的一致，完成并网；

能量耦合分配设备用于将进行AC电流并网、DC电流并网和驱动工况的综合控制。

2.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，AC并网设备进行并网供电情况下的离网处理；

在使AC电流离并网系统中，储能设备中的AC电流离网时，控制能量互逆转化电气设备加载、双向逆变器减载，直至双向逆变器断开，在使AC并网离网系统中，能量互逆转化电气设备离网时，控制双向逆变器加载、能量互逆转化电气设备减载，直至能量互逆转化电气设备断开，能量互逆转化电气设备停机。

3.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，储能设备进行DC电流并网情况下的离网处理，在使DC电流离并网系统中，储能设备中的DC电流离网时，控制能量互逆转化电气设备加载、双向逆变器减载，直至双向逆变器断开，在使AC并网离网系统中，能量互逆转化电气设备离网时，控制双向逆变器加载、能量互逆转化电气设备减载，直至能量互逆转化电气设备断开，能量互逆转化电气设备停机。

4.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，能量耦合分配设备进行驱动能量耦合，驱动行驶载具；

在使能量互逆转化电气设备输出机械能和能量转换设备输出机械能耦合叠加，驱动行驶载具；

在使能量互逆转化电气设备输出机械能，驱动行驶载具；

在使能量转换设备输出机械能，驱动行驶载具。

5.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，该驱动供电储能系统还包括能量转换设备控制单元，能量转换设备控制单元根据储能设备的电力、用电需求负载、行驶载具驱动功率需求和能量转换设备的特性曲线以及能量互逆转化电气设备的特性曲线，确定能量转换设备的启动与停止，使能量转换设备在高效率区间工作。

6.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，该驱动供电储能系统还包括平衡用电负载，在用电需求负载小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元使平衡用负载工作，并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作。

7.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，该驱动供电储能系统还包括平衡行驶载具驱动功率需求，在行驶载具驱动功率需求小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元使平衡行驶载具驱动功率需求工作，并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作。

8.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，该驱动供电储能系统还包括平衡用电负载，在用电需求负载小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元确定平衡用电负载工作造成的能量损失以及能量转换设备在非理想工作负荷下工作的能量损失，从而确定使平衡用电负载工作并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作还是使能量转换设备在非理想工作负荷下工作。

9.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，该驱动供电储能系统还包括平衡行驶载具驱动功率需求，在行驶载具驱动功率需求小于能量转换设备的理想工作负荷最小值且高于储能设备供电的负荷时，能量转换设备控制单元确定平衡行驶载具驱动功率需求工作造成的能量损失以及能量转换设备在非理想工作负荷下工作的能量损失，从而确定使平衡行驶载具驱动功率需求工作并从而使能量转换设备在理想工作负荷下工作还是使能量转换设备在非理想工作负荷下工作；

该驱动供电储能系统还包括多个子系统，能量转换设备控制单元通过确定需进行充电或放电的储能设备而使能量转换设备在理想工作负荷下工作。

10.根据权利要求1所述的基于行驶载具的驱动供电储能系统，其特征在于，能量转换设备控制单元的工作过程具体如下：

获得用电负载和/或行驶载具驱动功率需求；

将用电负载需求和/或行驶载具驱动功率需求与能量转换设备的理想负荷区间进行比较，从而获得储能设备放电功率和可充电功率；

将用电负载要求需求与能量转换设备负荷区间进行比较，从而获得储能设备电量、用电负载和能量转换设备转速的关系；

将用行驶载具驱动功率需求与能量转换设备负荷区间进行比较，从而获得储能系统电量、行驶载具驱动功率需求和能量转换设备转速的关系；

利用储能设备放电功率和可充电功率确定在各时刻应充电的功率，以及充电应达到的电量；

根据各时刻应充电的储能设备，以及充电应达到的电量，调整纯储能储能设备的充放电。