包括拾取布置和可變補償布置的電路布置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電動車輛的電路布置，尤其是用于對車輛的感應電力傳輸的系統(tǒng)的車旁電路布置。此外，本發(fā)明涉及一種操作所述電路布置的方法。另外，本發(fā)明涉及一種制造電動車輛的電路布置的方法，以及一種電動車輛。
【背景技術】
[0002]電動車輛，尤其是軌道約束車輛和/或道路機動車，能夠通過借助于感應電力傳輸來傳輸的電能來操作。這樣的車輛可以包括能夠是車輛的牽引系統(tǒng)或牽引系統(tǒng)的部分的電路布置，該牽引系統(tǒng)包括適于通過電磁感應接收交變電磁場并產生交變電流的接收設備。此外，這樣的車輛能夠包括適于將交流電流轉換成直流電流的整流器。直流電流能夠被用于為牽引蓄電池充電或者用于操作電機。在后一種情況下，直流電流能夠借助于逆變器被轉換成交流電流。
[0003]感應電力傳輸是使用兩組例如三相繞組來執(zhí)行的。第一組被安裝在地面上(初級繞組)并且能夠由路旁電力轉換器(WPC)來供給。第二組繞組(次級繞組)被安裝在車輛上。例如，在其車廂中的一些下面有軌道的情況中，第二組繞組能夠被附接在車輛下面。第二組繞組，或者一般地，第二側通常被稱為拾取布置或接收器。第一組繞組與第二組繞組形成高頻變壓器以將電能傳輸到車輛。這能夠在靜態(tài)(在沒有車輛的移動時)或在動態(tài)(在車輛移動時)中來完成。
[0004]由于初級繞組與次級繞組之間的大間隙的存在，該變壓器的操作特性不同于常規(guī)變壓器的操作特性，常規(guī)變壓器含有具有可忽略氣隙或小氣隙的封閉磁芯。大氣隙導致較小的互感耦合和較大的漏電感。
[0005]漏電感通常用作與每個次級繞組串聯的電感。為了能夠傳輸高電力水平，有必要使用足夠的電容，以便以例如20kHz的操作頻率補償電感器的電抗。對于高頻變壓器的次級側，能夠包括主電感或互電感和/或漏電感的(一個或多個)電感與能夠包括補償電容的(一個或多個)電容的組合形成了共振電路。在(一個或多個)電感與(一個或多個)電容的阻抗值被選擇使得共振電路的自然共振頻率等于操作頻率時，發(fā)生完美的阻抗抵消。這樣的共振電路被稱為調諧的。
[0006]經受溫度變化和/或老化，補償電容的容差能夠增大。尤其地，具有磁滲透性材料的配置傾向于在相關參數上漂移。這可能導致共振電路的失諧，其中，被改變的共振頻率不再對應于操作頻率。這樣的失諧使感應電力傳輸系統(tǒng)的總體性能和電力傳輸能力偏離。此夕卜，反映到變壓器的初級側的次級側的阻抗能夠變成電容性的。這能夠導致相對于WPC中的電壓的超前電流，該超前電流是非常不想要的，因為超前電流消除半導體開關的軟開關條件并且大大增加其功率損耗。在這樣的操作條件下，WPC能夠過熱并關閉，這繼而中斷所需要的電力傳輸。
[0007]US 5207304 B2公開了一種用于電力驅動車輛的電力拾取系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被連接到第一節(jié)點和第二節(jié)點的拾取電感器、被耦合到所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點的電力接收電路、許多調諧電容器、用于選擇所述許多調諧電容器中要被耦合到所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點的一些并且用于針對每個被選擇的調諧電容器生成選擇信號的支路選擇模塊、以及許多開關電路，每個開關電路選擇性地將對應的調諧電容器耦合到所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點。每個開關電路都包括固態(tài)開關以及被耦合到所述支路選擇模塊和所述固態(tài)開關的觸發(fā)電路。所述觸發(fā)電路感測在所述固態(tài)開關兩端的電壓，并且在從對應于所述開關電路的所述支路選擇模塊接收到一個所述選擇信號之后，當在所述固態(tài)開關兩端的所述感測電壓大致為零時觸發(fā)所述固態(tài)開關的閉合。因此，能夠通過將調諧電容切換進出控制電路來控制電感耦合系統(tǒng)的輸出電流。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種電動車輛的電路布置，尤其是用于對車輛的感應電力傳輸的系統(tǒng)的車旁電路布置，以及一種操作所述電路布置的方法，通過所述方法能夠優(yōu)化對所述車輛的感應電力傳輸，即使是在所述電路布置的元件的電氣性質發(fā)生變化的情況下，其中，能夠在幾乎沒有能量損耗的情況下操作所述電路布置，并且降低了控制所述電路布置的操作的復雜性。本發(fā)明另外的目的是提供一種制造電路布置的方法，以及提供一種包括這樣的電路布置的電動車輛。
[0009]本發(fā)明的基本構思是通過將補償電容切換進出所述電路布置來主動地改變所述車旁電路布置的阻抗，使得提供在所述電路布置的相電流與相電壓的基頻之間的期望的相移，其中，開關時間與所述相電流的過程同步。通過對所述切換操作的適當控制，能夠補償由于所述補償電容的電氣性質的變化而引起的電力下降，即失諧，并且將所述系統(tǒng)性能保持在與完美調諧的系統(tǒng)相同的水平上，其中，由于所述切換操作而引起的能量損耗最小，并且降低了控制所述電路布置的操作的復雜性。
[0010]本發(fā)明也能夠被應用于任何地面車輛(包括但非優(yōu)選地，僅暫時在地面上的任何車輛)，尤其是軌道約束車輛，例如軌道車輛(例如有軌電車)，但也被應用于道路機動車，例如個人(私家)轎車或公共運輸車輛(例如巴士，包括也是軌道約束車輛的無軌電車)。
[0011]提出了一種電路布置，尤其是用于電動車輛的對所述車輛的感應電力傳輸的電路布置。所述電路布置能夠形成所述電動車輛的牽引系統(tǒng)或者能夠是所述電動車輛的所述牽引系統(tǒng)的部分。所述電路布置包括拾取布置。所述拾取布置指代接收磁場并且用于生成交變電流輸出電壓的至少一個電氣元件的布置。該電氣元件能夠被稱為源元件。所述拾取布置能夠例如包括線圈。尤其地，所述拾取布置能夠包括變壓器的次級繞組，其中，所述變壓器被用于將來自能夠被安裝在為所述車輛提供行駛路面的地面中的路旁初級繞組的能量傳輸到所述車輛。所述拾取布置能夠被安裝在所述車輛的底側，例如面向所述行駛路面的一側。
[0012]所述拾取布置和/或所述拾取布置的元件包括阻抗或提供阻抗。所述阻抗能夠由電感，尤其是至少部分地由前述變壓器的初級側(初級繞組)與次級側(次級繞組)之間的氣隙提供的漏電感來提供。此外，所述阻抗能夠由電阻，尤其是所述拾取布置的電氣線路的電阻來提供。
[0013]所述電路布置還包括至少一個可變補償布置。所述補償布置被用于調諧所述電路布置。尤其地，所述補償布置提供可調節(jié)的阻抗。因此，由所述電路布置提供的共振頻率能夠被調整到前述變壓器的操作頻率，例如20kHz。因此，能夠補償所述電路布置的電氣元件的電氣性質的變化。所述可變補償布置包括至少一個電氣元件，尤其是電容性元件。所述可變補償布置能夠例如包括具有預定電容的電容器。所述電路布置的總體阻抗或總阻抗因此由前述拾取布置與所述可變補償布置的連接來提供。因此，所述電路布置的所述總體阻抗或總阻抗能夠根據所述可變補償布置的阻抗而變化。
[0014]根據本發(fā)明，所述可變補償布置還包括第一開關元件和第二開關元件，其中，所述第一開關元件與所述第二開關元件串聯連接。所述第一開關元件與第二開關元件的所述串聯連接被并聯連接到所述可變補償布置的所述電容性元件。所述開關元件能夠在第一操作模式中操作，其中，所述開關元件在所述第一操作模式中是斷開的并且流過所述開關元件的電流被禁用(斷開狀態(tài))。在第二操作模式中，所述開關元件是閉合的并且流過所述開關元件的電流被啟用(閉合狀態(tài))。
[0015]所述可變補償布置提供所謂的調諧電路或者能夠是調諧電路的部分。通過控制所述開關元件的所述操作模式，能夠改變所述可變補償布置的阻抗。因此，能夠改變所述電路布置的前述總體阻抗或總阻抗。所述開關布置能夠具有雙向行為，并且能夠在兩個相反的方向上運載電流和阻斷電壓。所述開關布置，即所述第一開關元件與所述第二開關元件的所述串聯連接，用作旁路，并且啟用或禁用流過所述可變補償布置的所述電容性元件的電流。
[0016]由通過每個開關元件的所述操作模式控制的前述電流生成在所述電容性元件兩端的電壓下降。在所述電容性元件的兩端的所述電壓下降被注入到所提出的電路布置中。借助于控制所述操作模式，能夠調節(jié)所述相電壓或相電流使得所述相電壓的基頻分量相對于所述電路布置的所述相電流具有-90°相移，使得所述電路布置提供電容性行為。
[0017]總之，所述可變補償布置提供能夠通過控制所述開關元件的所述操作模式來調節(jié)的可變電容。所提出的電路布置因此有利地允許通過調節(jié)所述可變補償布置的所述可變電容來調節(jié)所述電路布置的阻抗。因此，所提出的電路布置的所述阻抗能夠被調節(jié)使得所述電路布置的共振頻率等于預定操作頻率。因此，能夠補償經受例如溫度變化和/或老化的所述電路布置的失諧。所提出的電路布置也有利地允許降低改變所述電路布置的所述阻抗的復雜性并且在操作所述開關元件的同時降低能量損耗。這將在稍后進行解釋。
[0018]在