CN102668318B

CN102668318B - 供电系统

Info

Publication number: CN102668318B
Application number: CN201080048370.2A
Authority: CN
Inventors: 稻垣克久; 野木雅之; 冈本真治; 宫岛宏树; 小泉聪志; 山田敏明
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: WO2011055559A1; EP2501017B1; EP2501017A4; JP2011101568A; CN102668318A; EP2501017A1; JP5622380B2

Abstract

供电系统(20)利用电力生成单元(1、3)生成直流电，并将生成的电力向充电单元(8)充电。供电系统(20)使电力生成单元(1、3)、充电单元(8)和移动体(11)连接成将由供电系统(20)生成的电力与从上述充电单元(8)输出的电力之和的电力向与供电系统(20)连接的移动体(11)供电。

Description

供电系统

技术领域

本发明涉及对例如具备二次电池的移动体进行供电的供电系统。

背景技术

近年来，伴随着技术的发展，二次电池大容量化不断进步。具有大容量的二次电池例如被搭载于电车、电力公交车以及电动汽车等移动体。

例如，在作为日本申请的专利文献的专利文献1中，记载了一种具备接受电力并能够将接收到的电力加以储备的二次电池的电动车辆。该电动车辆通过控制二次电池的充放电来驱动电动机。这样，可利用二次电池驱动电动机的电动车辆即使在不存在架设电线等的区间也能够行驶。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-148531号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，二次电池对应于容量的增大其充电所需要的时间将变长。即，在二次电池为大容量的情况下，存在着充电花费时间这一问题。

通过增大向二次电池流动的电流，能够以短时间对大容量的二次电池进行充电。即，通过在二次电池的电流的允许量内向二次电池流动最大的电流，能够迅速对二次电池充电。

但是，对二次电池迅速充电的供电系统存在大型、成本变高这一问题。而且，上述的供电系统针对电力系统的负担变大。因此，存在有可能对近邻造成与电力系统有关的影响这一问题。另外，由于供电系统的待机时间变长，所以运转率降低。

鉴于此，本发明的一个方式的目的在于，提供一种小型且低成本，并能够对移动体所具备的二次电池迅速充电的供电系统。

用于解决问题的手段

本发明的一个实施方式涉及的供电系统是对移动体供给电力的供电系统，具备：连接上述移动体的连接单元；将接收到的交流电变换成直流电的电力生成单元；通过由上述电源生成的电力来充电的充电单元；和控制单元，将与上述连接单元连接的上述移动体、上述电力生成单元和上述充电单元连接成将从上述电力生成单元输出的电力与从上述充电单元输出的电力之和的电力向上述移动体供电。

发明效果

根据本发明的一个方式，可以提供一种小型且低成本，并能够对移动体所具备的二次电池迅速充电的供电系统。

附图说明

图1是用于对本发明的第1实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。

图2是用于对图1所示的供电系统的另一构成例进行说明的说明图。

图3是用于对本发明的第2实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。

图4是用于对本发明的第3实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。

图5是用于对本发明的第4实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的第1实施方式涉及的供电系统详细进行说明。

供电系统20具备：电力系统1、受电用断路器2、整流器3、充电用断路器4及5、放电用断路器6、限流电抗器7、二次电池8、供电用断路器9以及回流线10等。

而且，与回流线10连接的移动体11具备受电装置12、电流控制要素13以及二次电池14。

电力系统1供给交流电。受电用断路器2连接在电力系统1与整流器3之间。电力系统1的电力经由受电用断路器2被提供给整流器3。

整流器3将交流电整流成直流电。即，电力系统1以及整流器3作为生成直流电的电力生成单元发挥功能。电力系统1作为生成交流电的电源发挥功能。另外，整流器3作为将交流电变换成直流电的变换单元发挥功能。

在整流器3的输出侧连接着充电用断路器4、充电用断路器5、放电用断路器6以及限流电抗器7。并且，二次电池8连接在充电用断路器5与限流电抗器7之间。二次电池8是能够被充电的充电单元。

并且，在整流器3的输出侧连接着供电用断路器9。供电用断路器9与回流线10连接。回流线10是连接移动体11的连接单元。回流线10能够与移动体11的受电装置12连接。即，回流线10作为对移动体11供给电力的供电地点(spot)发挥功能。

例如，电车或者电力公交车等移动体11将通过受电装置12从回流线10接收到的电力向二次电池14供电。电流控制要素13根据二次电池14的规格对通过受电装置12从回流线10接收到的电力进行控制。

另外，供电系统20还具备进行切换上述的各断路器的控制的控制部21。控制部21是控制供电系统20内的各部的动作以及连接的控制单元。

例如，在回流线10没有与受电装置12连接的情况下、即移动体11没有存在于供电地点的情况下，控制部21转移到充电模式。

在转移到充电模式的情况下，控制部21将充电用断路器4以及充电用断路器5接通。并且，控制部21将放电用断路器6以及供电用断路器9断开。该情况下，整流器3、限流电抗器7与二次电池8串联连接。由此，供电系统20对二次电池8进行充电。

另外，例如在回流线10与受电装置12连接的情况下、即移动体11存在于供电地点的情况下，控制部21转移到供电模式。

在转移到供电模式的情况下，控制部21将充电用断路器4以及充电用断路器5断开。并且，控制部21将放电用断路器6以及供电用断路器9接通。该情况下，整流器3、限流电抗器7、二次电池8与移动体11串联连接。即，整流器3的电力与二次电池8的电力相加后的电力向移动体11供电。结果，移动体11能够接收到大的电力。

另外，当在供电系统20以及回流线10中发生接地、短路事故时，控制部21使充电用断路器4、放电用断路器6或者供电用断路器9跳闸。如上所述，由于电路上连接着对电流的急增进行抑制的限流电抗器7，所以供电系统20能够保护供电系统20以及移动体11。

此外，控制部21利用未图示的传感器等来判定在供电地点是否存在移动体11。但是，用于判定供电地点是否存在移动体11的构成并不限定于该构成。例如，也可以是总是将供电用断路器9接通，通过由控制部21判定供电用断路器9中是否流过电流，来判定供电地点是否存在移动体11的构成。

在总是将供电用断路器9接通的状态下，当移动体11存在于供电地点时，电流在供电用断路器9中流过。即，控制部21在供电用断路器9中流过电流时判定为在供电地点存在移动体11。该情况下，控制部21转移到供电模式。

另外，在总是将供电用断路器9接通的状态下，当移动体11不存在于供电地点时，不存在从供电用断路器9流过的电流。即，控制部21在供电用断路器9中没有电流流过的情况下，判定为供电地点不存在移动体11。该情况下，控制部21转移到充电模式。

另外，在移动体11到达供电地点的情况下，利用电流控制要素13进行微小量的充电动作。由此，供电系统20能够可靠且安全地从充电模式转移到供电模式。

另外，移动体11的电流控制要素13通过检测由受电装置12接收的电压，来检测供电系统20的模式从充电模式切换成供电模式的情况。

在检测到供电系统20的模式从充电模式切换成供电模式的情况下，电流控制要素13将充电量控制成预先设定的值。即，电流控制要素13将充电量控制成适合对二次电池14进行充电的电流量。

另外，例如控制部21也可以是使供电用断路器9总是断开，并基于供电用断路器9的两端子间的电位差来判定在供电地点是否存在移动体11的构成。

在总是将供电用断路器9断开的状态下，移动体11存在于供电地点时的供电用断路器9的两端子间的电位差小于移动体11不存在于供电地点时的供电用断路器9的两端子间的电位差。控制部21通过对电位差预先设定阈值，来判定供电地点是否存在移动体11。

即，在供电用断路器9的两端子间的电位差小于阈值的情况下，控制部21判定为在供电地点存在移动体11。该情况下，控制部21转移到供电模式。

另外，在供电用断路器9的两端子间的电位差大于阈值的情况下，控制部21判定为在供电地点不存在移动体11。该情况下，控制部21转移到充电模式。

并且，控制部21也可以是总是将供电用断路器9接通，并基于回流线10与地线的电位差来判定供电地点是否存在移动体11的构成。

在总是将供电用断路器9接通的状态下，移动体11存在于供电地点时的回流线10与地线的电位差大于移动体11不存在于供电地点时的回流线10与地线的电位差。控制部21通过对电位差预先设定阈值，来判定供电地点是否存在移动体11。

即，在回流线10与地线的电位差大于阈值的情况下，控制部21判定为在供电地点存在移动体11。该情况下，控制部21转移到供电模式。

另外，在回流线10与地线的电位差小于阈值的情况下，控制部21判定为在供电地点不存在移动体11。该情况下，控制部21转移到充电模式。

在移动体11的二次电池14的充电结束时，控制部21使供电系统20从供电模式返回到充电模式。即，在移动体11的二次电池14的充电量达到预先设定的充电量的情况下，或者移动体11从供电地点离开的情况下，控制部21使供电系统20从供电模式返回到充电模式。

在停止针对二次电池14的充电时，移动体11的电流控制要素13进行二次电池14中流动的电流的衰减以及切断。例如，供电系统20的控制部21检测供电用断路器9中流过的电流。在检测到的电流值小于预先设定的值时，控制部21使供电系统20从供电模式返回到充电模式。

另外，例如控制部21也可以是对应于时间来切换模式的构成。控制部21具有预先设定的时限信息。时限信息例如与时刻或者从充电模式切换成供电模式后的经过时间对应。

在基于时刻进行控制的情况下，控制部21在预先设定的时刻使供电系统20从供电模式返回到充电模式。另外，在基于经过时间进行控制的情况下，控制部21对从充电模式切换成供电模式的经过时间进行计数。控制部21在计数得到的时间超过预先设定的时间时，使供电系统20从供电模式返回到充电模式。

另外，控制部21也可以是在向移动体11供给了预先设定的电能的情况切换模式的构成。例如，当在某一路径设置有多个供电系统20时，控制部21基于移动体11的能量转换效率、供电地点间的距离等，预先计算出移动体11移动到下一个供电地点所需要的电能。

供电系统20的控制部21记忆移动体11移动到下一个供电地点所必要的电能。并且，控制部21通过根据所记忆的电能来切换供电模式和充电模式，从而控制对二次电池8进行充电的电能。由此，能够适量地确保对移动体11的二次电池14进行充电的电能。

另外，控制部21也可以是通过与通常同样地对二次电池8进行充电，并根据所记忆的电能来切换供电模式和充电模式，从而控制向移动体11供电的电能的构成。

即，控制部21在判断为向移动体11供给了所记忆的电能时，使供电系统20从供电模式返回到充电模式。通过在各供电地点进行该处理，能够高效地对移动体11的二次电池14进行充电。

根据上述的构成，由于能够抑制电源系统1的容量，所以可以实现小型化且低成本。例如，在图1所示的构成中，当假设电力系统1的电压为210V时，整流器3的输出电压以及二次电池8的充电电压分别为280V。即，根据该构成，能够对移动体11供给560V的电压。由此，移动体11的二次电池14能够以560V的电力进行充电。

当在供电系统20内不存在二次电池8时，为了对移动体11赋予相同的电力，需要使电力系统1的电压更大。在增大电力系统1的电压的情况下，成本以及设置容量提高。但是，通过如上述那样连接二次电池8，可以利用电压低的电力系统1对移动体11供给高电压。结果，能够提供小型且低成本，并可以对移动体的二次电池迅速充电的供电系统。

此外，在将充电用断路器4、充电用断路器5、放电用断路器6、限流电抗器7以及二次电池8作为1组二次电池系统的情况下，对供电系统20在上述的实施方式中具备1组整流器3、和1组二次电池系统的构成进行了说明。但是，供电系统20并不限定于上述的构成。供电系统20也可以是具备1组整流器3、和多组二次电池系统的构成。

图2是用于对图1所示的供电系统的另一构成例进行说明的说明图。根据图2所示的例子，供电系统20具备2组二次电池系统。

在使供电系统20转移到充电模式的情况下，控制部21将2组二次电池系统的充电用断路器4以及充电用断路器5分别接通。并且，控制部21将2组二次电池系统的放电用断路器6、和供电用断路器9断开。该情况下，相对于整流器3，2个二次电池8并联连接。供电系统20对各二次电池8进行充电。

另外，在使供电系统20转移到供电模式的情况下，控制部21将2组二次电池系统的充电用断路器4以及充电用断路器5分别断开。并且，控制部21将2组二次电池系统的放电用断路器6、和供电用断路器9接通。该情况下，整流器3、2个二次电池8和移动体11串联连接。即，整流器3的电力与2个二次电池8的电力相加后的电力向移动体11供电。结果，移动体11能够接受更大的电力。

根据上述的构成，例如即使移动体11的二次电池14的额定电压为电力系统1的整流电压的2倍以上，也能够进行供电。

另外，该情况下，控制部21能够通过切换各充电用断路器4以及5，来仅对特定的二次电池8进行充电。由此，例如，控制部21可以首先对第1二次电池8进行充电，在第1二次电池8的充电结束后，对第2二次电池8进行充电。结果，供电系统20能够灵活地控制各二次电池的充电量。

图3是用于对本发明的第2实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。对与第1实施方式相同的构成赋予相同的参照标记而省略详细的说明。

图3所示的供电系统20与第1实施方式的不同之处在于：取代充电用断路器4而具备半导体开关15，并取代放电用断路器6而具备半导体开关16。

半导体开关15以及半导体开关16例如有Insulated Gate BipolarTransistor(IGBT)等具有自消孤能力的开关构成。半导体开关15以及半导体开关16作为对二次电池8中流动的电流进行控制的电流控制单元发挥功能。

在供电系统20为充电模式的情况下，控制部21将充电用断路器5接通。另外，控制部21通过调整半导体开关15以及16的导通截止时间的比率，来调整限流电抗器7中流过的电流，对向二次电池8充电的充电量进行控制。

另外，在供电系统20为供电模式的情况下，控制部21将充电用断路器5断开，将供电用断路器9接通。另外，控制部21将半导体开关15控制成总是截止。并且，控制部21将半导体开关16控制成总是导通。由此，整流器3、二次电池8、限流电抗器7和移动体11串联连接。即，整流器3的电力与二次电池8的电力相加后的电力向移动体11供电。

根据上述的构成，供电系统20能够可靠地控制二次电池8的充放电量。由此，供电系统20能够容易地进行二次电池8的剩余电量的管理。

图4是用于对本发明的第3实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。对与第1实施方式相同的构成赋予相同的参照标记而省略详细的说明。

图4所示的供电系统20与第1实施方式的不同之处在于：具备连接在限流电抗器7、充电用断路器4和放电用断路器6之间的半导体开关15、连接在限流电抗器7、充电用断路器5和半导体开关15之间的半导体开关16、以及与充电用断路器5并联连接的升压用滤波电容器17。升压用滤波电容器17是能够使对移动体11供给的电压升降压的电压升降单元。

例如，由充电用断路器4、放电用断路器6、半导体开关15、半导体开关16、限流电抗器7以及升压用滤波电容器17等构成升压电路，该升压电量使向移动体11供给的电压升压。

在供电系统20为充电模式的情况下，控制部21将充电用断路器4以及充电用断路器5接通。另外，控制部21通过调整半导体开关15以及16的导通截止时间的比率，来调整限流电抗器7中流过的电流，对向二次电池8充电的充电量进行控制。

在供电系统20为供电模式的情况下，控制部21将充电用断路器4以及充电用断路器5断开。另外，控制部21将放电用断路器6与供电用断路器9接通。并且，控制部21通过控制半导体开关15以及半导体开关16的导通截止时间，来控制升压用滤波电容器17的两端的电压。

根据该构成，供电系统20能够将整流器3的电力、二次电池8的电力和升压用滤波电容器17的电力相加后的电力向移动体11供电。

另外，供电系统20能够通过控制升压用滤波电容器17的两端的电压，使向移动体11供给的电压可变。即，供电系统20可以使向移动体11供给的电压与移动体11的二次电池14相符。该情况下，可以省略移动体11的电流控制要素13。

其中，图4所示的供电系统20即使在电力系统1或者整流器3等发生异常的情况下也能够对移动体11供给电力。供电系统20在电力系统1或者整流器3不动作的情况下，将充电用断路器4以及放电用断路器6接通，使半导体开关15以及16进行导通截止动作。由此，供电系统20使二次电池8的电压升压。结果，供电系统20能够向移动体11供给高电压的电力。

图5是用于对本发明的第4实施方式涉及的供电系统的构成例进行说明的说明图。对与第1实施方式相同的构成赋予相同的参照标记而省略详细的说明。

图5所示的供电系统20与第1实施方式的不同之处在于：取代整流器3而具备可变整流器18。可变整流器18作为对输出的直流电流进行控制的电流控制单元发挥功能。可变整流器18例如由晶闸管(thyristor)整流器或者具备自消孤元件的脉冲宽度调制(PWM：Pulse-Width Modulation)整流器等构成。

在供电系统20为充电模式的情况下，控制部21将充电用断路器4以及充电用断路器5接通。另外，控制部21通过调整可变整流器18的输出，来调整限流电抗器7中流过的电流，对向二次电池8充电的充电量进行控制。

在供电系统20为供电模式的情况下，控制部21将充电用断路器4以及充电用断路器5断开。另外，控制部21将放电用断路器6与供电用断路器9接通。并且，控制部21通过控制可变整流器18的输出，来控制对移动体11供给的电力。

根据该构成，供电系统20能够将从可变整流器18输出的电力与二次电池8的电力相加后的电力向移动体11供电。

该情况下，供电系统20也能够通过调整可变整流器18的输出来控制向移动体11供给的电力。即，供电系统20能够使向移动体11供给的电压与移动体11的二次电池14的规格相符。该情况下，可以省略移动体11的电流控制要素13。

另外，可变整流器18也可以具备再生功能。可变整流器18是将接收到的直流电变换成交流电的变换单元。在可变整流器18具备再生功能的情况下，可变整流器18将供电系统20的二次电池8的电力变换成交流。

并且，可变整流器18还可以将移动体11的二次电池14的电力变换成交流。结果，例如即使在电力系统1中发生了异常的情况下，供电系统20也能够向与电力系统1连接的施设供给交流电。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围对构成要素进行变形而具体化。另外，通过将上述实施方式中公开的多个构成要素适当地进行组合，可以形成各种发明。例如，可以从实施方式所展示的所有构成要素中删除几个构成要素。并且，可以将不同实施方式中的构成要素适当地进行组合。

例如，在第2至第4实施方式中也能够实施具备2组以上二次电池8的构成。

另外，在上述实施方式中，说明了利用回流线10对移动体11供给电力的构成，但并不限定于该构成。回流线10只是一个例子，只要是能够与移动体11的受电装置12连接的构成即可。

工业上的可利用性

根据本发明的一个方式，能够提供一种小型且低成本，并可以对移动体的二次电池迅速充电的供电系统。

附图标记说明：

1…电力系统，2…受电用断路器，3…整流器，4…充电用断路器，5…充电用断路器，6…放电用断路器，7…限流电抗器，8…二次电池，9…供电用断路器，10…回流线，11…移动体，12…受电装置，13…电流控制要素，14…二次电池，15…半导体开关，16…半导体开关，17…升压用滤波电容器，18…可变整流器，20…供电系统。

Claims

1.一种供电系统，是向移动体供给电力的供电系统，其特征在于，具备：

连接单元，用于连接上述移动体；

电力生成单元，将接收到的交流电变换成直流电；

充电单元，通过由上述电力生成单元生成的电力来充电；和

控制单元，将与上述连接单元连接的上述移动体、上述电力生成单元和上述充电单元连接成将从上述电力生成单元输出的电力与从上述充电单元输出的电力向上述移动体供电，

上述控制单元判断上述连接单元上是否连接有上述移动体，

在上述连接单元上没有连接上述移动体的情况下，上述控制单元将上述电力生成单元与上述充电单元连接成将从上述电力生成单元输出的电力向上述充电单元充电，

在上述连接单元上连接有上述移动体的情况下，上述控制单元将与上述连接单元连接的上述移动体、上述电力生成单元和上述充电单元连接成将从上述电力生成单元输出的电力与上述充电单元的电力向上述移动体供电，

在上述连接单元上没有连接上述移动体的情况下，上述控制单元将上述电力生成单元与上述充电单元串联连接，

在上述连接单元上连接有上述移动体的情况下，上述控制单元将与上述连接单元连接的上述移动体、上述电力生成单元和上述充电单元串联连接。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述控制单元通过检测上述连接单元中的电流，判断上述连接单元上是否连接有上述移动体。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述控制单元通过检测上述连接单元中的电位差，判断上述连接单元上是否连接有上述移动体。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述控制单元在检测到从开始对上述移动体供电后经过了与预先设定的时限信息对应的时间的情况下，结束对上述移动体的供电。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述控制单元在检测到向上述移动体供给了预先设定的电能的情况下，结束对上述移动体的供电。

6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

还具备对上述充电单元中流过的电流进行控制的电流控制单元。

7.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述充电单元还具备使所输出的电压升降压的电压升降单元。

8.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述电力生成单元具备对所输出的直流电流进行控制的电流控制单元。

9.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述电力生成单元具备生成交流电的电源单元和将直流电变换成交流电的变换单元，

上述电力生成单元利用上述变换单元将从上述充电单元或者上述移动体所具备的二次电池输出的直流电变换成交流电，并将交流电向上述电源单元供给。

10.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，

上述控制单元基于上述移动体的能量转换效率以及移动距离来计算电能，并记忆上述计算出的电能，基于所记忆的电能来控制向上述移动体供给的电能。

11.一种供电系统，是向移动体供给电力的供电系统，其特征在于，具备：

连接单元，用于连接上述移动体；

电力生成单元，将接收到的交流电变换成直流电；

充电单元，通过由上述电力生成单元生成的电力来充电；和

上述控制单元判断上述连接单元上是否连接有上述移动体，

上述充电单元具备通过直流电来充电的多个二次电池，

在上述连接单元上没有连接上述移动体的情况下，上述控制单元将上述电力生成单元与上述多个二次电池并联连接，

在上述连接单元上连接有上述移动体的情况下，上述控制单元将与上述连接单元连接的上述移动体、上述电力生成单元和上述多个二次电池串联连接。

12.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，

上述控制单元从上述多个二次电池中选择进行充电的二次电池，将上述电力生成单元与上述多个二次电池连接成对选择出的二次电池进行充电。