CN107431365B - 蓄电装置 - Google Patents

Abstract

实施方式的蓄电装置具备蓄电元件、可变电压源、联结电抗器、电流检测器及控制电路。蓄电元件与具有第1极及第2极的直流电线路连接，能够进行对直流电线路的充放电。可变电压源串联地连接在直流电线路的第1极与蓄电元件的正极之间，能够产生直流电线路与蓄电元件的差分的范围的直流电压。联结电抗器连接在直流电线路的第1极与可变电压源之间。电流检测器检测在联结电抗器中流通的电流。控制电路使用由电流检测器检测的电流，对可变电压源进行驱动控制，以调整电路整体的输出电压与所述充电元件的输出电压的差分。

Description

蓄电装置

技术领域

本发明的实施方式涉及蓄电装置。

背景技术

直流电气铁路的电力供给系统即直流馈电系统，被认为负载变动激烈、架线的电压变动大。近年来，在这样的直流电气铁路中，行驶中的车辆减速(制动)时，使发动机作为发电机发挥功能，将发电的电力(再生电力)返回至馈电侧的再生车的导入正在进展。

这样的被返回到馈电侧的再生电力，在周边必须存在吸收(使用)该再生电力的负载例如正在加速的车辆等。在没有那样的负载的情况下，再生车将陷入再生失效。

另一方面，直流馈电系统由于使用二极管整流器从交流的电力系统制出直流电源，因此为了将这样的再生电力返回到交流的电力系统而必须设置再生逆变器。

另外，即使设置再生逆变器，如果交流电源系统中不存在消耗再生逆变器再生的电力的负载，则上游的送电网(电力公司的电力系统)会发生逆潮流，铁路事业者不能获得降低购买电力量的效果。

另一方面，为了吸收车辆的再生电力，在直流馈电系统内设置蓄电设备的情况存在。在该情况下，能够用蓄电设备吸收再生车的剩余再生电力，另外，通过将蓄积于蓄电设备的能量放电，能够降低馈电用变电所的输入能量。另外，通过设置蓄电设备，也能够抑制架线电压的变动。

另一方面，需要在蓄电设备使用的蓄电池与架线之间连接电压变换用的变换器。

作为在蓄电池与架线之间使用电压变换用的变换器的现有的技术，有例如通过使蓄电元件的电压升压而联结于馈电线的升降压斩波电路对蓄电池充放电的技术。在该技术中，变换器的输出和馈电线中流通的电力相等，需要具有蓄电设备的额定输出相当的升降压斩波电路的变换器。

另外，在该技术中，如果没有将蓄电池的电压设定为比架线的电压的变动最低值低，则在架线的电压降低的情况下通过升压斩波电路的回流二极管在架线中流通无控制的电流的问题存在。

因此，必须将蓄电池的电压设定为比架线的电压的变动的最下限值低的电压，作为变换器，要求较大的额定电流。另外在该技术中，从电抗器产生噪音，需要对装置或者设置装置的建筑物施行噪音对策。

对此，有对于变换器串联地插入变换器并将该变换器负担的偏置电压量设为一定电压来进行控制的技术。在该技术的情况下，串联补偿用的变换器分担负载，因此能够使一个一个的变换器小型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－287572号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述的现有技术中，除了输出一定电压的串联补偿用的变换器以外，还将用于在架线的电压一直上升到超过额定的电压值的情况下抑制电压的电流控制电路与蓄电池串联地连接而设置，因此在结果上需要2个电力变换器，设备变大。

另外，在该技术的情况下，是蓄电池相对于电容器串联地连接的构成，因此蓄电池的电位从轨道的电位上升，为了防止与接地的短路，必须强化蓄电池侧的绝缘，安全性的确保困难。

本发明要解决的课题在于，提供能够在应对负载变动、架线的电压变动的同时提高安全性并且能够提高蓄电设备的控制性的蓄电装置。

用于解决课题的手段

实施方式的蓄电装置具备蓄电元件、可变电压源、联结电抗器、电流检测器、控制电路。蓄电元件与具有第1极及第2极的直流电线路连接，能够进行对直流电线路的充放电。可变电压源串联地连接在直流电线路的第1极与蓄电元件的正极之间，能够产生直流电线路与蓄电元件的差量的范围的直流电压。联结电抗器连接在直流电线路的第1极与可变电压源之间。电流检测器检测在联结电抗器中流通的电流。控制电路使用由电流检测器检测的电流，对可变电压源进行驱动控制，以调整电路整体的输出电压与所述充电元件的输出电压的差量。

附图说明

图1是表示第1实施方式的蓄电装置的构成的图。

图2是表示第2实施方式的蓄电装置的构成的图。

图3是表示第3实施方式的蓄电装置的构成的图。

图4是表示第4实施方式的蓄电装置的构成的图。

图5是表示半导体断路器的构成例的图。

图6是表示蓄电装置的控制电路的第1构成例(第5实施方式)的图。

图7是表示蓄电装置的控制电路的第2构成例(第5实施方式)的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施的方式进行详细地说明。

(第1实施方式)

参照图1对一个实施的方式的蓄电装置进行说明。

直流电气铁路的电力供给系统即直流馈电系统，作为送电线，用架线、轨道及电车等车辆(未图示)构成直流电线路1。在该直流电线路1中，架线是正极侧电位的电线路，是作为第1极的正极1a。轨道是负极侧电位的电线路，是作为第2极的负极1b。

该直流电线路1上连接有二极管整流器和能够再生的车辆(再生车)。也将再生车叫做车辆负载。

如图1所示，该实施方式的蓄电装置2具有蓄电元件10、可变电压源9、联结电抗器4、电流检测器24及控制电路25等。

蓄电元件10是能够进行对直流电线路1的充放电、并具有接近恒压源的特性的蓄电池、所谓的电池。蓄电元件10除了是蓄电池以外，例如也可以是具有较大的静电电容的电容器。

可变电压源9串联地连接在直流电线路1的正极1a与蓄电元件10的正极之间。可变电压源9是将例如外部的交流电压变换为直流电压并产生电压的交直变换器、即逆变器电路。该可变电压源9是能够产生直流电线路1与蓄电元件10的差量的范围的直流电压的小型的电路构成的电压源。

联结电抗器4连接在直流电线路1的正极1a与可变电压源9之间的电路上。联结电抗器4是将可变电源9联结在直流电线路1上，并且串联地连接在直流电线路1与可变电源9之间的电抗器(将绝缘的电线卷绕成螺线管状的线圈)，是为了去除来自可变电源9的电流中包含的波动而设置的。电流检测器24连接在联结电抗器4与可变电压源9之间的电路上。电流检测器24检测在联结电抗器4中流通的电流。

控制电路25使用由电流检测器24检测的电流，对可变电压源9进行驱动控制，以调整电路整体的输出电压(直流电线路1的正极1a与负极1b间的电压)与蓄电元件10的输出电压的差量并使蓄电装置2能够输出所期望的电流。控制电路25对可变电压源9进行驱动控制，以使可变电压源9的输出电压小于蓄电元件10的电压。

在此，所谓的驱动控制，是控制可变电压源9而使可变电压源9产生的电压变化。可变电压源9能够产生正负两方的电压。另外，关于可变电压源9的详细构成，在下面的实施方式以后进行说明。

控制电路25在直流电线路1的电压大于蓄电元件10的电压时，对可变电压源9进行驱动控制以产生负的电压。另外，控制电路25对可变电压源9进行驱动控制，以使可变电压源9的输出电压小于蓄电元件10的电压。

在该第1实施方式中，在直流电线路1上产生了负载变动、电压变动的情况下，该变动量被电流检测器24检测为电流，所以控制电路25根据由电流检测器24检测的电流对可变电压源9进行驱动控制以调整直流电线路1与蓄电元件10的输出电压的差量，而使可变电压源9产生变动量(超过或不足量)的电压，因而能够稳定地进行对直流电线路1的电力供给。

这样，根据第1实施方式，通过将能够产生直流电线路1与蓄电元件10的差量的范围的直流电压的小型的可变电压源9安装于蓄电装置2，并由控制电路25对可变电压源9进行驱动控制以产生该差量的范围的直流电压，从而能够在应对直流馈电系统的架线的电压变动、负载变动的同时使包含可变电压源9的蓄电装置2整体小型化，并能够在降低蓄电装置的设备导入成本的同时提高蓄电设备的控制性。

即，通过构成如上所述那样的蓄电装置2，能够相应于电流指令控制联结电抗器4的电流，此时的可变电压源9产生的电力仅仅为输出点电压与蓄电元件10的输出电压的差量即可，因此能够减小可变电压源9的电力容量。

(第2实施方式)

以下，参照图2～图5对将上述第1实施方式具体化的第2至第6实施方式进行说明。首先参照图2对第2实施方式进行说明。另外，在该第2实施方式以后，对与第1实施方式相同的构成标注同一符号，其说明予以省略。

如图2所示，第2实施方式具有第1断路器3、半导体断路器5、电压检测器6、可变电压源9、接触器11、第2断路器12、熔丝13、第1电压检测器20、作为状态检测部的蓄电元件状态检测部22、二极管23等。

第1断路器3连接在直流电线路1与蓄电元件10之间，控制电路25对第1断路器3进行断开控制，由此将直流电线路1与蓄电元件10分离。电压检测器6检测该蓄电装置2的输出端电压。第1电压检测器20检测直流电线路1侧的电压。

第2断路器12连接在蓄电元件10与可变电压源9之间的电路上。熔丝13连接在第2断路器12与蓄电元件10之间。另外，设置熔丝13不是必须的，但在进一步提高电路的安全性方面优先设置。

接触器11与蓄电元件10的负极连接。设置该接触器11不是必须的，但与上述熔丝13同样地优选设置。

蓄电元件状态检测部22检测蓄电元件10的状态(充电率(SOC)、温度等)。控制电路25根据由该蓄电元件状态检测部22检测到的蓄电元件10的SOC、温度的状态对可变电压源9进行驱动控制。

具体而言，在蓄电元件10的SOC、温度的状态比预先设定的规定的阈值(通常驱动时的等级)高的情况下，在降低SOC、温度的方向上抑制可变电压源9的产生电压(减小)。第1电压检测器20检测直流电线路1的电压(正极1a与负极1b间的电压)。

二极管23使阴极端与联结电抗器4和可变电压源9之间的电路连接并使阳极端与蓄电元件10的负极侧的电路连接。即二极管23设置在蓄电元件10的极间。

通过将该二极管23设置在蓄电元件10的极间，能够抑制第3电路21中存在的电容器的电压的上升，能够在接地时保护电路免受过电压。除此以外，也可以连接例如二极管23和与该二极管23串联地连接的电阻元件。

电压检测器6连接在第1断路器3与蓄电元件10之间，检测第1断路器3与蓄电元件10之间的蓄电元件10侧的电压。

半导体断路器5连接在直流电线路1的正极1a与可变电压源9之间，通过来自控制电路25的控制，使电流在正方向(顺方向)及/或反方向上流通，并且能够切断电流的流通。即该半导体断路器5能够切换为使电流仅向正反任一方向流通的状态、向双方向流通的状态及向双方向都不流通电流的切断状态这3个状态。

可变电压源9具备第1电流检测部17、第2电压检测器8、与直流电线路1的正极侧连接的多个第1电路14、与蓄电元件10并联地连接的多个第2电路16、变压器15等。

该可变电压源9与蓄电元件10串联地连接，控制电路25对由该可变电压源9输出的电压进行可变控制，由此控制向直流电线路1侧流通的电流。

在各个第1电路14上并联连接地设置有多个与变压器15连接的第3电路21。第3电路21具有开关元件、电容器及电抗器18等。

该第3电路21是单相全桥电路，使用例如IGBT元件等。构成电桥电路的元件并不限定于IGBT元件，也可以是例如MOSFET。

该第3电路21经由电抗器18与变压器15连接。该第3电路21的构成与第2电路16相同。第3电路21的直流电线路1侧的电路中设置有能够产生负的电压的全桥电路。

在此，通过在第1断路器3与可变电压源9之间连接联结电抗器4，能够使电流冲击率降低，能够使第1断路器3的切断变得容易。另外，联结电抗器4与第3电路21内及第2电路16内的电容器构成LC滤波电路，从而抑制高次谐波。

第2电压检测器8检测蓄电元件10输出的电压。控制电路25使可变电压源9的产生电压变化并控制蓄电元件10的充放电，以使得由第2电压检测器8检测的蓄电元件10的输出电压达到预先设定或指定的规定的充放电电压的阈值。控制电路25对可变电压源9进行驱动控制，以使可变电压源9的输出电压小于由第2电压检测器8检测到的蓄电元件10的电压。

第1电流检测部17检测在蓄电元件10中流通的电流。控制电路25根据由该第1电流检测部17检测到的电流，调整可变电压源9的输出电压，控制电流。

在从蓄电元件10流通很多电流时，通过第1电流检测部17检测电流，控制电路25对可变电压源9进行驱动控制以抑制电流，从而能够防止熔丝13熔断或第2断路器12断开，作为蓄电装置2整体能够平稳地稳定动作。

另外控制电路25使用通过蓄电元件状态检测部22检测到的蓄电元件10的温度、SOC，使可变电压源9的输出电压可变，以抑制在蓄电元件10中流通的电流。具体而言，控制电路25在检测到的蓄电元件10的状态(例如温度)超过了规定的阈值的情况下，进行驱动控制以减小可变电压源9的产生电压。

另外，控制电路25根据由蓄电元件状态检测部22检测到的蓄电元件10的SOC对可变电压源9进行驱动控制。具体而言，控制电路25在检测到的蓄电元件10的SOC超过了规定的阈值(例如90％)的情况下，进行驱动控制以减小可变电压源9的产生电压。

由此，能够根据SOC的管理值及蓄电元件10的温度，减小电流，能够保护蓄电元件10免受过温度(过热)。

另一方面，根据联结电抗器4的电感和蓄电元件10的电容而在直流电线路1发生短路的情况存在。

可知，在该情况下，发生第1断路器3无法检测过电流而无法切断事故电流的现象。因此通过第2电流检测器24检测在直流电线路1中流通的电流的时间变化率，使断路器3跳闸，从而切断。

另外，也可以设置半导体断路器5来切断在连接有该半导体断路器5的电路中流通的电流。半导体断路器5能够高速地切断，因此能够抑制事故电流。

也可以是，在连接可变电压源9的直流电线路1侧的正极侧与蓄电元件10的负极侧之间设置电容器19并通过从该电容器19流通的电流而增加在第1断路器3中流通的短路电流，并通过过电流自动切断第1断路器3。

另外，能够在基于通过第1电压检测器20及第2电压检测器8检测到的电压进行过电压保护的基础上，通过半导体断路器5将在电路中流通的电流切断。并且在该半导体断路器5的动作后对第1断路器3、第2断路器12等机械式的断路器进行开闭，从而能够不将电流切断而进行切断动作，因此还具有接触器11的电极接点不易粗糙的好处。

另外，始终执行可变电压源9的开关动作时，可变电压源9的损失增大，因此在不需要充放电时需要使可变电压源9的开关动作停止。

但是，在图2的构成中使可变电压源9的动作停止的情况下，成为蓄电元件10与直流电线路1直接连结的构成，无法控制在蓄电元件10中流通的电流。

在本第2实施方式中，在直流电线路1的电压比蓄电元件10的电压低时，控制电路25对与蓄电元件10串联连接的可变电压源9进行控制以产生负的电压，所以在以往的升压斩波电路中存在着电流会通过升压斩波的回流二极管无控制地流通到直流电线路1的问题，但在本第2实施方式中通过使可变电压源9产生负电压，能够控制在直流电线路1中流通的电流。

在无控制状态下流通电流，与在蓄电元件10中流通的电流无法控制是同样的意思，能够与前述同样地、抑制与蓄电元件10相连的熔丝13的熔断、第2断路器12的跳闸。

在以往的蓄电设备中为了防止这样的无控制状态，必须将蓄电元件10的电压设定得比直流电线路1能够产生的最低电压更低，蓄电元件10只能为低电压。因此为了对直流电线路1放电而需要大电流的升压电路，作为结果，当然也要求在直流电线路1的电压高的稳定的状况下进行充放电，所以需要高压大电流的电路，装置会大型化。

因此，在该第2实施方式中，使用具有较高的电压的蓄电元件10进行充放电，从而能够使充放电电路小型化。此时，为了使可变电压源9小型化，希望将蓄电元件10的电压与可变电压源9的输出电压之比设定为可变电压源9输出比蓄电元件10的电压更低的电压。

在该第2实施方式中，设置有半导体断路器5，因此控制电路25通过将半导体断路器5断开，将直流电线路1侧与可变电压源9切离并将电流的流通切断，同时对可变电压源9进行驱动控制以使可变电压源9的驱动停止，从而使可变电压源9的开关动作停止

作为使可变电压源9的开关动作停止的条件，有电流和电压。控制电路25在由电流检测器17检测的蓄电元件10输出的电流的检测值在规定范围内时、或由电流检测器24检测的蓄电元件10对直流电线路1输出的电流在规定范围内时、或者由电压检测器8检测的蓄电元件10的电压在规定范围内时，使可变电压源9的驱动停止。

另外，在可变电压源9中设置有负载状态检测部28。负载状态检测部28对构成可变电压源9的元件的温度、可变电压源9输出的电流·电压进行监视，判断其负载状态(运转状态)。与该负载状态有关的信息对控制电路25输出。控制电路25根据预先决定的负载状态的阈值，进行驱动控制以使从可变电压源9输出的电压变化。

控制电路25在由电流检测器17、24检测的电流的时间变化率超过了规定值时，将半导体断路器5及断路器3中的至少一个断开。

另外，半导体断路器5如例如图5所示，将2个半导体开关(半导体开关51和半导体开关52)对置连接而构成按单方向、双方向、切断这三种控制电流的功能，控制电路25根据蓄电元件10的充电电流·放电电流的方向，切换动作的元件。

该情况下，在例如充电时，将半导体开关52接通，将半导体开关51断开。反之在放电时将半导体开关51接通并将半导体开关52断开。通过使半导体开关51、52进行这样的动作，例如在充电时如果直流电线路1的电压比对比半导体断路器5更靠可变电压源9侧的电压、即蓄电元件10的电压加上可变电压源9的电压而得到的电压高，则在蓄电元件10中流通充电电流。

另外，如果直流电线路1的电压降低，则通过半导体开关51的二极管被反向阻止，充电电流并不流通。

同样地在放电时，控制电路25通过可变电压源9的驱动控制使蓄电元件10侧的电压比直流电线路1更高而将蓄积于蓄电元件10的能量向直流电线路1放出。此时，通过控制电路25，半导体开关51被接通，半导体开关52被断开。由此，来自蓄电装置2的电流在直流电线路1中流通。

反之如果直流电线路1的电压比蓄电装置2的电压高，则被半导体开关52的二极管阻止，放电电流并不流通。这样，充放电的控制中使用半导体断路器5。

另一方面，在直流电线路1的短路产生时，有时在第3电路21中存在的电容器的电压上升而产生过电压。在产生了过电压的情况下，会引起元件破坏等，之后的基于重新启动的继续运转变得不可能。

因此，在本实施方式中，通过设置二极管23抑制第3电路21中存在的电容器的电压的上升从而能够在第3电路21中应用低耐压的开关元件，能够减少可变电压源9的开关损失，而且也能够提高开关频率使变压器15小型化。另外，还能够通过高频开关抑制噪音。

另外，也可以构成为，采用对二极管23串联地连接电阻器等负载的电路构成，用电阻器来消耗积存在联结电抗器4中的能量。

另外，在该电路构成中，作为可变电压源9的开关元件，能够应用IGBT元件、MOSFET，但为了低损失化及使绝缘变压器小型化，也可以使用SiC器件。

在应用SiC器件的情况下，采用安装了供大电流流通的较大的面积的SiC元件(芯片)的模块时，SiC元件本身的成品率差，作为模块而变得高价。

因此，通过将面积小且成品率高的SiC元件即电流容量小的SiC模块并联地连接多个来确保电流容量，能够实现廉价并且比使用了以往的IGBT元件的升压斩波电路更小型的可变电压源9。

在此，对控制电路25的控制功能进行说明。

控制电路25基于蓄电元件10的状态(蓄电元件的温度、SOC)和直流电线路1的电压，对可变电压源9输出充放电的指令，并进行可变电压源9的电压控制·电流控制。

控制电路25根据蓄电元件10的状态例如SOC，赋予蓄电元件10应输出的电压指令。该电压指令例如也可以是同时持续赋予在放电与充电间不同的电压指令。另外控制电路25也可以基于直流电线路1的电压和蓄电元件10的SOC，控制蓄电元件10应输出的电流或者电力。

另外，在该图2的例子中，在可变电压源9的外部设置了控制电路25，但也可以设置在可变电压源9的内部，还可以将控制电路25的功能分为充放电指令部和变换器控制部，将充放电指令部设置在可变电压源9的外部并将变换器控制部设置在可变电压源9的内部。

另外，也可以从控制电路25赋予减小蓄电元件10的电流的减小控制指令。该指令例如是蓄电元件10的温度超过规定范围并上升或达到了低温时抑制在蓄电元件10中流通的电流所用的减小信号。由此，不会使蓄电元件10过度地劣化而能够予以使用。

另外，输出的电流或电力或者蓄电元件10输出的电压达到了规定范围内的大小时，使可变电压源9的驱动(开关动作)停止来抑制可变电压源9的损失，从而能够使另外设置的冷却器(未图示)为散热能力低的冷却器，能够谋求小型化。

另外，通过本实施方式中第2电路16、第3电路21及变压器15构成的电路，也可以使用作为公知技术的用电抗器L和电容器C构成的LC共振电路来构成。

这样，根据该第2实施方式，只要可变电压源9仅发电(输出充放电电力)出被与蓄电元件10的电压相加的可变电压源9的输出电压量(直流电线路1的电压与蓄电元件10的电压的差量的电压)即可，能够使用额定小的可变电压源9，能够构成与一般的升压斩波方式相比较被小型化的充放电电路。

即，能够在使蓄电元件10的充放电所需的例如逆变器等可变电压源9小型化的同时，降低蓄电元件10的噪音，能够在直流馈电侧的接地事故后也作为蓄电电源设备而具有必要的运转继续性。

其结果，通过导入小型的蓄电装置，能够在应对负载变动、架线的电压变动的同时提高安全性，并且能够提高蓄电设备的控制性。

(第3实施方式)

参照图3对第3实施方式进行说明。第3实施方式是用于应对直流电线路1的负极侧电位比对地电压更低的情况的构成。具体而言，是在图3所示的电路中，直流电线路1的负极侧的电线路1b的电位比对地电位低的情况。

如图3所示，第3实施方式具备电容器19、电压检测器30、第3断路器31、分压电阻32及电抗器34。

电容器19与二极管23同样地、被设置在蓄电元件10的极间。电容器19为，将一端连接在联结电抗器4与可变电压源9之间的电路上，并将另一端连接在蓄电元件10的负极侧的电路上。另外，在蓄电元件10的极间连接电容器19并与联结电抗器4构成LC滤波器来抑制高次谐波。

尤其是，第2电路16对蓄电元件10侧产生的高次谐波有可能在熔丝13中流通而使熔丝13劣化。因此，如该第3实施方式那样构成LC滤波器来抑制高次谐波电流，能够防止熔丝13的熔断。

通常，在高次谐波电流流通的情况下，为了防止熔丝13的断线、延长熔丝13的寿命，需要使用额定的较大的熔丝13，但通过如上所述那样构成LC滤波器而抑制高次谐波，能够使用额定较低的熔丝13，所以能够有助于装置的小型化及低成本化。

电压检测器30在直流电线路1的正极1a与负极1b之间设置有2个，在彼此的电压检测器30间设置有接地点30a。另外，电压检测器30从接地点30a检测各个极的电位，但也可以不接地而直接计测直流电线路1的正极与负极间的电位。

分压电阻32将蓄电装置2的输出电压分压，并将该分压点32a接地。第3断路器31与直流电线路1的负极侧连接。电抗器34连接在直流电线路1的负极侧与蓄电元件10的负极侧之间的电路上。该电抗器34与设置于正极侧的联结电抗器4相同。

在该第3实施方式中，在直流电线路1的负极侧电位比对地电压低的情况下，电压检测器30检测由分压电阻32分压的电压并通知至控制电路25，控制电路25控制第3断路器31将直流电线路1的负极侧的电路切断，所以在流通过电流时能够将电路正常地切断。

控制电路25在由电流检测器17、24检测的电流的时间变化率超过了规定值时，将第3断路器31断开。

根据该第3实施方式，在直流电线路1的负极侧电位比对地电压低的情况下能够不使用半导体断路器而应对。

另外，通过本实施方式中的第2电路16、第3电路21及变压器15构成的电路，也可以使用作为公知的技术的由电抗器L和电容器C构成的LC共振电路而构成。

(第4实施方式)

参照图4对第4实施方式进行说明。第4实施方式具备第2电源26。第2电源26与第3电路21经由变压器15而连接。该情况下，通过从第2电源26向可变电压源9供给电力，可变电压源9产生对直流电线路1侧输入输出的电力。

该第3电路21是三相逆变器电路，变压器15及第2电源26也是三相的。这样，通过不使用单相而使用三相，能够抑制第3电路21内存在的电容器的波动，由此，能够在降低电容器的电容的同时增加可变电压源9能够对直流电线路1侧输出的直流电压，能够实现小型的电路。

另外，该例中使用的第3电路21，是能够反变换的电路，作为从直流电线路1向蓄电装置2的再生电力，对交流电源的再生电力被与对蓄电装置2的输入电力相加，所以能够增加再生最大能力。由此，在根据再生电力的大小决定装置额定的用途中，能够有助于装置的小型化。

根据该第4实施方式，通过从外部的第2电源26以三相交流的方式取得对产生直流电压的可变电压源9供给的电源，从而在通过再生电力的大小决定装置额定的用途中，能够有助于装置的小型化。

(第5实施方式)

在图1所示的蓄电装置2的电路构成中，控制电路25根据由电流检测器24检测到的电流对可变电压源9进行驱动控制，但也可以考虑电流以外的要素对可变电压源9进行驱动控制。以下对该例进行说明。

第1例的控制电路25如图6所示，具有减法器41和比例积分控制器42(以下称为“PI控制器42”)。

减法器41取得从上位系统(未图示)等输入的电流指令S1与由电流检测器24检测到的检测电流S2的差量，并将电流偏差信号S3向PI42输出。

另外，从上位系统对控制电路25输入的不是电流指令S1而是电力指令的情况也存在，在该情况下通过对输出点的电压进行除法运算将电力指令变换为电流指令S1。

PI控制器42使用所输入的电流偏差信号S3生成可变电压指令S4并对可变电压源9输出。另外，在此，使用了比例积分控制器42，但也可以使用比例积分微分控制器(PID控制器)。

第2例的控制电路25如图7所示，具有减法器41、比例控制器43(以下称为“P控制器43”)、加法器44及减法器45。

减法器41取得从上位系统(未图示)等输入的电流指令S1与由电流检测器24检测的检测电流S2的差量并将电流偏差信号S3向P控制器43输出。

P控制器43对所输入的电流偏差信号S3乘以预先设定的增益而生成电流偏差信号S5并对加法器44输出。

加法器44将所输入的电流偏差信号S5与由电压检测器6检测到的作为蓄电装置2整体的输出电压(以下称为“输出点电压V1”)相加生成第1信号S6并输入至减法器45。

减法器45取得所输入的第1信号S6与由第2电压检测器8检测到的蓄电元件10的输出电压V2的差量，生成可变电压指令S4并输出至可变电压源9。

根据该第5实施方式，通过如上所述那样构成控制电路25，不仅在联结电抗器4中流通的电流，还考虑来自上位系统的电流指令S1、输出点电压V1及蓄电元件10的输出电压V2对可变电压源9进行驱动控制，能够更高精度地控制可变电压源9。另外能够消除初始动作时产生的电路输出的不稳定。

另外，如该第5实施方式那样的控制电路25的构成不仅能够应用于第1实施方式，还能够应用于其他的第2至第4实施方式。

(第6实施方式)

在图1至图4所示的各实施方式中，将直流电线路1假定为例如直流电气铁路的馈电线和轨道，但直流电气铁路的直流电线路1不仅限于这样的构成，回扫电流不是在轨道中流通而在轨道以外设置回扫专用轨道，并在回扫专用轨道中流通回扫电流的情况也存在。除此以外，直流电线路1是并联地连接有多个例如太阳能发电的元件的直流母线的情况也存在，直流电线路1包括这些线路。

图1至图4所记载的各实施方式，是蓄电元件10的负极与直流电线路1的负极1b侧连接的例子，但也可以是蓄电元件10的正极侧与直流电线路1的正极侧连接，可变电压源9的负极侧与直流电线路1的负极侧连接。

在该情况下，能够减小可变电压源9中使用的元件的端子·对地间的耐压。另外，在不耐受元件的端子·对地间的耐压的情况下，需要针对用于将元件冷却的每个冷却散热片绝缘并使电位从对地上浮，但通过使可变电压源9的侧的电位接近对地电位，不需要使冷却散热片上浮，作为包括冷却散热片的可变电压源9能够小型化。

根据该第6实施方式，将蓄电元件10的正极侧连接于直流电线路1的正极侧，并将可变电压源9的负极侧连接于直流电线路1的负极侧，从而能够减小可变电压源9使用的元件的端子·对地间的耐压。

根据以上说明的至少一个实施方式，能够实现能够使得用来将蓄电元件10与直流电线路1联结的设备小型化·低噪音化，并且在直流电线路1发生接地后也能够继续运转的蓄电装置2。

对本发明的实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子提示的，意图不是限定发明的范围。该新的实施方式，能够以其他各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形，包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。

另外，在兆瓦等的太阳能发电系统的直流送电线路中也可以设置(连接)并利用上述的蓄电装置。

符号说明

1…直流电线路，1a…正极，1b…负极，1b…电线路，2…蓄电装置，3…第1断路器，4…联结电抗器，5…半导体断路器，6…电压检测器，8…第2电压检测器，9…可变电压源，10…蓄电元件，11…接触器，12…第2断路器，13…熔丝，14…第1电路，15…变压器，16…第2电路，17…电流检测部，17…电容器，18…电抗器，19…电容器，20…电压检测器，21…第3电路，22…蓄电元件状态检测部，23…二极管，24…第2电流检测器，25…控制电路，26…第2电源，30…第1电压检测器，30a…接地点，31…第3断路器，32…分压电阻，34…电抗器，41…减法器，42…比例积分控制器(PI控制器)，43…比例控制器(P控制器)，44…加法器，45…减法器，51，52…半导体开关。

Claims (20)

1.一种蓄电装置，具备：

蓄电元件，与具有第1极及第2极的直流电线路连接，能够进行对所述直流电线路的充放电；

可变电压源，串联地连接在所述直流电线路的第1极与所述蓄电元件的正极之间，能够产生所述直流电线路的电压与所述蓄电元件的电压的差量的直流电压；

联结电抗器，连接在所述直流电线路的第1极与所述可变电压源之间；

电流检测器，检测在所述联结电抗器中流通的电流；以及

控制电路，使用由所述电流检测器检测的电流，对所述可变电压源进行驱动控制，以调整所述第1极及所述第2极之间的电压与所述蓄电元件的输出电压的差量。

2.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

具有监视所述可变电压源的负载状态的负载状态检测部，

所述控制电路，

根据由所述负载状态检测部检测到的所述可变电压源的负载状态，对所述可变电压源进行驱动控制。

3.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

对所述可变电压源进行驱动控制，以使在所述蓄电元件中流通的电流达到一定值以下。

4.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

在所述直流电线路的电压比所述蓄电元件的电压大时，对所述可变电压源进行驱动控制，以产生负的电压。

5.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

对所述可变电压源进行驱动控制，以使所述可变电压源的输出电压比所述蓄电元件的电压小。

6.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

在检测到的所述蓄电元件的状态超过了规定的阈值的情况下，对所述可变电压源进行驱动控制，以抑制在所述蓄电元件中流通的电流。

7.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

从上位系统接受电力指令，通过基于该电力指令的驱动控制使所述可变电压源的产生电压变化，控制所述蓄电元件的充放电。

8.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

基于所述蓄电元件的状态和所述直流电线路的电压，对所述可变电压源输出充放电指令，并进行控制以使基于所述蓄电元件和所述可变电压源的电压与所述充放电指令一致。

9.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

进行驱动控制，以使所述可变电压源将所述蓄电元件作为电源对所述直流电线路供给电力。

10.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

根据所述直流电线路的电压进行放电或者充电，并且根据检测到的所述蓄电元件的充电率，使蓄电装置开始充电的所述直流电线路的电压阈值及蓄电装置开始放电的所述直流电线路的电压阈值变化。

11.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述可变电压源具备检测在所述蓄电元件中流通的电流的电流检测部，

所述控制电路，

在由所述电流检测部检测的所述蓄电元件输出的电流的检测值在规定范围内时、或由所述电流检测器检测的所述蓄电元件和所述可变电压源对直流电线路输出的电流在规定范围内时、或者所述蓄电元件的电压在规定范围内时，使所述可变电压源的驱动停止。

12.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

根据检测到的所述蓄电元件的温度对所述可变电压源进行驱动控制。

13.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

所述可变电压源使用了IGBT元件或MOSFET。

14.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

具备连接在所述直流电线路的第2极与所述蓄电元件的负极之间的断路器。

15.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

具备半导体断路器，该半导体断路器连接在所述直流电线路的第1极与所述可变电压源之间，通过来自所述控制电路的控制，能够向正方向或反方向流通电流、并且能够切断电流的流通。

16.如权利要求15所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路对所述可变电压源进行驱动控制，以在将所述半导体断路器断开时使所述可变电压源的驱动停止。

17.如权利要求15所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

在所述第1极及所述第2极之间的电压超过了规定的阈值时，将所述半导体断路器断开。

18.如权利要求15所述的蓄电装置，其中，

所述控制电路，

在由所述电流检测器检测的电流的时间变化率超过了规定值时，将所述半导体断路器断开。

19.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

具备二极管或者具备所述二极管和与该二极管串联地连接的电阻器，所述二极管为，阴极端连接在所述联结电抗器与所述可变电压源之间的电路上，阳极端连接在所述蓄电元件的负极侧的电路上。

20.如权利要求1所述的蓄电装置，其中，

具备电容器，该电容器为，一端连接在所述联结电抗器与所述可变电压源之间的电路上，另一端连接在所述蓄电元件的负极侧的电路上。

Images