高速动车组蓄电池移车系统方案设计

摘要

现如今我国社会经济发展迅速，对我国交通运输能力的需求也不断提升。随着中国铁路的不断提速，时速250公里标准动车组的上线极大提高了我国的客运能力与货运能力，在缓解国民经济“瓶颈”制约方面起到了举足轻重的作用。我国高速动车组列车的运行主要依靠接触网高压供电，然而当高速动车组列车经过动车段、动车所、过分相及停车进站时，有停在无电区的可能，无法依靠自身动力实现自走行，严重影响运行效率。传统的移车技术普遍存在成本高，安全性低，容易造成环境污染及人员浪费等缺点，因此通过动车组自带蓄电池为动力源，实现列车短距离低速行驶出无电区，具有很好的实用价值。
　　调研发现现有研究成果中针对我国时速250公里标准动车组列车仍缺乏一套完备的蓄电池移车方案。本文旨在设计一套高速动车组蓄电池移车系统方案，利用车载动力电池组提供的能量，经DC/DC变换器、牵引逆变器驱动异步电机工作，模拟动车组运行状态，弥补现有技术空白。
　　本文首先对比分析了当前应用广泛且技术成熟的各种动力电池性能特点，结合高速动车组车载动力电池的选型与设计原则，选择钛酸锂电池作为蓄电池移车系统的动力源电池，对其进行了建模仿真，利用不同倍率电流对其进行放电性能测试;之后，针对在蓄电池移车系统中，DC/DC转换装置需要工作在高功率、大电流场合，本文设计了一种四重交错并联Boost变换器，对其工作原理进行分析并完成仿真模型搭建;随后，利用最小时分运行算法对高速动车组进行列车牵引计算仿真，得到在蓄电池移车工况下动车组的运行能耗与运行时间，并依据此对蓄电池组进行容量配置及模块化优化设计，针对串联电池组在放电过程中的不一致现象，设计了一种蓄电池组主动均衡系统以提高电池组的整体性能和使用寿命;然后，对基于转子磁场定向的异步电机矢量控制策略进行理论分析，完成电机驱动系统设计。
　　最后，在Matlab/Simulink仿真平台上搭建蓄电池移车系统仿真模型，并利用地面试验平台模拟动车组实际工况完成实验验证，仿真与实验结果验证了蓄电池移车系统方案的正确性与可行性。

目录

声明

致谢

摘要

序

1．1 课题背景与意义

1．2 高速动车组紧急移车动力源电池选型

1．2．1 我国高速动车组发展现状

1．2．2 高速动车组车载蓄电池选型原则

1．2．3 动力电池的发展与选型

1．3 蓄电池驱动技术研究现状

1．3．1 新加坡电力蓄电池双能源工程车

1．3．2 日本EV-E301系蓄电池驱动电力动车

1．4 论文主要研究内容

2 蓄电池紧急移车动力电池系统设计

2．1 钛酸锂电池建模仿真

2．1．1 钛酸锂电池模型搭建

2．1．2 模型参数辨识

2．1．3 钛酸锂电池单体仿真分析

2．2 DC／DC转换装置设计

2．2．1 交错并联Boost电路拓扑结构

2．2．2 四重交错并联Boost电路工作原理

2．2．3 四重交错并联Boost电路仿真分析

2．3 本章小结

3 蓄电池组优化配置与均衡控制

3．1 列车牵引计算仿真

3．1．1 列车运动学模型

3．1．2 最小时分运行算法

3．1．3 时速250公里高速动车组列车牵引计算仿真

3．2 蓄电池组优化配置与仿真分析

3．2．1 蓄电池组容量配置

3．2．2 蓄电池组分组模块化设计

3．2．3 蓄电池组仿真分析

3．3 蓄电池组均衡系统设计

3．3．1 蓄电池组均衡系统拓扑结构

3．3．2 放电均衡控制策略设计

3．3．3 蓄电池组均衡系统仿真

3．4 本章小结

4 蓄电池移车系统建模仿真

4．1 电机驱动系统设计

4．1．1 坐标变换

4．1．2 两相同步旋转坐标系上的异步电机数学模型

4．1．3 异步电机转子磁场定向矢量控制策略

4．2 异步电机矢量控制仿真分析

4．3 蓄电池移车系统建模仿真分析

4．4 本章小结

5 蓄电池移车系统实验验证

5．1 蓄电池移车系统实验平台设计

5．1．1 蓄电池移车系统整体控制方案设计

5．1．2 实验平台搭建

5．2 实验验证

5．2．1 DC／DC转换装置预充电实验

5．2．2 异步电机冷态牵引转矩特性实验

5．2．3 模拟运行实验

5．3 本章小结

6．1 论文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历

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