DE102020204900B4 - Method and circuit arrangement for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Vorladen einer Eingangskapazität (CV) eines Fahrzeugs (50) beim Ausbilden eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberleitung (20),wobei ein zweipoliger elektrischer Kontakt zwischen der Oberleitung (20) und dem Fahrzeug (50) polweise jeweils mittels mindestens eines Halbleiterschalters (S1,S2) hergestellt wird, undwobei zumindest einer der Halbleiterschalter (S1) gepulst derart angesteuert wird, dass die Eingangskapazität (CV) des Fahrzeugs (50) auf eine Sollspannung (vDes) vorgeladen wird,wobei ein elektrischer Kontakt für einen der Pole durch Schließen des mindestens einen dem Pol zugeordneten Halbleiterschalters (S2) nach Ausbilden eines mechanischen Kontaktes zwischen einem Stromabnehmer (53) und der Oberleitung (20) ausgebildet wird, und wobei nur der dem anderen elektrischen Pol zugeordnete mindestens eine Halbleiterschalter (S1) zum Vorladen der Eingangskapazität (CV) gepulst angesteuert wird.Method for precharging an input capacitance (CV) of a vehicle (50) when forming an electrical contact with an overhead line (20), wherein a two-pole electrical contact between the overhead line (20) and the vehicle (50) is made pole by pole by means of at least one semiconductor switch (S1 , S2) is produced, and wherein at least one of the semiconductor switches (S1) is controlled in a pulsed manner in such a way that the input capacitance (CV) of the vehicle (50) is precharged to a target voltage (vDes), wherein an electrical contact for one of the poles is closed by closing the at least one semiconductor switch (S2) assigned to the pole is formed after a mechanical contact has been formed between a pantograph (53) and the overhead line (20), and wherein only the at least one semiconductor switch (S1) assigned to the other electrical pole is used for precharging the input capacitance (CV ) is controlled in a pulsed manner.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Vorladen einer Eingangskapazität eines Fahrzeugs beim Ausbilden eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberleitung.The invention relates to a method and a circuit arrangement for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line.
Es ist bekannt, beim Ankoppeln eines Fahrzeugs an eine Oberleitung eine Eingangskapazität des Fahrzeugs mittels einer Vorladeschaltung vorzuladen. Hierbei wird die Eingangskapazität soweit aufgeladen, dass eine verbleibende Spannungsdifferenz zwischen der Oberleitung und der Eingangskapazität zu gering ist, um für Bauelemente schädliche Ströme hervorzurufen.It is known, when a vehicle is coupled to an overhead line, to precharge an input capacitance of the vehicle by means of a precharging circuit. In this case, the input capacitance is charged to such an extent that the remaining voltage difference between the overhead line and the input capacitance is too low to cause currents that are harmful to components.
Ferner sind üblicherweise in einem zum Koppeln verwendeten Pantographen neben der Vorladeschaltung mechanische Hauptschütze sowie Sicherungen gegen Überstrom vorhanden, um das sichere An- und Abkoppeln sowie Trennen der Stromkreise zu ermöglichen.Furthermore, in addition to the pre-charging circuit, mechanical main contactors and fuses against overcurrent are usually present in a pantograph used for coupling in order to enable safe coupling and decoupling as well as disconnection of the circuits.
Während des Fahrbetriebs an der Oberleitung kann es zu Kontaktverlusten zwischen dem Pantographen bzw. dessen Stromabnehmern (z.B. Schleifkontakten) und der Oberleitung kommen. Auch das Wiederkontaktieren erfordert ein kontrolliertes Vorladen der Eingangskapazität, da durch die Eigenschaften von Oberleitung (ohmsch-induktiv) und Fahrzeug (kapazitiv) ein gering bedämpfter Schwingkreis ausgebildet wird, was zu starken Schwingungen von Strom und Spannung führen kann. Dieser Effekt kann zu zeitweisen Überspannungen im System führen und wegen der großen Vorladestromstärke einen frühzeitigen Verschleiß von Bauelementen, insbesondere von mechanischen Schaltkontakten, bewirken.Loss of contact between the pantograph or its pantographs (e.g. sliding contacts) and the overhead line can occur while driving on the overhead line. Reconnecting also requires a controlled pre-charging of the input capacitance, since the properties of the overhead line (resistive-inductive) and vehicle (capacitive) form a slightly damped oscillating circuit, which can lead to strong current and voltage oscillations. This effect can lead to temporary overvoltages in the system and, due to the high pre-charging current, premature wear of components, especially mechanical switching contacts.
Es ist bekannt, das Vorladen über einen ohmschen Vorladewiderstand durchzuführen. Die Steuerung mit mechanischen Schaltern und diskreten Vorladewiderständen ist beim Erstkontaktieren über eine Ablaufsteuerung oder eine Spannungssteuerung möglich. Allerdings ist beim Wiederkontaktieren der Oberleitung wegen der extrem kurzen Kontaktpausen (wenige Millisekunden) ein mechanischer Schalter in der Regel nicht einsetzbar. Damit wird der Prozess nicht steuerbar. Des Weiteren ist das Vorladen über den konstanten Vorladewiderstand ein rein passives Verfahren und daher vergleichsweise zeitaufwändig, da ein relativ großer Vorladewiderstand gewählt werden muss, sofern die Kontaktströme der Hauptschütze zur Minderung des Kontaktverschleißes, insbesondere zu Beginn des Vorladens, stark reduziert werden sollen. Ein weiterer Nachteil des passiven Verfahrens ist, dass ein eventuell vorhandener Laststrom dazu führen würde, dass die Vorladung nicht beendet wird.It is known to carry out the pre-charging via an ohmic pre-charging resistor. The control with mechanical switches and discrete pre-charging resistors is possible when contacting for the first time via a sequence control or a voltage control. However, when contacting the overhead line again, a mechanical switch cannot usually be used due to the extremely short contact breaks (a few milliseconds). This makes the process uncontrollable. Furthermore, precharging via the constant precharging resistor is a purely passive process and therefore comparatively time-consuming, since a relatively large precharging resistor must be selected if the contact currents of the main contactors are to be greatly reduced to reduce contact wear, especially at the beginning of precharging. Another disadvantage of the passive method is that any load current that might be present would mean that the precharging is not completed.
Aus der
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Vorladen einer Eingangskapazität eines Fahrzeugs beim Ausbilden eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberleitung zu verbessern.The invention is based on the object of improving a method and a circuit arrangement for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a method having the features of
Insbesondere wird ein Verfahren zum Vorladen einer Eingangskapazität eines Fahrzeugs beim Ausbilden eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberleitung zur Verfügung gestellt, wobei ein zweipoliger elektrischer Kontakt zwischen der Oberleitung und dem Fahrzeug polweise jeweils mittels mindestens eines Halbleiterschalters hergestellt wird, und wobei zumindest einer der Halbleiterschalter gepulst derart angesteuert wird, dass die Eingangskapazität des Fahrzeugs auf eine Sollspannung vorgeladen wird.In particular, a method for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line is provided, with a two-pole electrical contact between the overhead line and the vehicle being produced pole by pole by means of at least one semiconductor switch, and at least one of the semiconductor switches being pulsed in such a way is controlled that the input capacitance of the vehicle is pre-charged to a target voltage.
Ferner wird insbesondere eine Schaltungsanordnung für ein Fahrzeug zum Vorladen einer Eingangskapazität eines Fahrzeugs beim Ausbilden eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberleitung geschaffen, umfassend jeweils mindestens ein Halbleiterschalter für jeden Pol einer elektrischen Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Fahrzeug, eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, zumindest einen der Halbleiterschalter gepulst derart anzusteuern, dass die Eingangskapazität des Fahrzeugs auf eine Sollspannung vorgeladen wird.Furthermore, in particular a circuit arrangement for a vehicle for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line is created, comprising at least one semiconductor switch for each pole of an electrical connection between the overhead line and the vehicle, a control device, the control device being designed in this way is to drive at least one of the semiconductor switches in a pulsed manner in such a way that the input capacitance of the vehicle is precharged to a target voltage.
Das Verfahren und die Schaltungsanordnung ermöglichen es, zum Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einer Oberleitung und einem Fahrzeug, insbesondere einer elektrischen Verbindung zwischen der Oberleitung und einem Hochvoltnetz des Fahrzeugs, eine Eingangskapazität des Fahrzeugs, welche in der Regel durch eine Zwischenkreiskapazität des Hochvoltnetzes des Fahrzeugs gebildet wird, gezielt und kontrolliert vorzuladen. Hierdurch kann eine Spannungsdifferenz zwischen der Oberleitung und dem Hochvoltnetz des Fahrzeugs verringert oder vollständig beseitigt werden. Insbesondere ermöglichen das Verfahren und die Schaltungsanordnung ein zweipoliges Verbinden und Trennen der elektrischen Verbindung. Hierzu ist für jeden der Pole der elektrischen Verbindung jeweils mindestens ein Halbleiterschalter vorgesehen. Zum Vorladen der Eingangskapazität wird der mindestens eine Halbleiterschalter an zumindest einem der Pole gepulst angesteuert, sodass die Eingangskapazität des Fahrzeugs auf eine Sollspannung vorgeladen wird. Bei geeigneter Wahl der Pulse, mit denen der Halbleiterschalter angesteuert wird, kann insbesondere erreicht werden, dass ein effektiv auf die Eingangskapazität fließender Strom begrenzt und eine Spannung an der Eingangskapazität über eine vorgegebene Vorladezeit an die Spannung der Oberleitung angepasst werden kann.The method and the circuit arrangement enable an input capacitance of the vehicle, which is generally formed by an intermediate circuit capacitance of the high-voltage network of the vehicle, to form an electrical connection between an overhead line and a vehicle, in particular an electrical connection between the overhead line and a high-voltage network of the vehicle is to subpoena in a targeted and controlled manner. As a result, a voltage difference between the overhead line and the high-voltage network of the vehicle can be reduced or completely eliminated. In particular, the method and the circuit arrangement enable a two-pole connection and disconnection of the electrical connection. For this purpose, at least one semiconductor switch is provided for each of the poles of the electrical connection. To precharge the input capacitance, the at least one semiconductor switch is driven in a pulsed manner on at least one of the poles, so that the input capacitance of the vehicle is precharged to a target voltage. With a suitable selection of the pulses with which the semiconductor switch is driven, it can be achieved in particular that a current flowing effectively to the input capacitance can be limited and a voltage at the input capacitance can be adapted to the voltage of the overhead line over a predetermined pre-charging time.
Das Verfahren wird insbesondere automatisch gestartet, wenn eine Kontaktierung zu einer Oberleitung bevorsteht.In particular, the method is started automatically when contact with an overhead line is imminent.
Ein Halbleiterschalter ist insbesondere ein Leistungshalbleiterschalter. Der Halbleiterschalter kann beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder als Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ausgebildet sein.A semiconductor switch is in particular a power semiconductor switch. The semiconductor switch can be formed, for example, as a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) or as a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT).
Es kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung für jeden der Pole jeweils zwei Halbleiterschalter aufweist, die jeweils derart miteinander verschaltet sind, dass ein bidirektionaler Stromfluss und Leistungsfluss möglich ist. Hierdurch wird neben einer Übertragung von elektrischer Energie von der Oberleitung zum Fahrzeug insbesondere auch eine Rückeinspeisung, das heißt eine Übertragung von elektrischer Energie vom Fahrzeug über die Oberleitung in ein Versorgernetz, ermöglicht.Provision can be made for the circuit arrangement to have two semiconductor switches for each of the poles, which are each connected to one another in such a way that a bidirectional current flow and power flow is possible. In this way, in addition to a transmission of electrical energy from the overhead line to the vehicle, it is also possible, in particular, to feed it back, ie to transmit electrical energy from the vehicle via the overhead line to a utility network.
Insbesondere umfasst die Schaltungsanordnung jeweils einen Halbleiterschalter für jeden der Pole, sodass die elektrische Verbindung allpolig ausgebildet oder getrennt werden kann.In particular, the circuit arrangement includes a semiconductor switch for each of the poles, so that the electrical connection can be made or separated on all poles.
Ein Pol bezeichnet insbesondere einen Spannungspol (z.B. Pluspol und Minuspol) einer Gleichspannung bzw. eine Polarität eines zum Ausbilden der elektrischen Verbindung verwendeten elektrischen Leiters oder Leitungspfades.A pole designates in particular a voltage pole (e.g. positive pole and negative pole) of a DC voltage or a polarity of an electrical conductor or conductive path used to form the electrical connection.
Die Sollspannung entspricht insbesondere einer Spannung auf der Oberleitung oder einer Spannung zumindest in der Nähe der Spannung auf der Oberleitung. Die Schaltungsanordnung weist zum Erfassen der Spannung auf der Oberleitung insbesondere einen Spannungssensor auf, wobei hiermit erfasste Sensordaten der Steuereinrichtung zugeführt werden.The target voltage corresponds in particular to a voltage on the overhead line or a voltage at least close to the voltage on the overhead line. In order to detect the voltage on the overhead line, the circuit arrangement has in particular a voltage sensor, sensor data detected thereby being fed to the control device.
Teile der Steuereinrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet sind.Parts of the control device can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC).
Bei dem Verfahren und der Schaltungsanordnung wird insbesondere davon ausgegangen, dass eine elektrische Verbindung zwischen Gleichspannungsnetzen ausgebildet wird.In the case of the method and the circuit arrangement, it is assumed in particular that an electrical connection is formed between DC voltage networks.
Es ist vorgesehen, dass ein elektrischer Kontakt für einen der Pole durch Schließen des mindestens einen dem Pol zugeordneten Halbleiterschalters nach Ausbilden eines mechanischen Kontaktes zwischen einem Stromabnehmer und der Oberleitung ausgebildet wird, und wobei nur der dem anderen elektrischen Pol zugeordnete mindestens eine Halbleiterschalter zum Vorladen der Eingangskapazität gepulst angesteuert wird. Hierdurch kann auf eine Synchronisation beim Schalten der für die beiden Pole vorgesehenen Halbleiterschalter weitgehend verzichtet werden, da lediglich der mindestens eine Halbleiterschalter von einem der beiden Pfade gepulst angesteuert werden muss. Hierdurch können die Ansteuerung und die Schaltungsanordnung, insbesondere die Steuereinrichtung, vereinfacht werden, sodass Kosten und Aufwand eingespart werden können. Ist beispielweise für jeden der beiden Pole jeweils ein Halbleiterschalter vorgesehen, so sind bei einem mechanischen Kontaktieren der Oberleitung über einen Pantographen beide Halbleiterschalter geöffnet. Nach dem mechanischen Kontaktieren wird einer der beiden Halbleiterschalter dauerhaft geschlossen, sodass für den zugehörigen Pol eine dauerhafte elektrische Verbindung ausgebildet ist, jedoch noch kein Strom fließt. Anschließend wird der andere Halbleiterschalter gepulst angesteuert, sodass die Eingangskapazität des Eingangskondensator schrittweise auf eine Sollspannung aufgeladen wird.Provision is made for an electrical contact for one of the poles to be made by closing the at least one semiconductor switch assigned to the pole after a mechanical contact has been formed between a pantograph and the overhead line is formed, and wherein only the at least one semiconductor switch assigned to the other electrical pole is driven in a pulsed manner for precharging the input capacitance. As a result, synchronization when switching the semiconductor switches provided for the two poles can be largely dispensed with, since only the at least one semiconductor switch has to be driven in a pulsed manner by one of the two paths. As a result, the control and the circuit arrangement, in particular the control device, can be simplified, so that costs and effort can be saved. If, for example, a semiconductor switch is provided for each of the two poles, both semiconductor switches are open when the overhead line is mechanically contacted via a pantograph. After the mechanical contact has been made, one of the two semiconductor switches is permanently closed, so that a permanent electrical connection is formed for the associated pole, but no current is yet flowing. The other semiconductor switch is then driven in a pulsed manner, so that the input capacitance of the input capacitor is gradually charged to a target voltage.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Spannungssteuerung und Pulsweitenmodulations-Ansteuerung von Gatetreibern des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters durchgeführt wird. Hierdurch kann ein stufenweises bzw. kontinuierliches Angleichen der Spannungen zwischen Oberleitung und der Eingangskapazität erreicht werden. Insbesondere können hierdurch störende Schwingungen sowohl im Hinblick auf eine Stromamplitude als auch im Hinblick auf eine Dauer verbessert reduziert werden. In einem einfachen Fall ist vorgesehen, dass eine Spannungsrampe in Abhängigkeit einer zwischen der Oberleitung und der Eingangskapazität vorhandenen Spannungsdifferenz und einer vorgegebenen Vorladezeit berechnet wird. Ausgehend von der berechneten Spannungsrampe wird jeweils im Zeitverlauf, das heißt für einen aktuellen Zeitpunkt beim Vorladen, ein Sollwert für die Spannung in ein Pulsweitenverhältnis umgerechnet und mittels eines Pulsweitenmodulators dem Gatetreiber des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters zugeführt.One embodiment provides that the precharging is carried out by means of a voltage control and pulse width modulation control of gate drivers of the at least one semiconductor switch controlled in a pulsed manner. In this way, a gradual or continuous adjustment of the voltages between the overhead line and the input capacitance can be achieved. In particular, disruptive vibrations can be reduced in an improved manner both with regard to a current amplitude and with regard to a duration. In a simple case, it is provided that a voltage ramp is calculated as a function of a voltage difference present between the overhead line and the input capacitance and a predetermined pre-charging time. Starting from the calculated voltage ramp, a target value for the voltage is converted into a pulse width ratio over time, i.e. for a current point in time during precharging, and fed to the gate driver of the at least one pulsed-controlled semiconductor switch by means of a pulse width modulator.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Stromregelung über eine kontinuierliche Regelung und Pulsweitenmodulations-Ansteuerung von Gatetreibern des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters durchgeführt wird. Hierdurch kann ein maximal beim Vorladen fließender Strom verbessert begrenzt werden. Da ein maximal fließender Strom verbessert begrenzt werden kann, können auch Schwingungen im Strom nach Beenden des Vorladens verbessert reduziert werden, sowohl im Hinblick auf eine Stromamplitude als auch im Hinblick auf eine Dauer. In einem einfachen Beispiel ist vorgesehen, dass ein Spannungsgradient in Abhängigkeit einer zwischen der Oberleitung und der Eingangskapazität vorhandenen Spannungsdifferenz und einer vorgegebenen Vorladezeit berechnet wird (d.h. eine Steigung einer insbesondere linearen Spannungsrampe). Ausgehend von dem berechneten Spannungsgradienten wird in Abhängigkeit der Eingangskapazität ein Sollwert für den Strom berechnet. Dieser berechnete Sollwert für den Strom bildet für einen PI-Stromregler eine Führungsgröße, wobei der PI-Stromregler zum Regeln einen Sollwert für die Spannung als Stellgröße bereitstellt. Die Spannung wird in ein Pulsweitenverhältnis umgerechnet und mittels eines Pulsweitenmodulators dem Gatetreiber des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters zugeführt. Anders ausgedrückt läuft die Spannung beim Vorladen dem Strom hinterher, da die Eingangskapazität wie ein Integrator arbeitet.One embodiment provides that the pre-charging is carried out by means of current regulation via continuous regulation and pulse width modulation actuation of gate drivers of the at least one semiconductor switch which is actuated in a pulsed manner. As a result, a maximum current flowing during precharging can be limited in an improved manner. Since a maximum current that flows can be limited in an improved manner, oscillations in the current after the precharging has ended can also be reduced in an improved manner, both with regard to a current amplitude and with regard to a duration. In a simple example, it is provided that a voltage gradient is calculated as a function of a voltage difference between the overhead line and the input capacitance and a predetermined pre-charging time (i.e. a gradient of a particularly linear voltage ramp). Based on the calculated voltage gradient, a target value for the current is calculated as a function of the input capacitance. This calculated setpoint value for the current forms a reference variable for a PI current controller, with the PI current controller providing a setpoint value for the voltage as a manipulated variable for regulation. The voltage is converted into a pulse width ratio and fed to the gate driver of the at least one pulsed-controlled semiconductor switch by means of a pulse width modulator. In other words, the voltage lags the current during pre-charging because the input capacitance works like an integrator.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Stromregelung über eine Zweipunktregelung mit direkter Ansteuerung von Gatetreibern des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters durchgeführt wird. Die Zweipunktregelung erlaubt einen besonders einfachen Aufbau der Schaltungsanordnung bzw. der Steuereinrichtung. Dennoch können ein Strom beim Vorladen gezielt geregelt und Schwingungen nach Beenden des Vorladens verringert werden. Insbesondere wird der Gatetreiber um den gewünschten Sollwert herum lediglich ein- und ausgeschaltet, das heißt es gibt nur zwei Zustände bei der Zweipunktregelung. Ferner ist die Zweipunktregelung beim elektrischen Verbinden des Fahrzeugs mit einer Oberleitung vorteilhaft, weil keine Kenntnisse zur Stromregelstrecke bekannt sein müssen. Da die Induktivitäten des Gesamtsystems in der Regel unbekannt sind, erlaubt dies eine verbesserte Regelung des Stroms beim Vorladen. In einem einfachen Beispiel ist vorgesehen, dass ein Spannungsgradient in Abhängigkeit einer zwischen der Oberleitung und der Eingangskapazität vorhandenen Spannungsdifferenz und einer vorgegebenen Vorladezeit berechnet wird (d.h. eine Steigung einer insbesondere linearen Spannungsrampe). Ausgehend von dem berechneten Spannungsgradienten wird in Abhängigkeit der Eingangskapazität ein Sollwert für den Strom berechnet. Dieser berechnete Sollwert für den Strom wird mittels eines Zweipunktreglers geregelt, das heißt der Gatetreiber wird mittels des Zweipunktreglers entsprechend angesteuert. Wie bei der kontinuierlichen Regelung läuft die Spannung dem Strom hinterher, da die Eingangskapazität wie ein Integrator arbeitet.One embodiment provides that the precharging is carried out by means of a current control via a two-point control with direct control of gate drivers of the at least one semiconductor switch controlled in a pulsed manner. The two-point control allows a particularly simple construction of the circuit arrangement or the control device. Nevertheless, a current during pre-charging can be regulated in a targeted manner and oscillations can be reduced after pre-charging has ended. In particular, the gate driver is only switched on and off around the desired setpoint, which means there are only two states in two-point control. Furthermore, the two-point control is advantageous when electrically connecting the vehicle to an overhead line, because no knowledge of the current control path is required. Since the inductances of the overall system are usually unknown, this allows improved control of the current during pre-charging. In a simple example, it is provided that a voltage gradient is calculated as a function of a voltage difference between the overhead line and the input capacitance and a predetermined pre-charging time (i.e. a gradient of a particularly linear voltage ramp). Based on the calculated voltage gradient, a target value for the current is calculated as a function of the input capacitance. This calculated desired value for the current is controlled using a two-point controller, ie the gate driver is controlled accordingly using the two-point controller. As with continuous regulation, the voltage lags the current because the input capacitance works like an integrator.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Kaskadenregelung der Spannung mit unterlagerter Stromregelung über eine kontinuierliche Regelung und Pulsweitenmodulations-Ansteuerung von Gatetreibern des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters durchgeführt wird. Hierdurch können Schwingungen beim und nach dem Vorladen nahezu gänzlich unterdrückt werden. In einem einfachen Beispiel ist vorgesehen, dass ausgehend von der Spannung auf der Oberleitung als Führungsgröße ein Spannungsregler als Stellgröße einen Sollwert für den Strom bereitstellt. Der Sollwert für den Strom bildet die Führungsgröße für einen PI-Stromregler, der als Stellgröße eine Spannung bereitstellt, die in ein Pulsweitenverhältnis umgerechnet und mittels eines Pulsweitenmodulators dem Gatetreiber des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters zugeführt wird.In one embodiment it is provided that the pre-charging by means of a cascade control the voltage with subordinate current regulation is carried out via continuous regulation and pulse width modulation actuation of gate drivers of the at least one semiconductor switch which is actuated in a pulsed manner. As a result, vibrations during and after preloading can be almost completely suppressed. A simple example provides that, based on the voltage on the overhead line as a command variable, a voltage regulator provides a setpoint value for the current as a manipulated variable. The target value for the current forms the reference variable for a PI current controller, which provides a voltage as a manipulated variable, which is converted into a pulse width ratio and fed to the gate driver of the at least one pulsed-controlled semiconductor switch by means of a pulse width modulator.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Kaskadenregelung der Spannung mit unterlagerter Stromregelung über eine Zweipunktregelung mit direkter Ansteuerung von Gatetreibern des mindestens einen gepulst angesteuerten Halbleiterschalters durchgeführt wird. Hierdurch können Schwingungen beim und nach dem Vorladen nahezu gänzlich unterdrückt werden. Darüber hinaus kann ein Einschaltstrom gegenüber einer kontinuierlichen Regelung stark begrenzt werden. Ferner erlaubt die Zweipunktregelung einen besonders einfachen Aufbau der Schaltungsanordnung bzw. der Steuereinrichtung. In einem einfachen Beispiel ist vorgesehen, dass ausgehend von der Spannung auf der Oberleitung als Führungsgröße ein Spannungsregler als Stellgröße einen Sollwert für den Strom bereitstellt. Der Sollwert für den Strom bildet die Führungsgröße für den Zweipunktregler. Wie bei der kontinuierlichen Regelung läuft die Spannung dem Strom hinterher, da die Eingangskapazität wie ein Integrator arbeitet.One embodiment provides that the pre-charging is carried out by means of a cascade regulation of the voltage with a subordinate current regulation via a two-point regulation with direct activation of gate drivers of the at least one pulsed-controlled semiconductor switch. As a result, vibrations during and after preloading can be almost entirely suppressed. In addition, an inrush current can be greatly limited compared to continuous regulation. Furthermore, the two-point control allows a particularly simple construction of the circuit arrangement or the control device. A simple example provides that, based on the voltage on the overhead line as a command variable, a voltage regulator provides a setpoint value for the current as a manipulated variable. The setpoint for the current forms the reference variable for the two-position controller. As with continuous regulation, the voltage lags the current because the input capacitance works like an integrator.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für eine jeweils geregelte Größe eine Sollwertbeschränkung vorgesehen ist. Hierdurch kann das Regelverhalten verbessert gesteuert werden.One specific embodiment provides that a target value restriction is provided for a variable that is controlled in each case. As a result, the control behavior can be better controlled.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen auch nach einem Kontaktverlust zwischen einem Stromabnehmer und der Oberleitung und einem Wiederkontaktieren durchgeführt wird. Hierdurch können Ströme auch bei einem kurzzeitigen Kontaktverlust und anschließendem Wiederkontaktieren gering gehalten werden bzw. geregelt werden. Die Steuereinrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, einen Kontaktverlust zu erkennen, beispielsweise durch Erkennen eines kurzzeitigen Spannungsabfalls, und das Verfahren zum Vorladen nach dem Erkennen zu starten.In one embodiment, provision is made for the pre-charging to be carried out even after a loss of contact between a pantograph and the overhead line and contact being made again. As a result, currents can be kept low or regulated even in the event of a brief loss of contact and subsequent reconnection. The control device is designed in particular to detect a loss of contact, for example by detecting a brief voltage drop, and to start the pre-charging method after detection.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest für einen der Pole nach dem Vorladen ein zusätzlicher elektrischer Kontakt parallel zu dem mindestens einen Halbleiterschalter mittels mindestens eines mechanischen Schalters ausgebildet wird. Auf diese Weise kann ein hybrider Schalter ausgebildet werden. Durch parallel geschaltete mechanische Schalter können Durchlassverluste im normalen Betrieb, das heißt nach erfolgtem Vorladen, reduziert werden, die sonst an den Halbleiterschaltern auftreten können. Die parallel geschalteten mechanischen Schalter werden nach einem erfolgreichen Vorladen geschlossen, sodass eine weitere, verlustärmere elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Fahrzeug ausgebildet wird.In one embodiment it is provided that at least one of the poles after the pre-charging, an additional electrical contact is formed parallel to the at least one semiconductor switch by means of at least one mechanical switch. In this way a hybrid switch can be formed. Mechanical switches connected in parallel can reduce conduction losses in normal operation, ie after precharging has taken place, which can otherwise occur at the semiconductor switches. The mechanical switches connected in parallel are closed after successful pre-charging, so that another, lower-loss electrical connection is formed between the overhead line and the vehicle.
Ferner können auch in Serie geschaltete mechanische Schalter für beide Pole vorgesehen sein. Diese erlauben eine galvanische Trennung, wobei die in Serie geschalteten mechanischen Schalter im Normalfall und während des Vorladens geschlossen sind.Furthermore, mechanical switches connected in series can also be provided for both poles. These allow galvanic isolation, whereby the series-connected mechanical switches are normally closed and during pre-charging.
In jedem Fall ist vorgesehen, dass die mechanischen Schalter koordiniert zu den Halbleiterschaltern geschaltet werden. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, die mechanischen Schalter durch entsprechendes Ansteuern jeweils koordiniert mit den Halbleiterschaltern zu schließen und zu öffnen.In any case, provision is made for the mechanical switches to be switched in a coordinated manner with respect to the semiconductor switches. The control device is designed in such a way that the mechanical switches are closed and opened by appropriate activation in a manner coordinated with the semiconductor switches.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung und dem Fahrzeug im Falle eines Auftretens einer Überspannung, eines Überstroms und/oder eines Fehlerstroms mittels des mindestens einen Halbleiterschalters getrennt wird. Hierdurch kann mittels der Halbleiterschalter eine Sicherung realisiert werden, die die Schaltungsanordnung und das Fahrzeug zusätzlich und verbessert absichert. Zum Erfassen einer Überspannung, eines Überstroms und/oder eines Fehlerstroms ist eine entsprechend hierfür eingerichtete Sensorik vorgesehen.One embodiment provides that an electrical connection between the overhead line and the vehicle is disconnected by means of the at least one semiconductor switch in the event of an overvoltage, an overcurrent and/or a fault current occurring. As a result, a fuse can be implemented by means of the semiconductor switches, which protects the circuit arrangement and the vehicle in an additional and improved manner. A sensor system that is appropriately set up for this purpose is provided for detecting an overvoltage, an overcurrent and/or a fault current.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest einer der Halbleiterschalter mittels einer Snubberschaltung abgesichert wird bzw. abgesichert ist. Hierdurch können beim Öffnen des mindestens einen Halbleiterschalters aufgrund des induktiven Charakters der Oberleitung auftretende Überspannungen abgefangen bzw. verringert werden.In one embodiment, it is provided that at least one of the semiconductor switches is protected or is protected by means of a snubber circuit. As a result, when the at least one semiconductor switch is opened, overvoltages that occur due to the inductive nature of the overhead line can be intercepted or reduced.
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile der Schaltungsanordnung sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.Further features for the configuration of the circuit arrangement result from the description of configurations of the method. The advantages of the circuit arrangement are in each case the same as in the case of the configurations of the method.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung für ein Fahrzeug zum Vorladen einer Eingangskapazität eines Fahrzeugs beim Ausbilden eines elektrischen Kontaktes mit einer Oberleitung; -
2 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs für das Schalten der Halbleiterschalter beim Verbinden und Trennen der elektrischen Verbindung zwischen Oberleitung und Fahrzeug; -
3a ,3b schematische Darstellungen zur Verdeutlichung von Ausführungsformen der Halbleiterschalter für einen unidirektionalen Betrieb; -
4a ,4b schematische Darstellungen zur Verdeutlichung von Ausführungsformen der Halbleiterschalter für einen bidirektionalen Betrieb; -
5 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform der Schaltungsanordnung mit Snubberschaltung; -
6a ,6b verdeutlichen das Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Oberleitung ohne besondere Maßnahmen, das heißt ohne ein Vorladen; -
7a ,7b verdeutlichen das Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Oberleitung, wobei das Vorladen mit Hilfe einer Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird; -
8a ,8b verdeutlichen das Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Oberleitung, wobei das Vorladen mit Hilfe einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird; -
9a ,9b verdeutlichen das Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Oberleitung, wobei das Vorladen mit Hilfe einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird; -
10a ,10b verdeutlichen das Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Oberleitung, wobei das Vorladen mit Hilfe einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird; -
11a ,11b verdeutlichen das Ausbilden einer elektrischen Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Oberleitung, wobei das Vorladen mit Hilfe einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird; -
12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Schaltungsanordnung mit zusätzlichem Überspannungs,- Überstrom- und Fehlerstromschutz; -
13 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Halbleiterschalter mit zusätzlichen parallel und/oder in Serie geschalteten mechanischen Schaltern.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the circuit arrangement for a vehicle for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line; -
2 a schematic representation of a time course for the switching of the semiconductor switches when connecting and disconnecting the electrical connection between the overhead line and the vehicle; -
3a ,3b schematic representations to illustrate embodiments of the semiconductor switches for unidirectional operation; -
4a ,4b schematic representations to illustrate embodiments of the semiconductor switches for bidirectional operation; -
5 a schematic representation of a section of a further embodiment of the circuit arrangement with snubber circuit; -
6a ,6b illustrate the formation of an electrical connection between a vehicle and an overhead line without special measures, ie without pre-charging; -
7a ,7b illustrate the formation of an electrical connection between a vehicle and a catenary, wherein the pre-charging is performed using an embodiment of the method; -
8a ,8b illustrate the formation of an electrical connection between a vehicle and an overhead line, the pre-charging being carried out with the aid of a further embodiment of the method; -
9a ,9b illustrate the formation of an electrical connection between a vehicle and an overhead line, the pre-charging being carried out with the aid of a further embodiment of the method; -
10a ,10b illustrate the formation of an electrical connection between a vehicle and an overhead line, the pre-charging being carried out with the aid of a further embodiment of the method; -
11a ,11b illustrate the formation of an electrical connection between a vehicle and an overhead line, the pre-charging being carried out with the aid of a further embodiment of the method; -
12 a schematic representation of a further embodiment of the circuit arrangement with additional overvoltage, overcurrent and residual current protection; -
13 a schematic representation to illustrate an embodiment of the semiconductor switch with additional mechanical switches connected in parallel and/or in series.
In
Die Schaltungsanordnung 1 ist in einem Pantographen 51 des Fahrzeugs 50 angeordnet. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst jeweils einen Halbleiterschalter S1, S2 für jeden Pol bzw. jede Polarität der elektrischen Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Fahrzeug 50. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung 1 eine Steuereinrichtung 2. Die Steuereinrichtung 2 selbst wird beispielsweise mittels einer Pantographensteuerung 52 gesteuert; beispielsweise kann nach einem mechanischen Verbinden eines Stromabnehmers 53 mit der Oberleitung 20 das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren mittels der Pantographensteuerung 52 durch ein Startsignal gestartet werden.The
Die Steuereinrichtung 2 steuert zumindest einen der Halbleiterschalter S1, S2 gepulst an, sodass die Eingangskapazität CV des Fahrzeugs 50 vorgeladen wird, bevor eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und dem Fahrzeug 50 ausgebildet wird. Insbesondere wird durch das Vorladen der Eingangskapazität CV mittels eines Vorladestroms IV eine Spannung UV an der Eingangskapazität CV einer Spannung UF der Oberleitung 20 angeglichen.The
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner eine Sicherung FP und jeweils einen nicht dargestellten Spannungssensor zum Erfassen der Spannung UF an der Oberleitung 20 und der Spannung UV am Fahrzeug nach dem mechanischen Verbinden. Ferner kann mittels der Spannungssensoren auch ein Kontaktverlust und ein Wiederkontaktieren erfasst und/oder detektiert werden. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung 1 einen Stromsensor 54 zur Erfassung des Stroms IV. Die erfassten Spannungen UF und UV sowie der erfasste Strom IV werden der Steuereinrichtung 2 zugeführt.The
Es kann vorgesehen sein, dass das Vorladen auch nach einem Kontaktverlust zwischen einem Stromabnehmer 53 und der Oberleitung 20 und einem Wiederkontaktieren durchgeführt wird. Das Vorgehen ist hierbei prinzipiell analog zu dem Vorladen nach einem initialen Kontaktieren der Oberleitung 20.Provision can be made for the pre-charging to be carried out even after a loss of contact between a
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Anordnung eine elektrische Überspannungsschutzeinrichtung 3 (Blitzschutz) aufweist.Provision can also be made for the arrangement to have an electrical overvoltage protection device 3 (lightning protection).
In der
Ist die Eingangskapazität CV ausreichend vorgeladen, das heißt ist eine Spannung UV an der Eingangskapazität einer Spannung UF der Oberleitung angeglichen, so wird der Halbleiterschalter S1 dauerhaft geschlossen (Zeitpunkt t3). Jetzt kann im normalen Betrieb elektrische Leistung von der Oberleitung zum Fahrzeug transportiert werden und dort beispielsweise zum Betreiben eines elektrischen Antriebs und/oder zum Laden einer Batterie eingesetzt werden.If the input capacitance CV is sufficiently precharged, ie if a voltage UV at the input capacitance is equalized to a voltage UF of the overhead line, then the semiconductor switch S1 is permanently closed (time t3). In normal operation, electrical power can now be transported from the overhead line to the vehicle and used there, for example, to operate an electrical drive and/or to charge a battery.
Sind die Halbleiterschalter S1, S2 bidirektional ausgebildet, kann eine elektrische Leistung im Wege der Rückeinspeisung auch von dem Fahrzeug über die Oberleitung in ein Versorgernetz gesteuert zurückgespeist werden.If the semiconductor switches S1, S2 are designed to be bidirectional, electrical power can also be fed back in a controlled manner from the vehicle via the overhead line into a utility network by way of feedback.
Vor dem Trennen der mechanischen Verbindung zwischen dem Stromabnehmer und der Oberleitung am Ende einer Oberleitungsfahrt wird nach Verringern der übertragenen elektrischen Leistung bzw. des Stroms IV auf Null zuerst der Halbleiterschalter S1 (Zeitpunkt t4) und nachfolgend der Halbleiterschalter S2 (Zeitpunkt t5) geöffnet, um die elektrische Verbindung zu trennen. Anschließend kann die mechanische Verbindung zwischen dem Stromabnehmer und der Oberleitung getrennt werden.Before the mechanical connection between the pantograph and the overhead line is separated at the end of an overhead line journey, after the transmitted electrical power or the current IV has been reduced to zero, first the semiconductor switch S1 (time t4) and then the semiconductor switch S2 (time t5) are opened in order to disconnect the electrical connection. The mechanical connection between the pantograph and the overhead line can then be separated.
Die
Die
In
Die
Die
Die
Bei der Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Spannungssteuerung und Pulsweitenmodulations-Ansteuerung eines Gatetreibers 5 des gepulst angesteuerten Halbleiterschalters S1 (vgl.
Die
In der Maßnahme 101 wird die Spannungsrampe zur Spannungssteuerung durchgefahren, indem zeitabhängig eine Sollspannung vDes als Stellgröße vorgegeben wird. In
In Maßnahme 102 wird in Abhängigkeit der Spannung UF der Oberleitung und der aktuellen Sollspannung vDes ein Pulsweitenverhältnis PWM Ratio berechnet und an einen Pulsweitenmodulator 6 übergeben, der ein entsprechend moduliertes Signal dem Gatetreiber 5 des Halbleiterschalters S1 (
Die
Die
Bei der Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Stromregelung über eine kontinuierliche Regelung und Pulsweitenmodulations-Ansteuerung des Gatetreibers 5 des gepulst angesteuerten Halbleiterschalters S1 (vgl.
Die
In der Maßnahme 101 wird ausgehend von der bekannten Eingangskapazität CV und der berechneten Steigung dU/dt ein Stromsollwert iDes berechnet.In
Ein PI-Stromregler 7 regelt ausgehend von dem berechneten Sollstrom iDes und einem gemessenen Iststrom iAct den Strom und berechnet hierzu als Stellgröße eine Sollspannung vDes.A PI
In Maßnahme 102 wird in Abhängigkeit der Spannung UF der Oberleitung, der berechneten aktuellen Sollspannung vDes' und einer aktuellen Istspannung uvAct ein Pulsweitenverhältnis PWM Ratio berechnet und an einen Pulsweitenmodulator 6 übergeben, der ein entsprechend moduliertes Signal dem Gatetreiber 5 des Halbleiterschalters S1 (
Die
Die
Bei der Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Kaskadenregelung der Spannung mit unterlagerter Stromregelung über eine kontinuierliche Regelung und Pulsweitenmodulations-Ansteuerung des Gatetreibers 5 des gepulst angesteuerten Halbleiterschalters S1 (vgl.
Die
Der berechnete Sollstrom iDes dient als Führungsgröße für einen PI-Stromregler 7. Ein PI-Stromregler 7 regelt ausgehend von dem berechneten Stromsollwert iDes und einem Stromistwert iAct den Strom und berechnet hierzu als Stellgröße eine Sollspannung vDes'.The calculated setpoint current iDes is used as a reference variable for a PI
In Maßnahme 101 wird in Abhängigkeit der Spannung UF der Oberleitung, der berechneten Sollspannung vDes' und einer aktuellen Istspannung uvAct ein Pulsweitenverhältnis PWM Ratio berechnet und an einen Pulsweitenmodulator 6 übergeben, der ein entsprechend moduliertes Signal dem Gatetreiber 5 des Halbleiterschalters S1 (
Die
Die
Bei der Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Stromregelung über eine Zweipunktregelung mit direkter Ansteuerung des Gatetreibers 5 (vgl.
Die
In der Maßnahme 101 wird ausgehend von der bekannten Eingangskapazität CV und der berechneten Steigung dU/dt ein Stromsollwert iDes berechnet.In
Ein Zweipunktstromregler 10 regelt ausgehend von dem berechneten Stromsollwert iDes und einem Stromistwert iAct den Strom und steuert hierzu den Gatetreiber 5.A two-point
Die
Die
Bei der Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vorladen mittels einer Kaskadenregelung der Spannung mit unterlagerter Stromregelung über eine Zweipunktregelung mit direkter Ansteuerung des Gatetreibers 5 des gepulst angesteuerten Halbleiterschalters S1 (vgl.
Die
Ein Zweipunktstromregler 10 regelt ausgehend von dem berechneten Stromsollwert iDes und einem Stromistwert iAct den Strom und steuert hierzu den Gatetreiber 5.A two-point
Die
Bei allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass für eine jeweils geregelte Größe eine Sollwertbeschränkung vorgesehen ist.In all of the embodiments, it can be provided that a target value limitation is provided for a respectively controlled variable.
In
Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 20 und einem Hochvoltnetz 60 des Fahrzeugs 50 im Falle eines Auftretens einer Überspannung, eines Überstroms und/oder eines Fehlerstroms mittels der Halbleiterschalter S1, S2 getrennt wird. Hierzu weist das Fahrzeug 50 beispielsweise eine Sensorik auf, die aus einem Stromsensor 54, einem Residuumsstromsensor 55 und einer Sicherheitssteuerung 56 gebildet wird. Der Stromsensor 54 ist außerhalb der Schaltungsanordnung 1 angeordnet, wird jedoch von der Schaltungsanordnung 1 mitgenutzt. Ausgehend von einem Über- und/oder Fehlerstromsignal 57, das bei Vorliegen eines Überstroms oder eines Fehlerstroms von der Sicherheitssteuerung 56 bereitgestellt wird, öffnet die Steuereinrichtung 2 die Halbleiterschalter S1, S2 und unterbricht hierdurch die elektrische Verbindung zwischen dem Hochvoltnetz 60 des Fahrzeugs 50 und der Oberleitung 20. Eine Überspannung kann mittels der nicht dargestellten Spannungssensoren für die Spannungen UF und UV erfasst werden, sodass die Halbleiterschalter S1, S2 auch bei einer Überspannung mittels der Steuereinrichtung 2 geöffnet werden können.In addition, this embodiment provides that an electrical connection between the
In der
Es können ferner weitere, in Serie geschaltete mechanische Schalter M3, M4 vorgesehen sein, mit denen bei Bedarf eine allpolige galvanische Trennung hergestellt werden kann. Die in Serie geschalteten mechanischen Schalter M3, M4 sind im Normalfall und auch während des Vorladens geschlossen.Furthermore, further mechanical switches M3, M4 connected in series can be provided, with which all-pole galvanic isolation can be established if necessary. The series-connected mechanical switches M3, M4 are normally closed and also during precharging.
In jedem Fall ist vorgesehen, dass die mechanischen Schalter M1, M2, M3, M4 koordiniert zu den Halbleiterschaltern S1, S2 geschaltet werden. Die mechanischen Schalter M1, M2, M3, M4 werden hierbei ebenfalls von der Steuereinrichtung 2 der Schaltungsanordnung 1 (vgl.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Schaltungsanordnungcircuit arrangement
- 22
- Steuereinrichtungcontrol device
- 33
- elektrische Überspannungsschutzeinrichtung (Blitzschutz)electrical overvoltage protection device (lightning protection)
- 44
- Snubberschaltungsnubber circuit
- 55
- Gatetreibergate driver
- 66
- Pulsweitenmodulatorpulse width modulator
- 2020
- Oberleitungcatenary
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 5151
- Pantographpantograph
- 5252
- Pantographensteuerungpantograph control
- 5353
- Stromabnehmerpantograph
- 5454
- Stromsensorcurrent sensor
- 5555
- Residuumsstromsensorresidual current sensor
- 5656
- Sicherheitssteuerungsafety control
- 5757
- Über- und/oder FehlerstromsignalOvercurrent and/or residual current signal
- S1, S2S1, S2
- Halbleiterschaltersemiconductor switch
- CC
- Kapazitätcapacity
- CVCV
- Eingangskapazitätinput capacitance
- dU/dtdu/dt
- Steigung (Spannung)slope (voltage)
- FPFP
- Sicherungfuse
- iActiAct
- Iststromactual current
- iDesiDes
- Sollstromtarget current
- MxMx
- mechanische Schaltermechanical switches
- PWM RatioPWM Ratio
- Pulsweitenverhältnispulse width ratio
- RR
- WiderstandResistance
- tt
- Zeittime
- tPrechargetPrecharge
- Vorladezeitpreload time
- txtx
- Zeitpunkttime
- IVIV
- Strom (Vorladestrom Eingangskapazität)Current (pre-charge current input capacitance)
- UFUF
- Spannung (Oberleitung)voltage (catenary)
- UVUV
- Spannung (Eingangskapazität)Voltage (Input Capacitance)
- Uu
- erfasste Spannungdetected voltage
- vDesvDes
- Sollspannungtarget voltage
- vDes'vDes'
- Sollspannungtarget voltage
- uvActuvAct
- Istspannungactual voltage
- 100-103100-103
- Maßnahmenmeasures
Claims (9)
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DE102020204900.9A DE102020204900B4 (en) | 2020-04-17 | 2020-04-17 | Method and circuit arrangement for precharging an input capacitance of a vehicle when forming an electrical contact with an overhead line |
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DE102020204900A1 DE102020204900A1 (en) | 2021-10-21 |
DE102020204900B4 true DE102020204900B4 (en) | 2023-01-19 |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016014625A1 (en) | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Gebr. Bode Gmbh & Co. Kg | Method for precharging a power converter |
DE102017201657A1 (en) | 2017-02-02 | 2018-08-02 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Circuit arrangement, electrical system and means of transport with improved DC link charging |
DE202019101527U1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-29 | Knorr-Bremse PowerTech GmbH | Static Converter |
-
2020
- 2020-04-17 DE DE102020204900.9A patent/DE102020204900B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016014625A1 (en) | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Gebr. Bode Gmbh & Co. Kg | Method for precharging a power converter |
DE102017201657A1 (en) | 2017-02-02 | 2018-08-02 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Circuit arrangement, electrical system and means of transport with improved DC link charging |
DE202019101527U1 (en) | 2019-03-18 | 2019-03-29 | Knorr-Bremse PowerTech GmbH | Static Converter |
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---|---|---|---|
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