CN111660811A - 配备有蓄电体的轨道车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配备有蓄电体的轨道车辆。轨道车辆(10)包括：供电装置(20)、电力牵引引擎(15)、第一辅助电气设备(16、17)和用于连接至车辆外部电源的连接器(22)。该供电装置包括：电力变换器(26)，其用于向电力牵引引擎供应高压电流，其中，电力变换器连接至连接器；连接至第一辅助电气设备的第一中压电网(34)；以及第一蓄电元件(30)，第一蓄电元件(30)连接至第一中压电网，以向第一电网供电或从第一电网汲取电力。所述电力变换器连接至第一中压电网以向第一电网供电。

Description

配备有蓄电体的轨道车辆
【技术领域】
本发明涉及一种轨道车辆，其包括供电装置、电力牵引马达、第一辅助电气设备，以及连接至车辆外部的电源的连接器，其中所述供电装置包括：电力变换器，用于为电力牵引引擎提供高压电流，其中所述电力变换器连接至所述连接器；第一中压电网，所述第一辅助电气设备连接至所述第一中压电网；以及第一蓄电元件，所述第一蓄电元件连接至所述第一中压电网，以向第一电网供电或从第一电网汲取电力。
【背景技术】
已知为轨道车辆，特别是火车，配备内部蓄电元件。如上所述的车辆例如在专利文献WO2014008114中得到过描述。因此，辅助设备可以由内部元件或外部电源分别或同时供电。
辅助功能，例如客车车厢的空调，需要大量的电力。经由内部存储元件进行供电会给车辆的电力供应造成限制并且成本较高。
【发明内容】
本发明寻求解决这个问题。为此，本发明的目的是如上所述的轨道车辆，其中所述电力变换器连接至第一中压电网，以向第一电网供电。
根据本发明的其他有利方面，所述轨道车辆单独地或以技术上可能的任何组合包括以下一个或多个技术特征：
-供电装置包括插入在第一蓄电元件和第一中压电网之间的第一可逆充电器(reversible charger)，其中第一充电器适于将电力传输到第一元件和第一电网中的一个或另一个。
-第一蓄电元件包括至少一个锂离子电池；
-轨道车辆还包括第二辅助设备，并且其中供电装置还包括：第二低压电力网络，第二设备连接至第二低压电力网络；以及第二蓄电元件，第二蓄电元件连接至第二低压电网，以向第二电网供电或从第二电网汲取电力，其中第二存储元件还连接至第一中压电网，以从第一电网汲取电力；
-供电装置包括第二充电器，第二充电器插入在第一中压电网和第二存储元件之间，以从第一电网向第二元件供电，其中第二充电器还连接至第二低压电网，以不经过第二存储元件为第二电网供电。
-第二蓄电元件包括至少一个锂离子电池。
本发明还涉及一种用于操作如上所述的轨道车辆的方法。
根据本发明的第一方面，所述方法如下：电力变换器经由连接器从车辆外部的电源汲取电力，并且向第一中压电网供电，并且第一蓄电装置从第一电网汲取电力。
根据本发明的第二方面，所述方法如下：电力变换器经由连接器从车辆外部的电源汲取电力，并向电力牵引引擎供电，并且第一蓄电元件为第一中压电网供电。
根据本发明的第三方面，所述方法如下：第一蓄电元件向第一中压电网供电，并且第二蓄电元件从第一电网汲取电力。
【附图说明】
本发明在阅读以下说明时能得到更好的理解，以下说明仅被提供为非限制性示例，并且参照附图来进行，附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的轨道车辆的示意图；并且
图2是图1的轨道车辆的元件的示意图。
【具体实施方式】
图1是根据本发明的一个实施例的轨道车辆10的示意性表示。轨道车辆10，例如火车，包括联接至一个或多个车厢14的马达12，该马达12特别供乘客使用。
轨道车辆10包括配备有马达的至少一个电力牵引引擎15。引擎15尤其用于在特别是大于700V的高电压下运行。
另外，轨道车辆10包括用于在400V中压网络上运行的第一辅助电气设备16、17。所述第一辅助电气设备例如包括用于使车辆10的气动回路充气的一个或多个压缩机16、用于车厢14的空调装置17，或者热设备，例如用于保存食物的冷藏室。
另外，轨道车辆10包括用于在110V低压网络上运行的第二辅助电气设备18。第二辅助电气设备18例如包括用于车厢14的照明和/或通风装置、或冰箱。
轨道车辆10还包括连接至辅助电气设备16、17、18的供电装置20。装置20用于与车辆外部的电源配合。在所示的实施例中，轨道车辆10包括受电弓(pantograph)22，受电弓22用于从接触网(catenary，未示出)向装置20供电。
轨道车辆10还包括用于控制装置20的电子控制模块24。
图2是轨道车辆10的几个元件、特别是供电装置20的示意性表示。
具体而言，装置20包括逆变器型电力变换器26，该逆变器型电力变换器26的第一输入28连接至受电弓22。变换器26用于通过第一输出27向引擎15供应特别是大于700V的高压电流。
装置20还包括第一蓄电元件30。优选地，所述第一元件30是电池，并且更优选地包括至少一个锂离子电池。优选地，第一元件30具有大约200kWh量级的大容量。
实际上，锂离子电池允许在有限的体积下具有大容量。它们还提供比其他技术(例如NiCad或铅凝胶)更长的使用寿命。
优选地，元件30用于存储能量以供非安全相关的舒适装置(例如空调系统)使用。
装置20还包括第一中压电网34，第一辅助电气设备16、17连接至该第一中压电网34。电力变换器26用于通过第二输出36为第一电网34提供中压电流。
另外，装置20包括第一可逆充电器38。第一可逆连接件40和第二可逆连接件42分别将第一充电器38电连接至第一存储元件30和第一电网34。因此，第一充电器38用于在第一存储元件30和第一电网34之间可逆地传输电力。
装置20还包括第二低压电网44，第二辅助电气设备18连接至该低压电网44。
装置20还包括第二蓄电元件46，该第二蓄电元件46包括连接至第二电网44的输出47，以便向该电网供电。优选地，第二元件46是电池，并且更优选地包括至少一个锂离子电池。
优选地，元件46用于存储用于安全相关装置的电能，例如适用法规可能要求的紧急照明和/或无线电。
另外，装置20包括第二充电器48。第二充电器48的一个输入50连接至第一中压电网34。第二充电器48的第一输出52和第二输出54分别连接至第二蓄电元件46和第二低压电网44。
布置在例如引擎12的操纵室中的电子控制模块24电连接至装置20的前述元件中的至少某些元件，如将在下面讨论的那样。优选地，电子模块24连接至火车上的GSM网络，该GSM网络允许其接收关于经由接触网可用电的资费的最新信息。
现在，将描述用于操作轨道车辆10的方法。电子控制模块24具体配备有用于执行这些方法的程序。
首先，我们将考虑第一方法，称为“正常操作”。特别地，当由电子模块24接收的信息指示经由接触网可用电的成本低于预定阈值时，执行该方法。
在第一方法中，电力变换器26经由受电弓22和第一输入28由接触网供电。电力变换器26为第一中压电网34和第一辅助电气设备16、17供电。第一电网34还经由第二充电器48和第二输出54为第二低压电网44供电。
此外，当第一蓄电元件30和/或第二蓄电元件46未完全充电时，第一充电器38的第一可逆连接件40和第二可逆连接件42和/或第二充电器48的第一输出52被配置为从第一电网34向第一元件30和/或第二元件46供电。
现在，我们将考虑第二方法，称为“气候控制紧急操作”。第二方法特别是在车辆10在轨道上的未配备有接触网的路段上不可移动或者在接触网失效后不可移动时，特别是在烈日炎炎的环境中执行。
在第二方法中，可逆充电器38经由连接40由第一蓄电元件30供电。充电器38为第一中压电网34和第一辅助电气设备16、17供电，尤其是车厢14的空调装置17。
实际上，用于空调的供电需要大量的电力，可逆充电器38能够提供该电力。
此外，在上述第二方法中，第二电网44由第二存储元件46供电。根据需要，第二电网44也可以通过第二充电器48及其第二输出54由第一电网34部分地供电。
现在，将考虑第三方法，称为“能量平滑”。特别地，当由电子模块24接收的信息指示经由接触网可用的市电以峰值资费计费时，执行第三方法。
在第三方法中，电力变换器26经由受电弓22由接触网供电，并且例如为引擎15供电。另外，第一充电器38的第一可逆连接件40和第二可逆连接件42配置为使得第一元件30向第一中压电网34和第一辅助电气设备16、17供电。因此，受电弓22汲取的电力主要专用于引擎15，以减少车辆10的外部功耗。
优选地，电子模块24控制变换器26的输出36，使得第一电网34主要从第一元件30汲取电力，以及根据需要基于非优先级从变换器26汲取电力。
第一电网34还经由第二充电器48和第二输出54向第二低压电网44供电。
当电不再处于峰值资费时，元件30被再充电。
第四方法称为在充电区域之外的“安全电池(元件46)再充电”。该第四方法特别是在车辆10尤其是在没有接触网的位置处静止不动时执行。
在第四方法中，引擎15停止，并且不向电力变换器26供电。第一充电器38的第一可逆连接件40和第二可逆连接件42被配置为使得第一元件30向第一中压电网34供电。
在第四方法的第一变体中，当第二蓄电元件46未完全充电时，第二充电器48的第一输出52被配置为从第一电网34向第二元件46供电。此方法避免为第二元件46提供专门用于静止运转的再充电站。
在第四方法的第二种变体中，第一电网34为第一辅助电气设备16、17中的例如食物冷藏室之类的某些设备供电。第一电网34还可以经由第二充电器48为第二电网44和第二辅助电气设备18的某些设备(例如冰箱)供电。这种方法允许在车辆10静止时保存易变质的食物，特别是在元件22不允许夜间连接的国家中。
可以由单个车辆相继执行前述方法1-4。
因此，当没有外部电源可用时，根据本发明的轨道车辆更加独立。轨道车辆还可以通过基于资费的实时变化来存储和恢复电力来降低运营成本。

Claims (9)

1.轨道车辆(10)，包括供电装置(20)、电力牵引引擎(15)、第一辅助电气设备(16、17)和用于连接至车辆外部电源的连接器(22)，其中，所述供电装置包括：
-电力变换器(26)，用于向所述电力牵引引擎供应高压电流，其中所述电力变换器连接至所述连接器(22)；
-第一中压电网(34)，所述第一辅助电气设备连接至所述第一中压电网(34)；
-第一蓄电元件(30)，所述第一蓄电元件(30)连接(40、38、42)至所述第一中压电网，以便向所述第一电网供电或从所述第一电网汲取电力；
其特征在于，所述电力变换器(26)连接至所述第一中压电网，以向所述第一电网供电。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆，其中，所述供电装置包括插入在所述第一蓄电元件(30)与所述第一中压电网(34)之间的第一可逆充电器(38)，其中所述第一充电器用于将电力传输到所述第一元件和所述第一电网中的一个或另一个。
3.根据权利要求1或2所述的轨道车辆，其中，所述第一蓄电元件(30)包括至少一个锂离子电池。
4.根据权利要求1或2所述的轨道车辆，还包括第二辅助电气设备(18)，并且其中，所述供电装置还包括：
-第二低压电网(44)，所述第二设备连接至所述第二低压电网(44)；和
-第二蓄电元件(46)，所述第二蓄电元件(46)连接(47)至所述第二低压电网，以向所述第二电网供电或从所述第二电网汲取电力；
其中所述第二存储元件还连接(50、48、52)至所述第一中压电网(34)，以从所述第一电网汲取电力。
5.根据权利要求4所述的轨道车辆，其中，所述供电装置包括第二充电器(48)，所述第二充电器(48)插入在所述第一中压电网(34)和所述第二存储元件(46)之间，以从所述第一电网向所述第二元件供电，其中所述第二充电器还连接(54)至所述第二低压电网(44)，以不通过所述第二存储元件向第二电网供电。
6.根据权利要求4或5所述的轨道车辆，其中，所述第二蓄电元件(46)包括至少一个锂离子电池。
7.操作根据权利要求1或2所述的轨道车辆的方法，其中：
-所述电力变换器(26)经由所述连接器(22)从车辆外部的电源汲取电力，并向所述第一中压电网(34)供电，以及
-所述第一蓄电元件(30)从所述第一电网汲取电力。
8.操作根据权利要求1或2所述的轨道车辆的方法，其中：
-所述电力变换器(26)经由所述连接器(22)从车辆外部的电源汲取电力，并向所述电力牵引引擎(15)供电，以及
-所述第一蓄电元件(30)为所述第一中压电网(34)供电。
9.操作根据权利要求4至6中任一项所述的轨道车辆的方法，其中：
-所述第一蓄电元件(30)为所述第一中压电网(34)供电；以及
-所述第二蓄电元件(46)从所述第一电网汲取电力。
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