专利名称：Dc电力存储设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如直流电力存储设备的装置或设备，其并联到电气 铁道的外部线路，并且被配置成在电力运行操作中向电动车辆提供电 力而在再生操作中吸收电力，并且更具体地说，涉及一种控制电力存 储介质的充电和放电控制系统和/或方法，包括解决外部线路的电压 降、吸收电动车辆的再生能量、以及防止电动车辆的再生故障。
背景技术：
在直流馈电系统中，在空闲或不繁忙的铁道线路中以相对较长的 间隔设置牵引变电站。因此，对于远离最近的变电站的电气铁道车辆 来说，例如，由于在车辆启动时电流较大，外部线路的电压降导致集 电弓点电压会下降到额定电压的下限以下。为了补偿此电压降，提供 牵引变电站(DCVR )或在电动车辆中执行槽口抑制(notch restraint) 控制。
此外，在空闲或不繁忙的铁道线路中，再生模式中的电动车辆仅
具有有限的机会来通过另一车辆吸收再生能量作为电力运行的能量， 并且因此易于发生再生故障(不能电动刹车)。甚至在繁忙或活跃的 铁道线路中，当另一车辆结束电力运行操作并且负载突然降低时，再 生模式下的电动车辆也会出现再生故障。
当再生被取消或失效时，电动车辆停止再生操作，并且将剎车模 式从电动剎车切换到机械刹牟。这种刹车模式的切换操作导致刹车的 延迟，进一步导致不能在预定的位置停下车辆，并且在机械刹车的急 刹车时，车轮和闸皮之间的磨损使得服务寿命缩短。有以下几种方法
用于吸收再生电力以防止再生故障。
(1)通过逆变器将再生的电力提供到交流电源的再生方法如图4(A)中所示，通过与作为dc电源侧的外部线路连接的逆变器2和用 于逆变器的变压器3的组合，将再生电动车辆l所再生的dc电力转换为 电压受控且频率受控的ac电力，并且该ac电力被提供到ac电源侧。
此方法需要ac负载以吸收所再生的电力，并且进一步需要用于逆 变器的变压器、ac断路器、逆变器和dc断路器，造成系统的整体成本 较高。
(2) 通过斩波器提供再生电力给再生阻抗设备的再生方法如图 4(B)中所示，斩波器4将再生电动车辆l所再生的dc电力变换为电压 受控的dc电力，并且再生阻抗设备5吸收此dc电力作为热量。
此方法不能有效利用再生的电力，因为所有再生电力都被阻抗设 备热吸收了，并且此方法需要尺寸较大的阻抗i殳备。此外，此方法进 一步需要通风设备和散热设备以驱散阻抗设备产生的热量，并且该设 备包括斩波器，相对昂贵。
(3) 利用dc电力存储设备的再生方法如图4 (C)中所示，在 整流器6的直流侧，提供了一个直流电力存储装置，其包括升降压斩波 器7和直流电力存储单元8。当由于电动车辆的再生操作外部线路电压 超过其额定电压范围的上限时，斩波器7的电压降低控制将外部线路电 压控制到较低的电压电平，并且通过斩波器7从外部线路吸收再生电力 以作为对直流电力存储单元8的充电电流(参看专利文件l和专利文件 2)。
当外部线路电压由于电动车辆的电力运行操作变得低于额定电压
范围的下限时，由斩波器7的电压上升控制将外部线路电压控制到较高 的电压电平，并且通过斩波器7将电力从直流电力存储单元8提供到外 部线路。因此，此系统可以用作解决电压降的对策，并且用于平衡 (level)从交流源侧看的负载。
图5示出直流电力存储装置的主电路结构。升降压斩波器7包括高 压侧臂；低压侧臂；和电抗器L。高压侧臂包括半导体开关SW1，其 具有和外部线路连接的第一末端和一个第二末端，并且连接该半导体
开关SW1使得该半导体开关可以控制来自外部线路的充电电流；以及
一个反并联二极管D1，其反并联到半导体开关SW1。低压侧臂包括一 个半导体开关SW2，其具有与半导体开关SW1的第二末端连接的第一 末端和一个第二末端，并且以与开关SW1相同的方向与开关SW1串联 以控制电流；以及一个反并联到半导体开关SW2的反并联二极管D2。 电抗器L具有与半导体开关SW1的第二末端连接的第一末端，以及与 双电层电容EDLC连接的第二末端。
当外部线路电压由于电动车辆l的再生操作而变得比额定电压范 围的上限高时，如图6中所示，这种结构的电力存储系统利用斩波器的 控制降低外部线路电压。即，该系统控制开关SW1执行转换操作，以 允许在接通期间充电电流从外部线路经过开关SW1和电抗器L流到 EDLC;并且在关断期间利用来自电抗器L、通过EDLC和D2的循环电 流对EDLC充电。通过这样做，系统再生出电力作为对EDLC的充电能 源。
当外部线路电压由于电动车辆l的电力运行操作而变得比额定电 压范围的下限低时，如图6中所示，电力存储系统利用斩波器的控制升 高外部线路电压。即，通过在接通期间使短路电流从EDLC经L和SW2 流到EDLC,系统在斩波模式下控制开关SW2以在电抗器L中积累电磁 能；并且通过在关断期间使得放电电流从EDLC经电抗器L和D1流到外 部线路，抑制外部线路的电压降。
直流电力存储装置在双电层电容之外还可以采用电池。电池在能 量存储方面较优越，其存储时间长且存储量大。但是，电池在快速充 放电特性方面较差。因此，电池会导致快速上升的再生电力的充电延 迟，或在启动或加速电动车辆时负载突然改变之后放电操作的延迟， 并且因此电池可能会导致外部线路电压突然改变或者再生故障。另一 方面，双电层电容在快速充放电特性方面是优越的，并且双电层电容 可以从电动车辆适当地吸收再生能量，并且快速响应负栽的突然改变。
专利文件l:日本专利申请公开JP 2000-233669A
专利文件2:日本专利申请公开JP 2001-260718A
发明内容
[第一个任务为了利用采用图5配置的包括双电层电容和升降压 斩波器的dc电力存储装置抑制外部线路的电压降，双电层电容的终端 电压(待机电压)被设为低于外部线路电压的额定电压范围的下限电 压的值，并且防止通过电抗器L - 〉二极管D1的路径从双电层电容向外 部线路放电。此外，为了最大化可从双电层电容提供的电力的量(所 存储的电力的量)，双电层电容的终端电压被设为外部线路电压的额 定电压范围的下限电压附近的一个较高的值。
在例如1500V系统的实例中，当外部线路电压^f氐于或等于1200V (外部线路电压的额定电压范围的下限)，并且从双电层电容提供电 力时，双电层电容的终端电压(待机电压)被设为低于或等于1200V， 并且系统被配置成通过以斩波器进行电压上升控制来抑制外部线路电 压的电压降。
在图5的结构中，双电层电容所存储的电能的量是有限的，因为双 电层电容的终端电压被设为低于外部线路电压的额定电压范围的下 限。可以通过增加双电层电容的并联单元的数量和增加升降压斩波器 的可控电流容量来增加所存储的电力的量。但是，此方法增加dc电力 存储装置的尺寸并且增加成本。
[第二个任务l当dc电力存储装置用于抑制电压降并且吸收再生电 力时，上述专利文件的系统被配置成，在外部线路电压下降的情况下， 通过利用斩波器以电压上升(或升压)控制模式增加双电层电容的终 端电压来抑制电压降，并且在外部线路电压上升的情况下，通过利用 斩波器以电压下降(降压)控制模式降低外部线路电压来吸收再生的 电力。在此情况下，为了既利用解决电压降的方法又利用吸收再生电 力的方法，将双电层电容的终端电压(待机电压)的相同的电压范围 用于放电操作以抑制电压降和充电操作以吸收再生电力。但是，在进 行抑制电压降的操作时，系统可以在完全充电的状态下更有效地抑制 电压降，完全充电的状态是指双电层电容被完全充电并且因此其终端 电压较高。在进行吸收再生电力的操作时，系统可以在双电层电容中
所充电能的量较低并且因此其终端电压较低的状态下吸收更多能量。 因此，由于在相同的电压范围中利用所提供的放电电能的量和所吸收 的充电能量的量，执行电压降抑制功能和再生电力吸收功能的能量的 量，与完全充电状态中的能量的量和最小充电状态中能量的量相比较 低，使得系统不能同时令人满意地执行两个功能。
因此，为了确保充电/放电能量的量既满足电压降抑制功能又满足 再生电力吸收功能，有必要增加双电层电容的并联单元的数量，以及 增加如上述第一问题中所提及的升降压斩波器的可控电流容量。结果，
此技术增加了dc电力存储装置的尺寸并且增加了成本。
为了增加充电/放电能量的量，可以釆用双重系统，该双重系统包 括第一dC电力存储单元，其具有较低的终端电压(待机电压)以用于
电压降抑制功能；以及第二dc电力存储单元，其具有较高的终端电压 以用于再生电力吸收功能。但是，这种双重系统增加了系统尺寸和成 本。
[第三个任务I当例如双电层电容的电力存储介质处于完全充电状 态时，上述专利文件的系统不能吸收再生电力，并且当电动车辆执行 再生操作时发生再生故障。因此，需要提供电阻设备以吸收再生电力。 此外，电力存储介质保持在完全充电状态，直到某个车辆开始电力运 行操作。因此，如果再生操作继续，则连续发生再生故障。
本发明的目的是提供一种直流电力存储装置或系统，相对于常规 系统而言，其适于增加对外部线路供应的电力的量和所吸收的电力的 量的总和，而不增加直流电力存储装置的尺寸和成本，并且更具体地， 其可以改进外部线路电压降抑制功能以及再生电力的吸收，并且防止 再生故障。
根据本发明，为了解决上述问题， 一种直流电力存储装置或系统 包括dc/dc转换器，例如升降压斩波器，其连接在外部线路和例如双电 层电容的电力存储介质之间。当由于无负载状态的外部线路电压向高 于上限的整流器的无负载电压上升，外部线路电压变得高于外部线路 的额定电压范围的上限时，该装置产生充电导通路径并且从而将电力
存储介质充电到整流器的无负栽电压。作为吸收再生电力的方法，当 外部线路电压(在连接斩波器和外部线路的端子处的电压)变得高于 上限时，该装置产生导通路径以使得电力存储介质吸收再生车辆的再 生电力以作为充电能量。当再生车辆的集电弓点电压上升时，该装置
通过利用电动车辆的再生电流压缩(squeezing)功能而防止电动车辆 的再生故障。作为解决电压降的对策，当外部线路电压变得低于外部 线路的额定电压范围的下限时，该装置能够利用电压存储介质的终端 电压的电压降低控制或电压上升控制，进行从电力存储介质到外部线 路的放电，从而将外部线路电压保持在下限。该直流电力存储装置或 系统具有以下构造。
(1 )直流电力存储装置包括连接在电力存储介质和外部线路之间 的dc/dc转换器。该dc/dc转换器包括再生电力控制装置或部件，用于 在外部线路电压变得高于外部线路的额定电压范围的上限时，在外部 线路和电力存储介质之间进行导电连接，以对电力存储介质进行充电 或放电，并且在外部线路电压变得低于该上限时断开外部线路和电力 存储介质之间的连接；以及电压降抑制装置或部件，用于在当外部线 路电压变得低于外部线路的额定电压范围的下限并且电力存储介质的 终端电压高于外部线路电压时，在降低电力存储介质的终端电压的同 时，使电力存储介质向外部线路放电，并且当外部线路电压变得低于 该下限并且电力存储介质的终端电压低于外部线路电压时，在升高电 力存储介质的终端电压的同时，使电力存储介质向外部线路放电。
(2)当通过从电动车辆吸收再生电力而使得超过上限电压，并且 通过在电力存储介质和外部线路之间导通而使得外部线路电压增加 时，该再生电力控制装置或部件与电动车辆的再生电流压缩功能的再 生电流压缩操作一起，将电力存储介质的终端电压抑制到低于或等于 终端电压的最大电压的电平。
(3 )该dc/dc转换器在外部线路无负载的状态下连接外部线路和 电力存储介质，并且由此对电力存储介质充电，直到电力存储介质的 终端电压达到整流器的无负载电压。
(4) 该dc/de转换器包括当外部线路电压高于或等于额定电压范 围的下限并且电力存储介质的终端电压低于或等于额定电压范围的上 限时，从外部线路对电力存储介质进行充电，同时如果该终端电压低 于外部线路电压则降低外部线路电压，并且如果该终端电压高于外部 线路电压则升高外部线路电压的装置或设备。
(5) 该dc/dc转换器包括一个放电控制开关，以在电力存储介质 的终端电压高于外部线路电压时，控制或截断从电力存储介质到外部 线路的放电电流。
(6) 该dc/dc转换器包括一个主电路，该主电路包括 升降压斩波器，其包括高压侧臂、低压侧臂和电抗器，高压侧臂
包括半导体开关SW1和反并联二极管D1，半导体开关SW1在一个方向 中设置以控制来自外部线路的充电电流，并且包括与外部线路连接的 第一末端和一个第二末端，反并联二极管D1反并联到高压侧臂的半导 体开关SWl,低压侧臂包括半导体开关SW2和反并联二极管D2，半导 体开关SW2在半导体开关SW1的方向中设置并且与半导体开关SW1的 第二末端串联，反并联二极管D2反并联到半导体开关SW2,电抗器包 括与半导体开关SW1的第二末端连接的第一末端和一个第二末端；以 及
放电控制开关，其包括半导体开关SW3和反并联二极管D3，半导 体开关SW3连接在电抗器L的第二末端和电力存储介质之间并且设置 在一个方向上以控制来自电力存储介质的放电电流，反并联二极管D3 反并联到半导体开关SW3。
图l是示出根据本发明的一个实施例的直流电力存储装置的电路图。
图2是示出可以在图1的电力存储装置中所采用的电动车辆的再生 电流压缩特性。
图3是示出图l的用于防止再生故障和抑制电压降的电力存储装置
的操作的电压波形的图。
图4是示出现有技术中三种不同电力再生系统的示意图。 图5是示出现有技术的直流电力存储装置的电路图。 图6示出图5的电力存储装置的操作的波形图。
具体实施例方式
图l示出根据本发明的一个实施例的直流电力存储装置或系统的 电路图。图1的主电路部分几乎与图5的电路相同。与图5的电路不同的 是，图1的电路额外包括一个放电控制开关9，其连接在电抗器L的第 二电抗器末端和前述电力存储介质之间。该放电控制开关9包括半导体 开关SW3，其被定向成控制来自电力存储介质的放电电流；以及反并 联二极管D3，其反并联到半导体开关SW3。
控制单元或控制设备10用于控制斩波器7的升压和降压。此外，控 制单元10用于控制放电控制开关9的转换操作和导通/切断(开/关)。 控制单元10根据各种电压设置条件和电压检测信号执行如下所述的各 种控制操作。因此，为控制单元10提供以下控制装置。
在本申请的说明书和附图中，"外部线路"是通用术语，表示馈 电站的整流器6的直流侧、电力存储装置的馈电线路输出侧、馈电线路、 高架导线和滑接线。
(a) 所采用的双电层电容的充电电压范围的上限高于或等于由电 动车辆的再生电力而导致可出现在外部线路中的最大电压。在外部线
路无负载状态下，该双电层电容被充电到整流器的无负载电压，其高 于外部线路的额定电压范围的上限。
(b) 该直流电力存储装置或系统以如下方式实现了吸收再生电力 的方法和防止再生故障的方法。当外部线路电压变得高于额定电压范 围的上限电压时，开关SW1和SW3接通(到导通状态)以连接外部线 路和双电层电容，并且由此使得双电层电容吸收再生电力作为充电电 力。利用此电力吸收，系统防止由于外部线路电压的突然增加而导致 的电动车辆的再生故障，并且通过从双电层电容到电力运行电动车辆
排放所吸收的再生能量而有效利用再生电力。
当外部线路电压由于此电力吸收而持续上升时，系统与电动车辆
的再生电流压缩功能所进行的再生电流压缩操作一起，控制双电层电 容的终端电压和外部线路电压，以便防止上升超过最大电压。同时， 即使在该状态下，系统防止电动车辆的再生电流压缩控制消除再生。
(C)该直流电力存储装置或系统以如下方式实现了解决电压降的 对策。当外部线路电压变得低于额定电压范围的下限时，如果双电层 电容的终端电压高于外部线路电压，则系统在转换控制模式中控制放
电控制开关9的半导体开关SW3。通过半导体开关SW3的此转换控制， 系统执行电压降低控制以降低双电层电容的终端电压，并且使得双电 层电容向外部线路放电。通过从双电层电容放电，系统保持外部线路 电压高于或等于外部线路电压的额定电压范围的下限电压。此外，当
双电层电容的终端电压由于此放电而变得低于外部线路电压时，系统 将半导体开关SW3置于接通(on)控制状态(导通状态)并且在转换 控制模式下控制斩波器7的半导体开关SW2。通过这样切换SW3和SW2 的控制状态，系统持续从双电层电容放电，同时执行电压上升控制以 增加双电层电容的终端电压，并且由此保持外部线路电压高于或等于 外部线路的额定电压范围的下限电压。
再生电流的压缩是在现有电动车辆中提供的功能。在此压缩控制 中，系统监控电动车辆的集电弓点电压。当集电弓点电压高于预设电 压时，系统将再生电流从IOO %压缩到0 %并且从而防止集电弓点电压 的过分上升。通常，在DC 1500V系统的电动车辆的情况下，如图2中 所示，当集电弓点电压低于或等于DC 1600V时压缩率等于1.0 (压缩 量是0%)，并且当集电弓点电压高于或等于DC 1800V时压缩率等于0 (压缩量是100%)。在1600V和1800V之间，压缩率与电压成比例地 线性下降到零。该系统以此方式抑制再生电流。机械刹车吸收由对再 生电流的这种压缩控制所产生的过剩的刹车能量。
以下是当控制操作应用于1500V系统以便解决电压降的限制、吸 收再生电力的方法和防止再生故障时的具体实例的详细解释，
(1 )馈送系统的操作条件外部线路的额定电压范围是DC 1600V (上限)~ 1200V (下限)，并且馈电站的整流器6的无负载电压是DC 1620V。双电层电容EDLC的最大充电电压是DC 1800V。
(2)无负载操作当外部线路电压高于或等于1600V时，控制单 元10控制斩波器7的半导体开关SW1到接通(导通)控制状态。当双电 层电容EDLC低于1600V时，从馈电站的整流器6对双电层电容进行充 电，直到充电电压达到整流器6的无负载电压(1620V)。
正常负载操作当在电力运转模式下操作电动车辆，并且外部线 路电压变得低于整流器无负载电压(1620V)时，控制单元10通过放 电控制开关9的接通(on)控制，与从整流器6馈电并行地执行从双电 层电容供电，因为外部线路电压和双电层电容的终端电压是平衡的。 但是，当外部线路电压变得低于1600V (但是高于或等于1200V)时， 控制单元10关断放电控制开关9。因此，在此情况下，仅在外部线路的 额定电压范围内从整流器6提供电能。
(4)吸收再生电力的方法和防止再生故障的方法如图3中所示， 当通过电动车辆的再生电力增加外部线路电压，并且外部线路电压变 得高于外部线路电压的额定电压范围的上限(1600V)时(在时刻tl)， 控制单元10接通升降压斩波器7的半导体开关SW1并且接通半导体开 关SW3。在此情矿下，因为双电层电容EDLC的终端电压也是1600V，
向双电层电容EDLC，并且由此通过此充电操作吸收再生电力。
通过使用电动车辆的再生电力进行此充电操作，双电层电容 EDLC的终端电压增加，并且电动车辆的集电弓点电压一起增加。由 于集电弓点电压增加，电动车辆激活压缩功能，并且降低再生电流。 如果电动车辆的再生操作结束(外部线路电压的上升结束并且外部线
路电压向整流器的无负载电压(1620V)降低，如图3中曲线A所示)，
和周围部分中外部线路电压之间的均衡的动作而通过半导体开关SW3 的接通控制自发地降低。然后，如果无负载状态得到保持，则双电层
电容EDLC的终端电压稳定在整流器的无负载电压(1620V)。当外部 线路电压高于上限电压时，从双电层电容EDLC提供电力到供电电动 车辆(如果有的话)，直到整流器无负载电压。在无负载电压以下， 从整流器和双电层电容EDLC并行地提供电力到电动车辆，并且外部 线路电压通过供电车辆的动作而稳定在上限电压以下(如图3中曲线B 中所示)。
当双电层电容EDLC的终端电压变得低于外部线路的额定电压范 围的上限(1600V)时，控制单元10通过半导体开关SW3的关断控制 而停止双电层电容EDLC的放电操作。电动车辆仅从整流器6接收电 源。
当电动车辆的再生操作继续，并且双电层电容EDLC的终端电压
达到最大电压(1800V)时(在时刻t2)，通过电流压缩操作将来自电 动车辆的再生电流减到零。因此，尽管经外部线路电压可以暂时达到
1800V而超过额定电压范围的上限(1600V),但是系统通过将再生电 流降至零而防止外部线路电压进一步上升，并且因此防止发生再生故障。
因此，在用于吸收再生电力的方法和用于防止再生故障的方法中， 外部线路电压可以临时上升到超过额定电压范围的上限(1600V)，
但是外部线路电压最终降到低于或等于整流器无负载电压或额定电压 上限的电平。因此，双电层电容EDLC的终端电压被控制在1600V
1800V的范围内。
(5)解决电压降的对策如图3中所示，在电力运行模式下操作 电动车辆，并且外部线路电压变得低于下限(1200V )时(在时刻t3 )， 控制单元10通过半导体开关SW3的转换控制来降低双电层电容EDLC 的终端电压，开始从双电层电容EDLC通过电抗器L和二极管D1进行放 电操作，并且因此与从整流器6供应的电力一起抑制电压降。当通过抑 制电压降的操作，外部线路电压返回到高于或等于下限(1200V)的 电平时(在时刻t4，如图3中曲线C所示)，控制单元10通过关断半导 体开关SW3停止双电层电容EDLC的放电，通过将升降压斩波器的操作切换为电压上升控制而对双电层电容EDLC充电(如图3中曲线C'所 示)，并且在充电到1600V的状态时停止该控制。
当外部线路电压保持在下限电压(1200V)以下，并且双电层电 容EDLC的终端电压变得低于外部线路电压时(在时刻t5)，控制单元 10将半导体开关SW2调到接通控制状态，并且将升降压斩波器7的半导 体开关SW2调到转换控制模式。通过这样做，控制单元10增加终端电 压，继续进行放电，并且由此与来自整流器6的电力供应一起抑制外部 线路电压的电压降。利用这种放电，双电层电容EDLC的终端电压降 低到下限电压(1200V)以下。当通过进行这种电压降抑制将外部线 路电压返回到高于或等于下限(1200V)的电平时(在时刻t6,如图3 中曲线D所示)，控制单元10通过升/降斩波器7的电压降低控制对双电 层电容EDLC进行充电(如图3中曲线D'所示)，并且在充电到1600V 的状态下停止电压降低控制。
当外部线路的电压降继续，并且双电层电容EDLC的终端电压通 过这种放电降低到最小电压(500V)时(时刻t7)，控制单元10停止 对升降斩波器7的控制。当电动车辆的电力运行操作结束(时刻t8)并 且外部线路电压返回到等于或高于1200V的电平时(在时刻t9，如曲线 E所示)，系统对双电层电容EDLC充电(如图3中的曲线E'所示)。
因此，双电层电容EDLC的终端电压,皮控制在500V ~ 1600V的范 围中。
即，在采用抑制电压降的方法时，此系统可以在与现有技术的系 统相比更宽的电压范围(500V 1600V)中对双电层电容EDLC进行 充电或放电，并且显著增加为了抑制电压降而可以提供的电力的量， 即使双电层电容的容量与现有技术的系统相比保持不变(不需要增加 并联元件的数量)。
在所示实例中，dc/dc转换器包括升降压斩波器和放电控制开关。 但是，可以通过釆用具有不同于所示实例的结构的充电和放电电路， 实现等价效果和操作，以允许在例如EDLC的电力存储介质和外部线 路之间进行充电和放电。
配置所示实例的系统执行充电/放电控制以将双电层电容EDLC的
电压范围的上限电压附近。但是，可以配置该系统以将双电层电容的 终端电压控制在外部线路的额定电压范围的下限电压和上限电压之 间。
例如，双电层电容的终端电压被设置在下限电压和上限电压之间 的一个中间值。从该状态，系统满足抑制电压降方法的功能和吸收再 生电力的方法的功能这两者。此外，当双电层电容的终端电压变得高 于或等于整流器的无负栽电压时，系统允许双电层电容的终端电压自 发地降低，同时保持外部线路整体的电压平衡，即使不存在电力运行 车辆。当双电层电容的终端电压由于一个或多个车辆中电力再生操作 的持续而继续上升时，该系统通过利用电动车辆的电流压缩控制来防 止再生故障。
在所示的实例中，电力存储介质包括一个双电层电容。可以通过 采用混合电容、大容量电容和/或电池作为电力存储介质来实现类似的 效果和操作。此外，可选地对用于控制半导体开关的预定电压提供静 区，以防止半导体开关颤动。
如上所述，当外部线路电压超过额定电压范围的上限电压时，根 据本发明的系统可以吸收再生电力，并且当外部线路电压降低到额定 电压范围的下限电压以下时抑制电压降。
此外，电力存储装置使得可以在与现有技术的系统相比更宽的电 压范围中对双电层电容充电和放电，并且可以吸收再生电力，尽管双 电层电容的能量存储量等于或大于现有技术的设备的完全充电状态中 的量。因此，系统可以满足抑制电压降的功能和吸收再生电力的功能 这两者。当双电层电容的终端电压变得高于或等于整流器的无负载电 压时，系统使得双电层电容的终端电压自发降低，外部线路系统整体 电压平衡，即使没有供电车辆。即使双电层电容的终端电压由于连续 的电力再生操作而继续上升，该系统也可以通过利用电动车辆的电流 压缩控制来防止再生的故障。
此外，可以显著增加为抑制电压降而可以提供的电力的量，而不 引起系统尺寸增加和成本上升。
权利要求
1.一种直流电力存储装置，包括要连接在电力存储介质和dc电气铁道的外部线路之间的dc/dc转换器，并且该dc/dc转换器包括再生电力控制装置，用于在外部线路电压变得高于外部线路的额定电压范围的上限时，在外部线路和电力存储介质之间进行导电连接，以对电力存储介质进行充电或放电，并且在外部线路电压变得低于该上限时断开外部线路和电力存储介质之间的连接；以及电压降抑制部件，用于在当外部线路电压变得低于外部线路的额定电压范围的下限并且电力存储介质的终端电压高于外部线路电压时，在降低电力存储介质的终端电压的同时，使电力存储介质向外部线路放电，并且当外部线路电压变得低于该下限并且电力存储介质的终端电压低于外部线路电压时，在升高电力存储介质的终端电压的同时，使电力存储介质向外部线路放电。
2. 如权利要求l的直流电力存储装置，其中，当通过从电动车辆 吸收再生电力而使得超过上限电压，并且通过在电力存储介质和外部 线路之间导通而使得外部线路电压上升时，该再生电力控制装置与电 动车辆的再生电流压缩功能的再生电流压缩操作一起，将电力存储介质的终端电压抑制到低于或等于终端电压的最大电压的电平。
3. 如权利要求1或2的直流电力存储装置，其中，所述dc/dc转换 器在外部线路无负载的状态下连接外部线路和电力存储介质，并且由 此对电力存储介质充电，直到电力存储介质的终端电压达到整流器的 无负载电压。
4. 如权利要求l、 2或3的直流电力存储装置，其中，所述dc/dc转 换器包括当外部线路电压高于或等于额定电压范围的下限并且电力存 储介质的终端电压低于或等于额定电压范围的上限时，从外部线路对 电力存储介质进行充电，同时如果该终端电压低于外部线路电压则降 低外部线路电压，并且如果该终端电压高于外部线路电压则升高外部 线路电压的设备。
5. 如权利要求l、 2、 3或4的直流电力存储装置，其中，所述dc/dc 转换器包括一个放电控制开关，用于在电力存储介质的终端电压高于 外部线路电压时，控制或截断从电力存储介质到外部线路的放电电流。
6. 如权利要求l、 2、 3、 4或5的直流电力存储装置，其中，所述 dc/dc转换器包括一个主电路，该主电路包括升降压斩波器，其包括高压侧臂，其包括半导体开关SW1和反并联二极管D1，半导 体开关SW1设置在一个方向中以控制来自外部线路的充电电流 并且包括与外部线路连接的第一末端和一个第二末端，而反并联 二极管Dl反并联到半导体开关SWl,低压侧臂，其包括半导体开关SW2和反并联二极管D2，半导 体开关SW2设置在半导体开关SW1的方向中并且与半导体开关 SW1的第二末端串联，而反并联二极管D2反并联到半导体开关 SW2，以及电抗器，其包括与半导体开关SW1的第二末端连接的第一末 端和一个第二末端；以及放电控制开关，其包括半导体开关SW3和反并联二极管D3，半导 体开关SW3连接在电抗器L的第二末端和电力存储介质之间并且设置 在一个方向上以控制来自电力存储介质的放电电流，而反并联二极管 D3反并联到半导体开关SW3 。
全文摘要
本申请涉及抑制线路导线的电压降以吸收电动车辆的再生电力并且防止电动车辆的再生故障，而不引起DC电力存储设备尺寸上升和成本升高。双电层电容EDLC的终端电压(或待机电压)被设置得接近线路导线在馈电线路系统无负载时和普通负载时的额定电压范围的上限电压。当线路导线电压超过额定电压范围的上限电压时，由双电层电容吸收再生电力，并且与此并行地，通过电动车辆的再生电流压缩动作防止双电层电容的终端电压超过其最大值(即，防止再生故障)。当线路导线电压低于额定电压范围的下限电压时，通过由升降压斩波器的降压和升压动作从双电层电容放电，而保持线路导线电压(即电压降抑制)使其不变成低于额定电压范围的下限。
文档编号B60M3/06GK101365606SQ200680051698
公开日2009年2月11日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年2月10日
发明者上村正 申请人:株式会社明电舍