本發(fā)明涉及軌道車輛供電，尤其涉及一種軌道車輛混合動力系統(tǒng)能量分配方法、裝置及能量控制器。

背景技術(shù)：

1、軌道車輛采用包括燃料電池和動力電池的軌道車輛混合動力系統(tǒng)，有助于保證軌道車輛供電的穩(wěn)定性。

2、如圖1所示，目前軌道車輛混合動力系統(tǒng)主要采用大功率電堆(即大功率燃料電池)進行并聯(lián)供電。該方案中每個大功率燃料電池均通過內(nèi)部自帶單向dc/dc(即直流變換模塊)連接到直流母線，動力電池采用直掛母線的方式。其中，動力電池用于維持母線電壓，其較大容量的特點可防止母線電壓的突變；燃料電池作為整個軌道車輛混合動力系統(tǒng)的最終能量來源，其輸出功率根據(jù)動力電池的荷電狀態(tài)(state?of?charge，soc)和軌道車輛的需求功率進行調(diào)整，是能量管理系統(tǒng)的主要控制變量。

3、為了降低成本并提高能量利用率，考慮將汽車用燃料電池應(yīng)用至軌道車輛混合動力系統(tǒng)中，然而，發(fā)明人在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)：若直接將軌道車輛混合動力系統(tǒng)中的大功率燃料電池替換為汽車用燃料電池，由于汽車用燃料電池的輸出電壓較低，一般為750v，而軌道車輛的動力系統(tǒng)所需電壓較高，一般情況下軌道車輛的供電電壓能高達1500v，汽車用燃料電池無法滿足軌道車輛的供電電壓要求，導(dǎo)致無法直接使用汽車用燃料電池且成本高昂。而且即便可以將軌道車輛混合動力系統(tǒng)中的大功率燃料電池替換為汽車用燃料電池，由于軌道車輛在制動過程中，母線電壓會抬高，當母線電壓抬升較高直至超出汽車用燃料電池的輸出電壓的安全范圍時，會觸發(fā)汽車用燃料電池的保護機制，汽車用燃料電池會在保護機制的作用下頻繁切入或切出母線，進而影響汽車用燃料電池的持續(xù)運行，對整個軌道車輛混合動力系統(tǒng)的運行安全產(chǎn)生不利影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種軌道車輛混合動力系統(tǒng)能量分配方法、裝置及能量控制器，以解決目前軌道車輛混合動力系統(tǒng)難以使用汽車用燃料電池的問題。

2、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種軌道車輛混合動力系統(tǒng)能量分配方法，應(yīng)用于軌道車輛混合動力系統(tǒng)，所述軌道車輛混合動力系統(tǒng)包括：燃料電池子系統(tǒng)、動力電池和能量控制器，所述燃料電池子系統(tǒng)包括：儲氫模塊、至少一個具有第一直流變換模塊的燃料電池和第二直流變換模塊；

3、所述儲氫模塊用于向至少一個所述燃料電池提供氫氣；

4、至少一個所述燃料電池均與所述第二直流變換模塊電連接；

5、所述第二直流變換模塊和所述動力電池均連接在直流母線上；

6、所述能量控制器分別與所述儲氫模塊、至少一個所述燃料電池、所述第二直流變換模塊和動力電池通信連接；

7、所述方法包括：

8、在所述軌道車輛混合動力系統(tǒng)上電后，根據(jù)所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)和所述動力電池的狀態(tài)，確定系統(tǒng)主狀態(tài)；

9、若所述系統(tǒng)主狀態(tài)表征所述燃料電池子系統(tǒng)和所述動力電池供電正常，則控制所述第一直流變換模塊工作在電壓源模式，控制所述第二直流變換模塊工作在電流源模式，并根據(jù)軌道車輛的需求功率和所述動力電池的荷電狀態(tài)確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率。

10、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)和所述動力電池的狀態(tài)，確定系統(tǒng)主狀態(tài)，包括：

11、判斷所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)是否正常，以及所述動力電池的狀態(tài)是否正常；

12、若所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)為正常，且所述動力電池的狀態(tài)為正常，則確定系統(tǒng)主狀態(tài)為表征所述燃料電池子系統(tǒng)和所述動力電池供電正常的第一狀態(tài)；

13、若所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)為異常，所述動力電池的狀態(tài)為正常，則確定系統(tǒng)主狀態(tài)為表征所述燃料電池子系統(tǒng)供電異常但所述動力電池供電正常的第二狀態(tài)；

14、若所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)為正常，所述動力電池的狀態(tài)為異常，則確定系統(tǒng)主狀態(tài)為表征所述燃料電池子系統(tǒng)供電正常但所述動力電池供電異常的第三狀態(tài)；

15、若所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)為異常，且所述動力電池的狀態(tài)為異常，則確定系統(tǒng)主狀態(tài)為表征所述燃料電池子系統(tǒng)和所述動力電池供電異常的第四狀態(tài)。

16、在一種可能的實現(xiàn)方式中，判斷所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)是否正常，包括：

17、判斷所述儲氫模塊的狀態(tài)是否正常、至少一個所述燃料電池的狀態(tài)是否正常、以及所述第二直流變換模塊的狀態(tài)是否正常；

18、若所述儲氫模塊的狀態(tài)為異常，或者所述第二直流變換模塊的狀態(tài)為異常，則確定所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)為異常；

19、若所述儲氫模塊的狀態(tài)為正常，且所述第二直流變換模塊的狀態(tài)為正常，則根據(jù)至少一個所述燃料電池的狀態(tài)確定所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)。

20、在一種可能的實現(xiàn)方式中，將所述動力電池的最大輸出功率與所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率之和記為系統(tǒng)最大輸出功率；

21、所述根據(jù)軌道車輛的需求功率和所述動力電池的荷電狀態(tài)確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率，包括：

22、將所述動力電池的荷電狀態(tài)分別與荷電狀態(tài)最小閾值、荷電狀態(tài)次小閾值和荷電狀態(tài)次大閾值進行比較；所述荷電狀態(tài)次小閾值大于荷電狀態(tài)最小閾值且小于所述荷電狀態(tài)次大閾值，所述荷電狀態(tài)次大閾值小于荷電狀態(tài)最大閾值；

23、若所述動力電池的荷電狀態(tài)大于所述荷電狀態(tài)次大閾值，則根據(jù)軌道車輛的需求功率、所述動力電池的最大輸出功率以及所述系統(tǒng)最大輸出功率，確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率；

24、若所述動力電池的荷電狀態(tài)小于或等于所述荷電狀態(tài)次大閾值，且所述動力電池的荷電狀態(tài)大于所述荷電狀態(tài)最小閾值，則根據(jù)軌道車輛的需求功率、所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率以及所述系統(tǒng)最大輸出功率，確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率；

25、若所述動力電池的荷電狀態(tài)小于或等于所述荷電狀態(tài)最小閾值，則確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率，并確定所述動力電池的輸出功率為零。

26、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)軌道車輛的需求功率、所述動力電池的最大輸出功率以及所述系統(tǒng)最大輸出功率，確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率，包括：

27、將所述需求功率分別與所述動力電池的最大輸出功率和所述系統(tǒng)最大輸出功率進行比較；

28、若所述需求功率大于所述系統(tǒng)最大輸出功率，則確定所述動力電池的輸出功率為所述動力電池的最大輸出功率，并確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率；

29、若所述需求功率小于或等于所述系統(tǒng)最大輸出功率，且所述需求功率大于所述動力電池的最大輸出功率，則確定所述動力電池的輸出功率為所述動力電池的最大輸出功率，并確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述需求功率與所述動力電池的最大輸出功率的差；

30、若所述需求功率小于或等于所述動力電池的最大輸出功率，且所述需求功率大于所述燃料電池子系統(tǒng)的最小輸出功率，則確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述燃料電池子系統(tǒng)的最小輸出功率，所述動力電池的輸出功率為所述需求功率與所述燃料電池子系統(tǒng)的最小輸出功率的差。

31、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)軌道車輛的需求功率、所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率以及所述系統(tǒng)最大輸出功率，確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率，包括：

32、將所述需求功率分別與所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率和所述系統(tǒng)最大輸出功率進行比較；

33、若所述需求功率大于所述系統(tǒng)最大輸出功率，則確定所述動力電池的輸出功率為所述動力電池的最大輸出功率，并確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率；

34、若所述需求功率小于或等于所述系統(tǒng)最大輸出功率，且所述需求功率大于所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率，則確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率，并確定所述動力電池的輸出功率為所述需求功率與所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率的差；

35、若所述需求功率小于或等于所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率，且所述需求功率大于所述燃料電池子系統(tǒng)的最小輸出功率，則根據(jù)所述動力電池的荷電狀態(tài)與所述荷電狀態(tài)次小閾值的比較結(jié)果，確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率。

36、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述動力電池的荷電狀態(tài)與所述荷電狀態(tài)次小閾值的比較結(jié)果，確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率，包括：

37、若所述動力電池的荷電狀態(tài)大于所述荷電狀態(tài)次小閾值，則確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述需求功率；

38、若所述動力電池的荷電狀態(tài)小于或等于所述荷電狀態(tài)次小閾值，則確定至少一個所述燃料電池的輸出功率為所述燃料電池子系統(tǒng)的最大輸出功率。

39、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種軌道車輛混合動力系統(tǒng)能量分配裝置，應(yīng)用于軌道車輛混合動力系統(tǒng)，所述軌道車輛混合動力系統(tǒng)包括：燃料電池子系統(tǒng)、動力電池和能量控制器，所述燃料電池子系統(tǒng)包括：儲氫模塊、至少一個具有第一直流變換模塊的燃料電池和第二直流變換模塊；

40、所述儲氫模塊用于向至少一個所述燃料電池提供氫氣；

41、至少一個所述燃料電池均與所述第二直流變換模塊電連接；

42、所述第二直流變換模塊和所述動力電池均連接在直流母線上；

43、所述能量控制器分別與所述儲氫模塊、至少一個所述燃料電池、所述第二直流變換模塊和動力電池通信連接；

44、所述裝置包括：

45、處理模塊，用于在所述軌道車輛混合動力系統(tǒng)上電后，根據(jù)所述燃料電池子系統(tǒng)的狀態(tài)和所述動力電池的狀態(tài)，確定系統(tǒng)主狀態(tài)；

46、能量分配模塊，用于若所述系統(tǒng)主狀態(tài)表征所述燃料電池子系統(tǒng)和所述動力電池供電正常，則控制所述第一直流變換模塊工作在電壓源模式，控制所述第二直流變換模塊工作在電流源模式，并根據(jù)軌道車輛的需求功率和所述動力電池的荷電狀態(tài)確定至少一個所述燃料電池和所述動力電池的輸出功率。

47、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種能量控制器，包括存儲器和處理器，所述存儲器用于存儲計算機程序，所述處理器用于調(diào)用并運行所述存儲器中存儲的計算機程序，執(zhí)行如上第一方面或第一方面的任一種可能的實現(xiàn)方式所述方法的步驟。

48、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上第一方面或第一方面的任一種可能的實現(xiàn)方式所述方法的步驟。

49、本發(fā)明實施例提供一種軌道車輛混合動力系統(tǒng)能量分配方法、裝置及能量控制器，通過在軌道車輛混合動力系統(tǒng)的燃料電池子系統(tǒng)中，串接具有較高承壓能力(例如承壓能力在1500v以上)的第二直流變換模塊，并在軌道車輛混合動力系統(tǒng)上電后，燃料電池子系統(tǒng)和動力電池供電均正常的情況下，控制燃料電池子系統(tǒng)中燃料電池內(nèi)部自帶的第一直流變換模塊工作在電壓源模式，串接的第二直流變換模塊工作在電流源模式，可以令軌道車輛制動時可維持燃料電池子系統(tǒng)以最小輸出功率對外輸出，從而保證燃料電池子系統(tǒng)的持續(xù)運行，有效解決汽車用燃料電池子系統(tǒng)輸出電壓低的問題，實現(xiàn)汽車用燃料電池在軌道車輛上的發(fā)電應(yīng)用。