矿用蓄电池电机车混合储能系统研究

发布时间：2023-03-20 00:43

　　矿用电机车用于煤矿井下巷道的矸石、设备和材料的运输,运行工况对其运输效率和生产成本影响较大。传统矿用电机车的储能系统一般采用铅酸蓄电池组。铅酸蓄电池自问世以来,本身具有的高能量密度特性和良好的安全性能得到了验证,适合煤矿井下巷道的工作环境。但是铅酸蓄电池存在充放电次数有限、充电时间偏长、使用寿命不高等缺点,其中最重要的一点是蓄电池作为能量型储能元器件无法快速响应功率的变化,这势必会增加蓄电池的容量来满足负载动态功率的需求,造成电机车储能系统的体积增加,也增大了矿用电机车的运行成本。近年来备受青睐的超级电容器因其特有的高功率密度特性、可反复充放电、能快速响应功率变化、循环寿命长、使用环境温度范围广等特点,已应用于各种储能装置。因此,本文提出将蓄电池的高能量密度特性和超级电容器的高功率密度特性相结合组成混合储能系统应用于矿用电机车上,以实现电机车储能系统性能更优良。本文提出的矿用电机车混合储能方案为:采用蓄电池组作为主要储能电源,超级电容器组作为辅助储能电源,将蓄电池组与超级电容器组并联在逆变器侧,为矿用电机车提供电能输出。设计了基于蓄电池和超级电容器的DC/DC变换电路;计算了蓄电池和超...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景
        1.1.1 混合储能的发展现状
        1.1.2 矿用电机车混合储能的研究
    1.2 国内外混合储能技术研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文章节安排
2 矿用电机车混合储能系统总体结构
    2.1 混合储能系统工作状态概述
        2.1.1 矿用电机车混合储能系统的结构
        2.1.2 混合储能装置技术要求
    2.2 蓄电池特性分析
        2.2.1 蓄电池基本原理
        2.2.2 蓄电池等效电路模型
        2.2.3 蓄电池参数计算
    2.3 超级电容器特性分析
        2.3.1 超级电容器基本原理
        2.3.2 超级电容器的等效电路模型
        2.3.3 超级电容器参数计算
    2.4 混合储能系统拓扑结构
        2.4.1 超级电容器和蓄电池并联问题
        2.4.2 DC-DC变换器拓扑结构
        2.4.3 DC/DC变换器控制策略
        2.4.4 混合储能工作模式分析
    2.5 超级电容器均压与充电模式
        2.5.1 超级电容器均压方式
        2.5.2 超级电容器充电方法
    2.6 本章小结
3 矿用电机车混合储能系统功率分配控制
    3.1 混合储能系统的容量计算
        3.1.1 驱动电动机功率要求
        3.1.2 蓄电池的容量计算
        3.1.3 超级电容器的容量计算
    3.2 混合储能系统功率分配控制
        3.2.1 功率分配的总体方案
        3.2.2 放电驱动及充电模式下的功率分配
        3.2.3 再生制动模式下的功率分配
    3.3 本章小结
4 混合储能系统软硬件设计
    4.1 混合储能控制系统硬件设计
        4.1.1 储能系统主电路
        4.1.2 驱动隔离电路
        4.1.3 辅助电源电路
        4.1.4 采样电路
    4.2 混合储能控制系统软件设计
        4.2.1 系统主程序
        4.2.2 初始化程序设计
        4.2.3 超级电容充电控制系统程序设计
        4.2.4 混合储能放电控制系统程序设计
    4.3 本章小结
5 矿用电机车混合储能系统仿真分析
    5.1 矿用电机车混合储能系统仿真模型
    5.2 矿用电机车混合储能系统仿真分析
        5.2.1 功率分析
        5.2.2 蓄电池及超级电容器SOC分析
        5.2.3 电压电流分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果



本文编号：3766330