鋰離子電池儲能系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用

目前，城市軌道交通可采用的儲能形式重要有鋰離子電池儲能、超級電容器儲能和飛輪儲能。其中，鋰離子電池作為近年來發(fā)展較快的儲能元件，其容量和功率水平能夠滿足再生制動能量吸收和釋放的要求。此外，與超級電容和鉛酸電池相比，鋰離子電池具有能量密度高的優(yōu)點，可以實現(xiàn)器件的小型化和輕量化。因此，鋰離子電池充放電快、壽命長，可以滿足電氣化軌道交通的要求。

鋰離子電池軌道交通儲能系統(tǒng)

圖1為城市軌道交通鋰離子電池儲能系統(tǒng)，重要由雙向DC/DC變換器、控制器、鋰離子電池組等部件組成。其中，鋰離子電池單體通過設定的串并聯(lián)方式連接，形成鋰離子電池組。所述鋰離子電池通過雙向DC/DC變換器連接到牽引網(wǎng)兩端。控制器處理牽引電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測信號和鋰離子電池組傳感器傳回的控制電動牽引電網(wǎng)之間的能量流和鋰離子電池組通過控制IGBT1電導和IGBT2雙向DC/DC變換器,并實現(xiàn)自動控制充放電的鋰離子電池組。

儲能裝置可安裝在車輛上，稱為車載儲能裝置;也可安裝在地面或隧道的特殊房間內(nèi)，稱為地面式。在這個實驗中使用了ground類型。儲能裝置的額定電壓為DC1400~1800V，額定容量為160ah，額定功率為240kw，牽引網(wǎng)的額定電壓為DC1500V。

鋰離子電池儲能系統(tǒng)的控制策略

在車輛運行過程中，有三種牽引啟動、空轉和制動方式，引起牽引網(wǎng)電壓降低、恒壓和上升的動態(tài)變化，分別對應于儲能系統(tǒng)的三種方式:電能釋放、備用和電能吸收。因此，選取牽引網(wǎng)電壓值f作為控制變量。在車輛加速起動過程中，電機處于牽引狀態(tài)，電能通過VVVF逆變器從牽引網(wǎng)中獲取。當儲能系統(tǒng)檢測到Ut小于控制器設定的下限電壓時。時,雙向DC/DC變換器IGBT1關掉,IGBT2開啟(單指南的鋰離子電池對牽引網(wǎng)),鋰離子電池能量轉換為所需的電壓范圍牽引網(wǎng)絡和牽引網(wǎng)作為一個輔助電源供應的維護上面的牽引網(wǎng)電壓下限電壓值。在車輛空轉過程中，車輛與牽引網(wǎng)之間沒有能量交換，牽引網(wǎng)電壓不變，儲能系統(tǒng)未啟動，處于待機狀態(tài)。在再生制動過程中，車輛的電機處于發(fā)電機的工作狀態(tài)，車輛的動能轉化為電能，經(jīng)VVVF整流后反饋到牽引網(wǎng)。當能量儲存系統(tǒng)檢測到U大于設定的上限電壓控制器,雙向DC/DC變換器IGBT1是和IGBT2關閉(單指導牽引網(wǎng)絡之間的連接和鋰離子電池),和牽引網(wǎng)的電能轉換成所需的電壓和電流范圍鋰離子電池充電充電鋰離子電池。即儲能系統(tǒng)吸收可再生能源，保持牽引網(wǎng)電壓低于上電壓值。