CN1865038A - 电动车控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种电动车控制设备，包括驱动电动车的电动机的逆变器(4)、为电动机(7)存储能量的存储装置(11)和与存储装置(11)连接的变换器，所述逆变器(4)包含检测电动机(7)的功率值的检测装置，和把检测装置检测的功率值传送给变换器(6)的传送装置，所述变换器(6)包括接收传送装置传送的功率值，并根据接收的功率值计算吸收电流的计算装置，和根据计算装置计算的吸收电流控制存储装置(11)的控制装置。

Description

电动车控制设备
技术领域
本发明涉及电动车控制设备。
背景技术
按照如日本专利申请KOKAI公开No.2003-18702和“A Study forElectric Double Layer Capacitor Series Connection for RailwayContraction”，2003 JIASC Conference 3-32中公开的铁路车辆中的双电层电容器串联连接的一般技术，采用利用VVVF逆变器(inverter)的技术进行所谓的再生限制(limiter)控制。如下进行再生限制控制。当VVVF逆变器被设定时，在再生制动期间，在吸收架空线方的再生能量的负载变得不足的轻负载再生状态下，检测到由VVVF逆变器的电容器电压的升高引起的架空线电压的增大，通过根据电容器电压降低再生制动力，抑制架空线电压的增大。这种情况下，当再生制动力被降低时，减小的制动力由机械制动产生的力补偿。对蓄能装置进行充电控制的DC/DC变换器依据制动期间DC/DC变换器的电容器电压的增大，检测到轻负载再生状态，并控制到蓄能装置的充电电流，以抑制电容器电压的增大。通过DC/DC变换器在蓄能装置中吸收的能量的数量和VVVF再生限制控制产生的再生制动力减小控制量以相应的滤波电容器电压为基础。另外，进行控制以使到VVVF逆变器的输入电流等于到DC/DC变换器的输入电流。另一方面，进行控制，以使到架空线的输入电流为0。
按照上述技术，DC/DC变换器依据制动期间DC/DC变换器的电容器电压的增大，检测到轻负载再生状态，并控制到蓄能装置的充电电流，以便抑制电容器电压的增大。此时，通过DC/DC变换器在蓄能装置中吸收的能量的数量和VVVF再生限制控制产生的再生制动力减小控制量由相应的滤波电容器电压确定，而不存在它们的直接控制。由此，相对于与由电容器电压检测误差和电压差引起的再生负载短缺对应的能量，吸收的能量变得不足或过多，导致不能有效地吸收能量。
虽然进行控制以使VVVF的输入电流等于到DC/DC变换器的输入电流，或者进行控制以使到架空线的输入电流为0，但是在这种方法中，难以识别架空线方的负载状态，并且能够返回给架空线方的再生能量通过DC/DC变换器可被蓄能装置吸收。
如果相对于与再生负载短缺对应的能量，吸收的能量不足，那么架空线电压增大，VVVF再生限制控制起作用，从而降低再生制动力。从而，由机械制动进行补偿。与此相反，当吸收的能量过多时，可被返回给架空线方的能量被蓄能装置吸收。由于蓄能装置的吸收容量有限，因此吸收不能被持续下去。
在任何一种上述情况下，VVVF蓄能装置的容量都不能被充分使用。即，不能有效地进行吸收。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种电动车控制设备，它能够在保持与再生负载短缺对应的能量和吸收的能量之间的平衡的同时，有效地把能量吸收到蓄能装置中。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种电动车控制设备，它包括驱动电动车的电动机的逆变器(inverter)、为电动机存储能量的存储装置和与存储装置连接的变换器，所述逆变器包含检测电动机的功率值的检测装置，和把检测装置检测的功率值传送给变换器的传送装置，所述变换器包括接收传送装置传送的功率值，并根据接收的功率值计算吸收电流的计算装置，和根据计算装置计算的吸收电流控制存储装置的控制装置。
本发明的其它目的和优点将在下面的说明中陈述，并且根据下面的说明，部分地将是显而易见的，或者可通过本发明的实践获悉。借助下面特别指出的手段和组合，可实现和获得本发明的目的和优点。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，并且与上面给出的一般说明和下面给出的实施例的详细描述一起，用于解释本发明的原理。
图1是表示包含根据本发明的第一实施例的电动车控制设备的电动车的外视图；
图2是表示电动车控制设备的结构的方框图；
图3是表示VVVF逆变器和DC/DC变换器的结构以及信号处理的方框图；
图4是表示电动机转矩，速度和电动车的功率之间的关系的图；
图5是表示吸收电流和功率之间的关系的图；
图6是表示根据本发明的第二实施例的电动车控制设备的VVVF逆变器和DC/DC变换器的结构的方框图；
图7是表示再生制动扼制(choke)量α与滤波电容器电压值的操作启动电压设定值(再生限制启动电压值)V1之间的关系的图；
图8是表示吸收电流和VVVF逆变器电容器电压之间的关系的图；
图9是表示根据本发明的第三实施例的电动车控制设备的VVVF逆变器和DC/DC变换器的结构的方框图；
图10是表示吸收电流和VVVF逆变器电容器电压之间的关系的图；
图11是表示根据本发明的第四实施例的电动车控制设备的VVVF逆变器和DC/DC变换器的结构的方框图；
图12是表示吸收电流和VVVF逆变器电容器电压之间的关系的图；
图13是表示根据本发明的第五实施例的电动车控制设备的结构的示意图；
图14是表示根据本发明的第六实施例的电动车控制设备的结构的示意图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是表示包含根据本发明的第一实施例的电动车控制设备的电动车的外视图。
如图1中所示，电动车10通过集电弓1从架空线21接收电力。接收的电力被输入电动车控制设备20。
图2是表示电动车控制设备20的结构的方框图。
电动车控制设备20包含集电弓1，接触器2，滤波电抗器3，VVVF逆变器4，DC/DC变换器6，电动机7，电抗器8，车轮9和蓄能装置11。假定VF、VD和VE是分别施加给VVVF逆变器4、DC/DC变换器6和蓄能装置11的电压，IE是从DC/DC变换器6流到蓄能装置11的电流。
下面说明具有上述结构的电动车控制设备20的操作。
图3是表示VVVF逆变器4和DC/DC变换器6的结构以及信号处理的方框图。
VVVF逆变器4包含检测/控制装置4a。检测/控制装置4a接收VVVF逆变器滤波电容器电压值100，电动车的速度信息，电动机的转矩信息，再生制动命令105等。检测/控制装置4a根据输入信息计算再生制动扼制量信息103，并把通过从再生制动命令105中减去再生制动扼制量信息103而获得的值作为电动机转矩命令输出给电动机7，从而控制电动机。
检测/控制装置4a还通过利用下面的等式，根据输入信息计算功率P，如图4中所示。
(电动机的转矩)*(电动车的速度)＝功率P
检测/控制装置4a把功率P信息102输出给DC/DC变换器6包含的检测/控制装置6a。DC/DC变换器滤波电容器电压值101被输入检测/控制装置6a。另外，充电电压值110从蓄能装置11被输入检测/控制装置6a。
检测/控制装置6a通过利用下面的等式，根据输入信息计算吸收电流I，如图5中所示。
(功率P)/(来自蓄能装置的充电电压)＝吸收电流I
当计算吸收电流I时，检测/控制装置6a把吸收电流I作为吸收电流命令104输出给蓄能装置11，从而控制蓄能装置11。
借助上述操作，使DC/DC变换器按照VVVF逆变器检测的各种信息工作，从而在保持与再生负载短缺对应的能量和吸收的能量之间的平衡的同时，使蓄能装置能够有效地吸收能量。
(第二实施例)
下面参考图6-8说明根据本发明的第二实施例的电动车控制设备。和第一实施例中相同的附图标记表示第二实施例中的相同部件，其详细说明将被省略。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于VVVF逆变器4的检测/控制装置4a不向DC/DC变换器6的检测/控制装置6a输出任何信息，关于蓄能装置11的DC/DC变换器滤波电容器电压值101的吸收启动电压值V3被预先设定成等于滤波电容器电压值100的操作启动电压设定值(再生限制启动电压值)V1。
图7表示再生制动扼制量α和滤波电容器电压值100的操作启动电压设定值(再生限制启动电压值)V1之间的关系。和第一实施例中一样，DC/DC变换器滤波电容器电压值101被输入检测/控制装置6a。
如图8中所示，DC/DC变换器6的检测/控制装置6a把关于蓄能装置11的DC/DC变换器滤波电容器电压值101的吸收启动电压值V3设定成等于V1的值。检测/控制装置6a随后根据DC/DC变换器滤波电容器电压值101计算吸收电流I，并将其作为吸收电流命令104输出给蓄能装置11，从而控制蓄能装置11。
上述操作使得能够确保来自VVVF逆变器的再生能量和DC/DC变换器的吸收功率之间的恰当平衡和协作，从而解决吸收的能量不足或者过多的问题。
(第三实施例)
下面参考图9和10说明根据本发明的第三实施例的电动控制设备。和第一实施例中相同的附图标记表示第三实施例中的相同部件，其详细说明将被省略。
第三实施例和第一实施例的不同之处在于从VVVF逆变器4的检测/控制装置4a输出给DC/DC变换器6的检测/控制装置6a的信息不同于再生制动扼制量信息103。
DC/DC变换器6还包含预定值检测单元6b。预定值检测单元6b根据输入的再生制动扼制量信息103，向DC/DC变换器6的检测/控制装置6a输出把吸收启动电压值V3校正为电压值V3′的校正命令(参见图10)。预定值检测单元6b被设定成如果例如α＞0(再生制动扼制量α)，那么向DC/DC变换器6的检测/控制装置6a输出校正命令。
VVVF逆变器4的检测/控制装置4a把再生制动扼制量α作为再生制动扼制量信息103输出给DC/DC变换器6的检测/控制装置6a。同时，操作启动电压设定值V1被输出给DC/DC变换器6的检测/控制装置6a。和第一实施例中一样，DC/DC变换器滤波电容器电压值101被输入检测/控制装置6a。
如图10中所示，DC/DC变换器6的检测/控制装置6a根据输入的再生制动扼制量信息103、操作启动电压设定值V1和DC/DC变换器滤波电容器电压值101，把蓄能装置11的DC/DC变换器滤波电容器电压值101的吸收启动电压值V3设定和控制成等于V1的值。检测/控制装置6a根据DC/DC变换器滤波电容器电压值101计算吸收电流I，并将其作为吸收电流命令112输出给蓄能装置11，从而控制蓄能装置11。
在上面的状态下，如果预定值检测单元6b根据输入到预定值检测单元6b的再生制动扼制量信息103，判别例如α＞0(再生制动扼制量α)，那么把吸收启动电压值V3校正为电压值V3′的校正命令被输出给DC/DC变换器6的检测/控制装置6a。当收到该校正命令时，DC/DC变换器6的检测/控制装置6a把吸收启动电压值V3校正为电压值V3′，如图10中所示。
即，当依据VVVF逆变器4的电容器电压的增大，启动再生限制控制时，VVVF逆变器4把再生制动扼制量信息103输出给DC/DC变换器6。如果再生制动扼制量的值超过预定值，那么DC/DC变换器6校正吸收启动电压值V3，以便将其降为电压值V3′。从而，VVVF逆变器的电容器电压变得低于DC/DC变换器6的电容器电压，DC/DC变换器6的操作被启动，从而在蓄能装置11中开始吸收。
借助上述操作，如果VVVF逆变器的电容器电压高于DC/DC变换器的电容器电压，那么仅仅通过VVVF再生限制控制，就能防止DC/DC变换器引起的功率吸收，从而通过与DC/DC变换器的功率吸收控制操作同步地利用VVVF逆变器进行再生限制控制操作，消除了不足的功率吸收的问题。
(第四实施例)
下面参考图11和12说明根据本发明的第四实施例的电动车控制设备。和第三实施例中相同的附图标记表示第四实施例中的相同部件，其详细说明将被省略。
第四实施例和第三实施例的不同之处在于从VVVF逆变器4的检测/控制装置4a输出给DC/DC变换器6的检测/控制装置6a的再生制动扼制量信息103是数字信号。
因此，DC/DC变换器6不包含预定值检测单元6b。相反，VVVF逆变器4包含预定值检测单元4b。
借助上述结构，操作命令120作为数字信号从VVVF逆变器4被传送给DC/DC变换器6。
当依据VVVF逆变器4的电容器电压的增大，启动再生限制控制时，VVVF逆变器4通过预定值检测单元4b，把操作命令120作为数字信号传送给DC/DC变换器6。如图12中所示，当收到操作命令120时，DC/DC变换器6计算吸收电流I2，将其作为吸收电流命令114输出给蓄能装置11，从而控制蓄能装置11。
借助上述操作，可使利用VVVF逆变器4的再生限制控制的启动与DC/DC变换器6的功率吸收的启动同步，从而防止不足功率吸收的发生。另外，把数字信号作为操作命令120使得可以简化DC/DC变换器6的结构。
(第五实施例)
下面参考图13说明根据本发明的第五实施例的电动车控制设备。
在第五实施例中，如图13中所示，既使用了第一实施例中的吸收电流命令104，又使用了第四实施例中的吸收电流命令114。
通过使用开关116能够切换吸收电流命令104和吸收电流命令114，并且每个命令可被输出为输出吸收电流命令130。例如，如果开关116切换命令，从而输出吸收电流命令104，那么输出吸收电流命令130变成功率运行(power running)命令。如果开关116切换命令，从而输出吸收电流命令114，那么输出吸收电流命令130变成再生命令。输出吸收电流命令130随后被输出给蓄能装置11，从而控制蓄能装置11。
借助上述操作，除了第一和第五实施例的效果之外，通过切换功率运行实施例和再生实施例，能够控制蓄能装置。
(第六实施例)
下面参考图14说明根据本发明的第六实施例的电动车控制设备。
在第六实施例中，如图14中所示，既使用了第一实施例中的吸收电流命令104，又使用了第二实施例中的吸收电流命令112。
通过利用加法器118，对吸收电流命令104和吸收电流命令112进行加法处理，所得到的信息被输出为输出吸收电流命令140。输出吸收电流命令140随后被输出给蓄能装置11，从而控制蓄能装置11。
借助上述操作，除了第一和第二实施例的效果之外，能够根据第一和第二实施例中的吸收电流命令控制蓄能装置。
本领域的技术人员易于想到另外的优点和修改。于是，本发明并不局限于这里表示和说明的具体细节和典型实施例。因此，在不脱离由附加的权利要求及其等同限定的总的发明构思的精神或范围的情况下，可做出各种修改。

Claims (6)

1、一种电动车控制设备，其特征在于包括驱动电动车的电动机的逆变器、为电动机存储能量的存储装置和与存储装置连接的变换器，
所述逆变器包含检测电动机的功率值的检测装置，和把检测装置检测的功率值传送给变换器的传送装置，并且
所述变换器包括接收传送装置传送的功率值，并根据接收的功率值计算吸收电流的计算装置，和根据计算装置计算的吸收电流控制存储装置的控制装置。
2、按照权利要求1所述的设备，其特征在于检测装置根据电动车的速度信息、电动机的电动机转矩信息和存储装置的充电电压，检测电动机的功率值。
3、一种电动车控制设备，其特征在于包括驱动电动车的电动机的逆变器、为电动机存储能量的存储装置和与存储装置连接的变换器，
所述变换器使当逆变器进行再生限制控制时，滤波电容器电压的操作启动电压设定值与变换器的滤波电容器电压的操作启动电压设定值一致。
4、按照权利要求3所述的设备，其特征在于变换器根据来自逆变器的命令控制存储装置。
5、按照权利要求4所述的设备，其特征在于所述命令是来自逆变器的再生制动力扼制量信息，并且变换器根据再生制动力扼制量信息校正滤波电容器电压的操作启动电压设定值。
6、按照权利要求4所述的设备，其特征在于命令是来自逆变器的基于再生制动力扼制量信息的操作命令，变换器计算待输出的吸收电流，并依据计算的吸收电流控制存储装置。
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