[发明专利]一种地铁用混合储能系统

权利要求书

1.一种地铁用混合储能系统，其特征在于：包括锂电池组、超级电容器组、第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和协同控制器；

所述第一双向DC/DC变换器的低压侧连接锂电池组，高压侧连接于直流牵引网两端；所述第二双向DC/DC变换器的低压侧连接超级电容器组，高压侧连接于直流牵引网两端；所述协同控制器的检测输入端连接锂电池组、超级电容器组和直流牵引网，控制输出端连接第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器；

所述协同控制器通过检测直流牵引网电压U_grid、锂电池组荷电状态SOC_bat、超级电容器组荷电状态SOC_sc，结合地铁车辆运行时段，按照控制策略，对所述第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器的启停进行控制：

在高峰运行时段：若地铁车辆制动并导致直流牵引网电压上升，根据检测的U_grid实时值，先采用超级电容器组吸收回馈电能，若U_grid继续上升，再增加锂电池组吸收回馈电能；

在平峰运行时段：若地铁车辆制动并导致直流牵引网电压超过设定阈值，同时启动锂电池组和超级电容器组吸收回馈电能，并根据U_grid实时值对锂电池组充电倍率进行调整；

在地铁车辆处于启动或者加速阶段时：若直流牵引网电压下降，锂电池组和超级电容器组释放能量提供电压补偿；

所述高峰运行时段的控制策略具体为：

所述协同控制器设置所述超级电容器组、锂电池组的充电启动电压分别为U_sc、U_bat，并将U_sc、U_bat分别设定在[U_sc，min，U_sc，max]、[U_bat，min，U_bat，max]区间内，且同时满足U_sc，minU_bat，min、U_sc，maxU_bat，max；

当检测到U_grid高于U_sc，max时，向所述第二双向DC/DC变换器发送启动超级电容器组充电的指令，超级电容器组以额定功率从牵引网吸收能量，直至U_grid低于U_sc，min，向第二双向DC/DC变换器发送停止超级电容器组充电的指令，超级电容器组停止充电；

当检测到U_grid高于U_bat，max时，向所述第一双向DC/DC变换器发送启动锂电池组充电的指令，锂电池组以额定充电倍率从牵引网吸收能量，直至U_grid低于U_bat，min，向第一双向DC/DC变换器发送停止锂电池组充电的指令，锂电池组停止充电；

所述平峰运行时段的控制策略具体为：

所述协同控制器设置所述超级电容器组、锂电池组的充电启动电压分别为U’_sc、U’_bat，并将U’_sc、U’_bat分别设定在[U’_sc，min，U’_sc，max]、[U’_bat，min，U’_bat，max]区间内，且同时满足U’_bat，minU’_sc，min、U’_sc，max＝U’_bat，max；

当检测到U_grid高于U’_sc，max时，同时向所述第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器发送启动锂电池组、超级电容器组充电的指令，锂电池组、超级电容器组分别以额定功率从牵引网吸收能量；根据U_grid所处电压范围，若U_grid继续升高，则逐步提高锂电池组充电倍率直至锂电池组达到允许的最大充电倍率；

当检测到U_grid低于U’_sc，min时，向第二双向DC/DC变换器发送停止超级电容器组充电的指令，超级电容器组停止充电；当检测到U_grid低于U’_bat，min时，向第一双向DC/DC变换器发送停止锂电池组充电的指令，锂电池组停止充电；

所述地铁车辆处于启动或者加速阶段时的控制策略具体为：

所述协同控制器设置所述锂电池组、超级电容器组的放电启动电压为U_dis，并将U_dis设定在[U_dis，min，U_dis，max]区间内，且U_dis，min小于直流牵引网额定电压；

当检测到U_grid低于U_dis，min时，同时向所述第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器发送启动锂电池组、超级电容器组放电的指令，锂电池组、超级电容器组均以额定功率释放能量，直至达到其设定的容量下限值或者U_grid恢复至U_dis，max；

所述锂电池组的锂电池单体串联个数N_sb、并联个数N_pb，所述超级电容器组的超级电容器单体串联个数N_sc、并联个数N_pc，满足以下关系式：

其中，U_cell、C_max为单体锂电池的额定电压和最大允许充电电流，P_t为典型平峰运行工况功率最大值与超级电容器组设计最大功率的差值，η为所述第一双向DC/DC变换器的最大电压变换比；U_s、C为超级电容器单体的额定电压和容量，E_peak为典型平峰运行工况回馈的总能量，系数α根据超级电容器组实际使用的容量范围计算得到。