专利名称：电动车的功率存储控制装置和方法
电动车的功率存储控制装置和方法
背景技术：
本发明涉及一种运行在铁路上的电动车的功率存储控制装置和方法。所述功率存 储控制装置有效地适用于如下控制装置其供应来自设置在电动车的功率存储设备的功率 至不能接收功率(例如，在架空线中发生功率故障的情况下或在不存在架空线的区域中) 的电动车的主电路，从而使得电动车能够自身低速运行至最近的功率供应点。当来自架空线等的功率供应不可能时，当前的电动车不能移动并且需要等待救援 车。然而，一些无轨电车已经解决了该问题，使得它们能够使用随车携带的电池作为电源， 例如，在没有架空线的情况下在车库附近移动。在无轨电车中，辅助电路的负载能力(照 明、空调等)小。因此，电池能够驱动包括主电机的所有电路。然而，在普通的火车中，利用 架空线电压运行的高压辅助功率供应单元供应AC功率至具有大负载能力的辅助电路。不 供应架空线电压，则高压辅助功率供应单元不运行。此外，主电机也不能由电池进行驱动。 出于这些原因，普通的火车不能自己移动至最近的适用点，在保持占用轨道的同时要求救 援车。在制动时电动车通常获得再生的功率。有效使用所再生的能量的技术是已知的 (例如，公开号为2003-199204的日本专利申请)。所再生的能量用于例如供电运行(加 速)。需要采取一些功率供应措施来防止在DC电动有轨车在受电弓(pantograph)离线 时产生的瞬时功率供应中断、在AC电动有轨车通过死区时总是产生的短时间的功率供应 中断以及AC/DC电动有轨车(通过AC和DC功率两者都能够运行的火车)的相对长时间的 功率供应中断。能够通过准备具有大容量以补偿离线时间段的电容器来采取防止瞬时或短 时间的功率供应中断的功率供应措施。对于长时间的功率供应中断来说，需要准备功率存储设备，以防止车中的灯熄灭。 出于该目的，需要采用在某种程度上较贵的DC荧光灯，而不是采用经济的AC荧光灯。此外，在自动火车运行的火车停止控制中，在就要停止之前再生的功率吸收不可 用状态大大恶化了停止位置精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动车的功率存储控制装置和方法，其中，升压/降压 斩波电路和功率存储设备被结合成使得所述功率存储控制装置即使在低速模式下也能够 施加使得能够供电运行的功率至主电路，并且使得所述功率存储控制装置用作能够施加足 够的高压至辅助电路的高压辅助功率供应。根据本发明的一个实施例，提供一种电动车的功率存储控制装置，其选择性地采 用第一运行状态(正常运行状态)和第二运行状态(紧急运行状态)中的一个，在所述第 一运行状态中使用来自架空线(10)的功率，在所述第二运行状态中使用来自功率存储设 备(32)的功率。所述功率存储控制装置包括包括第一输入/输出部分和第二输入/输出 部分的升压/降压斩波电路(31)，所述第一输入/输出部分经由输入电路(20A)接收来自架空线的功率并且连接至用于辅助电路的CVCF逆变器(21)的输入部分，所述第二输入/ 输出部分连接至功率存储设备；接触器(12)，其用于供应来自架空线的电压和所述功率存 储设备的电压中的一个至主电路的VVVF逆变器(15)的输入部分；以及控制单元(100)，其 控制所述升压/降压斩波电路(31)和所述接触器(12)。所述控制单元(100)用于控制所述接触器(12)，以便使得所述接触器在所述第一 运行状态下将来自所述架空线的电压供应至所述主电路的VVVF逆变器(15)的输入部分， 并且在所述第二运行状态下将所述功率存储设备的电压供应至所述VVVF逆变器(15)的输 入部分，并且所述控制单元(100)用于控制所述升压/降压斩波电路，使得所述升压/降压 斩波电路在所述第一运行状态下执行降压操作，以便对所述功率存储设备(32)充电，并且 在所述第二运行状态下执行升压操作，以便使得所述功率存储设备(32)放电并且将功率 供应至所述CVCF逆变器(21)。本发明的其他目的和优点将通过下面的描述进行阐述，并且从下面的描述中部分 将变得显而易见，或者可以通过实践本发明而获悉。本发明的目的和优点可以通过在下文 中特别指出的手段和组合来实现和获得。
被并入并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出 的概括说明和以下给出的实施例的具体描述一起用于解释本发明的原理。图1是示出了其中将无轨电车的功率存储设备应用于铁路车辆的示例的电路图；图2是示出了其中将本发明的装置应用于DC电动有轨车的示例的电路图；图3A和3B是用于解释图2中所示的功率存储控制装置的操作的电路图；图4是针对图2中的功率存储设备的电压和架空线的电压用于解释车辆速度和牵 引力之间的关系的示意图；图5是示出了取代图2中的阻断二极管的另一示例的电路图；图6A、6B和6C是示出了火车速度、架空线电压和充电状态(S0C)的时间序列的示 例以便解释根据本发明的装置的操作示例的示意图；图7是示出了架空线电压波动范围的示例的视图；图8是示出了其中将本发明的装置应用于AC电动有轨车的示例的电路图；图9是示出了其中将本发明的装置应用于AC/DC电动有轨车的示例的电路图；图10是示出了根据本发明的另一实施例应用于DC电动有轨车的示例的电路图； 以及图11A、11B和11C是示出了火车速度、充电状态(S0C)以及火车的功率消耗的时 间序列的示例以便解释图10中的装置的操作示例的示意图。
具体实施例方式现在将具体描述本发明的实施例。首先将参考图1中所示的电动车线路的概括电 路来解释当前例如能够利用电池驱动运行的无轨电车使用的驱动控制方法。收集来自诸如电动车线路的外侧的功率的电流收集器11将其输出功率供应至接 触器12和17。在正常状态下，由电抗器13和电容器14对已经通过接触器12的功率进行滤波并且将其供应至变压变频(VVVF)逆变器15。在正常状态下，经由输入电路20A将已 经通过接触器17的功率供应至恒压恒频(CVCF)逆变器21，所述输入电路20A包括电抗器 18、阻断二极管19和电容器20。电抗器18和电容器20形成滤波器。将来自VVVF逆变器15的输出供应至主电机16a至16d。将来自CVCF逆变器21 的输出供应至诸如汽车中的荧光灯的辅助电路。在正常状态下，整流器23对CVCF逆变器 21输出的三相电流进行整流，并且对电池24进行充电。假设停止来自电流收集器11的功率供应。接触器12切换至电池24以便将来自 电池24的DC电压供应至VVVF逆变器15。所述DC电压驱动主电路侧上的主电机。由于 来自电流收集器11的功率具有高压以及足够大的功率极限值，所以汽车能够高速运行。然 而，与来自电流收集器11的功率相比，来自电池24的功率具有较低的电压以及较小的功率 极限值。出于这种原因，汽车能够低速行驶。在商业线路存在故障的情况下，在车库中驱动 或用于撤退时执行这种电池驱动运行。在电池驱动运行下，因为电池24的电压太低，所以CVCF逆变器21不能运行。因 此，当将所述CVCF逆变器的AC输出连接至荧光灯等时，荧光灯熄灭。实际上，为了防止灯 熄灭，使用由来自电池的DC功率开启的DC荧光灯。然而，在一般的电动有轨车中的荧光灯 的功率供应使用来自CVCF逆变器的AC输出，并且无轨电车所使用的方法要求昂贵的设备。图2示出了包括根据本发明的功率存储控制装置30的电动车控制装置的布置的 示例，所述功率存储控制装置30使得DC电动有轨车能够进行电池驱动运行。在图2中相同 的附图标记表示与图1中相同的部件。与图1不同的是，设置了包括升压/降压斩波电路 31和功率存储设备32的功率存储控制装置30。升压/降压斩波电路31包括第一和第二 输入/输出单元31a和31b。将第一输入/输出单元31a连接在CVCF逆变器21的输入部 分和输入电路20A的输出侧(二极管19的阴极)之间，所述输入电路20A包括电抗器18、 阻断二极管19和电容器20。将第二输入/输出单元31b连接至功率存储设备32。在正常运行状态下，将接触器12连接至电流收集器11以便将DC功率供应至VVVF 逆变器15。电流收集器11能够与架空线10接触或从其移开。将来自VVVF逆变器15的输 出供应至主电机16a至16d。在正常运行状态下，将接触器17连接至电流收集器11。此时，功率存储控制装置 30使得升压/降压斩波电路31降低从输入电路20A接收的电压(1500V)，并且使得功率存 储设备32存储功率(300V)，这将在下面进行描述。如上所述，输入电路20A包括用于接收 来自接触器17的功率的电抗器18、用于对来自电抗器18的输出进行整流的阻断二极管19 以及连接在阻断二极管19的阴极和功率供应线负极侧之间的电容器20。在不能获得架空线电压的紧急运行状态下，将接触器12切换至功率存储设备32， 并且接触器17基本打开。在紧急运行状态下，将来自功率存储设备32的电压(300V)经由 接触器12输入至VVVF逆变器15。因此，驱动主电机16a至16d以使得电动车运行，尽管速 度较慢。在紧急运行状态下，功率存储控制装置30使得升压/降压斩波电路31增大来自 功率存储设备32的电压，从而将所增大的电压(1500V)供应至CVCF逆变器21，这将在下面 进行描述。因此，即使在电池驱动运行期间，CVCF逆变器21能够执行稳定的操作。这使得 允许电动车中的诸如灯和空调的辅助设备能够与正常状态下一样运行。在客车中灯和空调的稳定运行尤其重要。通常，当架空线的标称电压是1500V时，将功率存储设备32的电压设置为大约 300V,从而通过升压操作获得CVCF逆变器的运行所需的电压(例如，1500V)。将来自电池 24的输出用作例如系统控制装置100的功率供应电压。系统控制装置100输出脉冲以驱动 升压/降压斩波电路31，并且输出控制信号以控制接触器17和12等。系统控制装置100 还可以检测架空线电压的状态。图3A和3B是用于更具体地解释如上所述的升压/降压斩波电路31的操作的电路 图。开关电路SW1和SW2构成的串联电路连接在接地线和阻断二极管19的阴极之间。开 关电路SW1和SW2中的每一个使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)。栅极电路gl和g2分别接收 来自系统控制装置100和接通/断开控制开关电路SW1和SW2的控制信号。功率存储设备 32的一个电极连接至接地线。另一电极经由电抗器L1连接至开关电路SW1和SW2之间的 节点，并且还连接至接触器12的一个端子。接触器12可以采取第一运行状态和第二运行 状态，在所述第一运行状态中选择来自架空线的功率，在所述第二运行状态中选择来自功 率存储设备32的功率。图3A示出了电流在升压/降压斩波电路31的“充电模式”中的流动。开关电路 SW1接通/断开控制，并且开关电路SW2保持断开。来自阻断二极管19的电流经由输入/ 输出单元31a、开关电路SW1、电抗器L1和输入/输出单元31b流入功率存储设备32，以便 执行充电(电压降低)。为了保持所存储的功率，开关电路SW1和SW2断开。图3B示出了 电流在升压/降压斩波电路31的“放电模式”中的流动。为了放电，开关电路SW1保持断 开，并且开关电路SW2接通/断开控制。然后，将由电抗器L1增加的电压经由开关电路SW1 的二极管D1和输入/输出单元31a传送至CVCF逆变器21。图4示出了运行在1500V和300V的DC电压的电动车的车辆速度和牵引力之间的 关系。在正常运行状态下(第一运行状态)，从架空线获得1500V的DC电压。然而，在紧急 运行状态下(第二运行状态)，从功率存储设备32获得300V的DC电压。在紧急运行状态 下的运行速度低。应注意到，如图5所示，在上述实施例的输入电路20A中的阻断二极管19可以使 用大电阻器19A和晶闸管19B构成的并联电路。因此，该电路部分通常被称为高阻抗部分。 在图5示出的电路中，在激活装置时，晶闸管19B截止。来自架空线的电流经由电阻器19A 对电容器20充电。这防止在激活时的过电流。当完成充电时，晶闸管19B导通。如上所述，根据本发明的装置有效地使用随车携带的功率存储设备。功率存储控 制装置30对所有的DC电动有轨车、AC电动有轨车以及AC/DC电动有轨车有效。如果来自 架空线的功率供应运行短，则功率存储设备32 (低电压)直接可连接至主电路设备的输入 部分。这使得车辆能够低速运行并且移动到最近合适的点。同时，操作功率存储控制装置 30以增加功率存储设备32的电压进行操作，使得CVCF逆变器21能够执行稳定的输出操作 并且向例如要求大AC功率的AC荧光灯和空调的辅助电路供应正常电压的功率。另外，将功率存储设备的功率存储状态管理设置成充电状态下的电池在停止之前 能够吸收再生的能量。这允许功率存储设备在火车就要停止之前的低速范围内吸收火车所 再生的能量。因此，能够防止低速范围内的再生作废(regeneration cancellation)并且 改善火车停止精度。
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被称为瞬间离线并且在例如电动车运行在正常架空线电压状态下稳定发生的非 常短时间的功率供应中断不阻止行驶，因为即使在供电运行期间VVVF逆变器15停止，电动 车滑行。然而，CVCF逆变器21需要连续地运行因为其停止将熄灭荧光灯。如上所述，在本 发明中，功率存储设备32能够经由升压/降压斩波电路立即供应功率，使得能够连续操作。再生制动将功率返回至架空线侧。然而，如果在架空线侧存在几个再生功率负载 (其他汽车)，则由于再生的功率和再生操作的不可用的原因，架空线电压可能突然增加。为了防止这些，装置设置了充电裕度，以便在供电运行期间对功率存储设备32充 电直至全充电状态的80%。如果架空线电压在应用再生制动时突然增加，则升压/降压斩 波电路执行降压操作以对功率存储设备32充电，从而继续再生操作。例如，系统控制装置 100管理充电状态的设置和控制。图6A中的波形示出了电动车运行速度的改变的示例。图6B中的波形示出了架空 线电压的改变。图6C示出了功率存储设备32的充电状态。在反常的架空线电压状态下，S卩，如果不能接收来自架空线的功率供应，则能够低 速紧急运行，如图6A中的线6a2所示。图6A中的线6al表示正常的运行速度。在低速紧急运行中，CVCF逆变器21能够执行正常操作。因此，基于CVCF逆变器 21的输出功率起作用的荧光灯能够保持开启。用于控制制动等的空气压力的压缩机还能够 正常操作。在车站之间存在功率故障的情况下，这使得能够长时间驱动电动车并且安全地 将其撤退至例如最近的车站。图7示出了架空线电压的范围的示例。1500V的标称架空线电压在900到1800V 的范围内波动。在能够被认为是正常的架空线电压的稳定电压Vsl的范围内，通过功率存 储控制装置30的充电和放电操作，功率存储设备32的充电状态可以保持在例如80%。图6B示出了架空线电压范围Vsl、Vs2和Vs3中架空线电压的实际改变。图6C示 出了在功率存储控制装置30的控制下获得的功率存储设备32的充电状态。当已经发生了例如电流收集器11的离线的功率供应中断时，电压进入区域Vs2， 并且功率存储设备32在放电模式下向CVCF逆变器21供应功率。此时，阻断二极管19阻 止到VVVF逆变器15的功率供应，并且能够控制功率存储设备的容量(放电量)小。另一 方面，当施加再生制动架空线电压不正常地增加至区域V3s时，功率存储控制装置30转换 至功率存储设备32的充电模式并且抑制架空线电压的增加。这增加了再生效率并且大大 有助于能量节省。在系统控制装置100的控制下执行如上所述的操作。本发明不限于上述实施例并且还适用于其它各种实施例。下面将解释应用于各种 车辆。图8示出了通过将本发明的基本原理应用到AC电动车所形成的电路的示例。电 流收集器11连接至主变压器41的第一绕组41a。主变压器41的第二绕组41b经由整流 器42连接至接触器12的一个输入端子。将来自接触器12的输出经由输入滤波器供应至 VVVF逆变器15。将来自连接至主变压器41的第三绕组41c的整流器43的输出经由辅助 电路侧上的输入滤波器供应至CVCF逆变器21。在该示例中，整流器42、电抗器18和电容 器20对应于图2中所示的输入电路20A。参考图8，执行功率存储设备32的充电/放电操作的升压/降压斩波电路31连 接在高压辅助功率供应单元21的输入部分和连接至主变压器41的第三绕组41c的整流器43之间。当接触器12断开主电路的VVVF逆变器15的输入滤波器与架空线10的连接时， 将来自功率存储设备32的输出输入至逆变器15。剩余部分与上述实施例中相同并且添加 了相同的附图标记。图9示出了通过将本发明的基本原理应用到AC/DC电动车所形成的电路的示例。 当架空线为AC时，电流收集器11可经由接触器44连接至主变压器41的第一绕组41a。当 架空线为DC时，电流收集器11可经由接触器44连接至接触器12的一个输入端子。主变 压器41的第二绕组41b连接至整流器42。来自整流器42的输出连接至接触器12的一个 输入端子。接触器12在紧急运行状态中连接至功率存储设备32的输出侧。在该示例中， 整流器42、电抗器13、阻断二极管19d以及电容器20对应于图2中所示的输入电路20A。图9中的装置是应用到AC/DC电动车的示例，所述AC/DC电动车能够在没有来自 架空线10的功率供应的情况下使用随车携带的功率存储设备低速紧急运行。执行功率存 储设备32的充电/放电操作的升压/降压斩波电路31的一个输出部分连接在阻断二极管 19d的阴极侧和高压辅助功率供应单元(CVCF逆变器21)的输入部分之间。当主电路的VVVF逆变器15的输入滤波器从架空线断开时，将从功率存储设备32 输出的功率输入至VVVF逆变器15。剩余部分与如上所述的实施例相同并且添加了相同的 附图标记。图10示出了图2中的装置的变型。放电控制元件(IGBT)与阻断二极管19并联 连接。图10中的方案与图2中的不同之处在于来自升压斩波电路的输出不仅连接至辅助 功率供应单元，而且连接至主电路侧，使得能够将基于来自功率存储设备32的放电功率的 高压功率供应至主电路侧。如果功率存储设备的容量小，则没有用于支持供电运行的能量 可用。然而，当功率存储容量大时，功率存储设备供应至主电路以实现架空线混合系统。为了使用功率存储设备的能量用于供电运行，图10中的放电控制元件50导通以 发射能量至主电路。图11A至11C示出了火车速度和使用图10中的装置旨在改善火车的火车自动停 止控制器(TASC)的停止精度的功率存储设备32的充电/放电模式。图11A中的波形表示 火车速度的转变。图11B中的波形表示功率存储设备的充电状态。图11C中的波形表示火 车的功率消耗的改变。在图11C中，在火车的功率消耗增加的区域C11中使功率存储设备 放电允许馈送系统(架空线侧)的峰值功率的减小，并且减小了馈送线的损失，有助于能量 节省。当在车站之间使用以预定的速度驱动火车的自动火车运行(AT0)系统时，功率存 储设备的放电增加了受电弓点电压。这使得能够改善供电运行性能并且增强了抑制最大速 度的能量节省运行效果。在运行在车站之间期间，如图11B所示，功率存储设备的充电状态(S0C)需要保持 在预定的水平或更高。这旨在如果由于在车站之间运行期间功率故障导致功率馈送停止， 还能确保允许火车在没有架空线情况下运行到接下来的车站的运行能量。参考图11B，在车站之间的预定区域中S0C为恒定的50%。随着火车接近下一个 车站，离线运行所需的能量变得更小。因此，根据火车位置来计算所要求的功率消耗，以改 变车站之间所需的最小S0C。通过这种方式有效地使用功率存储设备的容量(例如，功率存 储设备完全放电用于再生功率)。这允许进一步抑制由火车所确定的总能量。
当火车减速并且停止在车站时，在低速范围中优先吸收再生能量。在该示例中，功 率存储设备在30km/h或更小的火车速度范围中吸收再生功率。当在架空线再生功率时，并 且用于消耗(吸收)火车的所再生的功率的负载错过了，则再生作废，并且需要使用机械 (空气)制动。此时使用机械制动大大地影响了火车停止精度。然而，如果如在示例中完全 防止了 30km/h或更小处的再生作废，则不需要使用机械制动，并且停止精度能够一直保持 较高。30km/h或更小处的再生作废大大地影响了就要停止之前的精度。然而，如果功率 存储设备的S0C低到足够吸收再生的功率，则功率存储设备能够吸收30km/h或更大的速度 范围中所再生的功率，有助于增强能量节省效果。在架空线存在功率故障或低压的情况下，图10中的放电控制元件50截止，以便使 得功率存储设备仅向CVCF逆变器21供应能量。架空线中的功率故障可能由馈送系统侧上 的接地故障导致的。出于安全的原因，防止来自火车的功率流出至馈送系统侧上的事故点 是很重要的。为了使用图10中的装置进行离线运行，将用作电流收集器11的电受弓缩回，以便 将主电路与架空线断开。然后，放电控制元件50导通，以便向VVVF逆变器15供应能量。为 了使得火车在没有架空线的情况下在三轨系统的铁路上运行，在电流收集器将火车的主电 路与架空线断开之后马上提供断路器。注意到在上述示例中使用电池。然而，本发明不仅 适用于电池，而且适用于各种能量存储设备，例如双电层电容器(EDLC)。EDLC具有非常大 的容量。如上所述，当在架空线中发生了功率故障时，在通过电池驱动的同时火车低速运 行，以便将乘客送至最近的车站。在本发明中，辅助功率供应单元能够在电池驱动运行期间 运行。因此，荧光灯能够保持为开启。另外，由于用于压缩空气室中的空气进行制动的压缩 机保持运行，所以保证长时间的安全操作。将本发明应用到DC车辆能够进行离线补偿。由于能够去除用于离线补偿的大电 容器，所以辅助功率供应单元可以被制得紧凑。另外，由于能够部分地吸收再生的功率，改 善了再生效率。更具体而言，在系统控制装置100的控制下，功率存储设备根据运行速度进 行充电/放电控制，并且在就要停止之前的低速范围中，不对馈送线而仅仅对功率存储设 备32执行再生。在采用ATP系统的区域，能够完全防止在就要停止之前的再生作废并且改 善了停止位置精度。总是掌握在车站之间运行期间用于离线运行所需的能量的量。此外，保持电池的 S0C的下限值以有效地利用功率存储设备的有限容量。这实现了防止再生作废和抑制火车 的峰值功率的效果的增强。更具体而言，在系统控制装置100的控制下，根据火车位置从数 据库中计算或获取用于紧急离线运行所需的能量的量。基于该结果，功率存储设备充电或 放电。对于AC电动有轨车来说，设置AC/AC区域(变电站之间的死区)，并且总是发生功 率供应中断。AC电动有轨车装备有昂贵的DC荧光灯作为厢内灯，因为它们在每次火车通过 该区域时必须不熄灭。然而，由于对AC电动有轨车应用本发明通过功率存储设备放电向辅 助功率供应单元输入功率，可使用不昂贵的普通AC荧光灯。当在DC区域或AC区域运行时，AC/DC电动有轨车作为DC电动有轨车或AC电动有轨车进行操作。该电动车还通过一个被称为AC/DC区域的长的死区。因此，需要使用电 池长时间开启荧光灯，并且要求大电池容量。然而，当应用本发明时，可使用普通的AC荧光 灯，并且不需要大的电池容量。如上所述，本发明有效地应用于包括功率存储设备的装置，像DC电动有轨车、AC 电动车以及A/DC车辆。上述解决方案允许功率存储设备以确保对主电路来说用于供电低 速运行的功率并且还作为对于辅助电路来说足够的高压辅助功率供应。对于本领域技术人员来说，将意识到其它的优点和变型。因此，本发明在其更宽的 方面并不限于在这里示出和描述的具体细节和代表性实施例。因此，在不偏离所附权利要 求及其等同物所限定的发明原理的精神或范围的情况下，可以进行各种变型。
权利要求
一种电动车的功率存储控制装置，其选择性地采用第一运行状态和第二运行状态中的一种，在所述第一运行状态中使用来自架空线(10)的功率，在所述第二运行状态中使用来自功率存储设备(32)的功率，所述电动车的功率存储控制装置其特征在于包括升压/降压斩波电路(31)，其包括第一输入/输出部分和第二输入/输出部分，所述第一输入/输出部分经由输入电路(20A)接收来自所述架空线的所述功率并且连接至用于辅助电路的CVCF逆变器(21)的输入部分，所述第二输入/输出部分连接至所述功率存储设备；接触器(12)，其用于将来自所述架空线的电压和所述功率存储设备的电压中的一个供应至主电路的VVVF逆变器(15)的输入部分；以及控制单元(100)，其用于控制所述接触器(12)，以便使得所述接触器在所述第一运行状态中将来自所述架空线的所述电压供应至所述主电路的所述VVVF逆变器(15)的所述输入部分，并且在所述第二运行状态中将所述功率存储设备的所述电压供应至所述VVVF逆变器(15)的所述输入部分，并且所述控制单元(100)用于控制所述升压/降压斩波电路，以便使得所述升压/降压斩波电路在所述第一运行状态中执行降压操作以对所述功率存储设备(32)充电，并且在所述第二运行状态中执行升压操作以使得所述功率存储设备(32)放电并且将所述功率供应至所述CVCF逆变器(21)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入电路(20A)包括阻断二极管 (19)和晶闸管(19B)和电阻器(19A)构成的并联电路中的一个。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，如果架空线电压落入所述架空线电压的 预定波动范围中的预置低电压范围(Vs2)，则所述控制单元(100)执行所述升压/降压斩波 电路的放电操作。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述架空线电压为稳定电压时，所述控 制单元(100)控制所述升压/降压斩波电路以保持所述功率存储设备的全充电状态。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当架空线电压是接近波动范围的中心的 电压时，所述控制单元(100)执行所述升压/降压斩波电路(31)的充电/放电操作，以便 使得所述功率存储设备确保到全充电状态的预定充电裕度，当所述架空线电压高于接近所 述中心的所述电压时，所述控制单元(100)执行充电操作。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电动车是向其供应来自AC架空线的功率的AC电动车，并且所述功率存储控制装置还包括主变压器，其具有第一绕组、第二绕组以及第三绕组，所述第一绕组接收所述架空线电压；第一整流器(42)，其用于对在所述第二绕组(41b)中生成的AC电压进行整流并且将所 整流的电压供应至所述接触器(12)作为来自所述架空线的所述电压；以及第二整流器(43)，其用于对在所述第三绕组(41c)中生成的AC电压进行整流并且将所 整流的电压供应至所述CVCF逆变器(21)和所述升压/降压斩波电路(31)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当架空线电压是接近波动范围的中心的 电压时，所述控制单元(100)执行所述升压/降压斩波电路(31)的充电/放电操作，以便 使得所述功率存储设备确保到全充电状态的预定充电裕度，当所述架空线电压高于接近所述中心的所述电压时，所述控制单元(100)执行充电操作，当所述架空线电压低于接近所 述中心的所述电压时，所述控制单元(100)执行放电操作。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述电动车是从AC架空线和DC架空线中的一个向其供应功率的AC/DC电动车；并且所述功率存储控制装置还包括主变压器，其具有第一绕组和第二绕组，所述第一绕组接收所述AC架空线电压；开关(44)，其用于将来自所述架空线的所述电压供应至所述第一绕组和所述接触器 (12)中的一个；以及整流器(42)，在所述开关(44)向所述第一绕组供应来自所述架空线的所述电压时，所 述整流器(42)对在所述第二绕组(41b)中生成的AC电压进行整流并且将所整流的电压供 应至所述接触器(12)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当架空线电压是接近波动范围的中心的 电压时，所述控制单元(100)执行所述升压/降压斩波电路(31)的充电/放电操作，以便 使得所述功率存储设备确保到全充电状态的预定充电裕度，当所述架空线电压高于接近所 述中心的所述电压时，所述控制单元(100)执行充电操作，当所述架空线电压低于接近所 述中心的所述电压时，所述控制单元(100)执行放电操作。
10.一种DC电动车的功率存储控制装置，其选择性地采用第一运行状态和第二运行 状态中的一种，在所述第一运行状态中使用来自架空线(10)的功率，在所述第二运行状态 中使用来自功率存储设备(32)的功率，所述DC电动车的功率存储控制装置其特征在于包 括由开关元件和具有连接至所述架空线一侧的阳极的阻断二极管构成的并联电路；升压/降压斩波电路(31)，其包括第一输入/输出单元和第二输入/输出单元，所述第 一输入/输出单元连接至所述阻断二极管的阴极和用于辅助电路(22)的CVCF逆变器(21) 的输入部分，所述第二输入/输出单元连接至所述功率存储设备；VVVF逆变器(15)，其具有连接至所述架空线和所述阻断二极管的所述阳极的DC输入 部分以及连接至主电机的AC输出部分；以及控制单元(100)，其用于在所述第一运行状态中断开所述开关元件并且通过所述升压 /降压斩波电路控制所述功率存储设备的充电/放电，在所述第二运行状态中接通所述开 关元件并且使得所述升压/降压斩波电路增加所述功率存储设备的输出电压，并且将所增 加的电压供应至所述VVVF逆变器和所述CVCF逆变器。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制单元(100)根据车辆的运行速 度来控制所述功率存储设备的充电/放电，并且在快要停止之前的低速范围中仅仅对所述 功率存储设备而不对馈送线执行再生。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制单元(100)根据火车位置从数 据库中获取和计算用于紧急离线运行所需的能量的量，并且基于用于紧急所需的能量的所 述量来控制所述功率存储设备的充电/放电。
13.—种电动车的功率存储控制装置的功率存储控制方法，所述电动车的功率存储控 制装置选择性地采用第一运行状态和第二运行状态中的一种，在所述第一运行状态中使用 来自架空线(10)的功率，在所述第二运行状态中使用来自功率存储设备(32)的功率，所述功率存储控制装置其特征在于包括升压/降压斩波电路(31)，其包括第一输入/输出部分和第二输入/输出部分，所述第 一输入/输出部分经由输入电路(20A)接收来自所述架空线的所述功率并且连接至用于辅 助电路的CVCF逆变器(21)的输入部分，所述第二输入/输出部分连接至所述功率存储设 备；接触器(12)，其用于将来自所述架空线的电压和所述功率存储设备的电压中的一个供 应至主电路的VVVF逆变器(15)的输入部分；所述功率存储控制方法包括在所述第一运行状态中，使得所述接触器(12)向所述主电路的所述VVVF逆变器(15) 的所述输入部分供应来自所述架空线的所述电压，并且使得所述升压/降压斩波电路执行 降压操作，以便对所述功率存储设备(32)充电；以及在所述第二运行状态中，使得所述接触器(12)向所述VVVF逆变器(15)的所述输入部 分供应所述功率存储设备的电压，并且使得所述升压/降压斩波电路执行升压操作，以便 使得所述功率存储设备(32)放电并且向所述CVCF逆变器(21)供应所述功率。
全文摘要
本发明的一个实施例的功率存储控制装置包括升压/降压斩波电路(31)、接触器(12)和控制单元(100)。所述控制单元(100)用于控制所述接触器(12)，以便使得所述接触器在正常运行状态中向主电路的VVVF逆变器(15)的输入部分供应来自架空线的电压以及在第二运行状态中向VVVF逆变器(15)的输入部分供应功率存储设备的电压，并且所述控制单元(100)用于控制所述升压/降压斩波电路，以便使得所述升压/降压斩波电路在所述第一运行状态中执行降压操作以便对所述功率存储设备(32)充电，并且在紧急运行状态中执行升压操作以便使得所述功率存储设备(32)放电并且向所述CVCF逆变器(21)供应所述功率。
文档编号B60L9/08GK101863230SQ20101016391
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者中泽洋介, 古贺猛, 户田伸一, 野木雅之 申请人:株式会社东芝