现代有轨电车混合动力控制技术

（1）直接并联连接方式 最简单的复合方式就是将超级电容和动力电池直接并联，如图5-29所示。在这一结构形式中，超级电容简单地相当于一个电流滤波器，它能显著地使电池的峰值电流均匀化，并减小了电池的电压降。这一结构形式的主要缺点在于其功率流不能主动控制，而且超级电容的能量不能充分利用。

（2）采用双向DC/DC变流器控制方式 图5-30展示了另一种复合电源结构，其中一个DC/DC变流器配置于动力电池与牵引变流器之间，另一个DC/DC变流器配置于超级电容与牵引变流器之间。这一设计使动力电池和超级电容可具有不同的电压，两者之间的功率流能够主动地加以控制和分配，而且超级电容的能量可以充分利用。本节所研究的混合动力系统即采用此复合电源结构。

图5-29 动力电池与超级电容的直接并联连接

图5-30 具有主动控制的复合电源系统

（3）动力电池和超级电容的量值设计 假设该复合电源系统的整体能量和功率容量恰好满足车辆的能量和功率需求，那么车辆对能量储存装置的能量和功率需求可由能量/功率比予以描述。能量/功率比R_e/p定义为

式中E_r为车辆所需的能量，J；P_r为车辆所需的功率，W。

能量和功率需求主要取决于车辆驱动系统的设计及其控制策略。当R_e/p给定时，可设计复合电源系统中的动力电池和超级电容，使该复合电源系统的能量/功率比等于R_e/p，即应有

式中 W_b和W_c——动力电池和超级电容的重量，kg;

E_b和E_c——动力电池和超级电容的比能量，W．h/kg;

P_h和P_c——动力电池和超级电容的比功率，W/kg。

式(5-60)可进而写为

(www.xing528.com)

式中

因而，复合电源系统的比能量为

而复合电源系统的比功率为

（4）双向DC/DC变流器的控制方法 双向DC/DC变流器各桥臂的上下两功率管采用互补方式驱动，通过不同的占空比实现电流的双向流动，因此两个方向电流可统一控制。

DC/DC变流器的控制系统采用的是双闭环结构，由一个电压外环和一个电流内环组成。电压外环用于稳定输出电压，电流内环具有限制输出电流和改善动态性能的作用。

双向控制电路结构如图5-31所示，基本的工作原理如下：每个模块的高压侧电压U₁反馈并与参考值U_ref相减，误差经补偿调节器后输出作为电流指令；电流指令经过最大电流i_max和最小电流i_min限幅，作为电流闭环的输入。

图5-31 双向控制电路结构

变流器的闭环控制可以分三种情况来讨论：

1）当高压侧电压U₁高于参考电压U_ref时，电流指令值为正，变流器工作在BUCK模式，复合电源系统充电储能，电流指令经过最大、最小电流限幅后，得到参考电流，再与高压侧电流比较，误差经过PI调节器，得到占空比信号输出。

2）当高压侧电压U₁低于参考电压U_ref时，电流指令值为负，变流器工作在BOOST模式，复合电源系统放电释放能量，电流指令经过最大、最小电流限幅后，得到参考电流，再与高压侧电流比较，误差经过PI调节器，得到占空比信号输出。

3）当高压侧电压U₁与参考电压U_ref相等时，电流指令值为零，变流器不工作，复合电源既不释放能量也不吸收能量。