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专利名称：适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211306322.X

专利申请（专利权）人：中车永济电机有限公司
权利人地址：山西省运城市永济市电机大街18号

专利发明（设计）人：王泉策,王喜乐,常秀丽,柴媛,杨璐,王雷

专利摘要：本发明公开了一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法，涉及动力机车的动力电池充放电领域。该逻辑方法包括牵引工况下柴油机或其他供电源及动力电池的整体控制方式、牵引工况下只有动力电池工作时各组动力电池的控制方式、制动工况下各组动力电池的控制方式、停车时只有动力电池工作时各组动力电池的控制方式及单组动力电池给其他动力电池充电时各组动力电池的控制方式。本发明根据SOC、SOC低于单组放电预警值的动力电池数量及负载功率信息进行供电源的工作方式切换，减少了混合动力机车的柴油机等供电源的启动频率，降低了供电源的工作时间，提高寿命，降低空载损耗；最大化单组动力电池放电时的工作效率，降低能量转换过程的损耗。

主权利要求：
1.一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法，其特征在于：根据不同的工况与动力电池电量，控制逻辑方法包括如下情况：①整个混合动力机车的供电以动力电池为主，当未报电池电量低及牵引手柄级位较低时，整车均由动力电池工作，执行牵引、制动、惰转的工况；
②根据负载功率进行动力电池各组能量分配，负载功率低于单组动力电池可提供功率时，只由单条支路放电；负载功率低于两组动力电池可提供功率时，只由两条支路放电；以此类推，由负载功率和单组动力电池可提供功率进行比较，计算出所需启动放电的动力电池，每组动力电池优先以额定放电功率进行放电，剩余放电功率由剩余的动力电池提供；
③将多组动力电池按照排布顺序方式进行编号，当前一位的一组动力电池SOC低于单组放电预警值时，退出工作序列，由后一位的一组动力电池接替；
④如果SOC低于单组放电预警值的单组动力电池，在有剩余的未运行的动力电池的情况下，未运行的动力电池启动放电，给SOC低于单组放电预警值的单组动力电池进行充电；
⑤计算单组动力电池的设计放电功率和设计充电功率，在能够满足一组以上的动力电池充电时，由单组动力电池放电，给多组SOC低于单组放电预警值的动力电池充电；
⑥在一半以上动力电池组电量处在一半以下的工况下，包括柴油机在内的一种或几种供电源启动并给所有动力电池充电；电池充满，则包括柴油机在内的一种或几种供电源退出工作，动力电池组工作；
⑦在负载所需功率超出动力电池能提供的功率时，包括柴油机在内的一种或几种供电源启动，输出最大功率，利用剩余能量优先给SOC低于单组放电预警值的动力电池充电，充满后，给剩余的动力电池充电；
⑧制动工况时，各组SOC未满的动力电池组都工作在充电模式。
2.根据权利要求1所述的一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法，其特征在于：第⑥种工况下，在一半以上动力电池组电量处在一半以下的情况具体为：当在一半组以上动力电池电量处在SOC低于单组放电预警值的情况下。 说明书 : 适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法技术领域[0001] 本发明涉及动力机车的动力电池充放电领域，具体为一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法。背景技术[0002] 近年来因为响应国家节能减排号召，原先的内燃机车整车设计开始采用各类动力电池、氢能源电池或者和柴油机混合供电的供电方式。而动力电池因为单电池电量较。谏杓剖蓖捎枚喔龆Φ绯靥峁┠茉，通过双向DCDC来给牵引单元的中间直流母线来放电提供能量，以及给动力电池充电。[0003] 对于多组动力电池与其他供电能源混合供电的控制方法，现有技术通常采用多组动力电池通过各支路单独的双向DCDC装置和中间直流母线进行充电或放电的能量交换。[0004] 放电时，通常由其他供电能源（如柴油机）控制中间直流母线电压，多组动力电池的双向DCDC控制放电功率，总控制器根据负载所需功率和动力电池能够放电的总最大功率给各支路平均分配，给各支路的双向DCDC同时发送相等的放电功率，各支路依此进行放电功率控制。[0005] 充电时，牵引时通常由其他供电能源（如柴油机）控制中间直流母线电压，或者由制动的电机提供能量。多组动力电池的双向DCDC控制充电功率，总控制器根据供电源去掉负载功率之后能提供的总最大充电功率给各支路平均分配，给各支路的双向DCDC同时发送相等的充电功率，各支路依此进行充电功率控制。[0006] 但是上述控制方法，这种方案放电时各组动力电池全部启动，负载所需功率低时，双向DCDC工作在轻载状态，效率低。充电时必须启动柴油机或其他供电源，柴油机或其他供电源频繁启动，能耗较大。因此为了节约能耗，需要改进现有的供电控制方法。发明内容[0007] 本发明为了解决现有的混合动力机车的多组动力电池混合供电中所存在的放电时各组动力电池全部启动，负载所需功率低时，双向DCDC工作在轻载状态，效率低；而充电时必须启动柴油机或其他供电源，柴油机或其他供电源频繁启动，能耗较大的问题，提供了一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法。[0008] 本发明是通过如下技术方案来实现的：一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法，根据不同的工况与动力电池电量，控制逻辑方法包括如下情况：[0009] ①整个混合动力机车的供电以动力电池为主，当未报电池电量低及牵引手柄级位较低时，整车均由动力电池工作，执行牵引、制动、惰转的工况；[0010] ②根据负载功率进行动力电池各组能量分配，负载功率低于单组动力电池可提供功率时，只由单条支路放电；负载功率低于两组动力电池可提供功率时，只由两条支路放电；以此类推，由负载功率和单组动力电池可提供功率进行比较，计算出所需启动放电的动力电池，每组动力电池优先以额定放电功率进行放电，剩余放电功率由剩余的动力电池提供；[0011] ③将多组动力电池按照排布顺序方式进行编号，当前一位的一组动力电池SOC低于单组放电预警值时，退出工作序列，由后一位的一组动力电池接替；[0012] ④如果SOC低于单组放电预警值的单组动力电池，在有剩余的未运行的动力电池的情况下，未运行的动力电池启动放电，给SOC低于单组放电预警值的单组动力电池进行充电；[0013] ⑤计算单组动力电池的设计放电功率和设计充电功率，在能够满足一组以上的动力电池充电时，由单组动力电池放电，给多组SOC低于单组放电预警值的动力电池充电；[0014] ⑥在一半以上动力电池组电量处在一半以下的工况下，包括柴油机在内的一种或几种供电源启动并给所有动力电池充电；电池充满，则包括柴油机在内的一种或几种供电源退出工作，动力电池组工作；[0015] ⑦在负载所需功率超出动力电池能提供的功率时，包括柴油机在内的一种或几种供电源启动，输出最大功率，利用剩余能量优先给SOC低于单组放电预警值的动力电池充电，充满后，给剩余的动力电池充电；[0016] ⑧制动工况时，各组SOC未满的动力电池组都工作在充电模式。[0017] 上述工作过程根据SOC、SOC低于单组放电预警值的动力电池数量及负载功率信息进行供电源的工作方式切换，充放电的技术已经是现有技术中较为成熟的技术，因此上述过程中的充放电均无需特别说明其充放电的过程，只需要了解充放电的逻辑。上述控制逻辑方法不再遵循统一充电、统一放电的规则，而是根据实际需要进行调控，包括：[0018] 1）牵引工况下柴油机或其他供电源及动力电池的整体控制方式；[0019] 2）牵引工况下只有动力电池工作时，各组动力电池的控制方式；[0020] 3）制动工况下各组动力电池的控制方式；[0021] 4）停车时只有动力电池工作时，各组动力电池的控制方式；[0022] 5）单组动力电池给其他动力电池充电时，各组动力电池的控制方式可以减少混合动力机车的柴油机或其他供电源的启动频率。[0023] 与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法，根据SOC、SOC低于单组放电预警值的动力电池数量及负载功率信息进行供电源的工作方式切换。该方法能够减少混合动力机车的柴油机或其他供电源的启动频率，降低其他供电源的工作时间，提高寿命，降低空载损耗。同时，能够最大化单组动力电池放电时的工作效率，降低能量转换过程的损耗。具体实施方式[0024] 以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。[0025] 本实施例中一共有4组动力电池，一种适用于混合动力机车的多组动力电池混合供电控制逻辑方法，根据不同的工况与4组动力电池电量，控制逻辑方法包括如下情况：[0026] ①整个混合动力机车的供电以动力电池为主，当未报电池电量低及牵引手柄级位较低时，整车均由动力电池工作，执行牵引、制动、惰转的工况；[0027] ②根据负载功率进行动力电池各组能量分配，负载功率低于单组动力电池可提供功率时，只由单条支路放电；负载功率低于两组动力电池可提供功率时，只由两条支路放电；以此类推，由负载功率和单组动力电池可提供功率进行比较，计算出所需启动放电的动力电池，每组动力电池优先以额定放电功率进行放电，剩余放电功率由剩余的动力电池提供；[0028] ③将4组动力电池按照排布顺序方式进行编号，当第一组动力电池SOC低于单组放电预警值时，退出工作序列，由第二组动力电池接替；[0029] ④如果SOC低于单组放电预警值的单组动力电池，在有剩余的未运行的动力电池的情况下，假设为第三组动力电池，则未运行的第三组动力电池启动放电，给SOC低于单组放电预警值的第一组动力电池进行充电；[0030] ⑤计算第三组动力电池的设计放电功率和设计充电功率，在能够满足一组以上的动力电池充电时，由单组动力电池放电，给多组SOC低于单组放电预警值的动力电池充电；本实施例假设为第一组和其他组，以设计放电功率和设计充电功率决定；[0031] ⑥在一半以上动力电池组电量处在一半以下的工况下，即在一半组以上动力电池电量处在SOC低于单组放电预警值的情况下，本实施例中，两组以上的动力电池处在SOC低于单组放电预警值的情况，则包括柴油机在内的一种或几种供电源启动并给所有动力电池充电；电池充满，则包括柴油机在内的一种或几种供电源退出工作，动力电池组工作；[0032] ⑦在负载所需功率超出动力电池能提供的功率时，包括柴油机在内的一种或几种供电源启动，输出最大功率，利用剩余能量优先给SOC低于单组放电预警值的动力电池充电，充满后，给剩余的动力电池充电；[0033] ⑧制动工况时，各组SOC未满的动力电池组都工作在充电模式。[0034] 本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：山西

专利申请日期：2022-10-25

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115742863B