CN113193741A - 预充电电路和道路引导的机动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预充电电路和道路引导的机动车辆。本发明涉及一种用于具有来自架空线(11、12)的电压供应的电驱动系统的中间电路电容器(C)的预充电电路(10)，其中，预充电电路具有至少一个电阻(R)、至少两个开关元件(5、6)和两个电压测量装置，其中，第一电压测量装置(13)布置在开关元件和架空线的集电器(1、2)之间，并且第二电压测量装置(14)与中间电路电容器并联地布置，其中，可以通过至少一个开关元件(5、7、21、22)接入或旁路电阻，其中，至少一个控制单元(15)与开关元件相关联，控制单元构造为，当第一电压测量装置的电压(U1)位于第一阈值(UX)以下时，自动接入至少一个电阻或切断电阻的旁路。

Description

预充电电路和道路引导的机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于具有来自架空线的电压供应的电驱动系统的中间电路电容器、特别是用于道路引导的机动车辆的预充电电路以及道路引导的机动车辆。
背景技术
已知从带电压的架空线向轨道或道路引导的机动车辆馈送电能。在此，集电器(受电弓)压靠或者脱离架空线。电驱动系统通常具有逆变器，然后，逆变器向电机通电，其中，在逆变器的输入端处布置有中间电路电容器。中间电路电容器也可以由并联和/或串联连接的多个电容器构成。然而，下面，总是仅讨论所产生的一个中间电路电容器。
如果中间电路电容器放电，那么在压靠时产生大的电流，在具有寄生电感的情况下，该大的电流可能产生过电压。因此，已知在开始时对电流进行限制的预充电电路。为此，例如接入电阻。例如作为现有技术在EP 2 644 436 A1中示出了这种预充电电路。然后，如果中间电路电容器充分充电，那么又切断电阻。在此，以中央的方式在对压靠或者脱离过程进行控制的控制设备中，对预充电电阻进行控制。如果出现集电器相对于架空线掉落，那么这可能导致产生电弧，从而在一些情况下，脱离集电器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，改进用于中间电路电容器的预充电电路以及提供一种改进的道路引导的机动车辆。
上述技术问题的解决方案通过具有本发明的特征的预充电电路以及具有本发明的特征的道路引导的机动车辆得到。本发明的其它有利的设计方案从下面的描述中得到。
为此，用于具有来自架空线的电压供应的电驱动系统的中间电路电容器的预充电电路具有至少一个电阻、至少两个开关元件以及两个电压测量装置。在此，第一电压测量装置布置在开关元件和架空线的集电器之间，并且第二电压测量装置与中间电路电容器并联地布置。可以通过至少一个开关元件接入或旁路电阻，其中，至少一个控制单元与开关元件相关联。与电阻相关联的开关元件可以是两个开关元件中的一个，或者可以是一个单独的开关元件，这稍后还要详细说明。在此，控制单元构造为，当第一电压测量装置的电压位于第一阈值以下时，自动接入电阻或切断电阻的旁路。因此，可以从中央控制器使用控制单元用于压靠和脱离过程，并且局部地将控制单元与开关元件相关联，从而加速开关过程。因此，特别是可以更快速地对接触的短暂的脱离做出反应，对于这种脱离，中央控制器太慢。特别是在道路引导的机动车辆的情况下，由于道路不平整，可能出现非常短暂的脱离。在此，在脱离期间，电机使中间电路电容器快速地放电。然后，如果又出现与架空线的接触，那么相应地流过大的电流。现在，这被快速并且有效地禁止，因为如果第一电压测量装置上的电压下降，那么立即激活预充电电路。然后，当中间电路电容器已充电时，也可以相应地使预充电电路再次自动去激活。
在一个实施方式中，预充电电路具有刚好两个开关元件，其中，至少一个电阻与一个开关元件并联地布置。这种电路需要较少的构件。然而，在集电器和中间电路电容器之间存在持续的电流(galvanische)连接。
在一个替换的实施方式中，第三开关元件与电阻并联地布置，借助第三开关元件可以将电阻旁路。优点是，因此可以实现电流隔离。
在此，开关元件可以构造为继电器或半导体开关(例如IGBT或MOSFET)。继电器的优点是电流隔离，其中，半导体开关的优点是更快速的开关时间。
在另一个实施方式中，第一和第二开关元件构造为继电器，并且第三开关元件构造为半导体开关。因此，一方面实现了电流隔离，其中，通过快速的半导体开关接入电阻。
在另一个实施方式中，控制单元构造为硬件逻辑，从而非常快速地产生控制信号。在此，硬件逻辑可以构造为FPGA或运算放大器。优选硬件逻辑具有滞后功能，以防止预充电电路的太频繁的接通和断开。
在另一个实施方式中，控制单元具有两个电压比较器和触发器。第一电压比较器比较第一测量装置的电压和第一阈值电压，并且第二电压比较器比较第二电压测量装置的电压和第二阈值电压。在此，第一电压比较器的输出端放置在触发器的复位输入端上，并且第二电压比较器的输出端放置在设置输入端上。因此确保，只要第一电压测量装置的电压小于第一阈值电压，那么预充电电路是激活的。然后，如果第一电压测量装置的电压大于第一阈值电压，并且第二电压测量装置的电压大于第二阈值电压，那么将预充电电路去激活。
在另一个实施方式中，预充电电路具有至少两个电阻，其中，一个附加的开关元件与至少第二电阻相关联，其中，控制单元构造为，根据第二电压测量装置或电流测量装置的电压逐步地将电阻切断或旁路。由此可以加速预充电过程。
一个优选应用领域是在道路引导的机动车辆中使用。
附图说明
下面，根据优选实施方式来详细说明本发明。在附图中：
图1示出了第一实施方式中的预充电原理的示意图，
图2示出了第二实施方式中的预充电原理的示意图，
图3示出了第三实施方式中的预充电原理的示意图，
图4示出了第一实施方式中的预充电电路的示意图，以及
图5示出了第二实施方式中的预充电电路的示意图。
具体实施方式
图1示出了第一实施方式中的预充电原理。在此，示出了第一架空线11和第二架空线12，其中，架空线11引导正的高压电压，并且架空线12引导负的高压电压。此外，示出了中间电路电容器C，其例如位于未示出的逆变器的输入端处。此外，示出了集电器1、2，借助集电器1、2，可以将架空线11、12与电压线路3、4连接。在集电器1、2和中间电路电容器C之间分别布置有开关元件5、6，其优选构造为继电器。此外，示出了由电阻R和第三开关元件7构成的串联电路，电阻R和第三开关元件7与第一开关元件5并联。现在，基本原理如下。在初始状态下，所有开关元件是断开的。首先，将第三开关元件7闭合，随后将第二开关元件6闭合。也就是说，接入了电阻R，并且电阻R使中间电路电容器C的充电电流减小。如果对中间电路电容器C进行了足够的预充电，那么将开关元件5闭合，随后将开关元件7断开，但是这不是强制性的。
图2示出了替换的第二预充电原理，其中，电阻R与第一开关元件5并联地布置。为了进行预充电，将第二开关元件6闭合，其中，第一开关元件5首先保持断开。然后，预充电又通过电阻R进行。如果预充电过程结束，那么将第一开关元件5闭合，并且将电阻R旁路。
最后，图3示出了第三预充电原理，其中，由电阻和第三开关元件7构成的并联电路布置在第一开关元件5与中间电路电容器C之间。然后，为了进行预充电，将两个开关元件5、6闭合(依次或一起)，其中，第三开关元件7保持断开，从而通过电阻R进行预充电。如果预充电结束，那么通过闭合第三开关元件7将电阻R旁路。
现在，图4示出了第一实施方式中的预充电电路10，其中，预充电电路10使用根据图2的预充电原理。在此，第一电压测量装置13布置在高压线路3、4之间，并且检测集电器1、2之间的电压U1。第二电压测量装置14与中间电路电容器C并联地布置，并且检测中间电路电容器C上的电压U2。此外，预充电电路10具有控制单元15，控制单元15具有第一电压比较器16和第二电压比较器17以及触发器18。第一电压比较器16比较电压U1和第一阈值电压UX，其中，在U1<UX时，在输出端产生逻辑1，其中，电压比较器16的输出端与触发器18的复位(Reset)输入端连接。相应地，第二电压比较器17比较电压U2和第二阈值电压UY，其中，在U2>UY时，在输出端施加逻辑1，该输出端与触发器18的设置(Set)输入端连接。在此，应当注意，电压比较器16、17的输入端优选不直接与高压线路3、4连接，而是从电压测量装置13、14得到其输入信号。现在，控制单元15的作用方式如下：
只要满足条件U1<UX(R＝1)，那么在触发器18的Q输出端上施加0，使得第一开关元件5断开，并且不旁路电阻R。仅当U1>UX，并且同时U2>UY时(S＝1、R＝0)，使第一开关元件5闭合，并且旁路电阻R。
由此使得如果由于集电器1、2和架空线11、12之间的接触脱落而出现电压下降，那么预充电电路10立即切换为激活，即取消对电阻R的旁路。然后，如果又出现接触，那么预充电电路10是激活的，并且电阻R限制中间电路电容器C的充电电流。优点是，开关单元15不需要软件，而仅需要两个局部的电压U1、U2，从而开关过程非常快。在此，可以附加地将第一开关元件5的开关状态馈送至传动系控制器。
图5示出了第二实施方式，其中，预充电电路10具有两个另外的电阻R、两个另外的电压比较器19、20、两个另外的开关元件21、22以及两个另外的触发器23、24。基本原理与图4类似，即只要U1<UX，那么开关元件5、21、22断开，并且电阻R活动。然后，如果中间电路电容器C缓慢地充电，那么U2升高。在U2>UY3时，将开关元件22闭合，并且将最下方的电阻R旁路。然后，如果电压U2进一步升高，那么在U2>UY2时，将开关元件21闭合，最后在U2>UY1时，将第一开关元件5闭合，其中，适用：UY1>UY2>UY3。在UY3>UY2>UY1时，闭合开关元件5、21、22的顺序相应地反转。
在图4和图5中借助根据图2的预充电原理说明了预充电电路10，但是也可以利用根据图1或图3的预充电原理来实现预充电电路10。
附图标记列表
1 集电器
2 集电器
3 电压线路
4 电压线路
5 开关元件
6 开关元件
7 开关元件
10 预充电电路
11 架空线
12 架空线
13 电压测量装置
14 电压测量装置
15 控制单元
16 电压比较器
17 电压比较器
18 触发器
19 电压比较器
20 电压比较器
21 开关元件
22 开关元件
23 触发器
24 触发器
R 电阻
C 中间电路电容器。

Claims (10)

1.一种用于具有来自架空线(11、12)的电压供应的电驱动系统的中间电路电容器(C)的预充电电路(10)，其中，所述预充电电路(10)具有至少一个电阻(R)、至少两个开关元件(5、6)以及两个电压测量装置(13、14)，其中，第一电压测量装置(13)布置在开关元件(5、6)和架空线(11、12)的集电器(1、2)之间，并且第二电压测量装置(14)与中间电路电容器(C)并联地布置，其中，通过至少一个开关元件(5、7、21、22)能够接入或旁路电阻(R)，其中，至少一个控制单元(15)与开关元件(5、7、21、22)相关联，
其特征在于，
所述控制单元(15)构造为，当第一电压测量装置(13)的电压(U1)位于第一阈值(UX)以下时，自动接入至少一个电阻(R)或切断电阻的旁路。
2.根据权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，所述预充电电路(10)具有刚好两个开关元件(5、6)，其中，至少一个电阻(R)与一个开关元件(5)并联地布置。
3.根据权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，第三开关元件(7)与电阻(R)并联地布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的预充电电路，其特征在于，开关元件(5、6、7、21、22)构造为继电器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的预充电电路，其特征在于，开关元件(5、6、7、21、22)构造为半导体开关元件。
6.根据权利要求3所述的预充电电路，其特征在于，第一和第二开关元件(5、6)构造为继电器，并且第三开关元件(7)构造为半导体开关。
7.根据前述权利要求中任一项所述的预充电电路，其特征在于，所述控制单元(15)构造为硬件逻辑。
8.根据权利要求7所述的预充电电路，其特征在于，所述控制单元(15)由至少两个电压比较器(16、17)和至少一个触发器(18)构成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的预充电电路，其特征在于，所述预充电电路(10)具有至少两个电阻(R)，其中，附加的开关元件(21、22)与至少第二电阻(R)相关联，其中，所述控制单元(15)构造为，根据电流测量装置或第二电压测量装置(14)的电压(U2)逐步地将电阻(R)切断或旁路。
10.一种道路引导的机动车辆，其特征在于，所述机动车辆具有根据权利要求1至9中任一项所述的预充电电路(10)。
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