DE102008030342A1

DE102008030342A1 - Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen spurgeführte Fahrzeugs mit elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102008030342A1
Application number: DE102008030342A
Authority: DE
Inventors: Peter Eckert; Gerd Hein; Michael Dr. Meinert; Karsten Dr. Rechenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs (1), insbesondere eines Schienenfahrzeuges, mit elektrischer Energie. Im Fahrzeug (1) ist mindestens ein Energiespeicher (2) angeordnet, der mit einer Energiezufuhreinrichtung und mit einer Antriebseinheit (4) des Fahrzeugs (1) in Verbindung steht. Die Energiezufuhreinrichtung ist mit einer stationären Energiequelle verbindbar. Es ist vorgesehen, dass die stationäre Energiequelle ein mit einer Ladestation (8, 9) verbundener stationärer Energiespeicher (6, 7) ist, der zum Aufladen mit einer Versorgungsleitung (12, 18) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit elektrischer Energie, wobei im Fahrzeug mindestens ein Energiespeicher angeordnet ist, der mit einer Energiezufuhreinrichtung und mit einer Antriebseinheit des Fahrzeugs in Verbindung steht, wobei die Energiezufuhreinrichtung mit einer stationären Energiequelle verbindbar ist.
Aus dem Aufsatz „Straßenbahn Nizza in Betrieb" von Dr. Christoph Groneck in Stadtverkehr 3/08, Seiten 11 bis 15, ist ein Schienenfahrzeug bekannt, das einen Platz ohne Oberleitung überqueren kann. Dazu sind im Fahrzeug als Energiespeicher Nickel-Metallhydrid-Batterien angeordnet, die die Versorgung der Antriebseinheit gewährleisten, falls sich das Schienenfahrzeug nicht unter der Oberleitung befindet. Zum Aufladen der Batterien ist eine Energiezufuhreinrichtung, die beim Bekannten der Pantograph des Schienenfahrzeuges ist, mit einer stationären Energiequelle verbunden, die beim Bekannten der Fahrdraht der Oberleitung ist. Beim Bekannten dient also der Fahrdraht der Oberleitung als stationäre Energiequelle, mit der die Energiezufuhreinrichtung, nämlich der Pantograph, zu verbinden ist, um den Energiespeicher, der aus Batterien besteht, aufzuladen.
Beim Bekannten werden die Batterien stets dann aufgeladen, sobald der Pantograph mit dem Fahrdraht der Oberleitung in Kontakt kommt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in einem Fahrdraht Spannungsschwankungen auftreten, die vom übergeordneten, den Fahrdraht speisenden Netz herkommen und ein gleichmäßiges Aufladen der Batterien verhindern. Es kann sogar vorkommen, dass die zum schnellen Aufladen der Batterien erforderliche elektrische Energie im Fahrdraht nicht sofort bereitgestellt werden kann. Dann könnte sogar das durchgehende Befahren der nächsten oberleitungsfreien Strecke gefährdet sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs mit elektrischer Energie anzugeben, die ein schnelles und zuverlässiges Aufladen des Energiespeichers, der sich im Fahrzeug befindet, gewährleistet.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die stationäre Energiequelle ein mit einer Ladestation verbundener stationärer Energiespeicher ist, der zum Aufladen mit einer Versorgungsleitung in Verbindung steht.
Da der stationäre Energiespeicher, wenn das Fahrzeug nicht mit ihm über die Ladestation verbunden ist, im Vergleich zur üblichen Energieaufnahme des Fahrzeuges verhältnismäßig langsam aufgeladen werden kann, werden Spannungsschwankungen im Netz in der Versorgungsleitung während dieses Aufladevorganges vorteilhaft minimiert. Das gilt insbesondere auch für Spannungsschwankungen im übergeordneten Netz, das die Versorgungsleitung speist. Es wird zusätzlich der besondere Vorteil erzielt, dass der stationäre Energiespeicher, anders als z. B. ein Fahrdraht einer Oberleitungsanlage, mit dem übergeordneten Netz nicht mehr in Verbindung stehen muss, wenn der Energiespeicher, der sich im Fahrzeug befindet, vom stationären Energiespeicher aufgeladen wird. Äußere Einflüsse sind folglich ausgeschlossen.
Ein besonderer Vorteil ist dadurch gegeben, dass der stationäre Energiespeicher, da er beim Eintreffen des Fahrzeugs voll aufgeladen ist, den im Fahrzeug angeordneten Energiespeicher in sehr kurzer Zeit aufladen kann.
Der stationäre Energiespeicher wird, wenn kein Fahrzeug vorhanden ist, langsam über die Versorgungsleitung aus dem übergeordneten Netz aufgeladen und wird, sobald das Fahrzeug ein getroffen ist, dann schnell entladen. Bedingt durch das langsame Aufladen wird eine Spannungsstabilisierung im übergeordneten Netz erzielt.
Die Zwischenspeicherung elektrischer Energie im stationären Energiespeicher ermöglicht darüber hinaus, dass außer dem Energiespeicher selbst keine aufwändigen Bauteile erforderlich sind.
Beispielsweise steht die Versorgungsleitung mit einem Niederspannungsnetz in Verbindung. Das Niederspannungsnetz kann das übliche Haushaltsnetz sein.
Nach einem anderen Beispiel steht die Versorgungsleitung mit einem Mittelspannungsnetz in Verbindung. Damit wird der Vorteil erzielt, dass die vorhandene Oberleitung nicht zum Aufladen des Energiespeichers herangezogen werden muss. Negative Auswirkungen auf Spannung und Stromstärke im Fahrdraht der Oberleitung, die auf das Aufladen eines Energiespeichers zurückgeführt werden könnten, sind folglich ausgeschlossen.
Der stationäre Energiespeicher steht beispielsweise über einen Umrichter mit der Versorgungsleitung in Verbindung. Dieser Umrichter ist notwendig, falls der Strom, der in der Versorgungsleitung fließt, vor dem Speichern von Energie umgewandelt werden muss.
Der Energiespeicher im Fahrzeug ist beispielsweise über einen Umrichter mit einer Ladestation verbindbar. Falls erforderlich, kann dann der Strom im Fahrzeug umgewandelt werden.
Beispielsweise ist der Energiespeicher im Fahrzeug nur zeitweise mit dem stationären Energiespeicher verbindbar. Es wird dadurch vorteilhaft ein schnelles Aufladen des Energiespeichers im Fahrzeug ermöglicht, weil im stationären Energiespeicher stets ausreichend Energie zur Verfügung steht.
Sollte wider Erwarten ein Energieüberschuss im Fahrzeug vorhanden sein, kann bei umgekehrter Stromrichtung der stationäre Energiespeicher auch vom Fahrzeug aus und insbesondere vom im Fahrzeug angeordneten Energiespeicher aus aufgeladen werden.
Beispielsweise steht der Energiespeicher im Fahrzeug mechanisch und/oder induktiv und/oder galvanisch mit dem stationären Energiespeicher in Verbindung. Auf diese Weise kann ein schnelles Aufladen erfolgen.
Beispielsweise sind der stationäre Energiespeicher und der Energiespeicher im Fahrzeug über mindestens eine Drossel entkoppelt.
Mit der Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit elektrischer Energie nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass der Energiespeicher, der sich im Fahrzeug befindet, schnell und zuverlässig aufgeladen werden kann, ohne dass Spannungsschwankungen zu Störungen führen können.
Eine Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs mit elektrischer Energie nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt als Fahrzeug 1 ein spurgeführtes Fahrzeug, z. B. einen Straßenbahnzug, in dem sich als Energiespeicher 2 Batterien befinden. Dieser Energiespeicher 2 ist mit einem Pantograph 3 verbunden, der als Energiezufuhreinrichtung dient. Außerdem ist der Energiespeicher 2 mit einer Antriebseinheit 4 verbunden, die das Fahrzeug 1 antreibt. Während des normalen Betriebes unter einer Oberleitung wird die Antriebseinheit 4 über den Pantographen 3 aus dem Fahrdraht 5 der Oberleitung versorgt. Falls sich das Fahrzeug 1 aber nicht unter der Oberleitung befindet, erfolgt die Energieversorgung der Antriebseinheit 4 aus dem Energiespeicher 2.
Zum Aufladen des im Fahrzeug 1 angeordneten Energiespeichers 2 dient nicht der Fahrdraht 5, sondern ein stationärer Energiespeicher 6 oder 7, der mit einer Ladestation 8 oder 9 verbunden ist. Zum Aufladen des Energiespeichers 2 wird der Pantograph 3 mit der Ladestation 8 oder 9 in Kontakt gebracht.
Der erste stationäre Energiespeicher 6, der über einen Schalter 10 mit der ersten Ladestation 8 verbunden werden kann, ist außerdem mit einem Erdungspunkt 11 verbunden. Zum Aufladen des ersten stationären Energiespeichers 6 steht mit ihm eine Versorgungsleitung 12 über einen Transformator 13 und einen Gleichrichter 14 in Verbindung. Die Versorgungsleitung 12 ist eine 20 kV-Leitung mit 50 Hz Drehstrom. Der erste stationäre Energiespeicher 6 kann auch über einen weiteren Schalter 15 mit dem Fahrdraht 5 verbunden sein, um ein Zurückspeisen elektrischer Energie aus dem Fahrdraht 5 zu ermöglichen.
Die zweite Ladestation 9 steht über einen Schalter 16 mit dem zweiten stationären Energiespeicher 7 in Verbindung, der außerdem mit einem Erdungspunkt 17 verbunden ist. Eine Versorgungsleitung 18 des zweiten stationären Energiespeichers 7 ist eine 400 V-Leitung mit 50 Hz Drehstrom, die ohne Transformator nur über einen Gleichrichter 19 und einen DC/DC-Wandler 20 mit dem zweiten stationären Energiespeicher 7 in Verbindung steht.
An beiden Ladestationen 8 und 9 steht, in den stationären Energiespeichern 6 und 7 gespeichert, ausreichend elektrische Energie zur Verfügung, um in kurzer Zeit und ohne störende Einflüsse auf die Versorgungsleitungen 12 und 18 den Energiespeicher 2 im Fahrzeug 1 aufzuladen. Zum Vermeiden der störenden Einflüsse können die Verbindungen der stationären Energiespeicher 6 und 7 mit den Versorgungsleitungen 12 und 18 durch Schalter 21, 22 unterbrochen werden, solange der Energiespeicher 2 im Fahrzeug 1 aufgeladen wird.
Es steht vorteilhaft eine besondere Energieversorgung für das Fahrzeug 1 und insbesondere für den Energiespeicher 2, der sich im Fahrzeug 1 befindet, zur Verfügung.
Da die stationären Energiespeicher 6 und 7 relativ viel Zeit zum Aufladen haben, kommt man mit einfachen Bauteilen und sogar mit einem einfachen Energieversorgungsnetz aus.
Es wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass der Energiespeicher 2, der sich im Fahrzeug 1 befindet, schnell und zuverlässig aufgeladen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Straßenbahn Nizza in Betrieb” von Dr. Christoph Groneck in Stadtverkehr 3/08, Seiten 11 bis 15 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Versorgen eines elektrisch angetriebenen spurgeführten Fahrzeugs (1), insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit elektrischer Energie, wobei im Fahrzeug (1) mindestens ein Energiespeicher (2) angeordnet ist, der mit einer Energiezufuhreinrichtung und mit einer Antriebseinheit (4) des Fahrzeugs (1) in Verbindung steht, wobei die Energiezufuhreinrichtung mit einer stationären Energiequelle verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Energiequelle ein mit einer Ladestation (8, 9) verbundener stationärer Energiespeicher (6, 7) ist, der zum Aufladen mit einer Versorgungsleitung (12, 18) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (18) mit einem Niederspannungsnetz in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (12) mit einem Mittelspannungsnetz in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Energiespeicher (6, 7) über einen Umrichter mit der Versorgungsleitung (12, 18) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) im Fahrzeug (1) über einen Umrichter mit einer Ladestation (8, 9) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) im Fahrzeug (1) nur zeitweise mit dem stationären Energiespeicher (6, 7) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) im Fahrzeug (1) mechanisch und/oder induktiv und/oder galvanisch mit dem stationären Energiespeicher (6, 7) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Energiespeicher (6, 7) und der Energiespeicher (2) im Fahrzeug (1) über mindestens eine Drossel entkoppelt sind.