轨道交通列车车载动力电池储能系统关键技术研究

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1、劣参未交硕士学位论文轨道交通列车车载动力电池储能系统关键技术研究TheKeyTechnologyResearchonRailTransitTrainOn--boardPowerBatteryEnergyStorageSystem作者：何文辉导师：文U志冈

2、J北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书11111IIIIIlllllllIllJY2602930本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并

3、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位敝作者虢锄度纷签字日期：州f睁罗月If日导师签名：签字日期：洲丫年弓月一日中图分类号：TM461UDC：621．3北京交通大学硕士学位论文学校代码：硷。啁布f口D牛密级：公开轨道交通列车车载动力电池储能系统关键技术研究TheKeyTechnologyResearchonRailTransitTrainOn—boardPowerBatteryEnergyStora

4、geSystem作者姓名：何文辉导师姓名：刘志刚学位类别：工学学号：11121598职称：教授学位级别：硕士学科专业：电气工程研究方向：电力电子与电力传动北京交通大学2014年3月致谢本论文的工作是在我的导师刘志刚教授的悉心指导下完成的，刘志刚教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年半来刘老师对我的关心和指导。刁利军老师、徐春梅老师、邱瑞昌老师、张钢老师以及王磊老师悉心指导我们完成了实验室的各项科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向他们表示衷心的谢意。此外

5、，在两年半的研究生学习与实验室工作中，陈杰、全恒立、赵雷廷、董侃和阮白水等几位博士为我解开了在科研方面的诸多疑惑，并用实际行动给予我莫大的帮助与指点，为此我向他们表达我真诚的感谢。实验室的杜会卿、孙涛、田蓓、许晓梦、孟苓辉、贾晓光、杨帆、付尧、李超、牛伟亮、夏炎、张哲、金哲铭、李耀恒、周朝阳、陈奕舟、贾海杰、席海阔等同学，以及牟富强工程师和路亮工程师，也在我的科研生活中给予了无私的帮助，在此一并表示感谢。最后，我希望借此机会感谢远在家乡的父母及家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。lV中文摘要城

6、市轨道交通架空接触网在景区或商业区会带来视觉污染。此外传统城轨列车采用电阻能耗制动或机械制动，制动能量以热能形式白白浪费了。本文依托十一五国家科技支撑重点项目：“低地板轻轨车牵引传动控制技术开发及装备研制”，以及其延续课题：“动力电池应用研究一牵引及动力电池充放电控制系统研制”，以车载动力电池储能系统功能实现为目的，围绕配合列车运行的双向DC／DC主电路控制策略研究展开工作，达到使列车能够在无接触网线路运行和吸收列车再生制动能量的目标。首先根据列车在无电区的运行负荷特性分析提出储能系统的能量和充放电功率需求。由

7、于列车在加速和制动过程中列车受力不恒定，普通计算方法不能满足对牵引能耗和功率计算，因此本文采用基于分区间的递推法进行计算。由储能系统的能量和充放电功率需求对比选择钛酸锂电池作为储能元件。根据储能系统的应用场合对钛酸锂动力电池进行容量配置，并对动力电池的充放电特性进行分析。然后对储能系统主电路和控制系统进行设计。由储能系统的需求对比选择Buck／Boost双向DC／DC变换器作为主电路，并采用直接的PWM驱动方式。根据主电路的主要技术参数对主电路核心器件进行设计。分功能和分模块对控制系统进行设计。在储能系统需求分

8、析和主电路设计的基础上分有接触网充电和无接触网运行两种模式对储能系统控制策略进行研究。根据钛酸锂电池的特性，在有接触网充电模式下采用电感电流环的控制策略。在无接触网运行模式下储能系统主要目的是稳定中间直流电压。为了控制电池的充放电电流和提高储能系统应对负载突变的能力，无接触网模式下采用中间带负载电流前馈的直流电压外环电感电流内环控制策略。在MATLAB上建立仿真模型并对控制策略进行仿真验证。最后，搭建储能系统样机，分别在实验室对拖平台和长春轻轨现场完成储能系统各项功能的实验和测试。在实验室平台上进行慢速和快速充

9、电、负载突变和电流双向流动实验，验证了主电路和控制策略设计正确。在长春轻轨现场主要进行基本牵引制动性能、7级牵引制动性能、紧急制动性能、高低SOC制动牵引性能和续航性能进行测试。测试结果表明，储能系统性能满足设计需求。通过仿真、实验和现场测试结果表明，储能系统硬件和控制策略设计合理，各项技术指标达到了设计需求。关键词：轨道交通；动力电池储能系统；Buck／Boost双向DC／DC变换器