WO2009010417A2 - Electric drive system - Google Patents

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Michael Meinert
Karsten Rechenberg
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an electric drive system, in particular for rail vehicles.
  • drive systems can be equipped with an energy storage device in order to temporarily store the braking energy released when a vehicle is decelerating and to use it again for a subsequent acceleration process.
  • the invention has for its object to provide a drive system with a particularly suitable for propulsion energy storage.
  • the electric drive system comprises an electric drive unit and an energy storage device directly or indirectly connected to the drive unit, wherein the energy storage device has at least one electrical energy storage and at least one electrochemical energy storage.
  • An essential advantage of the drive system according to the invention is that due to the use of two different energy storage types an optimal storage behavior for traction applications is achieved. In traction applications, not only is a large storage capacity of the energy storage device important, but also the ability to provide a very large amount of energy in the short term, for example for acceleration processes. At At least one electrical energy store and at least one electrochemical energy store are provided according to the invention.
  • electrical storage is understood here as meaning those supplies which store energy exclusively by electrical or electromagnetic means (eg, such as capacitors, superconductors, etc.) and not by chemical conversion, which have a very high energy release rate
  • electrochemical energy store is understood here to mean energy stores which store energy by electrochemical means, ie by chemical conversion; These memories have a particularly large storage capacity, so that they are preferably used for the acceleration-free or low-acceleration normal driving operation, for example for bridging wireless sections of an otherwise electrified railway line.
  • the inventive combination of at least one electric energy storage and at least one electrochemical energy storage can thus achieve an ideal storage behavior for traction applications, so that for example other energy sources such as internal combustion engines of the drive system can always be operated at its optimum operating point.
  • the drive system further comprises an electrical energy source which is directly or indirectly connected to the drive unit.
  • an energy source may comprise, for example, an internal combustion engine which is directly or indirectly connected to the drive unit via a downstream electromechanical energy converter.
  • the drive unit for example, also directly or indirectly with an electrical energy supply device for a supply externally be connected electrical energy generated.
  • an electrical energy supply device may comprise, for example, at least one pantograph and / or streaming shoe.
  • the energy storage device may also have a combination of a plurality of electrical and a plurality of electrochemical energy stores.
  • the electrical energy store preferably has at least one double-layer capacitor.
  • the electrical energy store may also be equipped with a superconducting energy storage element.
  • the electrochemical energy storage for example, by a lead acid battery, a nickel-cadmium battery, a
  • Nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery.
  • the at least one electrochemical energy storage and the at least one electrical energy storage form a structural unit.
  • the electrical and the electrochemical energy storage can, for example, be directly connected to one another; Alternatively, these components can also be connected via power electronic and / or mechanical switches with each other directly or indirectly.
  • the electrical and the electrochemical energy storage can be electrically connected in series and / or in parallel depending on the requirements of storage capacity and output voltage.
  • the energy stores are preferably connected via power electronic and / or mechanical switches to one or more electrical energy sources and / or one or more electrical drive units.
  • the energy exchange between the electric drive unit and the energy stores is preferably controlled and / or regulated by an energy management unit.
  • the invention also relates to a rail vehicle having a drive system as described above.
  • a rail vehicle for example, a locomotive, a trainset, a shunting locomotive, a light rail, a metro, a maglev train, rubber-tired track-guided vehicles or a tram form.
  • one or more electrical energy sources which are directly or indirectly connected to the drive unit, are located on the rail vehicle.
  • located in the rail vehicle at least one internal combustion engine, in the vehicle head, within the vehicle itself, on the vehicle roof and / or underfloor.
  • a plurality of energy storage devices may each be at least one electrical energy storage and at least one electrochemical energy storage.
  • the electric drive system is preferably designed such that an electrical energy source of the drive system during operation of the rail vehicle temporarily must not be active and only other energy than that of the electrical energy source is used.
  • an electrical energy supply device of the drive system can be configured such that the electrical energy supply is locally concentrated at certain charging stations and / or on trackside charging sections on the rail vehicle.
  • the electrical energy supply device designed in such a way in that the electrical energy supply takes place via one or more contact points, in particular via one or more pantographs and / or via one or more busbars and / or via one or more current shoes and / or via one or more inductive energy transmission devices.
  • the energy exchange between the at least one electric drive unit and the energy stores is preferably controlled and / or regulated by an energy management unit which is centrally located in the vehicle or consists of several decentralized units.
  • Figure 1 is an electrical circuit diagram of an embodiment of an electric drive system
  • FIG. 2 shows a rail vehicle with an electric drive system according to the invention, wherein in Figure 2 different positions for the energy storage device of the drive system are indicated.
  • FIG. 1 shows an electric drive system for a rail vehicle not further illustrated.
  • the drive system 10 has an electric drive unit 20 in the form of a traction motor.
  • the drive unit 10 is electrically connected to an energy storage device 30, the electrical energy storage 40 and 50 and electrochemical see energy storage 60 and 70 includes.
  • the electrical energy store 40 and the electrochemical energy storage device form Memory 60 a structural unit;
  • This structural unit is identified in FIG. 1 by the reference numeral 80.
  • the electrochemical energy store 70 is connected via a DC / DC controller 90 and the electrical energy store 50 via a further DC / DC controller 100 to external terminals 110 and 120 of the energy storage device 30 and via this to the drive unit 20.
  • an electrical energy source 130 which is formed by an engine, for example a diesel engine 140, a generator 150 and a rectifier 160, is connected to the energy storage device 30 and to the drive unit 20.
  • the electric drive unit 20 is connected to an energy supply device 170, which may have pantographs or power shoes.
  • the energy supply device 170 includes, for example, a plurality of pantographs 180 and 190, which are suitable for feeding external direct or alternating voltage into the drive unit 10.
  • the electrical stores 40 and 50 of the energy storage device 30 may be formed, for example, each by one or more double-layer capacitors, which are electrically connected in parallel or in series.
  • the electrical energy storage 40 and 50 may also be formed by a superconducting energy storage or have such an additional.
  • FIG. 2 shows, by means of a railway train 200, by way of example, at which positions in a rail vehicle an energy storage device of the drive system can be arranged.
  • the reference numeral 1 indicates in the figure 2 by way of example an arrangement of the energy storage device underfloor in the central region 210 of the train 200, ie outside the two vehicle heads 220 and 230 at.
  • the reference numeral 2 denotes an arrangement of the energy storage device in the middle region of the train, in the interior of the vehicle.
  • the reference symbols 4, 5 and 6 designate an arrangement in the region of the vehicle heads, wherein the reference numeral 5 denotes an arrangement on the vehicle roof, the reference symbol 4 underlines an arrangement and the reference symbol 6 symbolizes an arrangement within the vehicle.
  • the vehicle head 220 is connected to an external electrical power supply and the other vehicle head 230 is not.

Abstract

The invention relates inter alia to an electric drive system (10), especially for rail vehicles (200). The invention is characterized in that the electric drive system comprises an electric drive unit (20) and an energy accumulator system (30) which is directly or indirectly connected to the drive unit. Said energy accumulator system comprises at least one electric energy accumulator (40, 50) and at least one electrochemical energy accumulator (60, 70).

Description

Beschreibungdescription
Elektrisches AntriebssystemElectric drive system
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Antriebssystem, insbesondere für Schienenfahrzeuge.The invention relates to an electric drive system, in particular for rail vehicles.
Bekanntermaßen lassen sich Antriebssysteme mit einer Energiespeichereinrichtung ausstatten, um die beim Abbremsen eines Fahrzeugs freiwerdende Bremsenergie zwischenzuspeichern und diese für einen nächsten Beschleunigungsvorgang wieder zu verwenden .As is known, drive systems can be equipped with an energy storage device in order to temporarily store the braking energy released when a vehicle is decelerating and to use it again for a subsequent acceleration process.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem mit einer für Antriebszwecke besonders geeigneten Energie- speicherung anzugeben.The invention has for its object to provide a drive system with a particularly suitable for propulsion energy storage.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- gestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a drive system with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the drive system according to the invention are specified in subclaims.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das elektrische Antriebssystem eine elektrische Antriebseinheit und eine mit der Antriebseinheit unmittelbar oder mittelbar verbundene Energiespeichereinrichtung umfasst, wobei die Energiespeichereinrichtung zumindest einen elektrischen Energiespeicher und zumindest einen elektrochemischen Energiespeicher aufweist .Thereafter, the invention provides that the electric drive system comprises an electric drive unit and an energy storage device directly or indirectly connected to the drive unit, wherein the energy storage device has at least one electrical energy storage and at least one electrochemical energy storage.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht darin, dass aufgrund der Verwendung zweier unterschiedlicher Energiespeichertypen ein optimales Speicherverhalten für Traktionsanwendungen erreicht wird. Bei Trakti- onsanwendungen ist nämlich nicht nur eine große Speicherkapazität der Energiespeichereinrichtung wichtig, sondern auch die Fähigkeit, kurzfristig eine sehr große Energiemenge bereitzustellen, beispielsweise für Beschleunigungsvorgänge. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem erfindungsgemäß zumindest ein elektrischer Energiespeicher und zumindest ein elektrochemischer Energiespeicher vorgesehen werden. Unter dem Begriff „elektrischer Speicher" werden hier solche Spei- eher verstanden, die Energie ausschließlich auf elektrischem oder elektromagnetischem Wege (z. B. wie Kondensatoren, Supraleiter, etc.) und nicht durch chemische StoffUmwandlung speichern; diese Speicher weisen eine sehr große Energieabgabegeschwindigkeit auf und lassen sich somit gezielt für Be- schleunigungsvorgänge heranziehen. Unter dem Begriff „elektrochemischer Energiespeicher" werden hier Energiespeicher verstanden, die Energie auf elektrochemischem Wege - also durch chemische Stoffumwandlung - speichern; diese Speicher weisen eine besonders große Speicherkapazität auf, so dass sie vorzugsweise für den beschleunigungsfreien oder beschleunigungsarmen Normalfahrbetrieb, beispielsweise zum Überbrücken fahrdrahtloser Abschnitte einer ansonsten elektrifizierten Eisenbahnstrecke, eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Kombination zumindest eines elektrischen Energie- Speichers und zumindest eines elektrochemischen Energiespeichers lässt sich also ein ideales Speicherverhalten für Traktionsanwendungen erreichen, so dass beispielsweise andere Energiequellen wie zum Beispiel Verbrennungsmotoren des Antriebssystems stets in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden können.An essential advantage of the drive system according to the invention is that due to the use of two different energy storage types an optimal storage behavior for traction applications is achieved. In traction applications, not only is a large storage capacity of the energy storage device important, but also the ability to provide a very large amount of energy in the short term, for example for acceleration processes. At At least one electrical energy store and at least one electrochemical energy store are provided according to the invention. The term "electrical storage" is understood here as meaning those supplies which store energy exclusively by electrical or electromagnetic means (eg, such as capacitors, superconductors, etc.) and not by chemical conversion, which have a very high energy release rate The term "electrochemical energy store" is understood here to mean energy stores which store energy by electrochemical means, ie by chemical conversion; These memories have a particularly large storage capacity, so that they are preferably used for the acceleration-free or low-acceleration normal driving operation, for example for bridging wireless sections of an otherwise electrified railway line. The inventive combination of at least one electric energy storage and at least one electrochemical energy storage can thus achieve an ideal storage behavior for traction applications, so that for example other energy sources such as internal combustion engines of the drive system can always be operated at its optimum operating point.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems ist vorgesehen, dass das Antriebssystem außerdem eine elektrische Energiequelle aufweist, die mit der An- triebseinheit unmittelbar oder mittelbar verbunden ist. Eine solche Energiequelle kann beispielsweise einen Verbrennungsmotor umfassen, der über einen nachgeordneten elektromechani- schen Energiewandler mit der Antriebseinheit unmittelbar oder mittelbar verbunden ist.According to a preferred embodiment of the electric drive system is provided that the drive system further comprises an electrical energy source which is directly or indirectly connected to the drive unit. Such an energy source may comprise, for example, an internal combustion engine which is directly or indirectly connected to the drive unit via a downstream electromechanical energy converter.
Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinheit beispielsweise auch unmittelbar oder mittelbar mit einer elektrischen Energiezuführungseinrichtung für eine Zufuhr extern erzeugter elektrischer Energie verbunden sein. Eine solche elektrische Energiezuführungseinrichtung kann beispielsweise mindestens einen Pantograph und/oder Stromschuh umfassen.Alternatively or additionally, the drive unit, for example, also directly or indirectly with an electrical energy supply device for a supply externally be connected electrical energy generated. Such an electrical energy supply device may comprise, for example, at least one pantograph and / or streaming shoe.
Auch kann die Energiespeichereinrichtung eine Kombination mehrerer elektrischer und mehrerer elektrochemischer Energiespeicher aufweisen.The energy storage device may also have a combination of a plurality of electrical and a plurality of electrochemical energy stores.
Vorzugsweise weist der elektrische Energiespeicher zumindest einen Doppelschichtkondensator auf. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Energiespeicher auch mit einem supraleitenden Energiespeicherelement ausgestattet sein.The electrical energy store preferably has at least one double-layer capacitor. Alternatively or additionally, the electrical energy store may also be equipped with a superconducting energy storage element.
Der elektrochemische Energiespeicher kann beispielsweise durch eine Bleibatterie, eine Nickel-Cadmium Batterie, eineThe electrochemical energy storage, for example, by a lead acid battery, a nickel-cadmium battery, a
Nickelmetallhydridbatterie oder eine Lithiumionenbatterie gebildet werden.Nickel metal hydride battery or a lithium ion battery.
Im Hinblick auf einen möglichst geringen Platzbedarf wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der zumindest eine elektrochemische Energiespeicher und der zumindest eine elektrische Energiespeicher eine bauliche Einheit bilden.With regard to the smallest possible space requirement, it is considered advantageous if the at least one electrochemical energy storage and the at least one electrical energy storage form a structural unit.
Der elektrische und der elektrochemische Energiespeicher kön- nen beispielsweise direkt miteinander verbunden sein; alternativ können diese Komponenten auch über leistungselektronische und/oder mechanische Schalter miteinander mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehen.The electrical and the electrochemical energy storage can, for example, be directly connected to one another; Alternatively, these components can also be connected via power electronic and / or mechanical switches with each other directly or indirectly.
Der elektrische und der elektrochemische Energiespeicher können je nach Anforderungen an Speicherkapazität und Ausgangsspannung elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sein .The electrical and the electrochemical energy storage can be electrically connected in series and / or in parallel depending on the requirements of storage capacity and output voltage.
Vorzugsweise sind die Energiespeicher über leistungselektronische und/oder mechanische Schalter mit einem oder mehreren elektrischen Energiequellen und/oder einem oder mehreren e- lektrischen Antriebseinheiten verbunden. Der Energieaustausch zwischen der elektrischen Antriebseinheit und den Energiespeichern wird bevorzugt durch eine Energiemanagementeinheit gesteuert und/oder geregelt.The energy stores are preferably connected via power electronic and / or mechanical switches to one or more electrical energy sources and / or one or more electrical drive units. The energy exchange between the electric drive unit and the energy stores is preferably controlled and / or regulated by an energy management unit.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug mit einen Antriebssystem, wie es oben beschrieben ist. Ein solches Schienenfahrzeug kann beispielsweise eine Lokomotive, ein Triebzug, eine Rangierlokomotive, eine Stadtbahn, eine Metro, eine Magnetschwebebahn, gummibereifte spurgeführte Fahrzeuge oder eine Straßenbahn bilden.The invention also relates to a rail vehicle having a drive system as described above. Such a rail vehicle, for example, a locomotive, a trainset, a shunting locomotive, a light rail, a metro, a maglev train, rubber-tired track-guided vehicles or a tram form.
Vorzugsweise befinden sich auf dem Schienenfahrzeug ein oder mehrere elektrische Energiequellen, die mit der Antriebsein- heit unmittelbar oder mittelbar verbunden sind. Beispielsweise befindet sich in dem Schienenfahrzeug mindestens ein Verbrennungsmotor, und zwar im Fahrzeugkopf, innerhalb des Fahrzeuges selbst, auf dem Fahrzeugdach und/oder unterflur.Preferably, one or more electrical energy sources, which are directly or indirectly connected to the drive unit, are located on the rail vehicle. For example, located in the rail vehicle at least one internal combustion engine, in the vehicle head, within the vehicle itself, on the vehicle roof and / or underfloor.
Auch können sich in dem Schienenfahrzeug mehrere Energiespeichereinrichtungen mit jeweils zumindest einem elektrischen Energiespeicher und zumindest einem elektrochemischen Energiespeicher befinden.Also, in the rail vehicle a plurality of energy storage devices may each be at least one electrical energy storage and at least one electrochemical energy storage.
Das elektrische Antriebssystem ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass eine elektrische Energiequelle des Antriebssystems während des Betriebs des Schienenfahrzeugs zeitweise nicht aktiv sein muss und ausschließlich andere Energie als die der elektrischen Energiequelle verwendet wird.The electric drive system is preferably designed such that an electrical energy source of the drive system during operation of the rail vehicle temporarily must not be active and only other energy than that of the electrical energy source is used.
Auch kann eine elektrische Energiezuführungseinrichtung des Antriebssystems derart ausgestaltet sein, dass die elektrische Energiezuführung örtlich konzentriert an bestimmten Ladestationen und/oder an streckenseitigen Ladeabschnitten auf das Schienenfahrzeug erfolgt.Also, an electrical energy supply device of the drive system can be configured such that the electrical energy supply is locally concentrated at certain charging stations and / or on trackside charging sections on the rail vehicle.
Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die elektrische Energiezuführungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die elektrische Energiezuführung über eine oder mehrere Kontaktstellen, insbesondere über einen oder mehrere Pantographen und/oder über eine oder mehrere Stromschienen und/oder über einen oder mehrere Stromschuhe und/oder über eine oder mehrere induktive Energieübertragungseinrichtungen erfolgt .In addition, it is considered advantageous if the electrical energy supply device designed in such a way in that the electrical energy supply takes place via one or more contact points, in particular via one or more pantographs and / or via one or more busbars and / or via one or more current shoes and / or via one or more inductive energy transmission devices.
Der Energieaustausch zwischen der zumindest einen elektrischen Antriebseinheit und den Energiespeichern wird bevorzugt durch eine Energiemanagementeinheit gesteuert und/oder geregelt, die im Fahrzeug zentral angeordnet ist oder aus mehreren dezentralen Einheiten besteht.The energy exchange between the at least one electric drive unit and the energy stores is preferably controlled and / or regulated by an energy management unit which is centrally located in the vehicle or consists of several decentralized units.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments; thereby show exemplarily:
Figur 1 ein elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein elektrisches Antriebssystem, undFigure 1 is an electrical circuit diagram of an embodiment of an electric drive system, and
Figur 2 ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem, wobei in der Figur 2 verschiedene Positionen für die Energiespeichereinrichtung des Antriebssystems angedeutet sind.Figure 2 shows a rail vehicle with an electric drive system according to the invention, wherein in Figure 2 different positions for the energy storage device of the drive system are indicated.
In den Figuren werden der Übersichtlichkeit halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.For the sake of clarity, the same reference numerals are always used in the figures for identical or comparable components.
In der Figur 1 ist ein elektrisches Antriebssystem für ein nicht weiter dargestelltes Schienenfahrzeug gezeigt. Das Antriebssystem 10 weist eine elektrische Antriebseinheit 20 in Form eines Traktionsmotors auf. Die Antriebseinheit 10 ist elektrisch mit einer Energiespeichereinrichtung 30 verbunden, die elektrische Energiespeicher 40 und 50 sowie elektrochemi- sehe Energiespeicher 60 und 70 umfasst.FIG. 1 shows an electric drive system for a rail vehicle not further illustrated. The drive system 10 has an electric drive unit 20 in the form of a traction motor. The drive unit 10 is electrically connected to an energy storage device 30, the electrical energy storage 40 and 50 and electrochemical see energy storage 60 and 70 includes.
Wie sich in der Figur 1 erkennen lässt, bilden der elektrische Energiespeicher 40 sowie der elektrochemische Energie- Speicher 60 eine bauliche Einheit; diese bauliche Einheit ist in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 80 gekennzeichnet.As can be seen in FIG. 1, the electrical energy store 40 and the electrochemical energy storage device form Memory 60 a structural unit; This structural unit is identified in FIG. 1 by the reference numeral 80.
Der elektrochemische Energiespeicher 70 ist über einen DC/DC- Steller 90 und der elektrische Energiespeicher 50 über einen weiteren DC/DC-Steller 100 an äußere Anschlüsse 110 und 120 der Energiespeichereinrichtung 30 sowie über diese an die Antriebseinheit 20 angeschlossen.The electrochemical energy store 70 is connected via a DC / DC controller 90 and the electrical energy store 50 via a further DC / DC controller 100 to external terminals 110 and 120 of the energy storage device 30 and via this to the drive unit 20.
Mit der Energiespeichereinrichtung 30 sowie mit der Antriebseinheit 20 steht darüber hinaus eine elektrische Energiequelle 130 in Verbindung, die durch einen Motor, beispielsweise einen Dieselmotor 140, einen Generator 150 sowie einen Gleichrichter 160 gebildet ist.In addition, an electrical energy source 130, which is formed by an engine, for example a diesel engine 140, a generator 150 and a rectifier 160, is connected to the energy storage device 30 and to the drive unit 20.
Außerdem steht die elektrische Antriebseinheit 20 mit einer Energiezuführeinrichtung 170 in Verbindung, die Pantographen oder Stromschuhe aufweisen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 umfasst die Energiezuführeinrichtung 170 bei- spielhaft mehrere Pantographen 180 und 190, die zum Einspeisen externer Gleich- oder Wechselspannung in die Antriebseinheit 10 geeignet sind.In addition, the electric drive unit 20 is connected to an energy supply device 170, which may have pantographs or power shoes. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the energy supply device 170 includes, for example, a plurality of pantographs 180 and 190, which are suitable for feeding external direct or alternating voltage into the drive unit 10.
Die elektrischen Speicher 40 und 50 der Energiespeicherein- richtung 30 können beispielsweise jeweils durch einen oder mehrere Doppelschichtkondensatoren gebildet sein, die elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sind. Alternativ können die elektrischen Energiespeicher 40 und 50 auch durch einen supraleitenden Energiespeicher gebildet sein oder einen solchen zusätzlich aufweisen.The electrical stores 40 and 50 of the energy storage device 30 may be formed, for example, each by one or more double-layer capacitors, which are electrically connected in parallel or in series. Alternatively, the electrical energy storage 40 and 50 may also be formed by a superconducting energy storage or have such an additional.
Bezüglich der elektrochemischen Energiespeicher 60 und 70 wird vorgeschlagen, diese durch Bleibatterien, Nickelkadmiumbatterien, Nickelmetallhybridbatterien oder Lithiumionenbat- terien zu bilden; selbstverständlich sind auch andere Arten elektrochemischer Energiespeicher denkbar. In der Figur 2 ist anhand eines Eisenbahnzugs 200 beispielhaft angedeutet, an welchen Positionen in einem Schienenfahrzeug eine Energiespeichereinrichtung des Antriebssystems angeordnet sein kann.With regard to the electrochemical energy stores 60 and 70, it is proposed to form these by lead batteries, nickel cadmium batteries, nickel metal hybrid batteries or lithium ion batteries; Of course, other types of electrochemical energy storage are conceivable. FIG. 2 shows, by means of a railway train 200, by way of example, at which positions in a rail vehicle an energy storage device of the drive system can be arranged.
Das Bezugszeichen 1 deutet in der Figur 2 beispielhaft eine Anordnung der Energiespeichereinrichtung unterflur im mittleren Bereich 210 des Zuges 200, also außerhalb der beiden Fahrzeugköpfe 220 und 230, an.The reference numeral 1 indicates in the figure 2 by way of example an arrangement of the energy storage device underfloor in the central region 210 of the train 200, ie outside the two vehicle heads 220 and 230 at.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Anordnung auf dem Fahrzeugdach im mittleren Bereich 210 des Zuges symbolisiert. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Anordnung der Energiespeichereinrichtung im mittleren Bereich des Zuges, und zwar im Fahr- zeuginneren.By the reference numeral 2, an arrangement on the vehicle roof in the central region 210 of the train is symbolized. The reference numeral 3 denotes an arrangement of the energy storage device in the middle region of the train, in the interior of the vehicle.
Mit den Bezugszeichen 4, 5 und 6 wird eine Anordnung im Bereich der Fahrzeugköpfe bezeichnet, wobei das Bezugszeichen 5 eine Anordnung auf dem Fahrzeugdach, das Bezugszeichen 4 eine Anordnung unterflur und das Bezugszeichen 6 eine Anordnung innerhalb des Fahrzeugs symbolisiert.The reference symbols 4, 5 and 6 designate an arrangement in the region of the vehicle heads, wherein the reference numeral 5 denotes an arrangement on the vehicle roof, the reference symbol 4 underlines an arrangement and the reference symbol 6 symbolizes an arrangement within the vehicle.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 ist der Fahrzeugkopf 220 an eine externe elektrische Energieversorgung angeschlossen und der andere Fahrzeugkopf 230 nicht. In the embodiment according to FIG. 2, the vehicle head 220 is connected to an external electrical power supply and the other vehicle head 230 is not.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrisches Antriebssystem (10), insbesondere für Schienenfahrzeuge (200), wobei das elektrische Antriebssystem eine elektrische Antriebseinheit (20) und eine mit der Antriebseinheit unmittelbar oder mittelbar verbundene Energiespeichereinrichtung (30) umfasst, wobei die Energiespeichereinrichtung zumindest einen elektrischen Energiespeicher (40, 50) und zumindest einen elektrochemischen Energiespeicher (60, 70) aufweist.1. Electric drive system (10), in particular for rail vehicles (200), wherein the electric drive system comprises an electric drive unit (20) and an energy storage device (30) directly or indirectly connected to the drive unit, wherein the energy storage device comprises at least one electrical energy store (40, 50) and at least one electrochemical energy store (60, 70).
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem außerdem eine elektrische Energiequelle (130) aufweist, die mit der Antriebseinheit unmittel- bar oder mittelbar verbunden ist.2. Drive system according to claim 1, characterized in that the drive system further comprises an electrical energy source (130) which is directly or indirectly connected to the drive unit.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle einen Verbrennungsmotor3. Drive system according to claim 2, characterized in that the electrical energy source is an internal combustion engine
(140) umfasst, der über einen nachgeordneten elektromechani- sehen Energiewandler (150) mit der Antriebseinheit unmittelbar oder mittelbar verbunden ist.(140), which is directly or indirectly connected via a downstream electromechanical energy converter (150) with the drive unit.
4. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit unmittelbar oder mittelbar mit einer elektrischen Energiezuführungseinrichtung (170) für eine Zufuhr extern erzeugter elektrischer Energie verbunden ist.4. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit is directly or indirectly connected to an electrical energy supply device (170) for a supply of externally generated electrical energy.
5. Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiezuführungseinrichtung mindestens einen Pantograph (180, 190) und/oder Stromschuh umfasst.5. Drive system according to claim 4, characterized in that the electrical energy supply device comprises at least one pantograph (180, 190) and / or Stromschuh.
6. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Kombination mehrerer elektrischer und mehrerer elektrochemischer Energiespeicher aufweist. 6. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the energy storage device comprises a combination of a plurality of electrical and a plurality of electrochemical energy storage.
7. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrische Energiespeicher durch mindestens einen Doppelschichtkondensator gebildet ist.7. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrical energy storage is formed by at least one double-layer capacitor.
8. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrische Energiespeicher durch einen supraleitenden Energiespeicher gebildet ist.8. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrical energy storage is formed by a superconducting energy store.
9. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrochemische Energiespeicher durch eine Bleibatterie, eine Nickel- Cadmium Batterie, eine Nickelmetallhydridbatterie oder eine Lithiumionenbatterie gebildet ist.9. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrochemical energy storage is formed by a lead-acid battery, a nickel-cadmium battery, a Nickelmetallhydridbatterie or a lithium-ion battery.
10. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine elektrochemische Energiespeicher und der zumindest eine elektrische Ener- giespeicher eine bauliche Einheit (80) bilden.10. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrochemical energy storage and the at least one electrical energy storage gies form a structural unit (80).
11. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische und der elektrochemische Energiespeicher direkt miteinander verbunden sind.11. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical and the electrochemical energy storage are connected directly to each other.
12. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische und der elektrochemische Energiespeicher über leistungselektronische und/ oder mechanische Schalter miteinander verbunden sind.12. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical and the electrochemical energy storage are connected to each other via power electronic and / or mechanical switches.
13. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische und der elektrochemische Energiespeicher elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.13. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical and the electrochemical energy storage are electrically connected in series and / or in parallel.
14. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher über leistungselektronische und/oder mechanische Schalter mit einem oder mehreren elektrischen Energiequellen und/oder einem oder mehreren elektrischen Antriebseinheiten verbunden sind.14. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the energy storage via power electronic and / or mechanical switch with a or more electrical energy sources and / or one or more electric drive units are connected.
15. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieaustausch zwischen der zumindest einen elektrischen Antriebseinheit und den Energiespeichern durch eine Energiemanagementeinheit gesteuert und/oder geregelt wird.15. Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the energy exchange between the at least one electric drive unit and the energy storage is controlled and / or regulated by an energy management unit.
16. Schienenfahrzeug mit einen Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche.16. Rail vehicle with a drive system according to one of the preceding claims.
17. Schienenfahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug eine Lokomotive, ein Triebzug, eine Rangierlokomotive, eine Stadtbahn, eine Metro, eine Magnetschwebebahn, gummibereifte spurgeführte Fahrzeuge oder eine Straßenbahn ist.17. Rail vehicle according to claim 16, characterized in that the rail vehicle is a locomotive, a railcar, a shunting locomotive, a light rail, a metro, a maglev, rubber-tired track-guided vehicles or a tram.
18. Schienenfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 16-17, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf dem Schienenfahrzeug ein oder mehrere elektrische Energiequellen befinden, die mit der Antriebseinheit unmittelbar oder mittelbar verbunden sind.18. Rail vehicle according to one of the preceding claims 16-17, characterized in that there are one or more electrical energy sources on the rail vehicle, which are directly or indirectly connected to the drive unit.
19. Schienenfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Schienenfahrzeug mindestens ein Verbrennungsmotor befindet, und zwar im Fahrzeugkopf, innerhalb des Fahrzeuges selbst, auf dem Fahrzeugdach und/oder unterflur.19. Rail vehicle according to one of the preceding claims 16-18, characterized in that there is at least one internal combustion engine in the rail vehicle, in the vehicle head, within the vehicle itself, on the vehicle roof and / or underfloor.
20. Schienenfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 16-19, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein oder mehrere Energiespeichereinrichtungen mit jeweils zumindest einem elektrischen Energiespeicher und zumindest einem elektroche- mischen Energiespeicher im Schienenfahrzeug befinden.20. Rail vehicle according to one of the preceding claims 16-19, characterized in that there are one or more energy storage devices each having at least one electrical energy storage and at least one electrochemical energy storage in the rail vehicle.
21. Schienenfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 16-20, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Antriebs- System derart ausgestaltet ist, dass eine elektrische Energiequelle des Antriebssystems während des Betriebs des Schienenfahrzeugs zeitweise nicht aktiv sein muss und ausschließlich andere Energie als die der elektrischen Energiequelle verwendet wird.21. Rail vehicle according to one of the preceding claims 16-20, characterized in that the electric drive System is designed such that an electrical energy source of the drive system during operation of the rail vehicle must be temporarily not active and only other energy than that of the electric power source is used.
22. Schienenfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 16-21, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Energiezuführungseinrichtung des Antriebssystems derart ausgestaltet ist, dass die elektrische Energiezuführung örtlich konzentriert an bestimmten Ladestationen und/oder an streckenseiti- gen Ladeabschnitten auf das Schienenfahrzeug erfolgt.22. Rail vehicle according to one of the preceding claims 16-21, characterized in that an electrical energy supply device of the drive system is designed such that the electrical energy supply is locally concentrated at certain charging stations and / or on track-side loading sections on the rail vehicle.
23. Schienenfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich- net, dass die elektrische Energiezuführungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die elektrische Energiezuführung über eine oder mehrere Kontaktstellen, insbesondere über einen oder mehrere Pantographen und/oder über eine oder mehrere Stromschienen und/oder über einen oder mehrere Stromschuhe und/oder über eine oder mehrere induktive Energieübertragungseinrichtungen erfolgt.23. A rail vehicle according to claim 22, characterized marked, that the electrical energy supply device is configured such that the electrical energy supply via one or more contact points, in particular via one or more pantographs and / or one or more busbars and / or one or a plurality of current shoes and / or via one or more inductive energy transfer devices takes place.
24. Schienenfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 16-23, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieaustausch zwi- sehen der zumindest einen elektrischen Antriebseinheit und den Energiespeichern durch eine Energiemanagementeinheit gesteuert und/oder geregelt wird, die im Fahrzeug zentral angeordnet ist oder aus mehreren dezentralen Einheiten besteht. 24. Rail vehicle according to one of the preceding claims 16-23, characterized in that the energy exchange between see the at least one electric drive unit and the energy storage is controlled and / or regulated by an energy management unit, which is centrally located in the vehicle or from a plurality of decentralized units consists.
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