专利名称：蓄电式馈电线电压补偿装置以及方法
技术领域：
本发明涉及一种让电气铁路的馈电线，经电能转换器(電力变换器)与二次电池相连接，吸收馈电线的剩余电能，根据行驶(力行)的车辆的电能需求从二次电池进行供电的蓄电式馈电线电压补偿装置及方法。
背景技术：
近年来，将来自变电站的电力提供给电气车辆的馈电系统中，电气车辆以省电等为目的而使用再生制动。该再生制动，将电气车辆所具有的动能通过车载变换器变换成电能，在馈电线中再生，从而进行电气车辆的减速。通过将该再生制动所产生的电能，作为其他电气车辆的行驶能量来进行消费，能够实现馈电线的节能。
但是，如果在再生车辆的附近产生了需要以上的电能，也即产生了剩余再生电能，则再生车辆的受电点电压就会上升，因此，车辆为了进行过压保护，不得不将制动从再生制动变更成机械制动。因此，不但电气车辆的乘坐感觉会恶化，馈电系统的节能性也会恶化。
对于该问题，专利文献1中公布了一种将剩余电能存储到蓄电装置中，并作为电气车辆行驶时的能量进行放电的方法。
另外，非专利文献1中，公布了一种包括蓄电装置与电能转换器的馈电线电压补偿装置的控制方法。这里，使用双电气层电容器作为蓄电装置，一旦馈电线电压超过上限值，便对蓄电装置进行充电，一旦馈电线电压下落到下限值，便从蓄电装置放电，来抑制馈电线电压的变动。另外，在馈电线电压在给定范围内时，在馈电线之间进行充放电，使得双电气层电容器的电压为一定值。通过这样，能够有效利用再生电能，控制蓄电装置的充电率，确保机器的稳定动作。
专利文献1特开平11-91415号公报(全部)非专利文献1明电时报，通卷287号，2002，No.6，P.4-7
但是，上述非专利文献1的技术中，在蓄电装置中使用二次电池的情况下，存在二次电池在低温时内部电阻值增大，能够充放电的电能有限，致使机器的利用率降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使在低温状态下，也能够在二次电池中确保作为馈电线电压补偿装置所需要的能够充放电的电能，提高装置全体的利用率的蓄电式馈电线电压补偿装置及方法。
本发明的一方面中，在通过连接在馈电线与二次电池之间且进行双向传电的电能转换器，将馈电线的剩余电能充电给二次电池，对行驶车辆所引起的电能需要从二次电池供电的馈电系统中，其特征在于，在满足馈电线侧电压下降这样的预定的放电开始条件时，开始从二次电池向馈电线侧放电；同时，在二次电池的温度变得低于给定温度时，扩大上述放电开始条件。
本发明的优选实施方式中，在二次电池的温度低于给定温度时，将开始该二次电池的放电的放电开始电压切换得较高，促进从二次电池的放电。
本发明的另一方面中，在由变电站进行供电的馈电线中连接有2组电压补偿装置的情况下，在任一个二次电池的温度下降时，进行控制使得2组电压补偿装置互相之间进行充放电。
本发明的优选实施方式中，在二次电池的温度低于给定温度时，进行控制，通过交互扩大2组电压补偿装置的放电开始条件，在2组电压补偿装置互相之间进行充放电。
根据本发明的优选实施方式，通过将下降了的二次电池的温度恢复到给定温度，能够降低二次电池的内部电阻，降低充放电损耗。
根据本发明的优选实施方式，能够增大充放电电能，提高电压补偿装置全体的利用率。
本发明的其他目的与特征，能够通过以下所述的实施例的说明来明确。
图1为本发明的第1实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。
图2为二次电池的充电率对端子电压特性的一例曲线图。
图3为本发明的第1实施例中的二次电池的温度与放电开始电压的关系图。
图4为第1实施例的变形例中的二次电池的温度与放电开始电压的关系图。
图5为本发明的第1实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的动作波形图。
图6为本发明的第2实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。
图7为本发明的第2实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的动作波形图。
图8为本发明的第3实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。
图9为本发明的第4实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。
图10为本发明的第4实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的动作波形图。
图中1-二次电池，2、4-电抗器、3-电容器，5、6-IGBT，7、8-二极管，10-温度检测器，11-电流检测器，12、13-电压检测器，20-电能转换器(DC/DC转换器，双向断路器)，21、23-滤波部，22-开关部，100、110-蓄电式馈电线电压补偿装置(电压补偿装置)，200-控制部，201、260-放电开始电压计算器，202-充电率计算器，203-电压控制器，204-充电率控制器，205-切换开关，206、207-限制器，208-电流控制器，209-占空比计算器，210-选通信号发生器，220-电压控制系统(AVR)，230-充电率控制系统，240-电流控制系统(ACR)，250-充电率指令值计算器，260-放电开始电压计算器，270-充电率调整系统，271-存储器，272-计时器，273-放电开始电压切换器，300-主电路部，500-变电站，600-电气车辆，700-馈电线，701-铁轨，1000-电压管理器。
具体实施例方式
第1实施例对照图1～图5，对本发明的第1实施例进行说明。
图1为本发明的第1实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体构成图。示出了蓄电式馈电线电压补偿装置(以下称作电压补偿装置)100、变电站500、电气车辆600、馈电线700、以及铁轨701。电压补偿装置100，经馈电线700与铁轨701，与变电站500以及车辆600并联。电压补偿装置100，由主电路部300与控制部200构成，首先对主电路部300进行说明。
主电路部300中，二次电池1经电能转换器20与馈电线700以及铁轨701相连接。本实施例中，电能转换器20是双向断路器(chopper)，也即DC/DC转换器，构成为通过两个滤波部21与23夹持开关部22。开关部22具有IGBT5与IGBT6的串联体，以及与各个IGBT反并联的续流二极管7、8。两个滤波部21、23，分别由电抗器2和4，以及电容器3构成。众所周知，双向断路器20具有通过其PWM控制，升压二次电池1的端子电压，让馈电线700放电，或让馈电线700的电压下降，对二次电池1进行充电的功能。
接下来，对控制部200进行说明。
控制部200，具有电压控制系统(AVR)220、充电率控制系统230、以及电流控制系统(ACR)240。电压控制系统220，通过电压检测器13检测出电能转换器20的馈电线侧电压(电容器电压)Vdc，为了让其处于给定范围内，而在电压控制器203中计算出对二次电池1的充放电电流指令值Iref。+为充电电流指令，-为放电电流指令。具体地说，如果电能转换器20的馈电线侧(电容器3)电压Vdc为充电开始电压Vabs以上，则计算出二次电池1的充电电流指令值Iref，来降低Vabs与Vdc的偏差。所以，充电开始电压Vabs，可以是电能转换器20的馈电线侧电压Vdc的上限值，通过对二次电池1进行充电使其不超过该电压，来吸收电能。另外，如果馈电线侧电压Vdc为作为放电开始电压计算器201的输出值的放电开始电压Vdisc以下，则计算出二次电池1的放电(负充电)电流指令值Iref，来降低该电压Vdisc与馈电线侧电压Vdc的偏差。也即，放电开始电压Vdisc，可以为电能转换器20的馈电线侧电压Vdc的下限值，通过电压控制器(AVR)203，由二次电池1的放电进行供电，让馈电线侧电压Vdc不会下降到该电压Vdisc以下。
另外，充电控制中，为了只让行驶车辆600消耗不完的剩余再生电能被二次电池1吸收，而让作为馈电线侧电压Vdc的上限值的充电开始电压Vabs，为比变电站500的无负载时输出电压Vdc0高数十[V]的值。在馈电线电压的额定值为1500[V]时，变电站500的无负载时输出电压Vdc0，例如为1600[V]程度。
另外，在馈电线电压下降时，让放电开始电压Vdisc，为比充电开始电压Vabs以及上述无负载时输出电压Vdc0低的值，使得电压补偿装置100从二次电池1向馈电线700放电，对该电压下降进行补偿。
充电率控制系统230具有充电率计算器202与充电率控制器204。充电率计算器202，通过电压检测器12以及电流检测器11所检测出的二次电池端子电压检测值Vbat与二次电池充电电流检测值Ibat，计算出二次电池1的充电率SOC。例如，充电率SOC，可以考虑图2的特性，按照下述那样计算出来。
图2为二次电池1的充电率SOC对电池端子电压Vbat特性的一例曲线图。电池端子电压Vbat，是电池电压OCV与内部电阻R所引起的电压降RIbat的和，如图2所示，Vbat＝OCV+RIbat。由于内部电阻R随着温度大幅变化，因此加上包括这一点的图2的特性，根据所检测出的端子电压Vbat与电流Ibat，由充电率计算器202计算出充电率SOC。这里，如图2所示，对设充电率的上限为80[％]，下限为20[％]，不需要积极地进行电压补偿的状态下的目标充电率SOC_ref为30[％]的情况进行说明。充电率控制器204，计算出二次电池1的充放电电流指令值Iref，让作为该30[％]固定值的充电率指令值SOC_ref与充电率计算器202所计算出的充电率SOC的偏差降低。
电流控制系统(ACR)240，具有选择电流指令值的切换开关205、限制电流指令值的限制器(limiter)206、207、电流控制器208、占空比计算器209、以及选通信号发生器210。切换开关205，根据电能转换器20的馈电线侧电压Vdc处于哪一个范围，来切换作为其输出值的电流指令值。
首先，如果馈电线侧电压Vdc为放电开始电压(下限值)Vdisc以上且未达到充电开始电压(上限值)Vabs，则由于不需要积极的电压补偿运行，因此通过充电率控制器204的输出值来让ACR240进行工作。所以如前所述，为达到30[％]固定值的充电率指令值SOC_ref，而控制充放电。
另外，如果馈电线侧电压Vdc为上述以外，则需要积极的电压补偿动作，将电压控制器203的输出值作为电流指令值Iref输出给限制器206。限制器206被输入作为切换开关205的输出值的电流指令值Iref与放电开始电压Vdisc。这样，在放电开始电压Vdisc小于变电站500的无负载时输出电压Vdc0(例如1600[V])时，作为电流指令值Iref的上限也即从电线吸收电能的充电电流，可以允许不超过由机器额定设定的上限值。但是，在从二次电池1向馈电线供电的情况下，在放电开始电压Vdisc较低的状况下，由于并不着急，因此对放电侧的负电流，限制其不满额定值，进行稳定的放电，提高二次电池1的放电效率。
接下来，在将放电开始电压Vdisc设为变电站500的无负载时输出电压Vdc0以上时，由于处于后述的二次电池1所需要的取暖运行所要求的状况，因此将对电流指令值Iref的放电侧电流限制值扩大到额定值。通过这样，放电电流能够流动达到机器额定值，增大二次电池1的内部发热。
限制器207具有防止二次电池1的过充电·过放电作用，输入限制器206的输出值与充电率计算器202的输出值SOC。首先，充电率SOC，如果在前述的允许变动范围20～80[％]以内，则允许电流指令值达到机器额定设定的值。另外，如果充电率SOC为允许变动范围80[％]以上，则让限制器207的充电方向的限制值为0，如果充电率SOC为允许变动范围20[％]以下，则让限制器207的放电方向的限制值为0，输出给电流控制器208。通过这样，能够防止二次电池1的过充电·过放电。
由限制器206、限制器207所限制的电流指令值，为新的电流指令值Iref_new，输入给电流控制器208。电流控制器208被输入由限制器207所输入的电流指令值Iref_new，与电流检测器11所检测出的二次电池充放电电流Ibat，计算出双向断路器20的二次电池侧输出电压指令值，使得两者的偏差缩小。占空比计算器209，根据电流控制器208所输入的电压指令值，计算出IGBT5、6的占空比，输出给选通信号发生器210。选通信号发生器210，根据占空比计算器209所输入的占空比，与作为载波的三角波，产生IGBT5、6的选通信号。
如上，本实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置100，如果电能转换器20的馈电线侧电压Vdc超过了充电开始电压(上限值)Vabs，则通过馈电线700迅速吸收电能，抑制馈电线电压的上升。另外，如果馈电线侧电压Vdc为放电开始电压(下限值)Vdisc以下，则向馈电线缓缓释放电能，抑制馈电线电压的下降。另外，如果馈电线侧电压Vdc为Vdisc以上Vabs以下，处于不需要积极的电压补偿的状态，则执行充放电控制，让二次电池1的充电率SOC接近目标值SOC_ref(30[％])。
接下来，对作为本实施例的要部的放电开始电压计算器201的动作进行说明。
放电开始电压计算器201，被输入检测二次电池1的温度的温度检测器10的检测值Tbat，输出放电开始电压Vdisc。
图3为本发明的第1实施例中的二次电池1的温度Tbat与放电开始电压Vdisc的关系图。在二次电池1的温度Tbat为通常的温度，例如第2给定温度TH2(例如10[℃])以上的情况下，将放电开始电压Vdisc设为比变电站500的无负载时输出电压Vdc0低的第1放电开始电压Vdisc1。但是，如果二次电池1的温度Tbat低于第1给定温度TH1(例如0[℃])，则将放电开始电压Vdisc，切换到大于变电站500的无负载时输出电压Vdc0，且不满充电开始电压Vabs的第2放电开始电压Vdisc2。另外，如果二次电池1的温度Tbat再次上升到第2给定温度TH2，则将放电开始电压Vdisc恢复到第1放电开始电压Vdisc1。通过这样，通常电压补偿装置100，制造馈电线侧电压Vdc非常低时，进行用于电压维持的放电。最好将放电开始电压Vdisc1，设为比无负载时输出电压Vdc0还低数百[V]。
另外，在二次电池1的温度Tbat下降的情况下，为了防止充放电的电压控制的干扰，将第2放电开始电压Vdisc2，设为无负载时输出电压Vdc0与充电开始电压Vabs之间的值。
另外，第1、第2给定温度TH1、TH2，由机器容量所允许的变动范围决定。例如，在机器容量允许变动幅度为20％的情况下，可以将第1给定温度TH1，设为二次电池1的最大充放电电流降低10[％]时的温度。第2给定温度TH2，为了让电容器3的电压不产生错乱，设为数[℃]以上的较高的温度。这里，通过让放电开始电压Vdisc对温度Tbat的关系具有滞后特性，来抑制电容器3的电压错乱。
图4为本发明的第1实施例的变形例中的二次电池1的温度Tbat与放电开始电压Vdisc的关系图。为了抑制电容器3的电压错乱，可以具有图4而不是图3的特性。也即，伴随着电池温度Tbat从第2给定温度TH2下降到第1给定温度TH1，让放电开始电压Vdisc连续上升。通过这样，对应于电池温度的下降，放电的机会也会增大，使二次电池的温度上升，能够提高二次电池的充放电效率，同时，通过平滑的放电开始电压Vdisc的变化，还能够消除电能转换器的馈电线侧电压Vdc的错乱。
这样，一旦二次电池检测温度Tbat下降，放电开始电压Vdisc便会上升，从二次电池1放电，电能转换器的馈电线侧电压(电容器3的电压)Vdc上升。在该状况下，若车辆600加速，如果车辆600的行驶所需要的电能小于电压补偿装置100所能够放电的电能，则全部行驶能量都能够从电压补偿装置100供给。另外，在车辆600的行驶用电能大于电压补偿装置100所能够放电的电能的情况下，从电压补偿装置100与变电站500双方向车辆600供电，电压补偿装置100以最大放电电能进行放电运行。所以，不管在哪一种情况下，都能够通过提高放电开始电压Vdisc，优先向行驶车辆供电，增大二次电池1的发热，从而能够期待该温度上升引起的内部电阻下降使得充放电效率提高。
另外，通过让二次电池1的温度检测值Tbat与放电开始电压Vdisc的关系中具有滞后特性，或让放电开始电压Vdisc连续变化，即使电池温度波动，电能转换器20的馈电线侧电压Vdc也不会错乱。
下面使用图3对本实施例的动作例进行说明。
图5为本发明的第1实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的动作波形图。
从上顺次示出了放电开始电压Vdisc与馈电线侧电压(电容器电压)Vdc、充电率SOC以及二次电池1的温度Tbat。在时刻t1中，检测温度Tbat低于第1给定温度TH1。此时，放电开始电压Vdisc，从作为比变电站的无负载时输出电压Vdc0低的值的第1放电开始电压Vdisc1，切换到高于Vdc0的第2放电开始电压Vdisc2。通过这样，由AVR220内的电压控制器203的动作，电能转换器20将二次电池1的电能放电给馈电线侧的电容器3，将该电压Vdc上升到Vdisc2。在时刻t2，一旦车辆开始加速，本实施例的电压补偿装置100便开始放电。此时，由于电能转换器20的馈电线侧(电容器3的)电压Vdc比变电站500的无负载时输出电压Vdc0高，因此优先从电压补偿装置进行对行驶车辆600的供电。通过伴随着该二次电池1的放电所产生的电池内部的发热，在时刻t3中，二次电池1的温度Tbat超过第2给定温度TH2。因此，放电开始电压Vdisc，从第2放电开始电压Vdisc2回落到第1放电开始电压Vdisc1。时刻t3之后，由于放电开始电压Vdisc下降，因此来自二次电池1的供电断绝，电容器3中所积蓄的电荷放出给车辆，所以电容器电压Vdc下降。但是，由于该电压Vdc变为放电开始电压Vdisc以下，因此再次从二次电池1放电。在时刻t4中，车辆的行驶结束。因此电容器3由变电站500的输出电能进行充电。另外，此时电容器电压Vdc为放电开始电压Vdisc以上，且不满充电开始电压Vabs，本实施例的电压补偿装置100的电流指令值Iref，选择来自充电率控制器204的电流指令值。所以，进行充放电，让二次电池1的充电率SOC跟踪充电率指令值例如30[％]。
时刻t5中，车辆600开始再生运行，产生剩余再生电能。伴随着剩余再生电能的产生，电容器3由该再生电能进行充电。之后，在该电压Vdc超过充电开始电压Vabs的时刻，本实施例的电压补偿装置100的电流指令值Iref切换成来自电压控制器203的指令，进行对二次电池1的充电，从馈电线700吸收再生电能。
根据本实施例，在低温时，增加二次电池中的发热，提高二次电池的温度，通过其内部电阻降低能够提高充放电效率，从而能够提高电压补偿装置的利用率。
另外，通过让二次电池的温度与电压补偿装置的放电开始电压的关系中具有滞后特性，或让放电开始电压连续变化，能够抑制电容器电压的错乱。
第2实施例对照图6以及图7，对本发明的第2实施例进行说明。
图6为本发明的第2实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。本实施例与第1实施例之间的差别在于，在二次电池的温度降低时，预先进行提高其充电率的控制。在充电率提高之后，与第1实施例相同，将放电开始电压Vdisc，变更成高于变电站的无负载时输出电压Vdc0的第2放电开始电压Vdisc2。通过这样，在放电运行前，能够增加所能够放电的电能量，因此能够预见更大的放电运行时的温度上升。
下面给与图1相同的功能部标注相同的符号，为防止重复说明，只对与上述实施例不同的点进行说明。
充电率指令值计算器250，如果检测二次电池1的温度的温度检测器10所检测出的温度检测值Tbat，为第1给定温度TH1以下，便将充电率指令值SOC_ref切换成比通常的指令值SOC_ref1高的值SOC_ref2。所以，该输出值SOC_ ref变为充电率控制器204的充电率指令，对充电率进行控制。放电开始电压计算器260，被输入充电率SOC与充电率指令值SOC_ref，以及二次电池温度检测值Tbat。这样，在满足下面的条件时，将放电开始电压Vdisc切换成比变电站500的无负载时输出电压Vdc0高的第2放电开始电压Vdisc2。也即，充电率指令值为SOC_ref2，且充电率SOC与指令值一致，另外温度检测值Tbat为第2给定温度TH2以下的条件。另外，如果二次电池温度检测值Tbat，变为第2给定温度TH2以上，放电开始电压Vdisc便回到比无负载时输出电压Vdc0低的第1放电开始电压Vdisc1。电流控制系统240，进行与第1实施例相同的动作。
对照图7对本实施例的电压补偿装置的动作进行说明。
图7为本发明的第2实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的动作波形图，上部显示了放电开始电压Vdisc与馈电线侧电压(电容器电压)Vdc，中部显示了充电率SOC，下部显示了二次电池1的温度Tbat。
时刻t0中，设二次电池1的温度检测值Tbat低于第1给定温度TH1。通过这样，充电率指令值计算器250，将充电率指令值SOC_ref从SOC_ref1切换成SOC_ref2。一旦充电率指令值SOC_ref升高，电压补偿装置100便通过充电率控制器204开始充电运行。通过该充电运行，二次电池1的温度也有若干上升。在时刻t1，当充电率SOC与充电率指令值SOC_red相一致时，由于电池温度Tbat为第2给定温度TH2以下，因此放电开始电压计算器260将放电开始电压Vdisc切换成第2放电开始电压Vdisc2。在时刻t2，如果车辆开始行驶，便与第1实施例一样，从电压补偿装置100优先供电。以下与这样，由于预先升高二次电池1的充电率SOC，因此与第1实施例相比，能够提供给行驶车辆的电能量增多，从而能够提高二次电池1的温度，提高二次电池的充放电效率，提高电压补偿装置的利用率。
第3实施例对照图8，对本发明的第3实施例进行说明。
图8为本发明的第3实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。本实施例与第1实施例之间的差别在于，存在多台具有二次电池与电能转换器的蓄电式馈电线电压补偿装置，并具有对它们进行总括控制的电压管理器，以及充电开始电压与放电开始电压从该电压管理器输出。通过这样，即使馈电线不和变电站以及车辆相连接，也能够进行二次电池的充放电。
下面只对与前面的实施例不同的点进行说明。另外，图8只给与图1相同的功能部标注相同的符号，防止重复说明。
图8中，具有第1、第2电压补偿装置100、110，二者既可以相邻，又可以相距较远，但具有相同的构成。电压管理器1000，被输入电压补偿装置100与110各自的二次电池检测温度Tbat1、Tbat2，以及二次电池的充电率SOC1、SOC2，向各个电压补偿装置输出放电开始电压与充电开始电压。为了对电压补偿装置100与110的放电开始电压与充电开始电压进行区别，将电压补偿装置100的放电开始电压标记为Vdisc1，充电开始电压为Vabs1，将电压补偿装置110的放电开始电压标记为Vdisc2，充电开始电压为Vabs2。
如果二次电池的检测温度Tbat1与Tbat2的至少一方变为第1给定温度TH1以下，电压管理器1000便如式(1)那样设置放电开始电压、充电开始电压。
Vabs1＞Vdisc1＞Vabs2＞Vdc0＞Vdisc2…………(1)在满足该关系时，以Vdisc1为目标来控制第1电压补偿装置100的电能转换器20的馈电线侧(电容器3)的电压Vdc1，变得高于第2电压补偿装置110的充电开始电压Vabs2。因此，第2电压补偿装置110的馈电线侧(电容器3)的电压Vdc2也相应变成较高的电压(Vdc1≈Vdc2)，第1电压补偿装置100放电，第2电压补偿装置110开始充电。在电压补偿装置100的二次电池的充电率SOC1变为最低允许值(例如20[％])以下，或电压补偿装置110的二次电池的充电率SOC2变为最大允许值(例如80[％])以上时，电压管理器1000便如式(2)那样切换电压补偿装置100与110的放电开始电压与充电开始电压。
Vabs2＞Vdisc2＞Vabs1＞Vdc0＞Vdisc1…………(2)此时，电压补偿装置110的馈电线侧电压Vdc2，变得比电压补偿装置100的充电开始电压Vabs1高，因此电压补偿装置110放电，电压补偿装置100开始充电。
接下来，在两个二次电池的检测温度Tbat1与Tbat2同时超过第2给定温度TH2时，电压管理器1000便如式(3)那样切换充电开始电压与放电开始电压，回到通常的状态。
Vabs1＝Vabs2＞Vdc0＞Vdisc1＝Vdisc2…………(3)通过这样，电压补偿装置100、110互相之间反复进行充放电，即使在附近没有行驶车辆的情况下，也能够升高二次电池的温度。另外，在附近有行驶车辆的情况下，也能够从放电开始电压升高了的一方的电压补偿装置向馈电线700优先放电，因此能够提高二次电池的温度上升。
根据本实施例，能够在多个电压补偿装置间进行充放电，因此即使在没有行驶车辆的情况下，在低温时也能够维持二次电池的温度较高，提高其充放电效率，提高电压补偿装置的利用率。
第4实施例对照图9对本发明的第4实施例进行说明。
图9为本发明的第4实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的全体结构图。本实施例的目的在于，在电压补偿装置的运行开始时，进行充电运行，让二次电池的温度上升。本实施例与第2实施例的不同点仅在于，具有用来在一天的运行结束时，事先降低二次电池的充电率的充电率调整系统270。
充电率调整系统270，由存储列车运行时间表的存储器271、输出现在时刻的计时器272、以及放电开始电压切换器273构成。该放电开始电压切换器273，在所连接的路线的最终营业车辆到达终点站的时刻到机器停止之间，将放电开始电压Vdisc切换成比变电站500的无负载时输出电压Vdc0高的值Vdisc2。通过这样，在营业运行结束之后，将车辆移动到车辆基地800的行驶电能以及辅机消耗电能，由电压补偿装置100优先供给。所以，在电压补偿装置100结束了一天的运行而停止时，二次电池1的充电率降低，在翌日的运行开始时，由于充电率SOC比充电率指令值SOC_ref低，因此开始充电运行，可以预见二次电池1的温度上升。所以，与第2实施例相比，能够进一步期待二次电池1的温度上升。
下面仅对与第2实施例不同的点进行说明。另外，图9中给与图6相同的功能部标注相同的符号，防止重复说明。
将存储列车运行时间表的存储器271与输出现在时刻的计时器272，以及放电开始电压计算器260的输出值，输入给放电开始电压切换器273。放电开始电压切换器273，通过存储器271的输出值与计时器272的输出值，来识别设有电压补偿装置100的路线的最终营业运行车辆到达终点站的时刻tlast。放电开始电压切换器273，在时刻tlast之前，将放电开始电压计算器260的输出值Vdisc原样输出给电压控制器203。从时刻tlast到电压补偿装置100停止运行时，将放电开始电压计算器260的输出值Vdisc，切换成比变电站500的无负载时输出电压Vdc0高的值Vdisc2，输出给电压控制器203。通过这样，在时刻tlast之后，电压补偿装置100供给将车辆600移动到车辆基地800的行驶电能以及车辆内辅机的消耗电能，从而能够将二次电池1的充电率下降到比充电率指令值SOC_ref低的值。
次日早晨的运行开始时，由于二次电池1的充电率SOC低于充电率指令值SOC_ref，因此进行充电运行，此时可以预见二次电池1的温度上升。特别是，在次日早晨的运行开始时二次电池1的温度低于第1给定值TH1的情况下，运行开始时的二次电池1的充电率指令值变为较大的SOC_ref2，从而能够预见更大的二次电池1的温度上升。
对照图10对本实施例的电压补偿装置的动作进行说明。
图10为本发明的第4实施例的蓄电式馈电线电压补偿装置的动作波形图，上部显示了电能转换器20的馈电线侧电压(电容器电压)Vdc与放电开始电压Vdisc，中部显示了充电率SOC与充电率指令值SOC_ref，下部显示了二次电池1的温度Tbat。在时刻tlast，充电率调整系统270将放电开始电压Vdisc变更成Vdisc2。通过这样，将车辆600移动到车辆基地800的行驶电能以及车辆的辅机消耗电能，由电压补偿装置100优先供给，二次电池1的充电率下降。由于放电开始电压Vdisc2是高于变电站500的无负载时输出电压Vdc0的值，因此即使二次电池1的充电率下降，电流指令值也根据电压控制系统所输出的电流指令值决定，不进行充电率控制。在时刻tstop，电压补偿装置100的一天的运行结束。在次日的运行开始时刻tstart，在电压补偿装置100起动时，由于放电开始电压Vdisc是低于Vdc0的值，因此开始充电率控制，对二次电池1进行充电，让充电率SOC追踪充电率指令值SOC_ref。在充电运行中，由于二次电池1中产生因内部电阻所引起的热，因此二次电池1的温度上升。另外，在运行开始时，在二次电池1的温度低于第1给定温度TH1的情况下，充电率指令值SOC_ref为高于通常的较高的值SOC_ref2，充电运行时间延长，从而能够得到更大的二次电池1的温度上升。在时刻t1，为了让充电率与充电率指令值相一致，放电开始电压计算器260将放电开始电压Vdisc变更成更高的Vdisc2。在时刻t2中，如果车辆600开始行驶，该行驶所需要的电力便优先从电压补偿装置100提供。
通过本实施例，通过在低温时增加二次电池的发热，能够维持二次电池的温度较高，提高二次电池的充放电效率，从而能够提高电压补偿装置的利用率。
另外，由于在电压补偿装置降低了二次电池的充电率的状态下结束一天的运行，因此在次日的运行开始时从充电运行开始。所以，即使在对车辆的放电运行开始前，也能够得到通过充电运行所致使的二次电池的温度上升，从而能够期待更高的二次电池的温度上升。
权利要求
1.一种蓄电式馈电线电压补偿装置，是具有连接在馈电线与二次电池之间且进行双向传电的电能转换器，与通过该电能转换器将馈电线的剩余电能充电给所述二次电池，对行驶车辆所引起的馈电线的电能需要从所述二次电池进行放电的控制装置的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于，具有放电开始机构，其在满足预定的放电开始条件时，开始从所述二次电池向所述馈电线侧放电；检测所述二次电池的温度的温度检测机构；以及放电条件扩大机构，其对应于该检测温度变得低于给定温度这一事项，扩大所述放电开始条件。
2.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于所述放电开始条件，为所述电能转换器的馈电线侧电压降低到预定的放电开始电压，所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，提高所述放电开始电压的机构。
3.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于所述放电开始条件，为所述电能转换器的馈电线侧电压降低到预定的放电开始电压，所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，将所述放电开始电压提高到对馈电线进行供电的变电站的无负载时输出电压以上的机构。
4.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于具有充电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压高于预定的充电开始电压时，对所述二次电池进行充电；以及放电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压低于比所述充电开始电压低的放电开始电压时，从所述二次电池放电；所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，提高所述放电开始电压的机构。
5.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于具有充电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压高于预定的充电开始电压时，对所述二次电池进行充电；放电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压低于比所述充电开始电压低的放电开始电压时，从所述二次电池放电；以及充电率控制机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压处于所述充电开始电压与所述放电开始电压之间时，进行充放电控制，让所述二次电池的充电率接近预定充电率；所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，提高所述放电开始电压的机构。
6.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于具有充电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压高于预定的充电开始电压时，对所述二次电池进行充电；放电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压低于比所述充电开始电压低的放电开始电压时，从所述二次电池放电；以及充电率控制机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压处于所述充电开始电压与所述放电开始电压之间时，进行充放电控制，让所述二次电池的充电率接近预定充电率；所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的温度变得低于第1给定温度时，提高所述放电开始电压的机构，以及在所述二次电池的温度变得高于比所述第1给定温度高的第2给定温度时，降低所述放电开始电压的机构。
7.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于，具有充电开始电压设定机构，其设定比对馈电线进行供电的变电站的无负载时的输出电压高的充电开始电压；放电开始电压设定机构，其设定比所述变电站的无负载时的输出电压低的放电开始电压；在所述二次电池的温度变得低于给定温度时，将所述放电开始电压提高到比所述变电站的无负载时的输出电压高的机构；以及电压控制系统，其控制所述电能转换器，让所述电能转换器的馈电线侧电压，处于所述充电开始电压与所述放电开始电压之间。
8.如权利要求7所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于，具有检测所述电能转换器的馈电线侧电压的电压检测器；检测所述二次电池的端子电压的电池电压检测器；检测所述二次电池的充电电流的电流检测器；充电率计算机构，其根据所述二次电池的端子电压检测值与电流检测值，计算出所述二次电池的充电率；充电率目标设定机构，其设定对所述二次电池的充电率的目标值；以及充电率控制系统，其在所述电能转换器的馈电线侧电压处于所述充电开始电压与所述放电开始电压之间时，控制所述电能转换器，让所述二次电池的充电率接近所述充电率的目标值。
9.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于，具有充电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压高于预定的充电开始电压时，对所述二次电池进行充电；放电开始机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压低于比所述充电开始电压低的放电开始电压时，从所述二次电池放电；以及充电率控制机构，其在所述电能转换器的馈电线侧电压处于所述充电开始电压与所述放电开始电压之间时，进行充放电控制，让所述二次电池的充电率接近预定的目标值；所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的温度变得低于给定温度时，提高所述充电率的目标值，同时提高所述放电开始电压的机构。
10.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于，具有充电开始机构，其在满足预定的充电开始条件时，开始从所述馈电线侧向所述二次电池的充电；以及第2放电条件扩大机构，其在所述馈电线中的运行时间表的末班车时刻的附近，扩大所述放电开始条件。
11.如权利要求10所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于所述充电开始机构，包括在所述电能转换器的馈电线侧电压低于预定的放电开始电压时，从所述二次电池放电的机构；所述第2放电条件扩大机构，具有在所述馈电线的运行时间表的末班车时刻的附近，提高所述放电开始电压的机构。
12.如权利要求1所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于具有放电电流限制机构，其限制来自所述二次电池的放电电流；所述放电条件扩大机构，具有在所述二次电池的检测温度变得低于给定温度时，提高所述放电电流限制机构的限制值的机构。
13.一种蓄电式馈电线电压补偿装置，是具有与通过变电站进行供电的馈电线相连接的2组电压补偿装置、这些电压补偿装置中分别具有的二次电池、所述各个电压补偿装置中分别具有的在所述电压补偿装置的馈电线侧与所述二次电池之间进行双向传电的电能转换器、以及通过这些电能转换器将馈电线的剩余电能充电给所述二次电池，对行驶车辆所引起的馈电线侧的电能需要从所述二次电池进行放电的各个控制装置的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于，具有放电开始机构，其设置在各个电压补偿装置中，在满足预定的放电开始条件时，开始从所述二次电池向所述电能转换器的馈电线侧的放电；温度检测机构，其检测各个所述二次电池的温度；以及放电条件扩大机构，其对应于这些检测温度的至少一方变得低于给定温度这一事项，扩大一方电压补偿装置的所述放电开始条件。
14.如权利要求13所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于所述放电条件扩大机构，具有在从扩大了一方电压补偿装置的放电开始条件的状态，满足预定的条件时，将一方的电压补偿装置的放电开始条件复原，同时扩大另一方的电压补偿装置的放电开始条件的机构。
15.如权利要求14所述的蓄电式馈电线电压补偿装置，其特征在于具有将所述预定条件，设定为一方电压补偿装置内的二次电池的充电率降低到预定值以下，或另一方电压补偿装置内的二次电池的充电率上升到预定值以上的机构。
16.一种蓄电式馈电线电压补偿方法，是通过连接在馈电线与二次电池之间且进行双向传电的电能转换器，将馈电线的剩余电能充电给所述二次电池，对行驶车辆所引起的馈电线的电能需要从所述二次电池进行放电的蓄电式馈电线电压补偿方法，其特征在于，具有下述步骤在满足预定的放电开始条件时，开始从所述二次电池向所述馈电线侧放电的步骤；检测所述二次电池的温度的步骤；以及对应于该检测温度变得低于给定温度这一事项，扩大所述放电开始条件的步骤。
17.如权利要求16所述的蓄电式馈电线电压补偿方法，其特征在于所述放电开始条件，为所述电能转换器的馈电线侧电压降低到预定的放电开始电压，具有在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，提高所述放电开始电压的步骤。
18.如权利要求16所述的蓄电式馈电线电压补偿方法，其特征在于所述放电开始条件，为所述电能转换器的馈电线侧电压降低到预定的放电开始电压，具有在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，将所述放电开始电压提高到对馈电线进行供电的变电站的无负载时输出电压以上的步骤。
19.如权利要求16所述的蓄电式馈电线电压补偿方法，其特征在于，具有下述步骤在所述电能转换器的馈电线侧电压高于预定的充电开始电压时，对所述二次电池进行充电的步骤；在所述电能转换器的馈电线侧电压低于比所述充电开始电压低的放电开始电压时，从所述二次电池放电的步骤；以及在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，提高所述放电开始电压的步骤。
20.如权利要求16所述的蓄电式馈电线电压补偿方法，其特征在于，具有下述步骤在所述电能转换器的馈电线侧电压高于预定的充电开始电压时，对所述二次电池进行充电的步骤；在所述电能转换器的馈电线侧电压低于比所述充电开始电压低的放电开始电压时，从所述二次电池放电的步骤；在所述电能转换器的馈电线侧电压处于所述充电开始电压与所述放电开始电压之间时，进行充放电控制，让所述二次电池的电压接近预定的充电电压；以及在所述二次电池的温度变得低于所述给定温度时，提高所述放电开始电压的步骤。
全文摘要
本发明的目的在于提高低温时的蓄电式馈电线电压补偿装置的利用率。在二次电池(1)的温度低于给定值(TH1)时，将输出到馈电线(700)侧的输出电压提高到并联的变电站(500)的无负载时输出电压(Vdc0)以上，优先从二次电池(1)向行驶车辆(600)供电，通过该放电增加二次电池的发热量，提高电池温度。从而能够降低二次电池内部电阻值，抑制充放电损耗，提高蓄电式馈电线电压补偿装置全体的效率以及利用率。
文档编号B60L11/18GK1781756SQ200510128668
公开日2006年6月7日 申请日期2005年11月23日 优先权日2004年11月26日
发明者伊藤智道, 加藤哲也, 伊君高志 申请人:株式会社日立制作所