CN107206912A - 电源辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式的电源辅助装置具有蓄电部、二极管、升压电路、电流传感器以及控制部。蓄电部相对于负载，与向所述负载供给电力的电源并联连接，并蓄积从所述电源供给的电力。二极管与所述蓄电部串联设置，允许单向的电流。电流传感器检测流经所述二极管的电流。由所述电流传感器检测到电流时，控制部进行规定的控制。

Description

电源辅助装置

技术领域

本发明的实施方式涉及电源辅助装置。

背景技术

以往，已知一种控制装置，其具备充放电控制部，所述充放电控制部在电车运行正常时对充放电电路(电源辅助装置)进行充电控制、在电车运行异常时对充放电电路进行放电控制，由此通过所述逆变器将蓄积在蓄电器中的电力供给到交流电动机。然而，在以往的控制装置中，由于通过软件处理进行充放电控制，因此存在无法迅速地开始充放电的情况。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-14395号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够更加迅速地开始充放电的电源辅助装置。

用于解决技术问题的方案

实施方式的电源辅助装置具有蓄电部、二极管、电流传感器以及控制部。蓄电部相对于负载，与向所述负载供给电力的电源并联连接，并蓄积从所述电源供给的电力。二极管与所述蓄电部串联设置，允许单向的电流。电流传感器检测流经所述二极管的电流。控制部由所述电流传感器检测到电流时，进行规定的控制。

附图说明

图1是包含第一实施方式的电源辅助装置的电车2的结构图。

图2是示出第一实施方式的电压和放电电流Ib的转变、以及断路器6和第一开关部32的动作的一例的图。

图3是示出第二实施方式的电车2A的结构图的图。

图4是示出第三实施方式的电车2B的结构图的图。

图5是示出第四实施方式的电车2C的结构图的图。

图6是示出第四实施方式的电压和再生电流Ib#的转变、以及再生控制信号的导通/截止状态的一例的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对实施方式的电源辅助装置进行说明。在下面的实施方式中，所说明的电源辅助装置为电车中使用的电源辅助装置。

(第一实施方式)

图1是包含第一实施方式的电源辅助装置的电车2的结构图。电车2具备：受电弓4、断路器6、滤波电抗器8、平滑电容器10、车轮12、逆变器14、电机16、逆变器控制部20以及电源辅助装置30。电车2具有第一供给线E1和第二供给线E2(接地侧)。在第一供给线E1上连接有受电弓4、断路器6、滤波电抗器8以及逆变器14。在第二供给线E2上连接有车轮12以及逆变器14。

受电弓4将从直流变电所1(电源)供给到架线P的直流电力供给到电车2。断路器6在规定的条件下切断向滤波电抗器8供给的直流电力。滤波电抗器8吸收通过断路器6供给的电力的高频。

在平滑电容器10的一端施加有高频成分被滤波电抗器8抑制了的电力。在平滑电容器10的另一端连接有电车2的车轮12。车轮12通过线路R接地，作为接地处发挥其作用。平滑电容器10将施加到两端的直流的电压脉动平滑化，并将平滑化了的直流电力的电压施加在逆变器14上。

逆变器14根据从逆变器控制部20输入的控制信号(例如PWM(脉冲宽度调制)信号)，将从平滑电容器10供给的直流电压转换成期望的频率的三相交流电压，再将转换的三相交流电压供给到电机16。电机16通过三相交流电压旋转转子，输出驱动力。

电机16输出的驱动力经过未图示的齿轮等连结机构传递到车轮12，使电车2行驶。电机16例如为三相鼠笼式感应电动机。另外，在电机16再生运行时，逆变器14将电机16发电的交流的再生电力转换成直流的再生电力。转换成直流的再生电力被供给到逆变器14的平滑电容器10侧。

逆变器控制部20例如根据从主控器(未图示)输入的信号(陷波数等)，生成PWM控制信号，并将生成的PWM控制信号输出到逆变器14。

电源辅助装置30相对于负载(例如逆变器14)，与电源(例如直流变电所1)和电容器并联连接。即、电源辅助装置30的两端分别连接到第一供电线E1上的期望位置和第二供给线E2上的期望位置。

电源辅助装置30具备：第一开关部32、第二开关部35、二极管40、蓄电部42、电流传感器43、电抗器44、平滑电容器46以及电源辅助装置控制部50。另外，电源辅助装置30为并联设置有第一路径CH1、第二路径CH2以及第三路径CH3的电路。

在第一路径CH1上设置有平滑电容器46。在第二路径CH2上设置有第一开关部32以及第二开关部35。第一开关部32为开关元件33和二极管34并联连接的电路。开关元件33在导通状态下允许向合流点CP1方向流动的电流，并且即使是在截止状态下也由于分流的二极管34而允许向合流点CP2方向流动的电流。第二开关部35也同样地为开关元件36和二极管37并联连接的电路。开关元件36在导通状态下允许向合流点CP2方向流动的电流，并且即使是在截止状态下也由于分流的二极管37而允许向合流点CP3方向流动的电流。

还设置有路径CH4，所述路径CH4从设置在第二路径CH2上的第一开关部32以及第二开关部35之间(合流点CP2)向第三路径CH3分支，并连接到第三路径CH3的合流点CP4。在路径CH4上设置有电抗器44。通过导通/截止开关元件33，能够使图中合流点CP3的电位高于图中CP4的电位。

第三路径CH3的合流点CP1侧的一端连接到第二供给线E2，第三路径的合流点CP3侧的另一端连接到第一供给线E1。在第三路径CH3上，二极管40和电流传感器43串联设置在合流点CP3与合流点CP4之间。二极管40允许从合流点CP4方向(蓄电部42)向合流点CP3方向流动的放电电流Ib，切断从合流点CP3方向向合流点CP4方向流动的电流。蓄电部42设置在合流点CP1与合流点CP4之间。蓄电部42为能够蓄积蓄电池和电容器等的电气的蓄电器。

电流传感器43例如设置在二极管40与合流点CP4之间。电流传感器43例如为通过霍尔IC检测由电流生成的磁通强度的电流传感器。电流传感器43检测规定值以上的电流。

电源辅助装置控制部50例如通过CPU(中央处理器)等处理器来实现。电源辅助装置控制部50例如根据电车2所具有的、用于检测电车2的运行状态的各种检测传感器的检测结果，监视电车2的运行状态。在电车2正常运行的状态下，电源辅助装置控制部50对开关元件33进行截止控制，对开关元件36进行导通控制。由此，通过开关元件36以及电抗器44将通过受电弓4供给的直流电流的一部分蓄积到蓄电部42中。

电源辅助装置控制部50取得电流传感器43的检测结果。电源辅助装置控制部50根据电流传感器43的检测结果，向断路器6输出断路信号。断路器6在未取得断路信号的情况下的状态为，将从受电弓4供给的电力供给到滤波电抗器8。另一方面，当断路器6取得了从电流传感器43输出的断路信号时，其状态变为断路状态、即切断从受电弓4向滤波电抗器8供给的直流电力的供给。

在电车2正常运行的情况下，从受电弓4向逆变器14供给电力，因此，第一供给线E1与第二供给线E2之间的电位差、即电压高于蓄电部42侧的电压。然而，在电车2未正常运行的状态下，存在第一供给线E1与第二供给线E2之间的电压低于蓄电部42两端的电压的情况。

电车2未正常运行的状态是指，由于例如直流变电所1的停电或架线P的异常、受电弓4的异常、线路R的切断等，导致无法正常从受电弓4向电车2供给电力的状态。当变成该状态时，基于蓄积在蓄电部42中的电流的放电电流Ib通过二极管40被供给到逆变器14侧。由此，能够及时地将第一供给线E1与第二供给线E2之间的电压补偿为蓄电部42的电压。另外，断路器6取得断路信号后，切断受电弓4和滤波电抗器8之间的导通。

进一步，在电车2未正常运行的状态下，电源辅助装置控制部50进行在一定周期内反复导通/截止开关元件33的控制。由此，蓄积在蓄电部42中的直流电力通过电抗器44以及二极管37升压，并向逆变器14侧放电。其结果是，能够补偿逆变器14的输入电压达到蓄电部42的电压以上的电压。

图2是示出第一实施方式的电压和放电电流Ib的转变、以及断路器6和第一开关部32的动作的一例的图。图中，电压Vc表示逆变器14的输入电压值，电压Vb表示蓄电部42的电压值。另外，放电电流Ib为流经二极管40的电流值、即由电流传感器检测的电流值。在电压Vb比电压Vc大的情况下，二极管40允许从蓄电部42供给的放电电流Ib。在放电电流Ib为阈值Th1以上的情况下，电流传感器43检测到放电电流Ib的变化，电源辅助装置控制部50向断路器6输出断路信号。断路器6取得断路信号后，从导通状态(图中的导通)变为断路状态(图中的截止)。

虽然省略了图示，但是存在在断路器6的受电弓4侧连接着其他装置的情况。在这种情况下，在使断路器6为非断路状态的情况下，由于也向其他装置供给从蓄电部42供给的电力，因此存在无法充分地供给到逆变器14的情况。在本实施方式中，通过使断路器6为断路状态，能够将从蓄电部42供给的电力集中地供给到逆变器14。其结果是，即使是在逆变器14的输入电压为规定值以下的情况下，从蓄电部42侧供给的放电电流Ib也能够迅速地补偿逆变器14的输入电压达到规定值以上。

此外，如图所示，电源辅助装置控制部50也可以在从电流传感器43取得了表示放电电流Ib为阈值Th1以上的信号的情况下，对开关元件33进行导通控制，使蓄积在蓄电部42中的电力的电压升压，并供给到逆变器14侧。

此外，第一实施方式的电车2也可以在断路器6与电流传感器43之间设置断路器控制部(未图示)，断路器控制部根据电流传感器43的检测结果，将断路信号输出到断路器6。另外，也可以在二极管40与蓄电部42之间设置分流电阻，断路器控制部检测分流电阻间的电压的变化，并根据检测结果输出断路信号。

另外，在第一实施方式中设置电流传感器43的位置并不局限于二极管40与蓄电部42之间，例如也可以在第一供给线E1与二极管40之间。另外，电流传感器43的设置位置只要是能够检测流经二极管40的放电电流Ib的变化的位置即可。

另外，电流传感器43与断路器6也可以通过继电器电路相连接。在这种情况下，在通过电流传感器43检测出规定值以上的电流值的情况下，通过继电器电路相连接的断路器6进行动作变成断路状态。

根据以上说明的第一实施方式的电源辅助装置30，由于在第三路径CH3上设置了允许从蓄电部42侧向逆变器14侧流动的电流的二极管40，当相对于二极管40，电源侧的电压低于蓄电部42侧的电压的情况下，将蓄积在蓄电部42中的电力供给到逆变器14，因此能够更加迅速地开始放电。另外，电源辅助装置控制部50根据电流传感器43的检测结果使断路器6变为断路状态，由此切断了受电弓4与逆变器14及电源辅助装置30之间的导通，因此能够将从蓄电部42放电的电力集中地供给到逆变器14。另外，对开关元件33进行导通控制，使蓄积在蓄电部42中的电力的电压升压，并供给到逆变器14侧，由此能够使逆变器14的输入电压维持较高值。

(第二实施方式)

下面，对第二实施方式进行说明。包含第二实施方式的电源辅助装置30A的电车2A与包含第一实施方式的电源辅助装置30的电车2的不同之处在于，通过架线P从交流变电所1A接收交流电力的供给，转换器62将供给的交流电力转换成直流电流，并供给到逆变器14。下面，围绕该不同之处进行说明。

图3是示出第二实施方式的电车2A的结构图的图。第二实施方式的电车2A具备：变压器60、转换器62以及转换器控制部64。变压器60设置在断路器6及车轮12与转换器62之间。变压器60将由受电弓4供给的交流电力的电压转换成适合电车2A使用的电压。转换器62设置在变压器60与平滑电容器10之间。转换器62将从变压器60供给的交流电力转换成直流电力，并供给到逆变器14侧。转换器控制部64控制转换器62，使从变压器60供给的交流电力转换成期望的直流电力。

以上说明的第二实施方式的电源辅助装置30A取得与第一实施方式同样的效果，并且即使是在通过架线P从交流变电所1A供给交流电力的情况下，也能够通过转换器62将交流电力转换成直流电力并供给到逆变器14或者蓄电部42。

(第三实施方式)

下面，对第三实施方式进行说明。包含第三实施方式的电源辅助装置30B的电车2B与包含第一实施方式的电源辅助装置30的电车2的不同之处在于，在二极管40与电流传感器43之间设置有电感值比电抗器44小的电抗器45。下面，围绕该不同之处进行说明。

图4是示出第三实施方式的电车2B的结构图的图。电抗器45设置在二极管40与电流传感器43之间。电抗器45为L值比电抗器44小的电抗器。例如在逆变器14的输入电压Vc小于蓄电部42侧的电压Vb、在逆变器14侧允许通过二极管40从蓄电部42供给的电流的情况下，存在放电电流Ib以陡峭上升的方式流动的情况。然而，在本实施方式中由于设置了电抗器45，因此能够抑制放电电流Ib的陡峭上升。另外，电抗器45的电抗值比电抗器44的电抗值小，因此放电电流Ib不会向电抗器44侧流动。

根据以上说明的第三实施方式的电源辅助装置30B，取得与第一实施方式同样的效果，并且由于设置了电抗器45，能够抑制二极管40所允许的、从蓄电部42向逆变器14侧流动的放电电流Ib的陡峭上升，因此能够向逆变器14供给更加适用的电力。

(第四实施方式)

下面，对第四实施方式进行说明。包含第四实施方式的电源辅助装置30C的电车2C与包含第一实施方式的电源辅助装置30的电车2的不同之处在于，逆变器14侧的直流电压的最大电压不超过蓄电部42的电压。下面，围绕该不同之处进行说明。

图5是示出第四实施方式的电车2C的结构图的图。逆变器控制部20取得了将在后面进行说明的再生控制信号时，例如对逆变器14所具备的开关元件进行控制，使电机16与逆变器14的输入侧皆为开放状态，从而使机械制动负担制动力的一部分。即、逆变器控制部20执行再生制动的限制控制。由此，从逆变器14供给到电源辅助装置30侧以及受电弓4侧的再生电力受到抑制。

电源辅助装置30C相对于负载，与电源和电容器并联连接。即、两端分别连接到第一供给线E1上的期望位置和第二供给线E2上的期望位置。

电源辅助装置30C连接到平滑电容器10的两端子间。电源辅助装置30C具备：第一开关部32、第二开关部35、二极管40#、蓄电部42、电流传感器80、电抗器70、平滑电容器46以及电源辅助装置控制部50。另外，电源辅助装置30C为并联设置有第一路径CH1#、第二路径CH2#以及第三路径CH3#的电路。

在第一路径CH1#上设置有平滑电容器46。在第二路径CH2#上设置有第一开关部32以及第二开关部35。第一开关部32为开关元件33和二极管34并联连接的电路。开关元件33在导通状态下允许从合流点CP2#方向流动的电流，并且即使是在截止状态下也由于分流的二极管34而允许向合流点CP2#方向流动的电流。第二开关部35也同样地为开关元件36和二极管37并联连接的电路。开关元件36在导通状态下允许从合流点CP3#方向流动的电流，并且即使是在截止状态下也由于分流的二极管37而允许向合流点CP3#方向流动的电流。另外，合流点CP3#与第三路径CH3#通过电气线连接。

还设置有第四路径CH4#，所述第四路径CH4#从设置在第二路径CH2#上的第一开关部32以及第二开关部35之间(合流点CP2#)向第一路径CH1#的合流点CP6#分支，在第四路径CH4#上设置有电抗器70。通过导通/截止开关元件33，能够使图中合流点CP3#的电位高于图中CP6#的电位。另外，第四路径CH4#连接到第一供给线E1。

第三路径CH3#的合流点CP1#侧连接到第二供给线E2，第三路径的合流点CP5#连接到第四路径CH4#。在第三路径CH3#上，二极管40#和电流传感器80设置在合流点CP5#与合流点CP4#之间。二极管40#允许从合流点CP5#方向向合流点CP4#(蓄电部42)方向流动的电流，切断从合流点CP4#方向向合流点CP5#方向流动的电流。

电流传感器80例如设置在二极管40#与合流点CP4#之间。电流传感器80例如为通过霍尔IC检测由电流生成的磁通强度的电流传感器。电流传感器80检测到规定值以上的再生电流Ib#时，向逆变器控制部20供给再生控制信号。蓄电部42设置在合流点CP4#与合流点CP1#之间。

电源辅助装置控制部50进行在一定周期内反复导通/截止开关元件33的控制。由此，电抗器70对通过受电弓4供给的直流电流的一部分进行升压，被升压的电力再通过二极管37蓄积到蓄电部42中。另外，电源辅助装置控制部50对开关元件36进行导通控制，对开关元件33进行截止控制。由此，通过开关元件36将从蓄电部42供给的电力的电压供给到逆变器14侧。

在电机16再生运行时，由蓄电部42的电压补偿逆变器14侧的直流电压的最大电压。即、逆变器14侧的直流电压的最大电压不超过蓄电部42的电压。在电机16再生运行时，存在转换成直流的再生电力为规定值以上的情况。在这种情况下，可能会对受电弓4侧造成负载，导致连接到受电弓4侧的装置发生异常。然而，在本实施方式中规定值以上的再生电力的处理方式为，二极管40#允许从逆变器14侧向蓄电部42流动的再生电流Ib#，蓄电部42吸收逆变器14侧的再生电流Ib#。由此，蓄电部42的电压迅速地补偿到逆变器14侧的直流电压的最大电压，因此能够防止例如连接到受电弓4侧的装置发生异常。

图6是示出第四实施方式的电压和再生电流Ib#的转变、以及再生控制信号的导通/截止状态的一例的图。图中，电压Vc表示逆变器14侧的电压值，电压Vb表示蓄电部42的电压值。另外，再生电流Ib#为流经二极管40#的电流值。即、再生电流Ib#为由电流传感器80检测的电流值。在电压Vc为电压Vb以上的情况下，从逆变器14侧供给的再生电力的电流通过二极管40#供给到蓄电部42。在再生电流Ib#为阈值Th2以上的情况下，逆变器控制部20根据由电流传感器80检测到的再生电流Ib#的检测结果，输出再生控制信号，并对逆变器14进行截止控制，以通过控制逆变器14来抑制向蓄电部42侧供给的再生电力。其结果是，逆变器14侧的直流电压的最大电压被蓄电部42迅速吸收，并且逆变器14根据电流传感器80的检测结果控制再生电力，由此能够防止例如连接到受电弓4侧的装置发生异常。

此外，再生控制信号也可以为表示再生运行的抑制程度(限制程度)的信号。另外，在第四实施方式中设置电流传感器80的位置并不局限于二极管40#与蓄电部42之间，例如也可以在合流点CP5#与二极管40#之间。另外，电流传感器80的设置位置只要是能够检测根据二极管40#的导通而变化的电流值的位置即可。

根据以上说明的第四实施方式，在第三路径CH3#上设置了允许从逆变器14侧向蓄电部42侧流动的电流的二极管40#，在由于从逆变器侧14相对于二极管40#供给的再生电力而导致逆变器14侧的电压比蓄电部42侧的电压大的情况下，蓄电部42能够更加迅速地吸收逆变器14侧的再生电力。另外，逆变器控制部20根据电流传感器80的检测结果控制逆变器14，由此抑制从逆变器14供给到蓄电部42侧的电力，因此能够抑制从逆变器14侧向蓄电部42等流动的电力过大。

此外，在第一实施方式到第四实施方式中，虽然对彼此独立的电源辅助装置控制部50与逆变器控制部20进行了说明，但是电源辅助装置控制部50与逆变器控制部20也可以整合成一个控制部。

另外，在第一实施方式到第四实施方式中，虽然对将电源辅助装置30应用于电车的情况进行了说明，但是并不局限于电车，电源辅助装置30也可以应用于其他具有电源与负载的装置。

根据以上说明的至少一个实施方式，能够提供一种电源辅助装置，其具有：蓄电部(42)，相对于负载(14)，与向负载供给电力的电源(1)并联连接，并蓄积从电源供给的电力；二极管(40、40#)，与蓄电部串联设置，允许单向的电流；电流传感器(43、80)，检测流经二极管的电流；以及控制部(20、50)，由电流传感器检测到电流时，进行规定的控制，由此，能够更加迅速地开始充放电。

虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或宗旨中，并且，包含在权利要求书所记载的发明和其等同的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电源辅助装置，其特征在于，具备：

蓄电部，相对于负载，与向所述负载供给电力的电源并联连接，并蓄积从所述电源供给的电力；

二极管，与所述蓄电部串联设置，允许单向的电流；

电流传感器，检测流经所述二极管的电流；以及

控制部，由所述电流传感器检测到电流时，进行规定的控制。

2.根据权利要求1所述的电源辅助装置，其特征在于，

所述电源辅助装置搭载于电车，

所述负载包括逆变器，所述逆变器将从作为所述电源的架线输入的直流电力转换成交流电力，并供给到驱动所述电车的车轮的电机。

3.根据权利要求2所述的电源辅助装置，其特征在于，

具备升压电路，所述升压电路对从所述蓄电部供给的电压进行升压，并供给到所述负载，

当相对于所述二极管，所述电源侧的电压比所述蓄电部侧的电压低的情况下，所述二极管允许从所述蓄电部向所述电源侧流动的电流，

作为所述规定的控制，所述控制部使所述升压电路动作。

4.根据权利要求3所述的电源辅助装置，其特征在于，

进一步具备断路部，由所述电流传感器检测到电流时，所述断路部切断所述电源与所述负载之间的导通。

5.根据权利要求2所述的电源辅助装置，其特征在于，

当相对于所述二极管，所述负载侧的电压比所述蓄电部侧的电压大的情况下，所述二极管允许从所述负载向所述蓄电部流动的电流。

6.根据权利要求5所述的电源辅助装置，其特征在于，

作为所述规定的控制，所述控制部通过控制所述负载来抑制从所述负载供给到所述蓄电部侧的电力。