DE102017215352A1

DE102017215352A1 - Straßenfahrzeug

Info

Publication number: DE102017215352A1
Application number: DE102017215352.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dietrich; Alexandre Kontcha; Matthias Kress; Hans-Peter Lang; Michael Lehmann
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Straßenfahrzeug (10) mit einem elektrischen Antrieb (20), einem Energieaufnehmer zum Aufnehmen elektrischer Energie, die streckenseitig von mindestens einer streckenseitigen Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, und einem elektrischen Energiespeicher (50) zum Speichern elektrischer Energie, wobei der Energiespeicher (50) zum Versorgen des Antriebs (20) mit dem Antrieb (20) elektrisch verbindbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Straßenfahrzeug (10) eine Steuereinrichtung (70) aufweist, die die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers (50), in Abhängigkeit zumindest dreier Parameter steuert, nämlich in Abhängigkeit von einer die elektrische Belastung der streckenseitigen Energiequelle angebenden Belastungsgröße (Um), in Abhängigkeit von dem Ladezustand (LZ) des eigenen Energiespeichers (50) und in Abhängigkeit zumindest einer Streckeninformation (SI), die zumindest auch die streckenseitige Energieversorgung auf der vorausliegenden Strecke angibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Straßenfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, einem Energieaufnehmer zum Aufnehmen elektrischer Energie, die streckenseitig von mindestens einer streckenseitigen Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, und einem elektrischen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie, wobei der Energiespeicher zum Versorgen des Antriebs mit dem Antrieb elektrisch verbindbar ist.
Ein solches Straßenfahrzeug ist beispielsweise aus dem Online-Artikel „So funktioniert die erste Elektro-Autobahn“ (Philipp Vetter, 23.06.2016, „Welt N24“, https://www.welt.de/ wirtschaft/article156498135/So-funktioniert-die-erste-Elektro-Autobahn.html) bekannt.
Die kontinuierliche Speisung von Straßenfahrzeugen aus Fahrleitungen ist durch Spannungsfälle zwischen dem Einspeisepunkt (Unterwerk) und den ortsveränderlichen elektrischen Straßenfahrzeugen gekennzeichnet. Der Spannungsfall wird durch den Stromfluss (Triebfahrzeugstrom), die material-, querschnitts- und anordnungsbedingte Resistanz bzw. Impedanz der Fahrleitung und den Abstand des Straßenfahrzeugs sowie benachbarter Straßenfahrzeuge von den Einspeisepunkten hervorgerufen. Die größten Spannungsfälle bzw. geringsten Spannungen am Straßenfahrzeug treten dabei bei hohen Leistungsanforderungen und großem Abstand zum nächsten Einspeisepunkt auf. Dabei kann die Spannung auf Werte nahe des unteren Grenzwertes sinken, so dass betroffene und ggf. benachbarte Straßenfahrzeuge in der Traktionsleistung begrenzt werden und die fahrdynamisch erforderliche Leistung nicht zur Verfügung gestellt bekommen. Dieser Effekt kann durch mitgeführte Energiespeicher verschärft werden, da diese je nach Ausführung Ladeleistungen bzw. Ladeströme in gleicher oder sogar mehrfacher Höhe der Traktionsleistung bzw. des Traktionsstroms aufweisen, in deren Folge wiederum deutliche höhere Spannungsfälle im Fahrleitungsnetz auftreten und die unteren Grenzwerte häufiger und bei mehr Straßenfahrzeugen erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Straßenfahrzeug der eingangs beschriebenen Art weiter zu optimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Straßenfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Straßenfahrzeugs sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Straßenfahrzeug eine Steuereinrichtung aufweist, die die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers, in Abhängigkeit zumindest dreier Parameter steuert, nämlich in Abhängigkeit von einer die elektrische Belastung der streckenseitigen Energiequelle angebenden Belastungsgröße, in Abhängigkeit von dem Ladezustand des eigenen Energiespeichers und in Abhängigkeit von zumindest einer Streckeninformation, die zumindest auch die streckenseitige Energieversorgung auf der vorausliegenden Strecke angibt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Straßenfahrzeugs ist darin zu sehen, dass sich durch den Einbezug der drei genannten Parameter eine Überlastung der streckenseitigen Energiequelle, bei der es sich in der Regel um ein elektrisches Energieversorgungsnetz handelt, vermeiden lässt, ohne Einbußen in der Verfügbarkeit des Straßenfahrzeugs und der Gesamtflotte oder Einbußen bei der Erfüllung der fahrdynamischen Anforderungen hinnehmen zu müssen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Straßenfahrzeugs besteht darin, dass sich eine Überdimensionierung der externen Energieversorgung bzw. des externen Versorgungsnetzes vermeiden und eine hohe Netzstabilität erreichen lässt.
Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Steuereinrichtung in Streckenabschnitten mit streckenseitiger Energieversorgung die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers, aussetzt oder reduziert, wenn die streckenseitige Energiequelle über ein vorgegebenes Maß hinaus belastet ist und der Ladezustand des Energiespeichers und die Streckeninformation ein Aussetzen oder eine Reduktion des Ladens erlaubt.
Die streckenseitige Energiequelle ist vorzugsweise ein elektrisches Energieversorgungsnetz. Der Energieaufnehmer ist vorzugsweise ein Stromabnehmer bzw. Pantograph. Alternativ kann die Energieübertragung induktiv erfolgen; in diesem Falle ist der Energieaufnehmer vorzugsweise eine Antenne oder Spule.
Das Straßenfahrzeug weist vorzugsweise eine Spannungsmesseinrichtung auf, die als die oben genannte Belastungsgröße die streckenseitig anliegende Speisespannung der streckenseitigen Energiequelle misst.
Vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinrichtung das Laden des Energiespeichers aussetzt oder reduziert und/oder den Energieverbrauch des eigenen Straßenfahrzeugs reduziert, wenn die Speisespannung einen unteren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung das Laden des Energiespeichers unabhängig von der elektrischen Belastung der streckenseitigen Energiequelle beginnt oder fortsetzt, wenn die Streckeninformation und der Ladezustand des Energiespeichers anzeigen, dass ein vorausliegender und ohne streckenseitige Energieversorgung ausgestatteter Streckenabschnitt oder das Fahrtziel insgesamt ohne eine Erhöhung des Ladezustands des Energiespeichers nicht durchfahren oder erreicht werden kann.
Das Straßenfahrzeug weist zusätzlich zu dem Antrieb eine Vielzahl an sonstigen Verbrauchern auf, denen jeweils eine Priorität zugeordnet ist.
Bei der letztgenannten Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung die Antriebsleistung des Antriebs drosselt und/oder die sonstigen Verbraucher beginnend mit denen mit niedrigster Priorität in ihrem Energieverbrauch drosselt oder abschaltet, wenn die Streckeninformation, der Ladezustand des Energiespeichers und die aktuelle und die zu erwartende streckenseitige Energieversorgung anzeigen, dass ein vorausliegender und ohne streckenseitige Energieversorgung ausgestatteter Streckenabschnitt oder das Fahrtziel insgesamt ohne eine fahrzeugseitige Reduktion des Energieverbrauchs nicht durchfahren bzw. erreicht werden kann.
Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Steuereinrichtung die Antriebsleistung des Antriebs drosselt und/oder die sonstigen Verbraucher, vorzugsweise beginnend mit denen mit niedrigster Priorität, in ihrem Energieverbrauch drosselt oder abschaltet und/oder Energie aus dem Energiespeicher entnimmt, wenn die Belastungsgröße eine zu hohe Belastung der streckenseitigen Energiequelle anzeigt, insbesondere wenn die Speisespannung einen unteren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Die Steuereinrichtung steuert den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers und die Entnahme elektrischer Energie aus der streckenseitigen Energiequelle vorzugsweise auf der Basis eines Leistungsanforderungsdatensatzes, wobei in dem Leistungsanforderungsdatensatz eine Vielzahl an möglichen Leistungsanforderungen enthalten sind, denen jeweils eine Priorität und/oder eine Mindestanforderung, insbesondere hinsichtlich Verfügbarkeit und Einsatzzeit, zugeordnet sind.
Der Leistungsanforderungsdatensatz umfasst vorzugsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Leistungsanforderungen: die Traktionsleistung zur Erfüllung der fahrdynamischen Leistungsanforderung, eine reduzierte Traktionsleistung zur Erfüllung einer sicherheitsrelevanten, minimalen fahrdynamischen Leistungsanforderung, insbesondere zur Gewährleistung einer Rangierfähigkeit, Komfortleistungen in Fahrzeugen des Personenverkehrs, insbesondere Klimatisierung, Audio/Video und Beleuchtung, Nebenverbraucher in Fahrzeugen des Güterverkehrs, insbesondere zur Kühlung und Belüftung, Komfortverbraucher für die Fahrzeugführer, Nebenverbraucher für die Antriebssysteme, insbesondere zur Kühlung, zur Lüftung und zur Überwachung, sicherheitsrelevante Nebenverbraucher, insbesondere für die Notbeleuchtung, für die Kommunikation, für die Lenkhilfepumpe und für den Luftkompressor, die maximale Ladeleistung der Energiespeicher zur vollständigen Aufladung und Verfügbarkeit der maximalen Reichweite nach Verlassen des elektrifizierten Streckenabschnitts, minimale Ladeleistung der Energiespeicher zur Teilaufladung zur Erfüllung sicherheitskritischer Leistungsanforderungen, insbesondere betreffend Nebenverbraucher, Fahrdynamik oder Rangierfähigkeit nach Verlassen des elektrifizierten Streckenabschnitts.
Die Steuereinrichtung ermittelt oder aktualisiert den Leistungsanforderungsdatensatz vorzugsweise auf der Basis aktueller Eingangsdaten, insbesondere hinsichtlich der Priorität und/oder der jeweiligen Mindestanforderung.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers und die Entnahme elektrischer Energie aus der streckenseitigen Energiequelle unter Berücksichtigung des Leistungsanforderungsdatensatzes sowie auf der Basis festgelegter Einflussgrößen steuert.
Die Steuereinrichtung berücksichtigt vorzugsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Einflussgrößen: Momentanwert der Fahrleitungsspannung, Momentanwert der Leistung bzw. des Gesamtstroms eines speisenden Unterwerkes, Ladezustand des Energiespeichers, beabsichtigte Restfahrweite im elektrifizierten Straßennetz, beabsichtigte fahrleitungsunabhängige Fahrweite im Vor- oder Nachlauf zum elektrifizierten Straßennetz im Routenverlauf, momentanes Verkehrsaufkommen, Verkehrsaufkommen im weiteren Routenverlauf, insbesondere im elektrifizierten Streckennetz, vorzugsweise unter Einbeziehung extern ausgewerteter Verkehrslageinformationen, Zustandsdaten, insbesondere Temperatur in einem Kühlraum oder Temperatur/Luftfeuchte in einem Fahrgastraum des Straßenfahrzeugs, Routenverlauf, insbesondere hinsichtlich fahrdynamischer Anforderungen, Zuladung/Auslastung des Straßenfahrzeugs, Fahrzeitreserven im Routenverlauf.
Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Steuereinrichtung den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers und die Entnahme elektrischer Energie aus der streckenseitigen Energiequelle unter Berücksichtigung des Leistungsanforderungsdatensatzes sowie auf der Basis vorgegebener Einflussgrößen mit Blick auf eine oder mehrere Zielgrößen steuert.
Die Steuereinrichtung berücksichtigt vorzugsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Zielgrößen: Gewährleistung der sicherheitskritischen Funktionen, insbesondere mit Blick auf Personen, Fahrzeug und Ladung, Erfüllung der Transportaufgabe, Reduzierung der Verfügbarkeitseinschränkungen des einzelnen Fahrzeugs und der Gesamtheit der elektrisch versorgten Fahrzeuge, Energieeffizienz, Netzstabilität.
Mit Blick auf eine Steuerung einer Gesamtflotte wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Steuereinrichtung den eigenen Verbrauch und das eigene Ladeverhalten zumindest auch unter Berücksichtigung von Daten anderer Straßenfahrzeuge steuert, die von den anderen Fahrzeugen oder einer Zentrale übermittelt werden, und zwar derart, dass die Energieentnahme aller Straßenfahrzeuge insgesamt der Einspeiseleistung der streckenseitigen Energiequelle bestmöglich entspricht.
Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise eine Recheneinrichtung und einen Speicher, in dem ein Betriebsprogramm gespeichert ist. Das Betriebsprogramm stellt bei Ausführung durch die Recheneinrichtung die oben beschriebenen Funktionen der Steuereinrichtung bereit.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben eines Straßenfahrzeugs, das einen elektrischen Antrieb, einen Energieaufnehmer zum Aufnehmen elektrischer Energie, die streckenseitig von mindestens einer streckenseitigen Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, und einen elektrischen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie aufweist, wobei der Energiespeicher zum Versorgen des Antriebs mit dem Antrieb elektrisch verbindbar ist.
Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers, in Abhängigkeit zumindest dreier Parameter gesteuert wird, nämlich in Abhängigkeit von einer die elektrische Belastung der streckenseitigen Energiequelle angebenden Belastungsgröße, in Abhängigkeit von dem Ladezustand des eigenen Energiespeichers und in Abhängigkeit von zumindest einer Streckeninformation, die zumindest auch die streckenseitige Energieversorgung auf der vorausliegenden Strecke angibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Straßenfahrzeug, bei dem die Energieentnahme aus einer streckenseitigen Energiequelle in Abhängigkeit zumindest dreier Parameter gesteuert wird, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Straßenfahrzeug, bei dem zusätzlich Einflussgrößen, Leistungsanforderungen und Zielgrößen berücksichtigt werden.

In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Straßenfahrzeug 10. Das Straßenfahrzeug 10 umfasst einen elektrischen Antrieb 20, einen Stromabnehmer 30 zum Aufnehmen elektrischer Energie, die streckenseitig von einer Oberleitung 40 eines nicht weiter dargestellten externen elektrischen Energieversorgungsnetzes 41, das eine streckenseitige Energiequelle bildet, zur Verfügung gestellt wird, und einen elektrischen Energiespeicher 50 zum Speichern elektrischer Energie. Bei dem elektrischen Energiespeicher 50 kann es sich beispielsweise um einen elektrostatischen Speicher, wie zum Beispiel einen Kondensator, einen elektrochemischen Speicher, wie zum Beispiel eine Batterie, und/oder einen elektromechanischen Speicher, wie zum Bespiel einen Schwungradspeicher handeln.
Der Energiespeicher 50 kann über nicht dargestellte Schalter zum Aufladen mit dem Stromabnehmer 30 und zum Entladen mit dem Antrieb 30 oder sonstigen Verbrauchern 60 elektrisch verbunden werden. Die Ansteuerung der nicht gezeigten Schalter erfolgt durch eine Steuereinrichtung 70.
Die Steuereinrichtung 70 umfasst eine Recheneinrichtung 71 und einen Speicher 72. In dem Speicher 72 ist ein Betriebsprogramm BP gespeichert, das bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 71 die nachfolgend beschriebene Arbeitsweise der Steuereinrichtung 70 bestimmt.
Das Straßenfahrzeug 10 weist außerdem eine Spannungsmesseinrichtung 80 auf, die an der Oberleitung 40 anliegende Speisespannung U misst und einen entsprechenden Spannungsmesswert Um an die Steuereinrichtung 70 übermittelt. Der Spannungsmesswert Um gibt die elektrische Belastung des externen elektrischen Energieversorgungsnetzes 41 an und wird von der Steuereinrichtung 70 als Belastungsgröße weiterverarbeitet. Je kleiner der Spannungsmesswert Um ist, um so größer ist die Belastung des externen elektrischen Energieversorgungsnetzes 41, sei es durch das Straßenfahrzeug 10 gemäß 1 oder durch andere Straßenfahrzeuge, die ebenfalls von dem externen elektrischen Energieversorgungsnetz 41 mit Strom versorgt werden.
Die Belastungsgröße bildet einen ersten Parameter, auf dessen Basis die Steuereinrichtung 70 die Energieentnahme aus dem externen elektrischen Energieversorgungsnetz 41, insbesondere das Laden des Energiespeichers 50, steuert.
Die Steuereinrichtung 70 steht außerdem mit dem Energiespeicher 50 in Verbindung und ermittelt dessen Ladezustand LZ. Der Ladezustand LZ bildet einen zweiten Parameter, auf dessen Basis die Steuereinrichtung 70 die Energieentnahme aus dem externen elektrischen Energieversorgungsnetz 41 steuert.
In dem Speicher 72 ist zusätzlich zu dem Betriebsprogramm BP zumindest eine Streckeninformation SI abgespeichert, die zumindest auch die streckenseitige Energieversorgung auf der vorausliegenden Strecke angibt. Die Streckeninformation bzw. die Streckeninformationen SI bilden einen dritten Parameter, auf dessen Basis die Steuereinrichtung 70 die Energieentnahme aus dem externen elektrischen Energieversorgungsnetz 41 steuert.
Zusammengefasst ist die Steuereinrichtung 70 derart ausgestaltet, dass sie die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle bzw. dem externen elektrischen Energieversorgungsnetz 41 in Abhängigkeit von zumindest drei Parametern steuert, nämlich in Abhängigkeit von dem Spannungsmesswert Um, in Abhängigkeit von dem Ladezustand LZ des eigenen Energiespeichers 50 und in Abhängigkeit von der oder den Streckeninformationen SI.
Die Steuereinrichtung 70 wird in Streckenabschnitten mit streckenseitiger Energieversorgung durch das externe elektrische Energieversorgungsnetz 41 die Energieentnahme aus der Oberleitung 40 aussetzen oder reduzieren, wenn das externe elektrische Energieversorgungsnetz 41 über ein vorgegebenes Maß hinaus belastet ist und der Ladezustand LZ des Energiespeichers 50 und die streckenseitigen Streckeninformationen SI ein Aussetzen oder eine Reduktion des Ladens erlauben. Vorzugsweise wird die Steuereinrichtung 70 das Laden des Energiespeichers 50 aussetzen oder reduzieren und/oder den Energieverbrauch des eigenen Straßenfahrzeugs 10 reduzieren, wenn die Speisespannung U bzw. der Spannungsmesswert Um einen unteren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Falls die streckenseitigen Streckeninformationen SI und der Ladezustand LZ des Energiespeichers 50 anzeigen, dass ein vorausliegender und ohne streckenseitige Energieversorgung ausgestatteter Streckenabschnitt oder das Fahrtziel insgesamt ohne eine Erhöhung des Ladezustands des Energiespeichers nicht durchfahren oder erreicht werden kann, wird die Steuereinrichtung 70 jedoch das Laden des Energiespeichers 50 unabhängig von der elektrischen Belastung der streckenseitigen Energiequelle beginnen oder fortsetzen, also den Zustand des externen elektrischen Energieversorgungsnetzes 41 ignorieren bzw. unberücksichtigt lassen.
Den sonstigen Verbrauchern 60 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 jeweils eine Priorität PRIO1, PRIO2 bzw. PRIO3 zugeordnet. Die Prioritäten PRIO1, PRIO2 bzw. PRIO3 sind in einem Verbraucherdatensatz VD im Speicher 72 abgespeichert.
Falls die streckenseitigen Streckeninformationen SI, der Ladezustand LZ des Energiespeichers 50 und die aktuelle und die zu erwartende streckenseitige Energieversorgung anzeigen, dass ein vorausliegender und ohne streckenseitige Energieversorgung ausgestatteter Streckenabschnitt oder das Fahrtziel insgesamt ohne eine fahrzeugseitige Reduktion des Energieverbrauchs nicht durchfahren bzw. erreicht werden kann, wird die Steuereinrichtung 70 die Antriebsleistung des Antriebs 20 drosseln und/oder die sonstigen Verbraucher 60 beginnend mit denen mit niedrigster Priorität, hier die Priorität PRIO3, in ihrem Energieverbrauch drosseln oder abschalten.
Auch kann die Steuereinrichtung 70 die Antriebsleistung des Antriebs 20 drosseln und/oder die sonstigen Verbraucher 60, vorzugsweise beginnend mit denen mit niedrigster Priorität (hier PRIO3), in ihrem Energieverbrauch drosseln oder abschalten und/oder Energie aus dem Energiespeicher 50 entnehmen, wenn die Belastungsgröße eine zu hohe Belastung der streckenseitigen Energiequelle anzeigt, also wenn die Speisespannung U bzw. der Spannungsmesswert Um einen unteren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Straßenfahrzeug 10, bei dem in dem Speicher 72 zusätzlich zu dem Betriebsprogramm BP und den Streckeninformationen SI ein eine Vielzahl an möglichen Leistungsanforderungen enthaltender Leistungsanforderungsdatensatz LAD und ein eine Vielzahl an möglichen Zielgrößen enthaltenden Zielgrößendatensatz ZGD gespeichert ist. Die Steuereinrichtung 70 bzw. deren Recheneinrichtung 71 ist außerdem mit Einflussgrößen EG beaufschlagt, bei denen es sich um vom Straßenfahrzeug 10 bzw. dessen Komponenten selbst gemessene Messwerte oder um externe Messwerte oder Messgrößen handeln kann, die über Funk oder auf andere Weise von externen Quellen zu dem Straßenfahrzeug 10 übermittelt werden.
In dem Leistungsanforderungsdatensatz LAD ist vorzugsweise eine Vielzahl an möglichen Leistungsanforderungen enthalten, denen jeweils eine Priorität und/oder eine Mindestanforderung, insbesondere hinsichtlich Verfügbarkeit und Einsatzzeit, zugeordnet sind. Der Leistungsanforderungsdatensatz LAD umfasst vorzugsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Leistungsanforderungen: die Traktionsleistung zur Erfüllung der fahrdynamischen Leistungsanforderung, eine reduzierte Traktionsleistung zur Erfüllung einer sicherheitsrelevanten, minimalen fahrdynamischen Leistungsanforderung, insbesondere zur Gewährleistung einer Rangierfähigkeit, Komfortleistungen in Fahrzeugen des Personenverkehrs, insbesondere Klimatisierung, Audio/Video und Beleuchtung, Nebenverbraucher in Fahrzeugen des Güterverkehrs, insbesondere zur Kühlung und Belüftung, Komfortverbraucher für die Fahrzeugführer, Nebenverbraucher für die Antriebssysteme, insbesondere zur Kühlung, zur Lüftung und zur Überwachung, sicherheitsrelevante Nebenverbraucher, insbesondere für die Notbeleuchtung, für die Kommunikation, für die Lenkhilfepumpe und für den Luftkompressor, die maximale Ladeleistung der Energiespeicher zur vollständigen Aufladung und Verfügbarkeit der maximalen Reichweite nach Verlassen des elektrifizierten Streckenabschnitts, minimale Ladeleistung der Energiespeicher zur Teilaufladung zur Erfüllung sicherheitskritischer Leistungsanforderungen, insbesondere betreffend Nebenverbraucher, Fahrdynamik oder Rangierfähigkeit nach Verlassen des elektrifizierten Streckenabschnitts.
Die Steuereinrichtung 70 kann den Leistungsanforderungsdatensatz auf der Basis aktueller Eingangsdaten ED ermitteln oder aktualisieren, insbesondere hinsichtlich der Priorität und/oder der jeweiligen Mindestanforderung.
Als Einflussgrößen EG berücksichtigt die Steuereinrichtung 70 vorzugsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Größen: Momentanwert der Fahrleitungsspannung, Momentanwert der Leistung bzw. des Gesamtstroms eines speisenden Unterwerkes, Ladezustand des Energiespeichers, beabsichtigte Restfahrweite im elektrifizierten Straßennetz, beabsichtigte fahrleitungsunabhängige Fahrweite im Vor- oder Nachlauf zum elektrifizierten Straßennetz im Routenverlauf, momentanes Verkehrsaufkommen, Verkehrsaufkommen im weiteren Routenverlauf, insbesondere im elektrifizierten Streckennetz, vorzugsweise unter Einbeziehung extern ausgewerteter Verkehrslageinformationen, Zustandsdaten, insbesondere Temperatur in einem Kühlraum oder Temperatur/Luftfeuchte in einem Fahrgastraum des Straßenfahrzeugs, Routenverlauf, insbesondere hinsichtlich fahrdynamischer Anforderungen, Zuladung/Auslastung des Straßenfahrzeugs, Fahrzeitreserven im Routenverlauf.
In dem Zielgrößendatensatz ZGD sind vorzugsweise eine, mehrere oder alle der folgenden Zielgrößen abgespeichert: Gewährleistung der sicherheitskritischen Funktionen, insbesondere mit Blick auf Personen, Fahrzeug und Ladung, Erfüllung der Transportaufgabe, Reduzierung der Verfügbarkeitseinschränkungen des einzelnen Fahrzeugs und der Gesamtheit der elektrisch versorgten Fahrzeuge, Energieeffizienz, Netzstabilität.
Das Betriebsprogramm BP ist derart ausgelegt, dass die Steuereinrichtung 70 den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers 50 und die Entnahme elektrischer Energie aus dem externen elektrischen Energieversorgungsnetz 41 unter Berücksichtigung des Leistungsanforderungsdatensatzes LAD sowie auf der Basis der Einflussgrößen EG mit Blick auf eine, mehrere oder alle Zielgrößen des Zielgrößendatensatzes ZGD steuert. Ziel ist dabei die Optimierung möglichst vieler Zielgrößen bzw. von Zielgrößen hoher Priorität.
Auch kann die Steuereinrichtung 70 den eigenen Verbrauch und das eigene Ladeverhalten zumindest auch unter Berücksichtigung von Daten anderer Straßenfahrzeuge steuern, die von den anderen Straßenfahrzeugen oder einer Zentrale übermittelt werden, und zwar derart, dass die Energieentnahme aller Straßenfahrzeuge insgesamt der Einspeiseleistung der streckenseitigen Energiequelle bestmöglich entspricht.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Straßenfahrzeug (10) mit - einem elektrischen Antrieb (20), - einem Energieaufnehmer zum Aufnehmen elektrischer Energie, die streckenseitig von mindestens einer streckenseitigen Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, und - einem elektrischen Energiespeicher (50) zum Speichern elektrischer Energie, wobei der Energiespeicher (50) zum Versorgen des Antriebs (20) mit dem Antrieb (20) elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Straßenfahrzeug (10) eine Steuereinrichtung (70) aufweist, die die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers (50), in Abhängigkeit zumindest dreier Parameter steuert, nämlich - in Abhängigkeit von einer die elektrische Belastung der streckenseitigen Energiequelle angebenden Belastungsgröße (Um), - in Abhängigkeit von dem Ladezustand (LZ) des eigenen Energiespeichers (50) und - in Abhängigkeit zumindest einer Streckeninformation (SI), die zumindest auch die streckenseitige Energieversorgung auf der vorausliegenden Strecke angibt.
Straßenfahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) in Streckenabschnitten mit streckenseitiger Energieversorgung die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers (50), aussetzt oder reduziert, wenn die streckenseitige Energiequelle über ein vorgegebenes Maß hinaus belastet ist und der Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (50) und die Streckeninformation (SI) ein Aussetzen oder eine Reduktion des Ladens ermöglichen.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die streckenseitige Energiequelle ein elektrisches Energieversorgungsnetz (41) ist, - der Energieaufnehmer ein Stromabnehmer (30) ist und - das Straßenfahrzeug (10) eine Spannungsmesseinrichtung (80) aufweist, die als die oben genannte Belastungsgröße (Um) die streckenseitig anliegende Speisespannung (U) der streckenseitigen Energiequelle misst.
Straßenfahrzeug (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) das Laden des Energiespeichers (50) aussetzt oder reduziert und/oder den Energieverbrauch des eigenen Straßenfahrzeugs (10) reduziert, wenn die Speisespannung (U) einen unteren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) das Laden des Energiespeichers (50) unabhängig von der elektrischen Belastung der streckenseitigen Energiequelle beginnt oder fortsetzt, wenn die Streckeninformation (SI) und der Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (50) anzeigen, dass ein vorausliegender und ohne streckenseitige Energieversorgung ausgestatteter Streckenabschnitt oder das Fahrtziel insgesamt ohne eine Erhöhung des Ladezustands des Energiespeichers (50) nicht durchfahren oder erreicht werden kann.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Straßenfahrzeug (10) zusätzlich zu dem Antrieb (20) eine Vielzahl an sonstigen Verbrauchern (60) aufweist, denen jeweils eine Priorität (PRIO1, PRIO2, PRIO3) zugeordnet ist.
Straßenfahrzeug (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) die Antriebsleistung des Antriebs (20) drosselt und/oder die sonstigen Verbraucher (60) beginnend mit denen mit niedrigster Priorität (PRIO3) in ihrem Energieverbrauch drosselt oder abschaltet, wenn die Streckeninformation (SI), der Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (50) und die aktuelle und die zu erwartende streckenseitige Energieversorgung anzeigen, dass ein vorausliegender und ohne streckenseitige Energieversorgung ausgestatteter Streckenabschnitt oder das Fahrtziel insgesamt ohne eine fahrzeugseitige Reduktion des Energieverbrauchs nicht durchfahren bzw. erreicht werden kann.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) die Antriebsleistung des Antriebs (20) drosselt und/oder die sonstigen Verbraucher (60), vorzugsweise beginnend mit denen mit niedrigster Priorität (PRIO3), in ihrem Energieverbrauch drosselt oder abschaltet und/oder Energie aus dem Energiespeicher (50) entnimmt, wenn die Belastungsgröße (Um) eine zu hohe Belastung der streckenseitigen Energiequelle anzeigt, insbesondere wenn die Speisespannung (U) einen unteren Schwellenwert erreicht oder unterschreitet.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinrichtung (70) den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers (50) und die Entnahme elektrischer Energie aus der streckenseitigen Energiequelle auf der Basis eines Leistungsanforderungsdatensatzes (LAD) steuert, - wobei in dem Leistungsanforderungsdatensatz (LAD) eine Vielzahl an möglichen Leistungsanforderungen enthalten sind, denen jeweils eine Priorität (PRIO1, PRIO2, PRIO3) und/oder eine Mindestanforderung, insbesondere hinsichtlich Verfügbarkeit und Einsatzzeit, zugeordnet ist.
Straßenfahrzeug (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsanforderungsdatensatz (LAD) eine, mehrere oder alle der folgenden Leistungsanforderungen umfasst: - die Traktionsleistung zur Erfüllung der fahrdynamischen Leistungsanforderung, - eine reduzierte Traktionsleistung zur Erfüllung einer sicherheitsrelevanten, minimalen fahrdynamischen Leistungsanforderung, insbesondere zur Gewährleistung einer Rangierfähigkeit, - Komfortleistungen in Fahrzeugen des Personenverkehrs, insbesondere Klimatisierung, Audio/Video und Beleuchtung, - Nebenverbraucher in Fahrzeugen des Güterverkehrs, insbesondere zur Kühlung und Belüftung, - Komfortverbraucher für die Fahrzeugführer, - Nebenverbraucher für die Antriebssysteme, insbesondere zur Kühlung, zur Lüftung und zur Überwachung, - sicherheitsrelevante Nebenverbraucher, insbesondere für die Notbeleuchtung, für die Kommunikation, für die Lenkhilfepumpe und für den Luftkompressor, - die maximale Ladeleistung der Energiespeicher (50) zur vollständigen Aufladung und Verfügbarkeit der maximalen Reichweite nach Verlassen des elektrifizierten Streckenabschnitts, - minimale Ladeleistung der Energiespeicher (50) zur Teilaufladung zur Erfüllung sicherheitskritischer Leistungsanforderungen, insbesondere betreffend Nebenverbraucher, Fahrdynamik oder Rangierfähigkeit nach Verlassen des elektrifizierten Streckenabschnitts.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) den Leistungsanforderungsdatensatz (LAD) auf der Basis aktueller Eingangsdaten (ED) ermittelt oder aktualisiert, insbesondere hinsichtlich der Priorität und/oder der jeweiligen Mindestanforderung.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers (50) und die Entnahme elektrischer Energie aus der streckenseitigen Energiequelle unter Berücksichtigung des Leistungsanforderungsdatensatzes (LAD) sowie auf der Basis festgelegter Einflussgrößen (EG) steuert.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) eine, mehrere oder alle der folgenden Einflussgrößen (EG) berücksichtigt: - Momentanwert der Fahrleitungsspannung, - Momentanwert der Leistung bzw. des Gesamtstroms eines speisenden Unterwerkes, - Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (50), - beabsichtigte Restfahrweite im elektrifizierten Straßennetz, - beabsichtigte fahrleitungsunabhängige Fahrweite im Vor- oder Nachlauf zum elektrifizierten Straßennetz im Routenverlauf, - momentanes Verkehrsaufkommen, - Verkehrsaufkommen im weiteren Routenverlauf, insbesondere im elektrifizierten Streckennetz, vorzugsweise unter Einbeziehung extern ausgewerteter Verkehrslageinformationen, - Zustandsdaten, insbesondere Temperatur in einem Kühlraum oder Temperatur/Luftfeuchte in einem Fahrgastraum des Straßenfahrzeugs (10), - Routenverlauf, insbesondere hinsichtlich fahrdynamischer Anforderungen, - Zuladung/Auslastung des Straßenfahrzeugs (10), - Fahrzeitreserven im Routenverlauf
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) den eigenen Energieverbrauch, das Laden des Energiespeichers (50) und die Entnahme elektrischer Energie aus der streckenseitigen Energiequelle unter Berücksichtigung des Leistungsanforderungsdatensatzes (LAD) sowie auf der Basis vorgegebener Einflussgrößen (EG) mit Blick auf eine oder mehrere Zielgrößen steuert.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) eine, mehrere oder alle der folgenden Zielgrößen berücksichtigt: - Gewährleistung der sicherheitskritischen Funktionen, insbesondere mit Blick auf Personen, Fahrzeug und Ladung, - Erfüllung der Transportaufgabe, - Reduzierung der Verfügbarkeitseinschränkungen des einzelnen Fahrzeugs und der Gesamtheit der elektrisch versorgten Fahrzeuge, - Energieeffizienz, - Netzstabilität.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) den eigenen Verbrauch und das eigene Ladeverhalten zumindest auch unter Berücksichtigung von Daten anderer Straßenfahrzeuge steuert, die von den anderen Fahrzeugen oder einer Zentrale übermittelt werden, und zwar derart, dass die Energieentnahme aller Straßenfahrzeuge insgesamt der Einspeiseleistung der streckenseitigen Energiequelle bestmöglich entspricht.
Straßenfahrzeug (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (70) eine Recheneinrichtung (71) und einen Speicher (72) umfasst, in dem ein Betriebsprogramm (BP) gespeichert ist, wobei das Betriebsprogramm (BP) bei Ausführung durch die Recheneinrichtung die oben beschriebenen Funktionen der Steuereinrichtung (70) bereitstellt.
Verfahren zum Betreiben eines Straßenfahrzeugs (10), das einen elektrischen Antrieb (20), einen Energieaufnehmer zum Aufnehmen elektrischer Energie, die streckenseitig von mindestens einer streckenseitigen Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, und einen elektrischen Energiespeicher (50) zum Speichern elektrischer Energie aufweist, wobei der Energiespeicher (50) zum Versorgen des Antriebs (20) mit dem Antrieb (20) elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieentnahme aus der streckenseitigen Energiequelle, insbesondere das Laden des Energiespeichers (50), in Abhängigkeit zumindest dreier Parameter gesteuert wird, nämlich - in Abhängigkeit von einer die elektrische Belastung der streckenseitigen Energiequelle angebenden Belastungsgröße (Um), - in Abhängigkeit von dem Ladezustand (LZ) des eigenen Energiespeichers (50) und - in Abhängigkeit von zumindest einer Streckeninformation (SI), die zumindest auch die streckenseitige Energieversorgung auf der vorausliegenden Strecke angibt.