[发明专利]用于牵引电源的电能存储系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于牵引电源的电能存储系统，并且更具体地涉及一种用来捕捉在牵引电源上所检测的过度电力（作为制动恢复系统）和/或在需要电力时将一些电力释放至牵引电源（作为加速辅助系统）的系统。

背景技术

本领域已知提供电能存储系统（ESS）以使用经由双向DC-DC转换器电源进行连接的通常被称作“超级电容器”的电双电层电容器（EDLC）来帮助对轻轨网络等的牵引电源（TPS）进行调整。然而，由于所要求的高压直流（HVDC）输电的快速性以及对由于ESS存储组接近上边界或下边界电压状况所导致的任何突发电力输送的管理，从而这样的EES利用不同EDLC的全部存储容量的能力有限。当TPS电压降至可接受的低压阈值以下时，EES能够向TPS提供所要求的附加电力是至关重要的，并且相反地，考虑到（在高于上阈值的电压水平）在TPS处出现的过度能量通常导向负载以通过TPS自身以热量进行消除，当TPS电压超过可接受的高压阈值时，EES能够尽可能快地恢复TPS线路上的过度电力是至关重要的。

因此，需要一种有所改进的电能存储系统。

发明内容

依据本发明，提供了一种用于连接至为电动车辆提供电力的牵引电源的能量存储系统。该能量存储系统包括用于连接至牵引电源的升降压DC-DC转换器、电能存储器、将电能存储器连接至转换器的存储器总线，和可通信连接至转换器的电力控制器。该电力控制器在车辆制动时以再生模式进行操作并且在车辆加速时以辅助模式进行操作。当该电力控制器处于再生模式时，该电力控制器对转换器进行控制以将电能从牵引电源输送至电能存储器。当该电力控制器处于辅助模式时，该电力控制器对转换器进行控制以将电能从电能存储器输送至牵引电源。该控制器分别在接近电能存储器的上和下电压边界限制时减缓牵引电源和电能存储器之间的电能输送速率。

附图说明

本发明的特征、方面和优势将关于以下描述、所附权利要求和附图而被更好地理解，其中：

图1是依据本发明实施例的用于随轻轨网络的牵引电源使用的能量存储系统的示意图；

图2是在制动事件期间由图1的能量存储系统进行稳定的牵引电源电压分布的示意性图形表示，其中该能量存储系统处于再生模式；

图3是图1的能量存储系统的通用电力控制器的示意图；

图4是图3的通用电力控制器的第一混合控制回路的示意图；和

图5是图3的通用电力控制器的第二混合控制回路的示意图。

具体实施方式

应当注意的是，在以下的详细描述中，无论它们是否在本发明的不同实施例中示出，相同的组件都具有相同的附图标记。还应当注意的是，为了清楚并准确地公开本发明，附图并不必依比例绘制并且本发明的某些特征可以以稍显示意性的形式被示出。

现在参考图1，示出了依据本发明的实施例所构建的电能存储系统（ESS）10。ESS10用于随向列车的电动机提供电力的牵引电源12使用。ESS10可操作以在列车加速以及列车制动时对牵引电源12的DC电压进行稳定。当列车进行加速时，ESS10处于辅助模式，其中它向牵引电源12提供电力。当列车制动时，ESS10处于再生模式，其中它从牵引电源12恢复能量并且对其进行存储以便随后在ESS10处于辅助模式时使用。

ESS10系统包括双向DC-DC电力转换器单元14，其通过存储器总线17电连接至至少一个能量存储单元16。该电力转换单元14电连接至牵引电源12以在牵引电源12和（多个）电能存储单元16之间输送电能。当多个能量存储单元16连接至电力转换器单元14时，它们如图1所示并联连接，其中第二能量存储单元16以虚线示出。连接至电力转换器单元14的能量存储单元16的数量通常取决于电力转换器单元14能够在牵引电源12的电压（V_TPS）所应对的最大能量输送。每个能量存储单元16包括电存储器50，诸如通常被称作“超级电容器”的双电层电容器（EDLC）。

如以上所描述的，电力转换器单元14可在不同时间进行操作以（i）恢复来自牵引电源12的制动能量并且将其存储在（多个）能量存储单元16中，以及（ii）使用（多个）能量存储单元16中所存储的能量在峰值需求期间对牵引电源12进行辅助。电力转换器单元14的电流流动方向（无论是辅助还是回复）由双向升降压DC-DC转换器22的切换模式进行控制，该双向升降压DC-DC转换器22由通用电力控制器20经由桥接驱动器24进行控制。转换器22包括部署在开关桥中的多个绝缘栅双极晶体管（IGBT）。