СИЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК H02J7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к силовому преобразователю, который пригоден для применения в электрическом подвижном составе.

Уровень техники

Обычно электрический подвижной состав сконфигурирован для приема электрической мощности с провода или третьего рельса отборником мощности и движения посредством возбуждения электродвигателя, используя отобранную мощность. В последние годы рабочие характеристики элементов накопления электрической мощности, таких как вторичная аккумуляторная батарея и двухслойный конденсатор, были улучшены. Поэтому было развитие систем, которые движутся посредством возбуждения электродвигателя, одновременно используя электропитание этих элементов накопления электрической мощности, установленных на электрическом подвижном составе.

Такая система включает в себя устройство накопления электрической мощности, сконфигурированное для получения предопределенного напряжения посредством соединения многочисленных элементов накопления электрической мощности в качестве ячеек или модулей вторичной аккумуляторной батареи и электрического двухслойного конденсатора. Силовой преобразователь для выполнения управления электрическим зарядом/разрядом присоединен между внешним источником питания и устройством накопления электрической мощности, для того чтобы электрически заряжать и разряжать устройство накопления электрической мощности (например, см. патентные документы 1: выложенная заявка на выдачу патента Японии, № 2007-274756 и 2: выложенная заявка на выдачу патента Японии, № 2006-176057.

Есть различные схемные варианты осуществления в качестве блока преобразования мощности, который составляет силовой преобразователь. Например, в качестве главных из этих схемных вариантов осуществления может упоминаться схема преобразователя DC-DC, имеющая функцию выполнения электрического заряда/разряда посредством регулирования мощности между источником питания постоянного тока и блоком накопления мощности на предопределенном значении, схема инвертера DC-AC, имеющая функцию электрической зарядки в устройство накопления электрической мощности посредством преобразования рекуперативной мощности, выработанной из электродвигателя переменного тока, в мощность постоянного тока и возбуждения электродвигателя переменного тока посредством преобразования мощности постоянного тока устройства накопления электрической мощности в мощность переменного тока, и конвертер AC-DC, имеющий функцию выполнения электрического заряда/разряда посредством регулирования мощности между источником питания переменного тока и устройством накопления электрической мощности на предопределенном значении.

Силовой преобразователь, описанный выше, обычно сконфигурирован, чтобы иметь детектор напряжения (в дальнейшем, «первый детектор напряжения»), который детектирует напряжение в точке соединения между силовым преобразователем и устройством накопления электрической мощности, и для выполнения управления электрическим зарядом/разрядом устройства накопления электрической мощности на основании напряжения, детектированного этим первым детектором напряжения.

Элемент накопления электрической мощности, используемый в устройстве накопления электрической мощности, имеет характеристику, что напряжение на клеммах изменяется в зависимости от величины электрического заряда (SOC: состояния заряда), и имеет характеристику, что напряжение на клеммах становится выше, когда выше SOC. Поэтому силовой преобразователь, который включает в себя устройство накопления электрической мощности, настроен максимальным допустимым напряжением, которое становится верхним пределом, и минимальным допустимым напряжением, которое становится нижним пределом у напряжения на клеммах каждого элемента накопления электрической мощности, для того чтобы предотвращать повреждение, обусловленное чрезмерным электрическим зарядом в и чрезмерным электрическим разрядом из каждого элемента накопления электрической мощности. Силовой преобразователь осуществляет управление для снижения зарядного тока, из условия, чтобы напряжение, детектированное первым детектором напряжения, не превышало максимальное допустимое напряжение, и также осуществляет управление для снижения разрядного тока, из условия, чтобы детектированное напряжение не становилось ниже, чем минимальное допустимое напряжение.

Между тем, соответственные элементы накопления электрической мощности, включенные в устройство накопления электрической мощности, снабжены детектором напряжения в соответственных блоках ячеек или блоках модулей. Устройство накопления электрической мощности, которое включает в себя соответственные элементы накопления электрической мощности, обычно сконфигурировано, чтобы иметь функцию детектирования и контроля напряжения соответственных элементов накопления электрической мощности и уведомления об отклонении от нормы в систему высшего порядка посредством вывода индикации о состоянии в систему, когда детектированное напряжение превышает или становится ниже, чем предопределенное значение, и функцию контроля, называемую монитором ячеек, или тому подобным, обнаруживающую появление отклонения в напряжениях между ячейками или между модулями, для уравнивания напряжений, из условия, чтобы отклонение подавлялось.

Первому детектору напряжения, который детектирует напряжение в точке соединения между первым детектором напряжения и устройством накопления мощности, требуется иметь рабочие характеристики, которые могут выдерживать высокое напряжение, из условия, чтобы первый детектор напряжения мог детектировать напряжение от около нескольких сотен до одной тысячи вольт. Основная цель этого детектора напряжения состоит в том, чтобы регулировать напряжение силового преобразователя с высоким быстродействием. Хотя задержка реакции входа/выхода является настолько же малой, как 0,3 микросекунды, погрешность точности детектирования напряжения является настолько же высокой, как около ±3%. Обычно детектор напряжения, который может детектировать высокое напряжение, обладает склонностью иметь недостаточную точность детектирования, так как сложны его блок внутренней изоляции и тому подобное.

Кроме того, детектор напряжения (в дальнейшем, «второй детектор напряжения»), который контролирует напряжение элемента накопления электрической мощности, детектирует напряжение от нескольких до нескольких десятков вольт в качестве напряжения ячейки или напряжения модуля. Основная цель этого детектора напряжения состоит в том, чтобы защищать соответственные ячейки или модули от чрезмерного электрического разряда и чрезмерного электрического заряда посредством контроля напряжения соответственных ячеек или модулей при высокой точности. Поэтому, хотя задержка реакции входа/выхода является настолько же большой, как несколько десятков микросекунд, погрешность точности детектирования напряжения является настолько же высокой, как около ±0,3%.

Пример, в котором силовой преобразователь электрически заряжает элемент накопления электрической мощности, пояснен ниже. Когда SOC элемента накопления электрической мощности является низким, и когда напряжение на клеммах имеет значение, далекое от своего верхнего предельного значения, выполняется электрический заряд постоянного тока (электрический заряд CC (постоянного тока)) у электрической зарядки у элемента накопления электрической мощности на постоянном токе. Когда SOC возрастает, и когда напряжение на клеммах достигает приблизительно максимального допустимого напряжения, электрический заряд CC переключается на электрический заряд постоянного напряжения (электрический заряд CV (постоянного напряжения)), из условия чтобы напряжение на клеммах не превышало верхнее предельное значение. Электрический заряд выполняется непрерывно посредством уменьшения тока, из условия, чтобы напряжение элемента накопления электрической мощности поддерживалось в предопределенном значении наряду с отсутствием превышения максимального допустимого напряжения.

Раскрытие изобретения

Проблема, которая должна быть решена изобретением

Когда выполняется электрический заряд CV, силовой преобразователь управляется настройкой целевого напряжения, из условия, чтобы значение детектированного напряжения у первого детектора напряжения становилось максимальным напряжением наряду с отсутствием превышения максимального допустимого напряжения элемента накопления электрической мощности. Целевому напряжению в этом случае необходимо определяться, принимая во внимание максимальный допуск точности детектирования первого детектора напряжения. То есть, когда максимальное допустимое напряжение устройства накопления электрической мощности, которое сконфигурировано соединением многочисленных элементов накопления электрической мощности, имеет значение 700 вольт (В), и погрешность детектирования 700 В × 0,03=21 В существует, когда принимается во внимание допуск 3%. Поэтому целевому напряжению необходимо устанавливаться равным или меньшим чем 700 В - 21 В = 679 В, принимая во внимание погрешность детектирования.

Однако погрешность детектирования в 21 вольт является значением, которому не нужно учитываться, например, когда допуск первого детектора напряжения является нулевым. Зарядный ток чрезмерно уменьшается, когда погрешность детектирования больше, и, таким образом, возникает недостаток, такой, что время электрической зарядки занимает дольше, чем обычно.

Для того чтобы устранить вышеприведенный недостаток, точности детектирования первого детектора напряжения необходимо улучшаться; однако так как детектор напряжения, который может детектировать высокое напряжение, обладает склонностью иметь недостаточную точность детектирования, как описано выше, технически трудно улучшить точность детектирования первого детектора напряжения.

Настоящее изобретение было выполнено ввиду вышеприведенных проблем, и цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить силовой преобразователь, который может сокращать время электрической зарядки у элемента накопления электрической мощности и может эффективно выполнять электрический заряд/разряд, даже когда детектор, не имеющий настолько высокой точности детектирования, используется в качестве первого детектора напряжения, который детектирует напряжение в точке соединения между первым детектором напряжения и устройством накопления электрической мощности.

Средство для решения проблемы

Для того чтобы решить вышеприведенные проблемы, и для того чтобы достигнуть вышеприведенной цели, силовой преобразователь по настоящему изобретению, включающий в себя блок преобразования мощности, который присоединен к устройству накопления электрической мощности, к которому присоединено множество элементов накопления электрической мощности, и выполняет электрический заряд/разряд в и из устройства накопления электрической мощности, и контроллер преобразования мощности, который управляет работой блока преобразования мощности, при этом контроллер преобразования мощности включает в себя: блок расчета значения поправки, который рассчитывает значение поправки или поправочный коэффициент по первому значению напряжения, детектированному первым детектором напряжения, который детектирует напряжение в точке соединения между блоком преобразования мощности и устройством накопления электрической мощности, и по второму значению напряжения, детектированному вторым детектором напряжения, который включен в устройство накопления электрической мощности и детектирует напряжение в блоке ячеек или блоке модулей в каждом из элементов накопления электрической мощности, и имеющему более высокую точность, чем у первого значения напряжения, и имеющему более позднюю реакцию; и блок расчета поправленного напряжения, который рассчитывает поправленное значение напряжения, полученное внесением поправки в первое значение напряжения на значение поправки или поправочный коэффициент, управление блоком преобразования мощности выполняется на основании поправленного значения напряжения, и силовой преобразователь имеет конфигурацию выполнения электрического заряда постоянного напряжения в устройство накопления электрической мощности.

Результат изобретения

Согласно силовому преобразователю по настоящему изобретению блок преобразования мощности управляется на основании поправленного значения детектирования напряжения, которое является поправленным напряжением детектирования первого детектора напряжения, который детектирует напряжение в точке соединения между силовым преобразователем и устройством накопления электрической мощности. Поэтому время электрической зарядки у элемента накопления электрической мощности может быть сокращено, и может выполняться эффективный электрический заряд/разряд.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - пример конфигурации силового преобразователя согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - пример конфигурации устройства накопления электрической мощности согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - пример конфигурации контроллера преобразования мощности согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - пояснительный график примера результата варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 - пример конфигурации еще одного силового преобразователя согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Условные обозначения буквенных и цифровых надписей

1 провод

2 отборник мощности

3 колесо

4 рельс

5 реактор

6 конденсатор

7 детектор напряжения

11 коммутационный элемент стороны верхнего плеча

12 коммутационный элемент стороны нижнего плеча

20 сглаживающий реактор

21 детектор тока

23 первый детектор напряжения

30 устройство накопления электрической мощности

с 31a по 31n элемент накопления электрической мощности

с 32a по 32n второй детектор напряжения

33 контроллер накопления электрической мощности

34 блок аналого-цифрового преобразования

35 блок сложения

36 блок обработки связи

37 тракт передачи сигнала

40, 40a контроллер преобразования мощности

41 сумматор

42 устройство защитной обработки

44 контроллер стробирования

45 аналого-цифровой преобразователь

50 блок расчета значения поправки

51 блок обработки усреднением

52 блок обработки усреднением

53 блок вычитания

54 ограничитель

55 переключатель (блок выбора поправки)

56 блок контроля данных

57 блок обработки связи

60 блок расчета поправленного значения напряжения

100 силовой преобразователь

105 блок преобразования мощности (преобразователь DC-DC)

110 блок преобразования мощности (конвертер AC-DC)

115 конденсатор

120 блок преобразования мощности (инвертер DC-AC)

200 внешний источник питания

300 электродвигатель

Наилучший вариант(ы) осуществления изобретения

Примерные варианты осуществления силового преобразователя согласно настоящему изобретению будут подробно пояснены ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления.

Фиг.1 - пример конфигурации силового преобразователя согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.1 силовой преобразователь 100 согласно настоящему варианту осуществления присоединен к проводу 1, присоединенному к подстанции электропитания (не показана) в качестве источника питания постоянного тока, отборнику 2 мощности, который отбирает мощность с провода 1, колесу 3, которое становится возвратной цепью обратного тока, и рельсу 4, который присоединен к подстанции электропитания. Напряжение, подаваемое с провода 1, является высоким напряжением от 600 вольт до 3000 вольт постоянного тока.

Элементы конфигурации главной цепи, составляющие силовой преобразователь 100, включают в себя: схему LC-фильтра, составленную реактором 5 в качестве входного реактора для подавления вытекания тока высших гармоник на сторону подстанции электропитания и конденсатором 6 в качестве входного конденсатора; детектор 7 напряжения, который детектирует напряжение EFC постоянного тока конденсатора 6; блок 105 преобразования мощности, который присоединен параллельно конденсатору 6, и составлен коммутационным элементом 11 стороны верхнего плеча и коммутационным элементом 12 стороны нижнего плеча; сглаживающий реактор 20 в качестве сглаживающего фильтра, у которого один конец присоединен к точке соединения между коммутационным элементом 11 стороны верхнего плеча и коммутационным элементом 12 стороны нижнего плеча, и который выполняет фильтрацию пульсаций тока; детектор 21 тока, который детектирует значение ISL тока сглаживающего реактора 20; детектор 23 напряжения в качестве первого детектора напряжения, который детектирует напряжение между проводниками P и N главной цепи в положении соединения между силовым преобразователем 100 и устройством 30 накопления электрической мощности; и контроллер 40 преобразования мощности, который подвергается вводу значений EFC и BEFC напряжения или значения ISL тока из детекторов или значения EBAT напряжения, детектированного вторыми детекторами с 32a по 32n напряжения, включенными в устройство 30 накопления электрической мощности, и выдает сигнал управления в блок 105 преобразования мощности. Силовой преобразователь 100 присоединен к устройству 30 накопления электрической мощности, которое накапливает мощность постоянного тока.

Первый детектор 23 напряжения в описании изобретения является детектором, который выдерживает высокое напряжение, из условия, чтобы первый детектор 23 напряжения мог детектировать напряжение приблизительно от нескольких сотен до одной тысячи вольт. Первый детектор 23 напряжения преобразует напряжение между проводниками P и N главной цепи в низковольтный уровень аналогового сигнала посредством блока изоляции (не показан) и выдает результат преобразования в качестве значения BEFC детектирования напряжения. Основная цель первого детектора 23 напряжения состоит в том, чтобы детектировать напряжение минимальной задержки, для того чтобы регулировать напряжение между проводниками P и N главной цепи с высоким быстродействием.

Первый детектор 23 напряжения выполняет аналоговую обработку сигнала в большей части своей внутренней конфигурации. Поэтому, хотя задержка реакции входа и выхода является настолько же малой, как около нескольких десятков микросекунд, погрешность точности детектирования напряжения имеет значение около ±3% и, таким образом, погрешность детектирования напряжения относительно велика. Обычно детектор напряжения, который может детектировать высокое напряжение, обладает склонностью иметь недостаточную точность детектирования, так как сложны его блок внутренней изоляции и тому подобное.

Фиг.2 - пример конфигурации устройства 30 накопления электрической мощности согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.2, проводники P и N главной цепи из силового преобразователя 100 присоединены к элементам с 31a по 31n накопления электрической мощности, соединенным последовательно. На фиг.2 элементы 31 накопления электрической мощности показаны символом аккумуляторной батареи. Хотя никель-гидридная вторичная аккумуляторная батарея, литий-ионная вторичная аккумуляторная батарея, электрический двухслойный конденсатор и тому подобное пригодны для элементов с 31a по 31n накопления электрической мощности, применимые аккумуляторные батареи не ограничены этими, и также могут использоваться другие блоки накопления электрической мощности. На фиг.2, хотя элементы 31 накопления электрической мощности показаны символом аккумуляторной батареи, вариантом осуществления элементов 31 накопления электрической мощности может быть одиночная ячейка или может быть модуль в качестве соединительного комплекта многочисленных ячеек.

Напряжения на обоих концах каждого из элементов с 31a по 31n накопления электрической мощности детектируется детекторами с 32a по 32n напряжения в качестве вторых детекторов напряжения, соответственно, и вводятся в качестве значений с EB1 по EBn детектирования напряжения, соответственно, в контроллер 33 накопления электрической мощности.

Контроллер 33 накопления электрической энергии сконфигурирован, чтобы включать в себя: блок 34 аналого-цифрового преобразования, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал; блок 35 сложения, который формирует сумму значений с EB1 по EBn детектирования напряжения, введенных из блока 34 аналого-цифрового преобразования; и блок 36 обработки связи, который выполняет последовательность операций связи, такую как преобразование последовательных данных в значение EBAT напряжения полной последовательности в качестве суммы значений с EB1 по EBn детектирования напряжения, введенных из блока 35 сложения, а после этого выдает обработанные результаты в тракт 37 передачи сигнала в качестве блока передачи цифрового сигнала, сконфигурированного кабелем, оптоволокном или тому подобным.

Блок изоляции (не показан), который выполняет последовательность операций изоляции между каждым из элементов с 31a по 31n накопления электрической мощности, и тракт 37 передачи сигнала предусмотрены в пределах контроллера 33 накопления электрической мощности, когда необходимо.

Контроллер 33 накопления электрической мощности и контроллер 40 преобразования мощности в пределах силового преобразователя 100 поддерживают связь друг с другом в постоянном цикле, и контроллер 33 накопления электрической мощности передает данные о величине вышеприведенного значения EBAT напряжения полной последовательности в контроллер 40 преобразования мощности.

Посредством предоставления вышеприведенной конфигурации различные рабочие последовательности операций (такие как последовательность операций сложения и последовательность операций связи) могут обрабатываться цифровым образом, и может обеспечиваться точность значения EBAT напряжения полной последовательности.

Вместо предоставления блока 35 сложения в пределах контроллера 33 накопления электрической мощности блок 36 обработки связи может быть сконфигурирован для выполнения последовательности операций связи, такой как преобразование последовательных данных значений с EB1 по EBn детектирования напряжения, а после этого вывод результата последовательности операций связи в тракт 37 передачи сигнала в качестве блока передачи цифрового сигнала, сконфигурированного кабелем или оптоволокном.

В этом случае конфигурация может быть такой, что контроллер 33 накопления электрической мощности и контроллер 40 преобразования мощности поддерживают связь друг с другом в постоянном цикле, контроллер 33 накопления электрической мощности передает данные значений с EB1 по EBn детектирования напряжения в контроллер 40 преобразования мощности, а контроллер 40 преобразования мощности вырабатывает значение, соответствующее значению EBAT напряжения полной последовательности, в качестве суммы значений с EB1 по EBn детектирования напряжения.

Вторые детекторы с 32a по 32n напряжения детектируют напряжение от нескольких до нескольких десятков вольт в качестве напряжения ячейки или напряжения модуля каждого из элементов с 31a по 31n накопления электрической мощности. Основная цель вторых детекторов с 32a по 32n напряжения состоит в том, чтобы защищать элементы с 31a по 31n накопления электрической мощности от чрезмерного электрического заряда (избыточного напряжения) или чрезмерного электрического разряда (низкого напряжения) посредством контроля напряжения каждого из элементов с 31a по 31n накопления электрической мощности.

Значение EBAT напряжения полной последовательности является сигналом, вырабатываемым посредством последовательности операций аналого-цифрового преобразования, последовательности операций изоляции, последовательности операций сложения и последовательности операций связи, как описано выше. Поэтому, хотя задержка реакции является настолько же большой, как несколько десятков микросекунд, погрешность точности значения напряжения является настолько же высокой, как около ±0,3%.

Фиг.3 - пример конфигурации контроллера 40 преобразования мощности согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.3, контроллер 40 преобразования мощности включает в себя блок 50 расчета значения поправки, блок 60 расчета поправленного значения напряжения, имеющий аналого-цифровой преобразователь 45 и сумматор 41, блок 42 защитной обработки и контроллер 44 стробирования. Контроллер 40 преобразования мощности подвергается вводу значения EBAT напряжения полной последовательности, значения BEFC напряжения, значения ISL тока и значения EFC напряжения и выдает сигнал GSG управления в блок 105 преобразования мощности.

Затем, пояснены конфигурация и работа блока 50 расчета значения поправки. Блок 50 расчета значения поправки включает в себя блоки 51 и 52 обработки усреднением, блок 53 вычитания, ограничитель 54, переключатель 55 в качестве блока выбора поправки, блок 56 контроля данных и блок 57 обработки связи.

Блок 50 расчета значения поправки подвергается вводу значения EBAT напряжения полной последовательности, введенного из устройства 30 накопления электрической мощности, через тракт 37 передачи сигнала, и сигнал BEFCD напряжения, полученный преобразованием напряжения BEFC, детектированного первым детектором 23 напряжения в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 45.

В блоке 50 расчета значения поправки блок 57 обработки связи выполняет последовательность операций преобразования данных, такую как последовательно-параллельное преобразование в значение EBAT напряжения полной последовательности, введенное через тракт 37 передачи сигнала, и блоки 51 и 52 обработки усреднением усредняют значение EBAT напряжения полной последовательности, выведенное из блока 57 обработки связи, и сигнал BEFCD напряжения, выведенный из аналого-цифрового преобразователя 45, соответственно. Блоки 51 и 52 обработки усреднением выдают усредненные результаты в качестве усредненных значений EBATA и BEFCA напряжения, соответственно, в блок 53 вычитания. Блок 53 вычитания рассчитывает отклонение DE0 напряжения, которое является разностью между усредненными значениями EBATA и BEFCA напряжения.

Отклонение DE0 напряжения вводится в ограничитель 54. Ограничитель 54 затем выполняет последовательность операций ограничения верхнего предельного значения и нижнего предельного значения отклонения DE0 напряжения на предопределенном значении и выдает отклонение DE1 напряжения. Отклонение DE1 напряжения становится значением DE2 поправки посредством переключателя 55.

Переключатель 55 является составляющим элементом, имеющим функцию выдачи отклонения DE1 напряжения в качестве значения DE2 поправки, когда сигнал OK разрешения поправки из блока 56 контроля данных, описанного позже, имеет значение H (разрешена), и установки значения DE2 поправки в ноль, когда сигнал OK разрешения поправки имеет значение L (не разрешена). Переключатель 55 работает в качестве блока выбора поправки.

Блок 56 контроля данных имеет функцию контроля, является ли цифровой сигнал значения EBAT напряжения полной последовательности отклоняющимся от нормы, и контроля, есть ли повреждение данных в тракте передачи сигнала каждого из составляющих элементов контроллера 33 накопления электрической мощности, тракта 37 передачи сигнала и блока 57 обработки связи. В это время блок 56 контроля данных устанавливает сигнал OK разрешения поправки в H (разрешена), когда цифровой сигнал является нормальным, и устанавливает сигнал OK разрешения поправки в L (не разрешена), когда цифровой сигнал является отклоняющимся от нормы.

Посредством предоставления ограничителя 54 значение DE2 поправки может предохраняться от значительного отклонения от нормального значения, даже когда отклоняющееся от нормы значение рассчитано при обработке выше по потоку.

Посредством предоставления блока 56 контроля данных и переключателя 55, появление повреждения, такого как поломка силового преобразователя 100 и устройства 30 накопления электрической мощности, может предотвращаться управлением, чтобы не использовать значение DE2 поправки для внесения поправки, когда есть повреждение данных в тракте передачи сигнала каждого из составляющих элементов контроллера 33 накопления электрической мощности, тракта 37 передачи сигнала и блока 57 обработки связи.

Значение DE2 поправки, сформированное, как описано выше, вводится в блок 60 расчета поправленного значения напряжения. Сумматор 41 прибавляет значение DE2 поправки к сигналу BEFCD напряжения и формирует сигнал BEFC1 напряжения. Сигнал BEFC1 напряжения вводится в качестве поправленного значения напряжения в блок 42 защитной обработки и контроллер 44 стробирования.

Способ расчета значения DE2 поправки не ограничен вышеприведенным содержанием. Например, может использоваться способ, при котором делитель (не показан) предусмотрен вместо блока 53 вычитания, при котором отношение EBATA к BEFCA в качестве усредненных значений напряжения (= EBATA/BEFCA) рассчитывается как коэффициент отклонения (поправочный коэффициент), и при котором значение DE2 поправки формируется согласно этому коэффициенту отклонения. В этом случае, предпочтительно, сигнал BEFC1 напряжения формируется умножением коэффициента отклонения на сигнал BEFCD напряжения. Не приходится и упоминать, что функции ограничителя 54 и переключателя 55 идентичны вышеприведенному содержанию.

Сигнал BEFC1 напряжения в качестве поправленного значения напряжения, сформированного этим образом, становится сигналом напряжения, полученным применением поправки среднего отклонения значения BEFC напряжения и значения EBAT напряжения полной последовательности (то есть средней погрешности первого детектора 23 напряжения) к напряжению BEFC, детектированному первым детектором 23 напряжения. Погрешность детектирования напряжения невелика, так как сигнал BEFC1 напряжения формируется на основании напряжения BEFC. Поэтому сигнал BEFC1 напряжения становится сигналом напряжения, имеющим небольшую задержку детектирования напряжения и высокую точность напряжения.

Блок 42 защитной обработки, подвергнутый вводу сигнала BEFC1 напряжения, устанавливает сигнал STP останова в «H» и выдает сигнал STP останова в контроллер 44 стробирования, когда сигнал BEFC1 напряжения равен или больше, чем предопределенное значение, равное или меньшее, чем максимальное допустимое напряжение элементов 31 накопления электрической мощности, или когда сигнал BEFC1 напряжения равен или меньше, чем предопределенное значение, равное или большее, чем минимальное допустимое напряжение.

Контроллер 44 стробирования, подвергнутый вводу сигнала BEFC1 напряжения, имеет контроллер обратной связи (не показан), который управляет включением/выключением коммутационных элементов 11 и 12 блока 105 преобразования мощности, из условия, чтобы выходное напряжение (напряжение между P и N) силового преобразователя 100 становилось предопределенным значением, например, в качестве уставки управления, и формирует сигнал GSG управления - сигнал управления, который становится командой включения/выключения для коммутационных элементов 11 и 12, выдаваемой в качестве результата управления с обратной связью.

Контроллер 44 стробирования управляет выключением сигнала GSG управления, когда сигнал STP останова имеет значение «H». Поэтому, когда блок 42 защитной обработки обнаруживает избыточное напряжение сигнала BEFC1 напряжения, превышающего предел напряжения элементов 31 накопления электрической мощности, или низкое напряжение, например, контроллер 44 стробирования может прекращать работу блока 105 преобразования мощности. Посредством этого управления может избегаться чрезмерный электрический заряд в или чрезмерный электрический разряд из элементов 31 накопления электрической мощности.

Фиг.3 изображает конфигурацию, в которой значение ISL тока, втекающего в сглаживающий реактор, и значение EFC напряжения в качестве напряжения постоянного тока конденсатора 6 вводятся вместе. Однако конфигурация не ограничена этим, и может быть конфигурация, из условия, чтобы вводились значения напряжения и значения тока, соответствующие этим значениям. Например, вместо значения тока, втекающего в сглаживающий реактор, зарядный ток в элементы 31 накопления электрической мощности может детектироваться и вводиться.

Силовой преобразователь согласно первому варианту осуществления, сконфигурированный, как описано выше, может получать следующие результата.

Фиг.4 - пояснительный график примера результата варианта осуществления настоящего изобретения. Более точно, фиг.4 изображает зависимость между напряжением между обоими концами элементов 31 накопления электрической мощности, когда силовой преобразователь 100 электрически заряжает элементы 31 накопления электрической мощности, зарядным током (= току ISL сглаживающего реактора) в элементы 31 накопления электрической мощности, и величиной SOC электрического заряда у элементов 31 накопления электрической мощности.

На фиг.4, характеристики, показанные сплошной линией, являются характеристиками, когда применяется настоящее изобретение, а характеристики, показанные пунктирной линией, являются характеристиками традиционного примера.

Прежде всего, в области электрического заряда постоянного тока (CC) непосредственно после того, как начат электрический заряд, контроллер 44 стробирования управляет блоком 105 преобразования мощности для выдачи постоянного тока. Поэтому, величина SOC электрического заряда элементов 31 накопления электрической мощности линейно увеличивается. В этой области, нет разницы между тем, когда применяется настоящее изобретение, и традиционным примером.

С другой стороны, когда величина SOC электрического заряда увеличивается, и когда напряжение между обоими концами элементов 31 накопления электрической мощности (суммарное напряжение) почти достигает предписанного максимального допустимого напряжения, управление переключается с электрического заряда постоянного тока (CC) на электрический заряд постоянного напряжения (CV). То есть, контроллер 44 стробирования осуществляет управление с постоянным напряжением блоком 105 преобразования мощности, из условия, чтобы напряжение между проводниками P и N главной цепи соответствовало предопределенной уставке регулирования.

В этом случае, согласно традиционному примеру, уставке регулирования управления с постоянным напряжением необходимо быть определенной на низком уровне, учитывая допуск первого детектора 23 напряжения. Однако в настоящем изобретении получается сигнал BEFC1 напряжения, имеющий небольшую задержку детектирования напряжения и высокую точность напряжения. Поэтому значение, бесконечно близкое к максимальному допустимому напряжению элементов 31 накопления электрической мощности, может быть установлено в качестве уставки регулирования. То есть, уставка регулирования блока 105 преобразования мощности во время электрической зарядки с постоянным напряжением (CV) может быть установлена выше, чем по традиционному примеру.

При этой компоновке может обеспечиваться широкая область электрического заряда постоянного тока, ток зарядки может быть максимальным значением, а время, отнятое на электрический заряд у элементов 31 накопления электрической мощности, может быть сокращенным от такового по традиционному примеру.

Кроме того, сигнал BEFC1 напряжения, имеющий небольшую задержку детектирования напряжения и высокую точность напряжения, может быть получен в качестве напряжения между проводниками P и N главной цепи силового преобразователя 100. Поэтому посредством использования сигнала BEFC1 напряжения для последовательностей операций блока 42 защитной обработки блок 105 преобразования мощности в пределах силового преобразователя 100 может останавливаться при высокой точности на предопределенном значении, как можно более близком к максимальному допустимому напряжению, равном или меньшем, чем максимальное допустимое напряжение элементов 31 накопления электрической мощности, или на предопределенном значении, как можно более близком к минимальному допустимому напряжению, равном или большем, чем минимальное допустимое напряжение.

При этой компоновке используемый диапазон напряжений элементов 31 накопления электрической мощности может быть максимальным верхним пределом. Поэтому становятся возможными большие электрические заряд/разряд электрической мощности, и может быть предотвращено повреждение элементов 31 накопления электрической мощности.

Когда силовой преобразователь по настоящему варианту осуществления применяется к электрическому подвижному составу, как силовой преобразователь 100, так и устройство 30 накопления электрической мощности, описанные выше, становятся в значительной степени большими устройствами и размещены в обособленных местах. Поэтому предпочтительно, что эти устройства имеют конфигурации, в высокой степени готовые к неисправности, такой как разрыв линии тракта 37 передачи сигнала.

Между тем, в настоящем варианте осуществления, первый детектор 23 напряжения предусмотрен в пределах силового преобразователя 100, и значение BEFC детектирования из первого детектора 23 напряжения непосредственно вводится в контроллер 40 преобразования мощности, с тем чтобы не проходить за пределами силового преобразователя 100. Поэтому значение BEFC детектирования из первого детектора 23 напряжения может использоваться, даже когда тракт передачи сигнала каждого из составляющих элементов контроллера 33 накопления электрической мощности, тракта 37 передачи сигнала и блока 57 обработки связи не может использоваться вследствие неисправности. Следовательно, управление может продолжаться без прекращения работы блока 105 преобразования мощности. Как результат, может быть обеспечено резервирование и надежность силового преобразователя 100.

В настоящем варианте осуществления посредством предоставления первого детектора 23 в пределах силового преобразователя 100 значение BEFC детектирования из первого детектора 23 напряжения может непосредственно вводиться в контроллер 40 преобразования мощности не через тракт 37 передачи сигнала, без выполнения преобразования данных, такого как последовательно-параллельное преобразование через блок обработки связи. Как результат, время задержки значения детектирования, сопровождающее преобразование данных блоком 57 обработки связи, может быть уменьшено.

В вышеприведенных пояснениях преобразователь DC-DC используется для блока 105 преобразования мощности. Как показано на фиг.5, изобретение также может быть применено к конфигурации, в которой преобразователь 110 DC-DC, который присоединен к источнику питания переменного тока в качестве внешнего источника 200 питания и подает питание постоянного тока, настроенное на предопределенный ток или напряжение, на конденсатор 115, присоединен к устройству 30 накопления электрической мощности.

Как показано на фиг.5, настоящее изобретение также может быть применено к конфигурации, в которой питание переменного тока вырабатывается из питания постоянного тока конденсатора 115 и подается на электродвигатель 300, и к конфигурации, в которой сторона постоянного тока инвертера 120 DC-AC, которая реверсивно управляет потоком энергии между стороной постоянного тока и стороной переменного тока, присоединена к устройству 30 накопления электрической мощности.

То есть, блок 105 преобразования мощности или силовой преобразователь 100 не ограничен вариантами осуществления, показанными на фиг.1 и 5, и может быть применен ко всем вариантам осуществления силовых преобразователей, которые выполняют преобразование мощности.

Конфигурация, описанная в настоящем варианте осуществления, является всего лишь примером сути настоящего изобретения и, таким образом, она может комбинироваться с другими широко известными технологиями. Кроме того, не приходится и упоминать, что настоящее изобретение может быть сконфигурировано наряду с его модификацией, не выходящей из объема изобретения, такой как не включение в состав части конфигурации.

Более того, в этом описании изобретения суть настоящего изобретения была пояснена на основании допущения, что силовой преобразователь применяется к области техники электрифицированных железных дорог; однако область применений настоящего изобретения не ограничена этим, и не приходится и упоминать, что настоящее изобретение может быть применено к различным промышленным областям.

Промышленная применимость

Как описано выше, силовой преобразователь согласно настоящему изобретению полезен для силового преобразователя, который присоединен к устройству накопления электрической мощности, к которому присоединены многочисленные элементы накопления электрической мощности, и содержит блок преобразования мощности, который выполняет электрический заряд/разряд в и из элементов накопления мощности.

Изобретение относится к силовому преобразователю, в частности, для электрического подвижного преобразователя. Контроллер (40) преобразования мощности включает в себя: блок (50) расчета значения поправки, который рассчитывает значение DE2 поправки для внесения поправки в значение BEFC напряжения по сигналу BEFC напряжения, который получен преобразованием значения BEFC напряжения, детектированного первым детектором (23) напряжения, в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем (45), и по значению ЕВАТ напряжения полной последовательности, детектированному вторым детектором (32а, 32b, 32с, 32d, …, 32n) напряжения; блок (60) расчета поправленного напряжения, который рассчитывает сигнал BEFC1 напряжения в качестве поправленного значения напряжения, которое получено внесением поправки в значение BEFC напряжения на значение DE2 поправки; и контроллер 44 стробирования, который управляет блоком (105, 110, 120) преобразования мощности на основании сигнала BEFC1 напряжения. Технический результат - сокращение времени зарядки накопителя электрической мощности. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Силовой преобразователь (100), содержащий блок (105, 110, 120) преобразования мощности, который присоединен к устройству (30) накопления электрической мощности, к которому присоединено множество элементов (31а, 31b, 31с, 31d, …, 31n) накопления мощности, и выполняет электрический заряд/разряд в и из устройства (30) накопления электрической мощности, и контроллер (40, 40а) преобразования мощности, который управляет работой блока (105, 110, 120) преобразования мощности, при этом
контроллер (40, 40а) преобразования мощности включает в себя:
блок (50) расчета значения поправки, который рассчитывает значение поправки или поправочный коэффициент по первому значению напряжения, детектированному первым детектором (23) напряжения, который детектирует напряжение в точке соединения между блоком (105, 110, 120) преобразования мощности и устройством (30) накопления электрической мощности, и по второму значению напряжения, детектированному вторым детектором (32а, 32b, 32с, 32d, …, 32n) напряжения, который включен в устройство (30) накопления электрической мощности и детектирует напряжение в блоке ячеек или блоке модулей в каждом из элементов (31а, 31b, 31с, 31d, …, 31n) накопления электрической мощности, и имеющему более высокую точность, чем у первого значения напряжения, и имеющему более позднюю реакцию; и
блок (60) расчета поправленного напряжения, который рассчитывает поправленное значение напряжения, полученное посредством поправки первого значения напряжения значением поправки или поправочным коэффициентом,
управление блоком (105, 110, 120) преобразования мощности выполняется на основании поправленного значения напряжения, и
силовой преобразователь (100) имеет конфигурацию выполнения электрического заряда постоянного напряжения в устройство (30) накопления электрической мощности.

2. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором значение поправки рассчитывается на основании разности между значением напряжения, полученным временным усреднением первого значения напряжения, и значения напряжения, полученного временным усреднением второго значения напряжения.

3. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором поправочный коэффициент рассчитывается на основании отношения значения напряжения, полученного временным усреднением первого значения напряжения, к значению напряжения, полученному временным усреднением второго значения напряжения.

4. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором контроллер (40, 40а) преобразования мощности включает в себя:
блок (56) контроля данных, который контролирует, является ли второе значение напряжения нормальным значением; и
блок (55) выбора поправки, который может выбирать, следует ли поправлять первое значение напряжения значением поправки, основанным на выходном сигнале блока (56) контроля данных.

5. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором контроллер (40, 40а) преобразования мощности включает в себя блок (54) ограничителя, который ограничивает верхний и нижний пределы значения поправки.

6. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором контроллер (40, 40а) преобразования мощности включает в себя контроллер (44) стробирования, который осуществляет управление для выравнивания поправленного значения напряжения с предопределенной уставкой регулирования на основании поправленного значения напряжения.

7. Силовой преобразователь (100) по п.6, в котором
при выполнении управления для выравнивания поправленного значения с уставкой регулирования, контроллер (44) стробирования управляет блоком (105, 110, 120) преобразования мощности, выдавая стробирующий сигнал, который заставляет напряжение, приложенное из блока (105, 110, 120) преобразования мощности к устройству (30) накопления электрической мощности, становиться постоянным напряжением.

8. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором контроллер (40, 40а) преобразования мощности дополнительно включает в себя блок (42) защитной обработки, который выдает сигнал управления для прекращения работы блока (105, 110, 120) преобразования мощности в контроллер (44) стробирования, когда отклонение от нормы напряжения каждого из элементов (31а, 31b, 31с, 31d, …, 31n) накопления электрической мощности обнаруживается на основании поправленного значения напряжения.

9. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором блок (120) преобразования мощности является инвертером DC-АС.

10. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором блок (110) преобразования мощности является конвертером AC-DC.

11. Силовой преобразователь (100) по п.1, в котором блок (105) преобразования мощности является преобразователем DC-DC.

12. Силовой преобразователь (100) по любому одному из пп.1-11, в котором первый детектор (23) напряжения предусмотрен в пределах устройства.