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;计算了蓄电池和超级电容器的容量参数,确定了超级电容器采用恒流转恒压的充电方法;确定混合储能系统功率分配整体方案及其控制策略。在此基础上,通过控制DC/DC变换电路,完成功率分配的功率输出;通过三相PWM变换器可以实现能量由储能装置流向驱动装置的逆变过程,也可实现能量由驱动装置流向储能装置的整流过程。当矿用电机车的运行工况为启动状态或加速状态时,混合储能装置需要快速响应电机车的功率需求,在较短的时间内迅速放电提供当前矿用电机车所需的峰值功率,在混合储能系统中,超级电容器的高功率密度特性和迅速响应功率变化的特点,可以提供峰值功率以应对电机车的功率需求,减少对蓄电池的冲击。蓄电池因其高能量密度特性可以提供平稳功率来应对矿用电机车平稳运行的工况,降低对超级电容器容量要求。当矿用电机车面临的工况为减速状态或停车制动状态时,超级电容器可以吸收回馈能量,有效降低矿用电机车的用电损耗,提高电机车的运行里程。最后针对混合储能系统的电路拓扑进行软硬件设计,在matlab/simulink平台搭建仿真模型,仿真结果验证了该方法的可行性。图[47]表[5]参[63]