CN102985280A - 交流电动车辆 - Google Patents

Abstract

一种交流电动车辆，其中：从架空线（电车线）（31）供应交流电力；主发动机（7）设置在次级电路（C2）上；辅助设备（10）设置在第三级电路（C3）上；电池（8a）通过接触器（11a）与所述次级电路（C2）的中间直流链路（LN2）连接；电池（8a）依次通过接触器（11b）和直流/直流变换器（9）与中间直流链路（LN3）连接；以及设置了对接触器（11a）、（11b）进行操作的手动开关（12）。

Description

交流电动车辆

技术领域

本发明涉及一种通过电力行驶的交流电动车辆。 

背景技术

一般而言，在交流电动车辆中，设置了主三绕组变压器。来自架空线（所谓的电源线，或者更精确地说，架空接触线）的交流电力被供应到主变压器的初级侧。用于将电力供应到主发动机以使交流电动车辆行驶的次级电路与主变压器的次级侧连接。用于将电力供应到辅助设备（例如用于空调或照明）的第三级电路与主变压器的第三级侧连接。 

在这样一种交流电动车辆中，电池可设置在次级电路中以使得主发动机能够有效率地操作。此外，电池可设置在第三级电路中，以使得即使来自架空线的电源被切断，也能够持续供应电力。例如在日本特开专利申请第2009-95080号（在下文中称作专利参考文献1）中公开了此内容。 

专利参考文献 

专利参考文献1特开日本专利申请第2009-95080号 

发明内容

技术问题 

然而，在上述交流电动车辆中，次级电路和第三级电路各自绝缘。因此，如果电池设置在次级电路和第三级电路之一中，则另一电路不能利用此电池。因此电力不能在次级电路和第三级电路之间共享。 

因此，本发明的一个目的是提供一种交流电动车辆，其中电力可在将电力供应到发动机以移动车辆的电路与将电力供应到辅助设备的电路之间共享。 

技术方案 

根据本发明的交流电动车辆的构造如下。具体地，其包括： 

发动机，用于生成推动电力； 

第一变换器，将从电车线供应的交流电力变换成直流电力； 

第一逆变器，将由所述第一变换器变换的直流电力变换成交流电力，并将所逆变的交流电力供应到所述发动机； 

第一直流链路，用于相互连接所述第一变换器与所述第一逆变器的各直流侧； 

第一接触器，用于电连接和电断开所述第一直流链路与电池； 

电子设备； 

第二变换器，将从所述电车线供应的交流电力变换成直流电力； 

第二逆变器，将由所述第二变换器变换的直流电力变换成交流电力，并将所逆变的交流电力供应到所述电子设备； 

第二直流链路，用于相互连接所述第二变换器与所述第二逆变器的各直流侧； 

直流/直流变换器，将从所述第一直流链路供应的直流电力变换成适于所述第二直流链路的直流电压，并将所变换的直流电力供应到所述第二直流链路；以及 

第二接触器，用于通过所述直流/直流变换器电连接和电断开所述第一直流链路与所述第二直流链路。 

利用本发明，可设置这样一种交流电动车辆，在该交流电动车辆中电力可在将电力供应到发动机以移动车辆的电路与将电力供应到辅助设备的电路之间共享。 

附图说明

图1为示出根据本发明第一实施例的交流电动车辆的配置的示例图； 

图2为示出根据本发明第二实施例的交流电动车辆的配置的示例图； 

图3为示出根据本发明第三实施例的交流电动车辆的配置的示例图； 

图4为示出根据本发明第四实施例的交流电动车辆的配置的示例图； 

图5为示出根据本发明第五实施例的交流电动车辆的配置的示例图； 

图6为示出根据本发明第六实施例的交流电动车辆的配置的示例图。 

具体实施方式

在下文中，参照附图描述本发明的实施例。 

（第一实施例）图1为示出根据第一实施例的交流电动车辆1的配置的示例图。应注意，如下附图中的相同部分被给定了相同的附图标记，并且其详细描述被省略，描述关注在新的部分上。相同的情况应用于如下实施例，以避免描述重复。 

交流电动车辆1包括：集流器2、断路器3、主变压器4、次级电路C2、第三级电路C3、电池8a、DC/DC转换器9、接触器11a、11b以及手动开关12。 

集流器2收集从架空线31供应的交流电力。集流器2将此收集的交流电力经由断路器3供应到主变压器4的初级侧。 

断路器3被放置在集流器2与主变压器4之间，并连接到集流器2和主变压器4。当断路器3关闭时，交流电动车辆1中的电路被电连接架空线31。当断路器3打开时，架空线31与交流电动车辆1中的电路被电断开。 

断路器3与主变压器4的初级侧连接。次级电路C2与主变压器4的次级侧连接。第三级电路C3与主变压器4的第三级侧连接。在主变压器4的供电操作（有时也称发动机操作或电力运行操作）中，从架空线31供应的交流电力在供应到次级电路C2和第三级电路C3之前逐步下降。在主变压器4的再生操作期间，从次级电路C2供应的交流电力被供应到架空线31。 

次级电路C2构成为包括变换器5a、逆变器6a、主发动机7以及滤波电容器13a。主发动机7可为电动机。 

变换器5a的交流侧与主变压器4的次级侧连接。变换器5a的直流侧通过中间直流链路LN2与逆变器6a的直流侧连接。在供电操作期间，变换器5a将从主变压器4供应的交流电力变换成直流电，该直流电被供应到逆变器6a。在再生操作期间，变换器5a将从逆变器6a供应的直流电力变换成交流电力，该交流电力被供应到主变压器4。 

逆变器6a的直流侧与变换器5a连接。逆变器6a的交流侧与主发动机7连接。在供电操作期间，逆变器6a将从逆变器5a供应的直流电力变换成 交流电力，该交流电力被供应到主发动机7。在再生操作期间，逆变器6a将来自主发动机7的再生电力变换成直流电力，该直流电力被供应到变换器5a。逆变器6a例如为VVVF（变压变频）逆变器。 

在供电操作期间，主发动机7构成用于使交流电动车辆1行驶的推动电源。主发动机7被从逆变器6a供应的交流电力所驱动。在再生操作期间，主发动机7作为生成再生电力的电力源。主发动机7处的再生电力被供应到逆变器6a。 

滤波电容器13a设置在中间直流链路LN2的正电极与负电极之间。分别地，滤波电容器13a的一端与中间直流链路LN2的正电极连接，而其另一端与中间直流链路LN2的负电极连接。滤波电容器13a降低了在中间直流链路LN2上流动的电流纹波。 

第三级电路C3构成为包括变换器5b、逆变器6b、辅助设备10、滤波电容器13b以及接触器14b。 

变换器5b的交流侧与主变压器4的第三级侧连接。变换器5b的直流侧通过中间直流链路LN3与逆变器6b的直流侧连接。变换器5b将从主变压器4供应的交流电力变换成直流电，该直流电被供应到逆变器6b。 

逆变器6b的直流侧与变换器5b连接。逆变器6b的交流侧与辅助设备10连接。逆变器6b将从变换器5b供应的直流电力变换成交流电力，该交流电力被供应到辅助设备10。逆变器6b例如为CVCF（恒压恒频）逆变器。 

辅助设备10为构成除了主发动机7之外的负载的设备。辅助设备10为辅助交流电动车辆1的操作的设备，例如用于空调设备、电动车辆照明或控制电路的电源。 

滤波电容器13b设置在中间直流链路LN3的正电极与负电极之间。分别地，滤波电容器13b的一端与中间直流链路LN3的正电极连接，而其另一端与中间直流链路LN3的负电极连接。滤波电容器13b降低了在中间直流链路LN3中流动的电流纹波。 

接触器14b设置在中间直流链路LN3上。当接触器14b关闭时，接触器14b电连接变换器5b与逆变器6b。当接触器14b打开时，接触器14b电断开变换器5b与逆变器6b。 

电池8a通过接触器11a与次级电路C2的中间直流链路LN2连接。电 池8a依次通过接触器11b和直流/直流变换器9与第三级电路C3的中间直流链路LN3连接。 

当接触器11a关闭时，接触器11a实现电池8a与中间直流链路LN2的电连接。当接触器11a打开时，接触器11a电断开电池8a与中间直流链路LN2。 

当接触器11b关闭时，接触器11b实现电池8a与中间直流链路LN3（或直流/直流变换器9）的电连接。当接触器11b打开时，接触器11b电断开电池8a与中间直流链路LN3（或直流/直流变换器9）。 

直流/直流变换器9将从接触器11b供应的直流电力变换成适于第三级电路C3的中间直流链路LN3的直流电压。直流/直流变换器9将此被变换的直流电力供应到中间直流链路LN3。 

手动开关12构成用于通过操作者（司机或售票员等）分别单独打开或关闭接触器11a、11b的手动控制设备。手动开关12例如布置在驾驶员的驾驶室或设备室中。 

当交流电动车辆1执行供电或再生操作时，接触器11a打开而接触器11b关闭。在供电操作期间，电池8a被来自架空线31的电力充电。在再生操作期间，电池8a被来自主发动机7的再生电力充电。 

当停止从架空线（电车线）31供电时，操作者根据情况通过手动开关12操作接触器11a、11b。 

如果优先将交流电动车辆1移动到能够从架空线（电车线）31获得电力的位置，则操作者打开接触器11a并且关闭接触器11b。以此方式，电力被电池8a专有地供应到次级电路C2。 

如果可以预期来自架空线（电车线）31的供电将在短时间内恢复，则操作者关闭接触器11a并且打开接触器11b。以此方式，电池8a通过直流/直流变换器将电力专有地供应到第三级电路C2。 

当在操作辅助设备10的同时交流电动车辆1移动时，操作者将接触器11a、11b两者打开。以此方式，电池8a将电力供应到次级电路C2和第三级电路C2两者。 

利用本实施例，操作者能够通过操作接触器11a、11b任意地选择从电池8a供应电力的电路C2、C3。 

通过选择（通过打开接触器11a）电路C2作为从电池8a供应电力的电路，操作者能够优先将电力供应到主发动机7。以此方式，可将优先级给予将交流电动车辆1移动到能够供电的位置。 

通过选择（通过打开接触器11b）电路C3作为从电池8a供应电力的电路，操作者能够优先持续辅助设备10的操作。例如，当辅助设备10为例如客室车辆内的照明或空调装置的服务设备时，能够优先持续对乘客的服务。操作者将会选择电路C3的情况的一个实例为预期将在短时间内恢复从架空线（电车线）31供应电力的情况。 

通过选择（通过打开接触器11a和11b两者）电路C2和电路C3作为从电池8a供应电力的电路，操作者能够将交流电动车辆1移动到供电的位置，同时持续操作例如服务设备的辅助设备10。 

因此，根据情况，操作者能够选择用于将对电池8a充电的能量与交流电动车辆1的次级电路C2和第三级电路C3共享的最佳方法。 

（第二实施例） 

图2为示出根据第二实施例的交流电动车辆1A的配置的示例图。 

交流电动车辆1A的配置与根据图1示出的第一实施例的交流电动车辆1基本相应，设置了车辆控制装置13代替手动开关12。其他方面，本实施例与第一实施例相同。 

当交流电动车辆1A执行供电操作时，接触器11a打开，并且接触器11b关闭。在供电操作期间，电池8a被来自架空线（电车线）31的电力充电。 

车辆控制装置13输出用于对逆变器6a执行再生操作的再生指令信号。此再生指令信号也输出作为用于将接触器11a、11b两者打开的指令。以此方式，在再生期间，从主发动机7生成的再生电力用于对电池8a充电。此外，此再生电力通过直流/直流变换器9供应到第三级电路C3。 

利用本实施例，根据从车辆控制装置13输出的再生指令信号，接触器11a、11b自动打开。以此方式，在交流电动车辆1A的再生操作期间，再生电力能够被次级电路C2和第三级电路C3有效利用。 

（第三实施例） 

图3为示出根据第三实施例的交流电动车辆1B的配置的示例图。 

交流电动车辆1B的配置与根据图2示出的第二实施例的交流电动车辆 1A基本相应，增加了直流电压监控装置15b并且设置了变换器5b1代替变换器5b。其他方面，本实施例与第二实施例相同。 

在交流电动车辆1B的供电操作期间，接触器11a打开，并且接触器11b关闭。在供电操作期间，电池8a被来自架空线（电车线）31的电力充电。在交流电动车辆1B的再生操作期间，接触器11a、11b两者通过车辆控制装置13打开。在再生操作期间，来自主发动机7的再生电力用于对电池8a充电并且也供应到第三级电路C3。 

直流电压监控装置15b设置在第三级电路C3的中间直流链路LN3上。直流电压监控装置15b监控中间直流链路LN3的直流电压。当直流电压监控装置15b检测到中间直流链路LN3的直流电压下降时，直流电压监控装置15b将检测信号发送到变换器5b1。 

在从架空线（电车线）31供应电力的情况下，当变换器5b1从直流电压监控装置15b接收到表示中间直流链路LN3的直流电压下降的检测信号时，变换器5b1关闭接触器11a并打开接触器11b。在这种情况下，安装在变换器5b1中的控制单元可控制接触器11a。以此方式，电池8a通过直流/直流变换器9将电力专有地供应到第三级电路C3。其他方面，变换器5b1与根据第一实施例的变换器5b相同。 

在变换器5b1被从架空线（电车线）31供应电力的情况下，如果变换器5b1从直流电压监控装置15b接收到表示电压下降的检测信号，则其例如表示变换器5b1故障。 

根据第三实施例，除了第二实施例的有益效果之外，还能够获得如下有益效果。 

通过使用直流电压监控装置15b监控中间直流链路LN3的直流电压，交流电动车辆1B能够检测变换器5b1的故障。响应于此检测，接触器11a、11b操作为从电池8a向第三级电路C3供应电力。以此方式，能够避免第三级电路C3的辅助设备10的不稳定操作或操作停止。 

（第四实施例） 

图4为示出根据第四实施例的交流电动车辆1C的配置的示例图。 

交流电动车辆1C的配置与根据图2示出的第二实施例的交流电动车辆1A基本相应，除了交流电动车辆1C装备了用于检测地域的采集线圈16和 代替车辆控制装置13的车辆控制装置13C之外。其他方面，本实施例与第二实施例相同。 

在交流电动车辆1C的供电操作或再生操作期间，接触器11a打开，并且接触器11b关闭。在供电操作期间，电池8a被来自架空线（电车线）31的电力充电。在再生操作期间，电池8a被来自主发动机7的再生电力充电。 

在车辆进入无电力地带（死区）之前，采集线圈16检测到进入此无电力地带。无电力地带为没有从架空线（电车线）31供电的区域。当采集线圈16检测到进入无电力地带时，其将死区通过信号输出到车辆控制装置13C。 

当车辆控制装置13C从车顶地域检测元件16接收到死区通过信号时，其打开接触器11b。接触器11a也可同时打开。以此方式，电力通过电池8a经由直流/直流变换器9供应到第三级电路C3。 

利用本实施例，通过设置采集线圈16，交流电动车辆1C能够在实际上进入无电力地带之前检测到进入此地带。以此方式，交流电动车辆1C能够在进入无电力地带之前执行用于将电力从电池8a供应到第三级电路C3的准备。因此，即使交流电动车辆1C通过无电力地带，辅助设备10的操作也能够持续而没有被瞬间切断，例如，如果辅助设备10为例如客室车辆内的照明或空调装置的服务设备，则交流电动车辆1C能够在通过无电力地带的同时仍然持续对乘客提供服务。 

（第五实施例） 

图5为示出根据第五实施例的交流电动车辆1D的配置的示例图。 

交流电动车辆1D的配置与根据图1示出的第一实施例的交流电动车辆1基本相应，通过增加了电池8b和接触器11c并通过设置了手动开关12D代替手动开关12来构成交流电动车辆1D的配置。其他方面，本实施例与第一实施例相同。 

电池8b通过接触器11c与第三级电路C3的中间直流链路LN3的输出侧和直流/直流变换器9连接。换言之，电池8b通过直流/直流变换器9与电池8a连接。 

当接触器11c关闭时，电池8b与中间直流链路LN3电连接。此外，在电池8b与直流/直流变换器9的输出侧之间进行电连接。当接触器11c打开 时，电池8b、中间直流链路LN3以及直流/直流变换器9的输出侧电断开。 

在分别单独打开或关闭接触器11a、11b或11c的情况下，手动开关12D构成操作者（驾驶员、司机或售票员等）所使用的手动操作设备。手动开关12D被布置在驾驶室或设备室等中。 

当交流电动车辆1C执行供电操作或再生操作时，接触器11a、11c打开并且接触器11b关闭。 

通过次级电路C2执行电池8a的充电/放电。通过次级电路C3执行电池8b的充电/放电。 

当停止从架空线（电车线）31的供电时，操作者根据情况通过使用手动开关12操作接触器11a、11b、11c。 

在优先将交流电动车辆1移动到能够从架空线（电车线）31获得电力的位置的情况下，操作者打开接触器11a并且关闭接触器11b。以此方式，电池8a将电力专有地供应到次级电路C2。 

如果可以预期来自架空线（电车线）31的供电将在短时间内恢复，则操作者关闭接触器11a并且打开接触器11b。以此方式，电池8a通过直流/直流变换器9将电力专有地供应到第三级电路C2。 

当在操作辅助设备10的同时交流电动车辆1移动时，操作者将接触器11a、11b两者打开。以此方式，电池8a将电力供应到次级电路C2和第三级电路C2两者。 

当电池8b被放电时，操作者打开接触器11c。如果电池8b没有被放电，则操作者关闭接触器11c。 

当接触器11c打开并且接触器11b打开时，降低了从电池8a供应到第三级电路C3的电力。如果接触器11c打开并且接触器11b关闭，则能够通过电池8b持续对第三级电路C3供电。 

如果接触器11b打开并且电池8b没有被充分充电，则操作者通过将接触器11c关闭，来防止从电池8b供应到第三级电路C3的电力对电池8b充电。 

利用本实施例，除了第一实施例的有益效果之外，还能获得如下有益效果。 

通过设置电池8b，即使当没有从架空线（电车线）31供应电力时，也 能够更可靠地持续对第三级电路C3供电。此外，能够降低从电池8a向第三级电路C3供电的负担。 

第六实施例 

图6为示出根据第六实施例的交流电动车辆1E的配置的示例图。 

交流电动车辆1E的配置与根据图5示出的第五实施例的交流电动车辆1D基本相应，通过设置车辆控制装置13E代替手动开关12D并通过设置变换器5b2代替变换器5b来构成交流电动车辆1E的配置。其他方面，本实施例与第五实施例相同。 

当交流电动车辆1C执行供电操作或再生操作时，接触器11a、11c打开并且接触器11b关闭。 

通过次级电路C2执行电池8a的充电/放电。通过第三级电路C3执行电池8b的充电/放电。 

当车辆控制装置13E检测到变换器5b2的故障时，其关闭接触器11a并打开接触器11b。以相同方式，即使变换器5b2检测到变换器5b2自身的故障，其关闭接触器11a并打开接触器11b。以此方式，电池8a通过直流/直流变换器9将电力专有地供应到第三级电路C3。 

利用本实施例，当交流电动车辆1E检测到变换器5b2的故障时，其自动操作接触器11a、11b，从而将来自电池8a的电力专有地引导至第三级电路C3。 

以此方式，能够避免第三级电路C3的辅助设备10的不稳定操作或操作停止。此外，通过除了电池8a之外还由电池8b加入电力，可增强第三级电路C3的电力供应。 

应注意，上述实施例可由如下方式进行修改。 

在第二到第六实施例中，自动操作接触器11a、11b的条件（打开条件或关闭条件）没有被限制为各实施例中示出的模式。根据例如采用交流电动车辆的环境和/或其操作的情况，能够适当地确定是否自动打开或关闭接触器11a、11b。 

虽然在第二实施例中，接触器11a、11b构成为通过从车辆控制装置13输出的再生指令信号被打开，然而对此不做限制。例如，可采用这样一种结构，在该结构中在逆变器6a接收到从车辆控制装置13输出的再生指令 信号之后，逆变器6a输出将接触器11a、11b打开的信号。 

然而，在第三实施例中，采用这样一种结构，在该结构中当变换器5b1检测到此变换器5b1自身的故障时，其操作接触器11a、11b，然而对此不做限制。例如，可采用这样一种结构，在该结构中当通过车辆控制装置13检测到变换器5b1的故障时，操作接触器11a、11b。此外，为操作接触器11a、11b进行检测的内容不需要必须是变换器5b1的故障。实际上，为此目的，可采用被假定为表示供应给第三级电路C3的电力的不稳定性的其他任何情况。 

作为第三和第六实施例中用于检测变换器5b1或5b2的故障的方法，可采用任何方法。例如，在第六实施例中，如同在第三实施例中的情况，可通过设置直流电压监控装置15b来实现故障的自检测。 

应注意，只要不偏离本发明的要旨，本发明不限于未经修改的上述实施例，并且可利用在将本发明付诸实践的阶段被修改的这些构成元素来实现本发明。此外，通过多个构成元素的适当组合，能够形成各项发明。例如，也可以从在实施例中示出的全部构成元素中删除数个构成元素。此外，在各实施例之间，构成元素能够适当组合。 

工业应用领域 

本发明可应用于通过交流电力操作的交流电动车辆。 

标号说明 

1…交流电动车辆、2…集流器、3…断路器、4…主变压器；5a，5b……6a，6b…逆变器、7…主发动机、8a…电池、9…DC/DC转换器、11a，11b…接触器、12…手动开关、13a，13b…滤波电容器、14b…接触器、C2…次级电路、C3…第三级电路、LN2，LN3…中间直流链路。 

Claims (7)

1.一种交流电动车辆，包括：

发动机，用于生成推动电力；

第一变换器，将从电车线供应的交流电力变换成直流电力；

第一逆变器，将由所述第一变换器变换的直流电力变换成交流电力，并将所逆变的交流电力供应到所述发动机；

第一直流链路，用于相互连接所述第一变换器与所述第一逆变器的各直流侧；

第一接触器，用于电连接和电断开所述第一直流链路与电池；

电子设备；

第二变换器，将从所述电车线供应的交流电力变换成直流电力；

第二逆变器，将由所述第二变换器变换的直流电力变换成交流电力，并将所逆变的交流电力供应到所述电子设备；

第二直流链路，用于相互连接所述第二变换器与所述第二逆变器的各直流侧；

直流/直流变换器，将从所述第一直流链路供应的直流电力变换成适于所述第二直流链路的直流电压，并将所变换的直流电力供应到所述第二直流链路；以及

第二接触器，用于通过所述直流/直流变换器电连接和电断开所述第一直流链路与所述第二直流链路。

2.如权利要求1所述的交流电动车辆，其特征在于包括：

第一操作模块，用于手动操作所述第一接触器；以及

第二操作模块，用于手动操作所述第二接触器。

3.如权利要求1所述的交流电动车辆，其特征在于包括：

第三接触器，用于电连接或电断开所述第二直流链路与所述电池。

4.如权利要求3所述的交流电动车辆，其特征在于包括：

第一操作模块，用于手动操作所述第一接触器；

第二操作模块，用于手动操作所述第二接触器；以及

第三操作模块，用于手动操作所述第三接触器。

5.如权利要求1到权利要求4的任一权利要求所述的交流电动车辆，其特征在于：

所述第一逆变器包括自动关闭模块，在再生操作的情况下，在通过将从所述发动机生成的再生电力变换成交流电力并将所逆变的交流电力供应到所述第一直流链路从而所述第一逆变器执行所述再生操作的情况下，所述自动关闭模块自动关闭所述第一接触器和所述第二接触器。

6.如权利要求1到权利要求5的任一权利要求所述的交流电动车辆，其特征在于包括：

异常检测器，用于检测所述第二变换器的异常；以及

关闭模块，用于在异常情况下，在所述异常检测器检测到异常的情况下，关闭所述第二打开/关闭模块。

7.如权利要求1到权利要求6的任一权利要求所述的交流电动车辆，其特征在于包括：

地域检测器，用于在进入没有从所述电车线供应交流电力的无电力地带之前进行检测；以及

关闭模块，用于在进入无电力地带的情况下，在之前通过所述地域检测器检测到进入所述无电力地带的情况下，关闭所述第二接触器。

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