专利名称：电力变换装置及使用该电力变换装置的电动车控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将从电源接受到的电力与来自可储存直流电力的电力储存 部的电力一起使用并利用逆变器向负载提供电力的电力变换装置及使用该 电力变换装置的电动车控制装置。
背景技术：
近年来，已知正在进行对电动车控制装置使用由二次电池 双电层电 容器等构成的电力储存元件的开发研究，通过采用如下结构，即储存车辆 再生制动时产生的剩余再生电力，且在电动运行加速时使用已储存的电力， 从而能够有效利用车辆具有的动能。(例如参照专利文献1)。
专利文献1中示出利用电力储存元件的电力使电动车行驶而不从架空 线接受供电的情况。
专利文献1:日本国专利特开2006—14395号公报
最近，二次电池 双电层电容器的开发发展迅猛，尽管已实现储能量 的增大，但为了得到用于使电动车行驶的足够的能量，以目前的技术，需 要相当大且有一定重量的电力储存元件。另一方面，因电动车上的安装空 间有限，故尽可能地抑制电力储存元件的规模、质量很重要。因此，有效 利用电力储存元件的储能很重要，而提高电动车的控制装置的能效、极力 减少控制装置中的损耗是不可或缺的。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供具有电力储存部的 电力变换装置及使用该电力变换装置的电动车控制装置，使得当仅以来自 电力储存部的电力来驱动逆变器并向负载提供交流电力时，减少电力储存 部的储能的损耗，有效利用电力储存部的储能并提高能效。本发明所涉及的电力变换装置具有向负载提供电力的逆变器；连接 在该逆变器的直流端子间的电容器；设置在该电容的一端和电源之间的电 源开关；储存直流电力的电力储存部；包含使该电力储存部进行充放电的 电抗器及至少一对串联连接的开关元件、并与所述电容器并联设置的 DCDC变换器；及不通过所述开关元件地将所述电力储存部与所述电容器 并联连接的旁路开关。
或者，具有向负载提供电力的逆变器；连接在该逆变器的直流端子 间的电容器；设置在该电容的一端和电源之间的电源开关；储存直流电力 的电力储存部；及包含使该电力储存部进行充放电的电抗器及至少一对串 联连接的开关元件、并与所述电容器并联设置的DCDC变换器，所述电源 开关断开时，固定所述开关元件的导通断开状态以将所述电力储存部与所 述电容器并联连接。
另外，本发明所涉及的电动车控制装置具有驱动电动机的逆变器； 连接在该逆变器的直流端子间的电容器；设置在该电容的一端和架空线之 间的电源开关；储存直流电力的电力储存部；包含使该电力储存部进行充 放电的电抗器及至少一对串联连接的开关元件、并与所述电容器并联设置 的DCDC变换器；及不通过所述开关元件地将所述电力储存部与所述电容
器并联连接的旁路开关。
或者，具有驱动电动机的逆变器；连接在该逆变器的直流端子间的
电容器；设置在该电容的一端和架空线之间的电源开关；储存直流电力的 电力储存部；及包含使该电力储存部进行充放电的电抗器及至少一对串联 连接的开关元件、并与所述电容器并联设置的DCDC变换器，所述电源开 关断开时，固定所述开关元件的导通断开状态以将所述电力储存部与所述 电容器并联连接。
根据本发明的电力变换装置及使用该电力变换装置的电动车控制装 置，能够得到在仅以来自电力储存部的电力来驱动逆变器并向负载提供电 力时、能减少DCDC变换器中的能耗、且能有效利用电力储存部的储能的 电力变换装置及使用该电力变换装置的电动车控制装置。
另外，根据本发明的电力变换装置及使用该电力变换装置的电动车控制装置，仅以来自电力储存部的电力来驱动逆变器并向负载提供电力时， 能够通过开关元件、电抗器连接电力储存部和逆变器而不添加旁路开关， 能够减少DCDC变换器中的能耗，且能够有效利用电力储存部的储能，并 且利用电抗器能够阻止脉动电流流到电力储存部，能谋求减少电力储存部 中的损耗并延长寿命。
图1是表示本发明的实施方式1中的电力变换装置及使用该电力变换 装置的电动车的控制装置的结构图。
图2是说明本发明的实施方式1中从架空线蓄电并用模式转移到蓄电 动作模式的图。
图3是说明本发明的实施方式1中从蓄电动作模式转移到架空线蓄电
并用模式的图。
图4是表示本发明的实施方式2中的电力变换装置及使用该电力变换
装置的电动车的控制装置的结构图。
图5是表示本发明的实施方式3中的电力变换装置及使用该电力变换 装置的电动车的控制装置的结构图。
图6是表示本发明的实施方式4中的电力变换装置及使用该电力变换 装置的电动车的控制装置的结构图。
图7是说明本发明的实施方式4中从架空线蓄电并用模式转移到蓄电 动作模式的图。
图8是说明本发明的实施方式4中从蓄电动作模式转移到架空线蓄电 并用模式的图。
图9是表示本发明的实施方式5中的电力变换装置及使用该电力变换
装置的电动车的控制装置的结构图。
图10是表示本发明的实施方式6中的电力变换装置及使用该电力变换
装置的电动车的控制装置的结构图。 标号说明
1:架空线，2:集电装置，3:电动车控制装置，4:车轮，5:轨道，6-电动机，11:电抗器，12:电容器，13:逆变器，14:电力储存元件， 15A、 15B: DCDC变换器，16 19:开关元件，20:电抗器，21:电容器， 22:电抗器，Sl:电源开关，S2:旁路开关
具体实施例方式
图1是表示本发明的实施方式1中的电动车控制装置的结构图。 图1中，从作为电源的架空线l通过集电装置2接受到的电力被输入 到电动车控制装置3。电动车控制装置3采用如下结构，即与作为负载的交 流电动机6连接，驱动电动机6，使电动车行驶。来自电动车的控制装置3 的负侧电流通过车轮4返回到轨道5。
电动车控制装置3采用如下结构，即具有将由架空线l接受到的电 力通过作为电源开关的开关Sl和电抗器U向与电容器12并联连接的逆变 器13提供的电路；将来自作为电力储存部的电力储存元件14的直流电力 通过DCDC变换器15A向逆变器13提供的电路；用于将来自电力储存单 元14的电力不通过DCDC变换器15A地向逆变器13提供的作为旁路开关 的幵关S2。
这里，电力储存元件14是二次电池或双电层电容器等。
作为开关S1、 S2优选使用具有机械接点的开关，但即使用由导通损耗 小的半导体元件构成的电子开关来构成，本发明的效果也不会受很大损害。 本实施方式1中以使用具有机械接点的开关的情况为例进行说明。
DCDC变换器15A是在逆变器输入电压EFC大于电力储存元件14的 电压EB的条件下能从电力储存元件14到逆变器13、或从逆变器13到电 力储存元件14进行双向的电力控制的电路，是由进行PWM动作的开关元 件16、 17和电抗器20构成的所谓双向降压DCDC变换器电路。因该动作 已公知故省略其说明。
此外，架空线电压ESO、逆变器输入电压EFC、电力储存元件14的电 压EB分别能够用未图示的电压检测器来检测。
这里，开关S2是为了不通过DCDC变换器15A而直接在电力储存元 件14和逆变器13之间进行电力的交流所设置的，其为本发明的中心。下面说明这样所构成的实施方式1的电动车控制装置的动作。首先说 明电动车在架空线1和电力储存元件14两者之间进行任意的电力交换而行 驶的模式(以下称为"架空线蓄电并用模式"。)中的动作。
在该模式中，电动车电动运行加速时，来自架空线1的电力被提供给
逆变器13，并且来自电力储存元件14的电力利用DCDC变换器15A被调 整成最优值后被提供给逆变器13，以两者的电力之和来驱动电动机6。
作为一个具体例子，当电力储存元件14的储能量显得不足时，DCDC 变换器15A进行动作以抑制来自电力储存元件14的放电电力，从架空线1 接受更多的电力。
架空线电压ESO较低时，或电力储存元件14的储能量显得过剩时， DCDC变换器15A进行动作以从电力储存元件14提供较多电力。
这样，电动机6以最佳的方式从架空线1和电力储存元件14两者接受 电力供给进行驱动，使电动车行驶。
此外，电动车进行再生制动时，电动机6实施再生运转，DCDC变换 器15A进行动作，以将来自逆变器13的再生电力适当地分配给架空线1 和电力储存元件14。
作为一个具体的例子，当电力储存元件14的储能量显得不足时，或架 空线1上无再生负载而不能充分回馈时，DCDC变换器15A进行动作以将 更多的再生电力再生至电力储存元件14，相反，当电力储存元件14的储能 量显得过剩时，DCDC变换器15A进行动作以减少向电力储存元件14回馈 电力，且将大部分再生电力回馈至架空线1。
这样，来自电动机6的再生电力以最佳的方式被回馈至架空线1和电 力储存元件14，电动车的再生制动起作用。
下面说明电动车只以来自电力储存元件14的电力来行驶的模式(以下 称为"蓄电动作模式")中的动作。
该模式假定电动车在未架设架空线1的区间行驶的情况，或电动车在 虽架设有架空线1但架空线1停电的区间行驶的情况。
该模式中，使开关S1断开，使DCDC变换器15A断开(使开关元件16、 17断开)，使开关S2导通。
8当电动车电动运行加速时，来自电力储存元件14的电力通过开关S2 而未经由DCDC变换器15A被直接提供给逆变器13，来驱动电动机6。
这样，电动机6—边从电力储存元件14接受电力供给一边被驱动，即 使在没有架空线1的路线也能使电动车行驶。
此外，电动车进行再生制动时，电动机6实施再生运转，来自逆变器 13的再生电力不通过DCDC变换器15A而通过开关S2被直接回馈至电力 储存元件14。
这样，来自电动机6的再生电力被回馈至电力储存元件14，即使在没 有架空线1的路线电动车的再生制动也能起作用。
下面说明从架空线蓄电并用模式转移到蓄电动作模式时、以及从蓄电 动作模式转移到架空线蓄电并用模式时的动作。
图2是说明实施方式1中从架空线蓄电并用模式转移到蓄电动作模式 的图。
如图2所示，在时间t0 tl间的架空线蓄电并用模式中，因使开关S1 导通，并且使DCDC变换器15A工作(开关元件16、 17进行PWM动作)， 因此其状态为架空线电压ESO被施加于电容器12，电力储存元件14的 电压EB利用DCDC变换器15A升压后被施加于电容器12。因此是开关Sl 的后级的输入电压ES与架空线电压ESO相等，逆变器输入电压EFC与输 入电压ES相等的状态。
这里，电力储存单元14的电压EB相比逆变器输入电压EFC要低，这 是因为，如上所述，考虑到DCDC变换器15A是只有在逆变器输入电压 EFC大于电力储存单元14的电压EB的条件下才能进行电力控制的电路， 故将电力储存单元14的电压EB设定成相比对应于架空线电压ESO而波动 的逆变器输入电压EFC的波动下限值要小的值。
另补充说明，--般的架空线电压ESO的标称值，有轨电车为600V，多 数地铁为750V，郊外电气化铁路路线为1500V，但电动车所接受的架空线 电压ESO因变电站与电动车的距离及电动车的行驶状态而有较大波动，在 标称值的+ 20 一40%的范围内波动。也就是说，设定电力储存单元的电 压EB，以便即使架空线电压ESO(二逆变器输入电压EFC)变成作为波动下限值的标称值的一40%时，也能够维持电力储存元件的电压EB低于逆变器
输入电压EFC的状态。
接着，在时间tl，结束架空线蓄电并用模式，使开关S1断开。
此外，为防止电流的突变，开关Sl的断开最好是在逆变器13的输出 减小到设定值以下、或者控制DCDC变换器15A成为由电力储存单元14 负担逆变器13的大部分电力或全部电力的状态使得开关Sl的电流充分减 小后(减小到设定值以下之后)进行。
此后，控制DCDC变换器15A使得逆变器输入电压EFC与电力储存元 件14的电压EB —致。
在时间t2，在逆变器输入电压EFC与电力储存元件14的电压EB相等 的阶段，控制DCDC变换器15A，以维持逆变器输入电压EFC与电力储存 元件14的电压EB相等的状态。
逆变器输入电压EFC与电力储存单元14的电压EB之差在设定值以下 的状态持续ATl后(时间t3)，可判断为逆变器输入电压EFC足够稳定，故 使开关S2导通，将DCDC变换器15A断开。
若开关S2导通，则从电力储存元件14到逆变器13的电流从经由DCDC 变换器15A的开关元件16的路径转变成不经由DCDC变换器15A而经由 开关S2的路径。
另补充说明，即使将DCDC变换器15A断开，在使逆变器13电动运 行运转时，还是存在通过内置于开关元件16中的二极管部、从电力储存元 件14流到逆变器13的电流路径，但内置于开关元件16中的二极管由半导 体构成，故其正向压降(数伏)作为一种电阻进行工作，所以相比由接触电阻 微小的机械接点构成的开关S2的路径其电阻较大。因此，通过使开关S2 导通，从电力储存单元14到逆变器13的电流自然地从经由电阻较大的 DCDC变换器15A的开关元件6的路径转变成经由电阻微小的开关S2的 路径。
这样，能平滑地从架空线蓄电并用模式转移到蓄电动作模式。
下面说明从蓄电动作模式转移到架空线蓄电并用模式时的动作。
图3是说明从本发明的实施方式1的蓄电动作模式转移到架空线蓄电
10并用模式的图。
如图3所示，从时间t4到t5的期间，是使开关Sl、 DCDC变换器15A 断开，使开关S2导通的状态，是在电力储存元件14和逆变器13之间通过 开关S2直接进行电力交换的状态。
因而是逆变器输入电压EFC与电力储存元件14的电压EB相等的状态。
在时间t5，将开关S2断开，同时启动DCDC变换器15A，使开关元件 16、 17进行PWM动作。
此外，为了避免电流产生波动，开关S2的断开和DCDC变换器15A 的启动最好是在减小逆变器13的电流、电力储存元件14的电流成为设定 值以下的值的状态下进行。
时间t5以后，使DCDC变换器15A进行升压动作，提高电力储存元件 14的电压EB并控制使得逆变器输入电压EFC与架空线电压ES0 —致。
在时间t6时刻，逆变器输入电压EFC与架空线电压ES0 —致。
逆变器输入电压EFC(二输入电压ES)和架空线电压ES0之差在设定值 以下的状态经过时间AT2期间后，可判断为逆变器输入电压EFC(^输入电 压ES)足够稳定，故在时间t7使开关Sl导通，与架空线1进行连接。
时间t7以后，逆变器13能在架空线1与电力储存元件14之间进行电 力交换的架空线蓄电并用模式下运行。
这样，由于采用如下结构，也就是使DCDC变换器15A升压运转来使 逆变器输入电压EFC(二输入电压ES)与架空线电压ES0 —致，并在使开关 Sl的端子间电压差减小到足够小以后使开关元件S1导通，因此能够避免 由于电压差产生涌流、或开关S1的接点损坏。
这样，能平滑地进行从架空线蓄电并用模式到蓄电动作模式的转移、 从蓄电动作模式到架空线蓄电并用模式的转移。
这里，举一个例子定量地说明DCDC变换器15A的损耗和电力储存元 件14的储能量的关系。
DCDC变换器51A的损耗一般为约3%，以用于驱动 一辆电动车最低限 度所需的、容量为500KW的DCDC变换器的情况为例，最大损耗为15KW
11左右，加上电动车的行驶模式(加速电动运行、惯性运行、再生制动反复进 行)后的平均损耗约为5KW。
另一方面，虽然能够安装在电动车上的电力储存元件14储存的能量受 到电动车上安装空间的制约，已实用化的为10KWh左右(每辆)。
也就是说，5KW的损耗是将电力储存元件14充满电的储能在约两小 时内全部消耗完的大小。
这样可知，由于电力储存元件14的储能有限，因此DCDC变换器15A 的损耗的大小是不可无视的。
如以上说明，本发明的实施方式1由于采用如下结构，即在蓄电动作 模式中，使开关S2导通，且以不通过DCDC变换器15A的方式在电力储 存元件14和逆变器13之间进行电力交换，因此没有DCDC变换器15A造 成的能耗，能够将电力储存元件14的储能最大限度地有效利用于电动车的 行驶。
实施方式2
图4是表示本发明的实施方式2中的电动车的控制装置的结构例。 图4所示的结构与图1所示的实施方式1的结构相比，其特征为开关
S2的连接处的一端从电力储存元件14的正侧被变更至开关元件16、 17的
连接点。若使开关S2导通，则电力储存元件M不通过幵关元件16、 17而
与电容器12并联连接。
由于其它部分与实施方式1的结构相同，因此附加相同的标号并省略
其说明。
根据这样的实施方式2的结构，能通过电抗器20将电力储存元件14 与逆变器13加以连接。通过电抗器20将电力储存元件14与逆变器13加 以连接，能够阻止由逆变器13的PWM动作所产生的脉动电流流入电力储 存元件14。若脉动电流流入电力储存元件14,则因此内部发热量增加，会 成为縮短电力储存元件14的寿命的主要原因。
通过采用实施方式2的结构，尽管会增加--些电抗器20的能耗，但能 减少电力储存元件14的损耗，还可延长寿命，总的来看是合算的。
此外，这样构成的实施方式2的电动车的控制装置的动作因与实施方式1(图2、图3)中所示的相同故省略其说明。
如上所述，本发明的实施方式2中，由于采用如下结构，即在蓄电动
作模式中，使开关S2导通，且以不通过开关元件16的方式在电力储存元 件14和逆变器13之间进行电力交换，因此没有开关元件16、 17的导通损 耗、开关损耗，能够将电力储存元件14的储能最大限度地有效利用于电动 车的行驶。
而且，由于利用电抗器20能够阻止脉动电流流入电力储存元件14，因 此能减少电力储存元件14的损耗并延长寿命。 实施方式3
图5是表示本发明的实施方式3中的电动车的控制装置的结构例的图。
图5所示的结构与图1所示的实施方式1的结构相比，其特征为，删 除开关S2，且对DCDC变换器15A添加动作模式。由于其它部分与实施方 式1的结构相同，因此附加相同的标号并省略说明。
如图5所示，实施方式3的特征在于，不设置开关S2，而用DCDC变 换器15A的开关元件16来代替此功能。
即采用如下结构，也就是在已于实施方式l(图2、图3)中说明的使开 关S2导通的时刻，将开关元件16固定为导通(使开关元件17固定为断开)。 通过将幵关元件16固定为导通，能够通过开关元件16、电抗器20将电力 储存元件14与逆变器13加以连接。
若采用这样的结构，则DCDC变换器15A中产生的损耗只是电抗器20 和开关元件16的导通损耗，而没有使DCDC变换器15A正常运转时产生 的开关元件16的开关损耗、开关元件17的导通损耗和开关损耗、由电抗 器20中的开关电流所引起的铁心损耗，因此能够减少系统的损耗。且无需 添加开关S2。
如上所述，本发明的实施方式3，由于能够在蓄电动作模式中不添加开 关S2而通过开关元件16、电抗器20将电力储存元件14与逆变器13加以 连接，因此能够减少DCDC变换器15A的损耗，将电力储存元件14的储
能最大限度地有效利用于电动车的行驶。
而且由于能够利用电抗器20阻止脉动电流流入电力储存元件14,因此
13能减少电力储存元件14中的损耗并延长寿命。 实施方式4
图6是表示本发明的实施方式4中的电动车的控制装置的结构例的图。
图6所示的实施方式4的结构与图l所示的实施方式1的结构相比， 其特征为，DCDC变换器15A被变更为DCDC变换器15B。由于其它部分 与实施方式1的结构相同，因此附加相同的标号并省略其说明。
图6中，DCDC变换器15B的特征为，由包含进行PWM动作的开关 元件16 19;电抗器20、 22;电容器21的所谓双向升降压DCDC变换器 电路构成，能在任意方向上进行电力控制，而不取决于电力储存元件14的 电压EB与逆变器输入电压EFC的大小关系。
因此，能与架空线电压ESO的波动的下限值无关地设定电力储存元件 14的电压EB，还能将电力储存元件14的电压EB设定成与架空线电压ESO 的标称值相等的值、或相比架空线电压ESO的标称值要高的值。
下面进一步加以说明，在实施方式l的结构中，如上所述，由于必须 将电力储存元件14的电压EB设定得低于架空线电压ES0，因此在蓄电动 作模式中，逆变器输入电压EFC相比采用架空线蓄电并用模式时降低，可 能会发生电动机6所产生的转矩减小的情况，或在向逆变器13提供相同电 力时，电力储存元件14的电流增加，损耗增加。与此不同的是，根据本实 施方式4的结构，能确保蓄电动作模式中的逆变器输入电压EFC与采用架 空线蓄电并用模式时相同或更高。
因而，蓄电动作模式中，逆变器输入电压EFC与架空线蓄电并用模式 时相比不降低，能充分确保电动机6所产生的转矩，且不增加电力储存元 件14的电流，能够确保电动车的行驶性能与采用架空线蓄电并用模式时相 同。
以下的说明中，以将电力储存元件14的电压EB设定成相比架空线电 压ESO的标称值要高一些的值的情况来说明。
下面说明这样所构成的实施方式4的电动车的控制装置的动作。此外， 架空线蓄电并用模式、蓄电模式中的动作说明因与实施方式1中说明的类 似，故省略。因而，这里，说明从架空线蓄电并用模式转移到蓄电动作模式的情况 下、和从蓄电动作模式转移到架空线蓄电并用模式的情况下的动作。
图7是说明本发明的实施方式4中从架空线蓄电并用模式转移到蓄电 动作模式的图。
如图7所示，时间t0 tl间的架空线蓄电并用模式中，由于使开关S1
和DCDC变换器15B导通(开关元件16 19进行PWM动作)，因此其状态 为架空线电压ESO被施加到电容器12上，电力储存元件14的电压EB 利用DCDC变换器15B降压后被施加到电容器12上。因此，其状态为.-开关S1的后级的输入电压ES与架空线电压ESO相等，逆变器输入电压EFC 与输入电压ES相等。
接着，在时间tl，结束架空线蓄电并用模式，使开关S1断开。 此外，为防止电流的突变，开关Sl的断开最好是在逆变器13的输出 减小到设定值以下、或者控制成为由电力储存单元14负担逆变器13的大 部分电力或全部电力的状态，使得开关S1的电流充分减小后(减小到设定 值以下之后)进行。
此后，使DCDC变换器15B实施升压动作，以使逆变器输入电压EFC 与电力储存元件4的电压EB —致。
在时间t2，在逆变器输入电压EFC与电力储存元件14的电压EB相等 的阶段，控制DCDC变换器15A以维持逆变器输入电压EFC与电力储存元 件14的电压EB相等的状态。
逆变器输入电压EFC与电力储存单元〗4的电压EB之差在设定值以下 的状态持续ATl后(时间t3)，可判断为逆变器输入电压EFC足够稳定，故 使开关S2导通，将DCDC变换器15B断开。因此从电力储存元件14流向 逆变器13的电流从经由DCDC变换器15B的路径转变成不经由DCDC变 换器15B而经由开关S2的路径。
这样，能平滑地从架空线蓄电并用模式转移到蓄电动作模式。 下面说明从蓄电动作模式转移到架空线蓄电并用模式时的动作。 图8是说明本发明的实施方式4中从蓄电动作模式转移到架空线蓄电 并用模式的图。
15如图8所示，在从时间t4到t5的期间，是使开关S1、 DCDC变换器 15B断开、使开关S2导通的状态，而且是在电力储存元件14和逆变器13 之间直接进行电力的交换的状态。
在时间t5，作为向架空线蓄电并用模式转移的准备，开关S2断开，同 时启动DCDC变换器15B。
此外，为了避免电流产生波动，开关S2的断开和DCDC变换器15B 的启动最好是在减小逆变器13的电流、电力储存元件14的电流在设定值 以下的状态下进行。
时间t5以后，使DCDC变换器15B实施降压动作，将电力储存元件 14的电压EB降压后提供给电容器12，并控制使逆变器输入电压EFC与架 空线电压ES0 —致。
在时间t6时刻，逆变器输入电压EFC与架空线电压ES0 —致。
逆变器输入电压EFC与架空线电压ES0之差在设定值以下的状态经过 时间AT2后，可判断为逆变器输入电压EFC足够稳定，故在时间t7使开 关S1导通，与架空线l进行连接。
时间t7以后，逆变器13能以架空线1与电力储存元件14之间进行电 力交换的架空线蓄电并用模式运行。
这样，由于采用如下结构，也就是使DCDC变换器15B实施降压运转 来使逆变器输入电压EFC与架空线电压ESO—致，在使开关S1的端子间 电压差减到足够小以后使开关元件S1导通，因此能够避免由于电压差产生 涌流、或开关Sl的接点损坏。
这样，能平滑地进行从架空线蓄电并用模式到蓄电动作模式的转移、 从蓄电动作模式到架空线蓄电并用模式的转移。
这里，DCDC变换器15B如上所述与实施方式1的DCDC变换器15A 相比，其特征为能与电力储存元件14的电压EB和逆变器输入电压EFC之 间的大小关系无关地进行电力控制，但其损耗相比DCDC变换器15A要大 相应于多出的开关元件的量。
但是，根据本实施方式4的结构，由于采用如下结构，即在蓄电动作 模式中，使开关S2导通，且以不通过DCDC变换器15B的方式在电力储
16存元件14和逆变器13之间进行电力交换，因此没有DCDC变换器15B中 的能耗，能够将电力储存元件14的储能最大限度地有效利用于电动车的行驶。
而且，在蓄电动作模式中，不降低逆变器输入电压EFC，能充分确保 电动机6所产生的转矩，且不增加电力储存元件14的电流，能够确保电动 车的行驶性能与架空线蓄电并用模式相同。
实施方式5
图9是表示本发明的实施方式5中的电动车的控制装置的结构例的图。
图9所示的实施方式5的结构与图6所示的实施方式4的结构相比， 其特征为，开关S2的连接处的一端从电力储存元件14的正侧被变更到电 抗器22和开关元件18的连接点。由于其它部分与实施方式4的结构相同， 因此附加同一标号并省略其说明。
根据这样的实施方式5的结构，能通过电抗器22将电力储存元件14 与逆变器13加以连接。
通过电抗器22将电力储存元件14和逆变器13加以连接，这样能够阻 止由逆变器13的PWM动作所产生的脉动电流流入电力储存元件14。若脉 动电流流入电力储存元件14，则因此内部发热量增加故成为縮短电力储存 元件14的寿命的主要原因。
另外，通过采用实施方式5的结构，虽然会增加电抗器20中的损耗， 但能减少电力储存元件14的损耗，还可延长寿命，总的来看是合算的。
此外，这样所构成的实施方式5的电动车的控制装置的动作因与实施 方式4中所示的相同故省略说明。
如以上说明所述，根据本发明的实施方式5，由于采用如下结构，即在 蓄电动作模式中，使开关S2导通，且以不通过开关元件16 19、电抗器 20的方式在电力储存元件14和逆变器13之间进行电力交换，因此没有开 关元件16 19的导通损耗和开关损耗、电抗器20中的损耗，能够将电力 储存元件14的储能最大限度地有效利用于电动车的行驶。
而且，由于能够利用电抗器20阻止脉动电流流入电力储存元件14，因 此能减少电力储存元件14中的损耗并延长寿命。实施方式6
图10是表示本发明的实施方式6中的电动车的控制装置的结构例的图。
图10所示的实施方式6的结构与图6所示的实施方式4的结构相比， 其特征为，删除开关S2，且对DCDC变换器15B添加动作模式。由于其它 部分与实施方式4的结构相同，因此附加同一标号并省略其说明。
如图10所示，实施方式6的特征在于不设置开关S2而用开关元件16、 18来代替此功能。
即采用如下结构，在己于实施方式4(图7、图8)中说明的使开关S2导 通的时刻，将开关元件16、 18固定为导通(使开关元件17、 19固定为断开)。 通过使开关元件16、 18固定为导通，能够通过开关元件16、 18、电抗器 20、 22将电力储存元件14与逆变器13加以连接。
若采用这样的结构，则DCDC变换器15B中产生的损耗只是电抗器20、 22和开关元件16、 18的导通损耗，而没有使DCDC变换器15B正常运转 时产生的开关元件16、 18的开关损耗；开关元件17、 19的导通损耗和开 关损耗；由电抗器20、 22中的开关电流所引起的铁心损耗，因此能够减少 系统的损耗。且无需添加开关S2。
如以上说明所述，根据本发明的实施方式6，在蓄电动作模式中，由于 能够不添加开关S2而通过开关元件16、 18;电抗器20、 22将电力储存元 件14与逆变器13加以连接，因此能够减少DCDC变换器15B中的损耗， 并能够将电力储存元件14的储能最大限度地有效利用于电动车的行驶。
而且由于能够利用电抗器20、 22能够阻止脉动电流流入电力储存元件 14，因此能减少电力储存元件14中的损耗并延长寿命。
此外，上述的各实施方式所示的结构是本发明内容的一个例子，也能 与其它公知技术组合，在不脱离本发明的要旨的范围内，当然也能省略一 部分或实施其他变更来构成。
例如，虽未图示，也可适用于从集电装置接受交流电力的供给、将其 在变换器中变换成直流电流后输入到逆变器13的结构的电力变换装置。另 外，在逆变器13的输出上，除了连接电动机外，还可通过例如变压器和平
18滑电路与车辆的空调或照明设备等负载连接，也能用于通过使逆变器进行 恒压恒频运行来向所述负载提供恒压 恒频电力的所谓辅助电源装置。
工业上的实用性
h述实施方式的说明中，以在电气化铁路领域使用电力变换装置的情 况为例对发明内容进行了说明，但本发明的适用领域不限于此，能应用于 电动汽车、电梯、电力系统等各种相关领域。
权利要求
1. 一种电力变换装置，其特征在于，具有向负载提供电力的逆变器；连接在该逆变器的直流端子间的电容器；设置在该电容的一端和电源之间的电源开关；储存直流电力的电力储存部；包含使该电力储存部进行充放电的电抗器及至少一对串联连接的开关元件、并与所述电容器并联设置的DCDC变换器；及不通过所述开关元件而将所述电力储存部与所述电容器并联连接的旁路开关。
2. —种电力变换装置，其特征在于，具有.-向负载提供电力的逆变器；连接在该逆变器的直流端子间的电容器； 设置在该电容的一端和电源之间的电源开关；储存直流电力的电力储存部; 及包含使该电力储存部进行充放电的电抗器及至少一对串联连接的开关元 件、并与所述电容器并联设置的DCDC变换器，所述电源开关断开时，固定所述幵关元件的导通断开状态，以将所述 电力储存部与所述电容器并联连接。
3. —种电动车控制装置，其特征在于，具有驱动电动机的逆变器；连接在该逆变器的直流端子间的电容器；设置 在该电容的一端和架空线之间的电源开关；储存直流电力的电力储存部； 包含使该电力储存部进行充放电的电抗器及至少一对串联连接的开关元 件、并与所述电容器并联设置的DCDC变换器；及不通过所述幵关元件而将所述电力储存部与所述电容器并联连接的旁路开关。
4. 如权利要求3所述的电动车控制装置，其特征在于，所述旁路开关通过所述电抗器将所述电力储存部与所述电容器并联连接。
5. 如权利要求3所述的电动车控制装置，其特征在于， 所述电源开关断开时，使所述旁路开关导通。
6. 如权利要求5所述的电动车控制装置，其特征在于， 所述电源开关及所述旁路开关断开、且所述DCDC变换器进行动作、且所述电容器的电压和所述电力储存部的电压之差小于预定值时，使所述旁路开关导通并且使所述DCDC变换器的开关动作停止。
7. 如权利要求5所述的电动车控制装置，其特征在于， 所述电源开关及所述旁路幵关断开、且所述DCDC变换器进行动作、且所述电容器的电压和所述架空线的电压之差小于预定值时，使所述电源 开关导通。
8. —种电动车控制装置，其特征在于，具有驱动电动机的逆变器；连接在该逆变器的直流端子间的电容器；设置 在该电容的一端和架空线之间的电源开关；储存直流电力的电力储存部； 及包含使该电力储存部进行充放电的电抗器及至少一对串联连接的开关元 件、并与所述电容器并联设置的DCDC变换器，所述电源开关断开时，固定所述开关元件的导通断开状态，以将所述 电力储存部与所述电容器并联连接。
9. 如权利要求8所述的电动车控制装置，其特征在于， 所述电源开关断开、且所述电容器的电压和所述电力储存部的电压之差小于预定值时，固定所述开关元件的导通断开状态，以将所述电力储存 部与所述电容器并联连接。
10. 如权利要求8所述的电动车控制装置，其特征在于， 所述DCDC变换器进行动作、且所述电容器的电压和所述架空线的电压之差小于预定值时，使所述电源开关导通。
全文摘要
本发明涉及电力变换装置及使用该电力变换装置的电动车控制装置，该电力变换装置具有逆变器(13)，该逆变器(13)在直流侧并联连接有电容器(12)；及供电电路，该供电电路采用如下结构，即使得能够由电源(1)和电力储存元件(14)向逆变器提供直流电力，供电电路中具有设置在电源和逆变器之间的电源开关S1、设置在电力储存元件和逆变器之间的DCDC变换器(15A)、及设置在电力储存元件和逆变器之间的旁路开关S2。
文档编号H02M3/155GK101501973SQ20068005548
公开日2009年8月5日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者北中英俊 申请人:三菱电机株式会社