專利名稱：一種用于制動能量回收的車載超級電容組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級電容組，尤其是涉及一種用于制動能量回收的車載超級電容組。
背景技術(shù)：
目前城軌交通再生制動能量的回收主要分為耗散式、能饋式和儲能式三種。儲能式制動能量回收方式以其具有較好的技術(shù)經(jīng)濟性，成為城軌交通領(lǐng)域節(jié)能減排的重要技術(shù)方向，同時超級電容以其功率密度高、可頻繁快速充放電、使用壽命長、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，成為儲能器件的首選。
儲能式制動能量回收方式根據(jù)其儲能系統(tǒng)的安裝位置不同可分為地面級系統(tǒng)和車載級系統(tǒng)。地面級儲能系統(tǒng)由于其能量流動總要伴隨著接觸網(wǎng)(或第三軌)的傳輸損耗，而影響其節(jié)能效果的發(fā)揮。車載儲能系統(tǒng)雖然克服了前者的缺陷，然而在工程應(yīng)用上卻對該系統(tǒng)的重量和體積有較高的限制，所以如何減小車載儲能系統(tǒng)的重量和體積直接影響其在工程應(yīng)用上的經(jīng)濟性。因此，車載儲能系統(tǒng)中超級電容組的配置方法是車載儲能系統(tǒng)工程化應(yīng)用的重點研究內(nèi)容之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種超級電容單體需求數(shù)量少，可降低超級電容組成本、重量及體積的用于制動能量回收的車載超級電容組。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，該超級電容組包括多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體，所述的超級電容單體串聯(lián)組合體由多個超級電容單體串連而成。所述的多個超級電容單體的數(shù)量根據(jù)以下步驟確定21)根據(jù)交通供電系統(tǒng)直流電壓及功率變換器電壓變比，確定超級電容的工作電壓范圍Umin Umax ；22)用超級電容工作最高電壓Umax除以超級電容單體工作最高電壓Ucell,即得到超級電容單體的數(shù)量。所述的Umin 為 Umax 的 1/2。所述的多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體的數(shù)量根據(jù)以下步驟確定41)將超級電容充電初始電壓U0作為變量，代入功率及容量要求關(guān)系式，當車輛制動工況及外界相連車輛吸收情況一定時，通過求解不等式，得出U0的解閾Umin ^U0^U/ ；42)將U0的最優(yōu)充電初始電壓U'代入超級電容充電初始電壓與超級電容并聯(lián)支數(shù)的關(guān)系式，即可求出超級電容單體串聯(lián)組合體的數(shù)量。所述的功率及容量要求關(guān)系式為功率要求應(yīng)滿足超級電容充電初始時刻的最大吸收功率=車輛最大制動功率-外界車輛的吸收功率-車輛輔助系統(tǒng)功率；容量要求應(yīng)滿足超級電容可吸收的能量+超級電容損耗>車輛有效再生制動能量-外界相鄰車輛吸收的能量-功率變換器損耗。
所述的超級電容充電初始電壓與超級電容并聯(lián)支數(shù)的關(guān)系式為并聯(lián)支數(shù)X單體額定電流X超級電容電流過載倍率X充電初始電壓=車輛最大制動功率-外界車輛的吸收功率-車輛輔助系統(tǒng)功率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了現(xiàn)有超級電容一般配置中超級電容功率利用率低、配置所需的超級電容單體冗余量大的缺點，提出基于最優(yōu)充電初始電壓的超級電容配置方法，實現(xiàn)該配置方法下所采用的超級電容單體數(shù)目最少，從而降低成本和減小超級電容的重量及體積。



圖I為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一種用于制動能量回收的車載超級電容組，該超級電容組包括多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體，超級電容單體串聯(lián)組合體由多個超級電容單體串連而成。多個超級電容單體的具體數(shù)量和多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體的具體數(shù)量可由以下方法確定在超級電容組滿足制動能量回收所需的功率及能量要求基礎(chǔ)上，分析超級電容組的充電初始電壓對超級電容配置的影響，找出最優(yōu)充電初始電壓使配置所需的超級電容單體數(shù)目最少，其配置步驟如圖I所示步驟I)根據(jù)交通供電系統(tǒng)直流電壓等級及功率變換器電壓變比，確定超級電容組的工作電壓范圍Umin Umax,結(jié)合所選擇的超級電容單體最高電壓參數(shù)Ucell，則Umax與Ucell的比值即為串連形成超級電容單體串聯(lián)組合體的超級電容單體的數(shù)量。步驟2)計算車輛在既定制動工況下的有效再生制動反饋能量Eb及最大制動功率P_。其中，Eb、Pmax為扣除車輛輔助系統(tǒng)后的能耗及功率。
_ 9] Eb = (AEk - J[B fre ds) X Ticear X ”Motor X Tilnverter - I"8 Paux . dt其中，AEk :車輛再生制動階段內(nèi)的動能變化量；frs :車輛再生制動階段內(nèi)除電制動力外的其他受力的合力；Tb :再生制動有效時間；nGear> nMotor> H1-:齒輪箱效率、電機效率、逆變器效率；Paux :車輛輔助系統(tǒng)功率Pmax = Minimum (PN, FBmax X V0, (M a-frs) X V0) _PAux其中PN :車輛全部電機所允許的最大制動電功率；Fbimx :車輛全部電機所能輸出的最大電制動力；M、a :車輛與負載重量之和、制動減速度；V0 :車輛制動初始速度；步驟3)以吸收系數(shù)kin表征外界相鄰車輛的作用效果，超級電容吸收剩余再生制動能量時應(yīng)滿足的功率及容量要求關(guān)系式
功率要求超級電容充電初始時刻的最大吸收功率=車輛最大制動功率-外界車輛的吸收功率-車輛輔助系統(tǒng)功率；容量要求超級電容可吸收的能量+超級電容損耗>車輛有效再生制動能量-外界相鄰車輛吸收的能量-功率變換器損耗；以充電初始電壓Utl作為變量帶入上述關(guān)系式，得到Utl的解閾=UminSUtl彡U'，則U'即為最優(yōu)充電初始電壓。具體方法如下功率要求U0XIfflax = PfflaxX (1-kJ其中1_ :多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體的最大充電電流；kin :表示外界相鄰車輛對有效再生制動功率或能量的吸收比例系數(shù)。容量要求
權(quán)利要求
1.一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，該超級電容組包括多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體，所述的超級電容單體串聯(lián)組合體由多個超級電容單體串連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，所述的多個超級電容單體的數(shù)量根據(jù)以下步驟確定 21)根據(jù)城市軌道交通供電系統(tǒng)直流電壓及功率變換器電壓變比，確定超級電容串聯(lián)組合體的工作電壓范圍Umin Umax ； 22)用超級電容工作最高電壓Umax除以超級電容單體工作最高電壓Ucell,即得到超級電容單體的數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，所述的Umin為Umax的1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，所述的多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體的數(shù)量根據(jù)以下步驟確定 41)將超級電容充電初始電壓Utl作為變量，代入功率及容量要求關(guān)系式，當車輛制動工況及外界相鄰車輛吸收情況一定時，通過求解不等式，得出U0的解閾Umin ^ U0 ^ Ui ； 42)將Utl的最優(yōu)充電初始電壓U'代入超級電容充電初始電壓與超級電容并聯(lián)支數(shù)的關(guān)系式，即可求出超級電容單體串聯(lián)組合體的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，所述的功率及容量要求關(guān)系式為 功率要求應(yīng)滿足 超級電容充電初始時刻的最大吸收功率 =車輛最大制動功率-外界車輛的吸收功率-車輛輔助系統(tǒng)功率； 容量要求應(yīng)滿足 超級電容可吸收的能量+超級電容損耗> 車輛有效再生制動能量-外界相鄰車輛吸收的能量-功率變換器損耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于制動能量回收的車載超級電容組，其特征在于，所述的超級電容充電初始電壓與超級電容并聯(lián)支數(shù)的關(guān)系式為 并聯(lián)支數(shù)X單體額定電流X超級電容電流過載倍率X充電初始電壓=車輛最大制動功率-外界車輛的吸收功率-車輛輔助系統(tǒng)功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制動能量回收的車載超級電容組，該超級電容組包括多個并聯(lián)的超級電容單體串聯(lián)組合體，所述的超級電容單體串聯(lián)組合體由多個超級電容單體串連而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有超級電容單體需求數(shù)量少，降低超級電容組成本、重量及體積等優(yōu)點。
文檔編號H01G9/26GK102800496SQ20111014126
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者沈小軍, 陳 勝, 張翼 申請人:同濟大學