CH714566B1

CH714566B1 - Trolleybus with an isolating transformer in the power supply.

Info

Publication number: CH714566B1
Application number: CH00730/17A
Authority: CH
Inventors: Naef Alexander; Gisler Hans-Jörg; Widmer Martin
Original assignee: Hess Carrosserie
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2019-07-15

Abstract

Ein erfindungsgemässer Oberleitungsbus umfasst einen Stromabnehmer (11) zur Kontaktierung einer Gleichstrom führenden Oberleitung, mindestens einen Antriebsmotor (52, 57) zum Antreiben einer Antriebsachse, eine Stromversorgung zur Versorgung des mindestens einen Antriebsmotors (52, 57) mit Antriebsstrom und einen Hochleistungs-Energiespeicher (41, 42) zur Zwischenspeicherung von über den Stromabnehmer (11) aufgenommener elektrischer Energie. Die Stromversorgung umfasst einen Trenntransformator, der einen ersten, mit dem Stromabnehmer (11) verbundenen, Abschnitt der Stromversorgung von einem zweiten Abschnitt der Stromversorgung galvanisch trennt, wobei der mindestens eine Antriebsmotor (52, 57) und der Hochleistungs-Energiespeicher (41, 42) im zweiten Abschnitt angeordnet sind. Durch die galvanische Trennung werden im zweiten Abschnitt der Stromversorgung die üblichen Spannungsspitzen vermieden. Entsprechend können elektrische Komponenten im zweiten Abschnitt, z.B. Umrichter, einfacher und damit leichter und kompakter aufgebaut werden. Ferner wird die Verwendung von flüssigkeitsgekühlten Komponenten ermöglicht.An overhead trolley bus according to the invention comprises a current collector (11) for contacting a direct current overhead line, at least one drive motor (52, 57) for driving a drive axle, a power supply for supplying the at least one drive motor (52, 57) with drive current and a high-power energy store ( 41, 42) for temporarily storing electrical energy absorbed via the current collector (11). The power supply includes an isolation transformer electrically isolating a first portion of the power supply connected to the current collector (11) from a second portion of the power supply, the at least one drive motor (52, 57) and the high power energy storage (41, 42). are arranged in the second section. The galvanic isolation avoids the usual voltage peaks in the second section of the power supply. Accordingly, electrical components in the second section, e.g. Converter, simpler and thus lighter and more compact. Furthermore, the use of liquid-cooled components is made possible.

Description

Beschreibungdescription

Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft einen Oberleitungsbus mit einem Stromabnehmer zur Kontaktierung einer Gleichstrom führenden Oberleitung, mindestens einem Antriebsmotor zum Antreiben einer Antriebsachse, einer Stromversorgung zur Versorgung des mindestens einen Antriebsmotors mit Antriebsstrom und einem Hochleistungs-Energiespeicher zur Zwischenspeicherung von über den Stromabnehmer aufgenommener elektrischer Energie.TECHNICAL FIELD The invention relates to a trolleybus having a current collector for contacting a direct current overhead line, at least one drive motor for driving a drive axle, a power supply for supplying the at least one drive motor with drive current and a high-power energy store for intermediate storage of power taken over the current collector electrical energy.

Stand der Technik [0002] Oberleitungsbusse (Synonym: Trolleybusse) der genannten Art sind bekannt. Üblicherweise wird der Gleichstrom der Oberleitung mittels des Stromabnehmers abgenommen und über einen Motorumrichter einem oder mehreren als Drehstrom-Asynchronmotoren ausgebildeten Antriebsmotoren zugeführt. Der Hochleistungs-Energiespeicher, z.B. eine Batterie, wird über ein vorgeordnetes Schaltnetzteil in die Stromversorgung eingebunden. Dieses Schaltnetzteil, die Motorumrichter der Antriebsmotoren sowie Umrichter, die weiteren Verbrauchern (z.B. Pneumatik- oder Hydraulikaggregaten) zugeordnet sind, sind derart ausgebildet, dass sie die Spannungsspitzen, die im Oberleitungs-Gleichstrom auftreten können, schadlos überstehen.PRIOR ART Trolleybuses (synonym: trolleybuses) of the type mentioned are known. Usually, the direct current of the overhead line is removed by means of the pantograph and fed via a motor inverter one or more as three-phase asynchronous motors designed drive motors. The high power energy storage, e.g. a battery is integrated into the power supply via an upstream switching power supply. This switched-mode power supply, the motor inverters of the drive motors and converters, which are assigned to further consumers (for example pneumatic or hydraulic power units), are designed such that they withstand the voltage peaks which can occur in the catenary direct current without damage.

[0003] Aufgrund der nicht garantierbaren bzw. fehlenden Erdung und der hohen möglichen Spannungen ist zum Schutz der Fahrgäste eine besonders starke Isolierung notwendig. Die Antriebsmotoren und sonstige Aggregate sind luftgekühlt, weil eine Flüssigkeitskühlung mit den Isolationsanforderungen nur schwer vereinbar wäre.Due to the unguaranteable or missing grounding and the high potential voltages a particularly strong insulation is necessary to protect the passengers. The drive motors and other units are air-cooled because liquid cooling would be difficult to reconcile with the insulation requirements.

[0004] Die benötigten besonders robusten Umrichter, die luftgekühlten Motoren und Aggregate und die zusätzliche Isolation verleihen dem Oberleitungsbus ein hohes Gewicht und führen damit zu einem erhöhten Energieverbrauch. Weil der Verbrauchs- oder Ladestrom zwischen der Batterie und dem Antriebsmotor (welcher bei der Rekuperation als Generator wirkt) sowohl das der Batterie vorgeschaltete Netzteil als auch den aufwändig aufgebauten Motorumrichter passieren muss, ist der erreichbare Wirkungsgrad beim batteriegestützten Betrieb und beim Rekuperieren (also der Rückgewinnung von Energie beim Bremsen) zudem beschränkt.The required particularly robust converter, the air-cooled motors and units and the additional insulation give the trolleybus a high weight and thus lead to increased energy consumption. Because the consumption or charging current between the battery and the drive motor (which acts as a generator in the recuperation) must pass both the power supply upstream of the battery and the elaborate motor inverter, the achievable efficiency in battery-powered operation and recuperation (ie the recovery of energy when braking) also limited.

Darstellung der Erfindung [0005] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörenden Oberleitungsbus zu schaffen, welcher einen reduzierten Energieverbrauch aufweist und eine höhere Effizienz beim batteriegestützten Betrieb und beim Rekuperieren ermöglicht.DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the invention is therefore to provide a trolleybus belonging to the technical field mentioned in the beginning, which has a reduced energy consumption and enables a higher efficiency in battery-assisted operation and in recuperation.

[0006] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst die Stromversorgung einen Trenntransformator, der einen ersten, mit dem Stromabnehmer verbundenen, Abschnitt der Stromversorgung von einem zweiten Abschnitt der Stromversorgung galvanisch trennt, wobei der mindestens eine Antriebsmotor und der Hochleistungs-Energiespeicher im zweiten Abschnitt angeordnet sind.The solution of the problem is defined by the features of claim 1. According to the invention, the power supply comprises an isolating transformer which electrically isolates a first portion of the power supply connected to the current collector from a second portion of the power supply, the at least one drive motor and the high power energy storage being arranged in the second portion.

[0007] Der Antriebsmotor und der Energiespeicher befinden sich also gemeinsam in einem Abschnitt der Stromversorgung, welcher durch den Trenntransformator galvanisch vom Stromabnehmer getrennt ist. Durch die galvanische Trennung werden im zweiten Abschnitt der Stromversorgung die üblichen Spannungsspitzen vermieden. Entsprechend können elektrische Komponenten im zweiten Abschnitt, z.B. Umrichter, einfacher und damit leichter und kompakter aufgebaut werden. Die Anforderungen an die Isolierung werden ebenfalls reduziert. Beides hat dank Gewichtsreduktion und teilweise reduzierter Verlustleistung einen geringeren Energieverbrauch zur Folge. Im zweiten Abschnitt können generell Komponenten zum Einsatz kommen, wie sie im Bereich Elektromobilität allgemein üblich und im Handel verfügbar sind. Entsprechend ergeben sich nebst reduziertem Gewicht und Platzbedarf auch reduzierte Beschaffungskosten.Thus, the drive motor and the energy storage are located together in a portion of the power supply, which is electrically isolated from the current collector by the isolation transformer. The galvanic isolation avoids the usual voltage peaks in the second section of the power supply. Accordingly, electrical components in the second section, e.g. Converter, simpler and thus lighter and more compact. The insulation requirements are also reduced. Both result in lower energy consumption thanks to weight reduction and partly reduced power loss. In the second section components can generally be used, as they are common in the field of electromobility and commercially available. Accordingly, in addition to reduced weight and space requirements also reduced procurement costs.

[0008] Weitere Vorteile ergeben sich bei den im Oberleitungsbusbetrieb häufigen Beschleunigungs-, Brems- und Stoppvorgängen, weil aufgrund der dem zweiten Abschnitt vorgeordneten Trennung der Energiespeicher und der (zeitweise als Generator arbeitende) Antriebsmotor nicht wie bisher üblich über zwei Wandler miteinander verbunden werden müssen. Im Wesentlichen wird nur der Motorumrichter passiert. Dadurch können Verluste minimiert werden.Further advantages arise in the frequent in the trolleybus operation acceleration, braking and stopping operations, because due to the second section upstream separation of the energy storage and the (temporarily acting as a generator) drive motor does not need to be connected to each other as usual via two transducers , Essentially, only the motor inverter is passed. As a result, losses can be minimized.

[0009] Der erfindungsgemässe Oberleitungsbus ist also ein Hybridbus mit dessen generellen Vorteilen: - Bremsenergie lässt sich auch dann rekuperieren, wenn im selben Netzabschnitt gerade kein Verbraucher vorhanden ist, der über die Oberleitung rückgespiesene Energie verwerten könnte; - Je nach Kapazität des Hochleistungs-Energiespeichers kann über eine gewisse Strecke (namentlich auf einer nicht mit Oberleitung versehenen Teilstrecke) energiespeicherbasiert gefahren werden, somit oberleitungs- und emissionsfrei; - Die Netzbelastung lässt sich vergleichmässigen, indem bei Lastspitzen ein Teil der benötigten Energie aus dem Energiespeicher bezogen wird.The trolleybus according to the invention is thus a hybrid bus with its general advantages: braking energy can also be recuperated if no consumer is present in the same network section, which could utilize energy recharged via the overhead line; - Depending on the capacity of the high-performance energy storage can be driven over a certain distance (namely on a sub-line not provided with overhead line) energy storage based, thus overhead and emission-free; - The network load can be made uniform, by a part of the required energy is drawn from the energy storage at peak loads.

[0010] Im Weiteren ergeben sich die spezifischen Vorteile der erfindungsgemässen Lösung: - leichteres Gesamtgewicht der benötigten elektrischen Komponenten (inklusive Isolation); - höhere Effizienz bzw. geringere Verluste; - Verwendbarkeit üblicher Komponenten für die Elektromobilität; - Reduktion des Platzbedarfs der elektrischen Komponenten, dadurch ein höheres Raumangebot.Furthermore, there are the specific advantages of the inventive solution: - lighter overall weight of the required electrical components (including insulation); - higher efficiency or lower losses; - usability of common components for electromobility; - Reduction of the space requirement of the electrical components, thus a higher space.

[0011] Mit Vorteil ist der Trenntransformator Teil eines Gleichspannungswandlers (DC-DC-Wandler). Der Gleichspannungswandler wandelt den von der Oberleitung bezogenen Strom derart um, dass er im zweiten Abschnitt für die entsprechenden Verbraucher und zum Laden des Energiespeichers verwendbar ist. Beispielsweise wird Oberleitungs-Gleichstrom mit einer Nennspannung von 600 V oder 750 V in Gleichstrom mit einer Nennspannung von 600 V gewandelt. Der Trenntransformator zur galvanischen Trennung des ersten und des zweiten Abschnitts der Stromversorgung ist nun bevorzugt in den Gleichspannungswandler integriert. Für einen Oberleitungsbus muss eine Leistung von ca. 200 kW bereitgestellt werden. Es ist somit in der Regel sinnvoll, mehrere Gleichspannungswandler parallel zueinander einzusetzen. Eine entsprechende Komponente umfasst beispielsweise: a. am Eingang angeordnete Komponenten: Eingangsklemme, Vorlastkomponente, Überspannungsschutz und ggf. weitere Filter, Strom- und Spannungsmessgeräte; b. daran einer oder mehrere parallel angeschlossene DC-DC-Wandler mit galvanischer Trennung: Schalter, Trenntransformator, Ausgangsgleichrichter, Ausgangsfilter.Advantageously, the isolation transformer is part of a DC-DC converter (DC-DC converter). The DC-DC converter converts the current drawn by the overhead line in such a way that it can be used in the second section for the corresponding consumers and for charging the energy store. For example, overhead DC power having a rated voltage of 600V or 750V is converted into DC with a rated voltage of 600V. The isolation transformer for galvanic isolation of the first and the second portion of the power supply is now preferably integrated into the DC-DC converter. For a trolleybus, a power of approx. 200 kW must be provided. It is therefore usually useful to use several DC-DC converter in parallel. A corresponding component includes, for example: a. components arranged at the input: input terminal, pre-load component, overvoltage protection and possibly further filters, current and voltage measuring devices; b. One or more parallel-connected DC-DC converters with galvanic isolation: switch, isolating transformer, output rectifier, output filter.

[0012] Ein Gleichspannungswandler mit einer Leistung von 200 kW umfasst beispielsweise 6 solcher DC/DC-Wandler.A DC-DC converter with a power of 200 kW includes, for example, 6 such DC / DC converter.

[0013] Bevorzugt umfasst die Stromversorgung eine Stromverteilung im zweiten Abschnitt, wobei der Hochleistungs-Energiespeicher und der mindestens eine Antriebsmotor parallel an der Stromverteilung angeschlossen sind. Diese einfache Topologie wird durch die galvanische Trennung von der Oberleitungs-Stromquelle ermöglicht.Preferably, the power supply comprises a current distribution in the second section, wherein the high-performance energy storage and the at least one drive motor are connected in parallel to the power distribution. This simple topology is made possible by the galvanic isolation from the overhead power source.

[0014] Alternativ wird eine andere, z.B. (teilweise) sternförmige, Topologie gewählt.Alternatively, another, e.g. (partially) star-shaped, topology selected.

[0015] Der mindestens eine Antriebsmotor ist als Permanentmagnetmotor ausgebildet. Gegenüber den üblicherweise verwendeten Drehstrom-Asynchronmotoren weisen sie eine höhere Effizienz, ein geringeres Gewicht und ein geringeres Volumen auf und sind deshalb für den Betrieb als Antriebsmotoren in Bussen sehr gut geeignet. Der Energiebedarf wird reduziert, bei gegebener Batteriekapazität kann deshalb die Netzunabhängigkeit verbessert und/oder die Lebensdauer der Batterie verlängert werden.The at least one drive motor is designed as a permanent magnet motor. Compared to the three-phase induction motors commonly used, they have a higher efficiency, a lower weight and a lower volume and are therefore very well suited for operation as drive motors in buses. The energy requirement is reduced, therefore, for a given battery capacity, the grid independence can be improved and / or the life of the battery can be extended.

[0016] Permanentmagnetmotoren sind in der Regel flüssigkeitsgekühlt. Dank der erfindungsgemässen Stromverteilung ist eine derartige Flüssigkeitskühlung - im Gegensatz zum Stand der Technik - auch im Rahmen von Oberleitungsbussen möglich. Mit Vorteil ist deshalb der mindestens eine Antriebsmotor flüssigkeitsgekühlt. Dies führt wiederum zu einem reduzierten Gesamtgewicht.Permanent magnet motors are usually liquid-cooled. Thanks to the current distribution according to the invention, such liquid cooling is possible, in contrast to the prior art, also in the context of trolleybuses. Advantageously, therefore, the at least one drive motor is liquid-cooled. This in turn leads to a reduced total weight.

[0017] Alternativ sind auch luftgekühlte oder luft-/flüssigkeitsgekühlte Motoren einsetzbar.Alternatively, air-cooled or air / liquid cooled motors can be used.

[0018] Bevorzugt umfasst der Oberleitungsbus weitere flüssigkeitsgekühlte Versorgungsgeräte, beispielsweise für Luftkompressoren oder Komponenten von Klimaanlagen. Diese lassen sich dank der galvanischen Trennung des zweiten Abschnitts mit leichten, kompakten und einfachen Umrichtern betreiben. Die weiteren Versorgungsgeräte lassen sich insbesondere wie die Antriebsmotoren und Energiespeicher parallel zu diesen an die Stromverteilung anschliessen.Preferably, the trolleybus further liquid-cooled supply devices, for example, for air compressors or components of air conditioning systems. These can be operated thanks to the galvanic isolation of the second section with light, compact and simple converters. The other supply devices can be connected to the power distribution parallel to these, in particular like the drive motors and energy storage devices.

[0019] Die Stromversorgung umfasst einen Schaltmechanismus zur Trennung eines Motorumrichters des mindestens einen Antriebsmotors vom zweiten Abschnitt.The power supply comprises a switching mechanism for separating a motor converter of the at least one drive motor from the second section.

[0020] Bei Permanentmagnetmotoren bewirken gewisse Störungen, z.B. ein Kurzschluss auf der DC-Seite, nicht wie bei üblichen Asynchronmotoren, dass der Rotor frei dreht, sondern können dazu führen, dass eine starke Bremswirkung auf den Rotor ausgeübt wird; Permanentmagnetmotoren wirken in solchen Fällen als ungeregelte Generatoren. Da ein Blockieren im Fährbetrieb sehr gefährlich ist, sorgt der Schaltmechanismus dafür, dass die Phasen physisch von der Stromversorgung und damit von einer möglichen Last für den Generator getrennt werden. Somit wird die Blockierung verhindert.In permanent magnet motors, certain disturbances, e.g. a short circuit on the DC side, not like normal asynchronous motors, that the rotor rotates freely, but can cause a strong braking effect is exerted on the rotor; Permanent magnet motors act as unregulated generators in such cases. Since trapping in the ferry mode is very dangerous, the switching mechanism ensures that the phases are physically disconnected from the power supply and thus from a possible load on the generator. Thus, the blocking is prevented.

[0021] Der Schaltmechanismus ist bevorzugt vor dem Motorumrichter (d.h. stromversorgungsseitig) angeordnet, weil so nur zwei Phasen (oder gar nur eine Phase) zu trennen sind. Alternativ kann der Schaltmechanismus zwischen Motorumrichter und Motor vorgesehen werden.The switching mechanism is preferably located in front of the motor inverter (i.e., power supply side) because only two phases (or even one phase) are to be separated. Alternatively, the switching mechanism between the motor converter and motor can be provided.

[0022] Der Schaltmechanismus kann auf verschiedene Art und Weise gesteuert werden. Die Öffnung des Schaltmechanismus kann beispielsweise erfolgen, wenn im elektronischen Bremssystem (EBS) eine Blockierung detektiert wird. Alternativ kann auch der Motorumrichter überwacht werden: Tritt ein Kurzschluss oder eine andere Unregelmässigkeit auf, wird der Schaltmechanismus aktiviert.The switching mechanism can be controlled in various ways. The opening of the switching mechanism can take place, for example, if a blockage is detected in the electronic brake system (EBS). Alternatively, the motor inverter can be monitored: If a short circuit or other irregularity occurs, the switching mechanism is activated.

[0023] Mit Vorteil ist der Schaltmechanismus in einem Dachbereich des Oberleitungsbusses angeordnet. Dort ist ausreichend Raum vorhanden, so dass ein zusätzlicher Raumbedarf im Unterbodenbereich vermieden werden kann.Advantageously, the switching mechanism is arranged in a roof area of the trolleybus. There is sufficient space available, so that an additional space requirement in the underbody area can be avoided.

[0024] Bevorzugt ist der Hochleistungs-Energiespeicher durch eine Batterie gebildet. Batterien mit ausreichender Kapazität und ausreichender Leistung sind im Handel verfügbar und ermöglichen einen oberleitungsunabhängigen Betrieb auf verhältnismässig langen Strecken.Preferably, the high-performance energy storage is formed by a battery. Batteries of sufficient capacity and performance are commercially available and enable line-independent operation over relatively long distances.

[0025] Andere Hochleistungs-Energiespeicher, z.B. Hochleistungskondensatoren, sind ebenfalls einsetzbar. Es können auch Energiespeicherverschiedener Bauart miteinander kombiniert werden, z.B. um kurzfristigen, mittelfristigen und langfristigen Energiebedarf mit einem Energiespeicher des jeweils geeignetsten Prinzips abzudecken.Other high power energy storage devices, e.g. High performance capacitors are also usable. Energy storage devices of various types may also be combined, e.g. to cover short-term, medium-term and long-term energy needs with energy storage of the most appropriate principle.

[0026] Vorzugsweise entspricht eine Leistung des Hochleistungs-Energiespeichers mindestens der Nennleistung des mindestens einen Antriebsmotors. Generell soll die Gesamtleistung aller vorhandenen Hochleistungs-Energiespeicher mindestens die Nennleistung aller vorhandenen Antriebsmotoren erreichen. Dies ermöglicht einen oberleitungsunabhängigen Fährbetrieb ohne substanzielle Einschränkungen der Fahrleistungen.Preferably, a power of the high-performance energy storage device corresponds at least to the rated power of the at least one drive motor. Generally, the total power of all existing high-performance energy storage should at least reach the rated power of all existing drive motors. This allows a trolley-independent ferry service without substantial restrictions on performance.

[0027] Alternativ ist die Leistung des Hochleistungs-Energiespeichers geringer. Dies bedeutet gewisse Einschränkungen im oberleitungsfreien Betrieb, z.B. eine Reduktion der erreichbaren Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung oder der maximal bewältigbaren Steigung. Auf gewissen Strecken kann dies aber ausreichend sein.Alternatively, the power of the high-power energy storage is lower. This implies certain restrictions in line-free operation, e.g. a reduction in the achievable speed or acceleration or the maximum manageable slope. However, on certain routes this may be sufficient.

[0028] Mit Vorteil ist der Trenntransformator in einem Dachbereich des Oberleitungsbusses angeordnet.Advantageously, the isolation transformer is arranged in a roof area of the trolleybus.

[0029] Bevorzugt ist auch der Hochleistungs-Energiespeicher im Dachbereich angeordnet. Weil der Platzbedarf für die Umrichter der weiteren Aggregate durch die galvanische Trennung stark reduziert ist, steht im Dachbereich ausreichend Platz für den Hochleistungs-Energiespeicher zur Verfügung.Preferably, the high-performance energy storage is arranged in the roof area. Because the space required for the converters of the other units is greatly reduced by the galvanic isolation, there is sufficient space available in the roof area for the high-performance energy storage system.

[0030] Es sind im Rahmen der Erfindung auch andere Anordnungen der Komponenten zwischen Dachbereich, Unterbodenbereich und Kabine möglich.In the context of the invention, other arrangements of the components between roof area, underbody area and cabin are possible.

[0031] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.From the following detailed description and the totality of the claims, there are further advantageous embodiments and feature combinations of the invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0032] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings used to explain the embodiment show:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der Stromversorgung eines erfindungsgemässen Oberleitungsbusses;Fig. 1 is a schematic block diagram of the power supply of an inventive trolleybus;

Fig. 2A eine schematische Darstellung des Dachbereichs des erfindungsgemässen Busses mit den Komponenten der Stromversorgung; und2A is a schematic representation of the roof area of the bus according to the invention with the components of the power supply; and

Fig. 2B eine schematische Seitenansicht des Oberleitungsbusses.Fig. 2B is a schematic side view of the trolleybus.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures.

Wege zur Ausführung der Erfindung [0033] Die Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild der Stromversorgung eines erfindungsgemässen Oberleitungsbusses. Diese umfasst eine Stromabnehmereinrichtung 10 mit einem Stromabnehmer 11 mit zwei Ruten zur Kontaktierung zweier Oberleitungs-Fahrdrähte unterschiedlicher Polarität und einer Stromabnehmerlagerung 12 zur mechanischen Anbringung und elektrischen Kontaktierung der beiden Ruten.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic block diagram of the power supply of a trolleybus according to the invention. This comprises a current collector 10 with a pantograph 11 with two rods for contacting two trolley wires of different polarity and a pantograph bearing 12 for mechanical attachment and electrical contact of the two rods.

[0034] Die Stromabnehmereinrichtung 10 ist elektrisch mit einer Gleichspannungswandlerbox 20 gekoppelt. Diese umfasst eingangsseitig zunächst einen Verpolungsschutz 21, welcher auch bei umgekehrter Eingangspolarität die nachfolgenden Komponenten korrekt ansteuert. Im Anschluss ist ein Haupttrenner 22 angeordnet, mittels welchem alle nachfolgenden Komponenten physikalisch von der Stromabnehmereinrichtung 10 getrennt werden können. Dahinter folgt der eigentliche Gleichspannungswandler 23. Dieser umfasst eine mit den Eingangsklemmen verbundene erste Baugruppe mit einer Vorlastkomponente, einem Überspannungsschutz, weiteren üblichen Eingangsfiltern sowie Strom- und Spannungsmessgeräten. An diese erste Baugruppe sind sechs eigentliche Gleichspannungswandler angeschlossen. Diese umfassen je eine Schaltkomponente, einen Trenntransformator, einen Ausgangsgleichrichter sowie Ausgangsfilter. Die Schaltfrequenz beträgt 140 kHz. Sekundärseitig sind die Ausgänge der Gleichspannungswandler parallel miteinander verbunden.The pantograph 10 is electrically coupled to a DC-DC converter box 20. On the input side, this first comprises a reverse polarity protection 21, which correctly controls the following components even with reverse input polarity. Subsequently, a main separator 22 is arranged, by means of which all subsequent components can be physically separated from the pantograph 10. This is followed by the actual DC-DC converter 23. This comprises a first module connected to the input terminals with a pre-load component, an overvoltage protection, further customary input filters as well as current and voltage measuring devices. Six actual DC-DC converters are connected to this first module. These each comprise a switching component, an isolating transformer, an output rectifier and output filters. The switching frequency is 140 kHz. On the secondary side, the outputs of the DC-DC converters are connected in parallel.

[0035] Die Gleichspannungswandlerbox 20 bezieht von der Stromabnehmereinrichtung 10 Strom mit einer Gleichspannung von 600 oder 750 V und liefert eine stabilisierte Gleichspannung von 600 V. Sie stellt aufgrund der Trenntransformatoren der sechs Gleichspannungswandler eine galvanische Trennung zwischen der Stromabnehmereinrichtung 10 und nachfolgenden Komponenten der Stromversorgung sicher. Die maximale Leistung beträgt 200 kW. Überspannungen werden gemäss den einschlägigen Normen (IEC 61 287 i. V. mit IEC 60 850) toleriert. Die Gleichspannungswandlerbox 20 ist luftgekühlt.The Gleichspannungswandlerbox 20 receives from the pantograph 10 current with a DC voltage of 600 or 750 V and provides a stabilized DC voltage of 600 V. It ensures a galvanic isolation between the pantograph 10 and subsequent components of the power supply due to the isolation transformers of the six DC-DC converter , The maximum power is 200 kW. Overvoltages are tolerated according to the relevant standards (IEC 61 287 in conjunction with IEC 60 850). The DC-DC converter box 20 is air-cooled.

[0036] Der Ausgang der Gleichspannungswandlerbox 20 ist an einen Stromverteiler 30 angeschlossen. Dieser umfasst mehrere parallel geschaltete zweipolige elektrische Anschlüsse. An zwei dieser Anschlüsse ist je eine Batterie 41,42 einer Energiespeichervorrichtung 40 angeschlossen. Die Energiespeichervorrichtung erreicht eine Dauerleistung von 180 kW, sowohl für den Lade- als auch den Entladevorgang. Die Kapazität beträgt 30 kWh, kann für eine bessere Fahrleistung im Batteriebetrieb oder bei einer grösseren oberleitungsfrei zu überwindenden Distanz aber höher gewählt werden. Die Batterie 41, 42 umfasst dabei nebst dem eigentlichen Energiespeicher in an sich bekannter Weise auch vorgeordneteThe output of the DC converter box 20 is connected to a power distributor 30. This includes several parallel two-pole electrical connections. Two of these connections each have a battery 41, 42 of an energy storage device 40 connected. The energy storage device achieves a continuous power of 180 kW, both for the charging and the discharging process. The capacity is 30 kWh, but can be selected higher for better driving performance in battery operation or at a greater distance to be overcrowded without a line. The battery 41, 42 includes in addition to the actual energy storage in a conventional manner and upstream

Komponenten zur Lade- und Entladesteuerung sowie Sicherungen. Zwischen dem Ausgang der Gleichspannungswandlerbox 20 und dem Eingang der Batterie 41,42 werden keine Trenner benötigt. Grundsätzlich lässt sich die Batterie 41,42 unmittelbar mit dem vom Stromverteiler 30 bezogenen Strom laden bzw. kann ihre Energie unmittelbar über den Stromverteiler 30 in die Stromversorgung abgeben.Components for charge and discharge control and fuses. Between the output of the DC converter box 20 and the input of the battery 41,42 no disconnectors are needed. In principle, the battery 41, 42 can be charged directly with the current drawn by the power distributor 30 or can deliver its energy directly to the power supply via the power distributor 30.

[0037] Am Stromverteiler 30 angeschlossen sind weiter eine Reihe von Verbrauchern. Zunächst die Antriebsmotoren 52, 57, bei denen es sich um Permanentmagnetmotoren handelt. Geeignet sind beispielsweise Permanentmagnetmotoren des Typs TM4 SUMO MD (Typ LSM200C-HV2100) mit zugehörigem Motorumrichter des Typs C0200, wie sie von der Firma TM4, Quebec, Kanada erhältlich sind. Diese Motoren weisen eine maximale mechanische Ausgangsleistung von je 200 kW auf und können mit einer Spannung von 300 bis 750 V Gleichstrom betrieben werden. Sie sind flüssigkeitsgekühlt (40% destilliertes Wasser/60% Glykol).Connected to the power distributor 30 are further a number of consumers. First, the drive motors 52, 57, which are permanent magnet motors. Suitable examples are permanent magnet motors of the type TM4 SUMO MD (type LSM200C-HV2100) with associated motor converter type C0200, as they are available from the company TM4, Quebec, Canada. These motors have a maximum mechanical output power of 200 kW each and can be operated with a voltage of 300 to 750 V DC. They are liquid cooled (40% distilled water / 60% glycol).

[0038] Die Antriebsmotoren 52, 57 sind über die jeweils zugeordneten Motorumrichter 51,56 und eine Freischalteinrichtung 50 am Stromverteiler 30 angeschlossen. Die Freischalteinrichtung 50 wird anhand von Messwerten des elektronischen Bremssystems des Oberleitungsbusses gesteuert: Wird eine Blockierung einer der Antriebsachsen festgestellt, was auf eine elektrische Störung im Bereich der Antriebsmotoren hindeuten könnte, z.B. einen Kurzschluss zwischen Motorumrichter und Antriebsmotor, wird die Freischalteinrichtung 50 betätigt und die Motorumrichter 51, 56 von der Stromversorgung getrennt. Damit wird verhindert, dass der von der Störung betroffene Antriebsmotorals ungeregelter Generator wirkt und seine Leistung über die Stromversorgung an daran angeschlossene Lasten abgibt. Entsprechend wird auch die damit verbundene Bremswirkung, die bis zum Blockieren führen kann, aufgehoben. Als Trennschalter für die Freischalteinrichtung 50 wird ein für die auftretenden Ströme und Spannungen geeigneter Schalter verwendet. Derartige Schalter sind auf dem Markt erhältlich.The drive motors 52, 57 are connected via the respective associated motor converter 51,56 and a disconnecting device 50 to the power distributor 30. The disconnecting device 50 is controlled on the basis of measured values of the electronic brake system of the trolleybus: If a blockage of one of the drive axles is detected, which could indicate an electrical disturbance in the area of the drive motors, e.g. a short circuit between the motor converter and the drive motor, the enabling device 50 is actuated and the motor inverter 51, 56 disconnected from the power supply. This prevents the drive motor affected by the fault from acting as an unregulated generator and delivering its power via the power supply to connected loads. Accordingly, the associated braking effect, which can lead to blocking, repealed. As a disconnector for the enabling device 50, a suitable switch for the currents and voltages occurring is used. Such switches are available on the market.

[0039] Nebst den Antriebsmotoren 52, 57 sind weitere Verbraucher 60 am Stromverteiler 30 angeschlossen, namentlich hydraulische und pneumatische Aggregate 62,64,66, die jeweils über einen Wandler 61,63,65 gespeist sind. Als Wandler geeignet sind beispielsweise die von der Firma Schmidhauser AG, Romanshorn, Schweiz angebotenen Geräte der Serie «MOBILE», z.B. MOBILE DCU PSU XX/5.6 (mit einer dem Verbraucher angepassten Inverter-Leistung). Die Wandler lassen sich gleichzeitig an der 24-V-Fahrzeugbatterie anbinden.In addition to the drive motors 52, 57 further consumers 60 are connected to the power distributor 30, namely hydraulic and pneumatic units 62,64,66, which are each fed via a converter 61,63,65. Suitable converters are, for example, the "MOBILE" series devices offered by Schmidhauser AG, Romanshorn, Switzerland, e.g. MOBILE DCU PSU XX / 5.6 (with consumer-adapted inverter power). The converters can be connected to the 24 V vehicle battery at the same time.

[0040] Weiter kann am Stromverteiler 30 ein Chopper 67 für Brems- und Heizeinrichtungen 68 angeschlossen werden. Die Wandler 61,63, 65, der Chopper 67 und die Freischalteinrichtung 50 lassen sich platzsparend in einer gemeinsamen Box 70 unterbringen.Further, a chopper 67 for braking and heating devices 68 can be connected to the power distributor 30. The converters 61, 63, 65, the chopper 67 and the disconnecting device 50 can be accommodated in a common box 70 to save space.

[0041] Die Fig. 2A ist eine schematische Darstellung des Dachbereichs des erfindungsgemässen Busses mit den Komponenten der Stromversorgung. Die Fig. 2B zeigt eine schematische Seitenansicht des Oberleitungsbusses 1.2A is a schematic representation of the roof area of the bus according to the invention with the components of the power supply. FIG. 2B shows a schematic side view of the trolleybus 1.

[0042] Beim Oberleitungsbus 1 handelt es sich um einen Gelenkbus mit einem vorderen Wagenteil 2 mit zwei Achsen 6.1,6.2 und einem über einen Gelenkteil 4 damit verbundenen hinteren Wagenteil 3 mit einer Achse 6.3. Die notwendigen Verbindungen (Strom, ggf. Kühlfluide) zwischen dem vorderen und hinteren Wagenteil 2, 3 werden über eine Energiekette 7 im Bereich des Gelenkteils 4 geschaffen.When Oberleitungsbus 1 is an articulated bus with a front carriage part 2 with two axes 6.1,6.2 and a connected via a hinge part 4 rear carriage part 3 with an axis 6.3. The necessary connections (current, possibly cooling fluids) between the front and rear carriage part 2, 3 are created via an energy chain 7 in the region of the joint part 4.

[0043] Auf dem Dach 5 ist im mittleren Bereich des hinteren Wagenteils 3 die Stromabnehmerlagerung 12 mit dem Stromabnehmer 11 angeordnet; in den Figuren ist der Stromabnehmer 11 in abgesenkter Position gezeigt. Vor der Stromabnehmerlagerung 12 befindet sich auf dem Dach 5 des hinteren Wagenteils 3 die Gleichspannungswandlerbox 20. Diese weist eine Breite von 1800 mm, eine Länge von 800 mm und eine Höhe von 457 mm auf. Ihr Gewicht beträgt weniger als 350 kg.On the roof 5, the pantograph bearing 12 is arranged with the current collector 11 in the central region of the rear carriage part 3; in the figures, the current collector 11 is shown in the lowered position. Before the pantograph bearing 12 is located on the roof 5 of the rear carriage part 3, the DC converter box 20. This has a width of 1800 mm, a length of 800 mm and a height of 457 mm. Their weight is less than 350 kg.

[0044] Auf dem vorderen Wagenteil 2 sind nebst weiteren Komponenten, z.B. zur Klimatisierung des Fahrgastraums, die Batterien 41,42 der Energiespeichervorrichtung 40 und davor die Box 70 mit den Wandlern 61,63, 65, dem Chopper 67 und der Freischalteinrichtung 50 auf dem Dach 5 angeordnet. Die Wandler 61,63,65 und der Chopper 67 sind mit je ca. 10 kg deutlich leichter (und auch deutlich platzsparender) als diejenigen Vorrichtungen, die bei üblichen Oberleitungsbussen ohne galvanisch abgetrennten Stromversorgungsabschnitt zum Einsatz kommen.On the front carriage part 2, together with further components, e.g. for air conditioning of the passenger compartment, the batteries 41,42 of the energy storage device 40 and before the box 70 with the transducers 61,63, 65, the chopper 67 and the enabling device 50 on the roof 5 arranged. The transducers 61, 63, 65 and the chopper 67, each with approximately 10 kg, are significantly lighter (and also significantly more space-saving) than those devices that are used in conventional trolleybuses without a galvanically separated power supply section.

[0045] Der dargestellte Oberleitungsbus 1 umfasst zwei Antriebsmotoren 52, 54, welche auf die zweite Achse 6.2 des vorderen Wagenteils 2 und die Achse 6.3 des hinteren Wagenteils 3 wirken. Die Antriebsmotoren 52, 54 sind längs und mit ihrer Abtriebsachse leicht nach unten geneigt im Unterbodenbereich des Oberleitungsbusses 1 eingebaut. Der Antriebsmotor 52 zum Antreiben der hinteren Achse 6.2 des vorderen Wagenteils 2 befindet sich dabei vor der angetriebenen Achse 6.2, während sich der Antriebsmotor 54 zum Antreiben der Achse 6.3 des hinteren Wagenteils 3 hinter der angetriebenen Achse 6.3 befindet. Der Motorumrichter 51 für den Antriebsmotor 52 im vorderen Wagenteil 2 ist senkrecht hinter dem Antriebsmotor 52 montiert. Der Motorumrichter 53 für den Antriebsmotor 54 im hinteren Wagenteil 3 ist horizontal hinter dem Antriebsmotor 54 montiert. Sowohl die Antriebsmotoren 52, 54 als auch die Motorumrichter 51,53 lassen sich ohne weiteres in den bei üblichen Oberleitungsbussen im Unterbodenbereich vorhandenen Aufnahmeraum einbauen.The trolleybus 1 shown comprises two drive motors 52, 54, which act on the second axis 6.2 of the front carriage part 2 and the axis 6.3 of the rear carriage part 3. The drive motors 52, 54 are mounted longitudinally and with their output axis inclined slightly downwards in the underfloor region of the trolleybus 1. The drive motor 52 for driving the rear axle 6.2 of the front carriage part 2 is in front of the driven axle 6.2, while the drive motor 54 for driving the axle 6.3 of the rear carriage part 3 is behind the driven axle 6.3. The motor inverter 51 for the drive motor 52 in the front carriage part 2 is mounted vertically behind the drive motor 52. The motor inverter 53 for the drive motor 54 in the rear carriage part 3 is mounted horizontally behind the drive motor 54. Both the drive motors 52, 54 and the motor inverters 51, 53 can be easily installed in the receiving space provided in conventional overhead line buses in the underfloor area.

[0046] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So lassen sich beispielsweise Details der einzelnen Komponenten der Stromversorgung und deren Anordnung am Fahrzeug auf andere Art und Weise ausführen.The invention is not limited to the illustrated embodiment. For example, details of the individual components of the power supply and their arrangement on the vehicle can be performed in other ways.

[0047] Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung ein Oberleitungsbus geschaffen wird, welcher einen reduzierten Energieverbrauch aufweist und eine höhere Effizienz beim batteriegestützten Betrieb und beim Rekuperieren ermöglicht.In summary, it should be noted that a trolleybus is provided by the invention, which has a reduced energy consumption and allows higher efficiency in battery-powered operation and recuperation.

Claims

claims

A trolleybus comprising: a) a pantograph for contacting a direct current overhead line; b) at least one drive motor for driving a drive axle; c) a power supply for supplying the at least one drive motor with drive current; and d) a high power energy storage for temporarily storing electrical energy received via the current collector; wherein e) the power supply comprises an isolation transformer electrically isolating a first portion of the power supply connected to the current collector from a second portion of the power supply, the at least one drive motor and the high power energy storage being disposed in the second portion; f) the at least one drive motor is designed as a permanent magnet motor; and g) the trolleybus comprises a switching mechanism for disconnecting a motor drive of the at least one drive motor from the second section.

2. trolleybus according to claim 1, characterized in that the isolating transformer is part of a DC-DC converter.

3. trolleybus according to claim 1 or 2, characterized by a current distribution in the second section, wherein the high-performance energy storage and the at least one drive motor are connected in parallel to the power distribution.

4. trolleybus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one drive motor is liquid-cooled.

5. trolleybus according to claim 4, characterized by further liquid-cooled units.

6. trolleybus according to one of claims 1 to 5, characterized in that the switching mechanism is arranged in a roof area of the trolleybus.

7. trolleybus according to one of claims 1 to 6, characterized in that the high-performance energy storage is formed by a battery.

8. trolleybus according to one of claims 1 to 7, characterized in that a power of the high-performance energy storage at least 75% of the rated power of the at least one drive motor, preferably the total rated power of the at least one drive motor corresponds.

9. trolleybus according to one of claims 1 to 8, characterized in that the isolating transformer is arranged in a roof area of the trolleybus.

10. trolleybus according to claim 9, characterized in that the high-performance energy storage is arranged in the roof area.