[发明专利]包括拾取布置和可变补偿布置的电路布置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动车辆的电路布置，尤其是用于对车辆的感应电力传输的系统的车旁电路布置。此外，本发明涉及一种操作所述电路布置的方法。另外，本发明涉及一种制造电动车辆的电路布置的方法，以及一种电动车辆。

背景技术

电动车辆，尤其是轨道约束车辆和/或道路机动车，能够通过借助于感应电力传输来传输的电能来操作。这样的车辆可以包括能够是车辆的牵引系统或牵引系统的部分的电路布置，该牵引系统包括适于通过电磁感应接收交变电磁场并产生交变电流的接收设备。此外，这样的车辆能够包括适于将交流电流转换成直流电流的整流器。直流电流能够被用于为牵引蓄电池充电或者用于操作电机。在后一种情况下，直流电流能够借助于逆变器被转换成交流电流。

感应电力传输是使用两组例如三相绕组来执行的。第一组被安装在地面上(初级绕组)并且能够由路旁电力转换器(WPC)来供给。第二组绕组(次级绕组)被安装在车辆上。例如，在其车厢中的一些下面有轨道的情况中，第二组绕组能够被附接在车辆下面。第二组绕组，或者一般地，第二侧通常被称为拾取布置或接收器。第一组绕组与第二组绕组形成高频变压器以将电能传输到车辆。这能够在静态(在没有车辆的移动时)或在动态(在车辆移动时)中来完成。

由于初级绕组与次级绕组之间的大间隙的存在，该变压器的操作特性不同于常规变压器的操作特性，常规变压器含有具有可忽略气隙或小气隙的封闭磁芯。大气隙导致较小的互感耦合和较大的漏电感。

漏电感通常用作与每个次级绕组串联的电感。为了能够传输高电力水平，有必要使用足够的电容，以便以例如20kHz的操作频率补偿电感器的电抗。对于高频变压器的次级侧，能够包括主电感或互电感和/或漏电感的(一个或多个)电感与能够包括补偿电容的(一个或多个)电容的组合形成了共振电路。在(一个或多个)电感与(一个或多个)电容的阻抗值被选择使得共振电路的自然共振频率等于操作频率时，发生完美的阻抗抵消。这样的共振电路被称为调谐的。

经受温度变化和/或老化，补偿电容的容差能够增大。尤其地，具有磁渗透性材料的配置倾向于在相关参数上漂移。这可能导致共振电路的失谐，其中，被改变的共振频率不再对应于操作频率。这样的失谐使感应电力传输系统的总体性能和电力传输能力偏离。此外，反映到变压器的初级侧的次级侧的阻抗能够变成电容性的。这能够导致相对于WPC中的电压的超前电流，该超前电流是非常不想要的，因为超前电流消除半导体开关的软开关条件并且大大增加其功率损耗。在这样的操作条件下，WPC能够过热并关闭，这继而中断所需要的电力传输。

US 5207304 B2公开了一种用于电力驱动车辆的电力拾取系统。该系统包括被连接到第一节点和第二节点的拾取电感器、被耦合到所述第一节点和所述第二节点的电力接收电路、许多调谐电容器、用于选择所述许多调谐电容器中要被耦合到所述第一节点和所述第二节点的一些并且用于针对每个被选择的调谐电容器生成选择信号的支路选择模块、以及许多开关电路，每个开关电路选择性地将对应的调谐电容器耦合到所述第一节点和所述第二节点。每个开关电路都包括固态开关以及被耦合到所述支路选择模块和所述固态开关的触发电路。所述触发电路感测在所述固态开关两端的电压，并且在从对应于所述开关电路的所述支路选择模块接收到一个所述选择信号之后，当在所述固态开关两端的所述感测电压大致为零时触发所述固态开关的闭合。因此，能够通过将调谐电容切换进出控制电路来控制电感耦合系统的输出电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车辆的电路布置，尤其是用于对车辆的感应电力传输的系统的车旁电路布置，以及一种操作所述电路布置的方法，通过所述方法能够优化对所述车辆的感应电力传输，即使是在所述电路布置的元件的电气性质发生变化的情况下，其中，能够在几乎没有能量损耗的情况下操作所述电路布置，并且降低了控制所述电路布置的操作的复杂性。本发明另外的目的是提供一种制造电路布置的方法，以及提供一种包括这样的电路布置的电动车辆。

本发明的基本构思是通过将补偿电容切换进出所述电路布置来主动地改变所述车旁电路布置的阻抗，使得提供在所述电路布置的相电流与相电压的基频之间的期望的相移，其中，开关时间与所述相电流的过程同步。通过对所述切换操作的适当控制，能够补偿由于所述补偿电容的电气性质的变化而引起的电力下降，即失谐，并且将所述系统性能保持在与完美调谐的系统相同的水平上，其中，由于所述切换操作而引起的能量损耗最小，并且降低了控制所述电路布置的操作的复杂性。