專利名稱：電動車的功率存儲控制裝置和方法
電動車的功率存儲控制裝置和方法
背景技術：
本發明涉及一種運行在鐵路上的電動車的功率存儲控制裝置和方法。所述功率存 儲控制裝置有效地適用于如下控制裝置其供應來自設置在電動車的功率存儲設備的功率 至不能接收功率(例如，在架空線中發生功率故障的情況下或在不存在架空線的區域中) 的電動車的主電路，從而使得電動車能夠自身低速運行至最近的功率供應點。當來自架空線等的功率供應不可能時，當前的電動車不能移動并且需要等待救援 車。然而，一些無軌電車已經解決了該問題，使得它們能夠使用隨車攜帶的電池作為電源， 例如，在沒有架空線的情況下在車庫附近移動。在無軌電車中，輔助電路的負載能力(照 明、空調等)小。因此，電池能夠驅動包括主電機的所有電路。然而，在普通的火車中，利用 架空線電壓運行的高壓輔助功率供應單元供應AC功率至具有大負載能力的輔助電路。不 供應架空線電壓，則高壓輔助功率供應單元不運行。此外，主電機也不能由電池進行驅動。 出于這些原因，普通的火車不能自己移動至最近的適用點，在保持占用軌道的同時要求救 援車。在制動時電動車通常獲得再生的功率。有效使用所再生的能量的技術是已知的 (例如，公開號為2003-199204的日本專利申請)。所再生的能量用于例如供電運行(加 速)。需要采取一些功率供應措施來防止在DC電動有軌車在受電弓(pantograph)離線 時產生的瞬時功率供應中斷、在AC電動有軌車通過死區時總是產生的短時間的功率供應 中斷以及AC/DC電動有軌車(通過AC和DC功率兩者都能夠運行的火車)的相對長時間的 功率供應中斷。能夠通過準備具有大容量以補償離線時間段的電容器來采取防止瞬時或短 時間的功率供應中斷的功率供應措施。對于長時間的功率供應中斷來說，需要準備功率存儲設備，以防止車中的燈熄滅。 出于該目的，需要采用在某種程度上較貴的DC熒光燈，而不是采用經濟的AC熒光燈。此外，在自動火車運行的火車停止控制中，在就要停止之前再生的功率吸收不可 用狀態大大惡化了停止位置精度。
發明內容
本發明的目的是提供一種電動車的功率存儲控制裝置和方法，其中，升壓/降壓 斬波電路和功率存儲設備被結合成使得所述功率存儲控制裝置即使在低速模式下也能夠 施加使得能夠供電運行的功率至主電路，并且使得所述功率存儲控制裝置用作能夠施加足 夠的高壓至輔助電路的高壓輔助功率供應。根據本發明的一個實施例，提供一種電動車的功率存儲控制裝置，其選擇性地采 用第一運行狀態(正常運行狀態)和第二運行狀態(緊急運行狀態)中的一個，在所述第 一運行狀態中使用來自架空線(10)的功率，在所述第二運行狀態中使用來自功率存儲設 備(32)的功率。所述功率存儲控制裝置包括包括第一輸入/輸出部分和第二輸入/輸出 部分的升壓/降壓斬波電路(31)，所述第一輸入/輸出部分經由輸入電路(20A)接收來自架空線的功率并且連接至用于輔助電路的CVCF逆變器(21)的輸入部分，所述第二輸入/ 輸出部分連接至功率存儲設備；接觸器(12)，其用于供應來自架空線的電壓和所述功率存 儲設備的電壓中的一個至主電路的VVVF逆變器(15)的輸入部分；以及控制單元(100)，其 控制所述升壓/降壓斬波電路(31)和所述接觸器(12)。所述控制單元(100)用于控制所述接觸器(12)，以便使得所述接觸器在所述第一 運行狀態下將來自所述架空線的電壓供應至所述主電路的VVVF逆變器(15)的輸入部分， 并且在所述第二運行狀態下將所述功率存儲設備的電壓供應至所述VVVF逆變器(15)的輸 入部分，并且所述控制單元(100)用于控制所述升壓/降壓斬波電路，使得所述升壓/降壓 斬波電路在所述第一運行狀態下執行降壓操作，以便對所述功率存儲設備(32)充電，并且 在所述第二運行狀態下執行升壓操作，以便使得所述功率存儲設備(32)放電并且將功率 供應至所述CVCF逆變器(21)。本發明的其他目的和優點將通過下面的描述進行闡述，并且從下面的描述中部分 將變得顯而易見，或者可以通過實踐本發明而獲悉。本發明的目的和優點可以通過在下文 中特別指出的手段和組合來實現和獲得。
被并入并且構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，并且與上面給出 的概括說明和以下給出的實施例的具體描述一起用于解釋本發明的原理。圖1是示出了其中將無軌電車的功率存儲設備應用于鐵路車輛的示例的電路圖；圖2是示出了其中將本發明的裝置應用于DC電動有軌車的示例的電路圖；圖3A和3B是用于解釋圖2中所示的功率存儲控制裝置的操作的電路圖；圖4是針對圖2中的功率存儲設備的電壓和架空線的電壓用于解釋車輛速度和牽 引力之間的關系的示意圖；圖5是示出了取代圖2中的阻斷二極管的另一示例的電路圖；圖6A、6B和6C是示出了火車速度、架空線電壓和充電狀態(S0C)的時間序列的示 例以便解釋根據本發明的裝置的操作示例的示意圖；圖7是示出了架空線電壓波動范圍的示例的視圖；圖8是示出了其中將本發明的裝置應用于AC電動有軌車的示例的電路圖；圖9是示出了其中將本發明的裝置應用于AC/DC電動有軌車的示例的電路圖；圖10是示出了根據本發明的另一實施例應用于DC電動有軌車的示例的電路圖； 以及圖11A、11B和11C是示出了火車速度、充電狀態(S0C)以及火車的功率消耗的時 間序列的示例以便解釋圖10中的裝置的操作示例的示意圖。
具體實施例方式現在將具體描述本發明的實施例。首先將參考圖1中所示的電動車線路的概括電 路來解釋當前例如能夠利用電池驅動運行的無軌電車使用的驅動控制方法。收集來自諸如電動車線路的外側的功率的電流收集器11將其輸出功率供應至接 觸器12和17。在正常狀態下，由電抗器13和電容器14對已經通過接觸器12的功率進行濾波并且將其供應至變壓變頻(VVVF)逆變器15。在正常狀態下，經由輸入電路20A將已 經通過接觸器17的功率供應至恒壓恒頻(CVCF)逆變器21，所述輸入電路20A包括電抗器 18、阻斷二極管19和電容器20。電抗器18和電容器20形成濾波器。將來自VVVF逆變器15的輸出供應至主電機16a至16d。將來自CVCF逆變器21 的輸出供應至諸如汽車中的熒光燈的輔助電路。在正常狀態下，整流器23對CVCF逆變器 21輸出的三相電流進行整流，并且對電池24進行充電。假設停止來自電流收集器11的功率供應。接觸器12切換至電池24以便將來自 電池24的DC電壓供應至VVVF逆變器15。所述DC電壓驅動主電路側上的主電機。由于 來自電流收集器11的功率具有高壓以及足夠大的功率極限值，所以汽車能夠高速運行。然 而，與來自電流收集器11的功率相比，來自電池24的功率具有較低的電壓以及較小的功率 極限值。出于這種原因，汽車能夠低速行駛。在商業線路存在故障的情況下，在車庫中驅動 或用于撤退時執行這種電池驅動運行。在電池驅動運行下，因為電池24的電壓太低，所以CVCF逆變器21不能運行。因 此，當將所述CVCF逆變器的AC輸出連接至熒光燈等時，熒光燈熄滅。實際上，為了防止燈 熄滅，使用由來自電池的DC功率開啟的DC熒光燈。然而，在一般的電動有軌車中的熒光燈 的功率供應使用來自CVCF逆變器的AC輸出，并且無軌電車所使用的方法要求昂貴的設備。圖2示出了包括根據本發明的功率存儲控制裝置30的電動車控制裝置的布置的 示例，所述功率存儲控制裝置30使得DC電動有軌車能夠進行電池驅動運行。在圖2中相同 的附圖標記表示與圖1中相同的部件。與圖1不同的是，設置了包括升壓/降壓斬波電路 31和功率存儲設備32的功率存儲控制裝置30。升壓/降壓斬波電路31包括第一和第二 輸入/輸出單元31a和31b。將第一輸入/輸出單元31a連接在CVCF逆變器21的輸入部 分和輸入電路20A的輸出側(二極管19的陰極)之間，所述輸入電路20A包括電抗器18、 阻斷二極管19和電容器20。將第二輸入/輸出單元31b連接至功率存儲設備32。在正常運行狀態下，將接觸器12連接至電流收集器11以便將DC功率供應至VVVF 逆變器15。電流收集器11能夠與架空線10接觸或從其移開。將來自VVVF逆變器15的輸 出供應至主電機16a至16d。在正常運行狀態下，將接觸器17連接至電流收集器11。此時，功率存儲控制裝置 30使得升壓/降壓斬波電路31降低從輸入電路20A接收的電壓(1500V)，并且使得功率存 儲設備32存儲功率(300V)，這將在下面進行描述。如上所述，輸入電路20A包括用于接收 來自接觸器17的功率的電抗器18、用于對來自電抗器18的輸出進行整流的阻斷二極管19 以及連接在阻斷二極管19的陰極和功率供應線負極側之間的電容器20。在不能獲得架空線電壓的緊急運行狀態下，將接觸器12切換至功率存儲設備32， 并且接觸器17基本打開。在緊急運行狀態下，將來自功率存儲設備32的電壓(300V)經由 接觸器12輸入至VVVF逆變器15。因此，驅動主電機16a至16d以使得電動車運行，盡管速 度較慢。在緊急運行狀態下，功率存儲控制裝置30使得升壓/降壓斬波電路31增大來自 功率存儲設備32的電壓，從而將所增大的電壓(1500V)供應至CVCF逆變器21，這將在下面 進行描述。因此，即使在電池驅動運行期間，CVCF逆變器21能夠執行穩定的操作。這使得 允許電動車中的諸如燈和空調的輔助設備能夠與正常狀態下一樣運行。在客車中燈和空調的穩定運行尤其重要。通常，當架空線的標稱電壓是1500V時，將功率存儲設備32的電壓設置為大約 300V,從而通過升壓操作獲得CVCF逆變器的運行所需的電壓(例如，1500V)。將來自電池 24的輸出用作例如系統控制裝置100的功率供應電壓。系統控制裝置100輸出脈沖以驅動 升壓/降壓斬波電路31，并且輸出控制信號以控制接觸器17和12等。系統控制裝置100 還可以檢測架空線電壓的狀態。圖3A和3B是用于更具體地解釋如上所述的升壓/降壓斬波電路31的操作的電路 圖。開關電路SW1和SW2構成的串聯電路連接在接地線和阻斷二極管19的陰極之間。開 關電路SW1和SW2中的每一個使用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。柵極電路gl和g2分別接收 來自系統控制裝置100和接通/斷開控制開關電路SW1和SW2的控制信號。功率存儲設備 32的一個電極連接至接地線。另一電極經由電抗器L1連接至開關電路SW1和SW2之間的 節點，并且還連接至接觸器12的一個端子。接觸器12可以采取第一運行狀態和第二運行 狀態，在所述第一運行狀態中選擇來自架空線的功率，在所述第二運行狀態中選擇來自功 率存儲設備32的功率。圖3A示出了電流在升壓/降壓斬波電路31的“充電模式”中的流動。開關電路 SW1接通/斷開控制，并且開關電路SW2保持斷開。來自阻斷二極管19的電流經由輸入/ 輸出單元31a、開關電路SW1、電抗器L1和輸入/輸出單元31b流入功率存儲設備32，以便 執行充電(電壓降低)。為了保持所存儲的功率，開關電路SW1和SW2斷開。圖3B示出了 電流在升壓/降壓斬波電路31的“放電模式”中的流動。為了放電，開關電路SW1保持斷 開，并且開關電路SW2接通/斷開控制。然后，將由電抗器L1增加的電壓經由開關電路SW1 的二極管D1和輸入/輸出單元31a傳送至CVCF逆變器21。圖4示出了運行在1500V和300V的DC電壓的電動車的車輛速度和牽引力之間的 關系。在正常運行狀態下(第一運行狀態)，從架空線獲得1500V的DC電壓。然而，在緊急 運行狀態下(第二運行狀態)，從功率存儲設備32獲得300V的DC電壓。在緊急運行狀態 下的運行速度低。應注意到，如圖5所示，在上述實施例的輸入電路20A中的阻斷二極管19可以使 用大電阻器19A和晶閘管19B構成的并聯電路。因此，該電路部分通常被稱為高阻抗部分。 在圖5示出的電路中，在激活裝置時，晶閘管19B截止。來自架空線的電流經由電阻器19A 對電容器20充電。這防止在激活時的過電流。當完成充電時，晶閘管19B導通。如上所述，根據本發明的裝置有效地使用隨車攜帶的功率存儲設備。功率存儲控 制裝置30對所有的DC電動有軌車、AC電動有軌車以及AC/DC電動有軌車有效。如果來自 架空線的功率供應運行短，則功率存儲設備32 (低電壓)直接可連接至主電路設備的輸入 部分。這使得車輛能夠低速運行并且移動到最近合適的點。同時，操作功率存儲控制裝置 30以增加功率存儲設備32的電壓進行操作，使得CVCF逆變器21能夠執行穩定的輸出操作 并且向例如要求大AC功率的AC熒光燈和空調的輔助電路供應正常電壓的功率。另外，將功率存儲設備的功率存儲狀態管理設置成充電狀態下的電池在停止之前 能夠吸收再生的能量。這允許功率存儲設備在火車就要停止之前的低速范圍內吸收火車所 再生的能量。因此，能夠防止低速范圍內的再生作廢(regeneration cancellation)并且 改善火車停止精度。
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被稱為瞬間離線并且在例如電動車運行在正常架空線電壓狀態下穩定發生的非 常短時間的功率供應中斷不阻止行駛，因為即使在供電運行期間VVVF逆變器15停止，電動 車滑行。然而，CVCF逆變器21需要連續地運行因為其停止將熄滅熒光燈。如上所述，在本 發明中，功率存儲設備32能夠經由升壓/降壓斬波電路立即供應功率，使得能夠連續操作。再生制動將功率返回至架空線側。然而，如果在架空線側存在幾個再生功率負載 (其他汽車)，則由于再生的功率和再生操作的不可用的原因，架空線電壓可能突然增加。為了防止這些，裝置設置了充電裕度，以便在供電運行期間對功率存儲設備32充 電直至全充電狀態的80%。如果架空線電壓在應用再生制動時突然增加，則升壓/降壓斬 波電路執行降壓操作以對功率存儲設備32充電，從而繼續再生操作。例如，系統控制裝置 100管理充電狀態的設置和控制。圖6A中的波形示出了電動車運行速度的改變的示例。圖6B中的波形示出了架空 線電壓的改變。圖6C示出了功率存儲設備32的充電狀態。在反常的架空線電壓狀態下，S卩，如果不能接收來自架空線的功率供應，則能夠低 速緊急運行，如圖6A中的線6a2所示。圖6A中的線6al表示正常的運行速度。在低速緊急運行中，CVCF逆變器21能夠執行正常操作。因此，基于CVCF逆變器 21的輸出功率起作用的熒光燈能夠保持開啟。用于控制制動等的空氣壓力的壓縮機還能夠 正常操作。在車站之間存在功率故障的情況下，這使得能夠長時間驅動電動車并且安全地 將其撤退至例如最近的車站。圖7示出了架空線電壓的范圍的示例。1500V的標稱架空線電壓在900到1800V 的范圍內波動。在能夠被認為是正常的架空線電壓的穩定電壓Vsl的范圍內，通過功率存 儲控制裝置30的充電和放電操作，功率存儲設備32的充電狀態可以保持在例如80%。圖6B示出了架空線電壓范圍Vsl、Vs2和Vs3中架空線電壓的實際改變。圖6C示 出了在功率存儲控制裝置30的控制下獲得的功率存儲設備32的充電狀態。當已經發生了例如電流收集器11的離線的功率供應中斷時，電壓進入區域Vs2， 并且功率存儲設備32在放電模式下向CVCF逆變器21供應功率。此時，阻斷二極管19阻 止到VVVF逆變器15的功率供應，并且能夠控制功率存儲設備的容量(放電量)小。另一 方面，當施加再生制動架空線電壓不正常地增加至區域V3s時，功率存儲控制裝置30轉換 至功率存儲設備32的充電模式并且抑制架空線電壓的增加。這增加了再生效率并且大大 有助于能量節省。在系統控制裝置100的控制下執行如上所述的操作。本發明不限于上述實施例并且還適用于其它各種實施例。下面將解釋應用于各種 車輛。圖8示出了通過將本發明的基本原理應用到AC電動車所形成的電路的示例。電 流收集器11連接至主變壓器41的第一繞組41a。主變壓器41的第二繞組41b經由整流 器42連接至接觸器12的一個輸入端子。將來自接觸器12的輸出經由輸入濾波器供應至 VVVF逆變器15。將來自連接至主變壓器41的第三繞組41c的整流器43的輸出經由輔助 電路側上的輸入濾波器供應至CVCF逆變器21。在該示例中，整流器42、電抗器18和電容 器20對應于圖2中所示的輸入電路20A。參考圖8，執行功率存儲設備32的充電/放電操作的升壓/降壓斬波電路31連 接在高壓輔助功率供應單元21的輸入部分和連接至主變壓器41的第三繞組41c的整流器43之間。當接觸器12斷開主電路的VVVF逆變器15的輸入濾波器與架空線10的連接時， 將來自功率存儲設備32的輸出輸入至逆變器15。剩余部分與上述實施例中相同并且添加 了相同的附圖標記。圖9示出了通過將本發明的基本原理應用到AC/DC電動車所形成的電路的示例。 當架空線為AC時，電流收集器11可經由接觸器44連接至主變壓器41的第一繞組41a。當 架空線為DC時，電流收集器11可經由接觸器44連接至接觸器12的一個輸入端子。主變 壓器41的第二繞組41b連接至整流器42。來自整流器42的輸出連接至接觸器12的一個 輸入端子。接觸器12在緊急運行狀態中連接至功率存儲設備32的輸出側。在該示例中， 整流器42、電抗器13、阻斷二極管19d以及電容器20對應于圖2中所示的輸入電路20A。圖9中的裝置是應用到AC/DC電動車的示例，所述AC/DC電動車能夠在沒有來自 架空線10的功率供應的情況下使用隨車攜帶的功率存儲設備低速緊急運行。執行功率存 儲設備32的充電/放電操作的升壓/降壓斬波電路31的一個輸出部分連接在阻斷二極管 19d的陰極側和高壓輔助功率供應單元(CVCF逆變器21)的輸入部分之間。當主電路的VVVF逆變器15的輸入濾波器從架空線斷開時，將從功率存儲設備32 輸出的功率輸入至VVVF逆變器15。剩余部分與如上所述的實施例相同并且添加了相同的 附圖標記。圖10示出了圖2中的裝置的變型。放電控制元件(IGBT)與阻斷二極管19并聯 連接。圖10中的方案與圖2中的不同之處在于來自升壓斬波電路的輸出不僅連接至輔助 功率供應單元，而且連接至主電路側，使得能夠將基于來自功率存儲設備32的放電功率的 高壓功率供應至主電路側。如果功率存儲設備的容量小，則沒有用于支持供電運行的能量 可用。然而，當功率存儲容量大時，功率存儲設備供應至主電路以實現架空線混合系統。為了使用功率存儲設備的能量用于供電運行，圖10中的放電控制元件50導通以 發射能量至主電路。圖11A至11C示出了火車速度和使用圖10中的裝置旨在改善火車的火車自動停 止控制器(TASC)的停止精度的功率存儲設備32的充電/放電模式。圖11A中的波形表示 火車速度的轉變。圖11B中的波形表示功率存儲設備的充電狀態。圖11C中的波形表示火 車的功率消耗的改變。在圖11C中，在火車的功率消耗增加的區域C11中使功率存儲設備 放電允許饋送系統(架空線側)的峰值功率的減小，并且減小了饋送線的損失，有助于能量 節省。當在車站之間使用以預定的速度驅動火車的自動火車運行(AT0)系統時，功率存 儲設備的放電增加了受電弓點電壓。這使得能夠改善供電運行性能并且增強了抑制最大速 度的能量節省運行效果。在運行在車站之間期間，如圖11B所示，功率存儲設備的充電狀態(S0C)需要保持 在預定的水平或更高。這旨在如果由于在車站之間運行期間功率故障導致功率饋送停止， 還能確保允許火車在沒有架空線情況下運行到接下來的車站的運行能量。參考圖11B，在車站之間的預定區域中S0C為恒定的50%。隨著火車接近下一個 車站，離線運行所需的能量變得更小。因此，根據火車位置來計算所要求的功率消耗，以改 變車站之間所需的最小S0C。通過這種方式有效地使用功率存儲設備的容量(例如，功率存 儲設備完全放電用于再生功率)。這允許進一步抑制由火車所確定的總能量。
當火車減速并且停止在車站時，在低速范圍中優先吸收再生能量。在該示例中，功 率存儲設備在30km/h或更小的火車速度范圍中吸收再生功率。當在架空線再生功率時，并 且用于消耗(吸收)火車的所再生的功率的負載錯過了，則再生作廢，并且需要使用機械 (空氣)制動。此時使用機械制動大大地影響了火車停止精度。然而，如果如在示例中完全 防止了 30km/h或更小處的再生作廢，則不需要使用機械制動，并且停止精度能夠一直保持 較高。30km/h或更小處的再生作廢大大地影響了就要停止之前的精度。然而，如果功率 存儲設備的S0C低到足夠吸收再生的功率，則功率存儲設備能夠吸收30km/h或更大的速度 范圍中所再生的功率，有助于增強能量節省效果。在架空線存在功率故障或低壓的情況下，圖10中的放電控制元件50截止，以便使 得功率存儲設備僅向CVCF逆變器21供應能量。架空線中的功率故障可能由饋送系統側上 的接地故障導致的。出于安全的原因，防止來自火車的功率流出至饋送系統側上的事故點 是很重要的。為了使用圖10中的裝置進行離線運行，將用作電流收集器11的電受弓縮回，以便 將主電路與架空線斷開。然后，放電控制元件50導通，以便向VVVF逆變器15供應能量。為 了使得火車在沒有架空線的情況下在三軌系統的鐵路上運行，在電流收集器將火車的主電 路與架空線斷開之后馬上提供斷路器。注意到在上述示例中使用電池。然而，本發明不僅 適用于電池，而且適用于各種能量存儲設備，例如雙電層電容器(EDLC)。EDLC具有非常大 的容量。如上所述，當在架空線中發生了功率故障時，在通過電池驅動的同時火車低速運 行，以便將乘客送至最近的車站。在本發明中，輔助功率供應單元能夠在電池驅動運行期間 運行。因此，熒光燈能夠保持為開啟。另外，由于用于壓縮空氣室中的空氣進行制動的壓縮 機保持運行，所以保證長時間的安全操作。將本發明應用到DC車輛能夠進行離線補償。由于能夠去除用于離線補償的大電 容器，所以輔助功率供應單元可以被制得緊湊。另外，由于能夠部分地吸收再生的功率，改 善了再生效率。更具體而言，在系統控制裝置100的控制下，功率存儲設備根據運行速度進 行充電/放電控制，并且在就要停止之前的低速范圍中，不對饋送線而僅僅對功率存儲設 備32執行再生。在采用ATP系統的區域，能夠完全防止在就要停止之前的再生作廢并且改 善了停止位置精度。總是掌握在車站之間運行期間用于離線運行所需的能量的量。此外，保持電池的 S0C的下限值以有效地利用功率存儲設備的有限容量。這實現了防止再生作廢和抑制火車 的峰值功率的效果的增強。更具體而言，在系統控制裝置100的控制下，根據火車位置從數 據庫中計算或獲取用于緊急離線運行所需的能量的量。基于該結果，功率存儲設備充電或 放電。對于AC電動有軌車來說，設置AC/AC區域(變電站之間的死區)，并且總是發生功 率供應中斷。AC電動有軌車裝備有昂貴的DC熒光燈作為廂內燈，因為它們在每次火車通過 該區域時必須不熄滅。然而，由于對AC電動有軌車應用本發明通過功率存儲設備放電向輔 助功率供應單元輸入功率，可使用不昂貴的普通AC熒光燈。當在DC區域或AC區域運行時，AC/DC電動有軌車作為DC電動有軌車或AC電動有軌車進行操作。該電動車還通過一個被稱為AC/DC區域的長的死區。因此，需要使用電 池長時間開啟熒光燈，并且要求大電池容量。然而，當應用本發明時，可使用普通的AC熒光 燈，并且不需要大的電池容量。如上所述，本發明有效地應用于包括功率存儲設備的裝置，像DC電動有軌車、AC 電動車以及A/DC車輛。上述解決方案允許功率存儲設備以確保對主電路來說用于供電低 速運行的功率并且還作為對于輔助電路來說足夠的高壓輔助功率供應。對于本領域技術人員來說，將意識到其它的優點和變型。因此，本發明在其更寬的 方面并不限于在這里示出和描述的具體細節和代表性實施例。因此，在不偏離所附權利要 求及其等同物所限定的發明原理的精神或范圍的情況下，可以進行各種變型。
權利要求
一種電動車的功率存儲控制裝置，其選擇性地采用第一運行狀態和第二運行狀態中的一種，在所述第一運行狀態中使用來自架空線(10)的功率，在所述第二運行狀態中使用來自功率存儲設備(32)的功率，所述電動車的功率存儲控制裝置其特征在于包括升壓/降壓斬波電路(31)，其包括第一輸入/輸出部分和第二輸入/輸出部分，所述第一輸入/輸出部分經由輸入電路(20A)接收來自所述架空線的所述功率并且連接至用于輔助電路的CVCF逆變器(21)的輸入部分，所述第二輸入/輸出部分連接至所述功率存儲設備；接觸器(12)，其用于將來自所述架空線的電壓和所述功率存儲設備的電壓中的一個供應至主電路的VVVF逆變器(15)的輸入部分；以及控制單元(100)，其用于控制所述接觸器(12)，以便使得所述接觸器在所述第一運行狀態中將來自所述架空線的所述電壓供應至所述主電路的所述VVVF逆變器(15)的所述輸入部分，并且在所述第二運行狀態中將所述功率存儲設備的所述電壓供應至所述VVVF逆變器(15)的所述輸入部分，并且所述控制單元(100)用于控制所述升壓/降壓斬波電路，以便使得所述升壓/降壓斬波電路在所述第一運行狀態中執行降壓操作以對所述功率存儲設備(32)充電，并且在所述第二運行狀態中執行升壓操作以使得所述功率存儲設備(32)放電并且將所述功率供應至所述CVCF逆變器(21)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述輸入電路(20A)包括阻斷二極管 (19)和晶閘管(19B)和電阻器(19A)構成的并聯電路中的一個。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，如果架空線電壓落入所述架空線電壓的 預定波動范圍中的預置低電壓范圍(Vs2)，則所述控制單元(100)執行所述升壓/降壓斬波 電路的放電操作。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述架空線電壓為穩定電壓時，所述控 制單元(100)控制所述升壓/降壓斬波電路以保持所述功率存儲設備的全充電狀態。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，當架空線電壓是接近波動范圍的中心的 電壓時，所述控制單元(100)執行所述升壓/降壓斬波電路(31)的充電/放電操作，以便 使得所述功率存儲設備確保到全充電狀態的預定充電裕度，當所述架空線電壓高于接近所 述中心的所述電壓時，所述控制單元(100)執行充電操作。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電動車是向其供應來自AC架空線的功率的AC電動車，并且所述功率存儲控制裝置還包括主變壓器，其具有第一繞組、第二繞組以及第三繞組，所述第一繞組接收所述架空線電壓；第一整流器(42)，其用于對在所述第二繞組(41b)中生成的AC電壓進行整流并且將所 整流的電壓供應至所述接觸器(12)作為來自所述架空線的所述電壓；以及第二整流器(43)，其用于對在所述第三繞組(41c)中生成的AC電壓進行整流并且將所 整流的電壓供應至所述CVCF逆變器(21)和所述升壓/降壓斬波電路(31)。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，當架空線電壓是接近波動范圍的中心的 電壓時，所述控制單元(100)執行所述升壓/降壓斬波電路(31)的充電/放電操作，以便 使得所述功率存儲設備確保到全充電狀態的預定充電裕度，當所述架空線電壓高于接近所述中心的所述電壓時，所述控制單元(100)執行充電操作，當所述架空線電壓低于接近所 述中心的所述電壓時，所述控制單元(100)執行放電操作。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述電動車是從AC架空線和DC架空線中的一個向其供應功率的AC/DC電動車；并且所述功率存儲控制裝置還包括主變壓器，其具有第一繞組和第二繞組，所述第一繞組接收所述AC架空線電壓；開關(44)，其用于將來自所述架空線的所述電壓供應至所述第一繞組和所述接觸器 (12)中的一個；以及整流器(42)，在所述開關(44)向所述第一繞組供應來自所述架空線的所述電壓時，所 述整流器(42)對在所述第二繞組(41b)中生成的AC電壓進行整流并且將所整流的電壓供 應至所述接觸器(12)。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，當架空線電壓是接近波動范圍的中心的 電壓時，所述控制單元(100)執行所述升壓/降壓斬波電路(31)的充電/放電操作，以便 使得所述功率存儲設備確保到全充電狀態的預定充電裕度，當所述架空線電壓高于接近所 述中心的所述電壓時，所述控制單元(100)執行充電操作，當所述架空線電壓低于接近所 述中心的所述電壓時，所述控制單元(100)執行放電操作。
10.一種DC電動車的功率存儲控制裝置，其選擇性地采用第一運行狀態和第二運行 狀態中的一種，在所述第一運行狀態中使用來自架空線(10)的功率，在所述第二運行狀態 中使用來自功率存儲設備(32)的功率，所述DC電動車的功率存儲控制裝置其特征在于包 括由開關元件和具有連接至所述架空線一側的陽極的阻斷二極管構成的并聯電路；升壓/降壓斬波電路(31)，其包括第一輸入/輸出單元和第二輸入/輸出單元，所述第 一輸入/輸出單元連接至所述阻斷二極管的陰極和用于輔助電路(22)的CVCF逆變器(21) 的輸入部分，所述第二輸入/輸出單元連接至所述功率存儲設備；VVVF逆變器(15)，其具有連接至所述架空線和所述阻斷二極管的所述陽極的DC輸入 部分以及連接至主電機的AC輸出部分；以及控制單元(100)，其用于在所述第一運行狀態中斷開所述開關元件并且通過所述升壓 /降壓斬波電路控制所述功率存儲設備的充電/放電，在所述第二運行狀態中接通所述開 關元件并且使得所述升壓/降壓斬波電路增加所述功率存儲設備的輸出電壓，并且將所增 加的電壓供應至所述VVVF逆變器和所述CVCF逆變器。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述控制單元(100)根據車輛的運行速 度來控制所述功率存儲設備的充電/放電，并且在快要停止之前的低速范圍中僅僅對所述 功率存儲設備而不對饋送線執行再生。
12.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述控制單元(100)根據火車位置從數 據庫中獲取和計算用于緊急離線運行所需的能量的量，并且基于用于緊急所需的能量的所 述量來控制所述功率存儲設備的充電/放電。
13.—種電動車的功率存儲控制裝置的功率存儲控制方法，所述電動車的功率存儲控 制裝置選擇性地采用第一運行狀態和第二運行狀態中的一種，在所述第一運行狀態中使用 來自架空線(10)的功率，在所述第二運行狀態中使用來自功率存儲設備(32)的功率，所述功率存儲控制裝置其特征在于包括升壓/降壓斬波電路(31)，其包括第一輸入/輸出部分和第二輸入/輸出部分，所述第 一輸入/輸出部分經由輸入電路(20A)接收來自所述架空線的所述功率并且連接至用于輔 助電路的CVCF逆變器(21)的輸入部分，所述第二輸入/輸出部分連接至所述功率存儲設 備；接觸器(12)，其用于將來自所述架空線的電壓和所述功率存儲設備的電壓中的一個供 應至主電路的VVVF逆變器(15)的輸入部分；所述功率存儲控制方法包括在所述第一運行狀態中，使得所述接觸器(12)向所述主電路的所述VVVF逆變器(15) 的所述輸入部分供應來自所述架空線的所述電壓，并且使得所述升壓/降壓斬波電路執行 降壓操作，以便對所述功率存儲設備(32)充電；以及在所述第二運行狀態中，使得所述接觸器(12)向所述VVVF逆變器(15)的所述輸入部 分供應所述功率存儲設備的電壓，并且使得所述升壓/降壓斬波電路執行升壓操作，以便 使得所述功率存儲設備(32)放電并且向所述CVCF逆變器(21)供應所述功率。
全文摘要
本發明的一個實施例的功率存儲控制裝置包括升壓/降壓斬波電路(31)、接觸器(12)和控制單元(100)。所述控制單元(100)用于控制所述接觸器(12)，以便使得所述接觸器在正常運行狀態中向主電路的VVVF逆變器(15)的輸入部分供應來自架空線的電壓以及在第二運行狀態中向VVVF逆變器(15)的輸入部分供應功率存儲設備的電壓，并且所述控制單元(100)用于控制所述升壓/降壓斬波電路，以便使得所述升壓/降壓斬波電路在所述第一運行狀態中執行降壓操作以便對所述功率存儲設備(32)充電，并且在緊急運行狀態中執行升壓操作以便使得所述功率存儲設備(32)放電并且向所述CVCF逆變器(21)供應所述功率。
文檔編號B60L9/08GK101863230SQ20101016391
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月15日 優先權日2009年4月15日
發明者中澤洋介, 古賀猛, 戶田伸一, 野木雅之 申請人:株式會社東芝