[发明专利]电功率供应系统、车辆和操作车辆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用电能的车辆的电功率供应系统，所述车辆特别是轨道车辆和/或道路汽车，所述电功率供应系统特别是牵引系统，其中系统包括适用于接收交变电磁场并且通过电磁感应(即，由电磁场产生的磁感应并且感应产生电能)来产生交变电流的接收设备、适用于将交流电转换成直流电的逆变器、适用于推进车辆的电机、以及适用于连接逆变器、电机和接收设备的无源电路布置。

此外，本发明涉及包括所述布置的车辆。本发明还涉及制造车辆的方法并且涉及操作车辆的方法。

背景技术

WO 2010/031595 A2公开了用于为车辆，特别是轨道车辆提供电能的布置，其中所述布置包括适用于接收交变电磁场并且通过电磁感应来产生交变电流的接收设备。接收设备包括导电材料的多个绕组和/或线圈，其中每个绕组或线圈适用于产生交变电流的单独的相位。

本发明可以应用于任何陆地车辆(包括但并非优选为仅暂时在陆地上的任何车辆)，特别是诸如铁路车辆(例如，电车)之类的轨道车辆，本发明还可以应用于道路汽车，例如个人(私人)小客车或公共交通车辆(例如公共汽车，包括同样是轨道车辆的无轨电车)。优选地，产生交变电磁场的初级侧导线布置集成在车辆的轨道或道路中，以使得初级侧导线布置的电线在与车辆可以行驶的道路或轨道表面接近平行的平面中延伸。如WO2010/031595 A2还描述的，接收设备可以位于车辆的下侧并且可以被诸如厚板或薄板形状的主体之类的铁磁体覆盖。适合的材料是铁氧体。主体收集并且重定向磁场的场线，并且因此将主体上方的场强减小到接近零。然而，初级侧导线布置的其它配置、位置和/或取向是可能的。例如，初级侧导线布置可以位于车辆的一侧。

在任何情况下，初级侧导线布置与接收设备的至少一个电感之间的间隙应该尽可能小，因为对于较大间隙，初级侧与次级侧之间的无线能量传输的效率较小。出于同样的原因，在至少一个电感中所感应的电压取决于间隙的尺寸。应对系统的次级侧上的电压变化的一种方式是仅向功率消耗装置供应电能，功率消耗装置是电压耐受的，即其可以在较宽的电压范围内进行操作。

可以应用本发明的另一个示例是铁路车辆的牵引系统，牵引系统包括将接收设备连接到逆变器的功率供应网络，逆变器将接收设备的交流输出电流转化成用于为例如牵引用蓄电池的能量存储模块充电的直流电。逆变器也可以将直流电转化成用于操作车辆的至少一个牵引电动机的交流电。因此，功率供应网络也可以将逆变器连接到车辆的牵引电动机。然而，在这种情况下，可以存在从接收设备经由电功率供应系统流向牵引电动机的电流，该电流可以引起牵引电动机的不期望的操作，并且因此引起车辆的不期望的移动。例如，在静态充电期间，接收设备产生交变输出电流，以在车辆停止时为牵引用蓄电池充电。

US 6879889 B2公开了道路供电的电动车辆，其包括：由前悬挂系统和后悬挂系统支撑的车辆框架，包括前轮和后轮；安装在所述车辆框架下侧上的车载功率接收模块，该车载功率接收模块从嵌入在EV所行驶的道路中的道路功率发射模块接收与车载功率接收模块耦合的功率；用于存储并输送电能的车载能量存储装置，所述车载储能装置呈现出至少5kW/kg的功率系数；耦合到所述前悬挂系统或后悬挂系统的至少其中之一的电驱动装置，用于驱动所述前轮和后轮；车载功率控制器装置，其用于从所述车载功率模块接收电功率并将电功率引导到所述能量存储装置，并且用于选择性地将电能从所述能量存储装置输送到所述电驱动装置，以便为所述EV提供操作功率；以及位置确定系统，其用于确定道路供电的电动车辆的位置并且响应于所述确定来产生位置信号。通过有源控制开关来引导牵引系统内的电流。开关可以是电气继电器、固态开关、SCR和二极管。所提出的方案的缺点在于，车辆的充电模式或操作模式中的能量流或电流的控制是有源控制，其中开关过程增大了控制的复杂性并且产生了开关损耗。

发明内容

本发明的目的是提供车辆的电功率供应系统，特别是车辆的牵引系统，其减小了在充电模式和操作模式期间控制能量流或电流的复杂性，同时还减小了能量损耗。本发明的其它目的是提供包括所述布置的车辆、操作车辆的方法和制造车辆的方法。

本发明的基本思想是使用无源电路布置来连接车辆的电功率供应系统的不同元件，特别是连接牵引系统的不同元件，该无源电路布置在充电模式和操作模式期间引导能量流或电流，同时消除开关操作并且减小能量损耗。

提出了车辆的电功率供应系统，特别是车辆的牵引系统。电功率供应系统可以用于在例如牵引用蓄电池的能量存储模块(例如电化学存储器)与可以用于推进车辆的例如牵引电动机的电机之间传输电能。