EP3976414A1 - Fahrzeug mit ersatzstromversorgungseinrichtung sowie verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Fahrzeug mit ersatzstromversorgungseinrichtung sowie verfahren zu dessen betrieb

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Publication number
EP3976414A1
EP3976414A1 EP20735097.6A EP20735097A EP3976414A1 EP 3976414 A1 EP3976414 A1 EP 3976414A1 EP 20735097 A EP20735097 A EP 20735097A EP 3976414 A1 EP3976414 A1 EP 3976414A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
converter
vehicle
voltage
supply device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20735097.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mirko SCHWOZER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP3976414A1 publication Critical patent/EP3976414A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Definitions

  • the invention relates to vehicles and to methods for operating electrical arrangements in vehicles.
  • rail vehicles In the field of rail vehicle technology or in the Eisenbahnbe rich, rail vehicles are known that are equipped with a converter, which has a connection on the input side for a vehicle's own or external supply network and can generate a DC voltage on the output side, and an internal DC network that can be operated with the DC voltage of the converter.
  • the invention is based on the object to provide a vehicle that ensures particularly safe operation with a view to the risk of failure of the power or voltage supply ge.
  • a replacement power supply device is connected between the converter and the internal direct current network, the input voltage of the replacement power supply device is formed directly or indirectly by the DC voltage of the converter and the replacement power supply device is the output voltage of its input voltage or, alternatively, one from an energy storage device Replacement power supply device supplied
  • Auxiliary operating voltage feeds into the internal direct current network and the vehicle has a monitoring device which is designed to process at least three control signals, namely a first control signal that describes the direct voltage output by the converter, a second control signal that describes the output voltage fed into the direct current network by the backup power supply, and a third control signal that describes the state of charge of the energy storage device and forms a state of charge signal, and depending on the three con trollsignalen generates at least one status signal which indicates a status of the electrical arrangement comprising the converter and the replacement power supply device.
  • a major advantage of the vehicle according to the invention is that the backup power supply device is connected according to the invention between the converter and the internal DC network so that the DC voltage of the converter and the output voltage fed into the DC network can be measured independently of one another.
  • This measure in turn enables the monitoring device provided according to the invention to generate a status signal describing the respective status of the converter and backup power supply device on the basis of at least three control signals, whereby a possible failure of components can be detected particularly reliably and security measures to ensure the ferry operation of the Vehicle can be hit quickly.
  • an emergency action for example braking the vehicle, can be triggered by a higher-level vehicle assistance device or a vehicle-side control unit, as long as there is still enough energy available to carry out this emergency step .
  • the converter is preferably designed with safe isolation and prevents impermissible overvoltages or disturbances from being dragged into the safety-loaded internal direct current network.
  • the converter is preferably also reaction-free and prevents energy from the backup power supply device from being fed back into the higher-level supply network.
  • the monitoring device is designed in such a way that it generates an error signal indicating an error in a control unit of the replacement power supply device when the first control signal is within a tolerance range specified for the first control signal and the second control signal is outside a tolerance range for the second control signal predetermined Toleranzbe is rich.
  • the tolerance range specified for the first and / or second control signal can, for example, correspond to the nominal voltage / target voltage of the internal direct current network with a tolerance of ⁇ 10%.
  • the monitoring device generates an error signal indicating an error in the energy store of the replacement power supply device as a status signal when the third control signal has a state of charge outside of a tolerance range specified for the state of charge of the energy store.
  • the tolerance range specified for the third control signal can be, for example, 50% to 100% of the nominal charge / maximum charge of the energy store.
  • the monitoring device preferably generates an error signal indicating an error in the converter or in the feed network when the first control signal is outside a tolerance range specified for the first control signal.
  • the monitoring device is preferably designed to carry out a test mode in which it switches off the input-side supply of the backup power supply device, i.e. the input voltage applied to the backup power supply device, in particular by switching off the converter or by switching off the external supply of the Converter through the supply network, and after switching off the time course of the three control signals evaluates.
  • the monitoring device generates a test signal indicating the proper state of the backup power supply device if, after the input-side supply of the backup power supply device has been switched off, the second and third control signals remain within their tolerance ranges for a predetermined minimum period of time.
  • the monitoring device is preferably designed such that it regularly or irregularly carries out the test operation itself or in response to an external control command.
  • the feed network is preferably a DC voltage network, in particular a DC voltage on-board network of the vehicle, and the converter is preferably a DC / DC converter from the
  • a control device is preferably connected to the internal direct current network fed by the backup power supply device, which receives the three control signals (from preferably independently working measuring devices) and forwards them to the monitoring device in processed or unprocessed form.
  • control device the monitoring device and the connecting link between the control device and the monitoring device preferably meet a predetermined safety standard.
  • the default security standard is preferred
  • SAS1 / SIL1 or better than this e.g. SAS4 / SIL4.
  • the backup power supply device in particular its control unit, works preferably without delay or at least so little delay that it can be viewed as an uninterruptible power supply.
  • the vehicle is preferably a
  • the invention also relates to a method for operating an electrical arrangement of a vehicle in which a DC voltage is generated on the output side with a converter connected on the input side to an in-vehicle or non-vehicle supply network and an internal DC network is operated with the DC voltage of the converter.
  • a backup power supply device is connected between the converter and the internal direct current network, the input voltage of the backup power supply device is formed directly or indirectly by the DC voltage of the converter, and the backup power supply device uses its input voltage or alternatively one from the energy store as the output voltage supplies the auxiliary operating voltage supplied to the internal direct current network, and a monitoring device processes at least three control signals, namely a first control signal that describes the direct voltage output by the converter, a second control signal that describes the output voltage fed into the direct current network by the backup power supply, and a third Control signal that describes the state of charge of the energy store and forms a state of charge signal, and depending on the three contr ollsignalen generates a status signal which describes a status of the arrangement comprising the converter and the replacement power supply device.
  • An error signal indicating an error in a control unit of the replacement power supply device is generated when the first control signal is within a tolerance range specified for the first control signal and the second control signal is outside a tolerance range specified for the second control signal, and / or
  • An error signal indicating an error in the energy store of the backup power supply device is generated as a status signal when the third control signal is outside a tolerance range specified for the third control signal, and / or
  • An error signal indicating an error in the converter or in the supply network is generated as the status signal if the first control signal is outside a tolerance range specified for the first control signal.
  • a test mode is preferably carried out in which the input-side supply of the backup power supply device, i.e. the input voltage applied to the backup power supply device, is switched off, in particular by switching off the converter or by switching off the external supply of the converter through the supply network, and after switching off the the time course of the three control signals is evaluated.
  • the input-side supply of the backup power supply device i.e. the input voltage applied to the backup power supply device
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a vehicle according to the invention, on the basis of which an exemplary embodiment for a method for operating an electrical arrangement present therein is described
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment for a vehicle according to the invention, in which a monitoring device additionally enables a test operation
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a vehicle according to the invention, in which a control device connected to an internal direct current network of the vehicle transmits control signals to a monitoring device via a secure connection, the control device, the connection and the monitoring device having a specified safety standard meet, and
  • FIG. 4-6 exemplary embodiments for vehicles according to the invention, in each of which an internal direct current network of the vehicle is connected to an external, track-side feed network.
  • FIG. 1 shows a vehicle 1, which is preferably an electrically operated or electrically drivable rail vehicle.
  • vehicle 1 is connected to a converter 10, which is connected on the input side to a vehicle's own feed network 20 via a connection E10.
  • the converter 10 generates a direct voltage U2 at an output A10.
  • the output side of the converter 10 is connected to an internal direct current network 30 of the vehicle 1.
  • the internal direct current network 30, however, is not directly connected to the converter 10, but via a backup power supply device 40.
  • the backup power supply device 40 comprises an energy storage device 41 (e.g. in the form of one or more batteries or capacitors) and a control unit 42 that controls the Converter 10 from the internal direct current network 30 separates.
  • the control unit 42 is designed in such a way that it feeds the direct voltage U2 of the converter 10 as an output voltage U3 or mains voltage into the internal direct current network 30 or, alternatively, an auxiliary operating voltage U4 supplied by the energy store 41.
  • the control unit 42 is preferably designed such that it feeds the direct voltage U2 of the converter 10 directly into the internal direct current network 30 when the direct voltage U2 is in a predetermined voltage range. If the DC voltage U2 falls below or exceeds specified limits, the control unit 42 will cancel the connection between the converter 10 and the internal DC network 30 and alternatively feed the auxiliary operating voltage U4 of the energy store 41 into the internal DC network 30, so that the further energy supply of the internal Direct current network 30 subsequently takes place through the energy store 41.
  • a monitoring device 50 is seen, which is connected to three sensors S1, S2 and S3 via sensor lines not shown for reasons of clarity and from these three sensor signals in the form of control signals Kl, K2 or K3 receives:
  • a first control signal Kl which the sensor S1 generates, writes the output from the converter 10 on the output side DC voltage U2 and thus the functioning of the converter 10 and the correct feeding of the converter 10 through the feed network 20, since the converter 10 can only work correctly if it is sufficiently fed.
  • a second control signal K2, which the sensor S2 generates, describes the output voltage U3 fed into the internal direct current network 30 by the backup power supply device 40 and thus the functioning of the backup power supply device 40 including the components 41 and 42 contained therein.
  • the monitoring device 50 has a computing device 51 and a memory 52.
  • a control module KM is stored in the memory 52 which, when executed by the computing device 51, enables or ensures a control operation of the monitoring device 50, which preferably proceeds as follows:
  • the monitoring device 50 or its control module KM determines that the first control signal K1 (U2) is within a tolerance range specified for the first control signal Kl and the second control signal K2 (U3) is outside a tolerance range specified for the second control signal K2 is, then it / it generates an error signal Fl indicating an error in the control unit 42 of the replacement power supply device 40 as the status signal Z.
  • the monitoring device 50 or its control module KM determines that the third control signal K3 lies outside a tolerance range that is necessary for sufficient charging state of the energy store is characteristic, it / it generates, as the state signal Z, an error signal F2 indicating an error in the energy store 41.
  • the monitoring device 50 or the control module KM determines that the first control signal K1 (U2) is outside the tolerance range specified for the first control signal Kl, it generates an error in the converter 10 or an error in the memory as the status signal Z on on the output side error signal F3 indicating senetzes 20.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment for a vehicle 1 which is equipped with a converter 10, a vehicle's own supply network 20, an internal direct current network 30 and a backup power supply device 40.
  • the last-mentioned components correspond to the corresponding components 10 to 40, as they have already been explained in connection with FIG.
  • an additional test module TM is stored in the memory 52 of the monitoring device 50, which, when executed by the computing device 51, enables the monitoring device 50 to run test.
  • the test module TM or the monitoring device 50 switches off the input-side feed of the backup power supply device 40, that is to say the DC voltage U2 applied to the backup power supply device.
  • the DC voltage U2 is switched off by a switch S which is arranged between the input E10 of the converter 10 and the vehicle's own supply network 20.
  • the supply of the converter 10 can be stopped, so that the converter 10 can no longer feed DC voltage U2 into the backup power supply device 40 (immediately or at least after internal stored electrical charges or magnetic fields have been released).
  • the control signal K1 (U2) will indicate that the input-side feed of the backup power supply device 40 is missing; the control signal K2 (U3) confirms the further supply of the internal direct current network 30, which is now carried out by the energy storage device 41 of the backup power supply device 40.
  • the test module TM will observe the time course of the control signals K2 and K3.
  • the replacement power supply device 40 will be able to maintain the supply of the internal direct current network 30 for a predetermined minimum period of time, so that the control signals K2 and K3 will continue to indicate proper auxiliary operation of the replacement power supply device 40 for this minimum time period.
  • the test module TM can generate a positive test signal P + as a status signal.
  • the backup power supply device 40 If the backup power supply device 40, in particular its energy storage device 41, is faulty or not sufficiently charged, the output voltage U3 of the backup power supply device 40 or the line voltage of the internal direct current network 30 will drop before the specified minimum period of time has elapsed; this will be determined by the test module TM of the monitoring device 50. In this case, it will generate an error signal F4 as the status signal, which indicates an incorrect behavior of the replacement power supply device 40, for example due to a deterioration in the charging capacity of the energy store 41 due to aging.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment for a vehicle 1 in which the components 10, 20, 30 and 40 already described in connection with FIGS. 1 to 2 are present.
  • a control device 60 which is connected to the internal direct current network 30.
  • the control device 60 is connected to the three sensors S1, S2 and S3 via sensor lines not shown further for reasons of clarity and transmits their sensor signals as control signals Kl, K2 or K3 directly or in processed form via a connection path 70 (e.g. In the form of an electrical or optical line, an optical beam connection or a radio connection) to the monitoring device 50.
  • the monitoring device 50 is therefore not directly connected to the sensors S1, S2 and S3, but is only indirectly connected to them via the control device 60.
  • the control device 60, the connecting link 70 and the monitoring device 50 are preferably designed such that they meet a predetermined safety standard, preferably at least SAS1 or SIL1.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment for a vehicle 1 in which the converter 10 is not connected to a vehicle's own supply network, but to a route-side supply network 21 external to the vehicle, for example via a pantograph 80.
  • the converter 10 and the replacement power supply device 40 serve in the embodiment according to FIG. 4 to feed the DC voltage U1 output by the feed network 21 on the output side in a converted form into the internal DC network 30, as was explained in connection with FIG.
  • the above statements apply, including with a view to the operation of the monitoring device 50, accordingly.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment for a vehicle 1 in which the converter 10, as shown in FIG. 4, is connected to a feed network 21 outside the vehicle.
  • the electrical arrangement formed from the converter 10, the internal direct current network 30 and the monitoring device 50 corresponds to the electrical arrangement as explained in connection with FIG.
  • FIG. 6 shows a variant of the embodiment according to FIG. 5, in which - as explained in connection with FIG. 3 - a control device 60 and a connecting link 70 enable a secure transmission of control signals K1, K2 and K3 to the monitoring device 50; in this regard, reference is made to the above statements in connection with FIG. 3, which apply accordingly here.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf ein Fahrzeug (1) mit einem Wandler (10), der eingangsseitig einen Anschluss für ein fahrzeugeigenes oder fahrzeugfremdes Speisenetz (20, 21) aufweist und ausgangsseitig eine Gleichspannung (U2) erzeugen kann, und einem mit der Gleichspannung (U2) des Wandlers (10) betreibbaren internen Gleichstromnetz (30). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) zwischen den Wandler (10) und das interne Gleichstromnetz (30) geschaltet ist, die Eingangsspannung der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) mittelbar oder unmittelbar durch die Gleichspannung (U2) des Wandlers (10) gebildet wird und die Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) als Ausgangsspannung (U3) ihre Eingangsspannung oder ersatzweise eine von einem Energiespeicher (41) gelieferte Hilfsbetriebsspannung (U4) in das interne Gleichstromnetz (30) einspeist, und das Fahrzeug (1) eine Überwachungseinrichtung (50) aufweist, die dazu ausgestaltet ist, zumindest drei Kontrollsignale (K1-K3) zu verarbeiten.

Description

Beschreibung
Fahrzeug mit Ersatzstromversorgungseinrichtung sowie Verfah ren zu dessen Betrieb
Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge sowie auf Verfahren zum Betreiben elektrischer Anordnungen in Fahrzeugen.
Im Bereich der Schienenfahrzeugtechnik bzw. im Eisenbahnbe reich sind Schienenfahrzeuge bekannt, die mit einem Wandler, der eingangsseitig einen Anschluss für ein fahrzeugeigenes oder fahrzeugfremdes Speisenetz aufweist und ausgangsseitig eine Gleichspannung erzeugen kann, und einem mit der Gleich spannung des Wandlers betreibbaren internen Gleichstromnetz ausgestattet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug anzu geben, das einen besonders sicheren Betrieb mit Blick auf die Gefahr eines Ausfalls der Strom- bzw. Spannungsversorgung ge währleistet .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausge staltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind in den Unter ansprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Ersatzstrom versorgungseinrichtung zwischen den Wandler und das interne Gleichstromnetz geschaltet ist, die Eingangsspannung der Er- satzstromversorgungseinrichtung mittelbar oder unmittelbar durch die Gleichspannung des Wandlers gebildet wird und die Ersatzstromversorgungseinrichtung als Ausgangsspannung ihre Eingangsspannung oder ersatzweise eine von einem Energiespei cher der Ersatzstromversorgungseinrichtung gelieferte
Hilfsbetriebsspannung in das interne Gleichstromnetz ein speist, und das Fahrzeug eine Überwachungseinrichtung auf weist, die dazu ausgestaltet ist, zumindest drei Kontrollsig- nale zu verarbeiten, nämlich ein erstes Kontrollsignal, das die vom Wandler ausgegebene Gleichspannung beschreibt, ein zweites Kontrollsignal, das die von der Ersatzstromversor gungseinrichtung in das Gleichstromnetz eingespeiste Aus gangsspannung beschreibt, und ein drittes Kontrollsignal, das den Ladezustand des Energiespeichers beschreibt und ein Lade zustandssignal bildet, und in Abhängigkeit von den drei Kon- trollsignalen zumindest ein Zustandssignal erzeugt, das einen Zustand der den Wandler und die Ersatzstromversorgungsein richtung umfassenden elektrischen Anordnung angibt.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist darin zu sehen, dass die Ersatzstromversorgungseinrichtung erfindungsgemäß zwischen den Wandler und das interne Gleich stromnetz geschaltet ist, sodass die Gleichspannung des Wand lers und die in das Gleichstromnetz eingespeiste Ausgangs spannung unabhängig voneinander messtechnisch erfasst werden können. Diese Maßnahme ermöglicht es wiederum der erfindungs gemäß vorgesehenen Überwachungseinrichtung, auf der Basis zu mindest dreier Kontrollsignale ein den jeweiligen Zustand von Wandler und Ersatzstromversorgungseinrichtung beschreibendes Zustandssignal zu erzeugen, wodurch ein etwaiger Ausfall von Komponenten besonders sicher erfasst werden kann und Siche rungsmaßnahmen zur Sicherung des Fährbetriebs des Fahrzeugs schnell getroffen werden können. Stellt die Überwachungsein richtung einen kritischen Zustand fest und erzeugt sie ein entsprechendes Zustandssignal, so kann seitens einer überge ordneten Fahrzeugassistenzeinrichtung oder eines fahrzeugsei tigen Steuergeräts eine Notaktion, beispielsweise das Bremsen des Fahrzeugs, ausgelöst werden, solange noch ausreichend Energie zur Durchführung dieses Notfallschritts zur Verfügung steht .
Der Wandler ist vorzugsweise mit sicherer Trennung ausgeführt und verhindert, dass unzulässige Überspannungen oder Störun gen in das sicherheitsbelastete interne Gleichstromnetz ver schleppt werden. Der Wandler ist vorzugsweise auch rückwirkungsfrei und ver hindert, dass Energie aus der Ersatzstromversorgungseinrich tung in das übergeordnete Speisenetz zurückgespeist wird.
Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Überwachungsein richtung derart ausgestaltet ist, dass sie ein einen Fehler einer Steuereinheit der Ersatzstromversorgungseinrichtung an zeigendes Fehlersignal erzeugt, wenn das erste Kontrollsignal innerhalb eines für das erste Kontrollsignal vorgegebenen To leranzbereichs liegt und das zweite Kontrollsignal außerhalb eines für das zweite Kontrollsignal vorgegebenen Toleranzbe reichs liegt. Der für das erste und/oder zweite Kontrollsig nal vorgegebene Toleranzbereich kann beispielsweise der Nenn spannung/Sollspannung des internen Gleichstromnetzes entspre chen mit einer Toleranz von ± 10%.
Die Überwachungseinrichtung erzeugt als Zustandssignal vor zugsweise ein einen Fehler des Energiespeichers der Ersatz stromversorgungseinrichtung anzeigendes Fehlersignal, wenn das dritte Kontrollsignal einen Ladezustand außerhalb eines für den Ladezustand des Energiespeichers vorgegebenen Tole ranzbereichs liegt. Der für das dritte Kontrollsignal vorge gebene Toleranzbereich kann beispielsweise 50% bis 100% der Nennladung/Maximalladung des Energiespeichers betragen.
Als Zustandssignal erzeugt die Überwachungseinrichtung vor zugsweise ein einen Fehler des Wandlers oder des Speisenetzes anzeigendes Fehlersignal, wenn das erste Kontrollsignal au ßerhalb eines für das erste Kontrollsignal vorgegebenen Tole ranzbereichs liegt .
Die Überwachungseinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebil det, einen Testbetrieb durchzuführen, bei dem sie die ein gangsseitige Speisung der Ersatzstromversorgungseinrichtung, also die an der Ersatzstromversorgungseinrichtung anliegende Eingangsspannung, abschaltet, insbesondere durch Abschalten des Wandlers oder durch Abschalten der externen Speisung des Wandlers durch das Speisenetz, und nach dem Abschalten den zeitlichen Verlauf der drei Kontrollsignale auswertet.
Bei der letztgenannten Ausführungsvariante ist es vorteil haft, wenn die Überwachungseinrichtung ein den ordnungsgemä ßen Zustand der Ersatzstromversorgungseinrichtung anzeigendes Prüfsignal erzeugt, wenn nach dem Abschalten der eingangssei tigen Speisung der Ersatzstromversorgungseinrichtung das zweite und dritte Kontrollsignal für eine vorgegebene Min destzeitspanne innerhalb ihrer Toleranzbereiche verbleiben.
Die Überwachungseinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie den Testbetrieb regelmäßig oder unregelmäßig selbst tätig oder auf einen externen Steuerbefehl hin durchführt.
Das Speisenetz ist vorzugsweise ein Gleichspannungsnetz, ins besondere ein Gleichspannungsbordnetz des Fahrzeugs, und der Wandler ist vorzugsweise ein DC/DC-Wandler, der von dem
Gleichspannungsnetz gespeist wird.
An das von der Ersatzstromversorgungseinrichtung gespeiste interne Gleichstromnetz ist bevorzugt eine Steuereinrichtung angeschlossen, die die drei Kontrollsignale (von vorzugsweise unabhängig voneinander arbeitenden Messeinrichtungen) emp fängt und in verarbeiteter oder unverarbeiteter Form an die Überwachungseinrichtung weiterleitet .
Die Steuereinrichtung, die Überwachungseinrichtung und die Verbindungsstrecke zwischen der Steuereinrichtung und der Überwachungseinrichtung erfüllen vorzugsweise einen vorgege benen Sicherheitsstandard.
Der vorgegebene Sicherheitsstandard ist vorzugsweise
SAS1/SIL1 oder besser als dieser (z. B. SAS4/SIL4) .
Die Ersatzstromversorgungseinrichtung, insbesondere deren Steuereinheit, arbeitet vorzugsweise verzögerungslos oder zu- mindest so verzögerungsarm, sodass sie als unterbrechungs freie Stromversorgungseinrichtung angesehen werden kann.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein
elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anordnung eines Fahrzeugs, bei dem mit einem eingangsseitig an ein fahrzeugeigenes oder fahrzeugfremdes Speisenetz angeschlossenen Wandler ausgangs seitig eine Gleichspannung erzeugt wird und mit der Gleich spannung des Wandlers ein internes Gleichstromnetz betrieben wird .
Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorge sehen, dass eine Ersatzstromversorgungseinrichtung zwischen den Wandler und das interne Gleichstromnetz geschaltet ist, die Eingangsspannung der Ersatzstromversorgungseinrichtung mittelbar oder unmittelbar durch die Gleichspannung des Wand lers gebildet wird und die Ersatzstromversorgungseinrichtung als Ausgangsspannung ihre Eingangsspannung oder ersatzweise eine von dem Energiespeicher gelieferte Hilfsbetriebsspannung in das interne Gleichstromnetz einspeist, und eine Überwa chungseinrichtung zumindest drei Kontrollsignale verarbeitet, nämlich ein erstes Kontrollsignal, das die vom Wandler ausge gebene Gleichspannung beschreibt, ein zweites Kontrollsignal, das die von der Ersatzstromversorgungseinrichtung in das Gleichstromnetz eingespeiste Ausgangsspannung beschreibt, und ein drittes Kontrollsignal, das den Ladezustand des Energie speichers beschreibt und ein Ladezustandssignal bildet, und in Abhängigkeit von den drei Kontrollsignalen ein Zustands signal erzeugt, das einen Zustand der den Wandler und die Er- satzstromversorgungseinrichtung umfassenden Anordnung be schreibt .
Bezüglich der Vorteile und bezüglich vorteilhafter Ausgestal tungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahr- zeug und den vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsge mäßen Fahrzeugs verwiesen.
Vorteilhaft ist es bei dem Verfahren insbesondere, wenn
— ein einen Fehler einer Steuereinheit der Ersatzstromver sorgungseinrichtung anzeigendes Fehlersignal erzeugt wird, wenn das erste Kontrollsignal innerhalb eines für das ers te Kontrollsignal vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und das zweite Kontrollsignal außerhalb eines für das zweite Kontrollsignal vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, und/oder
— als Zustandssignal ein einen Fehler des Energiespeichers der Ersatzstromversorgungseinrichtung anzeigendes Fehler signal erzeugt wird, wenn das dritte Kontrollsignal außer halb eines für das dritte Kontrollsignal vorgegebenen To leranzbereichs liegt, und/oder
— als Zustandssignal ein einen Fehler des Wandlers oder des Speisenetzes anzeigendes Fehlersignal erzeugt wird, wenn das erste Kontrollsignal außerhalb eines für das erste Kontrollsignal vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
Vorzugsweise wird ein Testbetrieb durchgeführt, bei dem die eingangsseitige Speisung der Ersatzstromversorgungseinrich tung, also die an der Ersatzstromversorgungseinrichtung an liegende Eingangsspannung, abgeschaltet wird, insbesondere durch Abschalten des Wandlers oder durch Abschalten der ex ternen Speisung des Wandlers durch das Speisenetz, und nach dem Abschalten der zeitliche Verlauf der drei Kontrollsignale ausgewertet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemä ßes Fahrzeug, anhand dessen ein Ausführungsbei spiel für ein Verfahren zum Betreiben einer da rin vorhandenen elektrischen Anordnung be schrieben wird, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfin dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem eine Überwa chungseinrichtung zusätzlich einen Testbetrieb ermöglicht ,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfin dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem eine mit einem internen Gleichstromnetz des Fahrzeugs in Ver bindung stehende Steuereinrichtung Kontrollsig- nale über eine sichere Verbindungsstrecke an eine Überwachungseinrichtung übermittelt, wobei die Steuereinrichtung, die Verbindungsstrecke und die Überwachungseinrichtung einen vorgege benen Sicherheitsstandard erfüllen, und
Fig. 4-6 Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Fahr zeuge, bei denen jeweils ein internes Gleich stromnetz des Fahrzeugs mit einem externen, streckenseitigen Speisenetz in Verbindung steht .
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische o- der vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 1, bei dem es sich vorzugswei se um ein elektrisch betriebenes bzw. elektrisch antreibbares Schienenfahrzeug handelt. Das Fahrzeug 1 ist mit einem Wand ler 10 verbunden, der eingangsseitig über einen Anschluss E10 an ein fahrzeugeigenes Speisenetz 20 angeschlossen ist. An einem Ausgang A10 erzeugt der Wandler 10 eine Gleichspannung U2.
Handelt es sich bei der Spannung Ul des Speisenetzes 20 um eine Gleichspannung, so wird als Wandler 10 ein DC/DC-Wandler eingesetzt; handelt es sich bei der Spannung Ul des Speise netzes 20 um eine Wechselspannung, so wird als Wandler 10 ein AC/DC-Wandler eingesetzt. Der Wandler 10 steht ausgangsseitig mit einem internen Gleichstromnetz 30 des Fahrzeugs 1 in Verbindung. Das interne Gleichstromnetz 30 ist jedoch nicht unmittelbar an den Wand ler 10 angeschlossen, sondern über eine Ersatzstromversor gungseinrichtung 40. Die Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 umfasst einen Energiespeicher 41 (z. B. in Form einer oder mehrerer Batterien oder Kondensatoren) und eine Steuereinheit 42, die den Wandler 10 von dem internen Gleichstromnetz 30 trennt .
Die Steuereinheit 42 ist derart ausgebildet, dass sie die Gleichspannung U2 des Wandlers 10 als Ausgangsspannung U3 bzw. Netzspannung in das interne Gleichstromnetz 30 einspeist oder ersatzweise eine von dem Energiespeicher 41 gelieferte Hilfsbetriebsspannung U4.
Die Steuereinheit 42 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie die Gleichspannung U2 des Wandlers 10 unmittelbar in das interne Gleichstromnetz 30 einspeist, wenn die Gleich spannung U2 in einem vorgegebenen Spannungsbereich liegt . Un terschreitet oder überschreitet die Gleichspannung U2 vorge gebene Grenzen, so wird die Steuereinheit 42 die Verbindung zwischen dem Wandler 10 und dem internen Gleichstromnetz 30 aufheben und ersatzweise die Hilfsbetriebsspannung U4 des Energiespeichers 41 in das interne Gleichstromnetz 30 ein speisen, sodass die weitere Energieversorgung des internen Gleichstromnetzes 30 nachfolgend durch den Energiespeicher 41 erfolgt .
Zur Überwachung des Wandlers 10 und der Ersatzstromversor gungseinrichtung 40 ist eine Überwachungseinrichtung 50 vor gesehen, die mit drei Sensoren Sl, S2 und S3 über aus Gründen der Übersicht nicht weiter gezeigte Sensorleitungen in Ver bindung steht und von diesen drei Sensorsignale in Form von Kontrollsignalen Kl, K2 oder K3 erhält:
Ein erstes Kontrollsignal Kl, das der Sensor Sl erzeugt, be schreibt die vom Wandler 10 ausgangsseitig ausgegebene Gleichspannung U2 und somit die Funktionsweise des Wandlers 10 und die korrekte Speisung des Wandlers 10 durch das Spei senetz 20, da der Wandler 10 nur korrekt arbeiten kann, wenn er ausreichend gespeist wird.
Ein zweites Kontrollsignal K2, das der Sensor S2 erzeugt, be schreibt die von der Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 in das interne Gleichstromnetz 30 eingespeiste Ausgangsspannung U3 und somit die Funktionsweise der Ersatzstromversorgungs einrichtung 40 einschließlich der darin enthaltenen Komponen ten 41 und 42.
Ein drittes Kontrollsignal K3, das der Sensor S3 erzeugt, be schreibt den Ladezustand des Energiespeichers 41 und somit die Möglichkeit der Ersatzstromversorgungseinrichtung 40, die Ausgangsspannung U3 in das interne Gleichstromnetz 30 einzu speisen, falls der Wandler 10 oder das externe Speisenetz 20 ausfällt .
Die Überwachungseinrichtung 50 weist eine Recheneinrichtung 51 und einen Speicher 52 auf. In dem Speicher 52 ist ein Kon- trollmodul KM abgespeichert, das bei Ausführung durch die Re cheneinrichtung 51 einen Kontrollbetrieb der Überwachungsein richtung 50 ermöglicht bzw. gewährleistet, der vorzugsweise wie folgt abläuft :
Stellt die Überwachungseinrichtung 50 bzw. deren Kontrollmo- dul KM fest, dass das erste Kontrollsignal K1(U2) innerhalb eines für das erstes Kontrollsignal Kl vorgegebenen Toleranz bereichs liegt und das zweite Kontrollsignal K2 (U3) außerhalb eines für das zweite Kontrollsignal K2 vorgegebenen Toleranz bereichs liegt, so erzeugt sie/es als Zustandssignal Z ein einen Fehler der Steuereinheit 42 der Ersatzstromversorgungs einrichtung 40 anzeigendes Fehlersignal Fl.
Stellt die Überwachungseinrichtung 50 bzw. deren Kontrollmo- dul KM fest, dass das dritte Kontrollsignal K3 außerhalb ei nes Toleranzbereichs liegt, der für einen ausreichenden Lade- zustand des Energiespeichers charakteristisch ist, so erzeugt sie/es als Zustandssignal Z ein einen Fehler des Energiespei chers 41 angebendes Fehlersignal F2.
Stellt die Überwachungseinrichtung 50 bzw. das Kontrollmodul KM fest, dass das erste Kontrollsignal K1(U2) außerhalb des für das erste Kontrollsignal Kl vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, so erzeugt sie/es ausgangsseitig als Zustandssignal Z ein einen Fehler des Wandlers 10 oder einen Fehler des Spei senetzes 20 anzeigendes Fehlersignal F3.
Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug 1, das mit einem Wandler 10, einem fahrzeugeigenen Speisenetz 20, einem internen Gleichstromnetz 30 und einer Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 ausgestattet ist. Die letztgenannten Komponenten entsprechen den korrespondierenden Komponenten 10 bis 40, wie sie bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert worden sind.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist in dem Speicher 52 der Überwachungseinrichtung 50 ein zusätz liches Testmodul TM abgespeichert, das bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 51 einen Testbetrieb der Überwachungs einrichtung 50 ermöglicht. Im Rahmen des Testbetriebs schal tet das Testmodul TM bzw. die Überwachungseinrichtung 50 die eingangsseitige Speisung der Ersatzstromversorgungseinrich tung 40, also die an der Ersatzstromversorgungseinrichtung anliegende Gleichspannung U2 ab. Ein Abschalten der Gleich spannung U2 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 durch einen Schalter S, der zwischen dem Eingang E10 des Wandlers 10 und dem fahrzeugeigenen Speisenetz 20 angeordnet ist. Durch das Öffnen des Schalters S kann die Speisung des Wandlers 10 unterbunden werden, sodass dieser (sofort oder zumindest nach Abbau interner gespeicherter elektrischer La dungen oder magnetischer Felder) keine Gleichspannung U2 mehr in die Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 einspeisen kann. Im Falle eines Ausfalls der Gleichspannung U2 des Wandlers 10 wird die Steuereinheit 42 - bei korrekter Arbeitsweise - die Hilfsbetriebsspannung U4 des Energiespeichers 41 ersatzweise in das interne Gleichstromnetz 30 einspeisen. Das Kontroll- signal K1(U2) wird anzeigen, dass es an der eingangsseitigen Speisung der Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 fehlt; das Kontrollsignal K2 (U3) bestätigt die weitere Versorgung des internen Gleichstromnetzes 30, die nun durch den Energiespei cher 41 der Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 erfolgt.
Im weiteren Testbetrieb wird das Testmodul TM den zeitlichen Verlauf der Kontrollsignale K2 und K3 beobachten. Im Falle eines korrekt arbeitenden Energiespeichers 41 wird die Er- satzstromversorgungseinrichtung 40 für eine vorgegebene Min destzeitspanne die Speisung des internen Gleichstromnetzes 30 aufrechterhalten können, sodass die Kontrollsignale K2 und K3 für diese Mindestzeitspanne weiter einen ordnungsgemäßen Hilfsbetrieb der Ersatzstromversorgungseinrichtung 40 anzei gen werden. In diesem Falle kann das Testmodul TM als Zu standssignal ein positives Prüfsignal P+ erzeugen.
Ist die Ersatzstromversorgungseinrichtung 40, insbesondere deren Energiespeicher 41, fehlerhaft bzw. nicht ausreichend geladen, so wird es vor Ablauf der vorgegebenen Mindest zeitspanne zu einem Einbruch der Ausgangsspannung U3 der Er- satzstromversorgungseinrichtung 40 bzw. der Netzspannung des internen Gleichstromnetzes 30 kommen; dies wird das Testmodul TM der Überwachungseinrichtung 50 feststellen. In diesem Fall wird es als Zustandssignal ein Fehlersignal F4 erzeugen, das ein fehlerhaftes Verhalten der Ersatzstromversorgungseinrich tung 40, beispielsweise bedingt durch eine Verschlechterung der Ladekapazität des Energiespeichers 41 durch Alterung, an zeigt .
Das Testmodul TM und das Kontrollmodul KM sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Testmodul TM regelmäßig oder un regelmäßig selbsttätig oder auf einen externen Steuerbefehl hin ausgeführt wird. Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug 1, bei dem die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 2 bereits beschriebenen Komponenten 10, 20, 30 und 40 vorhan den sind. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 und 2 ist zusätzlich eine Steuereinrichtung 60 vorhanden, die an das interne Gleichstromnetz 30 angeschlos sen ist. Die Steuereinrichtung 60 steht mit den drei Sensoren Sl, S2 und S3 über aus Gründen der Übersicht nicht weiter ge zeigte Sensorleitungen in Verbindung und leitet deren Sensor signale als Kontrollsignale Kl, K2 oder K3 unmittelbar oder in verarbeiteter Form über eine Verbindungsstrecke 70 (z. B. in Form einer elektrischen oder optischen Leitung, einer op tischen Strahlverbindung oder einer Funkverbindung) an die Überwachungseinrichtung 50 weiter. Die Überwachungseinrich tung 50 ist somit nicht unmittelbar an die Sensoren Sl, S2 und S3 angeschlossen, sondern steht mit diesen nur mittelbar über die Steuereinrichtung 60 in Verbindung.
Die Steuereinrichtung 60, die Verbindungsstrecke 70 und die Überwachungseinrichtung 50 sind vorzugsweise derart ausge staltet, dass sie einen vorgegebenen Sicherheitsstandard, vorzugsweise mindestens SAS1 bzw. SIL1 erfüllen.
Im Übrigen gelten die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 2 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi gur 3 entsprechend.
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug 1, bei dem der Wandler 10 nicht an ein fahrzeugeigenes Speise netz angeschlossen ist, sondern an ein fahrzeugfremdes, stre ckenseitiges Speisenetz 21, beispielweise über einen Panto- graphen 80. Der Wandler 10 und die Ersatzstromversorgungsein richtung 40 dienen bei der Ausgestaltung gemäß Figur 4 dazu, die vom Speisenetz 21 ausgangsseitig ausgegebene Gleichspan nung Ul in gewandelter Form in das interne Gleichstromnetz 30 einzuspeisen, wie dies im Zusammenhang mit der Figur 1 erläu tert wurde. Diesbezüglich gelten die obigen Ausführungen, einschließlich mit Blick auf die Arbeitsweise der Überwa chungseinrichtung 50, entsprechend.
Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug 1, bei dem der Wandler 10, wie in Figur 4 gezeigt, mit einem fahrzeugfremden Speisenetz 21 in Verbindung steht. Die aus dem Wandler 10, dem internen Gleichstromnetz 30 und der Über wachungseinrichtung 50 gebildete elektrische Anordnung ent spricht der elektrischen Anordnung, wie sie im Zusammenhang mit der Figur 2 erläutert wurde. Diesbezüglich sowie bezüg lich des vom Testmodul TM ermöglichten Testbetriebs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der Figur 2 ver wiesen .
Die Figur 6 zeigt eine Ausführungsvariante des Ausführungs beispiels gemäß Figur 5, bei der - wie im Zusammenhang mit der Figur 3 erläutert - eine Steuereinrichtung 60 und eine Verbindungsstrecke 70 eine sichere Übertragung von Kontroll- signalen Kl, K2 und K3 zur Überwachungseinrichtung 50 ermög lichen; diesbezüglich sei auf die obigen Ausführungen im Zu sammenhang mit der Figur 3 verwiesen, die hier entsprechend gelten .
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele 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.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
10 Wandler
20 fahrzeugeigenes Speisenetz
21 fahrzeugfremdes Speisenetz
30 internes Gleichstromnetz
40 ErsatzStromversorgungseinrichtung
41 Energiespeicher
42 Steuereinheit
50 Überwachungseinrichtung
51 Recheneinrichtung
52 Speicher
60 Steuereinrichtung
70 Verbindungsstrecke
80 Pantograph
A10 Ausgang
E10 Anschluss
Fl Fehlersignal
F2 Fehlersignal
F3 Fehlersignal
F4 Fehlersignal
Kl Kontrollsignal
K2 Kontrollsignal
K3 Kontrollsignal
KM Kontrollmodul
P+ positives Prüfsignal
S Schalter
51 Sensor
52 Sensor
53 Sensor
TM Testmodul
Ul Gleichspannung
U2 Gleichspannung
U3 Ausgangsspannung
U4 Hilfsbetriebsspannung
Z Zustandssignal

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug (1) mit
— einem Wandler (10), der eingangsseitig einen Anschluss für ein fahrzeugeigenes oder fahrzeugfremdes Speisenetz (20,
21) aufweist und ausgangsseitig eine Gleichspannung (U2) erzeugen kann, und
— einem mit der Gleichspannung (U2) des Wandlers (10) be
treibbaren internen Gleichstromnetz (30),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
— eine Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) zwischen den Wandler (10) und das interne Gleichstromnetz (30) geschal tet ist,
— die Eingangsspannung der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) mittelbar oder unmittelbar durch die Gleichspannung (U2) des Wandlers (10) gebildet wird und die Ersatzstrom versorgungseinrichtung (40) als Ausgangsspannung (U3) ihre Eingangsspannung oder ersatzweise eine von einem Energie speicher (41) gelieferte Hilfsbetriebsspannung (U4) in das interne Gleichstromnetz (30) einspeist, und
— das Fahrzeug (1) eine Überwachungseinrichtung (50) auf
weist, die dazu ausgestaltet ist,
— zumindest drei Kontrollsignale (K1-K3) zu verarbeiten, nämlich ein erstes Kontrollsignal (Kl), das die vom Wandler (10) ausgegebene Gleichspannung (U2) beschreibt, ein zweites Kontrollsignal (K2), das die von der Ersatz stromversorgungseinrichtung (40) in das Gleichstromnetz (30) eingespeiste Ausgangsspannung (U3) beschreibt, und ein drittes Kontrollsignal (K3) , das den Ladezustand des Energiespeichers (41) beschreibt und ein Ladezustands signal bildet, und
— in Abhängigkeit von den drei Kontrollsignalen (K1-K3) ) zumindest ein Zustandssignal (Z) zu erzeugen, das einen Zustand der den Wandler (10) und die Ersatzstromversor gungseinrichtung (40) umfassenden elektrischen Anordnung angibt .
2 Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überwachungseinrichtung (50) derart ausgestaltet ist, dass sie ein einen Fehler einer Steuereinheit (42) der Er- satzstromversorgungseinrichtung (40) anzeigendes Fehlersignal erzeugt, wenn das erste Kontrollsignal (Kl) innerhalb eines für das erste Kontrollsignal (Kl) vorgegebenen Toleranzbe reichs liegt und das zweite Kontrollsignal (K2) außerhalb ei nes für das zweite Kontrollsignal (K2) vorgegebenen Toleranz bereichs liegt .
3. Fahrzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überwachungseinrichtung (50) als Zustandssignal (Z) ein einen Fehler des Energiespeichers (41) der Ersatzstromversor gungseinrichtung (40) anzeigendes Fehlersignal erzeugt, wenn das dritte Kontrollsignal (K3) außerhalb eines für das dritte Kontrollsignal (K2) vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
4. Fahrzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überwachungseinrichtung (50) als Zustandssignal (Z) ein einen Fehler des Wandlers (10) oder des Speisenetzes (20, 21) anzeigendes Fehlersignal erzeugt, wenn das erste Kontrollsig nal (Kl) außerhalb eines für das erste Kontrollsignal (Kl) vorgegebenen Toleranzbereichs liegt .
5. Fahrzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überwachungseinrichtung (50) dazu ausgebildet ist, einen Testbetrieb durchzuführen, bei dem sie die eingangsseitige Speisung der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40), also die an der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) anliegende Ein gangsspannung, abschaltet, insbesondere durch Abschalten des Wandlers (10) oder durch Abschalten der externen Speisung des Wandlers (10) durch das Speisenetz (20, 21), und nach dem Ab schalten den zeitlichen Verlauf der drei Kontrollsignale (Kl- K3) auswertet.
6. Fahrzeug (1) nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überwachungseinrichtung (50) als Zustandssignal ein den ordnungsgemäßen Zustand der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) anzeigendes Prüfsignal (P+) erzeugt, wenn nach dem Ab schalten der eingangsseitigen Speisung der Ersatzstromversor gungseinrichtung (40) das zweite und dritte Kontrollsignal (K2, K3) für eine vorgegebene Mindestzeitspanne innerhalb ih rer Toleranzbereiche verbleiben.
7. Fahrzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überwachungseinrichtung (50) derart ausgebildet ist, dass sie den Testbetrieb regelmäßig oder unregelmäßig selbsttätig oder auf einen externen Steuerbefehl hin durchführt.
8. Fahrzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
— das Speisenetz (20, 21) ein Gleichspannungsnetz, insbeson dere ein Gleichspannungsbordnetz des Fahrzeugs (1), ist und
— der Wandler (10) ein DC/DC-Wandler ist, der von dem
Gleichspannungsnetz gespeist wird.
9. Fahrzeug (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
an das von der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) ge speiste interne Gleichstromnetz (30) eine Steuereinrichtung (60) angeschlossen ist, die die drei Kontrollsignale (K1-K3) empfängt und in verarbeiteter oder unverarbeiteter Form an die Überwachungseinrichtung (50) weiterleitet.
10. Fahrzeug (1) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Steuereinrichtung (60), die Überwachungseinrichtung (50) und die Verbindungstrecke (70) zwischen der Steuereinrichtung (60) und der Überwachungseinrichtung (50) einen vorgegebenen Sicherheitsstandard erfüllen.
11. Fahrzeug (1) nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der vorgegebene Sicherheitsstandard SAS1/SIL1 ist oder besser als dieser ist.
12. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anordnung ei nes Fahrzeugs (1), bei dem
— mit einem eingangsseitig an ein fahrzeugeigenes oder fahr zeugfremdes Speisenetz (20, 21) angeschlossenen Wandler (10) ausgangsseitig eine Gleichspannung (U2) erzeugt wird, und
— mit der Gleichspannung (U2) des Wandlers (10) ein internes Gleichstromnetz (30) betrieben wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
— eine Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) zwischen den Wandler (10) und das interne Gleichstromnetz (30) geschal tet ist,
— die Eingangsspannung der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) mittelbar oder unmittelbar durch die Gleichspannung (U2) des Wandlers (10) gebildet wird und die Ersatzstrom versorgungseinrichtung (40) als Ausgangsspannung (U3) ihre Eingangsspannung oder ersatzweise eine von einem Energie speicher (41) der Ersatzstromversorgungseinrichtung gelie ferte Hilfsbetriebsspannung (U4) in das interne Gleich stromnetz (30) einspeist, und
— eine Überwachungseinrichtung (50) zumindest drei Kontroll- signale (K1-K3) verarbeitet, nämlich ein erstes Kontroll- signal (Kl), das die vom Wandler (10) ausgegebene Gleich spannung (U2) beschreibt, ein zweites Kontrollsignal (K2), das die von der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) in das Gleichstromnetz (30) eingespeiste Ausgangsspannung (U3) beschreibt, und ein drittes Kontrollsignal (K3) , das den Ladezustand des Energiespeichers (41) beschreibt und ein Ladezustandssignal bildet, und in Abhängigkeit von den drei Kontrollsignalen (K1-K3) ) ein Zustandssignal (Z) er zeugt, das einen Zustand der den Wandler (10) und die Er- satzstromversorgungseinrichtung (40) umfassenden Anordnung beschreibt .
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
— ein einen Fehler einer Steuereinheit (42) der Ersatzstrom versorgungseinrichtung (40) anzeigendes Fehlersignal er zeugt wird, wenn das erste Kontrollsignal (Kl) innerhalb eines für das erste Kontrollsignal (Kl) vorgegebenen Tole ranzbereichs liegt und das zweite Kontrollsignal (K2) au ßerhalb eines für das zweite Kontrollsignal (K2) vorgege benen Toleranzbereichs liegt, und/oder
— als Zustandssignal (Z) ein einen Fehler des Energiespei chers (41) der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) an zeigendes Fehlersignal erzeugt wird, wenn das dritte Kon trollsignal (K3) außerhalb eines für das dritte Kontroll signal (K3) vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, und/oder
— als Zustandssignal (Z) ein einen Fehler des Wandlers (10) oder des Speisenetzes (20, 21) anzeigendes Fehlersignal erzeugt wird, wenn das erste Kontrollsignal (Kl) außerhalb eines für das erste Kontrollsignal (Kl) vorgegebenen Tole ranzbereichs liegt .
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 12 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Testbetrieb durchgeführt wird, bei dem die eingangsseiti ge Speisung der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40), also die an der Ersatzstromversorgungseinrichtung (40) anliegende Eingangsspannung, abgeschaltet wird, insbesondere durch Ab schalten des Wandlers (10) oder durch Abschalten der externen Speisung des Wandlers (10) durch das Speisenetz (20, 21), und nach dem Abschalten der zeitliche Verlauf der drei Kontroll- signale (K1-K3) ausgewertet wird.
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