EP4366971A1 - Elektrisch angetriebenes kraftfahrzeug sowie verfahren zum betrieb dessen - Google Patents

Elektrisch angetriebenes kraftfahrzeug sowie verfahren zum betrieb dessen

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Publication number
EP4366971A1
EP4366971A1 EP22732197.3A EP22732197A EP4366971A1 EP 4366971 A1 EP4366971 A1 EP 4366971A1 EP 22732197 A EP22732197 A EP 22732197A EP 4366971 A1 EP4366971 A1 EP 4366971A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
circuit
vehicle chassis
resistance
current collector
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
EP22732197.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Braun
Klaus Dietrich
Jürgen Hetzler
Wolfgang Hofheinz
Hardy Naumann
Günter Uhl
Henning Sebastian Vogt
Michael Zeyen
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.)
Volkswagen AG
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG, Siemens Mobility GmbH filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4366971A1 publication Critical patent/EP4366971A1/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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • 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
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled 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
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/36—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles with means for collecting current simultaneously from more than one conductor, e.g. from more than one phase
    • 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
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters

Definitions

  • the invention relates to an electrically driven motor vehicle with two current collectors for a two-pole contact line device, and a method for operating the motor vehicle.
  • a motor vehicle is to be understood here as a vehicle which is driven by a motor and is not bound to rails.
  • vehicle chassis vehicle frame
  • ground i.e. the earth
  • An example is such a motor vehicle, which is supplied using a catenary device with electrical shear energy to drive it, a trolleybus (trolleybus) or a trolleybus device trucks.
  • a voltage between the vehicle chassis and the ground should therefore be as small as possible, in particular zero.
  • the EN50502 standard for example, is known for the trolleybus, which essentially provides for double insulation (double insulation) for electrical safety.
  • a vehicle is known from EP 3036 127 B1, which has a second level of protection to avoid dangerous contact voltages on the vehicle frame is formed by an electrically isolated assembly of the traction drive on the vehicle frame, and has a first level of protection, which is additionally formed by a consumer and traction drive connected, galvanically isolating DC-DC converter.
  • the vehicle also includes a switching element, by means of which the protection system can be switched over between the first and the second protection stage by selectively connecting or bridging the DC voltage converter.
  • the bypass mode in which the DC-DC converter is bypassed, is used at higher vehicle speeds, with the danger to outsiders from the moving vehicle being classified as higher than the danger from an insulation fault.
  • the invention has for its object to specify an electrically powered motor vehicle, the pantograph for electrical contact with contact lines of a catenary device has.
  • protection for a person against an electric shock when the vehicle chassis is touched should be comparatively high and/or this protection should be comparatively low in technical terms.
  • This protection should be implemented both when the motor vehicle is stationary and during ferry operation, in particular independently of the speed of vehicle operation.
  • a method for operating such an electrically driven motor vehicle and a system with such and with a two-pole catenary device are to be specified.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
  • the object is achieved with the features of claim 8 and with regard to the system with the features of claim 10.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims.
  • the statements made in connection with the electrically powered motor vehicle also apply mutatis mutandis to the method and to the system and vice versa.
  • the electrically driven motor vehicle also referred to below as a vehicle for short, has a vehicle chassis (a vehicle frame).
  • vehicle chassis a vehicle frame
  • the vehicle chassis is not grounded.
  • the vehicle chassis is only in contact with the ground of the vehicle by means of tires, the tires having a comparatively high electrical resistance.
  • An electrically driven motor vehicle is to be understood here both as a purely electrically driven motor vehicle and as a hybrid vehicle, ie a motor vehicle that has other drive options in addition to the electric drive.
  • the vehicle also includes a first pantograph and a second pantograph. These two pantographs are used to make electrical contact with the two catenaries of a two-pole catenary device.
  • each of the current collectors which is designed as a pantograph, for example, has a contact device, for example a contact strip or a contact roller.
  • the pantograph is and/or makes it possible to use electrical energy provided by the contact line device, in particular to drive the vehicle.
  • the two pantographs are used for the (vehicle) external electrical energy supply.
  • the vehicle chassis is also electrically insulated from the pantographs.
  • the electrically powered motor vehicle is intended in particular to be used with such a two-pole contact line device with two contact lines, in particular designed as overhead lines, in which a voltage between the first of the two contact lines and the earth potential is equal to the voltage between the earth potential and the second of the two catenaries.
  • the voltage applied to the contact lines of such a contact line device therefore has a symmetrical, in other words, voltage-centered, grounding.
  • the two catenary voltages are therefore symmetrical to earth.
  • the vehicle also includes a device for determining the voltage between the vehicle chassis and the first current collector and/or for determining the voltage between the vehicle chassis and the second current collector.
  • this device is formed by means of a bridge circuit, in particular by means of a Wheatstone bridge circuit.
  • This in turn includes a voltage divider with two series-connected electrical voltage divider resistors (voltage divider resistor elements).
  • the voltage divider is connected between the first and the second current collector and is thus electrically connected to them.
  • the voltage divider is designed in such a way that its two voltage divider resistors have the same electrical resistance. So the magnitude of the electrical resistance (ohmic resistance) of one voltage divider resistor is equal to the magnitude of the electrical resistance (ohmic resistance) of the other of the two voltage divider resistors.
  • a voltage divider with a fixed (constant) 1:1 division ratio is thus formed.
  • This voltage divider is also referred to here and in the following as a reference voltage divider.
  • the second voltage divider of the bridge circuit is formed by the insulation (insulation material) between the first current collector and the vehicle chassis and by the insulation (iso lation material) between the second current collector and the vehicle chassis.
  • This second voltage divider is also referred to as an isolation voltage divider.
  • a transverse resistance of the bridge is connected between the branch of the measuring bridge formed using the reference voltage divider and a branch of the measuring bridge formed using the insulation.
  • the bridge transverse resistance is therefore electrically connected to a first center tap between the two voltage divider resistors, ie to a midpoint of the reference voltage divider.
  • the bridge shunt resistance is electrically connected to the vehicle chassis or can be connected using a switch that is connected between the bridge shunt resistance and the vehicle chassis.
  • the bridge shunt resistance is connected between the first center tap and the vehicle chassis.
  • the vehicle chassis and the center point of the voltage divider has the same potential due to this electrical connection and possibly when the switch is switched to be conductive.
  • the midpoint of the voltage divider and the vehicle chassis electrically contacted with the center tap therefore particularly advantageously have ground potential or only a negligibly small voltage difference to ground potential, i.e. no danger to a person touching the vehicle chassis. There is therefore no dangerous (touch) voltage between the vehicle chassis and earth. A comparatively high degree of safety against an electric shock is thus achieved for a person who touches the vehicle chassis.
  • a symmetrical insulation is to be understood here as meaning that the electrical (ohmic) resistance of the insulation between the first current collector and the vehicle chassis is equal to the electrical (ohmic) resistance between the second current collector and the vehicle chassis with regard to its magnitude.
  • a symmetrical insulation error is understood to mean that an electrical resistance of the insulation between the first current collector and the vehicle chassis and an electrical resistance of the insulation between the second current collector and the vehicle chassis change by the same value, for example as a result of damage, in particular to decrease.
  • an asymmetrical insulation fault i.e. an insulation fault in which the electrical resistance of the insulation between the first current collector and the vehicle chassis and the electrical resistance of the insulation between the second current collector and the vehicle chassis does not change by the same value, can occur in a Contact voltage result, which can be dangerous for a person when touching the vehicle chassis.
  • an asymmetrical insulation fault can advantageously be detected or recognized using the device for determining the voltage between the vehicle chassis and the first current collector and/or the voltage between the vehicle chassis and the second current collector.
  • this asymmetrical insulation fault can be detected by a voltage drop across the bridge shunt resistance.
  • a voltage source-free measure is implemented in which the vehicle chassis has earth potential and, as a result, a contact voltage is avoided.
  • the voltage divider shown above requires relatively little technical effort, so that, in particular in comparison to double insulation, costs are reduced and weight and the required installation space are reduced.
  • the device has at least two voltage measuring devices. These are used to determine the voltage between the first pantograph and the vehicle chassis and to determine the voltage between the second pantograph and the vehicle chassis.
  • the two voltage measuring devices are switched in such a way that they can directly record these two voltages.
  • the two voltage measuring devices are switched in such a way that the voltage between the first and second current collectors is recorded using one of the two voltage measuring devices and the voltage between the vehicle chassis and one of the two current collectors is recorded using the other voltage measuring device can.
  • the magnitude of the voltage between the other of the pantographs and the vehicle chassis can then be determined using the difference in the voltage between the pantographs and the detected voltage between the vehicle chassis and the pantograph.
  • a first circuit and a second circuit are provided, the (electrical) resistance of which can be adjusted in each case.
  • the first and the second circuit are also referred to here and in the following as an adjusting device.
  • the first circuit and the second circuit are connected in series with one another and this series circuit is connected between the two pantographs.
  • a second center tap is arranged between the first circuit and the second circuit, the second center tap being connected to the vehicle chassis or preferably using a switch, suitably using the between the bridge shunt resistance and the Vehicle chassis switched switch with which the vehicle chassis can be connected.
  • at least the reference voltage divider, the transverse resistance of the bridge and/or the first and second circuits can be electrically separated from the vehicle chassis. Consequently, it is avoided that an insulation monitor, in particular a traction battery, recognizes the actuating device from the first and the second circuit as an insulation error when the motor vehicle is operating on battery power.
  • the first and second circuits are each formed using an adjustable resistor.
  • these each include at least one, in particular or a semiconductor component designed as a controllable resistor or as a semiconductor switch, and/or a voltage source.
  • Adjusting the resistances of the two circuits advantageously enables a total resistance between the first current collector and the vehicle chassis to be matched to a total resistance between the second current collector and the vehicle chassis.
  • the respective total resistance results from the first adjustable resistance, the voltage divider resistance of the reference voltage divider connected between the first current collector and the first center tap, and from the electrical resistance of the insulation between the first current collector and the vehicle chassis or from the second adjustable resistor, the voltage divider resistor connected between the second current collector and the first center tap and from the electrical resistance of the insulation between the second current collector and the vehicle chassis.
  • This adaptation can advantageously be used to compensate for an asymmetrical insulation fault in which the electrical resistance of the insulation between the first current collector and the vehicle chassis and the electrical resistance of the insulation between the second current collector and the vehicle chassis do not differ by the same amount, for example by a damage, has changed.
  • the first circuit and the second circuit are connected in series with one another, the center tap of the isolation voltage divider, i.e. the voltage divider formed on the basis of the insulation, being electrically connected to the second center tap or can be connected using the or a switch.
  • the center tap of the isolation voltage divider i.e. the voltage divider formed on the basis of the insulation
  • the first circuit and/or the second circuit are set as a function of the voltage drop across the bridge shunt resistance or, in the second variant of the motor vehicle, as a function of the voltages detected by the voltage measuring devices.
  • the resistances of the circuits are expediently set in such a way that the total electrical resistance between the first current collector and the vehicle chassis is equal to the second total electrical resistance between the second current collector and the vehicle chassis.
  • the voltage on the vehicle chassis is also set to earth potential. This is also referred to as (active) balancing or (active) balancing of the vehicle chassis.
  • a (contact) voltage between the vehicle chassis and earth is avoided even in the case of asymmetrical insulation faults.
  • protection for a person against an electric shock when the vehicle chassis is touched is also advantageously implemented in catenary operation.
  • the first current collector and the second current collector are expediently connected to a DC-DC converter, in particular on the input side.
  • the traction battery is connected to the DC-DC converter.
  • electrical loads in particular an electric motor for driving the vehicle, are connected to the traction battery.
  • the switch is arranged in each case in a current collector current path from the contact device of the associated current collector to the DC-DC converter.
  • these two switches are or will be activated depending on the voltage drop across the bridge shunt resistance (first variant of the motor vehicle) or depending on the voltages determined using the voltage measuring devices (second variant of the motor vehicle) and/or depending on the electrical's resistance of the first and / or second circuit switched (both variants of the motor vehicle).
  • the DC-DC converter is a DC-DC converter without galvanic isolation, ie with galvanic coupling.
  • a DC/DC converter with galvanic isolation offers an additional protective measure, particularly for double isolation as defined by EN50502. Due to the symmetrization of the vehicle chassis, however, a DC converter with galvanic isolation is not necessary to protect the user from an electric shock. In comparison in order to use a DC-DC converter with galvanic coupling, a saving in cost, installation space and/or weight is achieved here.
  • a third and fourth circuit is provided in addition or as an alternative to the first and second circuit, the electrical (ohmic) resistances of which can be adjusted.
  • the third or fourth circuit is formed, for example, using an adjustable resistor or preferably comprises at least one semiconductor component designed in particular as a controllable resistor or as a semiconductor switch, and/or a voltage source.
  • the third circuit is connected between a first high-voltage current path, which is connected to a first battery terminal of a traction battery of the motor vehicle and, particularly on the output side, to the DC-DC converter, and the vehicle chassis.
  • this high-voltage current path runs between the first battery connection (e.g. positive pole) and the DC-DC converter.
  • the fourth circuit is connected between the vehicle chassis and a second high-voltage current path, which is connected to a second battery connection of the traction battery and the DC-DC converter, which second high-voltage current path runs in particular between the second battery connection (e.g. the negative pole) and the DC-DC converter.
  • the total resistances between the pantographs and the vehicle chassis can be matched to one another using the third and/or fourth circuit.
  • the first circuit is also called the first symmetry or as the first setting circuit
  • the second circuit as the second balancing or as the second setting circuit
  • the third circuit as the third balancing or as the third setting circuit
  • the fourth circuit also referred to as a fourth balancing or fourth control circuit.
  • a further aspect of the invention relates to a method for operating a motor vehicle, which is designed according to one of the variants presented above.
  • the vehicle is designed according to the second variant, the voltage between the first pantograph and the vehicle chassis and the voltage between the second pantograph and the vehicle chassis is recorded or determined in catenary operation using the voltage measuring devices. If the bridge is not balanced, i.e.
  • the electrical resistance of the first, the second, the third and/or the fourth circuit is set or regulated in such a way that the bridge is balanced, with the respective electrical resistance preferably being reduced.
  • a threshold value or a respective threshold value for the magnitude of the electrical resistance of the first, second, third or fourth circuit is specified or can be specified, with catenary operation being terminated if the respective threshold value is undershot, i.e. the two switches which are connected between the contact device of the respective Pantograph and the DC-DC converter are connected to be switched current-blocking. This avoids the amount of electrical resistance between the vehicle chassis and the corresponding pantograph becoming too small.
  • a threshold value or a respective threshold value for the magnitude of the electrical resistance of the first, second, third or fourth circuit can be specified or can be specified, with the catenary operation being terminated when the respective threshold value is exceeded.
  • a (too) high electrical resistance can indicate a faulty/defective circuit.
  • the first circuit, the second circuit, the third circuit and/or the fourth circuit is set or regulated in such a way that a first total electrical resistance between the first current collector and the vehicle chassis is equal to a second total electrical resistance between the second current collector and the vehicle chassis is.
  • a (further) predetermined or specifiable threshold value is exceeded by the voltage drop across the bridge shunt resistance or by the current flowing through the bridge shunt resistance, or in the second variant of the motor vehicle by a difference between the determined values Voltages between the first pantograph and the vehicle chassis or between the second pantograph and the vehicle chassis, the two switches, which are connected between the contact device of the respective pantograph and the DC voltage converter, switched to blocking current. In other words, the catenary operation is terminated.
  • asymmetrical insulation faults can be detected and an electrical connection between the vehicle chassis and the respective contact device and the associated contact line can be interrupted.
  • the vehicle can then be operated in battery mode and, in particular, can continue to drive in battery mode.
  • asymmetrical insulation errors can be at least partially compensated for.
  • a further aspect of the invention relates to a system consisting of an electrically driven motor vehicle which is designed according to one of the variants presented above and/or is operated according to the method in one of the variants presented above.
  • the system also includes a two-pole catenary device with two catenaries, with a voltage between a first of the two catenaries and earth being equal to the voltage between earth and the second of the two catenaries. This is achieved, for example, by means of symmetrical, i.e. voltage-centered, grounding in the substation of the catenary system.
  • the vehicle chassis In comparison, in a substation where one of the contact lines is connected to earth, the vehicle chassis must be earthed or, alternatively, double insulation is required if the DC-DC converter has a galvanic coupling.
  • FIG. 1a, b different configurations of a catenary device with two catenary lines for supplying an electrically powered motor vehicle with electrical energy shear
  • FIG. 2a shows a first variant of an electrically driven motor vehicle with two current collectors, between which two series-connected voltage divider resistors are connected, with a center tap between the voltage divider resistors being connected to the vehicle chassis,
  • FIG. 2b shows a second variant of the electrically powered motor vehicle, this having a voltage measuring device for detecting a voltage between the two current collectors and a voltage measuring device for detecting the voltage between the vehicle chassis and one of the two current collectors, and
  • Fig. 3 in a flow chart, a method sequence for operating the electrically driven motor vehicle.
  • a catenary device 2 catenary line processing system
  • This is designed, for example, as an overhead line device.
  • the contact line device 2 has two contact lines designed in particular as overhead lines, namely a first contact line 4 and a second contact line 6.
  • the contact line device 2 also includes a substation, of which the DC voltage source 8 (Fig. 1a) or the DC voltage sources 8 are shown.
  • the contact lines 4 and 6 are connected in such a way that a voltage between the first contact line 4 and ground 9 is equal to the voltage between ground 9's and the second contact line 6 .
  • the two catenary voltages are therefore symmetrical to earth.
  • a voltage-centered grounding has been implemented in the substation.
  • the DC voltage source(s) are expediently formed in each case by means of at least one transformer and at least one rectifier connected downstream of this.
  • this is one end (output) of the direct voltage source 8 with the first catenary 4 and the other end (output) of the direct voltage source 8 connected to the second catenary 6.
  • the first catenary 4 and the second catenary 6 are each connected to ground 9 by means of a balancing resistor 10 .
  • the electrical cal resistance of the balancing resistors is, for example, in each case 1 k ⁇ .
  • the power loss resulting from a voltage of, for example, 1200 V between the two contact lines 4 and 6 is comparatively low.
  • insensitivity to asynchronous harmonics of the current source is an advantage of this configuration.
  • overvoltage protection between the two catenaries 4, 6 and/or for each of the catenaries 4 and 6 a catenary fuse, in particular a switching device with overcurrent and short-circuit function, is provided in analogy to FIG. 1b.
  • the substation has two DC voltage sources 8 connected in series with the same output voltage for central voltage grounding, with a center tap between the two DC voltage sources 8 being connected to ground 9, see FIG. 1b .
  • the center tap is on the secondary side, ie between the two DC voltage sources 8 .
  • the earth propagation resistance is given the reference number 12 .
  • an overvoltage protection 14 between the two contact lines 4, 6 and/or for each of the contact lines 4 and 6 a contact line fuse (not shown) and/or a switching device 16 with overcurrent is optionally available at the factory - and short-circuit function provided.
  • 18 designates the contact line resistance of the respective contact line 4 and 6, respectively. For example, this is 100 mu/km.
  • FIG. 2a A first variant of an electrically driven motor vehicle 20 is shown schematically in FIG. 2a. This is intended and set up to be used with a catenary device 2, for example according to FIG. 1a or 1b, the voltage between tween the first catenary 4 and earth 9 being equal to the voltage between earth 9 and the two-ten catenary 6 .
  • the vehicle chassis 22 of the vehicle 20 is not grounded, contact with the ground 9 being made only by means of, for example, air-filled tires with a comparatively high, electrically insulating effect, resistance 24 .
  • the vehicle 20 also has a first th current collector 26 and a second current collector 28 on.
  • Each of the pantographs 26 and 28 includes a contact device 30 designed, for example, as a contact strip for making contact with one of the contact lines 4 and 6, respectively.
  • the electrical insulation (insulation) between the first current collector 26 and the vehicle chassis 22 and the electrical insulation (insulation) between the second current collector 28 and the vehicle chassis are represented in FIG. 2, each with an electrical (insulation) resistance. which are provided with the reference numerals 32 and 34, respectively.
  • the two current collectors 26 and 28 are each connected by means of a switch 56 to a galvanically non-separated DC-DC converter 36, ie electrically connected to it.
  • the DC-DC converter 36 is, for example, a unidirectional or a bidirectional buck-boost converter.
  • the switch 56 embodied in particular as a contactor is connected.
  • the switch 56 is connected to a high-voltage current path 42 embodied in particular as a high-voltage busbar, which runs between the contact device 30 of the respective current collector 26 or 28 and the DC-DC converter 36 .
  • a (reference) voltage divider 38 is connected between the high-voltage current paths 42 emanating from the two current collectors 26 and 28 .
  • This comprises two series-connected voltage divider resistors 40 which have the same ohmic resistance.
  • a voltage divider with a division ratio of 1:1 is realized using the voltage divider resistors 40 .
  • the voltage divider resistors 40 have an ohmic resistance which is preferably greater than 10 k ⁇ , in particular greater than 50 k ⁇ , preferably between 100 k ⁇ and 1 MW, for example 500 k ⁇ .
  • the (reference) voltage divider 38 is connected to the high-voltage current paths 42 in this case.
  • a bridge circuit in the manner of a Wheatstone measuring bridge is implemented using the reference voltage divider 38, the transverse resistance of the bridge 52 and the insulation (resistances 32, 34).
  • the insulation (resistances 32,34) form an (iso lation) voltage divider, i.e. a branch of the measuring bridge.
  • the reference voltage divider 38 is the reference path for the voltage measurement of the measuring bridge.
  • the motor vehicle thus includes a device for determining the voltage between the vehicle chassis 22 and the first current collector 26 and/or the voltage between the vehicle chassis 22 and the second current collector 28, the device being formed by means of the bridge circuit.
  • the motor vehicle includes a first circuit 46, the electrical resistance of which can be adjusted, and a second circuit 47, the electrical resistance of which can be adjusted.
  • the two circuits 46, 47 are shown as adjustable resistors. These include, for example, a number of semiconductor elements, suitably one or more than one transistor, such as a MOSFET, in which the electrical resistance of the drain-source path can be set based on the gate-source voltage.
  • the circuits 46, 47 are connected between the two high-voltage current paths 42, which in turn can be connected to the contact devices 30 using the switch 56.
  • a second center tap 50 between the two circuits 46 and 47 is electrically connected to the center tap 44 of the voltage divider 38 made up of the voltage divider resistors 40 via a bridge shunt resistor 52 .
  • a bridge shunt resistance 52 is connected between the center taps 44 , 50 . Any voltage drop across the bridge shunt resistance 52 can be detected and a value representing this or a corresponding signal can be output to a control unit 53 .
  • the total resistance between the first current collector 26 and the vehicle chassis 22 can be adjusted to a total resistance between the second current collector 28 and the vehicle chassis 22 when the motor vehicle 20 is in catenary operation.
  • the voltage divider formed using the first and second circuits 46, 47 is also referred to as a control voltage divider, as a compensation voltage divider or as a balancing voltage divider.
  • the ohmic resistance of the circuits 46 and 47 can be adjusted between 10 k ⁇ and 10 MW, respectively.
  • the additional switch 54 is connected between the vehicle chassis 22 and the center tap 50 of the circuits 46 and 47, so that these and the voltage divider 38 can be switched off when the motor vehicle 20 is in battery mode.
  • the voltage at the vehicle chassis 22 corresponds to the voltage at the second center tap 50.
  • the switches 56 are connected in the respective high-voltage current path 42 between the DC-DC converter 36 and the connection point of the circuits 46,47.
  • a residual current meter 58 is optionally coupled to the control unit. This detects a differential current between the current through the two high-voltage current paths 42, so that the switches 56 are switched to blocking current when the differential current exceeds a specific threshold value.
  • a traction battery 60 is also connected to the DC voltage converter 36 . Since a battery contactor 62 and a battery fuse 64 is connected between the poles of the traction battery 60 and the DC-DC converter 36 in each case. To the traction battery 60 is still a consumer shown here as a resistor 66, for example an electric motor for driving the motor vehicle 20, connected. In addition or as an alternative to this, the or a consumer 66 is connected between the current collectors 26 and 28 on the DC voltage converter side of the switch 56 .
  • the motor vehicle has a third circuit 48 shown in dashed lines in FIGS. 2a and 2b and a fourth circuit 49 shown in dashed lines.
  • the third circuit 48 is connected between a high-voltage current path 67 which runs between a first battery connection 60a and the DC-DC converter 36 and the vehicle chassis 22 .
  • the fourth circuit 49 is connected between a high-voltage current path 68 which runs between a second battery connection 60b and the DC-DC converter 36 and the vehicle chassis 22 .
  • the third and fourth circuit 48 , 49 can be electrically connected to the vehicle chassis 22 using a switch 76 .
  • the switch 76 is connected between a center tap arranged between the third and fourth circuit 48 , 49 and the vehicle chassis 22 .
  • the electrical resistance of the third and fourth circuit 48, 49 can be adjusted in a similar manner to the first and second circuit 46, 47, so that using the first, second, third and/or fourth circuit 46, 47, 48, 49 the total resistance between the first pantograph 26 and the vehicle chassis 22 can be matched to a total resistance between the second pantograph 28 and the vehicle chassis 22 .
  • the isolation between the high-voltage current path 67 and the vehicle chassis 22 is represented in a manner analogous to the electrical resistance 32 in FIGS.
  • the insulation between the high-voltage current path 68 and the vehicle chassis 22 is also represented in a manner analogous to the electrical resistance 34 using a resistance element 80 connected between the high-voltage current path 68 and the vehicle chassis 22 .
  • the traction battery 60 and the elements connected to it are electrically isolated from the chassis 22 of the vehicle.
  • the traction battery 60 has an insulation monitor 69 . If a fault in the insulation of the traction battery 60 is detected, the battery contactors 62 are opened. In catenary operation, the insulation monitor 69 can be deactivated by opening a switch 70 .
  • Overvoltage protection 14 is also connected between the two current collectors 26 and 28 . Furthermore, a current collector fuse 72 is connected between the contact unit 30 of the respective current collector 26 , 28 and the DC voltage converter 36 .
  • FIG. 2b A second variant of the electrically driven motor vehicle 20 is shown in FIG. 2b.
  • This variant differs from the first variant according to Fig. 2a in that the device for determining the voltage between the vehicle chassis 22 and the first current collector 26 and/or for determining the voltage between the vehicle chassis 22 and the second current collector 28 has two voltage measuring devices 74 includes.
  • the voltage measuring devices 74 are switched in such a way that the voltage between the current collectors 26, 28 and the voltage between the first current collector 26 and the vehicle chassis 22 can be detected.
  • one of the voltage measuring devices 74 is connected between the high-voltage current path 42 connected to the first current collector and the vehicle chassis, the other of the voltage measuring devices 74 is connected between the two high-voltage current paths 42 .
  • This voltage measuring device 74 can be connected to the high-voltage current paths 42 on the DC voltage converter side or on the current collector side, ie on the contact device side, with respect to the switch 56 .
  • the circuit of the voltage measuring device 74 on the current collector side is shown in FIG. 2b. represented by a dashed line representation of this voltage measuring device.
  • the two voltage measuring devices 74 are connected in such a way that the voltage between the first current collector 26 and the vehicle chassis 22 and the voltage between the second current collector 28 and the vehicle chassis can be detected.
  • the two voltage measuring devices 74 are connected in such a way that the voltage between the current collectors 26, 28 and the voltage between the second current collector 26 and the vehicle chassis 22 can be detected.
  • the switch 54 is optional in the second variant. This can be omitted in particular if the resistances of the circuits are set to be comparatively high, for example greater than 1 k ⁇ , suitably greater than 5 k ⁇ , expediently greater than 10 k ⁇ , or greater than 50 k ⁇ , preferably between 100 k ⁇ and 1 MW or can be set to such a high resistance.
  • the vehicle 20 according to FIG. 2a or FIG. 2b and the contact line device 2 form a system.
  • FIG 3 shows a method sequence for operating motor vehicle 20 using a flow chart. This has the first circuit 46, the second circuit 47, the third circuit 48 and/or the fourth circuit 49.
  • a first step I. the contact devices 30 of the current collectors 26 , 28 are moved in such a way that they are in contact with the contact lines 4 , 6 of the contact line device 2 .
  • the pantographs 26, 28 are coupled to the contact lines 4, 6.
  • the switches 56 are in the open, ie non-conductive, state.
  • the catenary voltage is determined or recorded using the voltage measuring devices 74 . Furthermore, in step I - if necessary - the vehicle network on the pantograph side is pre-charged by means of the DC-DC converter 36 and the traction battery 60. At the beginning of the catenary operation FB, in particular the overhead line operation, the switches 56 are then closed, i.e. switched to conducting current.
  • the electrical resistance of the first, the second, the third and/or the fourth circuit 46 to 49 is set or regulated in such a way that the bridge is balanced.
  • the electrical resistance of the first, the second, the third and/or the fourth circuit 46 to 49 is then set or regulated in such a way that the voltage drop across the bridge transverse resistance or the bridge current is equal to zero (first variant of the motor vehicle) or that the voltage between the first pantograph and the vehicle chassis is equal to the voltage between the vehicle chassis and the second pantograph.
  • the first total electrical resistance between the first current collector 26 and the vehicle chassis 22 is equal to a second total electrical resistance between the second current collector 28 and the vehicle chassis 22.
  • the potential on the vehicle chassis 22 is the ground potential 9.
  • a threshold value S or a respective threshold value for the magnitude of the electrical resistance of the first, second, third or fourth circuit 46 to 49 is specified or can be specified, whereby if the electrical resistance falls below the threshold value S, at least one of the circuits 46 to 49 of Catenary operation is ended, so the current-blocking switched at the switch 56, which are connected between the contact device 30 of the respective pantograph 26,28 and the DC-DC converter 36 (step III.). In this way it is avoided that the amount of electrical resistance between the vehicle chassis and the corresponding pantograph becomes too small.
  • a further threshold value S' or a threshold value S' for the amount of the electrical resistance of the first, second, third or fourth circuit 46 to 49 is or can be predetermined, with at least one of the Circuits 46 to 49 of the catenary operation is terminated (step III.).
  • the voltage drop across the bridge shunt resistance 52 or a value from the voltage recorded (using the voltage measuring devices 74) between the first pantograph 26 and the vehicle chassis 22 and from the voltage between the vehicle chassis 22 and the second pantograph 28 is or was determined, compared with a predefined or predefinable (further) (voltage) threshold value S”. If this threshold value is exceeded, catenary operation FB is ended.
  • This value is, for example, the difference between the recorded voltages, their amount, a ratio of these voltages or their amount.
  • the two switches 56 in particular are controlled by the control unit 53 in such a way that they are switched (opened) in a current-blocking manner. This serves as redundant protection for a person against an electric shock if the vehicle chassis 22 is touched.
  • the catenary operation FB is terminated in an expedient manner.
  • Step II is expediently carried out at recurring times during catenary operation FB.
  • center tap 6 first circuit 7 second circuit 8 third circuit 9 fourth circuit 0 second center tap 2 bridge shunt resistance 3 control unit

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) mit einem Fahrzeugchassis (22), sowie mit einem ersten Stromabnehmer (26) und mit einem zweiten Stromabnehmer (28) zum Kontaktieren jeweils einer Fahrleitung (4, 6) einer zweipoligen Fahrleitungseinrichtung (2). Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug (20) eine Einrichtung zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis (22) und dem ersten Stromabnehmer (26) und/oder der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis (22) und dem zweiten Stromabnehmer (28), wobei die Einrichtung mittels einer Brückenschaltung gebildet ist, welche zwei in Serie zwischen die beiden Stromabnehmer (26, 28) geschalteten Spannungsteiler-Widerstände (40) aufweist, die den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen, wobei ein Brückenquerwiderstand (52) mit einem ersten Mittenabgriff (44) den beiden Spannungsteiler-Widerständen (40) elektrisch verbunden ist, und wobei der Brückenquerwiderstand (52) mit dem Fahrzeugchassis (22) verbunden oder anhand eines Schalters (54) mit dem Fahrzeugchassis (22) verbindbar ist, oder wobei die Einrichtung zwei Spannungsmesseinrichtungen (74) zur Ermittlung einer Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer (26) und dem Fahrzeugchassis (22) und einer Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer (28) und dem Fahrzeugchassis (22) umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeugs (20) sowie ein System mit einem solchen Kraftfahrzeug (20) und mit einem zweipoligen Fahrleitungseinrichtung (2).

Description

Beschreibung
Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb dessen
Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei Stromabnehmern für eine zweipolige Fahrleitungseinrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb des Kraftfahrzeugs.
Unter einem Kraftfahrzeug ist hierbei ein durch einen Motor angetriebenes, nicht an Schienen gebundenes Fahrzeug zu verstehen. Im Gegensatz zu schienengebundenen oder schienenge führten Fahrzeugen, bei denen eine Erdung mittels der Schienen erfolgt, ist bei einem Kraft fahrzeug anhand dessen Bereifung ein vergleichsweise großer elektrischer Widerstand zwi schen dem Fahrzeugchassis (Fahrzeugrahmen) und dem Untergrund, also der Erde, vorhan den.
Beispielhaft ist ein solches Kraftfahrzeug, das anhand einer Fahrleitungseinrichtung mit elektri scher Energie zu dessen Antrieb versorgt wird, ein Oberleitungsbus (O-Bus) oder ein Oberlei tungs-Lastkraftwagen.
Um für eine Person die Gefahr eines elektrischen Schlages (Stromschlag, Stromunfall) bei einer Berührung des Fahrzeugchassis zu vermeiden, sollte daher eine Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem Untergrund möglichst klein, insbesondere Null, sein.
Hierzu ist für den Oberleitungsbus beispielsweise der Standard EN50502 bekannt, der im We sentlichen eine doppelte Isolierung (Doppelisolierung) für die elektrische Sicherheit vorsieht.
Weiterhin ist aus der DE 639127 C ein Berührungsschutz für Oberleitungsomnibusse bekannt, wobei anhand von Hilfsspannungsquellen ein elektrischer Mittelpunkt zwischen den beiden Stromzuführungsleitungen hergestellt wird, und wobei der elektrische Mittelpunkt durch eine weitere Hilfsspannungsquelle mit dem auf Spannung Null zu bringenden Wagengestell verbun den ist.
Des Weiteren ist aus der EP 3036 127 B1 ein Fahrzeug bekannt, das zur Vermeidung von ge fährlichen Berührungsspannungen an dessen Fahrzeugrahmen eine zweite Schutzstufe, die durch eine elektrisch einfach isolierte Montage des Traktionsantriebes am Fahrzeugrahmen gebildet ist, sowie eine erste Schutzstufe aufweist, die zusätzlich durch einen zwischen Strom abnehmer und Traktionsantrieb geschalteten, galvanisch trennenden Gleichspannungswandler gebildet ist. Weiterhin umfasst das Fahrzeug ein Schaltelement, mittels dessen das Schutzsys tem durch wahlweises Zuschalten oder Überbrücken des Gleichspannungswandlers zwischen der ersten und der zweiten Schutzstufe umschaltbar ist. Hierbei wird der Bypassbetrieb, in wel chem der Gleichspannungswandler überbrückt ist, bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten angewendet, wobei die Gefahr für außenstehende Personen durch das fahrende Fahrzeug im Vergleich zur Gefährdung durch einen Isolationsfehler höher eingestuft wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug anzuge ben, das Stromabnehmer zum elektrischen Kontaktieren mit Fahrleitungen einer Fahrleitungs einrichtung aufweist. Insbesondere soll dabei ein Schutz für eine Person gegen einen elektri schen Schlag bei einer Berührung des Fahrzeugchassis vergleichsweise hoch und/oder dieser Schutz technisch vergleichsweise aufwandsarm sein. Dieser Schutz soll dabei sowohl im Still stand des Kraftfahrzeugs als auch während des Fährbetriebs, insbesondere unabhängig von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugbetriebs realisiert sein. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, sowie ein System mit einem Solchen und mit einer zweipoligen Fahrleitungseinrichtung angegeben werden.
Bezüglich des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe erfindungsgemäß ge löst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und bezüglich des Systems mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem elektrisch an getriebenen Kraftfahrzeug sinngemäß auch für das Verfahren sowie für das System und umge kehrt.
Das im Folgenden kurz auch als Fahrzeug bezeichnete elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug weist ein Fahrzeugchassis (einen Fahrzeugrahmen) auf. Insbesondere ist das Fahrzeugchassis nicht geerdet. So ist das Fahrzeugchassis lediglich mittels Reifen mit dem Untergrund des Fahrzeugs in Kontakt, wobei die Reifen einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug ist hierbei sowohl ein lediglich elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug zu verstehen, als auch ein Hybridfahrzeug, also ein Kraftfahrzeug, das zusätzlich zum elektrischen Antrieb weitere Antriebsmöglichkeiten aufweist.
Weiterhin umfasst das Fahrzeug einen ersten Stromabnehmer sowie einen zweiten Stromab nehmer. Diese beiden Stromabnehmer dienen dem elektrischen Kontaktieren mit den beiden Fahrleitungen einer zweipoligen Fahrleitungseinrichtung. Hierzu weist jeder der Stromabneh mer, welcher beispielsweise als Pantograph ausgebildet ist, eine Kontakteinrichtung, beispiels weise eine Schleifleiste oder eine Kontaktrolle, auf. Anhand der Stromabnehmer ist und/oder wird es ermöglicht, von der Fahrleitungseinrichtung bereitgestellte elektrische Energie, insbe sondere für einen Antrieb des Fahrzeugs, zu nutzen. Zusammenfassend dienen die beiden Stromabnehmer der (fahrzeug-)externen elektrischen Energieversorgung. Das Fahrzeugchassis ist dabei ebenfalls elektrisch gegenüber den Stromabnehmern isoliert.
Das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere dazu vorgesehen, mit einer solchen zweipoligen Fahrleitungseinrichtung mit zwei, insbesondere als Oberleitungen ausge bildeten, Fahrleitungen verwendet zu werden, bei der eine Spannung zwischen der ersten der beiden Fahrleitungen und dem Erd potential gleich der Spannung zwischen dem Erd potential und der zweiten der beiden Fahrleitungen ist. Die an den Fahrleitungen einer derartigen Fahrlei tungseinrichtung anliegende Spannung weist also eine symmetrische, mit anderen Worten spannungsmittige, Erdung auf. Die beiden Fahrleitungsspannungen sind somit symmetrisch zur Erde.
Das Fahrzeug umfasst zudem eine Einrichtung zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem ersten Stromabnehmer und/oder zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem zweiten Stromabnehmer.
Gemäß einer ersten Variante des Fahrzeugs ist diese Einrichtung mittels einer Brückenschal tung, insbesondere mittels einer Wheatstone'schen Brückenschaltung gebildet. Diese umfasst wiederum einen Spannungsteiler mit zwei in Serie miteinander verschalteten elektrischen Spannungsteiler-Widerständen (Spannungsteiler-Widerstandselementen). Der Spannungsteiler ist dabei zwischen den ersten und den zweiten Stromabnehmer geschaltet, und somit elektrisch mit diesen verbunden. Der Spannungsteiler ist dabei derart ausgebildet, dass dessen beiden Spannungsteiler-Widerstände den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen. Also ist der Betrag des elektrischen Widerstands (ohmschen Widerstands) des einen Spannungsteiler- Widerstands gleich dem Betrag des elektrischen Widerstands (ohmschen Widerstands) des anderen der beiden Spannungsteiler- Widerstände. Somit ist ein Spannungsteiler mit festem (konstanten) 1:1 Teilungsverhältnis gebildet. Dieser Spannungsteiler wird hier und im Folgen den auch als Referenz-Spannungsteiler bezeichnet.
Der zweite Spannungsteiler der Brückenschaltung ist anhand der Isolation (Isolationsmaterial) zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis und anhand der Isolation (Iso lationsmaterial) zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis gebildet. Dieser zweite Spannungsteiler wird auch als Isolations-Spannungsteiler bezeichnet.
Hierbei ist ein Brückenquerwiderstand zwischen dem anhand des Referenz-Spannungsteilers gebildeten Zweigs der Messbrücke und einem anhand der Isolationen gebildeten Zweig der Messbrücke geschaltet. Der Brückenquerwiderstand ist also mit einem ersten Mittenabgriff zwi schen den beiden Spannungsteiler-Wderständen, also mit einem Mittelpunkt des Referenz- Spannungsteilers, elektrisch verbunden. Zudem ist der Brückenquerwiderstand elektrisch mit dem Fahrzeugchassis verbunden oder anhand eines Schalters, der zwischen dem Brücken querwiderstand und dem Fahrzeugchassis geschaltet ist, verbindbar. Zusammenfassend ist der Brückenquerwiderstand zwischen den ersten Mittenabgriff und das Fahrzeugchassis geschaltet.
Solange die Fahrleitungsspannung symmetrisch zur Erde ist, die Fahrleitungen elektrisch mit dem jeweiligen Stromabnehmer kontaktiert sind, solange die Isolation der Stromabnehmer ge genüber dem Fahrzeugchassis symmetrisch ist, und gegebenenfalls solange der zwischen den Mittenabgriff und dem Fahrzeugchassis geschaltete Schalter leitfähig geschaltet ist, weisen das Fahrzeugchassis und der Mittelpunkt des Spannungsteilers aufgrund dieser elektrischen Ver bindung, und ggf. bei leitfähig geschaltetem Schalter, dasselbe Potential auf. Also weist der Mittelpunkt des Spannungsteilers und das mit dem Mittenabgriff elektrisch kontaktierte Fahr zeugchassis besonders vorteilhaft Erdpotential oder lediglich eine vernachlässigbar kleine, also für eine Person bei einer Berührung des Fahrzeugchassis keine Gefahr darstellende, Span nungsdifferenz zum Erdpotential auf. Eine für eine Person gefährliche (Berühr-)Spannung zwi schen dem Fahrzeugchassis und Erde ist somit nicht vorhanden. Somit ist für eine Person, die das Fahrzeugchassis berührt, eine vergleichsweise hohe Sicherheit gegen einen elektrischen Schlag realisiert.
Unter einer symmetrischen Isolation ist dabei zu verstehen, dass hinsichtlich dessen Betrag der elektrische (ohmsche) Wderstand der Isolation zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis gleich dem elektrischen (ohmschen) Wderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis ist. Zudem entsteht besonders vorteilhaft auch bei symmetrischen Isolationsfehlern keine Berühr spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und der Erde. Unter einem symmetrischen Isolati onsfehler ist dabei zu verstehen, dass sich ein elektrischer Widerstand der Isolation zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis und ein elektrischer Widerstand der Isolation zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis um den gleichen Wert, beispielsweise durch eine Beschädigung, ändern, insbesondere verringern.
Ein asymmetrischer Isolationsfehler, also ein Isolationsfehler, bei dem sich der elektrische Wi derstand der Isolation zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis und der elektrische Wderstand der Isolation zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahr zeugchassis nicht um den gleichen Wert ändert, kann es dagegen in einer Berührspannung resultieren, die für eine Person bei Berührung des Fahrzeugchassis gefährlich sein kann. Vor teilhaft kann ein solcher asymmetrischer Isolationsfehler allerdings anhand der Einrichtung zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem ersten Stromabnehmer und/oder der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem zweiten Stromabnehmer er fasst bzw. erkannt werden. Bei dieser ersten Variante des Kraftfahrzeugs kann dieser asymmet rische Isolationsfehler an einer über den Brückenquerwiderstand abfallenden Spannung erfasst werden.
Zusammenfassend ist bei bezüglich dem Erd potential symmetrischer Fahrleitungsspannung eine spannungsquellenfreie Maßnahme realisiert, bei der das Fahrzeugchassis Erdpotential aufweist und damit einhergehend eine Berührspannung vermieden ist. Der oben dargestellte Spannungsteiler ist dabei technisch vergleichsweise aufwandsarm, so dass, insbesondere im Vergleich zu einer Doppelisolation, Kosten verringert sowie Gewicht und ein notwendiger Bau raum reduziert sind.
Gemäß einer zweiten Variante des Fahrzeugs weist die Einrichtung zumindest zwei Span nungsmesseinrichtungen auf. Diese dienen zur Ermittlung der Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis sowie zur Ermittlung der Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis. Hierzu sind die beiden Spannungsmess einrichtungen entweder derart geschaltet, dass diese direkt diese beiden Spannungen erfassen können. Alternativ hierzu sind die beiden Spannungsmesseinrichtungen derart geschaltet, dass mittels einer der beiden Spannungsmesseinrichtungen die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Stromabnehmer und anhand der anderen Spannungsmesseinrichtung die Span nung zwischen dem Fahrzeugchassis und einem der beiden Stromabnehmer erfasst werden kann. Bei dieser Ausgestaltung kann dann der Betrag der Spannung zwischen dem anderen der Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis anhand der Differenz der Spannung zwischen den Stromabnehmern und der erfassten Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem Stromabnehmer ermittelt werden.
Es kann vorteilhaft anhand der Differenz aus dem Betrag der ermittelten Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis und aus dem Betrag der ermittelten Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis ermittelt werden, ob das Fahrzeugchassis Erd potential aufweist. Unter der Annahme, dass die Fahrleitungsspan nung symmetrisch zur Erde ist, weist das Fahrzeugchassis dann Erdpotential auf, wenn diese Differenz gleich Null (0) ist.
Bei beiden Varianten ist es zusammenfassend vorteilhaft ermöglicht, zu erfassen, ob das Fahr zeugchassis Erdpotential aufweist, wobei kein direkter (niederimpedanter) Kontakt des Fahr zeugchassis mit der Erde, also mit dem Mittelpunkt der Fahrleitungseinrichtung (Fahrleitungsan lage) vorhanden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind eine erste Schaltung und eine zweite Schaltung vorgesehen, deren (elektrischer) Widerstand jeweils einstellbar ist. Die erste und die zweite Schaltung werden hier und im Folgenden auch als Stelleinrichtung bezeichnet. Dabei ist die erste Schaltung und die zweite Schaltung in Serie miteinander geschaltet und diese Serien schaltung zwischen die beiden Stromabnehmer geschaltet.
Bei der ersten und/oder bei der zweiten Variante des Kraftfahrzeugs ist ein zweiter Mittenabgriff zwischen der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung angeordnet, wobei der zweite Mit tenabgriff mit dem Fahrzeugchassis verbunden oder vorzugsweise anhand eines Schalters, geeigneter Weise anhand des zwischen den Brückenquerwiderstand und das Fahrzeugchassis geschalteten Schalters, mit dem Fahrzeugchassis verbindbar ist. Bei dieser bevorzugten Aus gestaltung sind also zumindest der Referenz-Spannungsteiler, der Brückenquerwiderstand und/oder die erste und die zweite Schaltung vom Fahrzeugchassis elektrisch trennbar. Folglich ist es vermieden, dass ein Isolationswächter, insbesondere einer Traktionsbatterie, im Batterie betrieb des Kraftfahrzeugs die Stelleinrichtung aus der ersten und der zweiten Schaltung als Isolationsfehler erkennt.
Beispielsweise sind die erste und die zweite Schaltung jeweils anhand eines einstellbaren Wi derstandes gebildet. Alternativ und bevorzugt umfassen diese jeweils zumindest ein, insbeson- dere ein als steuerbarer Widerstand oder als Halbleiterschalter ausgebildetes, Halbleiterbauteil, und/oder eine Spannungsquelle.
Anhand des Einstellens der Widerstände der beiden Schaltungen ist es vorteilhaft ermöglicht, einen Gesamtwiderstand zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis an einen Gesamtwiderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis anzugleichen. Bei geschlossenem Schalter zwischen dem zweiten Mittenabgriff und dem Fahr zeugchassis ergibt sich der jeweilige Gesamtwiderstand dabei aus dem ersten einstellbaren Wderstand, dem zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem ersten Mittenabgriff geschal teten Spannungsteiler-Wderstand des Referenz-Spannungsteilers sowie aus dem elektrischen Wderstand der Isolation zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis bzw. aus dem zweiten einstellbaren Wderstand, dem zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem ersten Mittenabgriff geschalteten Spannungsteiler-Wderstand sowie aus dem elektrischen Wderstand der Isolation zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis.
Anhand dieser Anpassung kann vorteilhaft ein asymmetrischer Isolationsfehler ausgeglichen werden, bei dem sich der elektrische Wderstand der Isolation zwischen dem ersten Stromab nehmer und dem Fahrzeugchassis und der elektrische Wderstand der Isolation zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis nicht um den gleichen Betrag, beispielswei se durch eine Beschädigung, geändert hat.
In zweckmäßiger Weise sind die erste Schaltung und die zweite Schaltung in Serie zueinander geschaltet, wobei der Mittenabgriff des Isolations-Spannungsteilers, also des anhand der Isola tionen gebildeten Spannungsteilers, mit dem zweiten Mittenabgriff elektrisch verbunden oder anhand des oder eines Schalters verbindbar ist.
Die erste Schaltung und/oder die zweite Schaltung werden bei der ersten Variante des Kraft fahrzeugs in Abhängigkeit der über dem Brückenquerwiderstand abfallenden Spannung oder bei der zweiten Variante des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der von den Spannungsmessein richtungen erfassten Spannungen eingestellt. Somit können die Gesamtwiderstände im Fahrlei tungsbetrieb angepasst werden. Zweckmäßigerweise werden die Wderstände der Schaltungen derart eingestellt, dass der elektrische Gesamtwiderstand zwischen dem ersten Stromabneh mer und dem Fahrzeugchassis gleich dem zweiten elektrischen Gesamtwiderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis ist. Damit einhergehend wird auch die Spannung am Fahrzeugchassis auf Erd potenzial eingestellt. Dies wird auch als (aktive) Sym metrierung oder als (aktives) Symmetrieren des Fahrzeugchassis bezeichnet. Infolge dessen ist eine (Berühr-) Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und der Erde auch im Fall asymmet rischer Isolationsfehler vermieden.
Zusammenfassend ist auch im Fahrleitungsbetrieb ein Schutz für eine Person gegen einen elektrischen Schlag bei einer Berührung des Fahrzeugchassis vorteilhaft realisiert.
Zweckmäßiger Weise sind der erste Stromabnehmer und der zweite Stromabnehmer, insbe sondere eingangsseitig, an einen Gleichspannungswandler angeschlossen. Insbesondere aus gangsseitig des Gleichspannungswandlers, ist die Traktionsbatterie an den Gleichspannungs wandler angeschlossen. Beispielsweise sind elektrische Verbraucher, insbesondere ein Elekt romotor zum Antreiben des Fahrzeugs an die Traktionsbatterie angeschlossen.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist sowohl zwischen die Kontakteinrichtung des ersten Stromab nehmers und den Gleichspannungswandler, insbesondere in einen H och voltstrom pfad , der zwi schen diesen verläuft, als auch zwischen die Kontakteinrichtung des zweiten Stromabnehmers und den Gleichspannungswandler, insbesondere in einen weiteren H ochvoltstrom pfad , der zwi schen diesen verläuft, jeweils ein, insbesondere als Schütz ausgebildeter, Schalter geschaltet. Mit anderen Worten ist jeweils in einen Stromabnehmer-Strompfad von der Kontakteinrichtung des zugeordneten Stromabnehmers zum Gleichspannungswandler der Schalter angeordnet.
Diese dienen zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung und/oder zur Unterbrechung des Hochvoltstrompfades, der vom jeweiligen Stromabnehmer zum dem Rest des Fahrzeugs geht. Alternativ hierzu oder vorzugsweise zusätzlich hierzu sind bzw. werden diese beiden Schalter in Abhängigkeit der am Brückenquerwiderstand abfallenden Spannung (1. Variante des Kraftfahrzeugs) oder in Abhängigkeit der anhand der Spannungsmesseinrichtungen ermit telten Spannungen (zweite Variante des Kraftfahrzeugs), und/oder in Abhängigkeit des elektri schen Widerstands der ersten und/oder zweiten Schaltung geschaltet (beide Varianten des Kraftfahrzeugs).
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Gleichspannungswandler ein Gleichspannungswandler ohne galvanische Trennung, also mit galvanischer Kopplung. Zwar bietet ein Gleichspan nungswandler mit galvanischer Trennung eine zusätzliche Schutzmaßnahme, insbesondere für eine doppelte Isolierung im Sinne der EN50502. Aufgrund der Symmetrierung des Fahr zeugchassis jedoch, ist für einen ausreichenden Schutz des Nutzers vor einem elektrischen Schlag ein Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung nicht notwendig. Im Vergleich zur Verwendung eines Gleichspannungswandlers mit galvanischer Kopplung ist hier eine Kos ten-, Bauraum- und/oder Gewichtsersparnis erreicht.
Insbesondere sofern der Gleichspannungswandler ein galvanisch gekoppelter Gleichspan nungswandler ist, ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs in der ersten oder der zweiten Variante zusätzlich oder alternativ zur ersten und zweiten Schaltung eine dritte und eine vierte Schaltung vorgesehen, deren elektrische (ohmsche) Widerstände einstellbar sind. In Analogie zur ersten und zur zweiten Schaltung ist die dritte oder vierte Schaltung bei spielsweise jeweils anhand eines einstellbaren Wderstandes gebildet oder umfasst bevorzugt zumindest ein insbesondere als steuerbarer Wderstand oder als Halbleiterschalter ausgebilde tes Halbleiterbauteil, und/oder eine Spannungsquelle.
Allenfalls ist die dritte Schaltung zwischen einen ersten H och voltstrom pfad , der zum einen mit einem ersten Batterieanschluss einer T raktionsbatterie des Kraftfahrzeugs und zum anderen, insbesondere ausgangsseitig, mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist, und dem Fahr zeugchassis geschaltet. Insbesondere verläuft dieser Hoch voltstrom pfad also zwischen dem ersten Batterieanschluss (bspw. Pluspol) und dem Gleichspannungswandler. Die vierte Schal tung ist zwischen das Fahrzeugchassis und einen zweiten Hochvoltstrompfad geschaltet, wel cher mit einem zweiten Batterieanschluss der Traktionsbatterie und dem Gleichspannungs wandler verbunden ist, welcher zweite Hochvoltstrompfad insbesondere also zwischen dem zweiten Batterieanschluss (bspw. dem Minuspol) und dem Gleichspannungswandler verläuft.
In analoger Weise zur ersten und zur zweiten Schaltung können anhand der dritten und/oder vierten Schaltung die Gesamtwiderstände zwischen den Stromabnehmern und dem Fahr zeugchassis aneinander angepasst werden. Die erste Schaltung wird auch als erste Symmet rien- oder als erste Stell-Schaltung, die zweite Schaltung auch als zweite Symmetrier- oder als zweite Stell-Schaltung, die dritte Schaltung auch als dritte Symmetrier- oder als dritte Stell- Schaltung und die vierte Schaltung auch als vierte Symmetrier- oder als vierte Stell-Schaltung bezeichnet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wel ches gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist. Hierbei wird in einem Fahr leitungsbetrieb des (Kraft-) Fahrzeugs gemäß der ersten Variante ermittelt, ob die anhand des Referenz-Spannungsteilers, anhand der Isolation zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis, anhand der Isolation zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis gebildete, anhand der ersten und zweiten Schaltung, sowie anhand des Brü- ckenquerwiderstands gebildeten Wheatstone’sche Messbrücke abgeglichen ist. Hierzu wird eine über dem Brückenquerwiderstand abfallende Spannung oder ein Brückenstrom zwischen den Brückenzweigen, insbesondere ein Strom durch den Brückenquerwiderstand erfasst. Ist das Fahrzeug gemäß der zweiten Variante ausgestaltet wird im Fahrleitungsbetrieb anhand der Spannungsmesseinrichtungen die Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis sowie die Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahr zeugchassis erfasst oder ermittelt. Ist die Brücke nicht abgeglichen, also ist die am Brücken querwiderstand abfallende Spannung bzw. der Brückenstrom ungleich Null (0) (erste Variante des Kraftfahrzeugs) oder ist die Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis nicht gleich der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem zweiten Stromabnehmer (zweite Variante des Kraftfahrzeugs), so wird der elektrische Widerstand der ersten, der zweiten, der dritten und/oder der vierten Schaltung derart eingestellt oder geregelt dass die Brücke abgeglichen ist, wobei der jeweilige elektrische Wderstand vorzugsweise re duziert wird.
Besonders bevorzugt ist ein Schwellenwert oder jeweils ein Schwellenwert für den Betrag des elektrischen Wderstands der ersten, zweiten, dritten oder vierten Schaltung vorgegeben oder vorgebbar, wobei bei Unterschreiten des jeweiligen Schwellenwertes der Fahrleitungsbetrieb beendet wird, also die beiden Schalter, welche zwischen der Kontakteinrichtung des jeweiligen Stromabnehmers und dem Gleichspannungswandler geschaltet sind, stromsperrend geschaltet werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Betrag des elektrischen Wderstands zwi schen dem Fahrzeugchassis und dem entsprechenden Stromabnehmer zu klein wird.
In analoger Weise kann auch ein Schwellenwert oder jeweils ein Schwellenwert für den Betrag des elektrischen Wderstands der ersten, zweiten, dritte oder vierten Schaltung vorgegeben oder vorgebbar sein, wobei bei Überschreiten des jeweiligen Schwellenwertes der Fahrlei tungsbetrieb beendet wird. So kann ein (zu) hoher elektrischer Widerstand auf eine fehlerhaf te/defekte Schaltung hindeuten.
Zusammenfassend wird die erste Schaltung, die zweite Schaltung, die dritte Schaltung und/oder die vierte Schaltung, also derart eingestellt oder geregelt, dass ein erster elektrischer Gesamtwiderstand zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis gleich einem zweiten elektrischen Gesamtwiderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis ist. Vorzugsweise werden zusätzlich bei der ersten Variante des Kraftfahrzeugs bei Überschreiten eines (weiteren) vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert durch die über den Brücken querwiderstand abfallenden Spannung oder durch den durch den Brückenquerwiderstand flie ßenden Strom, oder bei der zweiten Variante des Kraftfahrzeugs durch eine Differenz aus den ermittelten Spannungen zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis bzw. zwischen dem zweiten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis, die beiden Schalter, welche zwischen der Kontakteinrichtung des jeweiligen Stromabnehmers und dem Gleichspannungs wandler geschaltet sind, stromsperrend geschaltet. Mit anderen Worten wird der Fahrleitungs betrieb beendet.
Auf diese Weise können asymmetrische Isolationsfehler erkannt und eine elektrische Verbin dung des Fahrzeugchassis mit der jeweiligen Kontakteinrichtung und damit einhergehend zur Fahrleitung unterbrochen werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug anschließend in einem Batteriebetrieb betrieben werden und insbesondere im Batteriebetrieb weiterfahren.
Insbesondere können somit bei symmetrischer Fahrleitungsspannung asymmetrische Isolati onsfehler zumindest teilweise ausgeglichen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System aus einem elektrisch angetriebenen Kraft fahrzeug, das nach einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet, und/oder gemäß dem Verfahren in einer der oben dargestellten Varianten betrieben ist.
Weiterhin umfasst das System eine zweipolige Fahrleitungseinrichtung mit zwei Fahrleitungen, wobei eine Spannung zwischen einer ersten der beiden Fahrleitungen und Erde gleich der Spannung zwischen Erde und der zweiten der beiden Fahrleitungen ist. Dies wird beispielswei se durch eine symmetrische, also spannungsmittige, Erdung im Unterwerk der Fahrleitungsein richtung erreicht.
Im Vergleich hierzu ist bei einem Unterwerk, bei dem eine der Fahrleitungen mit Erde verbun den ist, eine Erdung des Fahrzeugchassis oder alternativ hierzu eine doppelte Isolierung not wendig, sofern der Gleichspannungswandler eine galvanische Kopplung aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläu tert. Darin zeigen: Fig. 1a, b unterschiedliche Ausgestaltungen einer Fahrleitungseinrichtung mit zwei Fahrlei tungen zur Versorgung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit elektri scher Energie,
Fig. 2a eine erste Variante eines elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei Strom abnehmern, zwischen denen zwei in Serie geschaltete Spannungsteiler- Widerstände geschaltet sind, wobei ein Mittenabgriff zwischen den Spannungs teiler-Widerständen mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist,
Fig. 2b eine zweite Variante des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei dieses eine Spannungsmesseinrichtung zur Erfassung einer Spannung zwischen den beiden Stromabnehmern sowie eine Spannungsmesseinrichtung zur Erfassung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis und einem der beiden Stromab nehmer aufweist, und
Fig. 3 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zum Betrieb des elektrisch an getriebenen Kraftfahrzeugs.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszei chen versehen.
In den Figuren 1a und 1b sind zwei Ausgestaltungen einer Fahrleitungseinrichtung 2 (Fahrlei tungsanlage) dargestellt. Diese ist beispielsweise als Oberleitungseinrichtung ausgebildet. Bei den Ausgestaltungen gemeinsam ist, dass die Fahrleitungseinrichtung 2 zwei insbesondere als Oberleitungen ausgebildete Fahrleitungen aufweist, nämlich eine erste Fahrleitung 4 sowie eine zweite Fahrleitung 6. Die Fahrleitungseinrichtung 2 umfasst des Weiteren ein Unterwerk, von dem in den Figuren ausschnittsweise die Gleichspannungsquelle 8 (Fig. 1a) bzw. die Gleich spannungsquellen 8 dargestellt sind. Die Fahrleitungen 4 und 6 sind dabei derart verschaltet, dass eine Spannung zwischen der ersten Fahrleitung 4 und Erde 9 gleich der Spannung zwi schen Erde 9 und der zweiten Fahrleitung 6 ist. Die beiden Fahrleitungsspannungen sind somit symmetrisch zur Erde. Zusammenfassend ist eine spannungsmittige Erdung im Unterwerk rea lisiert. Die Gleichspannungsquelle(n) sind zweckmäßig jeweils mittels mindestens eines Trans formators und mindestens einem diesem nachgeschalteten Gleichrichter gebildet.
Gemäß der Ausgestaltung der Fig. 1a ist hierzu ein Ende (Ausgang) der Gleichspannungsquel le 8 mit der ersten Fahrleitung 4 und das andere Ende (Ausgang) der Gleichspannungsquelle 8 mit der zweiten Fahrleitung 6 verbunden. Dabei sind die erste Fahrleitung 4 und die zweite Fahrleitung 6 jeweils mittels eines Symmetrierwiderstands 10 mit Erde 9 verbunden. Der elektri sche Widerstand der Symmetrierwiderstände beträgt dabei beispielsweise jeweils 1 kQ. Die bei einer Spannung von beispielsweise 1200 V zwischen den beiden Fahrleitungen 4 und 6 resul tierende Verlustleistung ist dabei vergleichsweise gering. Zudem ist eine Unempfindlichkeit ge genüber asynchronen Oberschwingungen der Stromquelle ein Vorteil dieser Ausgestaltung.
Optional ist unterwerkseitig ein Überspannungsschutz zwischen den beiden Fahrleitungen 4, 6 und/oder für jede der Fahrleitungen 4 und 6 jeweils eine Fahrleitungssicherung, insbesondere eine Schalteinrichtung mit Überstrom- und Kurzschlussfunktion, in Analogie zur Fig. 1 b vorge sehen.
Alternativ zur Ausgestaltung der Fahrleitungseinrichtung 2 gemäß der Fig. 1a weist das Unter werk für eine spannungsmittige Erdung zwei in Reihe geschaltete Gleichspannungsquellen 8 mit gleicher Ausgangsspannung auf, wobei ein Mittenabgriff zwischen den beiden Gleichspan nungsquellen 8 mit Erde 9 verbunden ist, vgl. Fig. 1b. Insbesondere ist der Mittenabgriff sekun därseitig, also zwischen den beiden Gleichspannungsquellen 8 angeordnet. Der Erdausbrei tungswiderstand ist dabei mit dem Bezugszeichen 12 versehen.
Auch bei der Ausgestaltung der Fahrleitungseinrichtung 2 gemäß der Fig. 1b ist optional unter werkseitig ein Überspannungsschutz 14 zwischen den beiden Fahrleitungen 4, 6 und/oder für jede der Fahrleitungen 4 und 6 eine Fahrleitungssicherung (nicht dargestellt) und/oder eine Schalteinrichtung 16 mit Überstrom- und Kurzschlussfunktion vorgesehen.
In den Figuren 1a und 1b ist mit 18 der Fahrleitungswiderstand der jeweiligen Fahrleitung 4 bzw. 6 bezeichnet. Beispielsweise beträgt dieser 100 mü/km.
In der Fig. 2a ist schematisch eine erste Variante eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 20 dargestellt. Dieses ist dazu vorgesehen und eingerichtet, mit einer Fahrleitungseinrichtung 2, beispielsweise gemäß der Fig. 1a oder 1b, verwendet zu werden, wobei die Spannung zwi schen der ersten Fahrleitung 4 und Erde 9 gleich der Spannung zwischen Erde 9 und der zwei ten Fahrleitung 6 ist.
Das Fahrzeugchassis 22 des Fahrzeugs 20 ist nicht geerdet, wobei lediglich anhand, beispiels weise luftgefüllter, Reifen mit vergleichsweise hohem, elektrisch isolierend wirkendem, Wider stand 24 ein Kontakt mit der Erde 9 hergestellt ist. Das Fahrzeug 20 weist weiterhin einen ers- ten Stromabnehmer 26 sowie einen zweiten Stromabnehmer 28 auf. Jeder der Stromabnehmer 26 und 28 umfasst eine beispielsweise als Schleifleiste ausgebildete Kontakteinrichtung 30 zum Kontaktieren mit jeweils einer der Fahrleitungen 4 bzw. 6 auf.
Die elektrische Isolation (Isolierung) zwischen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahr zeugchassis 22 sowie die elektrische Isolation (Isolierung) zwischen dem zweiten Stromabneh mer 28 und dem Fahrzeugchassis sind in der Fig. 2 repräsentativ mit jeweils einem elektrischen (Isolations-) Widerstand dargestellt, welche mit dem Bezugszeichen 32 bzw. 34 versehen sind.
Die beiden Stromabnehmer 26 und 28 sind jeweils mittels eines Schalter 56 an einem galva nisch nicht getrennten Gleichspannungswandler 36 angeschlossen, also elektrisch mit diesem verbunden. Der Gleichspannungswandler 36 ist beispielsweise ein unidirektionaler oder ein bidirektionaler Buck-Boost-Converter. Mit anderen Worten ist zwischen der Kontakteinrichtung 30 des ersten Stromabnehmers 26 und den Gleichspannungswandler 36 sowie zwischen der Kontakteinrichtung 30 des zweiten Stromabnehmers 28 und den Gleichspannungswandler 36 jeweils der, insbesondere als Schütz ausgebildeter, Schalter 56 geschaltet. Mit noch anderen Worten ist in einen insbesondere als Hochvoltstromschiene ausgebildeten Hochvoltstrompfad 42, der zwischen der Kontakteinrichtung 30 des jeweiligen Stromabnehmers 26 bzw. 28 und dem Gleichspannungswandler 36 verläuft, der Schalter 56 geschaltet.
Zwischen die von den beiden Stromabnehmern 26 und 28 ausgehenden Hochvoltstrompfade 42 ist ein (Referenz-)Spannungsteiler 38 geschaltet. Dieser umfasst zwei in Serie miteinander geschaltete Spannungsteiler-Wderstände 40, die den gleichen ohmschen Wderstand aufwei sen. Mit anderen Worten ist anhand der Spannungsteiler-Wderstände 40 ein Spannungsteiler mit Teilungsverhältnis 1:1 realisiert. Die Spannungsteiler-Wderstände 40 weisen einen ohm schen Wderstand auf, der vorzugsweise größer ist als 10 kQ, insbesondere größer als 50 kQ, vorzugsweise zwischen 100 kQ und 1 MW, beispielsweise 500kQ.
Der (Referenz-) Spannungsteiler 38 ist hierbei mit den Hochvoltstrompfaden 42 verbunden. Ein Mittenabgriff 44 am Spannungsmittelpunkt des Spannungsteilers 38, also an einem Abgriff zwi schen den beiden Spannungsteiler-Wderständen 40, ist bei stromleitend geschaltetem Schalter 54 mit dem Fahrzeugchassis 22 elektrisch verbunden.
Zusammenfassend ist anhand des Referenz-Spannungsteilers 38, des Brückenquerwiderstan des 52 und der Isolationen (Wderstände 32,34) eine Brückenschaltung nach Art einer Wheats- tone'schen Messbrücke realisiert. Die Isolationen (Wderstände 32,34) bilden dabei einen (Iso- lations-)Spannungsteiler, also einen Zweig der Messbrücke. Der Referenz-Spannungsteiler 38 ist der Referenzpfad für die Spannungsmessung der Messbrücke. Das Kraftfahrzeug umfasst also eine Einrichtung zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis 22 und dem ersten Stromabnehmer 26 und/oder der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis 22 und dem zweiten Stromabnehmer 28, wobei die Einrichtung mittels der Brückenschaltung gebildet ist.
Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug eine erste Schaltung 46, deren elektrischer Widerstand einstellbar ist, sowie eine zweite Schaltung 47, deren elektrischer Widerstand einstellbar ist. Der Übersichtlichkeit halber sind die beiden Schaltungen 46, 47 als einstellbare Widerstände darge stellt. Diese umfassen beispielsweise eine Anzahl an Halbleiterelementen, geeigneter Weise einen oder mehr als einen Transistor, wie beispielsweise einen MOSFET, beim dem jeweils anhand der Gate-Source-Spannung der elektrischer Widerstand der Drain-Source-Strecke ein gestellt werden kann. Die Schaltungen 46,47 sind zwischen die beiden Hochvoltstrom pfade 42, die wiederum anhand der Schalter 56 mit den Kontakteinrichtungen 30 verbunden werden kön nen, geschaltet. Dabei ist ein zweiter Mittenabgriff 50 zwischen den beiden Schaltungen 46 und 47 mit dem Mittenabgriff 44 des Spannungsteilers 38 aus den Spannungsteiler- Widerständen 40 über einen Brückenquerwiderstand 52 elektrisch verbunden. Zusammenfassend ist zwi schen den Mittenabgriffen 44, 50 ein Brückenquerwiderstand 52 geschaltet. Eine gegebenen falls am Brückenquerwiderstand 52 abfallende Spannung kann erfasst und ein diese repräsen tierender Wert oder ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit 53 ausgegeben werden.
Durch das Einstellen des Widerstands der ersten und/oder der zweiten Schaltung 46,47 kann im Fahrleitungsbetrieb des Kraftfahrzeugs 20 der Gesamtwiderstand zwischen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 an einen Gesamtwiderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer 28 und dem Fahrzeugchassis 22 angeglichen werden. Der anhand der ersten und zweiten Schaltung 46,47 gebildete Spannungsteiler wird auch als Stell- Spannungsteiler, als Kompensations-Spannungsteiler oder als Symmetrier-Spannungsteiler bezeichnet.
Geeigneter Weise kann der ohmsche Widerstand der Schaltungen 46 und 47 jeweils zwischen 10 kQ und 10 MW eingestellt werden.
Weiterhin ist der weitere Schalter 54 zwischen das Fahrzeugchassis 22 und dem Mittenabgriff 50 der Schaltungen 46 und 47 geschaltet, so dass diese sowie der Spannungsteiler 38 im Bat teriebetrieb des Kraftfahrzeugs 20 weggeschaltet werden können. Bei stromleitender Schaltung des Schalters 54 entspricht die Spannung am Fahrzeugchassis 22 der Spannung am zweiten Mittenabgriff 50.
Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante sind die Schalter 56 im jeweiligen Hochvolt strompfad 42 zwischen dem Gleichspannungswandler 36 und dem Anschlusspunkt der Schal tungen 46,47 geschaltet.
Optional ist ein Differenzstrommesser 58 mit der Steuereinheit gekoppelt. Dieser erfasst einen Differenzstrom zwischen dem Strom durch die beiden Hochvoltstrompfade 42, so dass die Schalter 56 bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes durch den Differenzstrom stromsperrend geschaltet werden.
An den Gleichspannungswandler 36 ist weiterhin eine Traktionsbatterie 60 angeschlossen. Da bei ist zwischen den Polen der Traktionsbatterie 60 und dem Gleichspannungswandler 36 je weils ein Batterieschütz 62 sowie eine Batteriesicherung 64 geschaltet. An die Traktionsbatterie 60 ist weiterhin ein hier als Widerstand dargestellter Verbraucher 66, beispielsweise ein Elekt romotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 20, angeschlossen. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist der oder ein Verbraucher 66 gleichspannungswandlerseitig der Schalter 56 zwischen die Stromabnehmer 26 und 28 geschaltet.
Zusätzlich oder alternativ zu den Schaltungen 46, 47 weist das Kraftfahrzeug eine in den Figu ren 2a und 2b strichliniert dargestellte dritte Schaltung 48 und eine strichliniert dargestellte vier te Schaltung 49 auf. Die dritte Schaltung 48 ist dabei zwischen einen Hochvoltstrompfad 67 der zwischen einem ersten Batterieanschluss 60a und dem Gleichspannungswandler 36 verläuft, und dem Fahrzeugchassis 22 geschaltet. Die vierte Schaltung 49 ist zwischen einen Hochvolts- trompfad 68 der zwischen einem zweiten Batterieanschluss 60b und dem Gleichspannungs wandler 36 verläuft, und dem Fahrzeugchassis 22 geschaltet. Die dritte und vierte Schaltung 48,49 sind dabei anhand eines Schalters 76 elektrisch mit dem Fahrzeugchassis 22 verbindbar. Hierzu ist der Schalter 76 zwischen einen zwischen der dritten und vierten Schaltung 48,49 an geordneten Mittenabgriff und dem Fahrzeugchassis 22 geschaltet.
Der elektrische Wderstand der dritten und der vierten Schaltung 48,49 ist in analoger Weise zur ersten und zur zweiten Schaltung 46, 47 einstellbar, so dass anhand der ersten, der zweiten, der dritten und/oder vierten Schaltung 46, 47, 48, 49 der Gesamtwiderstand zwischen dem ers ten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 an einen Gesamtwiderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer 28 und dem Fahrzeugchassis 22 angeglichen werden kann. Die Isolation zwischen dem Hochvoltstrompfad 67 und dem Fahrzeugchassis 22 ist in analoger Weise zum elektrischen Widerstand 32 in den Figuren 2a und 2b anhand eines zwischen die sem Hochvoltstrompfad 67 und dem Fahrzeugchassis 22 geschalteten Widerstandselements 78 repräsentiert. Die Isolation zwischen dem Hochvoltstrompfad 68 und dem Fahrzeugchassis 22 ist ebenfalls in analoger Weise zum elektrischen Widerstand 34 anhand eines zwischen dem Hochvoltstrompfad 68 und dem Fahrzeugchassis 22 geschalteten Widerstandselements 80 repräsentativ dargestellt.
Die T raktionsbatterie 60 und die an diesem angeschlossenen Elemente sind gegen das Fahr zeugchassis 22 elektrisch isoliert. Die T raktionsbatterie 60 weist einen Isolationswächter 69 auf. Wird ein Fehler der Isolation der T raktionsbatterie 60 erfasst, werden die Batterieschütze 62 geöffnet. Im Fahrleitungsbetrieb ist der Isolationswächter 69 durch öffnen eines Schalters 70 deaktivierbar.
Zwischen den beiden Stromabnehmern 26 und 28 ist weiterhin ein Überspannungsschutz 14 geschaltet. Weiterhin ist zwischen der Kontakteinheit 30 des jeweiligen Stromabnehmers 26, 28 und dem Gleichspannungswandler 36 eine Stromabnehmersicherung 72 geschaltet.
In der Fig. 2b ist eine zweite Variante des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 20 gezeigt. Diese Variante unterscheidet sich von der ersten Variante gemäß der Fig. 2a dadurch, dass die Einrichtung zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis 22 und dem ersten Stromabnehmer 26 und/oder zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis 22 und dem zweiten Stromabnehmer 28 zwei Spannungsmesseinrichtungen 74 umfasst. Ge mäß der hier dargestellten Ausgestaltung sind die Spannungsmesseinrichtungen 74 derart ge schaltet, dass die Spannung zwischen den Stromabnehmern 26, 28 sowie die Spannung zwi schen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 erfasst werden können. Hierzu ist eine der Spannungsmesseinrichtungen 74 zwischen dem mit dem ersten Stromab nehmer verbundenen Hochvoltstrompfad 42 und das Fahrzeugchassis geschaltet, die andere der Spannungsmesseinrichtungen 74 ist zwischen die beiden H ochvoltstrom pfade 42 geschal tet. Dabei kann diese Spannungsmesseinrichtung 74 gleichspannungswandlerseitig oder stromabnehmerseitig, also kontakteinrichtungsseitig, bezüglich der Schalter 56 mit den Hoch voltstrompfaden 42 verbunden sein. Die stromabnehmerseitige Schaltung der Spannungsmes seinrichtung 74 ist in der Fig. 2b. durch eine strichlinierte Darstellung dieser Spannungsmess einrichtung dargestellt. Gemäß einer nicht weiter dargestellter Alternative, sind die beiden Spannungsmesseinrichtun gen 74 derart geschaltet, dass die Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 sowie die Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer 28 und dem Fahrzeugchassis erfassbar sind. Gemäß einer weiteren nicht weiter dargestellter Alternati ve, sind die beiden Spannungsmesseinrichtungen 74 derart geschaltet, dass die Spannung zwischen den Stromabnehmern 26, 28 sowie die Spannung zwischen dem zweiten Stromab nehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 erfasst werden können.
Der Schalter 54 ist bei der zweiten Variante optional. Dieser kann insbesondere dann entfallen, sofern die Widerstände der Schaltungen vergleichsweise hochohmig, beispielsweise jeweils größer als 1 kQ, geeigneter Weise größer als 5 kQ, zweckmäßiger Weise größer als 10 kQ, oder größer als 50 kQ, vorzugsweise zwischen 100 kQ und 1 MW, eingestellt oder derart hochohmig einstellbar sind.
Die Ausführungen zur Fig 2a gelten ansonsten in analoger Weise.
Das Fahrzeug 20 gemäß der Fig. 2a oder der Fig. 2b und die Fahrleitungseinrichtung 2 bilden ein System.
In der Fig. 3 ist ein Verfahrensablauf zum Betrieb des Kraftfahrzeugs 20 anhand eines Flussdi agramms dargestellt. Dieses weist die erste Schaltung 46, die zweite Schaltung 47, die dritte Schaltung 48 und/oder die vierte Schaltung 49 auf.
In einem ersten Schritt I. werden die Kontakteinrichtungen 30 der Stromabnehmer 26,28 derart verfahren, dass diese in Kontakt mit den Fahrleitungen 4,6 der Fahrleitungseinrichtung 2 sind. Mit anderen Worten erfolgt ein ankoppeln der Stromabnehmer 26,28 an die Fahrleitungen 4,6. Hierbei sind die Schalter 56 im geöffneten, also nicht leitenden, Zustand.
Beispielsweise wird die Fahrleitungsspannung anhand der Spannungsmesseinrichtungen 74 ermittelt oder erfasst. Weiterhin erfolgt in Schritt I. - sofern erforderlich - ein Vorladen des stromabnehmerseitigen Fahrzeugnetzes mittels des Gleichspannungswandlers 36 und der T raktionsbatterie 60. Zum Beginn des Fahrleitungsbetriebs FB, insbesondere des Oberlei tungsbetriebs, werden die Schalter 56 anschließend geschlossen, also ström leitend geschaltet.
Im Fahrleitungsbetrieb FB wird in einem zweiten Schritt II. bei der ersten Variante des Kraftfahr zeugs 20 eine über dem Brückenquerwiderstand 52 abfallende Spannung oder in analoger Weise ein Brückenstrom im Brückenquerzweig erfasst bzw. bei der zweiten Variante des Kraft fahrzeugs 20 anhand der Spannungsmesseinrichtungen 74 die Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 sowie die Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer 28 und dem Fahrzeugchassis 22 ermittelt.
Ist die Brücke nicht abgeglichen, also ist die am Brückenquerwiderstand abfallende Spannung bzw. der Brückenstrom ungleich Null (0) (erste Variante des Kraftfahrzeugs) oder ist die Span nung zwischen dem ersten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis nicht gleich der Span nung zwischen dem Fahrzeugchassis und dem zweiten Stromabnehmer (zweite Variante des Kraftfahrzeugs), so wird in einem zweiten Schritt II. der elektrische Widerstand der ersten, der zweiten, der dritten und/oder der vierten Schaltung 46 bis 49 derart eingestellt oder geregelt, dass die Brücke abgeglichen ist. Mit anderen Worten wird dann der elektrische Widerstand der ersten, der zweiten, der dritten und/oder der vierten Schaltung 46 bis 49 derart eingestellt oder geregelt, dass die am Brückenquerwiderstand abfallende Spannung bzw. der Brückenstrom gleich Null ist (erste Variante des Kraftfahrzeugs) bzw. dass die Spannung zwischen dem ers ten Stromabnehmer und dem Fahrzeugchassis gleich der Spannung zwischen dem Fahr zeugchassis und dem zweiten Stromabnehmer ist. In diesem Zustand ist der erste elektrische Gesamtwiderstand zwischen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 gleich einem zweiten elektrischen Gesamtwiderstand zwischen dem zweiten Stromabnehmer 28 und dem Fahrzeugchassis 22. Infolge dessen entspricht - bei symmetrischer Fahrleitungs spannung - das Potential am Fahrzeugchassis 22 dem Erdpotential 9.
Weiterhin ist ein Schwellenwert S oder jeweils ein Schwellenwert für den Betrag des elektri schen Widerstands der ersten, zweiten, dritte oder vierten Schaltung 46 bis 49 vorgegeben oder vorgebbar, wobei bei Unterschreiten des Schwellenwertes S durch den elektrischen Widerstand zumindest einer der Schaltungen 46 bis 49 der Fahrleitungsbetrieb beendet wird, also die bei den Schalter 56, welche zwischen der Kontakteinrichtung 30 des jeweiligen Stromabnehmers 26,28 und dem Gleichspannungswandler 36 geschaltet sind, stromsperrend geschaltet (Schritt III.). Auf diese Weise wird vermieden, dass der Betrag des elektrischen Widerstands zwischen dem Fahrzeugchassis und dem entsprechenden Stromabnehmer zu klein wird.
Beispielsweise ist ein weiterer Schwellenwert S‘ oder jeweils ein Schwellenwert S‘ für den Be trag des elektrischen Widerstands der ersten, zweiten, dritte oder vierten Schaltung 46 bis 49 vorgegeben oder vorgebbar, wobei bei Überschreiten des Schwellenwertes S‘ durch den elektrischen Widerstand zumindest einer der Schaltungen 46 bis 49 der Fahrleitungsbetrieb beendet wird (Schritt III.). Beispielsweise wird zusätzlich hierzu während des Fahrleitungsbetriebs FB anhand der Steuer einheit 53 die über dem Brückenquerwiderstand 52 abfallende Spannung bzw. ein Wert, der aus den (anhand der Spannungsmesseinrichtungen 74) erfassten Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer 26 und dem Fahrzeugchassis 22 und aus der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis 22 und dem zweiten Stromabnehmer 28 ermittelt wird bzw. wurde, mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren (weiteren) (Spannungs-)Schwellenwert S“ verglichen. Ist die ser Schwellenwert überschritten, wird der Fahrleitungsbetrieb FB beendet. Dieser Wert ist bei spielsweise die Differenz der erfassten Spannungen, deren Betrag, ein Verhältnis dieser Span nungen oder dessen Betrag. Zum Beenden des Fahrleitungsbetriebs werden insbesondere die beiden Schalter 56 von der Steuereinheit 53 derart angesteuert, dass diese stromsperrend ge schaltet (geöffnet) werden. Dies dient als redundanter Schutz für eine Person gegen einen elektrischen Schlag bei einer Berührung des Fahrzeugchassis 22.
Sollte es nicht möglich sein, anhand der Schaltungen 46, 47, 48, 49 den ersten Gesamtwider stand an den zweiten elektrischen Gesamtwiderstand anzugleichen, so wird der Fahrleitungs betrieb FB zweckmäßiger Weise beendet.
Zweckmäßigerweise wird die Schritt II zeitlich wiederkehrend während des Fahrleitungsbetriebs FB durchgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet wer den, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zu sammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenfiste
Fahrleitungseinrichtung erste Fahrleitung zweite Fahrleitung Gleichspannungsquelle Erde elektrischer Widerstand/ Symmetrierwiderstand
Erdausbreitungswiderstand
Überspannungsschutz
Schalteinrichtung mit Überstrom- und Kurzschlussfunktion elektrischer Wderstand der Fahrleitung elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
Fahrzeugchassis
(Reifen-)Wderstand erster Stromabnehmer zweiter Stromabnehmer
Kontakteinrichtung elektrischer Wderstand der Isolation elektrischer Wderstand der Isolation
Gleichspannungswandler
(Referenz-)Spannungsteiler
Spannungsteiler-Wderstand
Hochvoltstrompfad
Mittenabgriff 6 erste Schaltung 7 zweite Schaltung 8 dritte Schaltung 9 vierte Schaltung 0 zweiter Mittenabgriff 2 Brückenquerwiderstand 3 Steuereinheit
54 Schalter
56 Schalter/Schütz
58 Differenzstrommesser 0 T raktionsbatterie
60a, b Batterieanschluss
62 Batterieschütz
64 Batteriesicherung
66 Verbraucher
67 Hochvoltstrompfad
68 Hochvoltstrompfad
69 Isolationswächter
70 Schalter
72 Stromabnehmersicherung
74 Spannungsmesseinrichtung
76 Schalter
78 elektrischer Widerstand der Isolation
80 elektrischer Wderstand der Isolation
FB Fahrleitungsbetrieb
S,S‘,S“ Schwellenwert I. Ankoppeln der Stromabnehmer an die Fahrleitungen
II. Ermitteln, ob Messbrücke abgeglichen und ggf. Einstellen der Widerstände der Schal tungen
III. Vergleich der Wderstände der Schaltungen mit Schwellenwert und ggf. Beenden des Fahrleitungsbetriebs

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20), aufweisend
- einen ersten Stromabnehmer (26) und einen zweiten Stromabnehmer (28) zum Kontak tieren jeweils einer Fahrleitung (4,6) einer zweipoligen Fahrleitungseinrichtung (2),
- ein Fahrzeugchassis (22), und
- eine Einrichtung zur Bestimmung der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis (22) und dem ersten Stromabnehmer (26) und/oder der Spannung zwischen dem Fahr zeugchassis (22) und dem zweiten Stromabnehmer (28),
- wobei die Einrichtung mittels einer Brückenschaltung gebildet ist, welche zwei in Serie zwischen die beiden Stromabnehmer (26,28) geschalteten Spannungsteiler- Widerstände (40) aufweist, die den gleichen elektrischen Wderstand aufweisen, wobei ein Brücken querwiderstand (52) mit einem ersten Mittenabgriff (44) zwischen den beiden Span- nungsteiler-Wderständen (40) elektrisch verbunden ist, und wobei der Brückenquerwi derstand (52) mit dem Fahrzeugchassis (22) verbunden oder anhand eines Schalters (54) mit dem Fahrzeugchassis (22) verbindbar ist, oder
- wobei die Einrichtung zwei Spannungsmesseinrichtungen (74) umfasst, anhand welchen die Spannung zwischen den Stromabnehmern (26,28), die Spannung zwischen dem ers ten Stromabnehmer (26) und dem Fahrzeugchassis (22), und/oder die Spannung zwi schen dem zweiten Stromabnehmer (28) und dem Fahrzeugchassis (22) erfassbar sind.
2. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- eine erste Schaltung (46), deren elektrischer Wderstand einstellbar ist, und durch eine mit der ersten Schaltung (46) in Serie geschalteten zweiten Schaltung (47), deren elektrischer Wderstand einstellbar ist, wobei die erste Schaltung (46) und die zweite Schaltung (47) zwischen die Stromabnehmer (26,28) geschaltet sind, und
- wobei der zweite Mittenabgriff (50) mit dem Fahrzeugchassis (22) verbunden oder an hand des oder eines Schalters (54) mit dem Fahrzeugchassis (22) verbindbar ist.
3. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stromabnehmer (26) und der zweite Stromabnehmer (28) an einen Gleich spannungswandler (36) angeschlossen sind.
4. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) nach Anspruch 3 gekennzeichnet
- durch eine Traktionsbatterie (60), sowie
- durch eine dritte Schaltung (48), deren elektrischer Widerstand einstellbar ist, und durch eine vierte Schaltung (49), deren elektrischer Widerstand einstellbar ist,
- wobei die dritte Schaltung (48) zwischen einen Hochvoltstrompfad (67), der zwischen ei nem ersten Batterieanschluss (60a) der T raktionsbatterie (60) und dem Gleichspan nungswandler (36) verläuft, und dem Fahrzeugchassis (22) geschaltet ist, und
- wobei die vierte Schaltung (49) zwischen einen Hochvoltstrompfad (68), der zwischen einem zweiten Batterieanschluss (60b) der Traktionsbatterie (60) und dem Gleichspan nungswandler (36) verläuft, und dem Fahrzeugchassis (22) geschaltet ist.
5. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand der ersten Schaltung (46), der Widerstand der zweiten Schaltung (47), der Widerstand der dritten Schaltung (48), und/oder der Widerstand der vierten Schaltung (49) in Abhängigkeit einer über dem Brückenquerwiderstand (52) abfallenden Spannung oder in Abhängigkeit der von den Spannungsmesseinrichtungen (74) erfassten Spannungen eingestellt sind bzw. werden.
6. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
- dass sowohl in einen Hochvoltstrompfad (42) zwischen einer Kontakteinrichtung (30) des ersten Stromabnehmers (26) und den Gleichspannungswandler (36) als auch in ei nen Hochvoltstrom pfad (42) zwischen einer Kontakteinrichtung (30) des zweiten Strom abnehmers (28) und den Gleichspannungswandler (36) jeweils ein, insbesondere als Schütz ausgebildeter, Schalter (56) geschaltet ist,
- wobei die beiden Schalter (56) in Abhängigkeit des elektrischen Widerstands der ersten Schaltung (46), der zweiten Schaltung (47), der dritten Schaltung (48), und/oder der vier ten Schaltung (49), in Abhängigkeit einer über dem Brückenquerwiderstand (52) abfal lenden Spannung, und/oder in Abhängigkeit eines Wertes, der aus den anhand der Spannungsmesseinrichtungen (74) erfassten Spannungen ermittelt ist, geschaltet sind bzw. werden.
7. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (36) ein Gleichspannungswandler ohne galvanische
Trennung ist.
8. Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei in einem Fahrleitungsbetrieb eine über dem Brückenquerwiderstand (52) abfal lende Spannung erfasst wird, oder
- wobei im Fahrleitungsbetrieb anhand der Spannungsmesseinrichtungen (74) die Span nung zwischen dem ersten Stromabnehmer (26) und dem Fahrzeugchassis (22) sowie die Spannung zwischen dem zweiten Stromabnehmer (28) und dem Fahrzeugchassis (22) ermittelt werden, und
- wobei die erste Schaltung (46), die zweite Schaltung (47), die dritte Schaltung (48), und/oder die vierte Schaltung (49) derart eingestellt, insbesondere geregelt, werden, dass die über dem Brückenquerwiderstand (52) abfallende Spannung gleich Null ist bzw. dass die Spannung zwischen dem ersten Stromabnehmer (26) und dem Fahrzeugchas sis (22) gleich der Spannung zwischen dem Fahrzeugchassis (22) und dem zweiten Stromabnehmer (28) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die beiden Schalter (56) stromsperrend geschaltet werden,
- wenn ein vorgegebener oder vorgebbarer Schwellenwert (S) durch den Widerstand der ersten Schaltung (46), durch den Wderstand der zweiten Schaltung (47), durch den Wi derstand der dritten Schaltung (48), und/oder durch den Wderstand der vierten Schal tung (49) unterschritten wird, und/oder
- wenn ein weiterer vorgegebener oder vorgebbarer Schwellenwert (S‘) durch den Wder stand der ersten Schaltung (46), durch den Wderstand der zweiten Schaltung (47), durch den Wderstand der dritten Schaltung (48), und/oder durch den Wderstand der vierten Schaltung (49) überschritten wird, und/oder
- wenn eine über dem Brückenquerwiderstand (52) abfallende Spannung oder ein Wert, der aus den anhand der Spannungsmesseinrichtungen (74) erfassten Spannungen er mittelt ist, einen weiteren vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert (S“) über schreitet.
10. System, aufweisend
- ein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug (20), welches nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet und/oder nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 betrieben ist, sowie
- eine zweipolige Fahrleitungseinrichtung (2) mit zwei Fahrleitungen (4,6),
- wobei eine Spannung zwischen einer ersten der beiden Fahrleitungen (4) und Erde (9) gleich der Spannung zwischen Erde (9) und der zweiten der beiden Fahrleitungen (6) ist.
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