能量儲存器裝置、能量儲存器系統和用于運行能量儲存器裝置的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能量儲存器裝置，所述能量儲存器裝置具有能量儲存器和升壓變換器，所述能量儲存器可經由降壓變換器和扼流裝置連接到電的能量供給裝置上。此外，本發明涉及一種具有多個開始提出的能量儲存器裝置的能量儲存器系統和一種用于運行能量儲存器裝置的方法。
【背景技術】
[0002]電驅動的車輛，例如軌道車輛、如有軌電車通常配備有能量儲存器。能量儲存器用于在制動時以電的方式儲存制動能量并且稍后再次用于行駛運行。此外，能量儲存器實現軌道車輛的無架空導線的行駛進而使得軌道車輛在沒有外部的電能量供給裝置的情況下自主地投入使用。
[0003]從Michael Meinert博士在2008年第132期的ZEVrail中發表的會議論文集SFTGraz 2008的文南犬“Einsatz neuer Energiespeicher auf StraPenbahnen，，中已知具有移動式能量儲存器的有軌電車(參見所附的圖1，圖1為了簡化而單相地示出)。作為能量儲存器，提出一種2kWh雙層電容能量儲存器。在此，將去耦電容器和脈沖逆變器連接在電網濾波扼流圈下游，所述電網濾波扼流圈與外部的電的能量供給裝置連接(參見該文獻75頁的圖5)。將控制器扼流圈連接到脈沖逆變器的升壓變換器和降壓變換器上，在所述脈沖逆變器的下游連接有雙層電容器。在雙層電容器的所提出的接線中提出:與電的能量供給裝置的電壓水平相比將雙層電容器充電到更低的電壓水平上。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提供一種具有能量儲存器的能量儲存器裝置，所述能量儲存器裝置提供相對較高的電功率以及能夠以相對小的電路技術方面的耗費來實現。
[0005]作為該目的的解決方案，本發明根據權利要求1提出一種能量儲存器裝置，所述能量儲存器裝置具有能量儲存器和升壓變換器，所述能量儲存器可經由降壓變換器和扼流裝置連接到電的能量供給裝置上，其中升壓變換器與能量儲存器和降壓變換器并聯設置，并且能量儲存器適合于與電的能量供給裝置的電壓水平相比充電到更高的電壓水平上。
[0006]升壓變換器用于借助由電的能量供給裝置提供的較低的電壓給能量儲存器充電，而降壓變換器用于使能量儲存器放電。
[0007]升壓變換器根據其時鐘頻率在接通時產生與電的能量供給裝置的短路，其中通過扼流裝置限制所產生的電流。根據升壓變換器的時鐘頻率在切斷升壓變換器時，扼流裝置維持電流流動并且經由降壓變換器的續流二極管使電流流動轉向到能量儲存器中。由此能量儲存器裝置實現:與電的能量供給裝置的電壓水平相比，將能量儲存器充電到更高的電壓水平上。
[0008]扼流裝置通過平滑電流將電網與能量儲存器解耦，這是有利的。
[0009]在額定電流相同的情況下，根據本發明的能量儲存器裝置因此能夠提供更大的電功率，因為電功率定義為電流和電壓的乘積。這是有利的，因為因此例如為車輛的電驅動器提供更高的電功率。
[0010]根據本發明的能量儲存器裝置的另一優點是:既不需要去耦電容器，因為能量儲存器本身提供用于開關根據本發明的能量儲存器裝置的穩定的電壓，也不需要控制器扼流圈。由此，減小根據本發明的能量儲存器的所需要的裝入空間、重量和制造成本。尤其在將能量儲存器裝置應用到車輛中時，由于較小的重量也在行駛運行中減少能量消耗。
[0011]在根據本發明的能量儲存器裝置的一個優選的實施方式中，降壓變換器在其用于待降低的電壓的端子處與能量儲存器連接。降壓變換器分別具有至少一個用于待降低的電壓和已降低的電壓的端子。在此，將用于待降低的電壓的端子理解為降壓變換器的如下端子，在所述端子上施加有相對較高的電壓；已經通過降壓變換器的作用降低的電壓施加在用于已降低的電壓的端子上。這是有利的，因為降壓變換器可用于使相對于電的能量供給裝置的電壓充電到更高的電壓水平上的能量儲存器放電。另一優點是:降壓變換器的續流二極管在將能量儲存器充電到電的能量供給裝置的電壓水平上時不截止。
[0012]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，扼流裝置構成為，使得所述扼流裝置作用為控制器扼流圈并且作用為電網濾波扼流圈。這是有利的，因為唯一的扼流裝置是足夠的并且不需要電網扼流圈和附加的控制器扼流圈。
[0013]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，預充電裝置連接在能量儲存器的上游。預充電裝置的應用是有利的，因為通過所述預充電裝置能夠受控地將已放電的能量儲存器預充電到電的能量供給裝置的電壓水平上。由此，從預充電的能量儲存器起確保所應用的降壓變換器和升壓變換器正確地起作用。
[0014]在根據本發明的能量儲存器裝置的所提出的實施方式的一個改進形式中，預充電裝置設置在降壓變換器和能量儲存器之間。
[0015]在根據本發明的能量儲存器裝置的所提出的實施方式的另一改進形式中，預充電裝置設置在扼流裝置上游。
[0016]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，預充電裝置具有預充電電阻和預充電開關裝置。這是有利的，因為預充電電阻實現能量儲存器的受控的充電并且預充電開關裝置實現預充電裝置的接通或斷開。
[0017]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，保險裝置設置在能量儲存器下游。這是有利的，因為在故障情況下保險裝置防止出現過高的電流或過高的電壓和與其關聯的危險。
[0018]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，能量儲存器開關裝置與預充電裝置并聯地設置。通過能量儲存器開關裝置能夠快速且可靠地接通或斷開能量儲存器，這例如在維修工作期間是極其重要的。此外，預充電裝置能夠短暫地閉合。
[0019]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，電的能量供給裝置包括軌道供電電網。這是有利的，因為尤其在由軌道電網供電的移動式的和/或固定式的(例如在充電站/車站中)能量儲存器裝置中需要用于軌道車輛的驅動器的尤其高的電功率;這通過能量儲存器裝置的位于軌道電網的電壓水平之上的電壓水平來實現。
[0020]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，能量儲存器包括車輛的移動式的能量儲存器。這是有利的，因為車輛、例如軌道車輛需要高的電功率，以便能夠在沒有外部的電的能量供給裝置的情況下行駛。通過根據本發明的能量儲存器裝置，與在已知的能量儲存器裝置中相比，在重量相對更小且裝入空間相對更小的情況下產生高的功率。另一優點是:由于較小的裝入空間和相對簡單的電路在制造中產生較小的成本。
[0021]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，能量儲存器包括固定式的能量儲存器。在此，其例如能夠是用于電動車或電的軌道車輛的充電站處的雙層電容器，所述雙層電容器經由電的低壓電網的常規的供電線路來供電并且能夠通過根據本發明的能量儲存器裝置充電到與供電線路的電壓水平相比更高的電壓水平上。這是有利的，因為由此在短的時間中能夠提供用于對電動車或電的軌道車輛充電的高的電功率。
[0022]在根據本發明的能量儲存器裝置的另一優選的實施方式中，能量儲存器包括電化學的能量儲存器和/或電的能量儲存器和/或贗電容器。電化學的能量儲存器例如能夠是電池。應用電化學的能量儲存器是有利的，因為