矿用电机车是煤炭井下用于运送矸石、材料及设备等物品的主要运输工具。目前最常使用铅酸蓄电池作为储能装置,直流电机作为驱动电机的电机车,这种电机车虽具有续航时间长、无需架线、运输便利的特点,但其储能装置充电所需的设备较多,输出性能也不够优越;此外直流电机启动耗能较大,且内部换向器和电刷产生的磨损,会使电机部件的寿命降低。本文以减少充电所需设备,提高驱动动态输出性能,在不增加能源消耗的前提下提升电机车续航能力为主要出发点,提出以蓄电池-超级电容作为混合储能装置,以异构永磁同步电机作为牵引电机的电机车混合储能与驱动一体化拓扑与控制系统。课题从电机车的工作环境入手,分析电机车电控系统的技术要求,对原有电机车电路拓扑进行改进,设计了一种新型的电机车混合储能与驱动一体化电路拓扑及其控制策略。拓扑方面,选用能量密度较大的蓄电池与功率密度较大的超级电容器组成混合储能装置;选用低转速下驱动性能更优的永磁同步电机作为驱动电机,并对电机的绕组进行重构,使其可以切换工作模式,实现充放电的一体化;在储能装置与驱动电机间加入双向DC/DC变换器,提升电机车整体的充电及驱动性能;充电控制策略方面,提出使用分阶段恒流转恒压的充电方法;驱动控制策略方面,提出由超级电容提供加速能量,储能装置迅速输出大电流,提升电机车驱动性能;由蓄电池提供匀速行驶能量,保证电机车平稳运行;由超级电容吸收电机车减速时永磁同步电机制动回馈的能量,延长电机车的续航时间的功率分配方法。接着,根据设计的新型电机车混合储能与驱动一体化电路,对其硬件电路和软件思路进行了具体设计。最后,为验证此新型矿用电机车混合储能与驱动一体化控制系统的可行性和有效性,分别进行了仿真和实物实验。仿真及实验结果表明,此混合储能与驱动一体化电路可以满足正常工作需要,并可以有效地提高电机车的驱动性能和续航能力。图[68]表[4]参[60]。