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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeugsystem, das durch elektrische Leistung fährt, die von einer Oberleistung zugeführt ist.
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Hintergrund
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In neueren Schienenfahrzeugsystemen treten relativ viele Fälle auf, in denen ein Schienenfahrzeug nicht mehr fahren kann aufgrund eines Problems in einer Oberleitung oder Ähnlichem. Patentliteratur 1 wie nachstehend offenbart ein Notfallfahrtsystem, das bewirkt, dass ein Schienenfahrzeug fährt durch Nutzen von elektrischer Leistung einer Speicherbatterie, die auf dem Schienenfahrzeug installiert ist, sogar in einem Fall, wo ein Problem in einer Oberleitung auftritt.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
2015-47047 -
Kurzdarstellung
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Technisches Problem
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In einem Fall eines Schienenfahrzeugs, weil eine große Menge von elektrischer Notfallleistung erforderlich ist, ist es notwendig, eine Mehrzahl von Speicherbatterien zu installieren. Daher, in einem Fall, wo die Technik in der Patentliteratur 1 angewendet wird, ist eine Mehrzahl von Wandlereinrichtungen zum Laden der Speicherbatterie notwendig. Aus diesem Grund, in der herkömmlichen Technik, gibt es ein Problem, das eine Größe des Systems zunimmt und Herstellungskosten sich vergrößern.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht in Anbetracht des Voranstehenden und es ist eine Aufgabe davon, ein Schienenfahrzeugsystem zu erlangen, das es ermöglicht, ein Vergrößern der Größe des Systems und eine Vergrößerung der Herstellungskosten zu vermeiden.
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Lösung des Problems
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Um das voranstehend beschriebene Problem zu lösen und die Aufgabe zu erlangen, ein Schienenfahrzeugsystem gemäß der vorliegenden Erfindung auf: eine Leistungswandlereinrichtung, die elektrische Leistung wandelt, die von einer Oberleitung zugeführt ist, in AC-Leistung zu einer Last; eine Mehrzahl von Speicherbatterien, die elektrische Notfallleistung zur Nutzung in einem Schienenfahrzeug zuführen, zu der Leistungswandlereinrichtung; und Ladeschaltungen, die die Speicherbatterien laden. Des Weiteren weist das Schienenfahrzeugsystem auf: eine erste Öffnungs- und Schließeinrichtung, die eine elektrischen Verbindung zwischen der Oberleitung und der Leistungswandlereinrichtung öffnet und schließt; und eine zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung, die eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Ladeschaltungen und der Oberleitung und eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Ladeschaltungen und der Leistungswandlereinrichtung öffnet und schließt. Die Leistungswandlereinrichtung weist eine Steuerungseinrichtung auf, die das Öffnen und Schließen der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung und die Ladeschaltungen basierend auf Information über eine Ladespannung der Mehrzahl von Speicherbatterien steuert. Die Steuerungseinrichtung steuert die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung dazu geschlossen zu werden, um zu bewirken, dass ein von der Oberleitung zugeführter Strom über die Ladeschaltung zu der Speicherbatterie fließt. Die Ladeschaltung führt eine Ladeerhaltungsladung der Speicherbatterie mit einem von der Oberleitung zugeführten Strom durch.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß dem Schienenfahrzeugsystem der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, ein Effekt des Vermeidens eines Vergrößerns bzw. Zunehmens in der Größe des Systems und eine Vergrößerung bzw. Erhöhung in den Herstellungskosten bereitzustellen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
- 2 zeigt ein Diagramm, das zum Erläutern eines Betriebs in einem Normalbetrieb in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 3 zeigt ein Diagramm, das zum Erläutern eines Betriebs in einer Notfallfahrt in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 4 zeigt eine erste Ansicht, die zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 5 zeigt eine zweite Ansicht, die zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 6 zeigt eine dritte Ansicht, die zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 7 zeigt eine vierte Ansicht, die zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 8 zeigt eine fünfte Ansicht, die zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 9 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems gemäß Modifikation 1 der Ausführungsform darstellt.
- 10 zeigt ein erstes Diagramm, das zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß Modifikation 1 der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 11 zeigt ein zweites Diagramm, das zum Erläutern eines Betriebs in einem Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem gemäß Modifikation 1 der Ausführungsform zu nutzen ist.
- 12 zeigt ein Diagramm, das zum Erläutern eines Betriebs zu nutzen ist, wenn Regenerativleistung in einem Schienenfahrzeugsystem gemäß Modifikation 2 der Ausführungsform erzeugt wird.
- 13 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems gemäß Modifikation 3 der Ausführungsform darstellt.
- 14 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems gemäß Modifikation 4 der Ausführungsform darstellt.
- 15 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration darstellt, die Funktionen der Steuerungseinrichtung gemäß der Ausführungsform implementiert.
- 16 zeigt ein Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Hardwarekonfiguration darstellt, die Funktionen der Steuerungseinrichtung in der Ausführungsform implementiert.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Hiernach wird ein Schienenfahrzeugsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die folgende Ausführungsform beschränkt ist.
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Ausführungsform.
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1 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems 100 gemäß einer Ausführungsform darstellt. Das Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform weist eine Stromkollektoreinrichtung 2, eine erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1, eine zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, eine Leistungswandlereinrichtung 3, eine Last 4, Ladeschaltungen 5A und 5B und Speicherbatterien 8A und 8B auf. Diese Komponenten sind auf einem Schienenfahrzeug 150 installiert.
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Die Stromkollektoreinrichtung 2 sammelt DC-Leistung von einer Oberleitung 1. Die Stromkollektoreinrichtung 2 führt die gesammelte DC-Leistung zu der Leistungswandlereinrichtung 3 über die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 zu. Des Weiteren, führt die Stromkollektoreinrichtung 2 die gesammelte DC-Leistung zu den Ladeschaltungen 5A und 5B über die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 und die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 zu. Die Leistungswandlereinrichtung 3 wandelt DC-Leistung, die von der Stromkollektoreinrichtung 2 zugeführt ist, in AC-Leistung zu der Last 4.
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Ein Beispiel der Last 4 ist ein Vortriebsmotor für ein Schienenfahrzeugantrieb. Ein weiteres Beispiel der Last 4 ist eine Hilfsmaschine. Die Hilfsmaschine ist ein Name, der sich auf eine Last außer dem Vortriebsmotor unter den Lasten bezieht, die auf dem Schienenfahrzeug zu installieren sind. Beispiele der Hilfsmaschine sind eine Fahrzeuginnenbeleuchtungseinrichtung, eine Türöffnungs- und Türschließeinrichtung, eine Klimaanlage, eine Sicherheitseinrichtung, ein Kompressor, eine Batterie und eine Steuerungsleistungszufuhr. Der Kompressor ist eine Einrichtung, die eine Luftquelle einer Fahrzeugbremse erzeugt.
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In einem Fall, wo die Last 4 ein Vortriebsmotor für ein Schienenfahrzeugantrieb ist, wird ein variabler Spannung-Variabler-Frequenz (VUVF)-Umrichter als die Leistungswandlereinrichtung 3 genutzt. Des Weiteren, in einem Fall, wo die Last 4 eine Hilfsmaschine ist, wird eine Hilfsleistungszufuhreinrichtung als die Leistungswandlereinrichtung 3 genutzt.
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Die Leistungswandlereinrichtung 3 weist eine Steuerungseinrichtung 3a auf. Die Steuerungseinrichtung 3a treibt ein Schaltelement (nicht dargestellt), das in der Leistungswandlereinrichtung 3 vorhanden ist, an, um elektrische Leistung zu steuern, die zu der Last 4 zuzuführen ist.
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Die Speicherbatterien 8A und 8B sind Speichermittel für elektrische Energie. Die Speicherbatterien 8A und 8B führen elektrische Notfallleistung zur Nutzung in dem Schienenfahrzeug 150 zu der Leistungswandlereinrichtung 3 zu. Beispiele der Speicherbatterien 8A und 8B sind eine Lithiumionenbatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, ein elektrischer Doppelschichtkondensator, ein Lithiumionenkondensator und ein Schwungrad. Eine Speicherbatterie weist eine Konfiguration auf, in der eine Mehrzahl von Batteriezellen in Reihe und parallel verbunden sind. Daher wird eine einzige Speicherbatterie gezählt als „eine Gruppe“ und zwei Speicherbatterien werden gezählt als „zwei Gruppen“. Dasselbe gilt für drei oder mehr.
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Die Speicherbatterien 8A und 8B in 1 sind Beispiele einer Mehrzahl von Speicherbatterien. Das bedeutet, obwohl die Zwei-Gruppen-Speicherbatterien 8A und 8B in 1 dargestellt sind, können Speicherbatterien mit drei Gruppen oder mehr bereitgestellt sein. Des Weiteren ist jede Ladespannung der Speicherbatterien 8A und 8B eine Spannung geringer als eine Spannung der Oberleitung 1.
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Entsprechend den Speicherbatterien 8A und 8B sind die Ladeschaltungen 5A und 5B bereitgestellt. Die Ladeschaltung 5A ist zwischen die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die Speicherbatterie 8A verbunden, und die Ladeschaltung 5B ist zwischen die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die Speicherbatterie 8B verbunden. Die Ladeschaltung 5A lädt die Speicherbatterie 8A. Die Ladeschaltung 5B lädt die Speicherbatterie 8B. Zusätzlich stellt die Ladeschaltung 5A einen Entladepfad bereit wenn sich die Speicherbatterie 8A entlädt. Die Ladeschaltung 5B stellt einen Entladepfad bereit wenn sich die Speicherbatterie 8B entlädt.
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Die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 öffnet und schließt eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 1 und der Leistungswandlereinrichtung 3. Ein Beispiel der ersten Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 ist ein Hochgeschwindigkeitsunterbrecher. Zusätzlich, weil die Stromkollektoreinrichtung 2 auch eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 1 und der Leistungswandlereinrichtung 3 öffnet und schließt, kann die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 die Stromkollektoreinrichtung 2 sein. Die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 öffnet und schließt eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Ladeschaltungen 5A und 5B und der Oberleitung 1. Zusätzlich, öffnet und schließt die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Ladeschaltungen 5A und 5B und der Leistungswandlereinrichtung 3. Ein Beispiel der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 ist ein Leitungsunterbrecher.
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Die Ladeschaltung 5A weist einen ersten Schalter L11, eine Diode D1, die ein unidirektionales Element ist, einen zweiten Schalter L12, ein Widerstandselement R1, einen dritten Schalter L13 und einen Spannungsdetektor 6A auf. Der erste Schalter L11, der zweite Schalter L12, und der dritte Schalter L13 können Schalter sein, die eine mechanische Struktur aufweisen oder elektrisch gesteuerte Schalter seien. Der dritte Schalter L13 ist unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit eingefügt, aber kann ausgelassen werden, weil er nicht direkt bezogen auf die Steuerung der vorliegenden Ausführungsform ist.
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Der erste Schalter L11 und die Diode D1 sind in Reihe verbunden, um eine erste Schaltung auszubilden. In 1, der erste Schalter L11 auf der Seite der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 angeordnet und die Diode D1 ist auf der Seite der Speicherbatterie 8A angeordnet, aber diese Reihenfolge kann umgekehrt sein. Das bedeutet, dass d8e Diode D1 auf der Seite der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 angeordnet sein kann und der erste Schalter L11 auf der Seite der Speicherbatterie 8A angeordnet sein kann. Jedoch ist in jeglicher Konfiguration, eine Kathode der Diode D1 auf der Seite der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 angeordnet, und eine Anode der Diode D1 ist auf der Seite der Speicherbatterie 8A angeordnet. Das bedeutet, dass in der ersten Schaltung, die Diode D1 in einer Richtung verbunden ist, in der ein Ladestrom von der Oberleitung 1 zu der Speicherbatterie 8A blockiert ist.
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Der zweite Schalter L12 und das Widerstandselement R1 sind in Reihe verbunden, um eine zweite Schaltung auszubilden. In 1 ist der zweite Schalter L12 auf der Seite der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 angeordnet und das Widerstandselement R1 ist auf der Seite der Speicherbatterie 8A angeordnet, aber diese Reihenfolge kann umgekehrt sein. Das bedeutet, dass das Widerstandselement R1 auf der Seite der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 angeordnet sein kann, und der zweite Schalter L12 auf der Seite der Speicherbatterie 8A angeordnet sein kann.
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Die Ladeschaltung 5B weist einen ersten Schalter L21, eine Diode D2, die ein unidirektionales Element ist, einen zweiten Schalter L22, ein Widerstandselement R2, einen dritten Schalter L23 und einen Spannungsdetektor 6B auf. Eine Konfiguration der Ladeschaltung 5B ist identisch zu der der Ladeschaltung 5A, und eine redundante Beschreibung wird ausgelassen.
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Der Spannungsdetektor 6A detektiert eine Ladespannung V1 der Speicherbatterie 8A. Der Spannungsdetektor 6B detektiert eine Ladespannung V2 der Speicherbatterie 8B. Detektionswerte der Ladespannungen V1 und V2 sind in die Steuerungseinrichtung 3a eingegeben. Die Steuerungseinrichtung 3a steuert ein Öffnen und Schließen der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, der ersten Schalter L11 und L21, der zweiten Schalter L12 und L22 und der dritten Schalter L13 und L23 auf der Basis der Detektionswerte der Ladespannungen V1 und V2.
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Man beachte, dass in 1, die Ladeschaltungen 5A und 5B die Spannungsdetektoren 6A bzw. 6B aufweist, aber die Konfiguration hierauf nicht beschränkt ist. In einem Fall, wo jede der Speicherbatterien 8A und 8B eine Spannungsdetektionsfunktion aufweist, können die Detektionswerte der Speicherbatterien 8A und 8B genutzt werden. In diesem Fall können die Spannungsdetektoren 6A und 6B ausgelassen werden.
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Als Nächstes wird ein Betrieb des Schienenfahrzeugsystems 100 gemäß der Ausführungsform beschrieben. 2 zeigt ein Diagramm, das genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs in einem Normalbetrieb in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform. 2 stellt einen Fluss eines Ladestroms in dem Normalbetrieb dar.
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In dem Normalbetrieb, ist die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Elektrische Leistung der Oberleitung 1 wird der Leistungswandlereinrichtung 3 über die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 zugeführt, um die Last 4 anzutreiben. Des Weiteren, in dem Normalbetrieb, sind die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, die zweiten Schalter L12 und L22 und die dritten Schalter L13 und L23 dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Die ersten Schalter L11 und L21 können dazu gesteuert sein, entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein. Man beachte, dass hiernach, wenn nicht anders angegeben, es vorausgesetzt ist, dass die dritten Schalter L13 und L23 gesteuert sind „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100, das wie voranstehend beschrieben gesteuert wird, ist ein Ladepfad von der Stromkollektoreinrichtung 2 zu der Speicherbatterie 8A über die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1, die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, den zweiten Schalter L12, das Widerstandselement R1 und den dritten Schalter L13 ausgebildet. Als ein Ergebnis, ist die Speicherbatterie 8A einem Ladeerhaltungsladen unterzogen mit der elektrischen Leitung der Oberleitung 1. Des Weiteren, in der Speicherbatterie 8B, ist ein Ladepfad von der Stromkollektoreinrichtung 2 zu der Speicherbatterie 8B über die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1, die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, den zweiten Schalter L22, das Widerstandselement R2 und den dritten Schalter L23 ausgebildet. Als Ergebnis, ist die Speicherbatterie 8B auch einem Ladeerhaltungsladen mit der elektrischen Leitung von der Oberleitung 1 unterzogen. Der in 2 dargestellte Betrieb wird durchgeführt, wenn das Schienenfahrzeug 150 an einer Fahrzeugbasis oder einem Bahnhof stoppt oder in einem elektrifizierten Abschnitt fährt.
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Wie voranstehend beschrieben, in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform, können die Speicherbatterien 8A und 8B geladen werden ohne ein Wandlereinrichtung zu nutzen. Dies macht es möglich, eine Vergrößerung in der Größe des Systems und eine Erhöhung der Herstellungskosten zu vermeiden. Zusätzlich, weil die Speicherbatterien 8A und 8B im Normalbetrieb geladen werden, ist es möglich, eine notwendige Batteriekapazität sogar in einem Fall eines Ladeerhaltungsladens sicherzustellen.
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Als Nächstes wird ein Betrieb in Notfallfahrt beschrieben. 3 zeigt ein Diagramm, das genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs in der Notfallfahrt in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform. 3 stellt einen Fluss eines Entladestroms in der Notfallfahrt dar. Man beachte, dass die „Notfallfahrt“ ein Betrieb des Bewegens des Schienenfahrzeugs 150 zu einer Sicherheitsposition oder einer Position, wo der Normalbetrieb nicht gehindert ist, unter Nutzung von elektrischer Leistung der Speicherbatterien 8A und 8B ist, wenn ein Problem in der Oberleitung 1 oder Ähnlichem auftritt und elektrische Leistung, die von der Oberleitung 1 zugeführt ist, unterbrochen ist. Man beachte, dass in einem Fall, wo die Last 4 eine Hilfsmaschine ist und die Leistungswandlereinrichtung 3 eine Hilfsleistungszufuhreinrichtung ist, dieser Betrieb ersetzt ist als ein folgendes Zuführen elektrischer Leistung zu der Hilfsmaschine des Schienenfahrzeugs 150 durch Nutzen von elektrischer Leistung der Speicherbatterien 8A und 8B, wenn ein Fehler auftritt in der Oberleitung 1 oder Ähnlichem und die elektrische Leistung von der Oberleitung 1 unterbrochen ist.
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Wenn ein Problem in der Oberleitung 1 oder Ähnlichem auftritt, wird die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 gesteuert „offen“ zu sein durch eine Steuerungseinrichtung höherer Ordnung (nicht dargestellt). Zu diesem Zeitpunkt, sind die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die ersten Schalter L11 und L21 dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein durch die Steuerungseinrichtung 3a. Man beachte, dass die zweiten Schalter L12 und L22 dazu gesteuert sein können entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100, das wie voranstehend beschrieben gesteuert wird, wird ein Strompfad von der Speicherbatterie 8A zu der Leistungswandlereinrichtung 3 über den dritten Schalter L13, die Diode D1, den ersten Schalter L11 und die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 ausgebildet. Des Weiteren, ist ein Strompfad von der Speicherbatterie 8B zu der Leistungswandlereinrichtung 3 über den dritten Schalter L23, die Diode D2, den ersten Schalter L21 und die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 ausgebildet. Als ein Ergebnis, kann die elektrische Leistung der Speicherbatterien 8A und 8B zu einem VUVF-Umrichter (nicht dargestellt in 3) zugeführt werden, der einer der Leistungswandlereinrichtung 3 ist, um einen Vortriebsmotor (nicht dargestellt in 3) anzutreiben, der eine von der Last 4 ist. Als Ergebnis kann das Schienenfahrzeug 150 in eine Sicherheitsposition oder eine Position bewegt werden, wo der Normalbetrieb nicht gehindert ist.
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Als Nächstes wird ein Betrieb im Ungleichgewicht der Ladespannung beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen der 4 bis 8. 4 zeigt eine erste Ansicht, die genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform. 5 zeigt eine zweite Ansicht, die genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform. 6 zeigt eine dritte Ansicht, die genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform. 7 zeigt eine vierte Ansicht, die genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform. 8 zeigt eine fünfte Ansicht, die genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem 100 gemäß der Ausführungsform.
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Für eine Spannungsdifferenz ΔV=V1-V2 zwischen der Ladespannung V1 der Speicherbatterie 8A und der Ladespannung V2 der Speicherbatterie 8B, stellt die 4 einen Fluss eines Lade/Entlade-Stroms dar, wenn ΔV>A erfüllt ist. Des Weiteren, für eine Spannungsdifferenz ΔV=V2-V1 zwischen der Ladespannung V2 der Speicherbatterie 8B und der Ladespannung V1 der Speicherbatterie 8A, stellt die 5 einen Fluss eines Lade/Entlade-Stroms dar, wenn ΔV>A erfüllt ist. Der Bezugsbuchstabe „A“ ist ein Schwellwert zum Bestimmen eines Ungleichgewichts einer Ladespannung. Das bedeutet, in der vorliegenden Ausführungsform, ist ein Zustand, in dem ΔV>A erfüllt ist, definiert als ein Zustand, in dem ein Ungleichgewicht in eine Ladespannung auftritt. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung, der Schwellwert A bezeichnet werden kann als ein „erster Schwellwert“.
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Wenn die Spannungsdifferenz ΔV den Schwellwert A überschreitet, ist die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 gesteuert „offen“ zu sein, und die ersten Schalter L11 und L21 und die zweiten Schalter L12 und L22 sind dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100, das wie voranstehend beschrieben, gesteuert wird, in dem Beispiel der 4, wird ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8A zu der Speicherbatterie 8B über den dritten Schalter L13, die Diode D1, den ersten Schalter L11, den zweiten Schalter L22, das Widerstandselement R2 und den dritten Schalter L23 ausgebildet. Dieses ermöglicht der Speicherbatterie 8B mit der elektrischen Leitung der Speicherbatterie 8A geladen zu werden.
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Des Weiteren, in dem Beispiel der 5, ist ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8B zu der Speicherbatterie 8A über den dritten Schalter L23, die Diode D2, den ersten Schalter L21, den zweiten Schalter L12, das Widerstandselement R1 und den dritten Schalter L13 ausgebildet. Dieses ermöglicht der Speicherbatterie 8A mit elektrischer Leistung der Speicherbatterie 8B geladen zu werden.
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Der voranstehende Vorgang ermöglicht ein wechselseitiges Laden zwischen der Speicherbatterie 8A und der Speicherbatterie 8B.
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Des Weiteren, in 4 und 5, wenn die Spannungsdifferenz ΔV abnimmt auf den Schwellwert A oder weniger, wird die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Als ein Ergebnis, wird ein Ladeerhaltungsladen der Speicherbatterien 8A und 8B wieder gestartet.
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In den Beispielen der 4 und 5, wurde ein Laden und Entladen beschrieben, wenn die Spannungsdifferenz ΔV relativ klein ist. Wobei, in einem Fall, wenn die Spannungsdifferenz ΔV relativ groß ist, die Ladeschaltungen 5A und 5B dazu gesteuert sind, Strompfade verschieden von denen in 4 und 5 aufzuweisen.
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6 stellt eine Zeitänderungswellenform der Spannungsdifferenz ΔV dar. eine horizontale Achse repräsentiert die Zeit. Parallel zu der horizontalen Achse sind zwei durchbrochene Linien gezeichnet. Die untere durchbrochene Linie gibt ein Niveau des Schwellwerts A an, der voranstehend beschrieben ist. Des Weiteren gibt die obere durchbrochene bzw. unterbrochene Linie der zwei durchbrochenen Linien ein Niveau eines Schwellwerts B an, der ein zweiter Schwellwert ist. Wie dargestellt, weist der Schwellwert B einen Wert größer als der Schwellwert A auf. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung, der Schwellwert B bezeichnet werden kann als einen „zweiter Schwellwert“.
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Für eine Spannungsdifferenz ΔV=V2-V1 zwischen der Ladespannung V2 der Speicherbatterie 8B und der Ladespannung V1 der Speicherbatterie 8A, stellt die 7 einen Fluss eines Lade/Entlade-Stroms dar, wenn ΔV>B erfüllt ist. Zusätzlich, für die Spannungsdifferenz ΔV=V2-V1 zwischen der Ladespannung V2 der Speicherbatterie 8B und der Ladespannung V1 der Speicherbatterie 8A, stellt 8 einen Fluss eines Lade/Entlade-Stroms dar, wenn A<ΔV≤B erfüllt ist. Man beachte, dass der Strompfad in 7 ausgebildet wird, wenn die Spannungsdifferenz ΔV innerhalb eines Bereichs von (1) in 6 fällt, und der Strompfad in 8 ausgebildet wird, wenn die Spannungsdifferenz ΔV innerhalb eines Bereichs von (2) in 6 fällt.
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In einem Fall des Beispiels der 7, in dem die Spannungsdifferenz ΔV den Schwellwert B überschreitet, sind die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und der erste Schalter L21 dazu gesteuert „offen“ zu sein, und die zweiten Schalter L12 und L22 sind dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Der erste Schalter L11 kann dazu gesteuert sein entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100, das wie voranstehend beschrieben gesteuert wird, ist ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8B zu der Speicherbatterie 8A über den dritten Schalter L23, das Widerstandselement R2, den zweiten Schalter L22, den zweiten Schalter L12, das Widerstandselement R1 und den dritten Schalter L13 ausgebildet. Dies ermöglicht der Speicherbatterie 8A mit elektrischer Leistung der Speicherbatterie 8B geladen zu werden. Dieser Ladepfad soll ein Pfad sein, der durch die zwei Widerstandselemente R1 und R2 läuft. Daher, falls der Schwellwert B und die Widerstandswerte der Widerstandselemente R1 und R2 geeignet festgesetzt sind, kann der Ladestrom reduziert werden. Dies macht es möglich, den Ladestrom zu reduzieren ohne spezielle Stromeinstellungsmittel bereitzustellen.
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Des Weiteren, in einem Fall des Beispiels der 8, in dem die Spannungsdifferenz ΔV den Schwellwert A überschreitet und gleich zu oder geringer als der Schwellwert B ist, sind die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und der erste Schalter L11 dazu gesteuert „offen“ zu sein, und der erste Schalter L21 und der zweite Schalter L12 sind dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Der zweite Schalter L22 kann dazu gesteuert sein entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100, das wie voranstehend beschrieben gesteuert wird, ist ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8B zu der Speicherbatterie 8A über den dritten Schalter L23, die Diode D2, den ersten Schalter L21, den zweiten Schalter L12, das Widerstandselement R1 und den dritten Schalter L13 ausgebildet. Dieses ermöglicht der Speicherbatterie 8A mit elektrischer Leistung der Speicherbatterie 8B geladen zu werden. Dieser Ladepfad soll ein Pfad sein, der durch ein einziges Widerstandselement R1 läuft. Daher, verglichen mit dem Fall der 7, können zwei Widerstandswerte auf einen einzigen Widerstandswert reduziert werden. Dies kann ein Abnehmen im Ladestrom mindern in Bezug auf ein Abnehmen in der Spannungsdifferenz ΔV, so dass es möglich ist, eine Ladezeit zu verkürzen ohne spezielle Stromeinstellungsmittel bereitzustellen.
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Der Fall, wo die Anzahl der Speicherbatterien zwei Gruppen ist, wurde voranstehend beschrieben. Hiernach, wird ein Betrieb beschrieben, wenn die Anzahl von Speicherbatterien drei Gruppen oder mehr ist.
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9 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems 100A gemäß einer Modifikation 1 der Ausführungsform darstellt. 9 stellt eine Konfiguration des Schienenfahrzeugsystems 100A in einem Fall dar, wo die Anzahl von Speicherbatterien drei Gruppen ist. In dem Schienenfahrzeugsystem 100A, das in 9 dargestellt ist, sind eine Ladeschaltung 5C und eine Speicherbatterie 8C zu der Konfiguration des Schienenfahrzeugsystems 100 hinzugefügt, das in 1 dargestellt ist. Die Ladeschaltung 5C lädt die Speicherbatterie 8C. Zusätzlich, stellt die Ladeschaltung 5C ein Entladepfad bereit, wenn die Speicherbatterie 8C sich entlädt.
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Die Ladeschaltung 5C weist einen ersten Schalter L31, eine Diode D3, die ein unidirektionales Element ist, einen zweiten Schalter L32, ein Widerstandselement R3, einen dritten Schalter L33 und einen Spannungsdetektor 6C auf. Die Konfiguration der Ladeschaltung 5C ist identisch zu der der Ladeschaltungen 5A und 5B und eine sich wiederholende Beschreibung wird ausgelassen.
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Der Spannungsdetektor 6C detektiert eine Ladespannung V3 der Speicherbatterie 8C. Einen Detektionswert der Ladespannung V3 ist auch in die Steuerungseinrichtung 3a eingegeben. Die Steuerungseinrichtung 3a steuert ein Öffnen und ein Schließen der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, der ersten Schalter L11, L21 und L31, der zweiten Schalter L12, L22 und L32 und der dritten Schalter L13, L23 und L33 auf der Basis der Detektionswerte der Ladespannungen V1, V2 und V3.
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Man beachte, dass in 9, die Ladeschaltung 5C ein Spannungsdetektor 6C aufweist, aber die Konfiguration ist nicht darauf beschränkt. In einem Fall, wo die Speicherbatterie 8C eine Spannungsdetektionsfunktion aufweist, kann ein Detektionswert der Speicherbatterie 8C genutzt werden. In diesem Fall kann der Spannungsdetektor 6C ausgelassen werden.
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Eine Konfiguration außer der voranstehend beschriebenen, ist identisch zu oder äquivalent zu der Konfiguration des Schienenfahrzeugsystems 100, das in 1 dargestellt ist. Die identischen oder äquivalenten Komponenten sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird ausgelassen.
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Als Nächstes wird ein Betrieb des Schienenfahrzeugsystems 100A gemäß der Modifikation 1 der Ausführungsform beschrieben. Man beachte, dass ein Fluss eines Ladestroms in dem Normalbetrieb und ein Fluss eines Entladestroms in der Notfallfahrt äquivalent zu denen des Schienenfahrzeugsystems 100 sind, die die Zwei-Gruppen-Konfiguration aufweisen, und eine Beschreibung davon wird hier ausgelassen. Hiernach wird ein Betrieb im Ungleichgewicht einer Ladespannung und ein Betrieb, wenn Regenerativleistung erzeugt wird, beschrieben.
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10 zeigt ein erstes Diagramm, das genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung im Schienenfahrzeugsystem 100A gemäß Modifikation 1 der Ausführungsform. In 10 wird ein Maximalwert der Ladespannungen V1, V2 und V3 definiert als Vmax, ein Minimalwert ist definiert als Vmin und Vmax=V1 und Vmin=V3 werden angenommen erfüllt zu sein. Dann, für eine Spannungsdifferenz ΔV=Vmax-Vmin zwischen dem Maximalwert Vmax der Ladespannung und den Minimalwert Vmin der Ladespannung, stellt 10 einen Fluss eines Ladestroms dar, wenn ΔV>B erfüllt ist.
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In dem Beispiel der 10, in dem die Spannungsdifferenz ΔV den Schwellwert B überschreitet, sind die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, der erste Schalter L11 und der zweite Schalter L22 dazu gesteuert „offen“ zu sein, und die zweiten Schalter L12 und L32 sind dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Die ersten Schalter L21 und L31 können dazu gesteuert sein, entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein. Das bedeutet, dass der zweite Schalter L22 der Ladeschaltung 5B, der mit der Speicherbatterie 8B verbunden ist, die eine Ladespannung aufweist, die weder maximal noch minimal ist, dazu gesteuert ist „offen“ zu sein, der erste Schalter L11 der Ladeschaltung 5A, der mit der Speicherbatterie 8A verbunden ist, die die maximale Ladespannung aufweist, dazu gesteuert ist „offen“ zu sein, der zweite Schalter L12 der Ladeschaltung 5A, der mit der Speicherbatterie 8A verbunden ist, die die maximale Ladespannung aufweist, dazu gesteuert ist „geschlossen“ zu sein und der zweite Schalter L32 der Ladeschaltung 5C, die mit der Speicherbatterie 8C verbunden ist, die die minimale Ladespannung aufweist, dazu gesteuert ist „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100A, das wie voranstehend beschrieben gesteuert wird, wird ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8A, die die maximale Ladespannung aufweist, zu der Speicherbatterie 8C ausgebildet, die die minimale Ladespannung aufweist, über den dritten Schalter L13, das Widerstandselement R1, den zweiten Schalter L12, den zweiten Schalter L32, das Widerstandselement R3 und den dritten Schalter L33. Als Ergebnis, kann die Speicherbatterie 8C, die die minimale Ladespannung aufweist, mit elektrischer Leistung von der Speicherbatterie 8A, die die maximale Ladespannung aufweist, geladen werden. Weil dieser Ladepfad ein Pfad sein soll, der durch die zwei Widerstandselemente R1 und R3 führt, kann der Ladestrom reduziert werden. Dies macht es möglich, den Ladestrom ohne Bereitstellung eines speziellen Stromeinstellungsmittels zu reduzieren. Zusätzlich, weil das Laden nur zwischen der Speicherbatterie 8A, die die maximale Ladespannung und der Speicherbatterie 8C, die die minimale Ladespannung aufweist, durchgeführt wird, kann die Ladezeit verkürzt werden.
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Man beachte, dass obwohl 10 ein Fall darstellt, wo die Anzahl von Speicherbatterien drei Gruppen ist, die vorliegende Erfindung auch anwendbar ist auf einen Fall, wo die Anzahl von Speicherbatterien vier Gruppen oder mehr ist. In einem Fall, wo die Anzahl von Speicherbatterien vier Gruppen oder mehr ist, wenn die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der Speicherbatterie, die die maximale Ladespannung aufweist, und der Speicherbatterie, die die minimale Ladespannung aufweist, ein Verhältnis von ΔV>B aufweist, werden Laden und Entladen durchgeführt zwischen der Speicherbatterie, die die maximale Ladespannung aufweist, und der Speicherbatterie die die minimale Ladespannung aufweist.
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11 zeigt ein zweites Diagramm, das genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs im Ungleichgewicht einer Ladespannung in dem Schienenfahrzeugsystem 100A gemäß der Modifikation 1 der Ausführungsform. In 10 wurde ein Laden und ein Entladen beschrieben, das zwischen der Speicherbatterie, die die maximale Ladespannung aufweist, und der Speicherbatterie, die die minimale Ladespannung aufweist, durchgeführt wird. Jedoch, wenn die Spannungsdifferenz ΔV sich verringert zum Erfüllen eines Verhältnisses von ΔV≤B, wird ein Übergang gemacht von einem Zustand der 10 zu einem Zustand der 11. In 11 bleibt die Speicherbatterie, die die maximale Ladespannung aufweist, die Speicherbatterie 8A. Dabei wechselt die Speicherbatterie, die die maximale Ladespannung aufweist, von der Speicherbatterie 8C zu der Speicherbatterie 8B. Zusätzlich, für die Spannungsdifferenz ΔV=Vmax-Vmin zwischen dem Maximalwert Vmax der Ladespannung und dem Minimalwert Vmin der Ladespannung, stellt 11 einen Fluss eines Ladestroms dar, wenn ein Verhältnis von A<ΔV≤B erfüllt ist.
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In dem Beispiel der 11 ist die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 dazu gesteuert „offen“, zu sein und die ersten Schalter L11 und L31 sind dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Der erste Schalter L21 und die zweiten Schalter L12 und L32 können dazu gesteuert sein, entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein. Das bedeutet, dass der zweite Schalter L22 der Ladeschaltung 5B, die mit der Speicherbatterie 8B verbunden ist, die die minimale Ladespannung aufweist, dazu gesteuert ist „geschlossen“ zu sein, und jeder von den ersten Schaltern L11 und L31 in den Ladeschaltungen 5A und 5C, die mit den Speicherbatterien 8A und 8C verbunden sind, weisen eine nicht-minimale Ladespannung auf und sind dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100A, das wie voranstehend beschrieben gesteuert wird, ist ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8A, die eine nicht-minimale Ladespannung aufweist, zu der Speicherbatterie 8B ausgebildet, die die minimale Ladespannung aufweist, über den dritten Schalter L13, die Diode D1, den ersten Schalter L11, den zweiten Schalter L22, das Widerstandselement R2 und den dritten Schalter L23. Zusätzlich, wird ein Ladepfad von der Speicherbatterie 8C, die eine nicht-minimale Ladespannung aufweist, zu der Speicherbatterie 8B, die die minimale Ladespannung aufweist, über den dritten Schalter L33, die Diode D3, den ersten Schalter L31, den zweiten Schalter L22, das Widerstandselement R2 und den dritten Schalter L23 ausgebildet. Als Ergebnis, kann die Speicherbatterie 8B, die die minimale Ladespannung aufweist, mit elektrischer Leistung der Speicherbatterien 8A und 8C geladen werden, die nicht-minimale Ladespannungen aufweisen. Zusätzlich, weil eine einzige Speicherbatterie unter Nutzung von elektrischer Leistung der Mehrzahl von Speicherbatterien geladen wird, kann die Ladezeit verkürzt werden.
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Als Nächstes wird ein Ladevorgang beschrieben, wenn Regenerativleistung erzeugt wird. 12 zeigt ein Diagramm, das genutzt wird zum Erläutern eines Betriebs, wenn Regenerativleistung in einem Schienenfahrzeugsystem 100B gemäß Modifikation 2 der Ausführungsform erzeugt wird. In dem Schienenfahrzeugsystem 100B, das in 12 dargestellt ist, ist die Leistungswandlereinrichtung 3 ersetzt mit einem VUVF-Umrichter 31 und die Last 4 ist mit einem Vortriebsmotor 41 in der Konfiguration des Schienenfahrzeugsystems 100A ersetzt, das in 9 dargestellt ist. Der VUVF-Umrichter 31 weist eine Zwischenverbindungseinheit 31b auf. Zusätzlich ist die Steuerungseinrichtung 3a, die in der Leistungswandlereinrichtung 3 vorhanden ist, ersetzt mit einer Steuerungseinrichtung 31a, die in dem VUVF-Umrichter 31 vorhanden ist. Die Steuerungseinrichtung 31a weist eine Funktion der voranstehend beschriebenen Steuerungseinrichtung 3a auf. Man beachte, dass die andere Konfiguration identisch zu oder äquivalent zu der Konfiguration des Schienenfahrzeugsystems 100A ist, das in 9 dargestellt ist. Die identischen oder äquivalenten Komponenten sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird ausgelassen.
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Die Steuerungseinrichtung 31a überwacht eine Zwischenverbindungsspannung V4, die eine Spannung der Zwischenverbindungseinheit 31b ist. Die Steuerungseinrichtung 31a berechnet eine Spannungsdifferenz ΔE zwischen der Zwischenverbindungsspannung V4 und dem Minimalwert Vmin einer Ladespannung in den Speicherbatterien 8A, 8B und 8C. In einem Fall, wo die Spannungsdifferenz ΔE gleich zu oder geringer als ein Schwellwert C ist, führt die Steuerungseinrichtung 31a eine Ladesteuerung an den Speicherbatterien 8A, 8B und 8C durch Nutzen von Regenerativleistung durch, die durch den Vortriebsmotor 41 erzeugt ist. Man beachte, dass anstatt des Minimalwerts Vmin der Ladespannung, ein Durchschnittswert der Ladespannung in den Speicherbatterien 8A, 8B und 8C genutzt werden kann. Zusätzlich, in der folgenden Beschreibung, kann der Schwellwert C bezeichnet werden als ein „dritter Schwellwert“.
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In einem Fall, wo die Spannungsdifferenz ΔE gleich zu oder geringer als der Schwellwert C ist, sind die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die zweiten Schalter L12, L22 und L32 dazu gesteuert „geschlossen“ zu sein. Die ersten Schalter L11, L21 und L31 können dazu gesteuert sein, entweder „offen“ oder „geschlossen“ zu sein.
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In dem Schienenfahrzeugsystem 100B, das wie voranstehend beschrieben gesteuert ist, wird ein Ladepfad von dem Vortriebsmotor 41 zu der Speicherbatterie 8A über den VUVF-Umrichter 31, die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, den zweiten Schalter L12, das Widerstandselement R1 und den dritten Schalter L13 ausgebildet. Zusätzlich wird ein Ladepfad von dem Vortriebsmotor 41 zu der Speicherbatterie 8B über den VVVF-Umrichter 31, die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, den zweiten Schalter L22, das Widerstandselement R2 und den dritten Schalter L23 ausgebildet. Zusätzlich wird ein Ladepfad von dem Vortriebsmotor 41 zu der Speicherbatterie 8C über den VUVF-Umrichter 31, die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2, den zweiten Schalter L32, das Widerstandselement R3 und den dritten Schalter L33 ausgebildet. Dies ermöglicht den Speicherbatterien 8A, 8B und 8C geladen zu werden unter Nutzung von der Regenerativleistung, so dass die Regenerativleistung effektiv genutzt werden kann.
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Als Nächstes wird eine Verbindung zwischen einem VUVF-Umrichter und einer Hilfsleistungszufuhreinrichtung beschrieben. 13 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems 100C gemäß der Modifikation 3 dieser Ausführungsform darstellt. In dem Schienenfahrzeugsystem 100C, das in 13 dargestellt ist, sind eine Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 und eine Hilfsmaschine 42, die mit der Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 verbunden ist, der Konfiguration des Schienenfahrzeugsystems 100B, das in 12 dargestellt ist, hinzugefügt. Der VUVF-Umrichter 31 ist mit einer elektrischen Leitung 15 verbunden, die die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 und die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 über eine Öffnungs- und Schließeinrichtung L3 verbindet. Die Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 ist mit der elektrischen Leitung 15 über eine Öffnungs- und Schließeinrichtung L4 verbunden.
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13 stellt eine Konfiguration dar, in der der VUVF-Umrichter 31 und die Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 mit der Oberleitung 1 und den Speicherbatterien 8A, 8B und 8C auf gleiche Weise verbunden sind, aber die Konfiguration ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Konfiguration wie in 14 dargestellt sein. 14 zeigt ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugsystems 100D gemäß Modifikation 4 der Ausführungsform darstellt. In dem Schienenfahrzeugsystem 100D, das in 14 dargestellt ist, ist eine Öffnungs- und Schließeinrichtung L5 bereitgestellt zwischen der ersten Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 und der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung L2. Der VUVF-Umrichter 31 ist mit der elektrischen Leitung 15a verbunden, die die erste Öffnungs- und Schließeinrichtung L1 und die Öffnungs- und Schließeinrichtung L5 verbindet. Die Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 ist mit einer elektrischen Leitung 15b verbunden, die die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die Öffnungs- und Schließeinrichtung L5 verbindet. Man beachte, dass eine Konfiguration übernommen werden kann, in der das Verhältnis zwischen dem VvVF-Umrichter 31 und der Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 ausgetauscht sind, und die Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 ist auf der Seite der Oberleitung 1 angeordnet. In jedem Fall kann irgendeine Konfiguration übernommen werden, solange wie elektrischer Leistung der Oberleitung 1 zu sowohl dem VUVF-Umrichter 31 als auch der Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 zugeführt ist und eine elektrische Leistung der Speicherbatterien 8A, 8B und 8C wird sowohl dem VUVF-Umrichter 31 als auch der Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 zugeführt.
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Man beachte, dass obwohl 12 eine Konfiguration darstellt, in der die Steuerungseinrichtung 31a, die in dem VUVF-Umrichter 31 vorhanden ist, die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die Ladeschaltungen 5A, 5B und 5C steuert, wobei die Konfiguration nicht hierauf beschränkt ist. Eine Konfiguration kann angewendet werden, in der die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung L2 und die Ladeschaltungen 5A, 5B und 5C gesteuert werden durch eine Steuerungseinrichtung (nicht dargestellt), die in der Hilfsleistungszufuhreinrichtung 32 vorhanden ist.
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Wie voranstehend beschrieben, weist das Schienenfahrzeugsystem gemäß der Ausführungsform auf: eine Leistungswandlereinrichtung, die elektrische Leistung wandelt, die von einer Oberleitung zugeführt ist, in AC-Leistung zu einer Last; eine Mehrzahl von Speicherbatterien, die elektrische Notfallleistung zur Nutzung in einem Schienenfahrzeug zuführen, zu der Leistungswandlereinrichtung; und Ladeschaltungen, die die Speicherbatterien laden. Des Weiteren weist das Schienenfahrzeugsystem auf: eine erste Öffnungs- und Schließeinrichtung, die eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung und der Leistungswandlereinrichtung öffnet und schließt; und eine zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung, die eine elektrischen Verbindung zwischen jeder der Ladeschaltungen und der Oberleitung öffnet und schließt und eine elektrische Verbindung zwischen jeder der Ladeschaltungen und der Leistungswandlereinrichtung öffnet und schließt. Die Leistungswandlereinrichtung weist eine Steuerungseinrichtung auf, die ein Öffnen und ein Schließen der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung und der Ladeschaltungen auf der Basis von Information über eine Ladespannung der Mehrzahl von Speicherbatterien steuert. Die Steuerungseinrichtung steuert die Öffnungs- und Schließeinrichtung der zweiten Öffnungs- und Schließeinrichtung dazu geschlossen zu sein, um zu bewirken, dass ein von der Oberleitung zugeführter Strom zu den Speicherbatterien fließt, und die Ladeschaltung führt ein Ladeerhaltungsladen der Speicherbatterie mit einem von der Oberleitung zugeführten Strom durch. Als Ergebnis, weil die Mehrzahl der Speicherbatterien geladen werden kann, ohne eine Wandlereinrichtung zu nutzen, ist es möglich, eine Vergrößerung in der Größe des Systems und eine Erhöhung der Herstellungskosten zu vermeiden.
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Zusätzlich, wenn ein Ungleichgewicht der Ladespannung auftritt zwischen der Mehrzahl der Speicherbatterien während des Ladeerhaltungsladens der Mehrzahl von Speicherbatterien, steuert die Steuerungseinrichtung die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung dazu geöffnet zu sein, um ein Laden und Entladen zwischen den individuellen Speicherbatterien zu ermöglichen. Des Weiteren steuert die Steuerungseinrichtung die ersten und zweiten Schalter von jeder Ladeschaltung dazu geschlossen zu sein. Als Ergebnis, sogar während des Betriebs des Schienenfahrzeugsystems, kann ein Ungleichgewicht einer Ladespannung zwischen der Mehrzahl der Speicherbatterien gelöst werden.
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Des Weiteren, wenn die elektrische Leistungszufuhr von der Oberleitung unterbrochen wird und eine elektrische Leistung von jeder Speicherbatterie zu der Leistungswandlereinrichtung zugeführt wird, steuert die Steuerungseinrichtung die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung dazu geschlossen zu sein und steuert den ersten Schalter von jeder Ladeschaltung dazu geschlossen zu sein. Als ein Ergebnis, kann jede Speicherbatterie bewirkt werden einen Entladevorgang durchzuführen, und elektrische Notfallleistung, die in der Mehrzahl der Speicherbatterien gehalten ist, kann zu der Leistungswandlereinrichtung zugeführt werden.
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Man beachte, dass in einer Ladespannung der Mehrzahl von Speicherbatterien, wenn eine Differenz zwischen einem Maximalwert der Ladespannung und einem Minimalwert der Ladespannung abnimmt auf den ersten Schwellwert oder weniger, steuert die Steuerungseinrichtung die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung dazu geschlossen zu sein und startet das Ladeerhaltungsladen erneut. Indem dies so gemacht wird, ist es möglich, mit einem Problem in einer Oberleitung oder Ähnlichem umzugehen, während ein Unterschied in Ladespannung zwischen der Mehrzahl von Speicherbatterien erlaubt ist.
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Des Weiteren, wenn eine Differenz zwischen einem Maximalwert der Ladespannung und einem Minimalwert der Ladespannung den zweiten Schwellwert überschreitet, der größer als der erste Schwellwert ist, steuert die Steuerungseinrichtung die zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung dazu offen zu sein, und steuert den zweiten Schalter der Ladeschaltung, die mit jeder Speicherbatterie verbunden ist, der eine Ladespannung aufweist, die weder maximal noch minimal ist, dazu offen zu sein. Des Weiteren steuert die Steuerungseinrichtung des ersten Schalters der Ladeschaltung, die mit der Speicherbatterie verbunden ist, die die maximale Ladespannung aufweist, offen zu sein. Des Weiteren steuert die Steuerungseinrichtung den zweiten Schalter von jeden von einer Ladeschaltung, die mit der Speicherbatterie verbunden ist, die die maximale Ladespannung aufweist, und einer Ladeschaltung, die mit der Speicherbatterie verbunden ist, die die minimale Ladespannung aufweist, dazu geschlossen zu sein. Als Ergebnis, kann ein Laden und ein Entladen durchgeführt werden zwischen der Speicherbatterie, die die maximale Ladespannung aufweist, und der Speicherbatterie, die die minimale Ladespannung aufweist. Des Weiteren, wenn eine Differenz zwischen einem Maximalwert der Ladespannung und einem Minimalwert der Ladespannung abnimmt auf den zweiten Schwellwert oder weniger, wenn die ersten und zweiten Schalter von all den Ladeschaltungen dazu gesteuert geschlossen sind. Dies ermöglicht ein wechselseitiges Laden zwischen den individuellen Speicherbatterien. Die voranstehende Steuerung macht es möglich, effizient ein Ungleichgewicht einer Ladespannung zwischen der Mehrzahl der Speicherbatterien zu lösen.
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Des Weiteren, in einem Fall, wo der Vortriebsmotor eine elektrische Regenerativleistung erzeugt, wenn eine Differenz zwischen einer Zwischenverbindungsspannung des VvVF-Umrichters und einem Minimalwert einer Ladespannung der Mehrzahl von Speicherbatterien oder einem Durchschnittswert von Ladespannung der Mehrzahl von Speicherbatterien gleich zu oder geringer als ein dritter Schwellwert ist, steuert die Steuerungseinrichtung den zweiten Schalter von jeder Ladeschaltung dazu geschlossen zu sein, um ein Laden mit der Regenerativleistung zu ermöglichen. Als Ergebnis, kann die Regenerativleistung effektiv genutzt werden.
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Als Nächstes wird eine Hardwarekonfiguration zum Implementieren der Funktionen der Steuerungseinrichtung 3a in der Ausführungsform beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen der 15 und 16. 15 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration darstellt, die die Funktionen der Steuerungseinrichtung 3a gemäß der Ausführungsform implementiert. 16 zeigt ein Blockdiagramm, das ein weiters Beispiel einer Hardwarekonfiguration darstellt, die die Funktionen der Steuerungseinrichtung 3a gemäß der Ausführungsform implementiert.
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In einem Fall, wo einige oder alle der Funktionen der Steuerungseinrichtung 3a in der Ausführungsform implementiert sind, wie in 15 dargestellt, kann eine Konfiguration übernommen werden, die einen Prozessor 200 aufweist, der einen arithmetischen Betrieb durchführt, einen Speicher 202 aufweist, der ein Programm speichert, das durch den Prozessor 200 zu lesen ist, und eine Schnittstelle 204 aufweist, die Signale eingibt und ausgibt.
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Der Prozessor 200 kann ein arithmetisches Mittel sein wie etwa eine arithmetische Einrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Des Weiteren können Beispiele des Speichers 202 einen nicht flüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher umfassen wie etwas ein Zufallszugangsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, einen löschbar programmierbaren ROM (EPROM), oder einen elektrisch EPROM (EEPROM, registrierte Marke), eine magnetische Scheibe, eine flexible Scheibe, eine optische Scheibe, eine Compactdisk, eine Minidisk und eine digitale vielseitige Scheibe (DVD).
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Der Speicher 202 speichert ein Programm zum Ausführen der Funktionen der Steuerungseinrichtung 3a in der Ausführungsform. Der Prozessor 200 kann die voranstehend beschriebene Verarbeitung durch Austauschen notwendiger Information über die Schnittstelle 204 durchführen, was bewirkt, dass der Prozessor 200 ein Programm ausführt, das in dem Speicher 202 gespeichert ist und bewirkt, dass der Prozessor 200 sich auf eine Tabelle bezieht, die in dem Speicher 202 gespeichert ist. Ein Betriebsergebnis durch den Prozessor 200 kann in dem Speicher 202 gespeichert sein.
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Zusätzlich, in einem Fall, wo einige der Funktionen der Steuerungseinrichtung 3a in der Ausführungsform implementiert sind, kann auch die Verarbeitungsschaltung 203, die in 16 dargestellt ist, genutzt werden. Die Verarbeitungsschaltung 203 entspricht einer Einzelschaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA), oder Kombinationen von diesen. In die Verarbeitungsschaltung 203 eingegebene Information und von der Verarbeitungsschaltung 203 ausgegebene Information können über die Schnittstelle 204 erlangt werden.
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Man beachte, dass einige der Verarbeitung in der Steuerungseinrichtung 3a durch die Verarbeitungsschaltung 203 durchgeführt werden kann, und eine Verarbeitung, die nicht durch die Verarbeitungsschaltung 203 durchgeführt wird, kann durch den Prozessor 200 und den Speicher 202 durchgeführt werden.
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Man beachte, dass die in der voranstehenden Ausführungsform dargestellte Konfiguration ein einziges Beispiel der Inhalte der vorliegenden Erfindung darstellt und mit anderen bekannten Techniken kombiniert werden kann, und es ist auch möglich, einen Teil der Konfiguration auszulassen und zu ändern, ohne sich von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Oberleitung;
- 2
- Stromkollektoreinrichtung;
- 3
- Leistungswandlereinrichtung;
- 3a, 31a
- Steuerungseinrichtung;
- 4
- Last;
- 5A, 5B, 5C
- Ladeschaltung;
- 6A, 6B, 6C
- Spannungsdetektor;
- 8A, 8B, 8C
- Speicherbatterie;
- 15, 15a, 15b
- elektrische Leitung;
- 31
- VUVF-Umrichter;
- 31b
- Zwischenverbindungseinheit;
- 32
- Hilfsleistungszufuhreinrichtung;
- 41
- Vortriebsmotor;
- 42
- Hilfsmaschine;
- 100, 100A, 100B, 100C, 100D
- Schienenfahrzeugsystem;
- 150
- Schienenfahrzeug;
- 200
- Prozessor;
- 202
- Speicher;
- 203
- Verarbeitungsschaltung;
- 204
- Schnittstelle;
- D1, D2, D3
- Diode;
- L1
- erste Öffnungs- und Schließeinrichtung;
- L2
- zweite Öffnungs- und Schließeinrichtung;
- L3, L4, L5
- Öffnungs- und Schließeinrichtung;
- L11, L21, L31
- erster Schalter;
- L12, L22, L32
- zweiter Schalter;
- L13, L23, L33
- dritter Schalter;
- R1, R2, R3
- Widerstandselement.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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