CN117396353A - 车辆的集电器的电能表 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的集电器的电能表，电能表具有壳体和计算单元，其中，计算单元布置在壳体中，其中，壳体被设计成用于固定在集电器上，其中，计算单元具有电接头用于检测在集电器和车辆之间流动的电力的能量，其中计算单元具有数据接口，计算单元被设计成通过数据接口输出确定的电力的能量。

Description

车辆的集电器的电能表

本发明涉及一种用于车辆(尤其是卡车)的集电器的电能表。

从现有技术中已知用于检测车辆吸收的能量的电能表，其中电能表与集电器相间隔地设置在车辆内部。

本发明的所要解决的技术问题是提供一种改进的能量表和方法，用于确定车辆吸收的能量。

本发明的技术问题由独立权利要求解决。

提供一种用于车辆的集电器的电能表，所述电能表具有壳体和计算单元。计算单元设置在壳体中。壳体被设计成固定在集电器上。

计算单元具有电气接头，其用于记录通过集电器交换的、特别是吸收的能量。该计算单元还具有数据接口，通过该数据接口可以输出确定的电能数量。

所提出的电能表具有这样的优点，电能表的组件可以直接安装在集电器上，从而与集电器形成一个单元。因此，电能表和集电器可以作为一个单元进行测试、安装和出售。此外，由于电能表位于车辆外部，车辆内部不需要安装空间。此外，电能表的安全检查可以标准化，而不必考虑电能表在车辆中的单独布置。因此，在将电能表安装到车辆驾驶室之前，可以对电能表进行测试。

在另一实施例中，计算单元被设计成通过数据接口获得车辆的当前位置。计算单元被设计成将位置和确定的电能量作为数据包输出。因此，在电能表中，车辆的位置与确定的能量的组合已经被执行。例如，可以考虑位置，以确定中央单元的本地电力消耗。这样，电力交换、特别是电力消耗可以分配给接触线的部段。这允许记录与接触线的位置相关的电流交换。这可用于根据车辆的位置监控车辆的电力消耗。此外，电力消耗可以分配给接触线的路段。因此，可以确定路段的未来的与位置相关的电力需求。当接触线的不同路段由不同的馈电系统供电时，这可能是特别有利的。通过有关当地电力需求的信息可用于控制馈电系统，以便在接触线的不同区段提供足够的电力。

在另一实施例中，计算单元被设计成通过数据接口获得关于车辆所经过的道路路段的路段信息。这样，电力交换、特别是电力消耗，可以位置相关地分配给接触线的部段。由此与接触线的位相关的电流交换被记录。该信息可用于监测预定区段的接触线。此外，该信息可用于确定接触线预定路段的电力消耗。通过这种方式，例如，通过将车辆的电力消耗与给定路段的接触线的测量功率需求进行比较，可以检测接触线上的泄漏电流。计算单元被设计成以数据包的形式输出路径信息和确定的能量。因此，计算单元已经在车辆所经过的道路路段的路段信息与确定的能量之间进行组合。因此，中央计算单元可以接收和处理车辆的路段信息以及车辆的吸收能量。

在另一实施形式中，计算单元被设计成通过数据接口接收开始时刻和/或结束时刻，在所述开始时刻集电器建立与固定供电线路的导电接触和/或在所述结束时刻集电器切断与供电线路的导电接触。由此可以更精确地记录交换的能量，特别是吸收的能量。

在另一实施形式中，在电能表的壳体中提供数据存储器。计算单元被设计成在数据存储器中存储确定的电能量和/或接收到的位置和/或距离信息。因此，可以收集数据并在之后的时刻输出。此外，数据也可以在数据存储器中存储较长的时间，并由计算单元进行评估。

在另一实施形式中，计算单元被设计成通过数据接口输出经签名和/或加密的数据。这样就可以保证数据的来源和/或数据的准确性。

提供一个带电能表的集电器。因此，提供了一个由集电器和电能表组成的整体系统。因此，整体系统可以作为一个单元进行测试、安装和销售。

提出了一种具有电能表和第二计算单元的系统，其中第二计算单元具有第二数据接口以从电能表的计算单元的数据接口接收数据。第二计算单元可以设置在车辆内部。此外，第二计算单元可以被设计成将从计算单元接收到的数据传递给另一个计算单元，特别是中央计算单元。例如，第二计算单元可以对车辆驶过的道路路段进行收费记录。

提供了一种确定车辆通过集电器交换的、特别是吸收的能量的方法，该方法由具有计算单元的电能表执行，其中确定集电器吸收的电能量，计算单元通过数据接口输出确定的电能量。

在一个实施形式中，计算单元接收车辆的当前的位置。计算单元将位置和确定的电能数量作为数据包输出。

在另一实施形式中，计算单元接收关于车辆所驶过的道路路段的路段信息。计算单元以数据包的形式输出路段信息和确定的电能量。

计算单元接收开始时刻和/或结束时刻，在该开始时刻集电器建立与电力的供电线路的接触或者在结束时刻断开与供电线路的电接触。

在另一实施形式中，计算单元以签名和/或加密的方式输出路段信息和/或确定的电能量和/或位置信息。

此外，提供了一种计算机程序，其包括在由计算单元执行该程序时使其执行所述方法的指令。

本发明的上述特性、特征和优点，以及实现这些特性、特征和优点的方式，将与实施例的以下描述一起更清晰地理解，这些实施例将与附图一起更详细地解释，其中

图1示出带有集电器和电气接触线的车辆示意图，

图2示出带电箱的折叠集电器示意图，

图3示出电箱的示意图，以及

图4示出确定集电器和牵引线之间交换的、特别是吸收的电能量的方法的示意图。

图1在示意图中显示了例如被设计成卡车并在道路24上行驶的车辆1。车辆1具有两个集电器2，每个集电器2与接触线4接触。其中一条接触线4携带正直流电压，另一条接触线4携带负直流电压。电箱3形式的壳体固定在集电器2和车辆1上。电箱3可以将集电器2固定到车辆1上和/或设置为将电流传递到车辆。但是，也可以提供将集电器2固定到车辆上的另外的固定器件。集电器2具有通过电箱3连接到第三和第四电线16、17的电线。第三和第四电线16、17被设置在车辆1中，并被引导到诸如电动机和/或电池之类的耗电器。在电动机6的帮助下，车辆1可以由来自接触线4的电流驱动。集电器2可以设计为可旋转的，并且根据所选的位置与接触线4接触或者被布置成与接触线4相间隔。电箱3优选地设置在车辆1的外部，特别是在车辆驾驶室的外部。电箱3优选地直接机械地连接到集电器2。此外，电箱3还可以直接连接到车辆1的车身。两个集电器2也可以设计为这样的集电器2的形式，该集电器2可以通过单独的电线将接触线4的正电压和负电压引导到车辆。车辆1可以具有例如设置在车辆内部的第二计算单元5。第二计算单元5可以被设计为例如费用记录装置。

集电器2和电箱3形成一个单元，并且可以例如作为测量器件共同地通过样机测试被批准。在此，集电器2执行在接触线4和车辆1之间建立电气连接的任务。在电箱3中，设置有电能表，特别是直流电能表，其检测通过集电器交换的、特别是车辆吸收的能量。

例如，电能表被设计成在测量完成后输出数据，数据例如是路段标志、能量吸收或能量交换开始的时间和/或能量吸收或能量交换结束的时间、电能表的标志和/或能量交换开始时(特别是在能量吸收开始时)车辆的位置，和/或能量交换结束时(特别是在能量吸收结束时)车辆的位置。根据所选择的实施例，计算单元可以被设计成计算集电器交换的、特别是吸收的能量。然而，也可以提供单独的电能表，该电能表执行电压和/或电流的检测，并将该数据传递给计算单元。

例如，经过加密和/或签名的数据可以作为数据包输出。在此过程中，数据可以输出到第二计算单元5和/或设置在车辆1外部的中央计算单元7。第二计算单元5被设计为例如收费记录装置，并且适于确定用于计算使用该道路路段所需的费用的数据集。此外，第二计算单元可以通过数据连接，例如通过CAN总线与集电器2交换数据和/或通过以太网或RS485接口与电箱3的电能表交换数据。此外，第二计算单元5可以被设计成通过移动无线连接与中央计算单元7交换数据。

例如，当到达具有接触线4的路段区段时，第二计算单元5确定与该路段区段相关联的路段标志。例如，可以根据车辆的位置从数据库中读取路段标志。例如，使用也位于车辆1中的GPS系统确定车辆的位置。道路标志也可以根据车辆的位置从中央计算单元7传输到第二计算单元。此外，通过与集电器的数据连接，第二计算单元5获得有关集电器何时与接触线接触以及集电器与接触线之间的接触何时再次断开的信息。为此，集电器2可以具有传感器，其检测与接触线4的机械和/或电接触并将其传递给第二计算单元5。第二计算单元5向第一计算单元8传输集电器2与接触线4接触的时刻，以及集电器2离开接触线4的时刻。此外，当建立集电器2和接触线4之间的接触以及当解除集电器2和接触线4之间的接触时，第二计算单元5可以将车辆的GPS位置传输到第一计算单元8。

随后，第一计算单元8可以以数据包的形式、特别是以签名和/或加密的数据包的形式向第二计算单元5传输数据。第二计算单元5可以将数据包，特别是签名和/或加密的数据包，不加修改地传输到中央计算单元7。根据所选择的实施例，第一计算单元8也可以被设计成将数据包直接无线地传输到中央计算单元7。第一计算单元8和第二计算单元5之间的数据连接可以例如设计为电缆连接或以无线连接的形式。

中央计算单元7接收所接收到的数据包并将其存储在数据库中。在此，与收费有关的数据被汇总并且被进一步处理用于费用结算。用于电能的结算的数据可以根据第一和/或第二计算单元的路段标志或设备ID进行组合，并用于未来的电力需求规划和/或用于特定路段区段的成本计费。例如，基于路段标志和/或基于第一和/或第二计算单元的设备ID可以识别和考虑运输公司、卡车、路段运营商、移动提供商和/或能源供应商，并用于规划电能消耗和/或直接结算能源交换，特别是电力消耗。

例如，位置和/或路段信息可用于确定用于交换能量的接触线的部段，特别是用于提取能量的部段。例如，通过数据库中的分配，可以确定架空路段区段的操作员。因此，电力消耗的计费可以直接分配给接触线区段的操作员。通过第一和/或第二计算单元的设备ID标志和通过数据库分配给车辆的操作员，可以将功耗直接分配给操作员，并相应地自动计费。

例如，进入带有接触线4的电子高速路段的车辆1通过虚拟的收费门。其中，第二计算单元5通过移动无线连接从中央计算单元7接收与刚刚行驶的路段相关联的路段标志。第二计算单元5向第一计算单元8发送路段标志、进入路段的时间、第二计算单元的标志和/或车辆在进入路段时的GPS位置。收费门显示了将接触线的路段分配给接触线的路段的特定操作员。第一计算单元8将该数据存储在数据存储器中。一旦集电器2接触接触线4，该信息就从集电器的传感器传输到第二计算单元5。随后，第二计算单元5向第一计算单元8发送开始信号，用于能量检测的启动。第一计算单元8开始检测从接触线4中提取的能量。一旦集电器2离开接触线4，就利用传感器将其传输到第二计算单元5。第二计算单元随后向第一计算单元8发送结束信号。第一计算单元8可以在加密和/或签名的数据包中向第二计算单元发送以下信息：所行驶路段的路段标志、车辆的GPS位置、第二计算单元的标志、能量测量开始和结束的时间。第二重写单元5可将与收费有关的记录加上从第一计算单元8获得的数据包不变地传输到中央计算单元7。当集电器在线路标志内接触接触线时，该过程可以根据需要重复多次。如果车辆离开电子高速公路路段，可以通过虚拟收费门进行检测，并由中央计算单元传输到第二计算单元。第二计算单元向第一计算单元传输离开电子高速公路路段，并在第一计算单元中重置路段标志。当进入具有电气接触线的新路段时，所述方法以相应修改的新路段的线路标志重新开始。在另一种解决方案中，可以设想提供全球定位系统位置或其他位置信息，以取代路段标志，从而能够识别所使用的路段。通过第一和/或第二计算单元的设备ID标志和通过数据库向车辆的操作员的分配，可以将电功耗直接分配给操作员，并相应地自动向接触线的路段的操作员计费。

图2示出了折叠状态下的集电器2和电箱3的示意图。对于两个接触线中的每一个，车辆1可以具有一个集电器，以便能够通过一个集电器分别接触正直流电压和负直流电压。

图3在示意图中示出了电箱3的实施例。电箱具有第一和第二电线12、13，其将电流从集电器传导到车辆。在电箱3中设置第一计算单元8，其通过第一和第二电接头9、10并通过测量线14、15连接到第一和第二电线12、13。根据所选择的实施形式，第一计算单元8可以执行能量测量装置的功能。此外，取决于所选择的实施形式，如图3所示，可提供能量测量装置11，其检测集电器2吸收的能量并将其传递到第一计算单元8的电接头9、10。此外，第一计算单元8与数据存储器25连接。

电箱3具有第一电连接22和第二电连接23。第一电连接22与集电器的电线连接。第二电气连接23与车辆的第三或第四电线相连。这样，来自集电器2的电流通过电箱3被引导到耗电器6，即电动机和/或电池。

第一计算单元8具有例如以太网端口形式或COM接口形式的数据接口26。此外，第二计算单元5可以具有例如以太网端口作为数据接口。

因此，第一计算单元8的数据接口26可以通过电线27连接到第二计算单元5的数据接口。

例如，电箱3包含其它电气部件，例如电气保险元件、ISO表、过压保护器、可表示第一和第二电线12、13的母线、以及允许与集电器的电线进行电气连接的第一电气接口和/或允许与车辆的第三和第四电线16，17进行电气连接的第二电气接口。例如，接触线4可以引导650伏的直流电压。ISO表可用于检测车身与集电器之间以及集电器高压极与集电器绝缘区域之间的绝缘电阻。

电箱3还可以具有用于固定到集电器的第一和第二固定器件18、19。此外，电箱3可以具有第三和第四固定器件20、21，用于固定到车辆上，特别是固定到车体上。

图4显示了用于确定和输出从集电器交换的、特别是吸收的能量的示意流程。程序从程序点100开始。在后续的程序点110中，车辆进入(在道路上提供例如650伏直流电压的接触线的)路段。当车辆进入该路段时，它将通过一个虚拟的收费门。在后续程序点120中，第二计算单元例如借助GPS系统确定车辆的当前位置。在后续的程序点130处，第二计算单元确定路段标志。例如，路段标志可以从中央计算单元传输到车辆的第二计算单元。此外，第二计算单元可以借助数据库并借助车辆的位置从数据库中读取路段标志。路段标志从第二计算单元传输到第一计算单元，即能量表。在后续的程序点140中，集电器接触接触线并将该信息传递给第一计算单元。例如，接触接触线的时间被传输到第二计算单元。

在后续程序点150中，第二计算单元向第一计算单元发送以下数据的至少一部分：车辆的GPS位置、集电器接触接触线的开始时间、开始能量测量的开始信号。在后续的程序点160中，第一计算单元接收来自第二计算单元的数据。此外，第一计算单元开始记录测量值，以确定从集电器交换的、特别是吸收的能量。在程序点160，第一计算单元将从第二计算单元接收的数据存储在存储器中。

在后续的程序点170中，集电器的传感器向第二计算单元报告集电器已经离开接触线。在程序点170之后，在程序点180中第二计算单元向第一计算单元提供指示集电器接触接触线结束的信息信号。

在后续的程序点190中，第一计算单元，即电能表，向第二计算单元和/或中央计算单元传输至少下列数据之一：路段标志，电能表的标志，能量测量的开始时间，能量测量的结束时间，当集电器接触接触线以及当集电器与接触线之间的接触松开时车辆的GPS位置，以及在测量期间集电器记录的例如以千瓦时为单位的电能值。第一计算单元可以将经签名和/或加密的数据传输到第二计算单元和/或中央计算单元。

在随后的程序点200中，第二计算单元例如通过移动无线连接将在方法步骤190中从第一计算单元获得的数据的至少一部分传输到中央计算单元。此外，第二计算单元将收费数据(即车辆所经过的路段的标志)附加地与第一计算单元的数据一起传输到中央计算单元。

在后续的程序点210中，中央计算单元存储所传输的数据。传输的数据可以由中央计算单元进一步处理。例如，可以从特定路段的历史数据中确定未来的电力需求。此外，当前的电力需求可以与当前的电力消耗进行比较。例如，它可以用来检查电网的功能，即输送直流电压的接触线的功能。因此，例如，可以在不同的线路区段中检测到由于绝缘故障而造成的电流损失。此外，收集到的有关车辆实际吸收能量的数据可用于确定个别路段的实际电力需求。这可以被考虑用于电接触线未来的电力供应。此外，这些数据可用于将能量吸收量分配给特定车辆，并用于计算能量吸收的成本计算。在后续的程序点220中，该方法结束。

虽然本发明已由优选实施例更详细地说明和描述，但本发明不受公开的实施例的限制，并且本领域技术人员可以由此推导出其他变体，而不离开本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于车辆(1)的集电器(2)的电能表，电能表具有壳体(3)和计算单元(8)，其中，计算单元(8)布置在壳体(3)中，壳体(3)被设计成用于固定在集电器(2)上，其中，计算单元(8)具有电接头，用于检测在集电器(2)和车辆(1)之间流动的电力的能量，其中，计算单元(8)具有数据接口(26)，其中，计算单元(8)被设计成通过数据接口(26)输出确定的电力的能量。

2.根据权利要求1所述的电能表，其中，计算单元(8)被设计成通过数据接口(26)获得车辆(1)的当前位置，其中，计算单元(8)被设计成将位置和确定的电力的能量作为数据包输出。

3.根据权利要求1或2所述的电能表，其中，计算单元(8)被设计成通过数据接口(26)获得关于车辆驶过的道路路段的路段信息，其中，计算单元(8)被设计成将路段信息和确定的电力的能量作为数据包输出。

4.根据前述权利要求之一所述的电能表，其中，计算单元(8)被设计成通过数据接口接收集电器(2)与接触线建立导电接触的开始时刻和/或集电器(2)与接触线断开导电接触的结束时刻。

5.根据前述权利要求之一所述的电能表，其中，在壳体(3)中设置数据存储器(25)，其中，计算单元(8)将确定的电力的能量和/或位置和/或路段信息存储在数据存储器(25)中。

6.根据前述权利要求之一所述的电能表，其中计算单元(8)被设计成通过数据接口输出经签名和/或加密的数据。

7.一种集电器，其具有上述权利要求之一所述的电能表。

8.一种具有根据权利要求1至6之一所述的电能表和第二计算单元(5)的系统，第二计算单元(5)被设计成从第一计算单元的数据接口接收数据，并将接收到的数据传输到另一个计算单元(7)。

9.权利要求8所述的系统，其中，第二计算单元(5)被设计成将数据传输到计算单元(8)的数据接口(26)。

10.一种将车辆通过集电器交换的电力的能量传输到计算单元的方法，其中由集电器交换的电力的能量由计算单元确定，其中计算单元接收车辆的当前位置，其中计算单元通过数据接口将位置和确定的电力的能量作为数据包输出。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，计算单元接收关于车辆所驶过的路段的路段信息，其中计算单元将该路段信息和确定的电力的能量作为数据包输出。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，计算单元接收集电器与供电线路建立接触的开始时刻和/或集电器与供电线路断开接触的结束时刻，并且其中在获得开始时刻时，计算单元开始检测交换的、特别是吸收的能量，和/或在获得结束时刻时，结束检测交换的、特别是吸收的能量。

13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中，计算单元以签名和/或加密的方式输出路段信息和/或确定的电力的能量和/或位置信息。

14.根据权利要求10至13之一所述的方法，其中，车辆的第二计算单元接收第一计算单元的数据并将数据无线地输出到另一计算单元。

15.一种计算机程序，包括指令，当计算单元执行该程序时，该指令使计算单元执行权利要求10至14之一所述的方法。