[发明专利]一种燃料电池与动力电池混合动力调车机车控制方法

说明书

本发明提供了一种氢燃料电池混合动力工矿调车机车控制方法，调车机车主传动系统采用动力锂电池与氢燃料电池构成的电‑电混合动力源，氢燃料电池通过DC/DC模块与动力锂电池混合，然后通过DC/AC变频过快逆变为变频变压的交流电驱动牵引电机，运行时，根据动力锂电池的SOC值情况，启用动力锂电池和/或氢燃料电池为机车提供所需功率；制动时，采用制动产生的能量为动力锂电池充电。采用本发明的方案能够保证氢燃料电池稳定工作，使氢燃料电池达到最佳循环寿命；有效提高氢燃料电池使用效率；可有效回收、利用列车制动能量和氢燃料电池多余能量，能在低温环境快速提高氢燃料电池内部环境温度、启动氢燃料电池且不恶化氢燃料电池性能，保证机车低温环境运用能力。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别涉及一种燃料电池与动力电池混合动力调车机车控制方法。

背景技术

在轨道交通领域，国内外氢燃料电池主用于载客运输或矿物运输，还没有用于工矿调车作业的氢燃料混合动力调车机车及氢燃料混合动力调车机车控制策略。氢燃料电池混合动力工矿调车机车特点：

A、工矿调车机车的特点是峰值功率高，但平均负荷低，大多数工矿调车平均功率仅有峰值功率的10％～20％左右；

B、氢燃料电池单个电堆功率低且成本较高，一般1～3个电堆功率大于工矿调车的平均功率，如果完全采用氢燃料电池给整车提供动力，满足峰值功率需求时则需要5～10个电堆同时工作，且调车机车运行特点是车辆工况频繁改变，氢燃料电池特性软，不易满足工况要求，且车辆在动态运行过程中由于工况变化带来电流载荷的瞬态变化会引起氢燃料电池电压波动，导致材料化学衰减，降低电池寿命；

C、电堆常温起动时间大约需要10秒以上，低温下不能直接起动，需要加热，否则电堆各种极化都将增强，造成电池性能恶化。

发明内容

针对上述存在的问题，提供了一种氢燃料电池混合动力工矿调车机车动力控制方法，主传动系统用氢燃料电池作为主动力源提供持续功率，采用动力锂电池与氢燃料电池构建电-电混合动力。

本发明采用的技术方案如下：一种燃料电池与动力电池混合动力调车机车控制方法，调车机车主传动系统采用动力锂电池与氢燃料电池构成的电-电混合动力源，氢燃料电池通过DC/DC模块与动力锂电池混合，然后通过DC/AC变频过快逆变为变频变压的交流电驱动牵引电机，运行时，根据动力锂电池的SOC值情况，启用动力锂电池和/或氢燃料电池为机车提供所需功率；制动时，采用制动产生的能量为动力锂电池充电。

进一步的，所述混合动力源包括N套氢燃料电池和一组动力锂电池，所述N大于等于2；氢燃料电池和动力锂电池均可独立或共同给机车提供电能。

进一步的，还包括，调车机车牵引工况下，检测动力锂电池电量SOC，

当SOC≥X3时，氢燃料电池不工作，动力锂电池提供牵引功率；

当X3＞SOC≥X2时，部分氢燃料电池工作，优先提供机车辅助功率和牵引功率，当机车牵引和辅助所需功率≤工作氢燃料电池额定功率时，氢燃料电池多余功率给动力锂电池充电,动力锂电池充电达到SOC≥X4时，停止氢燃料电池工作；当机车牵引和辅助所需功率＞工作氢燃料电池额定功率时，动力锂电池输出相应功率进行补充；

当X2＞SOC≥X1时，所有氢燃料电池工作在额定状态，优先提供机车辅助功率和牵引功率，当机车牵引和辅助所需功率≤工作氢燃料电池额定功率时，氢燃料电池多余功率给动力锂电池充电；当机车牵引和辅助所需功率＞工作氢燃料电池额定功率时，动力锂电池输出相应功率进行补充；动力锂电池充电达到SOC≥X3时，部分氢燃料电池停止工作，动力电池充电达到SOC≥X4时，停止全部氢燃料电池工作；