專利名稱：用于電氣傳動系統的電儲能器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別是用于軌道車輛的電氣傳動系統，具有并聯的電儲能器和電 化學的儲能器。
背景技術：
在德國專利申請文件102007032776. 7中描述了這樣的電氣傳動 系統。在此，通過 使用兩個不同的儲能器類型保證了良好的能量存儲。對于在軌道車輛中的應用尤其是這 樣，該軌道車輛在沒有通過架空線或匯流排提供電能的情況下可以對付至少有限的路段。合適的電儲能器例如是電容器、特別是所謂的雙層電容器。合適的電化學儲能器 例如是市場上通用的電池，在其中進行化學反應。例如是鎳_鎘電池。公知設置有能量管理單元，其調節在傳動單元和儲能器之間的能量交換。在此以 相同方式考慮兩種現有的儲能器，即，電的和電化學的儲能器。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，在考慮兩種現有的儲能器的不同的充電和放電特性 的情況下以最小化的電路開銷最佳地利用這兩種現有的儲能器。按照本發明如下地解決上述技術問題在電儲能器和電化學儲能器之間的連接導 線中設置具有導通方向是離開電化學儲能器的組件。該組件例如是機械開關、電子開關或二極管。電儲能器例如是雙層電容器并且電化學儲能器例如是電池。利用該組件(例如是二極管)，優選地并且以簡單的方式防止電儲能器的電荷向 通常更少充電的電化學儲能器流失。由此，可以在從儲能器輸出能量的情況下首先僅使用 來自電儲能器的能量，直到被放電到其電荷相應于電化學儲能器的電荷。實現了如下優點，電儲能器首先以高的最大功率對于短的時段滿足需求。這是有 意義的，因為電儲能器可以比電化學儲能器更快放電，這點是由于其不同的充電和放電特 性的結果。電化學儲能器用于在較長的時間上在較小的最大功率的情況下提供或吸收更多 的能量。在啟動和制動時所需的或要存儲的能量(短的時段上的高功率)對應于電儲能器。 在沒有從外部提供的情況下用于較長行駛的能量(在較長的時間上較小的功率)對應于電 化學儲能器。也就是，因為對于以高功率或電流的短時充電和放電不考慮電化學儲能器，所 以可以有利地明顯延長其壽命。此外實現了如下優點，盡管儲能器具有不同的充電和放電特性，卻僅需很小的設 備的電路開銷。在通過組件去耦合的并聯電路中自動進行在電化學儲能器和電儲能器之間的能 量分配。當電儲能器的電壓水平高于電化學儲能器的電壓水平時，進行向或從電儲能器的 主要的能量流動(存儲和提取)。當電儲能器的電壓水平低于電化學儲能器的電壓水平時， 進行向或從電化學儲能器的主要的能量流動(存儲和提取)。在此注意到，電儲能器(例如雙層電容器)的電壓水平在充電后狀態下大于電化學儲能器(例如電池)的電壓水平，但是電壓在放電過程中在電儲能器的情況下比在電化學儲能器的情況下更快地減少，從而電 壓變化經過時間交叉。例如在電化學儲能器上的最大電壓位于在電儲能器上的最大電壓的40%至70% 之間。例如，電化學儲能器與充電裝置相連。這樣的分開的充電裝置是必要的，由此，對于放電有利的二極管不會阻礙充電過程。儲能器例如與變流器的電壓中間電路相連。在此必要的是，兩個儲能器的電壓水 平與中間電路電壓匹配。這點通過采用升壓/降壓換流器或通過直接連接來實現。利用按照本發明的電氣傳動系統可以特別實現如下優點，在兩種現有的儲能器的 不同的充電和放電特性的情況下能夠最佳地采用它們，并且盡管如此設備的電路開銷卻很 小。
以下借助附圖詳細解釋按照本發明的電氣傳動系統的實施例。其中，圖1示出了用于連接到變流器的電壓中間電路上的電儲能器和電化學儲能器以 及充電裝置。圖2示出了按照圖1的電路的變形。圖3示出了按照圖1的電路的變形，其中充電裝置不是必須的。圖4示出了按照圖3的電路的變形。在附圖中相同的組件具有相同的附圖標記。
具體實施例方式按照圖1，并聯的儲能器2、3與用于電壓中間電路的接頭1相連。在此，是電儲能 器2 (例如是雙層電容器)和電化學儲能器3 (例如是鎳-鎘電池)。在電儲能器2和電化 學儲能器3之間的連接導線中設置了二極管4，其導通方向是離開電化學儲能器3。通過二 極管4有針對地防止了，電化學儲能器3從電儲能器2充電。確保了，當電儲能器2的剩下 的電荷小于電化學儲能器3的電荷時，才開始電化學儲能器3的放電。為了有針對地對電化學儲能器3充電，在用于電壓中間電路的接頭1上串聯兩個 可關斷的組件5a、5b，其中一個組件5a與并聯的儲能器2、3相連并且另一個組件5b與充 電裝置6相連。充電裝置6與電化學儲能器3相連并且盡管存在二極管4還是保證了其充 電。可關斷的組件5a、5b (例如是具有續流電路的可關斷半導體)與儲能器2、3的導線電 路(Leitimgskreis)中的電抗器7結合形成一個升壓/降壓換流器，利用其可以將根據充 電狀態會強烈改變的儲能器的電壓水平與電壓中間電路的電壓水平匹配。在從組件5a出發的、儲能器2和3的導線電路中，為了與整個導線電路分離設置 了第一開關8。第二開關9用于有針對地分離電儲能器2和電化學儲能器3之間的連接。圖2示出了 一種變形，在該變形中用于電化學儲能器3的充電裝置由可關斷組件 6a (例如是具有續流二極管的可關斷功率半導體)、電抗器6b和二極管6c (它們共同形成降壓換流器)組成。由此使得避開二極管4而對電化學儲能器3的穩定的充電是可能的。在按照圖3的變形中電儲能器2直接與用于電壓中間電路的兩個接頭1相連。經 過一個可關斷組件5a，與電儲能器2并聯的電化學儲能器3與用于電壓中間電路的接頭1 相連。在兩個儲能器2和3之間的連接導線中設置了二極管4，其導通方向是離開電化學儲 能器3。其實現了在其它實施例中相同的目的。在按照圖4的變形中，不需要可關斷組件，因為電儲能器2以及電化學儲能器3都 通過分開的充電電阻10a、10b與用于電壓中間電路的相同的接頭1相連。在此，可以為充 電電阻IOa配置一個第二二極管4a，并且另一個充電電阻IOb可以通過旁路導線(在該旁 路導線中有開關11)橋接。
利用兩個儲能器2和3到電壓中間電路的示出的連接，以小的設備電路開銷確保 了，總是首先采用電儲能器2，由此電化學儲能器3較少被加載，這點帶來較長的使用壽命。
權利要求
一種特別是用于軌道車輛的電氣傳動系統，具有并聯的電儲能器(2)和電化學儲能器(3)，其特征在于，在所述電儲能器(2)和電化學儲能器(3)之間的連接導線中設置具有導通方向是離開電化學儲能器(3)的組件。
2.根據權利要求1所述的電氣傳動系統，其特征在于，所述組件是機械開關、電子開關 或二極管⑷。
3.根據權利要求1或2所述的電氣傳動系統，其特征在于，在所述電化學儲能器(3)上 的最大電壓位于在所述電儲能器⑵上的最大電壓的40%至70%之間。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的電氣傳動系統，其特征在于，所述電化學儲能器 (3)與充電裝置(6)相連。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電氣傳動系統，其特征在于，所述儲能器(2，3) 與變流器的電壓中間電路相連。
全文摘要
本發明涉及一種特別是用于軌道車輛的電氣傳動系統，具有并聯的電儲能器(2)和電化學儲能器(3)。本發明提出，在所述電儲能器(2)和電化學儲能器(3)之間的連接導線中設置具有導通方向是離開電化學儲能器(3)的組件、例如二極管(4)。
文檔編號B60L11/00GK101842960SQ200880108936
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月2日 優先權日2007年9月27日
發明者岡特·克里斯滕, 卡斯滕·雷切恩伯格, 彼得·埃克特, 邁克爾·梅納特 申請人:西門子公司