轨道交通 机车车辆车载能量储存系统电源 混合串联系统 征求意见稿

1本文件适用于含车载储能的电连接串联混合动力系统（以源和燃油效率、改善加速特性、增加运行距离并）；——减少环境影响（如可见障碍物、噪音等GB/T4208外壳防护等级（IP代码GB/T4208—2017，IEC60529:2013，IDT）GB/T20138电器设备外壳对外界机械碰撞的防护等级（IK代码GB/T20138—2023，IECGB/T21563轨道交通机车GB/T25117—2020轨道交通机车车辆牵引系统组合试验方2GB/T25122.1轨道交通机车车辆用电力变流器第1部分：特性和试验方法（GB/T25122.1—GB/T25123.2电力牵引轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机第2部分：电子变流器供电的交流电动机（GB/T25123.2—2018，IEC60349GB/T25123.4电力牵引轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机第4部分：与电子变流器相连的永磁同步电机（GB/T25123.4—2015，IEC6034GB/TYYYY—202X轨道交通机车车辆制成后投入使用前的实验方法（IEC61133:20TB/T2746.2—2022机车柴油机试验方法第3单位能量消耗specificen混动系统串联混动系统中通过消耗车上燃料发电或从外部获取电能并向储能单元无法实现用户和制造商最初商定的所需功能或4），5APS：辅助电源（AuxiliaryPowerSuBOL：生命周期开始（BeginningoEDLC：双电层电容（ElectricDouble-LayerCaESU：储能单元（EnergyStorESS：储能系统（EnergyStoragPPS：主电源（PrimaryPowerTE：牵引设备（TractionEq4.1.1概述源不能完全或部分回收TE的再生能量，系统可通统）。若存在连接，应计算辅助负载上的能量消6主回路PESS0:---Pa)锂离子电池b)镍氢电池c)EDLCd)飞轮AUX+:配置示例主回路PESS0:---Pa)锂离子电池b)镍氢电池c)EDLCd)飞轮AUX+:配置示例PPS配置示例PPS配置示例变流器没有画出：0:---0:---PPPSPTEPPPSMS3~3~柴油发电直流牵引网柴油发电M3~M直流电机驱动三相同步电机驱动直流电机驱动燃料电池交流牵引网燃料电池BRESSBR0:---PPBRAUX存储技术的非详尽列表：AUX辅助负载说明：DE——柴油机；PPPS——PPS功率；PTE——TE功率；PBR——BR功率；PESS——ESS功率；PAUX——AUX功率。4.1.3运行模式7PTEPBRI+-++0YYYN+0++0YYYY++++0YYYY0+++0YYYNV +++0RNYN+-0+0YYYN +0+0RNYN +-+0RNYN 0-+0YNYYX --+0YNYY0--+0YYYN+--+0YYYN+00+0YYYY0+0+0YYYN --++YNYY 0-++YNYY0--++YYYN00-++YYYY8TEPPSBRESSAUX在表1中，模式II（PPS供电模式）是指由PPS提供TE所需的全部功率，该模式适用于本章所列举的TEPPSBRESSAUX图1为常见的混动系统示意图，图2为典型的混动系统拓扑图。4.2.直流回路4.2.1柴电混动车辆93~G3~3~G3~TETEMR在图3所示拓扑中，模式V、VII和VIII对应的工况不常用；模式V和模式VII中，当ESS提供TE和AUXTEM3~BRBCHRAUXAPSALESSCHESUTEM3~BRBCHRAUXAPSALESSCHESUFCFCCHPPSFCCHFC——燃料电池；FCCH——燃料电池斩波器；CH——储能斩波器；INV——牵引电。在模式III或IV中，可在不降低TE消耗功率PPS主回路CBFL直流回路ESSESUM3~BRBCHRAUXAPSALPPS主回路CBFL直流回路ESSESUM3~BRBCHRAUXAPSALCH——储能斩波器；CB——断路器；FL——滤波电抗器；INV——BCH——制动斩波器；R——制动电阻；该拓扑允许UTE高于UPPS，TE可在给定电流下输在较高车速下，可通过在制动过程中抬升电机电压提主回路TEM3~UESSUTEBRBCHRAUXUPPSAPSALUPPSESSESUCHS主回路TEM3~UESSUTEBRBCHRAUXUPPSAPSALUPPSESSESUCHSPPSCBFLCBESS，其再生制动能量利用率低，图3中的混动系统增加了ESS，提升了再生ESS可提高接触网供电车辆中再生制动的可用性。图8中系统不包含ESS，接触网无法接收混动车辆混动系统可使PPS运行效率更高。例如，柴油发电机组在某一作点。通过增加ESS，可控制发动机和发电机组在最优工多种系统拓扑和运行模式可有效提高混动系统能量效率INVM3~TEBRBCHAUXPPSCBFLPPSREC G3~DEINVM3~TEBRBCHAUXPPSCBFLPPSREC G3~DER APSALDE——柴油机；REC——整流器；INV——牵引逆变器；BCH——制动主回路TEM3~TEM3~直流回路BRBCHRAUXALAUXALAPS功率牵引力功率牵引力PPTEPPPSPESSTTETPPSTTTETPPSTESSTTETPPSTESSPTEPPPS功率牵引力PTEPPPSPESSTTPPSTESS功率牵引PTEPPPSPESSTTPPSTESS速度速度模式ⅢPTEPPPSPESS速度TTETPPSTESS注2：在以上方案中，假设ESS的SOC和/或SOE可提供出功率以维持车辆的运行。通常情况下ESS提供的能量和功率受限，因此车辆在降级运行时，功率牵引力PPPSPESSTPPSTPPPSPESSTPPSTESS速度速度应采用GB/T32347.1—201对于寿命计算，用户宜提供车辆外部环境空气的温度直方图。否则，应采用符合GB/T32347.1—序号123456789序号——对于性能或特性测试，应验证其性能或特性是否符合技术规范。试验条件见GB/T25117—2020，柴油机见TB/T2），同时应通过外部设备同步监测ESS的SOC或SOE的变化（通过测量时间和能量），以便于评估ESS的SOC或SOE估算精度，以及充电或能量平衡计算，并在正常运行结束时将计算的SOC或SOE恢复至初始水平（如对于混动系统，根据设计要求验证转矩特性并测试每个电源（PPS或ESS）的贡献，确认ESS带来的性能提升或限制。测试方法按照GB/T2511系统运行试验与具体运行模式无关，其目的在于按照一定的操作顺序检查系统的所有设备是否能a)启动系统：打开控制电源并完成系统启动的系统带等效负载运行并按GB/T25117—2020根据附录C的约定，可采用基于可靠建模（通过之前的测量成功验证）的仿真结果代替实物试验。测量设备的精度符合GB/T25117—开始前可通过离线充放电对SOC/SOE进行调整（例如可通过外部/内部电源、接触网或第三轨进行充/放GB/TXXXXX—XXXX8.6.3燃料消耗和废气排放测试(适用于内燃机组或燃料电池)燃料消耗的测试方法见附录C,可通过油箱中实际测得果(通过之前的测试成功验证)代替实物测试。PPS断开，仅由ESS供能实现规定的操作时(持续时间、距离、速度等),测试系统的续航能力。由于试验设备限制等情况不便展开实物测试时，可采用基于可靠建模(通过之前的测试成功验证)切除装置(如出于维护目的安装的切除装置),也应对其进行测试。a)启动系统：打开控制电源并完成车辆启动。g)切除一个或多个PPS：在规定条若辅助回路的能耗完全由APS提供，则在APS的输入端进行测量；若APS连接了负载以外的回路仅使用ESS为系统供电时，车辆续航能力的测量按应测试车辆行驶过程中和静止状态下产生的噪声。宜在车辆整车试验中进行，测试按IEC考虑到混动系统特有的发动机和散热器的间歇性运行（某些条件下内燃机组或散热器会间歇性运），可用容量可用容量可用容量可用容量A.1.1概述可用容量/能量。附录A的主要目的是详细说明以上术语在应用到采用电池/电容作为ESU时的定义与相ETh:++Euse:UEUEUUEEU=0CQQQCQQQQ0%SOC1000%SOCU——电压；UUUUETh:++EEEuse:EUEEQQQQCharge(Ah)0%0%SOC100%SOCA.1.2理论能量），22C——电容值；A.1.3额定能量对于电容器，额定能量取决于额定电压，按式2ER=2CUR·········································可用能量的定义见3.1.18.3。它是指在预先定义的SOC使用范围或电压上下EuseUuse——最大可用电压；22=2CUuse−2CUuse_min····························A.2.1概述A.2.2理论目的SOC=CHTh_remaining·······················SOE=ETh_remaining·····························································ThThEThCHTh——理论容量，）；CHTh_remaining——剩余理论容量，单）；ETh——理论能量，）；ETh_remaining——剩余理论能量，单位为SOC=CHR_remaining··························································CHRCHR——额定容量，）；CHR_remaining——剩余额定容量，）；ER_remaining——剩余额定容量，单位SOCEfSOE=Euse_remaining·······························EfEuseCHuse_remaining——剩余可用容量，）；Euse_remaining——剩余可用能量，单位A.2.5使用系数COUSOC=··························································（A.10）COUSOE=····························································（A.11）COU=CHR·······················································ThSOC_R_ThCHThCOU= ERCOU=SOE_R_ThEThSOE_R_ThCOU=CHuse·····················································ThSOC_use_ThCHThCOUEuse·······················································COUSOE_use_ThEThSOE_use_Th值得注意的是，“再生效率”一词存在多种不同且被广泛使用的定义。以图8所示的接触网供电的<混动系统中的电源子系统>指定运行模式下从系统P0:PPSBRPESS ESSAUXP0:PPSBRPESS ESSAUX评估混动系统的能效时，最重要的性能指标是能量消耗（TE和/或整个混动系统的再生效率等，并在适在计算本附录所定义的指标时，有必要测量混动系统中主回路和子系统之间的功率流。在图B.1所主回路 :PTE-PPS- -PBR+:+:PAUX说明：PPPS——PPS功率；PTE——TE功率；PESS——ESS功率；PBR——BR功率；PAUX——AUX功率。——对于由接触网供电的车辆，车辆通过集电器接收的电——0类：无法吸收再生功率的一次电源或可以吸收并消耗再生功率但ETEES,TEETERTE