一种混合动力调车机车能量自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合动力调车机车能量自适应控制方法，包括步骤一，判断当前机车运行工况，属于混合动力模式或纯电力牵引；步骤二：属于混合动力模式时，微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送控制参数，进行均衡放电或者均衡充电处理；属于纯电力牵引时，微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送放电控制参数，进行均衡放电处理。通过对多个动力电池组加装双向DC/DC设备，实现动力电池组之间独立的功率控制，设计动力电池均衡充放电控制方法与所属算法，设计混合动力调车机车多组动力电池SOC自动平衡控制方法；实现多组动力电池均衡充放电功能、各组动力电池SOC自动平衡功能、动力电池故障保护控制功能、达到混动调车机车在不同工况下能量自适应控制的目的。不同工况下能量自适应控制的目的。不同工况下能量自适应控制的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力调车机车能量自适应控制方法


[0001]本专利技术涉及交通运输设备，具体涉及一种混合动力调车机车能量自适应控制方法。

技术介绍

[0002]混合动力调车机车通过选择较小功率的柴油发电机组和一定容量动力蓄电池结合，共同提供机车的电能；柴油机驱动发电机发出三相交流电，经整流成直流后，同蓄电池混合后，通过牵引变流器给牵引电机供电；普通调车机车的作业主要由：调车和小运转组成，调车工况下频繁启停、制动，主要对机车的启动牵引力要求较高，对持续牵引力的要求相对较低，而小运转工况下，机车处于长时间牵引状态下运行相对较长的一段距离，调车机车一旦进行作业，常常会遇到这两种工况相互交替进行，交替时间可以是几分钟到几十分钟，甚至数小时不等；根据以上混合动力控制的方式和调车机车作业的特点，调车作业工况下采用蓄电池优先提供动力的方式(高混合度下的控制方式)，配合再生制动能量回收系统，将使油电混合动力机车的节油性能发挥到最理想的状态，既能使柴油机使用时间压缩至最低，又能提供机车作业所需的动力，小运转时则适合采用以柴油机优先提供动力(中、低混合度下的控制方式)的方式，既能优先满足机车牵引所需的能量，又能满足机车在长时间牵引过程中由于路况的改变而造成的所需能量的突变。
[0003]此外，混合动力调车机车是以柴油机与动力电池为主要能量混合供能的调车机车，混合动力调车机车现已应用于煤炭钢铁企业，其主要满足炉前对货物的厂内调车作业需求，其具备运行距离短，牵引功率较小的特点，对动力电池的装机容量需求不高，但随着科技发展，为满足中国干线铁路编组场客货运编组调车作业与地方铁路的短途调车作业要求，新设计的混合动力机车的动力电池装机容量不断增加，来达到运行距离和续航时间的增加，增大牵引功率的目的，但由于机车布局等因素限制，导致传统单组动力电池设计方案已无法满足。
[0004]不仅如此混合动力调车机车在不同工况下，需通过合理的网络控制指令，管理机车能量产生、储存与使用，满足不同作业的功率需求。现有混合动力机车通常采用“交
‑
直
‑
交”的设计方案，能量供给侧主要由柴油机带动发电机产生交流电，通过励磁斩波器控制整流产生直流电，并将单组动力电池共同接入在整车直流总线上，提供能量，能量消耗侧主要由牵引电机、辅助设备、需充电的动力电池组成；牵引逆变器将直流总线上的能量转化供给牵引电机，辅助逆变器将直流总线上的能量转化供给辅助设备，动力电池通过直流总线充电，在多组动力电池方案中，由于动力电池物理差异很容易造成组间能量一致性不同，或在动力电池出现故障时，无法平衡动力电池组间能量，进而无法正常使用。
[0005]既有混合动力调车机车柴油机与动力电池的网络控制方案主要针对单组动力电池结构，通过检测司机控制器手柄档位、电池SOC值、机车速度三者参数来决定是否对动力电池实现充放电控制与柴油机起动控制，根据司机控制器手柄档位变化与当前机车速度综合判断整车所需要的牵引功率，当处于低档位低速度时，机车所需牵引功率较小，机车由动
力电池提供能量；当司控器处于高档位时，机车所需牵引功率较大，起动柴油机升至最高转速输出最大功率，由动力电池补充剩余能量，实现大功率牵引。
[0006]既有方案通常使用IGBT将动力电池与母线进行拓扑，利用电池自然特性，网络微机控制电池接触器的闭合与断开，实现对动力电池充放电的控制。通过控制整车负载牵引功率，由电池补充机车牵引需求所剩余能量，进而满足大功率牵引需求。当机车处在低牵引功率需求，通过判断电池组 SOC，升高直流总线电压，实现对电池的充电需求。其中对多组动力电池功率控制，采用DCDC结构连接蓄电池与母线，直接根据总需求功率，来决定电池的投入或切除操作或，其控制方式简单，控制电池的供电组合，控制整体电池的输出功率。
[0007]但是上述既有方案只能控制动力电池的投入切除操作，无法实现每组电池的独立功率控制；在多组动力电池情况下，无法实现动力电池之间的均衡充电和均衡放电操作；当多组动力电池之前存在SOC差异时，易造成动力电池组间回流，易发生过流过载故障，影响使用寿命；动力电池在大功率牵引工况下，主要作为柴油机能量的补充，无法实现柴油机与动力电池能量的合理利用，导致牵引功率不足、续航里程短等问题；现有技术方案对动力电池的能量控制均无法实现多组动力电池大功率快速均衡充放电的操作，仅判断电池电量的方式控制功率是不满足使用需求，经常造成电池电量不均衡，频繁与不合理的为电池充电，进而导致动力电池故障率上升，在电池故障时无法通过合理控制策避免机车发生故障，造成机破事故，最终产生动力电池的使用寿命下降，维修成本上升，机车故障增加等问题。
[0008]因此需要提出一种混动调车机车能量自适应控制的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种混合动力调车机车能量自适应控制方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一：判断当前机车运行工况，属于混合动力模式或纯电力牵引；
[0011]步骤二：属于混合动力模式时，微机控制系统分别向多个双向DC/DC 发送放电控制参数，进行均衡放电处理，或者微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送充电控制参数，进行均衡充电处理；属于纯电力牵引时，微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送放电控制参数，进行均衡放电处理。
[0012]作为一种优选方案，包括步骤三：在均衡放电或均衡充电过程中，对多组动力电池SOC进行平衡修正。
[0013]作为一种优选方案，所述均衡充电处理包括如下步骤：
[0014]步骤A1：实时采集多组动力电池的SOC值，当任意一组动力电池SOC 值低于预设充电值时，或司机控制强制给动力电池充电时，微机网络发出启动柴油机指令，主发励磁控制器控制柴油机发电机组功率输出最大功率与最高转速，保持输出柴油机最高转速所对应的中间直流母线电压V
CA_V
，为整车提供能量；
[0015]步骤A2：微机控制系统向双向DC/DC下发充电控制参数，充电控制参数包括多组动力电池组的SOC值，每组动力电池的最大允许充电功率 P
ChgMax
、最大允许充电电流I
ChgMax
；
[0016]步骤A3：以中间直流母线电压V
CA_V
和最大允许充电功率P
ChgMax
为控制目标，对动力电池组充电，在柴油机功率未受限时，双向DC/DC升高动力电池侧电压；
[0017]步骤A4：实时采集充电的动力电池的SOC值，判断动力电池的SOC值是否高于预设
的充电值；高于预设的充电值时，微机网络控制柴油机关闭，低于预设的充电值时，跳转至步骤A1。
[0018]作为一种优选方案，所述均衡放电处理包括如下步骤：
[0019]步骤B1：微机网络发出动力电池供能指令，闭合动力电池的闭合回路的接触器，多个双向DC/DC控制多组动力电池的功率输出，升高中间直流母线电压V
CA_V
；
[0020]步骤B2：微机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力调车机车能量自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：判断当前机车运行工况，属于混合动力模式或纯电力牵引；步骤二：属于混合动力模式时，微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送放电控制参数，进行均衡放电处理，或者微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送充电控制参数，进行均衡充电处理；属于纯电力牵引时，微机控制系统分别向多个双向DC/DC发送放电控制参数，进行均衡放电处理。2.根据权利要求1所述的混合动力调车机车能量自适应控制方法，其特征在于，还包括步骤三：在均衡放电或均衡充电过程中，对多组动力电池SOC进行平衡修正。3.根据权利要求1所述的混合动力调车机车能量自适应控制方法，其特征在于，所述均衡充电处理包括如下步骤：步骤A1：实时采集多组动力电池的SOC值，当任意一组动力电池SOC值低于预设充电值时，或司机控制强制给动力电池充电时，微机网络发出启动柴油机指令，主发励磁控制器控制柴油机发电机组功率输出最大功率与最高转速，保持输出柴油机最高转速所对应的中间直流母线电压V
CA_V
，为整车提供能量；步骤A2：微机控制系统向双向DC/DC下发充电控制参数，充电控制参数包括多组动力电池组的SOC值，每组动力电池的最大允许充电功率P
ChgMax
、最大允许充电电流I
ChgMax
；步骤A3：以中间直流母线电压V
CA_V
和最大允许充电功率P
ChgMax
为控制目标，对动力电池组充电，在柴油机功率未受限时，双向DC/DC升高动力电池侧电压；步骤A4：实时采集充电的动力电池的SOC值，判断动力电池的SOC值是否高于预设的充电值；高于预设的充电值时，微机网络控制柴油机关闭，低于预设的充电值时，跳转至步骤A1。4.根据权利要求1所述的混合动力调车机车能量自适应控制方法，其特征在于，所述均衡放电处理包括如下步骤：步骤B1：微机网络发出动力电池供能指令，闭合动力电池的闭合回路的接触器，多个双向DC/DC控制多组动力电池的功率输出，升高中间直流母线电压V
CA_V
；步骤B2：微机控制系统向每组双向DC/DC下发放电控制参数，放电控制参数包括多组动力电池组的SOC值、每组动力电池的最大允许放电功率P
DisChgMax
、最大允许放电电流I
DisChgMax
；步骤B3：以中间直流母线电压V
CA_V
和最大允许放电功率P
DisChgMax
为控制目标，调节动力电池的输出功率；步骤B4：实时采集放电的动力电池的SOC值，判断动力电池的SOC值是否低于预设的充电值；低于预设的充电值时，结束放电过程；高于预设的充电值时，跳转至步骤A1。5.根据权利要求3所述的混合动力调车机车能量自适应控制方法，其特征在于，所述动力电池最大允许充电功率P
ChgMax
的计算公式为：动力电池最大允许充电功率P
ChgMax
由动力电池运行温度T
BAT
、动力电池SOC值、动力电池组内部接触器已闭合数量N
k
和总接触器数量N共同决定；网络微机系统根据动力电池特性，采用模糊控制策略将额定运行温度T
BAT
分成X个区
间，温度与充电功率正相关；将SOC值分成Y个区间，在SOC达到90％时充电功率降低至0，将动力电池运行温度T
BAT
数值代入至X内，将当前SOC数值代入至Y内，查询特性表P
ChgBat
，再乘以N
k
与N的比值，可得到动力电池最大允许充电功率P
ChgMax
；所述动力电池最大允许充电电流I
ChgMax
值的的计算公式为：I
ChgBat

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，周洺宇，王志强，李志锋，姜博韬，吕世伟，黄露，刘骅萱，孙阳，史鹏飞，
申请(专利权)人：中车大连机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：