CN101842960B - 用于电气传动系统的电储能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于轨道车辆的电气传动系统，具有并联的电储能器(2)和电化学储能器(3)。本发明提出，在所述电储能器(2)和电化学储能器(3)之间的连接导线中设置具有导通方向是离开电化学储能器(3)的组件、例如二极管(4)。

Description

用于电气传动系统的电储能器
技术领域
本发明涉及一种特别是用于轨道车辆的电气传动系统，具有并联的电储能器和电化学的储能器。 
在德国专利申请文件102007032776.7中描述了这样的电气传动系统。在此，通过使用两个不同的储能器类型保证了良好的能量存储。对于在轨道车辆中的应用尤其是这样，该轨道车辆在没有通过架空线或汇流排提供电能的情况下可以对付至少有限的路段。 
合适的电储能器例如是电容器、特别是所谓的双层电容器。合适的电化学储能器例如是市场上通用的电池，在其中进行化学反应。例如是镍-镉电池。 
公知设置有能量管理单元，其调节在传动单元和储能器之间的能量交换。在此以相同方式考虑两种现有的储能器，即，电的和电化学的储能器。 
本发明要解决的技术问题是，在考虑两种现有的储能器的不同的充电和放电特性的情况下以最小化的电路开销最佳地利用这两种现有的储能器。 
按照本发明通过如下的技术方案解决了上述技术问题：一种车辆的电气传动系统，其中所述电气传动系统包括电储能器和电化学储能器，所述电储能器和电化学储能器并联并且与变流器的电压中间电路相连，其中，在所述电储能器和电化学储能器之间的连接导线中设置具有导通方向是离开电化学储能器的组件，以便防止所述电化学储能器从电储能器充电，其中，所述电化学储能器与充电装置相连。根据本发明，所述车辆是轨道车辆，并且在所述电储能器和电化学储能器的导线电路中为了形成升压/降压换流器设置电抗器和可关断的组件，使得所述两个储能器的电压水平与电压中间电路的电压匹配，其中，所述可关断的组件中的一个与储能器并联并且另一个可关断的组件与充电装置并 联。 
该组件例如是机械开关、电子开关或二极管。 
电储能器例如是双层电容器并且电化学储能器例如是电池。 
利用该组件(例如是二极管)，优选地并且以简单的方式防止电储能器的电荷向通常更少充电的电化学储能器流失。由此，可以在从储能器输出能量的情况下首先仅使用来自电储能器的能量，直到被放电到其电荷相应于电化学储能器的电荷。 
实现了如下优点，电储能器首先以高的最大功率对于短的时段满足需求。 这是有意义的，因为电储能器可以比电化学储能器更快放电，这点是由于其不同的充电和放电特性的结果。电化学储能器用于在较长的时间上在较小的最大功率的情况下提供或吸收更多的能量。在启动和制动时所需的或要存储的能量(短的时段上的高功率)对应于电储能器。在没有从外部提供的情况下用于较长行驶的能量(在较长的时间上较小的功率)对应于电化学储能器。也就是，因为对于以高功率或电流的短时充电和放电不考虑电化学储能器，所以可以有利地明显延长其寿命。 
此外实现了如下优点，尽管储能器具有不同的充电和放电特性，却仅需很小的设备的电路开销。 
在通过组件去耦合的并联电路中自动进行在电化学储能器和电储能器之间的能量分配。当电储能器的电压水平高于电化学储能器的电压水平时，进行向或从电储能器的主要的能量流动(存储和提取)。当电储能器的电压水平低于电化学储能器的电压水平时，进行向或从电化学储能器的主要的能量流动(存储和提取)。在此注意到，电储能器(例如双层电容器)的电压水平在充电后状态下大于电化学储能器(例如电池)的电压水平，但是电压在放电过程中在电储能器的情况下比在电化学储能器的情况下更快地减少，从而电压变化经过时间交叉。 
例如在电化学储能器上的最大电压位于在电储能器上的最大电压的40％至70％之间。 
例如，电化学储能器与充电装置相连。 
这样的分开的充电装置是必要的，由此，对于放电有利的二极管不会阻碍充电过程。 
储能器例如与变流器的电压中间电路相连。在此必要的是，两个储能器的电压水平与中间电路电压匹配。这点通过采用升压/降压换流器或通过直接连接来实现。 
利用按照本发明的电气传动系统可以特别实现如下优点，在两种现有的储能器的不同的充电和放电特性的情况下能够最佳地采用它们，并且尽管如此设备的电路开销却很小。 
附图说明
以下借助附图详细解释按照本发明的电气传动系统的实施例。其中， 
图1示出了用于连接到变流器的电压中间电路上的电储能器和电化学储能器以及充电装置。 
图2示出了按照图1的电路的变形。 
图3示出了按照图1的电路的变形，其中充电装置不是必须的。 
图4示出了按照图3的电路的变形。 
在附图中相同的组件具有相同的附图标记。 
具体实施方式
按照图1，并联的储能器2、3与用于电压中间电路的接头1相连。在此，是电储能器2(例如是双层电容器)和电化学储能器3(例如是镍-镉电池)。在电储能器2和电化学储能器3之间的连接导线中设置了二极管4，其导通方向是离开电化学储能器3。通过二极管4有针对地防止了，电化学储能器3从电储能器2充电。确保了，当电储能器2的剩下的电荷小于电化学储能器3的电荷时，才开始电化学储能器3的放电。 
为了有针对地对电化学储能器3充电，在用于电压中间电路的接头1上串联两个可关断的组件5a、5b，其中一个组件5a与并联的储能器2、3相连并且另一个组件5b与充电装置6相连。充电装置6与电化学储能器3相连并且尽管存在二极管4还是保证了其充电。可关断的组件5a、5b(例如是具有续流电路的可关断半导体)与储能器2、3的导线电路(Leitungskreis)中的电抗器7结合形成一个升压/降压换流器，利用其可以将根据充电状态会强烈改变的储能器的电压水平与电压中间电路的电压水平匹配。 
在从组件5a出发的、储能器2和3的导线电路中，为了与整个导线电路分离设置了第一开关8。第二开关9用于有针对地分离电储能器2和电化学储能器3之间的连接。 
图2示出了一种变形，在该变形中用于电化学储能器3的充电装置由可关断组件6a(例如是具有续流二极管的可关断功率半导体)、电抗器6b和二极管6c(它们共同形成降压换流器)组成。由此使得避开二极管4而对电化学储能器3的稳定的充电是可能的。 
在按照图3的变形中电储能器2直接与用于电压中间电路的两个接头1相连。经过一个可关断组件5a，与电储能器2并联的电化学储能器3与用于电压中间电路的接头1相连。在两个储能器2和3之间的连接导线中设置了二极管4，其 导通方向是离开电化学储能器3。其实现了在其它实施例中相同的目的。 
在按照图4的变形中，不需要可关断组件，因为电储能器2以及电化学储能器3都通过分开的充电电阻10a、10b与用于电压中间电路的相同的接头1相连。在此，可以为充电电阻10a配置一个第二二极管4a，并且另一个充电电阻10b可以通过旁路导线(在该旁路导线中有开关11)桥接。 
利用两个储能器2和3到电压中间电路的示出的连接，以小的设备电路开销确保了，总是首先采用电储能器2，由此电化学储能器3较少被加载，这点带来较长的使用寿命。 

Claims (3)

1.一种车辆的电气传动系统，其中所述电气传动系统包括：电储能器(2)，和电化学储能器(3)，所述电储能器(2)和电化学储能器(3)并联并且与变流器的电压中间电路相连，其中，在所述电储能器(2)和电化学储能器(3)之间的连接导线中设置具有导通方向是离开电化学储能器(3)的组件(4)，以便防止所述电化学储能器(3)从电储能器(2)充电，其中，所述电化学储能器(3)与充电装置(6)相连，
其特征在于，所述车辆是轨道车辆，并且
在所述电储能器(2)和电化学储能器(3)的导线电路中为了形成升压/降压换流器设置电抗器(7)和可关断的组件(5a，5b)，使得所述电储能器(2)和电化学储能器(3)的电压水平与电压中间电路的电压匹配，其中，所述可关断的组件中的一个(5a)与所述电储能器(2)和电化学储能器(3)并联并且另一个可关断的组件(5b)与充电装置(6)并联。
2.根据权利要求1所述的电气传动系统，其特征在于，所述具有导通方向是离开电化学储能器(3)的组件(4)是机械开关、电子开关或二极管(4)。
3.根据权利要求1或2所述的电气传动系统，其特征在于，在所述电化学储能器(3)上的最大电压位于在所述电储能器(2)上的最大电压的40％至70％之间。
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