CN112977491A - 电气系统、轨道车辆和用于运行电气系统的方法 - Google Patents

电气系统、轨道车辆和用于运行电气系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电气系统，用于在轨道车辆中供应能量，所述轨道车辆具有至少一个非驱动轮(6)，其中，所述电气系统包括至少一个发电机装置(2)和至少一个连接装置(3、3a、3b)，所述连接装置用于所述轨道车辆(1)的至少一个车载电网(4、4a、4b)，其中，所述发电机装置(2)能与所述非驱动轮(6)机械连接，使得当所述非驱动轮(6)旋转时能通过所述发电机装置(2)产生电能，所述电能能通过所述连接装置(3、3a、3b)被传输到所述车载电网(4、4a、4b)中。

Description

电气系统、轨道车辆和用于运行电气系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在轨道车辆中供应能量的电气系统、这种轨道车辆以及一种用于运行这种电气系统的方法。
背景技术
由DE 10 2018 209 583 A1(在后公开)已知由至少两个车辆构成的组合，其中，至少一个车辆具有直流电压中间回路，该直流电压中间回路可以从能量源被馈送以电能，至少一个电动机变流器连接到该直流电压中间回路上，该电动机变流器又与至少一个驱动机电气连接，其中，进一步描述了，当确定了第一车辆的直流电压中间回路的馈送出现干扰时，可以激活至少一个驱动机的发电机运行。
车辆的车载电网也是已知的，通过该车载电网来供应通常不形成驱动网络的直接部件或组成部分的车辆消耗器。这种消耗器例如可以是照明装置、加热装置、空调装置或其他消耗器。
通常，期望通过车载电网为这些消耗器持续地供应能量，尤其是即使在没有车辆外部的能量供应时，例如以通过空中架线来供应能量的形式，或通过运行车辆的驱动装置、例如驱动机来供应能量。因此，例如期望即使在车辆停止时并且在轨道车辆的情况下例如在仓库中或在车站中不能通过空中架线来供应能量时也能运行空调装置。
还已知的是，对于这种情景，使用具有内燃机和发电机装置的电流产生设备，以便之后产生电能来供应车载电网。
在此缺点是：这种电流产生设备的高的结构空间需求，以及不期望的高的噪声和废气负载。
因此，提出以下技术问题：实现一种用于在轨道车辆中供应能量的电气系统、一种轨道车辆以及一种用于运行这种电气系统的方法，其中，这种电气系统的结构空间需求以及噪声和废气排放是低的。
发明内容
该技术问题的解决方案由具有本发明特征的内容得出。本发明的其他有利构型由说明书得出。
提出一种用于在车辆中供应能量的电气系统。该电气系统尤其可以用于给连接到车辆的车载电网上的消耗器供应能量。该车辆是轨道车辆，尤其是机车牵引(lokbespanntes)的轨道车辆。车辆也可以是牵拉(Zug)的一部分。这种牵拉部分例如可以是轨道车辆的动力车厢或火车头。但是，该牵拉部分优选是轨道车辆的中间车厢，尤其是乘客车厢。
车辆包括至少一个非驱动轮。在此，非驱动轮是指这样的车轮：用于驱动车辆的驱动力/驱动力矩不通过该车轮传递到行车道或轨道上。相反，驱动轮是指这样的车轮：该车轮例如通过相应的传动装置与驱动装置、例如电机或内燃机机械连接，以便将由驱动装置产生的驱动力/驱动力矩传递到行车道或轨道上。
所提出的电气系统包括至少一个发电机装置。该发电机装置用于尤其通过将机械能转换为电能来产生电能。发电机装置尤其可以构造为电机，尤其构造为同步机或异步机。然而，在此发电机装置不同于牵引机，也就是说，不同于产生用于车辆的驱动力的装置。
电气系统还包括至少一个连接装置，用于车辆的至少一个车载电网。该连接装置可以是电气连接装置，通过该电气连接装置可以传输电能。车辆的车载电网在此可以是用于给车辆的消耗器、尤其车辆的所谓的辅助消耗器供应电能的网络。这种辅助消耗器在上面已经说明，并且尤其包括照明装置、加热装置或空调装置。这些辅助消耗器在此可以连接到车辆的车载电网上。当然也可以设想，电气系统包括多个连接装置，例如用于不同电压类型和/或水平的连接装置。还可以设想，也可以通过连接装置将电能从车载电网传递到电气系统中。这将在下面更详细地说明。
此外，发电机装置可以与车辆的非驱动轮机械连接，使得当非驱动轮旋转时可以通过发电机装置产生电能，该电能可以通过连接装置传输到车载电网中。
非驱动轮可以尤其通过合适的机械连接元件、例如传动装置持久地与发电机装置机械连接。然而，发电机装置也可以例如通过离合器装置可松脱地与非驱动轮机械连接。
通过所提出的电气系统以有利的方式实现，能够低噪声和低废气排放地产生电能，用于供应车载电网中的消耗器。因此，当车辆行驶时并且因此当非驱动轮旋转时可以产生电能并且可以通过连接装置提供电能。由于电气发电机装置的结构空间要求低，还降低了车辆中的电气系统的结构空间需求。
在另一实施方式中，电气系统包括至少一个能量存储装置，尤其是构造为蓄电池的能量存储装置。发电机装置还与能量存储装置连接。由发电机装置产生的电能可以存储在能量存储装置中。此外，可以通过连接装置将存储在能量存储装置中的电能传输到车载电网中。但是也可以设想，可以通过连接装置将来自车载电网的电能传输到能量存储装置中，用于对能量存储装置充电。
由此以有利的方式实现对车载电网中的辅助消耗器的可靠电能供应，即使在车辆停止时也保证该电能供应。
在另一实施方式中，车辆包括用于至少一个电流产生设备的至少一个发动机舱，该电流产生设备包括内燃机和另外的发电机装置。能量存储装置也布置在发动机舱中。可以设想的是，车辆还包括电流产生设备，其中，在这种情况下，除了电流产生设备之外，能量存储装置也布置在发动机舱中。然而也可以设想，能量存储装置取代之前存在的电流产生设备。
由此，以有利的方式实现将用于能量供应的电气系统简单地加装到车辆中，因为可以使用现有的空间用于布置能量存储装置并且因此布置电气系统的一部分。
在一个替代的实施方式中，车辆包括用于至少一个电流产生设备的至少一个发动机舱，该电流产生设备包括内燃机和另外的发电机装置，其中，能量存储装置布置在发动机舱的外部。在这种情况下，能量存储装置尤其能够布置在底板区域中，即车辆的底面下方。以此，尤其是在车辆包括电流产生设备的情况下，实现到这种车辆中的简单集成，其中，同时确保可靠的能量供应，因为电流产生设备可以作为冗余的能量产生可能性相应地运行。
在另一实施方式中，电气系统包括至少一个变流器，其中，发电机装置通过变流器与能量存储装置或与连接装置连接。变流器尤其可以构造为整流器，尤其构造为无源整流器。发电机装置可以通过变流器与能量存储装置连接，然后能量存储装置与连接装置连接。但是也可以设想，发电机装置通过变流器直接与连接装置连接。发电机装置也可以通过第一变流器与能量存储装置连接，然后该能量存储装置与第一连接装置连接，其中，发电机装置通过另外的变流器与另外的连接装置连接。然而在此，变流器尤其与牵引变流器不同。
还可以设想，能量供应系统包括多个变流器，其中，例如发电机装置通过第一变流器与能量存储装置连接，并且该能量存储装置通过另外的变流器与连接装置连接。能量存储装置还可以通过不同的变流器与不同的连接装置连接。
由此以有利的方式实现电能的可靠提供，因为可以通过变流器以期望的特性、例如期望的幅度来提供电能。
在另一实施方式中，电气系统包括至少一个交流电流连接装置和至少一个直流电流连接装置。在此，所述交流电流连接装置可以通过逆变器与能量存储装置连接。所述至少一个直流电流连接装置在此可以直接与能量存储装置连接或者通过另外的变流器与能量存储装置连接。由此以有利的方式实现，可以为车载电网中的不同辅助消耗器提供不同的电压类型，即交流电压和直流电压。
在另一实施方式中，由发电机装置产生的功率是可调设的。由此，可以以有利的方式产生用于非驱动轮的制动力并且可以改变其大小，从而发电机装置也可以在车辆运行时用作再生式制动器。
在另一实施方式中，发电机装置是车辆转向架的一部分。在这种情况下，车辆尤其是轨道车辆。“发电机装置是转向架的一部分”尤其可以意味着，发电机装置固定安装在转向架中。这又可以意味着，发电机装置可以以机械的方式位置固定地布置在转向架的框架上。
由此以有利的方式实现，以需要尽可能少的结构空间的方式将附加的发电机装置集成到车辆中。
还提出一种轨道车辆，其具有根据本公开中所描述的实施方式之一的电气系统。如上所述，车辆尤其可以是轨道车辆的牵拉部分。
在此，车辆还可以包括至少一个辅助消耗器，其中，该辅助消耗器可以连接到车辆的车载电网上。车载电网又可以连接到电气系统的至少一个连接装置上。车辆还可以包括牵引机。
由此有利地实现了一种车辆，在该车辆中，可以尽可能无噪声和无废气排放地给辅助消耗器供应电能，其中，同时减小了车辆的结构空间。
还提出了一种用于运行电气系统的方法，所述电气系统用于在车辆中供应能量。该电气系统可以相应于在本公开中所描述的实施方式之一来实施。
在该方法中，发电机装置与车辆的非驱动轮机械连接，使得当非驱动轮旋转时通过发电机装置产生电能，其中，车载电网还连接到连接装置上。因此，在这种情况下，电能可以从电气系统、例如直接从发电机装置或从被发电机装置充电的电存储装置传输到车载电网中，尤其传输至连接到车载电网上的辅助消耗器。
在车轮旋转期间由发电机装置产生的电功率也可以被调设为期望值。该期望值尤其可以根据非驱动轮的期望制动力来调设。这尤其可以通过车辆的控制和分析评估装置来实现。
车辆还可以包括至少一个转向架。在这种情况下，发电机装置可以是转向架的一部分。
关于所提出的方法的优点在上面关于所提出的电气系统已经被阐述。
附图说明
根据实施例详细地阐述本发明。附图示出：
图1具有所提出的电气系统的车辆的示意图，
图2a处于第一状态下的所提出的电气系统的示意性框图，
图2b处于另一状态下的在图2a中所示的电气系统的示意性框图，图3转向架的示意性侧视图，和
图4根据本发明的轨道车辆的示意性侧视图。
在下文中，以相同的附图标记标注具有相同或相似技术特征的元件。
具体实施方式
在图1中示出具有用于供应能量的电气系统的车辆1的示意图。电气系统包括例如构造为电机的发电机装置2和用于车辆1的车载电网4的连接装置3。连接装置3能够实现例如插接连接，用于在电气系统和车载电网4之间建立电连接。
还示出了车辆1中的辅助消耗器5，该辅助消耗器例如可以是照明装置、例如LED灯或者加热装置或空调装置。
还示出了车辆1的非驱动轮6，该非驱动轮可以通过未示出的机械连接与发电机装置2连接，使得在连接状态下当非驱动轮6旋转时可通过发电机装置2产生电能，然后可以将电能通过连接装置3传输到车载电网4中。因此可以给辅助消耗器5供应以电能。
图2a示出了根据本发明的电气系统1的示意性流程图。示出了第一状态，在该第一状态下由发电机装置2产生电能。在图2a和图2b中，能量流及其方向由箭头象征性表示。除了发电机装置2之外，电气系统还包括第一变流器7，该第一变流器例如可以构造为三相换流器和整流器。电气系统还包括电池充电装置8和构造为电池的能量存储装置9。在此，发电机装置2通过由第一变流器7与电池充电器8构成的串联电路与能量存储装置9连接。能量存储装置9又通过例如可以构造为逆变器的第二变流器10与第一连接装置3a连接，车辆1的第一车载电网4a(见图1)连接到该第一连接装置。第一车载电网4a例如可以是具有400V交流工作电压(AC)的车载电网。
此外，能量存储装置9通过例如可以构造为升压器或降压器的第三变流器11与另外的连接装置3b连接，该另外的连接装置连接到车辆1的另外的车载电网4b上，该另外的车载电网例如可以是具有110V电压大小的直流电压网络。
在图2a中所示的状态下，电能由发电机装置2产生，并通过第一变流器7、电池充电器8传输到能量存储装置9中。从该能量存储装置中将电能通过连接装置3a、3b传输到车载电网4a、4b中并传输到与其连接的辅助消耗器5。
图2b示出了处于另一状态下的、在图2a中所示的电气系统，其中，当非驱动轮6不旋转时发电机装置2不产生电能，尤其是当车辆1停止时。在这种情况下，没有电能从发电机装置2传输到能量存储装置9。但是，如上所述，通过变流器10、11给车载电网4a、4b供应来自能量存储装置9的电能。
图3示出了车辆1、尤其是轨道车辆的转向架16。转向架16在此包括具有摇摆件(Wiege)的枢轴承(Drehpfanne)12、弹簧元件13和框架14。非驱动轮6可旋转地支承在框架14上。还示出了发电机装置2，该发电机装置是转向架16的一部分。该发电机装置可以尤其位置固定地紧固在框架14上。此外，如上所述，该发电机装置2可以与非驱动轮6机械连接，使得当非驱动轮6旋转时可以通过该发电机装置2产生电能。
图4示出了构造为双层轨道车辆的轨道车辆1的示意性侧视图。示出了发动机舱15和轨道车辆1的具有非驱动轮6的转向架16。
能量存储装置9在此可以布置在发动机舱15中，尤其是附加于或替代于电流产生设备，该电流产生设备包括内燃机和另外的发电机装置(未示出)。
能量存储装置9也可以布置在轨道车辆1的底板区域17中，尤其是当所阐述的电流产生设备布置在发动机舱15中时。
车辆1还可以具有用于连接到外部电能量供应装置、例如能量供应网络上的连接装置。这种连接装置例如可以构造为集电器。该连接装置还可以与电气系统的能量存储装置9电连接。在这种情况下，能量存储装置9既可以通过发电机装置2的运行又可以经由所阐述的连接装置从外部能量供应装置被充以电能。
发电机装置2、尤其构造为电机的发电机装置还可以在机动运行模式下运行，为此，例如来自能量存储装置9的电能由在机动运行模式下运行的发电机装置2转换为机械能。这可以用作车辆1的辅助驱动。
附图标记列表
1 车辆
2 发电机装置
3 连接装置
3a 第一连接装置
3b 第二连接装置
4 车载电网
4a 第一车载电网
4b 第二车载电网
5 辅助消耗器
6 非驱动轮
7 第一变流器
8 电池充电器
9 能量存储装置
10 第二变流器
11 第三变流器
12 具有摇摆件的枢轴承
13 弹簧元件
14 框架
15 发动机舱
16 转向架
17 底板空间

Claims (10)

1.一种电气系统，用于在轨道车辆中供应能量，所述轨道车辆具有至少一个非驱动轮(6)，其中，所述电气系统包括至少一个发电机装置(2)和至少一个连接装置(3、3a、3b)，所述连接装置用于所述轨道车辆(1)的至少一个车载电网(4、4a、4b)，其中，所述发电机装置(2)能与所述非驱动轮(6)机械连接，使得当所述非驱动轮(6)旋转时能通过所述发电机装置(2)产生电能，所述电能能通过所述连接装置(3、3a、3b)被传输到所述车载电网(4、4a、4b)中。
2.根据权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述电气系统包括至少一个能量存储装置(9)，其中，所述发电机装置(2)与所述能量存储装置(9)连接，其中，通过所述连接装置(3、3a、3b)能将存储在所述能量存储装置(9)中的电能传输到所述车载电网(4、4a、4b)中。
3.根据权利要求2所述的电气系统，其特征在于，所述轨道车辆(1)包括用于至少一个电流产生设备的至少一个发动机舱(15)，所述电流产生设备包括内燃机和另外的发电机装置，其中，所述能量存储装置(9)布置在所述发动机舱(15)中。
4.根据权利要求2所述的电气系统，其特征在于，所述轨道车辆(1)包括用于至少一个电流产生设备的至少一个发动机舱(15)，所述电流产生设备包括内燃机和另外的发电机装置，其中，所述能量存储装置(9)布置在所述发动机舱(15)的外部。
5.根据上述权利要求之一所述的电气系统，其特征在于，所述电气系统包括至少一个变流器(7、10、11)，其中，所述发电机装置(2)通过所述变流器(7、10、11)与所述能量存储装置(9)或与所述连接装置(3、3a、3b)连接。
6.根据上述权利要求之一所述的电气系统，其特征在于，所述电气系统包括至少一个交流电流连接装置和至少一个直流电流连接装置。
7.根据上述权利要求之一所述的电气系统，其特征在于，由所述发电机装置(2)产生的功率是能调设的。
8.根据上述权利要求之一所述的电气系统，其特征在于，所述发电机装置(2)是所述轨道车辆的转向架(16)的一部分。
9.一种轨道车辆，所述轨道车辆具有根据权利要求1至8之一所述的电气系统。
10.一种用于运行电气系统的方法，所述电气系统用于在轨道车辆中供应能量，所述轨道车辆具有至少一个非驱动轮(6)，其中，所述电气系统包括至少一个发电机装置(2)和至少一个连接装置(3、3a、3b)，所述连接装置用于所述轨道车辆(1)的至少一个车载电网(4、4a、4b)，其中，所述发电机装置(2)能与所述非驱动轮(6)机械连接，使得当所述非驱动轮(6)旋转时能通过所述发电机装置(2)产生电能，其中，所述车载电网(4、4a、4b)还连接到所述连接装置(3、3a、3b)上。
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