[发明专利]一种混合储能充电系统及方法

说明书

本发明公开一种混合储能充电系统及方法，该系统包括充电机模块、超级电容模块以及蓄电池模块，充电机模块的高压侧分别连接高压直流母线、超级电容模块，低压侧分别连接低压直流母线、蓄电池模块，充电机模块控制将高压直流母线电压变换后分别为超级电容模块、蓄电池模块充电，以及控制超级电容模块放电以提供高压侧电机启动冲击功率、控制蓄电池模块放电以向高压直流母线提供持续功率；该方法为利用上述混合储能充电系统的方法。本发明融合蓄电池与超级电容进行混合储能充电，使得能够同时满足高压侧有较大冲击功率以及低压测较小持续功率的需求，且具有成本低、利用率及效率高、体积重量小等优点。

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，尤其涉及一种混合储能充电系统及方法。

背景技术

在轨道交通列车中，为满足不同的功能需要，通常装备有各种直流用电设备，这些用电设备也即为负载；根据电流特性和重要程度，列车中负载可分为三种类型：第一种为冲击负载，该类负载启动时需要很大的冲击电流和冲击功率，启动后电流和功率较小；第二种为永久负载，该类负载的电流和功率较小，但重要性很高，需要最大程度的保证供电连续性；第三种为一般性负载。

为保障负载的稳定运行，目前列车中通常是按照如图1所示配置充电机和储能装置进行储能充电控制，正常工况时由充电机将交流或直流输入转变为直流输出给负载供电，同时给储能装置充电，当充电机故障时，由储能装置给负载供电；但是由于储能装置一般为蓄电池，且一般蓄电池内阻较大，当高、低压直流母线电压差别较大，且高压侧有电机启动需冲击启动功率时，冲击启动功率较大，采用上述储能充电控制方式时，很难满足瞬时大电流放电需求。

为解决上述冲击负载所需瞬时大电流问题，目前通常是采用以下2种方式：

（1）采用高倍率大容量蓄电池，但是大容量的蓄电池体积大、重量大且寿命低；

（2）采用大功率充电机，但是大功率充电机的利用率低、效率低，且储能电感设计困难。

因此亟需提供一种储能充电系统、方法，使得能够同时满足高压侧有较大冲击功率以及较小持续功率的需求，且能够降低系统实现成本、减小系统的体积重量，提高系统的利用率及效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够融合蓄电池与超级电容进行混合储能充电的混合储能充电系统及方法，使得同时满足高压侧有较大冲击功率以及较小持续功率的需求，且实现简单、成本低、利用率及效率高且体积重量小。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种混合储能充电系统，包括充电机模块、超级电容模块以及蓄电池模块，充电机模块的高压侧分别连接高压直流母线、超级电容模块，低压侧分别连接低压直流母线、蓄电池模块，充电机模块控制将高压直流母线电压变换后分别为超级电容模块、蓄电池模块充电，以及控制所述超级电容模块放电以提供高压侧电机启动冲击功率、控制所述蓄电池模块放电以向高压直流母线提供持续功率。

作为本发明系统的进一步改进：所述充电机模块包括第一变换单元、第二变换单元，所述第一变换单元的一端连接高压直流母线，另一端连接所述超级电容模块，用于控制所述超级电容模块的充、放电；所述第二变换单元的一端连接高压直流母线，另一端分别连接蓄电池模块、通过所述隔离二极管D1连接低压直流母线，用于控制所述蓄电池模块的充、放电。

作为本发明系统的进一步改进：所述第一变换单元包括并联连接的控制晶闸管G1以及升压电路，所述控制晶闸管G1的阳极与所述高压直流母线连接，阴极与所述超级电容模块连接，所述升压电路的输入端连接所述超级电容模块，输出端连接所述高压直流母线。