CN212579619U - 用于轨道车辆的能量供应装置和轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于轨道车辆(2、48、52)的能量供应装置(6)，具有车载电网(22)以及与车载电网(22)连接的变流器单元(14)，所述变流器单元包括用于将电能馈入车载电网(22)中的变流器(18)和与变流器(18)连接的用于给变流器(18)供应电能的中间电路(16)。为了能够实现对车载电网(22)的安全的能量供应而建议，能量供应装置(6)具有与中间电路(16)连接的不间断的电流供应装置(26)，用以将电能馈入中间电路(16)中。此外，本实用新型还涉及具有这种能量供应装置(6)的轨道车辆(2、48、52)。

Description

用于轨道车辆的能量供应装置和轨道车辆

技术领域

本实用新型涉及一种用于轨道车辆的能量供应装置，具有车载电网以及与车载电网连接的变流器单元，变流器单元包括用于将电能馈入车载电网中的变流器和与变流器连接的用于给变流器供应电能的中间电路。此外，本实用新型还涉及具有这种能量供应装置的轨道车辆。

背景技术

现代轨道车辆的车载电网通常通过辅助运行变流器被供应电能。通过滑接线的能量输送的中断可以在这种轨道车辆中导致，轨道车辆的辅助运行变流器在中断的时间段内没有被供应电能，使得辅助运行变流器本身不能够给轨道车辆的车载电网供应电能。

为了避免该问题，在大量现代轨道车辆中规定，轨道车辆的辅助运行变流器耦合至轨道车辆的牵引装备、更准确的说耦合至牵引中间电路。由此应该实现的是，在临时中断通过滑接线的能量输送时，辅助运行变流器通过牵引装备被供应电能。换言之，辅助运行变流器与牵引装备的耦合应该在中断通过滑接线的能量输送的情况下能够实现通过牵引装备对辅助运行变流器进行电压支持。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，能够实现轨道车辆车载电网的安全的能量供应。

该技术问题根据本实用新型通过根据本实用新型的能量供应装置、通过根据本实用新型的轨道车辆解决。

根据本实用新型的能量供应装置、根据本实用新型的轨道车辆的有利的扩展方案分别是随后的描述的主题。

本实用新型基于如下认识，即辅助运行变流器通过牵引装备实现的电压支持仅在非常罕见的边缘条件下、即仅当轨道车辆位于行驶或制动运行时、并且轨道车辆具有足够大的行驶速度时才起作用。尤其在使用在短途交通中的轨道车辆中，驱动器经常被切断(例如在轨道车辆滑行时或者当轨道车辆静止时)，并且因此牵引装备不能够用于辅助运行变流器的电压支持。

根据本实用新型的用于轨道车辆的能量供应装置具有车载电网和与车载电网连接的变流器单元(或称为转换器单元)。变流器单元包括用于将电能馈入车载电网中的变流器和与变流器连接的用于给变流器供应电能的中间电路。此外，根据本实用新型的能量供应装置包括与中间电路连接的、不间断的、用于将电能馈入中间电路中的电流供应装置。

在能量供应装置中，通过不间断的电流供应装置可以实现对变流器单元、更准确的说中间电路的电压支持。换言之，例如如果中断了变流器单元通过滑接线的能量供应，那么不间断的电流供应装置可以用于给变流器单元、更准确的说其中间电路供应电能。

通过不间断的电流供应装置实现的电压支持不以如下情况为前提，即布置有能量供应装置的轨道车辆处于行驶或制动运行中或者具有足够大的行驶速度。换言之，当轨道车辆具有小的行驶速度和/或轨道车辆不处于行驶或制动运行中时，变流器单元通过不间断的电流供应装置的电压支持也是可能的。不间断的电流供应装置能够与轨道车辆的行驶运行状态无关地实现对变流器单元的电压支持。变流器单元又可以使用由不间断的电流供应装置提供给它的电能来给车载电网供应电能。

在本实用新型的意义中，变流器理解为如下设备，所述设备设定用于将电能从一个形式转换为另一形式，其中，能量形式的转换可以包括电流类型的转换(从直流电转换为交流电或者从交流电转换为直流电)、电压改变和/ 或频率改变。

车载电网优选包括一个或多个辅助运行器件。辅助运行器件当前理解为车辆的电动运行的辅助机组、即不直接导致车辆的运动的电动运行设备。这种辅助运行器件可以例如是电动机(尤其用于驱动泵、压缩机或通风机)、加热电阻或用于车载电网电池的电池充电设备。能量供应装置的变流器单元优选形成辅助运行变流器或辅助运行变流器单元。

此外，车载电网有利地包括一个或多个车载电网线路，辅助运行器件通过车载电网线路与变流器单元的变流器连接。

优选地，变流器构造为倒相器(或称为逆变器、反相器)、尤其脉冲倒相器。此外，中间电路以优选的方式是直流电压中间电路。在该情况下，变流器可以用于将由中间电路提供的直流电压转换为用于车载电网的交流电压、尤其三相交流电压。

变流器单元的中间电路可以是电容器或包括至少一个电容器。

根据本实用新型，不间断的电流供应装置包括用于存储电能的储能器。存储在储能器中的电能可以尤其在中间电路通过滑接线的能量供应临时中断的情况下、馈入变流器单元的中间电路中，以便可以给车载电网供应电能。

此外有利的是，不间断的电流供应装置包括与储能器连接的直流电压转换器。以优选的方式，直流电压转换器连接在储能器与中间电路之间。换言之，储能器优选通过直流电压转换器与变流器单元的中间电路连接。

在本实用新型的有利的实施方式中，储能器是可重复充电的储能器。储能器例如可以是单独的次级电池。备选地，储能器可以是多个、尤其类似的次级电池的互连(也被称为蓄电池)。

此外有利的是，直流电压转换器构造为双向的直流电压转换器。以该方式可以实现的是，可以通过直流电压转换器以来自变流器单元的中间电路的电能给储能器充电。

此外优选的是，直流电压转换器设定用于将由储能器提供的电压转换为更高的电压。换言之，直流电压转换器优选设定用于在其中间电路侧的接口上提供比由储能器在直流电压转换器的储能器侧的接口上提供的电压更高的电压。在从储能器到变流器单元的中间电路的能量流动的情况下，直流电压转换器可以作用为升压转换器(也被称为升压斩波器)。在相反的能量流动 (即从中间电路到储能器的能量流动)的情况下，直流电压转换器可以作用为降压转换器(也被称为降压斩波器)。借助直流电压转换器、在变流器单元的中间电路中可以确保对于变流器的连续运行来说需要的电压水平。

不间断的电流供应装置有利地设计用于在预设的例如至少5秒、尤其至少10秒的时间段内提供完全的车载电网负载。

可以规定，根据预设的时间上的切断曲线，越来越多地切断车载电网的耗电器，或者以更小的功率继续运行所述耗电器。在该情况下，不间断的电流供应装置优选设计用于在预设的例如一分钟的时间段内提供用于车载电网的根据这种切断曲线所需的功率。例如可以通过中央控制设备(ZSG)控制车载电网的耗电器的切断或关机。

此外优选的是，不间断的电流供应装置设计用于在预设的例如一小时的时间段内提供紧急通风系统和/或紧急照明系统的功率需求。优选地，不间断的电流供应装置的储能器和直流电压转换器构造为，使不间断的电流供应装置可以满足要求。

根据本实用新型，能量供应装置可以具有另一车载电网。所述另一车载电网优选构造为直流电压车载电网、例如构造为110V车载电网。根据本实用新型，储能器与另一车载电网连接，使得另一车载电网可以由储能器在绕过变流器单元的情况下被供应电能。因此，储能器可以用作用于另一车载电网的能量源。另一车载电网可以“在绕过变流器单元的情况下”由储能器被供应电能的表述理解为，存储在储能器中的电能可以从储能器流至另一车载电网，在此不用通过变流器单元流至另一车载电网。

在本实用新型的有利的实施变型方案中，能量供应装置包括能量耦合设备，其用于将来自直流电压滑接线的电能耦合到变流器单元的中间电路中。直流电压滑接线例如可以是导电轨或架空线。

在该实施变型方案中，变流器单元可以具有连接在能量耦合设备与中间电路之间的反馈抑制器(Rückspeisesperre)，用于阻止电能从中间电路馈入能量耦合设备中。反馈抑制器例如可以是整流器二极管，或者包括至少一个整流器二极管。此外优选的是，能量供应装置在该实施变型方案中包括电网滤波器、例如电网扼流圈。

在本实用新型的另一有利的实施变型方案中，能量供应装置包括能量耦合设备，其用于将来自交流电压滑接线的电能耦合到变流器单元的中间电路中。交流电压滑接线例如可以是架空线。此外，能量供应装置可以在该实施变型方案中具有连接在能量耦合设备与中间电路之间的整流器。

所提到的整流器例如可以是二极管桥或H桥。此外，整流器可以是变流器单元的元件。

在如下实施变型方案中，在其中，能量耦合设备设定用于将来自交流电压滑接线的电能耦合到中间电路中，能量耦合设备有利地包括(主)变压器，以用于将由交流电压滑接线提供的交流电压转换到另一电压水平、尤其更低的电压水平。

此外，能量供应装置可以具有控制设备，用于控制不间断的电流供应装置、尤其用于控制不间断的电流供应装置的直流电压转换器。控制设备优选设定用于控制不间断的电流供应装置，使得在中间电路通过滑接线的能量供应出故障的情况下，由不间断的电流供应装置将存储在不间断的电流供应装置的储能器中的电能馈入变流器单元的中间电路中。在本实用新型的意义中，术语“控制”也可以包括调节(即利用测量值反馈来控制)。

如开头提到的那样，本实用新型涉及一种轨道车辆。根据本实用新型的轨道车辆装备有根据本实用新型的能量供应装置。

轨道车辆优选包括至少一个牵引电机。此外，轨道车辆可以具有用于给牵引电机供应电能的牵引换流器单元。有利地，牵引换流器单元包括牵引中间电路。牵引中间电路优选是直流电压中间电路。

此外，牵引换流器单元有利地包括倒相器，其连接在牵引电机与牵引换流器单元的牵引中间电路之间。倒相器尤其可以实施为脉冲倒相器。

牵引中间电路可以与能量供应装置的变流器单元连接。在该情况下，变流器单元可以通过牵引中间电路被供应电能。牵引中间电路可以在特定的运行情况下用于变流器单元的电压支持，更准确的说用于变流器单元的中间电路的电压支持。

此外，变流器单元可以具有直流电压转换器，直流电压转换器连接在变流器单元的中间电路与牵引中间电路之间。该直流电压转换器尤其可以实施为单向的直流电压转换器。优选地，该直流电压转换器设定用于将由牵引中间电路提供的电压(牵引中间电路电压)转换为更低的电压。

在另一实施方式中可以规定，不存在变流器单元与轨道车辆的牵引中间电路的耦合。因此尤其可以放弃耦合，因为在中断通过滑接线的能量供应的情况下，变流器单元的中间电路可以通过不间断的电流供应装置被供应电能。这能够实现的是，在(例如在轨道车辆的停车运行期间)不需要轨道车辆的牵引装备来驱动或制动轨道车辆的阶段中切断牵引装备。由此可以减小牵引装备的能量消耗。

放弃变流器单元与轨道车辆的牵引中间电路的耦合此外能够实现，减小轨道车辆的结构费用和对轨道车辆的控制的复杂度，简化牵引装备的扩充过程，并且更小地设计能量供应装置的各个部件、例如之前提到的整流器。

本实用新型的有利的设计方案的目前提供的描述包含大量特征。然而，所述特征也可以视为单独的，并且概括为有意义的另外的组合。所述特征尤其可以分别单独或以任意的适当的组合与根据本实用新型的能量供应装置和根据本实用新型的轨道车辆组合。

即使当在说明书中分别以单数或与数词相关联地使用一些术语时，本实用新型针对所述术语的范围应该不局限于单数或相应的数词。

本实用新型的上面描述的特性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法结合随后对实施例的描述变得更清楚和更容易理解，结合附图详细阐述实施例。实施例用于阐述本实用新型，并且没有将本实用新型局限于在实施例中说明的特征组合，也没有在功能特征方面进行限制。此外，每个实施例的为此适当的特征也可以明确地被单独考虑，从一个实施例中去除，引入另一实施例用以对其进行补充。

附图说明

如果在不同的附图中使用相同的附图标记，那么所述附图标记基本上表示相同的或彼此对应的元件。

其中：

图1示出了可以通过交流电压架空线被供应电能的轨道车辆；

图2示出了可以通过交流电压架空线被供应电能的另一轨道车辆；

图3示出了可以通过直流电压架空线被供应电能的轨道车辆。

具体实施方式

图1以示意图示出了一种轨道车辆2。此外，图1示出了滑接线4，其在当前的实施例中构造为交流电压架空线。

轨道车辆2装备有能量供应装置6。能量供应装置6包括能量耦合设备 8，能量耦合设备8具有集电器10和连接至集电器10的主变压器12。

此外，能量供应装置6包括变流器单元14，变流器单元14具有中间电路16和构造为脉冲倒相器的变流器18。中间电路16是直流电压中间电路。此外，变流器单元14具有整流器20，整流器20连接在主变压器12与中间电路16之间。在整流器20将在其输入端提供的交流电压转换为直流电压期间，变流器18将在其输入端提供的直流电压转换为三相交流电压。

此外，能量供应装置6具有与变流器单元14连接的第一车载电网22，其包括多个辅助运行器件24、例如加热电阻和/或用于驱动泵的电动机、压缩机和/或风扇。该车载电网22是三相交流电压车载电网。

提到的变流器18在输出侧连接至该车载电网22，使得车载电网22可以通过变流器18被供应电能。在输入侧，变流器18连接至变流器单元14的中间电路16。

此外，能量供应装置6具有不间断的电流供应装置26。该电流供应装置 26包括可充电的用于存储电能的储能器28和直流电压转换器30，所述直流电压转换器30连接在变流器单元14的中间电路16与储能器28之间。

在当前的实施例中，直流电压转换器30构造为双向的直流电压转换器。因此，直流电压转换器30能够实现从储能器28到变流器单元14的中间电路16的能量流动(为了中间电路16的电压支持的目的)以及相反地能够实现从变流器单元14的中间电路16到储能器28的能量流动(为了储能器28的充电的目的)。在从储能器28到中间电路16的能量流动的情况下，直流电压转换器30用作升压斩波器，而直流电压转换器30在从中间电路16到储能器28的能量流动的情况下用作降压斩波器。

此外，能量供应装置6包括第二车载电网32，其包括多个耗电器34。该车载电网32是具有例如110V的额定电压的直流电压车载电网。不间断的电流供应装置26的储能器28与第二车载电网32连接，使得第二车载电网 32可以由储能器28在绕过变流器单元14的情况下被供应电能。在当前的实施例中，不间断的电流供应装置26的储能器28此外用作用于第二车载电网 32的能量源(车载电网电池)。备选地或附加地，可以针对第二车载电网32 设置独立的能量源(车载电网电池)，独立的能量源不是不间断的电流供应装置26的一部分。

此外，轨道车辆2装备有控制设备36，其尤其是用于控制不间断的电流供应装置26。

轨道车辆2此外具有牵引电机38以及用于给牵引电机38供应电能的牵引换流器单元40。牵引换流器单元40包括构造为直流电压中间电路的牵引中间电路42以及构造为脉冲倒相器的变流器44，该变流器连接在牵引电机 38与牵引中间电路42之间。

原则上，轨道车辆2可以包括多个牵引电机。轨道车辆2也可以具有多个牵引换流器单元。尤其可以针对轨道车辆2的每个牵引电机设置自身的牵引换流器单元。为了简单起见，图1示出了仅一个牵引电机38和仅一个牵引换流器单元40。相应地，说明书仅涉及牵引电机38和牵引换流器单元40。

此外，牵引换流器单元40包括整流器46，牵引中间电路42通过整流器与主变压器12连接。最后提到的整流器46例如可以构造为H桥。

在当前的实施例中，主变压器12包括多个次级绕组，其中，变流器单元14和牵引换流器单元40分别与主变压器12的自身的次级绕组连接。

除了集电器10和主变压器12以外，前述的能量耦合设备8还可以具有一个或多个用于保护功能的开关设备。此外，能量耦合设备8可以具有一个或多个用于变流器单元14的中间电路16的预充电(Vorladung)的开关设备和一个或多个用于牵引换流器单元40的牵引中间电路42的预充电的开关设备。为了更好的概览起见在附图中没有示出所提到的开关设备。

在轨道车辆2的正常运行中，变流器单元14的中间电路16借助能量耦合设备8通过滑接线4被供应电能。变流器单元14的中间电路16又给变流器18供应电能，其中，变流器18本身将电能馈入第一车载电网22中。在正常运行中，如果不间断的电流供应装置26的储能器28没有完全被充电，那么利用来自变流器单元14的中间电路16的电能给所述储能器充电。

此外，在正常运行中，牵引换流器单元40借助能量耦合设备8通过滑接线4被供应电能。牵引换流器单元40本身给牵引电机38供应电能。

前述的控制设备36控制不间断的电流供应装置26，使得如果临时中断中间电路16通过滑接线4的能量供应，那么由不间断的电流供应装置26给变流器单元14的中间电路16供应电能。在中间电路16通过滑接线4的能量供应临时中断的情况下，控制设备36尤其这样控制不间断的电流供应装置26的直流电压转换器30，使得中间电路16的中间电路电压不低于预设的最小电压。

对随后的实施例的描述相应主要局限于与之前的实施例的差异，关于不变的特征和功能参考之前的实施例。在随后的实施例中采用没有提到的特征，而无需重新描述所述特征。

图2以示意图示出了另一轨道车辆48和构造为交流电压架空线的滑接线4。

在该轨道车辆48中，变流器单元14(替代整流器)具有直流电压转换器 50，变流器单元14的中间电路16通过直流电压转换器耦合至牵引中间电路 42。该直流电压转换器50是单向的直流电压转换器，其中，直流电压转换器50在输入侧连接至牵引中间电路42，并且在输出侧连接至变流器单元14 的中间电路16。此外，该直流电压转换器50用作降压斩波器。

在当前的实施例中，变流器单元14没有直接与主变压器12连接。相反地，变流器单元14通过牵引中间电路42与主变压器12连接。

在图2的轨道车辆48中，在正常运行中，变流器单元14的中间电路16 通过牵引中间电路42被供应电能，其中，牵引中间电路42借助能量耦合设备8得到来自滑接线4的电能。如果临时中断牵引中间电路42通过滑接线4 的能量供应，那么变流器单元14的中间电路16通过不间断的电流供应装置 26被供应电能。备选地或附加地，在轨道车辆48位于行驶或制动运行中，并且具有足够大的行驶速度的条件下，如果中间电路16通过滑接线4的能量供应临时中断，那么变流器单元14的中间电路16可以由牵引电机38通过牵引中间电路42被供应电能。

图3以示意图示出了另一轨道车辆52和构造为直流电压架空线的滑接线4。

在当前的实施例中，能量耦合设备8(替代主变压器)包括第一电网滤波器54和第二电网滤波器56，牵引中间电路42通过第一电网滤波器54与集电器10连接；变流器单元14的中间电路16通过第二电网滤波器56与集电器10连接。

此外，变流器单元14(替代整流器)包括构造为整流器二极管的、用于阻止电能从中间电路16馈入能量耦合设备8中的反馈抑制器58。此外，在当前的实施例中，牵引换流器单元40不具有整流器。

在轨道车辆52的正常运行中，变流器单元14的中间电路16借助能量耦合设备8通过滑接线4被供应电能。如果中间电路16通过滑接线4的能量供应临时中断，那么变流器单元14的中间电路16通过不间断的电流供应装置26被供应电能。

原则上，在图3的轨道车辆52中，如在图2的实施例中那样可以例如通过直流电压转换器将牵引中间电路42耦合至变流器单元14的中间电路 16。

虽然本实用新型在细节上通过优选的实施例详细说明和描述，但本实用新型并不局限于公开的示例，并且其他的变化可以从中推导出，而不会脱离本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于轨道车辆(2、48、52)的能量供应装置(6)，具有车载电网(22)以及与车载电网(22)连接的变流器单元(14)，所述变流器单元包括用于将电能馈入车载电网(22)中的变流器(18)和与变流器(18)连接的、用于给变流器(18)供应电能的中间电路(16)，其特征在于，能量供应装置(6)具有与中间电路(16)连接的不间断的电流供应装置(26)，该电流供应装置(26)用以将电能馈入中间电路(16)中，其中，不间断的电流供应装置(26)包括用于存储电能的储能器(28)和与储能器(28)连接的直流电压转换器(30)，其中，所述直流电压转换器(30)连接在储能器(28)与中间电路(16)之间，并且能量供应装置(6)具有另一车载电网(32)，所述另一车载电网构造为直流电压车载电网，其中，所述储能器(28)与另一车载电网(32)连接，使得另一车载电网(32)能够由储能器(28)在绕过变流器单元(14)的情况下被供应电能。

2.根据权利要求1所述的能量供应装置(6)，其特征在于，所述车载电网(22)包括一个或多个辅助运行器件(24)。

3.根据权利要求1或2所述的能量供应装置(6)，其特征在于，所述变流器(18)构造为倒相器，并且所述中间电路(16)是直流电压中间电路。

4.根据权利要求1所述的能量供应装置(6)，其特征在于，所述储能器(28)是可重复充电的储能器，并且所述直流电压转换器(30)构造为双向的直流电压转换器，使得能够通过直流电压转换器(30)以来自变流器单元(14)的中间电路(16)的电能给储能器(28)充电。

5.根据权利要求4所述的能量供应装置(6)，其特征在于，所述直流电压转换器(30)设定用于将由储能器(28)提供的电压转换为更高的电压。

6.根据权利要求1或2所述的能量供应装置(6)，其特征在于，能量供应装置(6)具有能量耦合设备(8)，其用于将来自直流电压滑接线(4)的电能耦合到变流器单元(14)的中间电路(16)中，其中，变流器单元(14)具有连接在能量耦合设备(8)与中间电路(16)之间的反馈抑制器(58)，用于阻止电能从中间电路(16)馈入能量耦合设备(8)中。

7.根据权利要求1所述的能量供应装置(6)，其特征在于，能量供应装置(6)具有能量耦合设备(8)和连接在能量耦合设备(8)与中间电路(16)之间的整流器(20)，所述能量耦合设备用于将来自交流电压滑接线(4)的电能耦合到变流器单元(14)的中间电路(16)中。

8.一种轨道车辆(2、48、52)，其特征在于，所述轨道车辆具有根据前述权利要求中任一项所述的能量供应装置(6)。

9.根据权利要求8所述的轨道车辆(2、48、52)，其特征在于，所述轨道车辆具有牵引电机(38)以及用于给牵引电机(38)供应电能的牵引换流器单元(40)，其中，所述牵引换流器单元(40)包括牵引中间电路(42)，所述牵引中间电路与能量供应装置(6)的变流器单元(14)连接，并且变流器单元(14)能够通过所述牵引中间电路被供应电能。

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