DE102013019420A1

DE102013019420A1 - Umrichter und Steuerungsverfahren für diesen

Info

Publication number: DE102013019420A1
Application number: DE201310019420
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nakatsuka; Yasuhiro Imazu; Akihiro MAOKA; Masaya Ichinose; Yasuhiro Kiyofuji; Akira Bando
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: JP6081178B2; DE102013019420B4; GB2510238B; GB2510238A8; GB201320740D0; GB2510238B8; US20140167701A1; GB2510238A; JP2014117993A

Abstract

Die Erfindung stellt einen Leistungswandler mit einer Mehrzahl von Leistungsumwandlungseinheiten bereit, die jeweils mit einer unterschiedlichen Zuleitung verbunden sind, eine Gleichstrom-Energieaustauscheinheit, die mit den Leistungssteuereinheiten verbunden ist und mit seiner Sekundärbatterie verbunden ist, und eine Leistungssteuereinheit, welche eine rückgewinnungsseitige Leistungsumwandlungseinheit, welche mit einer rückgewinnungsseitigen Zuleitung aus den Zuleitungen, durch welche ein Rückgewinnungsstrom fließt, verbunden ist, sowie die verbrauchsseitige Leistungsumwandlungseinheit, die mit einer verbrauchsseitigen Zuleitung verbunden ist, durch welche ein Verbrauchsstrom fließt, anweist, Leistung aus der rückgewinnungsseitigen Zuleitung über die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit an die verbrauchsseitige Zuleitung abzugeben. Die Leistungssteuereinheit bestimmt auch die Spannung der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit in der Weise, dass der Summe der rückgewonnenen Leistung aus der rückgewinnungsseitigen Zuleitung und der verbrauchten Leistung aus der verbrauchsseitigen Zuleitung entsprechende Energiemengen an die/aus der Sekundärbatterie ab/ausgegeben werden.

Description

Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umrichter, in der Lage ist, Leistung zwischen Zuleitungen auszutauschen und ein Steuerungsverfahren für den Umrichter.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Als regenerative Bremse bezeichnet man die Erzeugung einer Bremskraft unter Verwendung eines Motors, der normalerweise als Antriebsquelle verwendet wird, als Generator, um so kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und rückzugewinnen. Neure Schienenfahrzeuge wurden häufig mit regenerativen Bremsen ausgestattet. Die von der regenerativen Bremse erzeugte Leistung wird mit Hilfe einer Zuleitung von einem anderen Schienenfahrzeug aufgebraucht.
In der Zusammenfassung der JP-2010-221888-A wurden Probleme beschrieben, wonach "eine alternative Stromzuführungsvorrichtung bereitgestellt werden soll, welche eine parallele Zuführung während Zuführungszeiträumen bereitgestellt wird, in denen Leistung von zwei unterschiedlichen Unterstationen im Stromnetz eingespeist wird". In der JP-2010-221888-A werden "Mittel zum Lösen des Problems" so beschrieben, dass "eine alternative Stromeinspeisungsvorrichtung bereitgestellt wird, welche einen ersten Einspeisungsabschnitt und einen zweiten Einspeisungsabschnitt verbindet, wobei die alternative Stromeinspeisungsvorrichtung einen ersten mit dem Endteil des ersten Einspeisungsabschnitts verbundenen Wechselstrom-Gleichstromwandler, einem zweiten mit dem Endteil des zweiten Einspeisungsabschnitts verbundenen Wechselstrom-Gleichstromwandler und einen zwischen dem Gleichstrom-Eingabe/Ausgabe-Ende auf der positiven Seite des ersten Wechselstrom-Gleichstromwandler und dem Gleichstrom-Eingabe/Ausgabe-Ende an der negativen Seite des ersten Wechselstrom-Gleichstromwandlers angeschlossenen kapazitiven Gleichstromwandler umfasst, der ferner zwischen dem Gleichstrom-Eingabe/Ausgabe-Ende auf der positiven Seite des zweiten Wechselstrom-Gleichstromwandlers und dem Gleichstrom-Eingabe/Ausgabe-Ende an der negativen Seite des zweiten Wechselstrom-Gleichstromwandlers angeschlossen ist".
Als Problem wird in der Zusammenfassung der JP-2005-205970-A beschrieben, dass "die Einspeiseanschlussspannung auf beiden Seiten eines Abschnittsteils auf einer vorgegebenen Spannung gehalten wird und eine effektive Nutzung der regenerativen Energie ermöglicht wird". In JP-2005-205970-A wird als "Mittel zum Lösen des Problems" beschrieben, dass "ein Wechselstrom-Gleichstromwandler 42A mit einer einphasigen Wechselstromeinspeisung 3A verbunden ist und ein Wechselstrom-Gleichstromwandler 42B mit einer Einphasen-Wechselstromeinspeisung 3B verbunden ist, so dass eine Spannungsfluktuation an den Einspeise-Anschlussenden kompensiert werden kann. Gleichzeitig wird zwischen einem den beiden Wandlern (42A, 42B) gemeinsam zugehörigen Gleichstromschaltkreis und einem Leistungsspeicherelement 44 ein Gleichstrom-Wechselstromwandler 42C angeschlossen, um Fluktuationen in der Leistung zu kompensieren, welche durch die oben genannte Einspeisespannungskompensation verursacht werden, so dass die beschriebenen Probleme gelöst werden."
Zusammenfassung der Erfindung
Gewöhnlich wird die von einem Schienenfahrzeug durch die regenerative Bremse zurückgewonnene Leistung über eine Zuleitung durch das Schienenfahrzeug fließen gelassen. Diese zurückgewonnene Leistung verfällt, wenn andere an die Zuführungsleitung angeschlossene Schienenfahrzeuge sie nicht aufbrauchen können.
In der in JP-2005-205970-A beschriebenen Erfindung wird die Leistung in beide Richtungen zwischen zwei Zuleitungen umgewandelt und in einer Sekundärbatterie gespeichert, so dass es möglich wird, die regenerative Energie (regenerative Leistung) zu speichern und effektiv zu nutzen. In der in der JP-2005-205970-A beschriebenen Erfindung ist jedoch zwischen der Sekundärbatterie und einem Gleichstromschaltkreis ein Leistungswandler angeschlossen. Es besteht daher die Gefahr, dass es aufgrund des Leistungswandlers zu Leistungsverlusten kommt.
In der in der JP-2010-221888-A beschriebenen Erfindung ist der Leistungswandler, der wechselseitig Leistung zwischen zwei Zuleitungen umwandelt, mit einem kapazitiven Gleichstromschaltkreis ausgestattet, welche eine Sekundärbatterie zum Ausführen einer Leistungsumwandlung zwischen den zwei Zuleitungen durchführt. Es ist jedoch nicht offenbart, wie die Sekundärbatterie gesteuert wird, um die regenerative Leistung zu speichern und wie die regenerative Leistung, die in der Sekundärbatterie gespeichert ist, effektiv genutzt werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leistungswandler bereitzustellen, der in der Lage ist, von einem Elektromotor rückgewonnene Leistung auszutauschen und zu nutzen und ein Steuerungsverfahren für den Leistungswandler bereitzustellen.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, stellt die Erfindung einen Leistungswandler bereit, der eine Mehrzahl von Leistungswandlungseinheiten umfasst, die jeweils an eine andere Zuleitung angeschlossen sind, eine Gleichstromenergie-Austauscheinheit, die mit den Leistungsumwandlungseinheiten und der Sekundärbatterie verbunden ist, und eine Leistungssteuereinheit, welche die Leistungsumwandlungseinheit auf der Regenerationsseite, mit der regenerationsseitigen Zuleitung aus den Zuleitungen verbunden ist, durch welche eine regenerativer Strom fließt, sowie die verbraucherseitige Leistungsumwandlungseinheit, die mit der verbraucherseitigen Zuleitung derselben verbunden ist, durch welche ein Verbrauchsstrom fließt, derartig instruiert, dass Leistung von der regenerationsseitigen Zuleitung zu der verbraucherseitigen Zuleitung über die Gleichstromenergie-Austauscheinheit abgegeben wird. Die Leistungssteuerungseinheit ermittelt auch die Spannung der Gleichstromenergie-Austauscheinheit in der Weise, dass Energie entsprechend der Summe der regenerativen Leistung aus der regenerationsseitigen Zuleitung und der verbrauchten Leistung aus der verbraucherseitigen Zuleitung an die/aus der sekundären Batterie abgegeben/entnommen wird.
Andere Mittel werden in den Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen Leistungswandler bereitzustellen, der die von einem Elektromotor regenerierte Leistung austauschen und nutzen kann und ein Steuerungsverfahren für den Leistungswandler bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Diese und andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung klarer, wenn diese in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
1 ein schematisches Konfigurations-Diagramm ist, welches einen Leistungswandler nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ein Diagramm ist, welches die Details des Leistungswandlers nach dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert;
3 ein Graph ist, welcher die Ladeeigenschaften einer Sekundärbatterie darstellt;
4 ein Diagramm ist, welches einen logischen Aufbau einer Leistungssteuereinheit nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ein Diagramm ist, welches die Berechnung der Lade- und Entlademenge und die Berechnung der Austauschmenge in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ein schematisches Konfigurations-Diagramm ist, welches einen Leistungswandler nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ein Diagramm ist, welches einen logischen Aufbau einer Leistungssteuereinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ein Diagramm ist, welches die Berechnung der Auflade- und Entlademenge und die Berechnung der ausgetauschten Menge nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ein schematisches Aufbau-Diagramm ist, welches einen Leistungswandler nach dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
10 ein Diagramm ist, welches den logischen Aufbau einer Leistungssteuereinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt; und
11 ein Diagramm ist, welches eine Beziehung zwischen den Schienenleitungen und den Zuleitungen in dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden detailliert bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist ein schematisches Konfigurations-Diagramm, welches einen Leistungswandler nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Der Leistungswandler 1 ist mit einer Zuleitung 2-1 (erste Zuleitung) und einer Zuleitung 2-2 (zweite Zuleitung) verbunden und wandelt Leistung zwischen diesen Zuleitungen (2-1, 2-2) wechselseitig um und tauscht diese aus. Da die Zuleitungen (2-1, 2-2) auf die gleiche Weise aufgebaut sind, wird der die Zuleitung 2-1 als Beispiel beschrieben und die Beschreibung der Zuleitung 2-2 wird weggelassen. Die Zuleitungen 2-1, 2-2... werden im Folgenden einfach als Zuleitungen 2 bezeichnet, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Die Zuleitung 2-1 betreibt ein Schienenfahrzeug 6-1 mit einer einphasigen Wechselspannung eines BT (Booster Transformator) Einspeisesystems, die von einem Transformator 3 bereitgestellt wird. Die Zuleitung 2-1 ist über einen Amperemeter 4-1 mit dem Transformator 3 verbunden und mit einem Anschluss des Leistungswandlers 1 verbunden, so dass über einen Oberleitungs-Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs 6-1 Leistung ausgetauscht werden kann. Ein in die Richtung der Zuleitung 2-1 durch den Amperemeter 4-1 fließender Strom ist ein Versorgungsstrom I1a. Eine an die Zuleitung 2-1 angelegte Spannung ist eine Spannung V1. Eine in die Zuleitung 2-1 eingespeiste Leistung ist eine Versorgungsleistung P1a. Zwischen der Zuleitung 2-1 und dem Leistungswandler 1 ausgetauschte Leistung ist eine Austauschleitung P1c.
Der Transformator 3 hat ein mit einem Dreiphasen-Wechselstromsystem (nicht dargestellt) verbundenes Ende, ein erstes weiteres Ende, welches über den Amperemeter 4-1 mit der Zuleitung 2-1 verbunden ist, und ein zweites weiteres Ende, welches über einen Amperemeter 4-2 mit der Zuleitung 2-2 verbunden ist. Der Leistungswandler 1 minimiert dabei eine von dem Wechselstromsystem bereitgestellte Leistung, um so die Stromkosten der Zuleitungen 2-1, 2-2 minimieren zu können. Der Transformator 3, der beispielsweise ein Scott-Verbindungstransformator ist, wandelt die Spannung des dreiphasigen Wechselstromsystems in ein einphasiges Wechselstromsystem mit einer vorgegebenen Spannung um und speist diese in die Zuleitungen 2-1 und 2-2 ein.
Der Amperemeter 4-1 hat ein mit dem Transformator 3 verbundenes Ende und ein anderes mit der Zuleitung 2-1 verbundenes Ende und einen mit der Leistungssteuerungseinheit 11 über eine Kommunikationsleitung verbunden Sensorausgang. Der Amperemeter 4-1 misst den in die Zuleitung 2-1 eingespeisten Strom I1a und gibt diesen aus. Der Amperemeter 4-2 ist ähnlich zu dem Amperemeter 4-1. Die Amperemeter 4-1, 4-2... werden im Folgenden einfach als Amperemeter 4 bezeichnet, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Ein Voltmeter 5-1 hat ein mit der Zuleitung 2-1 verbundenes Ende und einen über eine Kommunikationsleitung mit der Leistungssteuereinheit 11 verbundenen Sensorausgang. Der Voltmeter 5-1 misst die Spannung V1, die an die Zuleitung 2-1 angelegt wird und gibt diese aus. Die Spannung V1 ist ein effektiver Wert der Spannung der einphasigen Wechselspannung. Ein Voltmeter 5-2 ist ähnlich zu dem Voltmeter 5-1. Die Voltmeter 5-1, 5-2... werden im Folgenden einfach als Voltmeter 5 beschrieben, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Das Schienenfahrzeug 6-1 ist ein Fahrzeug, welches auf elektrifizierten Schienenstrecken fährt. Das Schienenfahrzeug 6-1 verbraucht Leistung, wobei es einen Motor als Antriebsquelle bei der Beschleunigung nutzt, erzeugt durch die der Verwendung des Motors als Generator beim Verlangsamen eine Bremskraft und regeneriert in diesem Zusammenhang Leistung aus der kinetischen Energie. Die von dem Schienenfahrzeug 6-1 verbrauchte Leistung ist eine Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b.
Obwohl eine Mehrzahl von Fahrzeugen entlang der Zuleitung 2-1 fahren, werden diese Fahrzeuge als das Schienenfahrzeug 6-1 modelliert und die Summe der Leistungen dieser Fahrzeuge wird als die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b angenommen. Wenn die die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b positiv ist, stellt das Schienenfahrzeug 6-1 einen Stromverbraucher dar und verbraucht Strom. Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b negativ ist, stellt das Schienenfahrzeug 6-1 eine regenerative Leistung bereit und regeneriert die Leistung. Ein Schienenfahrzeug 6-2 entspricht auch dem Schienenfahrzeug 6-1. Die Schienenfahrzeuge 6-1, 6-2... werden im Folgenden einfach als Schienenfahrzeuge 6 beschrieben, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Der Leistungswandler 1 ist mit dem Sensorausgang des Voltmeters 5-1 und dem Sensorausgang des Amperemeters 4-1 verbunden. Der Leistungswandler 1 ist daher in der Lage, die Spannung V1 der Zuleitung 2-1 und den in die Zuleitung 2-1 eingespeisten Strom I1a zu messen und die Versorgungsleistung P1a zu berechnen. Genauso ist der Leistungswandler 1 mit einem Sensorausgang des Voltmeters 5-2 und einem Sensorausgang des Amperemeters 4-2 verbunden. Der Leistungswandler 1 kann daher die Spannung V2 der Zuleitung 2-2 und eine einen Versorgungsstrom I2a, der in die Zuleitung 2-2 eingespeist wird, messen und die Versorgungsleistung P2a berechnen.
Der Leistungswandler 1 umfasst eine Leistungssteuereinheit 11, einen Amperemeter 12-1, welcher einen Austauschstrom I1c misst, einen Transformator 13-1, eine Leistungsumwandlungseinheit 14-1, welche Leistungen beider Richtungen umwandelt und einen Amperemeter 12-2, welcher einen Austauschstrom 12c misst, einen Transformator 13-2, eine Leistungsumwandlungseinheit 14-2, die Leistungen beider Richtungen umwandelt, einen Voltmeter 15, welcher einen Gleichstromspannungsanteil Vdc misst, eine Sekundärbatterie 16 und eine Gleichstromenergie-Austauscheinheit 17.
Die Leistungssteuereinheit 11 hat einen ersten Ausgangsanschluss, der über eine Kommunikationsleitung mit der Leistungsumwandlungseinheit 14-1 verbunden ist, um ein Steuersignal C1 auszugeben, sowie einen zweiten Ausgangsanschluss, der über eine Kommunikationsleitung mit der Leistungsumwandlungseinheit 14-2 verbunden ist, um ein Steuersignal C2 auszugeben. Die Leistungssteuereinheit 11 steuert die Leistungsumwandlungseinheit 14-1 durch das Steuersignal C1 und steuert die Leistungsumwandlungseinheit 14-2 durch das Steuersignal C2, um so die Leistung zwischen den Zuleitungen 2-1, 2-2 aufzuteilen und überschüssige Energie, die nicht ausgetauscht werden kann, in die Sekundärbatterie 16 einzuspeisen.
Der Amperemeter 12-1 hat ein mit der Zuleitung 2-1 verbundenes Ende und ein mit dem Transformator 13-1 verbundenes Ende sowie einen mit der Leistungssteuereinheit 11 über eine Kommunikationsleitung verbundenen Sensorausgabeanschluss. Der Amperemeter 12-1 misst den von der Zuleitung 2-1 zu dem Transformator 13-1 fließenden Austauschstrom I1c und übermittelt den gemessenen Wert des Stroms über die Kommunikationsleitung an die Leistungssteuereinheit 11. der Amperemeter 12-2 gleicht dem Amperemeter 12-1. Die Amperemeter (12-1, 12-2) werden im Folgenden einfach als Amperemeter 12 bezeichnet, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Wenn der Regenerationsstrom durch die Zuleitung 2-1 fließt und die zurückgewonnene Leistung erzeugt mit (Verbrauchte/Zurückgewonnene Leistung P1b ist negativ), weist die Leistungssteuereinheit 11 die Leistungswandlereinheit 14-1 an, die zurückgewonne Leistung aus dieser Zuleitung 2-2 aufzunehmen.
Die Leistungssteuereinheit 11 weist die Leistung Umwandlungseinheit 14-1 an, die Gleichstromanteils-Spannung Vdc in der Weise zu bestimmen, dass dann, wenn der SOC (Ladezustand) der Sekundärbatterie 16 eine vorgegebene Bedingung erfüllt, eine der Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung der jeweiligen Zuleitungen 2 entsprechende Energie in die Sekundärbatterie eingespeist bzw. aus dieser entnommen wird. Die Leistungssteuereinheit 11 weist die Leistungsumwandlungseinheit 14-1 an, die Gleichstromanteilsspannung Vdc so zu bestimmen, dass ein Einspeisen/eine Ausgabe von Energie in bzw. aus der Sekundärbatterie 16 vermieden wird, wenn der SOC der Sekundärbatterie 16 die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt.
Wenn die regenerative Leistung in der Zuleitung 2-2 erzeugt wird (verbrauchte/regenerative Leistung P2b ist negativ), weist die Leistungssteuereinheit 11 die Leistungsumwandlungseinheit 14-2 an, die zurückgewonnene Leistung aus dieser Zuleitung 2-1 aufzunehmen.
Die Leistungssteuereinheit 11 weist die Leistungsumwandlungseinheit 14-2 an, einen Austauschstrom I2c in der Weise zu bestimmen, dass dann, wenn der SOC der Sekundärbatterie 16 die vorgegebene Bedingung erfüllt, eine der Summe aus Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung der jeweiligen Zuleitungen 2 entsprechende Energie in die bzw. aus der Sekundärbatterie eingespeist bzw. entnommen wird. Die Leistungssteuereinheit 11 weist die Leistungsumwandlungseinheit 14-2 an, den Austauschstrom I2c so zu bestimmen, dass eine Einspeisung bzw. Entnahme von Energie in die bzw. aus der Sekundärbatterie 16 vermieden wird, wenn der SOC der Sekundärbatterie 16 die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt.
Der Voltmeter 15 hat ein mit der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 verbundenes Ende und einen mit der Leistungssteuereinheit 11 über eine Kommunikationsleitung verbundenen Sensorausgabeanschluss. Der Voltmeter 15 misst die Gleichstromanteilsspannung VDC, die an die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 angelegt wird, und übermittelt den gemessenen Wert der Spannung über die Kommunikationsleitung an die Leistungssteuereinheit 11.
Die Sekundärbatterie 16 ist mit der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 verbunden und hat einen über eine Kommunikationsleitung mit der Leistungssteuereinheit 11 verbundenen SOC Ausgangsanschluss. Die Sekundärbatterie 16 empfängt entsprechend der Summe der verbrauchten/regenerativen Leistung P1b der Zuleitung 2-1 und der verbrauchten/regenerativen Leistung PIb der Zuleitung 2-2 überschüssige Energie oder gibt diese aus. Die Sekundärbatterie 16 gibt ferner Information über den SOC der entsprechenden Batterie an die Leistungssteuereinheit 11 aus.
Die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 ist mit einer Gleichstromseite der Leistungsumwandlungseinheit 14-1 sowie mit einer Gleichstromseite der Energieumwandlungseinheit 14-2 verbunden. Ferner ist die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 mit der Sekundärbatterie 16 verbunden, so dass sie die Sekundärbatterie 16 umfasst. Die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 tauscht in beide Richtungen Energie zwischen den Leistungsumwandlungseinheiten (14-1, 14-2) und der Sekundärbatterie 16 aus.
Ein Strom I1d fließt von der Leistungsumwandlungseinheit 14-1 an die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17.
Ein Lade/Entladestrom I0 fließt von der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 zu der Sekundärbatterie 16. Wenn der Lade/Entladestrom I0 positiv ist, wird er in die Sekundärbatterie 16 geladen. Wenn der Lade/Entladestrom I0 negativ ist, fließt er aus der Sekundärbatterie 16 heraus.
2 ist ein Diagramm, welches die Details des Leistungswandlers nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 umfasst einen geerdeten Mittelpunkt 17C, einen positiven Punkt 17P, an welchem eine positive Gleichspannung anliegt, und einen negativen Punkt 17N, an welchem eine negative Gleichspannung anliegt. Der Volt Meter 15-1 ist mit dem positiven Punkt 17P verbunden. Der Voltmeter 15-2 ist mit dem negativen Punkt 17N verbunden.
Der Voltmeter 15-1 hat ein mit dem positiven Punkt 17P der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 verbundenes Ende. Der Voltmeter 15-1 misst eine an dem positiven Punkt 17P anliegende Positivpiunkt-Spannung Vdcp, die an dem positiven Punkt 17P anliegt. Die Leistungssteuereinheit 11 (siehe 1) addiert die von dem Voltmeter 15-1 gemessene Positivpunkt-Spannung Vdcp und eine von dem Voltmeter 15-2 gemessene Negativpunktspannung Vdcn, um die Gleichstromanteils-Spannung Vdc zu berechnen.
Die Sekundärbatterie 16 umfasst Batterieeinheiten (161-1 bis 161-6), eine Sekundärbatterie-Steuereinheit 162 und Schalter-Schaltkreise (163-1 bis 163-6). Die Batterieeinheiten (161-1 bis 161-6) werden im Folgenden einfach als Batterieeinheiten 161 beschrieben, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden. Die Schalter-Schaltkreise (163-1 bis 163-6) werden im Folgenden einfach als Schalterschaltkreise 163 beschrieben, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Die Batterieeinheiten (16 1,1 bis 16 1-3) sind zwischen dem Mittelpunkt 17C und dem Positivpunkt 17P über die Schalterschaltkreise (163-1 bis 163-3) angeschlossen und an ihnen liegt die Positivpunkt Spannung Vdcp an. Die Batterieeinheiten (16 1,4 bis 16 1-6) sind zwischen dem Negativpunkt 17N und dem Mittelpunkt 17C über Schalter Schaltkreise (163-4 bis 163-6) angeschlossen und an ihnen liegt die Negativpunktspannung Vdcn an.
Die Sekundärbatterie Steuereinheit 162 ist mit Steueranschlüssen der Schalterschaltkreise (163-1 bis 63-6) verbunden, um diese Schalterschaltkreise (163-1 bis 163-6) ein- und auszuschalten.
Die Batterieeinheit 161-3 ist zwischen dem Mittelpunkt 17C und dem Positivpunkt 17P über den Schalterschaltkreis 163-3 angeschlossen. Die Batterieeinheit 161-2 ist über die Schalterschaltkreise (163-2, 163-3) zwischen dem Mittelpunkt 17C und dem Positivpunkt 17P angeschlossen. Die Batterieeinheiten (161-4 bis 161-6) und die Schalter Schaltkreise (163-4 bis 163-6) sind in ähnlicher Weise aufgebaut. Da die Sekundärbatterie-Steuereinheit 162 so für jede Batterieeinheit 161 von der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit getrennt werden kann, kann beim Auftreten eines Fehlers in der Batterieeinheit 161 die entsprechende Batterieeinheit 161 leicht ausgetauscht werden.
Die Sekundärbatterie-Steuereinheit 162 misst ferner die Ausgangsspannung, den Ausgangsstrom, wie Temperatur und Ähnliches der entsprechenden Batterieeinheiten 161 mittels verschiedener Sensoren (nicht dargestellt), um Informationen über den SOC zu berechnen und gibt diese an die Leistungssteuereinheit 11 aus (siehe 1).
3 ist ein Graph, welcher die Ladekennlinie der Sekundärbatterie zeigt. Die horizontale Achse des Graphen gibt den SOC der Sekundärbatterie 16 an. Die vertikale Achse des Graphen gibt die Spannung V der Sekundärbatterie 16 an. Die Sekundärbatterie Steuereinheit 162 berechnet den SOC der jeweiligen Batterieeinheit 161 und den SOC der Sekundärbatterie 16 abhängig von der Ausgangsspannung der entsprechenden Batterieeinheit 161 und der Kennlinie des entsprechenden Graphen und gibt diese dann an die Leistungssteuereinheit 11 aus (siehe 1).
Die SOC-Spannungs-Kennlinie der Sekundärbatterie 16 ist zwischen 30 % und 70 % annähernd linear. Wenn der SOC 30 % beträgt, gibt die Sekundärbatterie 16 eine Spannung Vmin aus. Wenn der SOC 70 % beträgt, gibt die Sekundärbatterie 16 eine Spannung Vmax aus. Wenn der SOC einem Soll-SOC entspricht, gibt die Sekundärbatterie 16 eine Spannung Vt aus. Die Leistungssteuereinheit 11 nach dem ersten Ausführungsbeispiel steuert den SOC der Sekundärbatterie 16 in einer solchen Weise, dass dieser zumindest in einem Bereich zwischen 30 % und 70 % fällt. Der SOC ist jedoch nicht darauf beschränkt sondern kann auch so gesteuert werden, dass er in einen beliebigen SOC-Bereich fällt.
Die Leistungssteuereinheit 11 in dem ersten Ausführungsbeispiel setzt ferner den soll SOC auf ungefähr 50 %, um zu gewährleisten, dass die Sekundärbatterie 16 eine ausreichende Rest-Auflade und Entlade-Leistung hat und um die Lebensdauer der jeweiligen Batterieeinheit 11 zu verlängern.
4 ist ein Diagramm, welches den logischen Aufbau der Leistungssteuereinheit nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die Leistungssteuereinheit 11 ist mit Leistungsberechnungs-Abschnitt (111-1, 111-2), einem Stromberechnungs-Abschnitt 112, einem Batterie-Kennlinien Berechnungs-Abschnitt 113, Addierern/Subtrahierern (114-1, 114-2), Proportional-Integral-Reglern (115-1, 115-2) und Momentanwert-Steuerungsabschnitten (116-1, 116-2) ausgestattet. Der Versorgungsstrom I1a, der Austauschstrom I1c und die die Zuleitung 2-1 betreffende Spannung V1, der Versorgungsstrom I2a, der Austauschstrom I2c und die die Zuleitung 2-2 betreffende Spannung V2, der SOC der Sekundärbatterie 16 und die Gleichspannungsanteil Spannung Vdc, die an der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 anliegt, werden in die Leistungssteuereinheit 11 eingegeben. Abhängig von der eingegebenen Informationen werden von der Leistungssteuereinheit 111 Steuersignale C1 und C2 ausgegeben. Die Leistungsberechnungs-Abschnitte 111-1, 111-2... werden im Folgenden einfach als Leistungsberechnung Abschnitt 111 beschrieben, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden. Die Momentanwert-Steuerungsabschnitte (116-1, 116-2) werden im Folgenden einfach als Momentanwert-Steuerungsabschnitt 116 beschrieben, wenn sie nicht speziell voneinander unterschieden werden.
Die verbrauchte/regenerative Leistung P1b des Schienenfahrzeugs 6-1 entspricht der Differenz zwischen der Versorgungsleistung P1a und der Austauschleistung P1c an die Zuleitung 2-1. Der Leistungsberechnung Abschnitt 111-1 berechnet die verbrauchte/regenerative Leistung P1b des Schienenfahrzeug 6-1 abhängig von dem Versorgungsstrom I1a, dem Austauschstrom I1c und der Spannung V1 bezogen auf die Zuleitung 2-1 sowie mit der folgenden Gleichung (1): P1b = P1a – P1c = (I1a – I1c) × V1 (1)
Genauso entspricht die verbrauchte/regenerative Leistung P2b des Schienenfahrzeugs 6-2 der Differenz zwischen der Versorgungsleistung P1a und der Austauschleistung P2c für die Zuleitung 2-2. Der Leistungsberechnungs-Abschnitt 111-2 berechnet die verbrauchte/regenerierte Leistung P2b des Schienenfahrzeugs abhängig von dem Versorgungsstrom I2a, dem Austauschstrom I2c und der Spannung Frau 2 bezogen auf die Zuleitung 2-2 und mittels der folgenden Gleichung (2): P2b = P2a – P2c = (I2a – I2c) × V2 (2)
Der Stromberechnungsabschnitt 102 ermittelt aufgrund der Summe der verbrauchten/regenerierten Leistung (P1b, P2b) und den derzeitigen SOC, ob die Sekundärbatterie 16 aufgeladen oder entladen werden soll oder ob weder ein Entladen noch ein Aufladen der Sekundärbatterie 16 erfolgen soll.
Der Einfachheit halber wird im folgenden davon ausgegangen, dass die Kapazität der Sekundärbatterie 16 unendlich ist und bezogen auf die Auflade/Entlade Leistung P0 keine Beschränkungen vorliegen. Wenn die Versorgungsleistungen (P1a, P2a) so berechnet werden, dass sie in diesem Zeitpunkt minimal werden, wird ein Auflade/Entlade-Leistungsprofil P0* durch die folgende Gleichung (3) dargestellt.
Da die Auflade-/Entlade-Leistung P0 der Sekundärbatterie 16 in Wirklicheit durch die Kapazität des Sekundärbatterie 16 begrenzt ist, ist es notwendig, Beschränkende Bedingungen in die Gleichung (3) aufzunehmen. P0* = –(P1b + P2b) (3)
Wenn die Summe der verbrauchten/regenerativen Leistung (P1b, P2b) positiv ist (der Stromverbrauch dominiert) und der derzeitige SOC höher als der Soll-SOC ist, entlädt der Stromberechnungsabschnitt 112 Energie entsprechend dem Betrag der Summe der verbrauchten/Trainer regenerative Tiefenleistung (P1b, P2b) aus der Sekundärbatterie 16. Dadurch wird die in der Sekundärbatterie 16 gespeicherte Energie effizient genutzt.
Wenn die Summe der verbrauchten/regenerativen Leistung (P1b, P2b) positiv ist (Stromverbrauch dominiert) und der derzeitige SOC kleiner oder gleich dem Soll-SOC ist, führt der Stromberechnungsabschnitt 112 weder eine Aufladung noch eine Entladung der Sekundärbatterie 16 aus. Dadurch wird vermieden, dass die Sekundärbatterie 16 überladen wird.
Wenn die Summe der verbrauchten/regenerativen Leistung (P1b, P2b) negativ ist (regenerative Leistung dominiert) oder 0 beträgt oder der aktuelle SOC geringer als der maximale SOC ist, lädt der Stromberechnungsabschnitt 112 eine dem Betrag der Summe der verbrauchten/regenerativen Leistung (P1b, P2b) entsprechende Energie in die Sekundärbatterie 16. Dadurch kann eine Verschwendung regenerativer Leistung vermieden werden.
Wenn die Summe der verbrauchten/regenerativen Leistung (P1b, P2b) negativ ist (die regenerative Leistung dominiert) oder 0 beträgt und wenn der derzeitige SOC größer oder gleich dem maximalen SOC ist, lädt der Stromberechnungsabschnitt 102 die Sekundärbatterie 16 weder auf noch entlädt sie. Dadurch kann vermieden werden, dass die Sekundärbatterie 16 in einen überladenen Zustand gerät.
Wenn die Energie in die Sekundärbatterie 16 geladen wird oder aus dieser entladen wird, berechnet der Stromberechnungsabschnitt 112 einen Ladungsstrom-Befehlswert I0* mithilfe der folgenden Gleichung (4). Wenn die Sekundärbatterie weder aufgeladen noch entladen wird, setzt der Strom-Berechnungsabschnitt 112 den Ladestrom-Befehlswert I0* auf 0.
Der Batterie-Kennlinien Berechnungsabschnitt 113 berechnet einen Gleichstromanteils-Spannungs-Befehlswert Vdc* in diesem Zeitpunkt, so dass ein dem Ladestrom-Befehlswert I0* entsprechender Strom in die Sekundärbatterie 16 fließt.
Der Addierer/Subtrahierer 114-1 subtrahiert die derzeitige Gleichstromanteilsspannung Vdc von dem Gleichstromanteils-Spannungs Befehlswert Vdc*. Der Proportional-Integral-Regler 115-1 führt einer Proportional-Integral-Regelung für das von dem Addierer/Subtrahierer 114-1 ausgegebene Ergebnis aus. Der Addierer/Subtrahierer 114-1 und der Proportional-Integral-Regler 115-1 ermöglichen daher, dass die Gleichstromanteil Spannung Vdc gegen den Gleichtsstromanteils-Spannungs-Befehlswert Vdc* konvergiert.
Der Addierer/Subtrahierer 114-1 und der Proportional-Integral-Regler 115-1 berechnen einen Gleichstrom-Spannungsbefehl Vdcx abhängig von der folgenden Gleichung (5), wobei eine Proportional-Integral-Regelung Funktion als eine Funktion PI (Proportional Integral) dargestellt wird.
Der Momentanwert-Steuerungsabschnitt 116-1 erzeugt ein Steuersignal C1 für die Leistungs-Umwandlungseinheit 14-1 abhängig von dem Gleichstromanteils-Spannungs-Befehlswert Vdcx. Die Leistungs-Umwandlungseinheit 17-1 führt gemäß dem Steuersignal C1 eine Leistungsumwandlung durch.
Der Strom Berechnungsabschnitt 112 ermittelt eine zwischen der Zuleitung 2-1 und der Gleichstromenergie-Austauscheinheit 17 ausgetauschte Austauschleistung P1c und einer zwischen der Zuleitung, 2 und der Energie Austausch Einheit 17 ausgetauschte Austauschleistung P2c abhängig von der verbrauchten/regenerierten Leistung (P1b, P2b).
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b positiv ist und die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P2b negativ ist oder wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b negativ ist und die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P2b positiv ist, wird der Betrag des jeweils kleineren des Betrags aus der Verbrauchs/Regenerativen Leistung P1b und des Betrags der Verbrauchs/Regenerativen Leistung P2b zwischen der die regenerative Leistung bereitstellenden Zuleitung 2 und der Leistung verbrauchenden Zuleitung 2 ausgetauscht.
Wenn die aufgeladene/entladene Leistung P0 der Sekundärbatterie 16 nicht 0 beträgt, ermittelt der Strom Berechnungsabschnitt 112 ferner diejenige Zuleitung 2, die zu dem größeren der Beträge der verbrauchten/regenerativen Leistung P1b und der verbrauchten/regenerativen Leistung P2b gehört und addiert die aufgeladene/entladene Leistung P0 dann zu der Austauschleistung aus dieser Zuleitung. Auf diese Weise ermittelt der Strom Berechnungsabschnitt 112 die Austauschstrom Befehlswerte (P1c*, P2c*).
Der Strom Berechnungsabschnitt 112 ermittelt einen Austauschstrom Befehlswert I2c*abhängig von den ermittelten Austauschleistung Befehlswert P2c*, der Spannung V2 und der folgenden Gleichung (6):
Der Addierer/Subtrahierer 117-2 subtrahiert den derzeitigen Austauschstrom I2c von den Austauschstrom Befehlswert I2c*. Der Proportional-Integral-Regler 115-2 führt eine Proportional-Integralregelung für das Ergebnis aus, das von dem Addierer/Subtrahierer 114-2 ausgegeben wurde. Der Addierer/Subtrahierer 114-2 und der Proportional-Integral-Regler 115-2 ermöglichen so die Konvergenz des Austauschstroms I2c gegen den Austauschstrom-Befehlswert I2c*.
Der Addierer/Subtrahierer 117-2 und der Proportional-Integral-Regler 115-2 berechnen einen Austauschstrom-Befehlswert I2x mit Hilfe der folgenden Gleichung (7). In der Gleichung (7) wird eine Proportional-Integral Regelungsfunktion als eine Funktion PI dargestellt.
Der Momentanwert-Regelungsabschnitt 116-2 erzeugt ein Steuersignal C2 für die Leistungsumwandlungseinheit 14-2 abhängig von dem Austauschstrom-Befehlswert I2x. Die Leistungsumwandlungseinheit 14-2 führt gemäß dem Steuersignal C2 eine Leistungsumwandlung durch.
Auf die oben beschriebene Weise erzeugt die Leistungssteuereinheit 11 die Steuersignale (C1, C2) und tauscht Leistung zwischen den Zuleitungen (2-1, 2-2) aus.
5A, 5B sind Diagramme, welche die Berechnung der Aufladungs- und Entladungsmengen und der Austauschmenge in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen.
5 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Berechnung der Aufladungs- und Entladungsmenge zeigt.
Wenn die Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b, P2b) positiv ist (der Stromverbrauch dominiert) und der derzeitige SOC höher als der Soll-SOC ist, dient der Leistungswandler 1 dazu, Energie entsprechend der Summe der Verbrauchs/geht Regenerationsleistung (P1b, P2b) aus der Sekundärbatterie 16 abzuziehen. Wenn die Energie aus der Batterie 16 abgezogen wird, wird die aufgeladene/entladene Leistung P0 negativ. Die aufgeladene/entladene Leistung P0 wird also durch die obige Gleichung (3) dargestellt.
Wenn die Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistungen (P1b, P2b) positiv ist (der Stromverbrauch dominiert) und der derzeitige SOC kleiner oder gleich dem Soll-SOC ist, führte Leistungswandler 1 m einen Auflagevorgang noch einen Entladevorgang des Sekundärbatterie 16 aus. Die aufgeladene/entladene Leistung P0 wird also 0.
Wenn die Summe aus der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b, P2b) negativ ist (die rückgewonnene Leistung dominiert) oder 0 beträgt, dient der Leistungswandler 1 dazu, eine dem durch Multiplikation der Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b, P2b) mit (–1) gewonnenen Wert entsprechende Energie in Sekundärbatterie 16 zu laden. Die Aufladungs/Entladungsleistung P0 wird daher durch die oben angegebene Gleichung (3) ausgedrückt.
Wenn die Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b und P2b negativ ist (die regenerative Leistung dominiert) oder 0 beträgt oder der derzeitige SOC größer oder gleich den maximalen SOC ist, lädt der Leistungswandler 1 der Batterie 16 weder auf noch entlädt er diese. Die Aufladungs/Entladungsleistung P0 beträgt daher 0.
5B ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Berechnen der ausgetauschten Energiemenge zeigt.
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b positiv ist (es wird Leistung verbraucht) und die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P2b positiv ist (Leistung wird verbraucht), wird zwischen den Zuleitungen 2 keine Leistung ausgetauscht. Der Leistungswandler 1 bestimmt die Austauschleistung (P1c, P2c) abhängig von der Aufladungs/Entladungsleistung P0. In den Figuren ist dieser Fall mit (*1) bezeichnet.
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b positiv ist (es wird Leistung verbraucht) und die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P2b positiv ist (Leistung wird regeneriert) oder 0 beträgt und der Betrag von P2b kleiner als der Betrag von P1b ist, entnimmt der Leistungswandler 1 die Austauschleistung P2c aus der Zuleitung, 2-2 als (–P2b) und entnimmt die Austauschleistung P1c aus der Zuleitung 2-1 als (P2b + P0).
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b positiv ist (es wird Leistung verbraucht), die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P2b negativ ist (auf es wird Leistung regeneriert) oder 0 beträgt und der Betrag von P2b kleiner als der Betrag von g P1b ist, entnimmt der Leistungswandler 1 die Austauschleistung P1c aus der Zuleitung 2-1 als (–P2b) und entnimmt die Austauschleistung P1c aus der Zuleitung 2-1 als (P1b + P0).
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b negativ ist (es wird Leistung regeneriert) oder 0 beträgt, die Verbrauchs/Regeneration Leistung P2b positiv ist (es wird Leistung verbraucht) und der Betrag von P2b kleiner als der Betrag von P1b ist, entnimmt der Leistungswandler 1 die Austauschleistung P2c aus der Zuleitung 2-2 als (–P2b) und entnimmt die Austauschleistung P1c aus der Zuleitung 2-1 als (P2b + P0).
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b negativ ist (es wird Leistung regeneriert) oder 0 beträgt, die Verbrauchs/regenerative tion Leistung P2b positiv ist (es wird Leistung verbraucht) und der Betrag von P1b kleiner oder gleich den Betrag von P2b ist, entnimmt der Leistungswandler 1 die Austauschleistung P1c aus der Zuleitung 2-1 als (–P1b) und entnimmt die Austauschleistung P1c aus der Zuleitung bei 2-1 als (P1b + P0).
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P1b negativ ist (es wird Leistung regeneriert) oder 0 beträgt und die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung P2b negativ ist (es wird Leistung regeneriert) oder 0 beträgt, wird zwischen den Zuleitungen 2 keine Leistung ausgetauscht. Der Leistungswandler 1 ermittelt die ausgetauschte Leistung (P1c, P2c) abhängig von der Auflade/Entlade-Leistung P0. In der Zeichnung wird dieser Fall als (*2) bezeichnet.
Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels
In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden die folgenden Vorteile (A) bis (E) erreicht.

(A) die regenerative Leistung wird zwischen den beiden Zuleitungen 2 ausgetauscht und aus der Zuleitung 2, über welche des Schienenfahrzeug 6 Leistung regeneriert für die Zuleitung 2 auf der Verbraucherseite nutzbar gemacht und die Leistung, die nicht ausgetauscht werden konnte, wird in der Sekundärbatterie 16 gespeichert. Wenn also die jeweilige Zuleitung 2 wieder mit dem Nutzen oder Verbrauchen von Leistung beginnt, kann die in der Sekundärbatterie 16 gespeicherte Energie effizient genutzt werden.
(B) wenn der SOC der Sekundärbatterie 16 die vorgegebene Bedingung nicht erfüllt, wird die Gleichstromanteils-Spannung Vdc der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 in der Weise bestimmt, dass kein Aufladen/Entladen der Sekundärbatterie 16 erfolgt. Die Sekundärbatterie 16 kann daher so gesteuert werden, dass sie einen vorgegebenen Ladungsvorrat enthält, ohne dass zwischen der Sekundärbatterie 16 und der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 Schalter oder Ähnliches vorgesehen sein müssen.
(C) Die Leistungssteuereinheit 17 ermittelt die Gleichstromanteil Spannung Vdc der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 in der Weise, dass die der Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung der beiden Zuleitungen (2-1 2-2) entsprechende Energie in die Sekundärbatterie 16 eingespeist wird bzw. aus dieser entladen wird. Die Leistung, die nicht zwischen den Zuleitungen (2-1, 2-2) ausgetauscht werden kann, kann also in der Sekundärbatterie 16 gespeichert werden, ohne zwischen der Sekundärbatterie 16 und der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 einen Spannungsumwandlungs-Schaltkreis oder Ähnliches vorzusehen und die gespeicherte Energie kann nutzbar gemacht werden.
(D) Die Batterieeinheiten (161-1 bis 161-3) sind zwischen dem Mittelpunkt 17C und den positiven Punkt 17P angeschlossen. Die Batterieeinheiten (161-4 bis 161-6) sind zwischen dem Mittelpunkt 17C und dem Negativpunkt 17 angeschlossen. Die der Hälfte der Gleichstromanteil-Spannung Vdc entsprechende Spannung wird an jede der Batterieeinheiten 161 angelegt. Es kann daher eine Batterie für jede Batterieeinheit 161 verwendet werden, deren Durchschlagsspannung der Hälfte der Gleichstromanteils-Spannung Vdc entspricht.
(E) Jede der Batterieeinheiten 161 ist so aufgebaut, dass sie durch den Schalterschaltkreis 163 von der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 getrennt ist. Die Batterieeinheit 161 kann daher beim Auftreten eines Fehlers in der jeweiligen Batterieeinheit 161 leicht ausgetauscht werden, so dass die Wartungsfreundlichkeit des Leistungswandlers 1 verbessert wird.

Zweites Ausführungsbeispiel
6 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, welches einen Leistungswandler 1A nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Die gleichen Bauteile wie diejenigen in dem Leistungswandler 1 des ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Leistungswandler 1A nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist mit Zuleitungen (2-1, 2-2) in ähnlicher Weise wie der Leistungswandler 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden und ist ferner mit einer Zuleitung 2-3 (dritte Zuleitung) verbunden und dient zum wechselseitigen Austausch und der Aufteilung von Leistung unter diesen Zuleitungen (2-1 bis 2-3).
Die Zuleitungen 2-1 unterscheidet sich von der Zuleitung 2-1 (siehe 1) des ersten Ausführungsbeispiels und wird von einem Transformator 3-1 mit einem einphasigen Wechselstrom gespeist. Der Transformator 3-1 hat ein mit einem nicht dargstellten Dreiphasen-Wechselstromsystem verbundenes Ende und ein anderes, über einen Amperemeter 4-1 mit der Zuleitung 2-1 verbundenes Ende. Die restliche Konfiguration entspricht derjenigen der Zuleitung 2-1 (siehe 1) des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Zuleitungen (2-2, 2-3) sind ähnlich zu der Zuleitung 2-1. Zusätzlich zu dem Leistungswandler 1 (siehe 1) nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Leistungswandler 1A ferner mit einem Amperemeter 12-3 ausgestattet, der einen Austauchstrom 13c misst, einem Transformator 13-3, und einer Leistungsumwandlungseinheit 14-3, welche in beide Richtungen Leistung umwandelt. Ferner ist der Leistungswandler 1A mit einer Leistungssteuereinheit 11A ausgestattet, die sich von der Leistungssteuereinheit 11 (siehe 1) des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet. Der Amperemeter 12-3 entspricht den Amperemetern (12-1, 12-2) (siehe 1).
Der Transformator 13-3 entspricht den Transformatoren (13-1, 13-2) (siehe 1).
Die Leistungsumwandlungseinheit 14-3 entspricht den Leistungsumwandlungseinheiten (14-1, 14-2) (siehe 1). Die Leistungsumwandlungseinheit 14-3 wird durch eine Steuersignal C3 gesteuert, um einen Strom I3d durch die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 fließen zu lassen.
Unabhängig von dem oben Gesagten können Zuleitungen 2 von vier oder mehr Systemen an den Leistungswandler 1A angeschlossen werden. Ferner kann auch keine Sekundärbatterie 16 daran angeschlossen werden.
7 ist ein Diagramm, welches den logischen Aufbau einer Leistungssteuereinheit 11A in dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Die gleichen Bauteile wie diejenigen der Leistungssteuereinheit 11 des ersten, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Leistungssteuereinheit 11A ist ferner mit einem Leistungsberechnungsabschnitt 111-3, einem Addierer/Subtrahierer 114-3, einer Proportional-Integral-Steuerung 115-3 und einem Momentanwert-Steuerungsabschnitt 116-3 zusätzlich zu der Leistungssteuereinheit 11 nach dem ersten Ausführungsbeispiel ausgestattet.
Die Leistungssteuereinheit 11A wird mit einem Versorgungsstrom I1a, einem Austauschstrom I1c und einer Spannung V1 in Bezug auf die Zuleitung 2-1, einem Versorgungsstrom I2a, einem Austauschstrom I2c und einer Spannung V2 in Bezug auf die Zuleitung 2-2, einem Versorgungsstrom I3a, einem Austauschstrom I3c und einer Spannung V3 in Bezug auf die Zuleitung 2-3, einen SOC der Sekundärbatterie 16, und einer an der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 anliegenden Gleichstromanteilsspannung Vdc gespeist. Die Leistungssteuereinheit 11A gibt Steuersignale (C1, C2, C3) abhängig davon aus, was in sie eingegeben wird.
Das Verfahren zur Berechnung des Steuersignals C3 ist ähnlich dem Verfahren zur Berechnung des Steuersignals C2 in dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 4).
8A, 8B sind Diagramme, welche die Berechnung der Auflade- und Entlademengen und die Berechnung der Austauschmengen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen.
8A ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Berechnung der Auflade- und Entlademenge zeigt.
Wenn die Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) positiv ist (der Stromverbrauch dominiert) und der derzeitige SOC höher als ein Soll-SOC ist, dient der Leistungswandler 1A dazu, eine der Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) entsprechende Energie aus der Sekundärbatterie 16 zu entnehmen.
Wenn die Summe Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) positiv ist (der Leistungsverbrauch dominiert) und der derzeitige SOC kleiner oder gleich dem Soll-SOC ist, lädt der Leistungswandler 1A weder die Sekundärbatterie 16 auf, noch entlädt er sie. Eine Auflade/Entladeleistung P0 wird daher 0.
Wenn die Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) negativ ist (die regenerative Leistung dominiert) oder 0 beträgt, und der derzeitige SOC kleiner als der maximale SOC ist, dient der Leistungswandler 1A dazu, die dem durch Multiplikation der Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) mit (–1) gewonnenen Wert entsprechende Energie in die Sekundärbatterie 16 zu laden.
Wenn die Summe der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) negativ ist (die Regenerationsleistung ist dominant) oder 0 beträgt und der derzeitige SOC größer oder gleich dem maximalen SOC ist, lädt der Leistungswandler 1A weder die Sekundärbatterie 16 auf, noch entlädt er sie. Die Auflade/Entladeleistung P0 wird daher 0.
8B ist ein Diagramm, welches ein Verfahren zur Berechnung der ausgetauschten Menge zeigt.
Wenn die Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistung (P1b bis P3b) insgesamt positiv ist (Stromverbrauch), wird zwischen den Zuleitungen 2 keine Leistung ausgetauscht. Der Leistungswandler 1A ermittelt die ausgetauschte Leistung (P1c bis P3c) abhängig von der Auflade/Entladeleistung P0. In der Zeichnung ist dieser Fall durch (*3) dargestellt.
Wenn eine der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistungen (P1b bis P3b) positiv ist (Stromverbrauch) und andere negativ sind (Leistungsrückgewinnung) oder 0 betragen und der Betrag der Summe der rückgewonnenen Leistung größer oder gleich dem Betrag der Summe der verbrauchten Leistung ist, tauscht der Leistungswandler 1A verbrauchte Leistung aus der entsprechenden Zuleitung 2, die jeweils mit der rückgewonnenen Leistung in Zusammenhang stehen, mit den jeweiligen Regenerationsleistungen 2 derjenigen Zuleitungen 2 aus, die Strom verbrauchen. Der Leistungswandler 1A tauscht ferner Leistung aus der Zuleitung 2 mit Regenerationsleistung, abhängig von der Auflade/Entladeleistung P0 aus, und lädt so die Sekundärbatterie 16 auf. In der Figur ist dieser Fall als (P0-Abhängigkeit) dargestellt.
Wenn einer der Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistungen (P1b bis P3b) positiv ist (Stromverbrauch) und die anderen negativ sind (Leistungsrückgewinnung) oder 0 betragen, und der Betrag der Summe der rückgewonnenen Leistung kleiner als der Betrag der Summe der verbrauchten Leistungen ist, tauscht der Leistungswandler 1A die rückgewonnenen Leistung aus allen denjenigen Zuleitungen 2, durch welche die rückgewonnene Leistung erzeugt wird, mit den entsprechenden Zuleitungen 2 aus, in denen Leistung verbraucht wird. Der Leistungswandler 1A tauscht ferner Leistung aus der Sekundärbatterie 16 mit den jeweiligen Zuleitungen 2, in denen Leistungsverbrauch auftritt, und zwar gemäß der Auflade/Entladeleistung P0. In der Zeichnung wird dieser Fall als (P0-Abhängigkeit) beschrieben.
Wenn alle Verbrauchs-/Rückgewinnungs-Leistungen (P1b bis P3b) negativ sind (Leistungsrückgewinnung) oder 0 betragen, wird zwischen den Zuleitungen 2 keine Leistung ausgetauscht. Der Leistungswandler 1A ermittelt die ausgetauschte Leistung (P1c bis P3c) abhängig von der Auflade/Entladeleistung P0. In der Zeichnung wird dieser Fall als (*6) dargestellt.
Vorteile des zweiten Ausführungsbeispiels
Das oben beschriebene zweite Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile (F) bis (H).

(F) Der Leistungswandler 1A tauscht wechselseitig rückgewonnene Leistung zwischen wenigstens drei Systemen aus: den Zuleitungen (2-1 bis 2-3), wodurch die Sekundärbatterie nur in dem Fall aufgeladen werden muss, in dem gleichzeitig in mehreren Zuleitungen Rückgewinnungsenergie auftritt. Die in den Zuleitungen 2 erzeugte regenerative Energie kann daher selbst dann effizient genutzt werden, wenn die Sekundärbatterie eine kleine Kapazität hat oder wenn keine Sekundärbatterie bereitgestellt wird.
(G) Die Leistungssteuereinheit 11A vergleicht den Betrag der Summe der Leistungen der Zuleitungen 2, in denen die Verbrauchsleistung erzeugt wird, mit dem Betrag der Summe der Leistungen der Zuleitungen 2, in denen Rückgewinnungsenergie erzeugt wird, und wählt den kleineren dieser Beträge als Leistungsaustauschmenge. Selbst wenn die Zuleitungen 2 von drei oder mehr Systemen miteinander verbunden sind, ist es so möglich, eine auszutauschende Leistungsmenge einfach zu berechnen.
(H) Eine der Leistungswandlungseinheiten 14 ermittelt die Gleichstrom-Anteilsspannung Vdc der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit 17 und die anderen ermitteln einen zwischen den jeweiligen Zuleitungen 2 ausgetauschten Strom. Selbst wenn die Zuleitungen 2 von drei oder mehr Systemen miteinander verbunden sind, kann so die Gleichstrom-Anteilsspannung Vdc in der Weise bestimmt werden, dass die gewünschte Auflade/Entladeleistung in die Sekundärbatterie 16 eingespeist bzw. aus dieser entnommen werden kann,und die gewünschte Leistung kann zwischen den jeweiligen Zuleitungen 2 ausgetauscht werden.

Drittes Ausführungsbeispiel
9 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, welches einen Leistungswandler 1B nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Die gleichen Bauteile wie diejenigen des Leistungswandlers 1A des zweiten Ausführungsbeispiels aus 6 werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Der Leistungswandler 1B nach dem dritten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem Leistungswandler 1A (siehe 6) nach dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer Betriebsbefehlsvorrichtung 7 ausgestattet und ferner mit einer Leistungssteuereinheit 11B, die sich von der Leistungssteuereinheit 11A (siehe 6 und 7) nach dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Die Betriebsbefehlsvorrichtung 7 ist mit Schienenfahrzeugen (6-1 bis 6-3) verbunden, so dass sie über Kabel (nicht dargestellt) oder Ähnlichem mit diesen kommunizieren kann. Die Betriebsbefehlsvorrichtung 7 weist die jeweiligen Schienenfahrzeuge (6-1 bis 6-3) an zu fahren und empfängt und verwaltet gleichzeitig Betriebsinformationen über die Schienenfahrzeuge. Die Betriebsbefehlsvorrichtung 7 gibt die Betriebsinformation der jeweiligen Schienenfahrzeuge (6-1 bis 6-3) an die Leistungssteuereinheit 11B des Leistungswandlers 1B aus. Die Betriebsinformation umfasst ein Betätigungsdiagramm, die derzeitige Geschwindigkeit der Schienenfahrzeuge (6-1 bis 6-3) und Information über ihren Betrieb (während der Anweisung zu ihrer Beschleunigung oder zum Abbremsen).
10 ist ein Diagramm, welches einen logischen Aufbau der Leistungssteuereinheit 11B in dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Die gleichen Bauteile wie diejenigen der Leistungssteuereinheit 11A aus dem zweiten, in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel werden durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Leistungssteuereinheit 11B des dritten Ausführungsbeispiels ist zusätzlich zu der Leistungssteuereinheit 11A (siehe 7) des zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 ausgestattet.
Der Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 berechnet abhängig von der Betriebsinformation einen Soll-SOC. Wenn beispielsweise die derzeitige Geschwindigkeit der entsprechenden Schienenfahrzeuge (6-1 bis 6-3) einen vorgegebenen Wert übertrifft und eine Wahrscheinlichkeit rückgewonnener Energie, erzeugt aufgrund des Abbremsvorgangs, hoch ist, verringert der Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 den Soll-SOC, um es einfacher zu machen, die rückgewonnene Energie in die Sekundärbatterie 16 zu laden. Wenn die Schienenfahrzeuge (6-1 bis 6-3) gestoppt sind, so dass aufgrund der Beschleunigung mit hoher Wahrscheinlichkeit Verbrauchsenergie erzeugt wird, erhöht der Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 den Soll-SOC weiter, um die verbrauchte Leistung einfacher von der Sekundärbatterie 16 zu entnehmen (zu entladen).
Unabhängig von den oben genannten Beispielen kann der Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 entscheiden, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die rückgewonnene Leistung durch die verbrauchte Leistung eliminiert wird, gering ist und kann den Soll-SOC erhöhen, wenn der Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 aus dem Betätigungsdiagramm detektiert, dass die Anzahl der an den Zuleitungen 2 fahrenden Schienenfahrzeuge 6 klein ist.
11 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen den Bahnlinien und den Zuleitungen 2 in dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
Der Leistungswandler 1B ist mit einer Zuleitung 2-1 verbunden, die zu einer Bahnlinie von den Stationen U nach O gehört, eine Zuleitung 2-2 gehört zu einer Bahnlinie von der Station O zu der Station F, und eine Zuleitung 2-3 gehört zu der Bahnlinien von der Station O zu der Station M, und tauscht rückgewonnene Leistung wechselseitig zwischen diesen drei Systemzuleitungen (2-1 bis 2-3) aus. Die Betriebsbefehlsvorrichtung 7 ist mit dem Leistungswandler 1B verbunden, und der Soll-SOC wird von der Betriebsbefehlsvorrichtung 7 so eingestellt, das er der am besten geeignete Soll-SOC ist.
Vorteile des dritten Ausführungsbeispiels
In dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel ergeben sich die folgenden Vorteile (I).

(I) Der Soll-SOC-Berechnungsabschnitt 117 sagt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von rückgewonnener Energie, abhängig von der Betriebsbefehlsinformation vorher und erhöht oder verringert dann den Soll-SOC. Es ist so möglich, die regenerative Leistung in die Sekundärbatterie 16 zu laden.

Modifikationen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und umfasst verschiedene Modifikationen. Beispielsweise werden die obigen Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung so zu beschreiben, dass sie einfach verstanden werden kann, dies ist jedoch nicht notwendigerweise auf eines beschränkt, das alle beschriebenen Bestandteile enthält. Einige Bestandteile eines Ausführungsbeispiels können durch Bestandteile eines anderen Ausführungsbeispiels ersetzt werden. Die Bestandteile eines anderen Ausführungsbeispiels können auch zu den Bestandteilen des einen Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Das Ergänzen, das Weglassen oder das Ersetzen von anderen Bestandteilen kann auch für einige der Bestandteile des jeweiligen Ausführungsbeispiels erfolgen.
In den jeweiligen Konfigurationen können Funktionen, Verarbeitungsteile, Verarbeitungsmittel oder Ähnliches, die oben beschrieben sind, teilweise oder insgesamt durch Hardware, wie beispielsweise durch integrierte Schaltkreise oder Ähnliches realisiert werden. Die jeweiligen obigen Konfigurationen, Funktionen und Ähnliches können auch mit Software implementiert werden, indem bewirkt wird, dass ein Prozessor ein Programm zur Ausführung der jeweiligen Funktionen interpretiert und ausführt. Informationen über das Programm, Tabellen, Dateien und Ähnliches, welche die jeweiligen Funktionen ausführen, können in einer Aufnahmevorrichtung, wie beispielsweise einem Speicher, einer Festplatte, einem SSD (Solid State Drive) oder Ähnlichem vorgehalten werden, oder auf einem Aufnahmemedium, wie einer C-Karte, einer SD-Karte, einer DVD (Digital Versatile Disk) oder Ähnlichem.
In den jeweiligen Ausführungsbeispielen sind Steuerungsleitungen und Informationsleitungen nur soweit dargestellt, als sie für notwendig zur Vereinfachung der Erläuterung erachtet werden. Es sind nicht notwendigerweise alle Steuerungsleitungen und Informationsleitungen als Produkte dargestellt. Man kann tatsächlich davon ausgehen, dass beinahe sämtliche Bestandteile gegenseitig miteinander verbunden sind.
Als Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden als Beispiel die folgenden (a) bis (c) illustriert.

(a) Der einphasige Wechselstrom des BT-Zuleitungssystems fließt durch die in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel verwendeten Zuleitungen 2. Es kann jedoch nicht nur dieser, sondern auch der Strom eines Gleichstrom-Zuleitungssystems, eines AT (Auto Transformer)-Zuleitungssystems oder Ähnlichem durch die Zuleitungen 2 fließen. Die Zuleitungen 2 können auch Leistung auf der Grundlage einer Koaxialkabel-Zuleitung bereitstellen.
(b) Der Leistungswandler 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann Leistung so austauschen, dass ein Leistungsungleichgewicht zwischen den Zuleitungen (2-1, 2-2) unterdrückt wird.
(c) Die Zuleitungen 2, die in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel verwendet werden, stellen Leistung für das jeweilige Schienenfahrzeug 6 bereit. Die Zuleitungen 2 können jedoch nicht nur dafür, sondern auch für Fahrzeuge wie einen Oberleitungsbus, ein Elektrofahrzeug, eine Einschienenbahn, eine Kabelzugbahn, oder eine Seilbahn Leistung bereitstellen.

Während wir verschiedene Ausführungsbeispiele nach der Erfindung gezeigt und beschrieben haben, sollte es klar sein, dass die offenbarten Ausführungsbeispiele geändert und modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Wir möchten daher nicht an die hier gezeigten und beschriebenen Details gebunden sein, sondern möchten sämtliche dieser Änderungen und Modifikationen abdecken, soweit sie innerhalb des Bereichs der beiliegenden Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-221888 A [0003, 0003, 0007]
JP 2005-205970 A [0004, 0004, 0006, 0006]

Claims

Leistungswandler, umfassend: eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungseinheiten, die jeweils mit einer unterschiedlichen Zuleitung verbunden sind; eine Gleichstrom-Energieaustauscheinheit, die mit den Leistungsumwandlungseinheiten und einer Sekundärbatterie verbunden ist; und eine Leistungssteuereinheit, wobei die Leistungssteuereinheit eine rückgewinnungsseitige Leistungssteuereinheit, die mit einer rückgewinnungsseitigen Zuleitung aus den Zuleitungen verbunden ist, durch welche ein regenerativer Strom fließt, und eine verbraucherseitige Leistungsumwandlungseinheit, die mit einer Zuleitung auf der Verbraucherseite verbunden ist, durch welche ein Verbrauchsstrom fließt, anweist, Leistung aus der regenerationsseitigen Zuleitung über die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit an die verbrauchsseitige Zuleitung abzugeben, und wobei die Leistungssteuereinheit auch eine Spannung der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit in der Weise bestimmt, dass die der Summe der rückgewonnenen Leistung der rückgewinnungsseitigen Zuleitung und der verbrauchten Leistung auf der verbrauchsseitigen Zuleitung entsprechende Energiemenge an die Sekundärbatterie abgegeben bzw. aus dieser entnommen wird.
Der Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit Mittel zum Messen der Spannung umfasst und mit einer Kommunikationsleitung verbunden ist, welche den gemessenen Wert der Spannung an die Leistungssteuereinheit übermittelt.
Der Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Leistungsumwandlungseinheiten jeweils ein Instrument zum Messen eines aus den Zuleitungen, mit welchen die Leistungsumwandlungseinheiten verbunden sind, fließenden Stroms umfasst, und wobei die Leistungsumwandlungseinheiten mit einer Kommunikationsleitung verbunden sind, welche den gemessenen Wert eines Stroms an die Leistungssteuereinheit ausgibt, und mit einer Kommunikationsleitung, welche einen von der Leistungssteuereinheit befohlenen Steuerungswert empfängt.
Der Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei dann wenn eine Ladungsmenge der Sekundärbatterie nicht eine vorgegebene Bedingung erfüllt, die Leistungssteuereinheit die Spannung der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit in der Weise bestimmt, dass keine der rückgewonnenen Leistung und der verbrauchten Leistung entsprechende Energiemenge in die Sekundärbatterie eingegeben/aus dieser entnommen wird.
Der Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei dann wenn die Summe der Beträge der rückgewonnenen Leistung der Zuleitungen auf der Rückgewinnungsseite größer als die Summe der Beträge der verbrauchten Leistung der Zuleitungen auf der Verbraucherseite ist und die Ladungsmenge der Sekundärbatterie unterhalb einer maximalen Ladungsmenge liegt, die Leistungssteuereinheit die Spannung der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit so bestimmt, dass Energie in die Sekundärbatterie geladen wird, und wobei dann, wenn die Summe des Betrags der rückgewonnenen Leistung kleiner als die Summe der Beträge der verbrauchten Leistung ist, und die Ladungsmenge der Sekundärbatterie größer oder gleich einer Sollladungsmenge ist, die Leistungssteuereinheit die Spannung der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit so bestimmt, dass die Sekundärbatterie Energie abgibt.
Der Leistungswandler nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Sekundärbatterie-Steuereinheit, welche die Ladungsmenge der Sekundärbatterie detektiert.
Der Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei dann, wenn die von der Sekundärbatterie-Steuereinheit detektierte Ladungsmenge eine vorgegebene Bedingung erfüllt, die Leistungssteuereinheit ferner jede der Leistungsumwandlungseinheiten so steuert, dass der Summe der rückgewonnenen Leistung und der verbrauchten Leistung der Zuleitungen entsprechende Energiemengen in die Sekundärbatterie eingegeben/aus dieser entnommen werden.
Der Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei die Sekundärbatterie eine Mehrzahl von parallel geschalteten Batterieeinheiten umfasst, wobei die Batterieeinheiten jeweils in Reihe geschaltete Batteriemodule umfassen.
Der Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei die Energieaustauscheinheit einen geerdeten Mittelpunkt, einen positiven Punkt, an welchem eine positive Gleichspannung anliegt, und einen negativen Punkt, an welchem eine negative Gleichspannung anliegt, umfasst, und wobei die Batterieeinheiten jeweils zwischen dem Mittelpunkt und dem positiven Punkt und zwischen dem negativen Punkt und dem Mittelpunkt angeschlossen sind.
Der Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei die Sekundärbatterie mit einem Schalterschaltkreis ausgestaltet ist, der von einer Sekundärbatterie-Steuereinheit gesteuert wird, und wobei die Sekundärbatterie für jede Batterieeinheit von der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit getrennt werden kann.
Der Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei die Leistungssteuereinheit ferner Betriebsinformation von einem durch die Leistung der Zuleitungen betriebenen Fahrzeug erhält und eine Soll-Ladungsmenge der Sekundärbatterie anpasst.
Leistungswandler, umfassend: eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungseinheiten, die jeweils mit einer anderen Zuleitung verbunden sind; eine Gleichstrom-Energieaustauscheinheit, die mit den Leistungsumwandlungseinheiten verbunden ist; und eine Leistungssteuereinheit, welche die mit der rückgewinnungsseitigen Zuleitung aus den Zuleitungen verbundene rückgewinnungsseitige Leistungsumwandlungseinheit, durch welche ein rückgewonnener Strom fließt, sowie die verbraucherseitige Leistungsumwandlungseinheit, die mit einer verbraucherseitigen Zuleitung verbunden ist, durch welche ein Verbrauchsstrom fließt, anweist, Leistung aus der rückgewinnungsseitigen Zuleitung über die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit an die verbraucherseitige Zuleitung abzugeben.
Leistungsumwandlungsverfahren für einen Leistungswandler, wobei der Leistungswandler eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungseinheiten umfasst, die jeweils mit einer unterschiedlichen Zuleitung verbunden sind, eine Gleichstrom-Energieaustauscheinheit, die mit den Leistungssteuereinheiten verbunden ist und mit einer Sekundärbatterie verbunden ist, und eine Leistungssteuereinheit, wobei die Leistungssteuereinheit die folgenden Schritte ausführt: Anweisen einer rückgewinnungsseitigen Leistungsumwandlungseinheit, die mit einer rückgewinnungsseitigen Zuleitung aus den Zuleitungen, durch welche der Rückgewinnungsstrom fließt, verbunden ist, und einer verbraucherseitigen Leistungsumwandlungseinheit, die mit einer verbraucherseitigen Zuleitung, durch welche ein Verbrauchsstrom fließt, verbunden ist, Leistung aus der rückgewinnungsseitigen Zuleitung über die Gleichstrom-Energieaustauscheinheit an die verbraucherseitige Zuleitung abzugeben; und Bestimmen der Spannung der Gleichstrom-Energieaustauscheinheit in der Weise, dass eine der Summe der rückgewonnenen Leistung der rückgewinnungsseitigen Zuleitung und der verbrauchten Leistung der verbrauchsseitigen Zuleitung entsprechende Energiemengen in die/aus der Sekundärbatterie ein/ausgegeben werden.