【摘 要】
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采用铅酸蓄电池储能的矿用电机车是煤矿井下的辅助运输设备,主要对矿井中的矸石、设备和材料进行运输。铅酸蓄电池具有高能量密度特性和良好的安全性但功率密度低,很难快速响应矿用电机车的瞬时功率变化。而新型超级电容器具有较高的功率密度和快速的功率响应能力,同时具有充放电次数高,循环寿命长等特点。本文提出基于超级电容和蓄电池的混合储能系统应用于矿用电机车上,发挥超级电容的高功率密度特性和蓄电池的高能量密度特性
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采用铅酸蓄电池储能的矿用电机车是煤矿井下的辅助运输设备,主要对矿井中的矸石、设备和材料进行运输。铅酸蓄电池具有高能量密度特性和良好的安全性但功率密度低,很难快速响应矿用电机车的瞬时功率变化。而新型超级电容器具有较高的功率密度和快速的功率响应能力,同时具有充放电次数高,循环寿命长等特点。本文提出基于超级电容和蓄电池的混合储能系统应用于矿用电机车上,发挥超级电容的高功率密度特性和蓄电池的高能量密度特性,使蓄电池电机车工作性能和续航能力得到提高。本文主要研究混合储能及DC/DC变换器的优化控制,来实现两种储能元件的输出功率合理分配。首先对提出的混合储能方案进行了设计,主储能仍采用铅酸蓄电池,用超级电容器作辅助储能,通过双向DC/DC变换器实现储能元件的功率输出的分配,为矿用电机车提供所需电能。在分析蓄电池和超级电容器特性和参数计算的基础上,设计了双向DC/DC变换器电路及充放电控制策略。其次,通过分析低通滤波器的波特图,确定采用低通滤波来实现混合储能系统的功率分配,将电机车所需要的总功率分解为低频分量和高频分量,分别分配给蓄电池和超级电容器。设计了混合储能系统的功率分配方案和分配策略,实现了电机车启动或加速时,由超级电容快速响应电机车的短时峰值功率需求;当电机车平稳运行时由蓄电池提供平稳功率,降低储能系统对超级电容器容量要求;当电机车减速制动时的回馈能量由超级电容快速吸收,提高了混合储能系统的能量利用率。最后,在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,设计了混合储能系统硬件控制电路和实验平台,通过仿真和实验分析验证了混合储能控制系统的正确性,使电机车能瞬时响应大功率的需求,即时吸收减速制动时的回馈电能,提高了电机车的续航能力,增加了电机车的瞬时起动力矩。图[51]表[4]参[81]
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