WO2024046734A1 - Arrangement for driving a rail vehicle - Google Patents

Arrangement for driving a rail vehicle Download PDF

Info

Publication number
WO2024046734A1
WO2024046734A1 PCT/EP2023/072161 EP2023072161W WO2024046734A1 WO 2024046734 A1 WO2024046734 A1 WO 2024046734A1 EP 2023072161 W EP2023072161 W EP 2023072161W WO 2024046734 A1 WO2024046734 A1 WO 2024046734A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gszk
energy
intermediate circuit
controller
traction battery
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/072161
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Maik DITTRICH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of WO2024046734A1 publication Critical patent/WO2024046734A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • 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
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for driving a rail vehicle that uses two different energy sources for driving.
  • Such rail vehicles are known as hybrid vehicles, which generally have a combination with a traction battery as the first energy source and with a diesel engine or with an overhead line, etc. , use as a second energy source.
  • An essential component of the hybrid vehicle is a DC voltage intermediate circuit, into which energy from the respective energy source is introduced via an input side in order to subsequently be used to drive the rail vehicle.
  • the output of the DC intermediate circuit is connected to a traction motor of the rail vehicle via a DC/AC converter.
  • Energy taken from the DC intermediate circuit reaches the traction motor via the DC/AC converter as an inverter, where it can be used to drive the rail vehicle.
  • the diesel engine drives a generator, and the energy generated reaches the input side of the DC intermediate circuit via an AC/DC converter.
  • An AC overhead line is connected to the input side of the DC intermediate circuit via an AC/DC converter as a converter, while a DC overhead line may be connected. via a DC/DC converter with the input side of the DC voltage between circuit is connected in order to bring the respective energy to the input side of the DC intermediate circuit.
  • the traction battery Due to the history and the components used, the traction battery is also connected to this well-known, classic system.
  • the traction battery is connected to the input side of the DC intermediate circuit via a DC/DC controller in order to introduce the energy required for the drive from the traction battery into the DC intermediate circuit.
  • FIG. 2 shows a basic block diagram for such a hybrid vehicle or Hybrid rail vehicle SFZ of the known state of the art.
  • a traction battery TB is connected as the first energy source via a DC/DC converter DCDCS to an input side of a DC intermediate circuit GSZK in order to supply energy to the DC intermediate circuit GSZK.
  • the traction battery TB is switched on and off via switches S i l and S 12. Can be switched off and connected to the DC/DC controller DCDCS.
  • the DC/DC controller DCDCS is switched on and off via switches Ql l and Q12. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit GSZK.
  • the DC voltage intermediate circuit GSZK is connected on the output side via a DC/AC converter as a converter UMR to a traction motor M of the rail vehicle.
  • the traction motor M is supplied with energy taken from the DC intermediate circuit GSZK and conducted via the converter UMR to drive the rail vehicle SFZ.
  • the UMR converter is also used on the output side to supply energy to auxiliary operations HB and to divert braking energy to a braking resistor BWID.
  • a capacitor CZK is provided, which is intended for smoothing harmonics of the energy supplied to the DC intermediate circuit GSZK.
  • An overhead line OL or a diesel engine DM form a second energy source which (as described above) supplies energy to the input side of the DC intermediate circuit GSZK, this energy also being routed via the capacitor CZK to smooth out harmonics.
  • This second energy source DM or OL is also switchably connected to the DC intermediate circuit GSZK.
  • the circuit described enables the traction motor M to be supplied with drive energy via the first energy source TB or via the second energy source, i.e. overhead line OL or diesel engine DM.
  • the traction battery TB is represented here by two DC voltage cells Ull, U12, two fuses Ell, F12 and the two switches Sil, S12.
  • the DC intermediate circuit GSZK On the output side, the DC intermediate circuit GSZK has a relatively large amount of electrical power for the traction motor M, which must be fed to the DC intermediate circuit GSZK on the input side.
  • relatively high voltages are selected on the input side of the DC intermediate circuit GSZK, which are typically in the range of 2 kV to 4 kV.
  • the TB traction battery cannot provide these high voltages directly, as its output voltage is only in a range of ⁇ 1 kV.
  • the DC/DC controller DCDCS shown here symbolically has a first throttle LP1, which has two clocked or Switched IGBTs BPT11, BPT12 (bipolar transistor with insulated gate electrode, IGBT) are connected downstream.
  • the throttle LP1 is referred to and used as a “chopper throttle”.
  • the two IGBTs BPT11, BPT12 are clocked in this way. controlled so that voltage adjustment takes place in two energy flow directions.
  • the two IGBTs BPT11, BPT12 with associated inverse diodes Dll, D12 are followed by a capacitor CZK1, a choke LK1 and the two switches Qll, Q12.
  • the choke LK1 is referred to and used as a “decoupling choke”. With its help, oscillations between the distributed (DC link) capacitors CZK and CZK1 are shifted into a frequency range that can be actively evaporated by the converter.
  • the DC/DC controller DCDCS must be designed for a full charging and discharging capacity of the traction battery TB, which causes losses.
  • the clocked operation of the DC/DC controller causes further losses in the IGBTs BPT11, BPT12, the diodes Dl, D12, the choke LP1 and, if necessary.
  • the throttle LK1 causes.
  • the hybrid rail vehicle has a traction battery as the first energy source, a DC/DC controller, a DC intermediate circuit, a converter and a traction motor.
  • the traction battery is on or off. Can be switched off and connected to the DC/DC controller.
  • the DC/DC controller is on or off. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit.
  • the second energy source is on or off. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit.
  • the DC/DC controller is additionally designed to be bridgeable and assumes two states with regard to the inventive arrangement.
  • the DC/DC controller In a first state, the DC/DC controller is not bridged and thus forms an active part of the inventive arrangement.
  • the DC/DC controller is bridged or short-circuited so that it forms an inactive component of the inventive arrangement.
  • the DC intermediate circuit is either connected directly to the traction battery on the input side, i.e. the DC/DC controller is bridged, or the DC intermediate circuit is connected to the traction battery on the input side via the DC/DC controller, i.e. the DC/DC controller is not bridged.
  • the output of the DC intermediate circuit is connected to the traction motor via a converter or DC/AC converter in such a way that energy is taken from the DC intermediate circuit and reaches the traction motor in order to be used there to drive the rail vehicle.
  • the input side of the DC intermediate circuit is also equipped with an on/off switch. Switchable second energy source connected in such a way that energy from the second energy source reaches the DC intermediate circuit.
  • the rail vehicle contains switching logic that is designed as follows:
  • the second energy source is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
  • the second energy source is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
  • the first energy source is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
  • the DC/DC controller is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
  • energy from the traction battery reaches the DC intermediate circuit via the DC/DC controller and at the same time energy from the second energy source enters the DC intermediate circuit.
  • the invention uses the knowledge that when driving using only the traction battery, its reduced energy or Power feed into the DC intermediate circuit is sufficient to drive the rail vehicle.
  • This drive option is realized by bridging the DC/DC controller; the DC/DC controller is activated when charging or When discharging the DC intermediate circuit, this is avoided or avoided by bridging. disabled.
  • the DC/DC controller can be used when charging or be dispensed with when discharging the DC intermediate circuit.
  • the DC/DC converter is used "normally", i.e. it is not bridged and works in cycle mode.
  • the DC/DC converter works as a step-up converter in order to increase the battery voltage of the traction battery to a required intermediate circuit voltage at the input of the DC intermediate circuit to drive the rail vehicle.
  • the DC/DC controller works as a low-setting z-controller in order to reduce a voltage provided by the DC intermediate circuit to a required level at the input of the traction battery.
  • the present invention enables several operating modes of the rail vehicle:
  • the present invention separates distributed (intermediate circuit) capacitors when the DC/DC converter is bridged, so that there is no longer a resonant circuit between the capacitors.
  • a decoupling choke that was previously required is no longer necessary and is therefore no longer energized. This completely avoids losses in the decoupling choke.
  • the present invention achieves an increase in efficiency in pure traction battery operation:
  • the present invention achieves an increased battery range.
  • FIG. 1 shows a basic block diagram for a hybrid rail vehicle according to the invention
  • FIG. 1 shows a basic block diagram for a hybrid rail vehicle SFZ according to the invention.
  • a traction battery TB is connected as the first energy source via a DC/DC converter DCDCS to an input side of a DC intermediate circuit GSZK in order to supply energy to the DC intermediate circuit GSZK.
  • the traction battery TB is switched on and off via switches S i l and S 12. Can be switched off and connected to the DC/DC controller DCDCS.
  • the DC/DC controller DCDCS is switched on and off via switches Ql l and Q12. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit GSZK.
  • the DC voltage intermediate circuit GSZK is connected on the output side via a DC/AC converter as a converter UMR to a traction motor M of the rail vehicle.
  • the traction motor M is supplied with energy taken from the DC intermediate circuit GSZK and conducted via the converter UMR to drive the rail vehicle.
  • the UMR converter is also used on the output side to supply energy to auxiliary operations HB and to divert braking energy to a braking resistor BWID.
  • a capacitor CZK is provided, which is intended for smoothing harmonics of the energy supplied to the DC intermediate circuit GSZK.
  • An overhead line OL or a diesel engine DM form a second energy source that supplies energy to the input side of the DC intermediate circuit GSZK, this energy also being routed via the capacitor CZK to smooth out harmonics.
  • This second energy source DM, OL is also switchably connected to the DC intermediate circuit GSZK.
  • the traction battery TB is represented here by two DC voltage cells Ull, U12, two fuses Ell, F12 and the two switches Sil, S12.
  • DCDCS has a first throttle LP1, which is two-clocked or switched IGBTs BPT11, BPT12 (bipolar transistor with insulated gate electrode, IGBT) are connected downstream.
  • the throttle LP1 is referred to and used as a “chopper throttle”.
  • the two IGBTs BPT11, BPT12 are clocked or controlled in such a way that the voltage is adjusted.
  • the two IGBTs BPT11, BPT12 with associated inverse diodes Dll, D12 are followed by a capacitor CZK1, a choke LK1 and the two switches Qll, Q12.
  • the choke LK1 is referred to and used as a “decoupling choke”. With its help, oscillations between the distributed (DC link) capacitors CZK and CZK1 are actively evaporated.
  • the DC/DC controller DCDCS is designed to be bridged by a switch QB1 and assumes two states with regard to the inventive arrangement.
  • the DC/DC controller DCDCS is not bridged and thus forms an active part of the inventive arrangement.
  • the DC/DC controller DCDCS is bridged or short-circuited so that it forms an inactive component of the inventive arrangement.
  • the circuit described enables the four energy supplies mentioned above. Energy feeds into the DC intermediate circuit in order to drive the rail vehicle via the traction motor M.
  • the traction battery TB is connected to the DC intermediate circuit GSZK via the (non-bridged) DC/DC converter DCDCS.
  • both energy sources feed combined into the DC intermediate circuit GSZK, in which case the First traction battery TB is connected to the DC intermediate circuit GSZK via the DC/DC converter DCDCS.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to an arrangement for driving a rail vehicle (SFZ) having a hybrid drive (TB, OL, DM). The rail vehicle (SFZ) has, as components that are connected to each other in series, a traction battery (TB) as a first energy source, a DC/DC converter (DCDCS) and a DC link (GSZK) having a converter (UMR). These components are connected to each other by means of switches (S11, S12, Q11, Q12) in each case, such that energy passes from the traction battery (TB) to the input of the DC link (GSZK). The DC/DC converter (DCDCS) is configured such that it can be bypassed by means of a switch (QB1). In addition, a second energy source (OL, DM) is connected to the input end of the DC link (GSZK) by means of switches. Supply of energy from the energy sources (TB, OL, DM) to the DC link (GSZK) can be implemented via these switches (S11, S12, Q11, Q12, QB1). The switches are actuated in such a way that, in the case of two drive situations, only energy from the traction battery (TB) passes via the DC/DC converter or via the bypassed DC/DC converter to the DC link (GSZK), in such a way that, in a further drive situation, only energy from the second energy source (OL, DM) passes to the DC link (GSZK), or in such a way that, in a further drive situation, energy passes from the traction battery (TB), via the DC/DC converter (DCDCS), to the DC link (GSZK) and that at the same time energy from the second energy source (OL, DM) passes to the DC link (GSZK).

Description

Beschreibung Description
Anordnung zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs Arrangement for driving a rail vehicle
Die Erfindung betri f ft eine Anordnung zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs , das zum Antrieb zwei unterschiedliche Energiequellen nutzt . The invention relates to an arrangement for driving a rail vehicle that uses two different energy sources for driving.
Derartige Schienenfahrzeuge sind als Hybridfahrzeuge bekannt , die im Allgemeinen eine Kombination mit einer Traktionsbatterie als erste Energiequelle und mit einem Dieselmotor oder mit einer Oberleitung, etc . , als zweite Energiequelle nutzen . Such rail vehicles are known as hybrid vehicles, which generally have a combination with a traction battery as the first energy source and with a diesel engine or with an overhead line, etc. , use as a second energy source.
Wesentlicher Bestandteil des Hybridfahrzeugs ist ein Gleichspannungs zwischenkreis , in den über eine Eingangsseite Energie der j eweiligen Energiequelle eingebracht wird, um nachfolgend für den Antrieb des Schienenfahrzeugs verwendet zu werden . An essential component of the hybrid vehicle is a DC voltage intermediate circuit, into which energy from the respective energy source is introduced via an input side in order to subsequently be used to drive the rail vehicle.
Dazu ist der Gleichspannungs zwischenkreis ausgangsseitig über einen DC/AC-Wandler mit einem Traktionsmotor des Schienenfahrzeugs verbunden . Aus dem Gleichspannungs zwischenkreis entnommene Energie gelangt über den DC/AC-Wandler als Wechselrichter an den Traktionsmotor, um dort zum Antrieb des Schienenfahrzeugs verwendet zu werden . For this purpose, the output of the DC intermediate circuit is connected to a traction motor of the rail vehicle via a DC/AC converter. Energy taken from the DC intermediate circuit reaches the traction motor via the DC/AC converter as an inverter, where it can be used to drive the rail vehicle.
Der Dieselmotor treibt einen Generator an, die damit gebildete Energie gelangt über einen AC/DC-Wandler zur Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises . The diesel engine drives a generator, and the energy generated reaches the input side of the DC intermediate circuit via an AC/DC converter.
Eine AC-Oberleitung ist über einen AC/DC-Wandler als Umrichter mit der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises verbunden, während eine DC-Oberleitung ggf . über einen DC/DC- Wandler mit der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischen- kreises verbunden ist , um j eweilige Energie zur Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises zu bringen . An AC overhead line is connected to the input side of the DC intermediate circuit via an AC/DC converter as a converter, while a DC overhead line may be connected. via a DC/DC converter with the input side of the DC voltage between circuit is connected in order to bring the respective energy to the input side of the DC intermediate circuit.
Aufgrund der Historie und der verwendeten Komponenten wird an dieses bekannte , klassische System die Traktionsbatterie zusätzlich angebunden . Due to the history and the components used, the traction battery is also connected to this well-known, classic system.
Die Traktionsbatterie ist über einen DC/DC-Steller mit der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises verbunden, um die für den Antrieb benötigte Energie aus der Traktionsbatterie in den Gleichspannungs zwischenkreis einzubringen . The traction battery is connected to the input side of the DC intermediate circuit via a DC/DC controller in order to introduce the energy required for the drive from the traction battery into the DC intermediate circuit.
FIG 2 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild für ein derartiges Hybridfahrzeug bzw . hybrides Schienenfahrzeug SFZ des bekannten Stands der Technik . 2 shows a basic block diagram for such a hybrid vehicle or Hybrid rail vehicle SFZ of the known state of the art.
Eine Traktionsbatterie TB ist als erste Energiequelle über einen DC/DC-Steller DCDCS mit einer Eingangsseite eines Gleichspannungs zwischenkreises GSZK verbunden, um dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK Energie zuzuführen . A traction battery TB is connected as the first energy source via a DC/DC converter DCDCS to an input side of a DC intermediate circuit GSZK in order to supply energy to the DC intermediate circuit GSZK.
Die Traktionsbatterie TB ist dabei über Schalter S i l und S 12 an- bzw . abschaltbar mit dem DC/DC-Steller DCDCS verbunden . The traction battery TB is switched on and off via switches S i l and S 12. Can be switched off and connected to the DC/DC controller DCDCS.
Der DC/DC-Steller DCDCS ist über Schalter Ql l und Q12 an- bzw . abschaltbar mit dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK verbunden . The DC/DC controller DCDCS is switched on and off via switches Ql l and Q12. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit GSZK.
Der Gleichspannungs zwischenkreis GSZK ist ausgangsseitig über einen DC/AC-Wandler als Umrichter UMR mit einem Traktionsmotor M des Schienenfahrzeugs verbunden . Dem Traktionsmotor M wird aus dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK entnommene und über den Umrichter UMR geführte Energie zum Antrieb des Schienenfahrzeugs SFZ zugeführt . The DC voltage intermediate circuit GSZK is connected on the output side via a DC/AC converter as a converter UMR to a traction motor M of the rail vehicle. The traction motor M is supplied with energy taken from the DC intermediate circuit GSZK and conducted via the converter UMR to drive the rail vehicle SFZ.
Der Umrichter UMR wird ausgangsseitig auch zur Versorgung von Hil fsbetrieben HB mit Energie und zur Ableitung von Bremsenergie an einen Bremswiderstand BWID benutzt . The UMR converter is also used on the output side to supply energy to auxiliary operations HB and to divert braking energy to a braking resistor BWID.
Als Teil der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises GSZK ist ein Kondensator CZK vorgesehen, der zur Glättung von Oberwellen der dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK zugeführten Energie vorgesehen ist . As part of the input side of the DC intermediate circuit GSZK, a capacitor CZK is provided, which is intended for smoothing harmonics of the energy supplied to the DC intermediate circuit GSZK.
Eine Oberleitung OL oder ein Dieselmotor DM bilden eine zweite Energiequelle , die (wie vorstehend beschrieben) Energie an die Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises GSZK zuführt , wobei diese Energie ebenfalls über den Kondensator CZK zur Glättung von Oberwellen geführt ist . An overhead line OL or a diesel engine DM form a second energy source which (as described above) supplies energy to the input side of the DC intermediate circuit GSZK, this energy also being routed via the capacitor CZK to smooth out harmonics.
Auch diese zweite Energiequelle DM oder OL ist schaltbar mit dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK verbunden . This second energy source DM or OL is also switchably connected to the DC intermediate circuit GSZK.
Die geschilderte Beschaltung ermöglicht eine Antriebs- Energieversorgung des Traktionsmotors M über die erste Energiequelle TB oder über die zweite Energiequelle , also Oberleitung OL oder Dieselmotor DM . The circuit described enables the traction motor M to be supplied with drive energy via the first energy source TB or via the second energy source, i.e. overhead line OL or diesel engine DM.
Die Traktionsbatterie TB wird hier durch zwei Gleichspannungs zellen Ul l , U12 , zwei Sicherungen El l , F12 und die beiden Schalter S i l , S 12 repräsentiert . The traction battery TB is represented here by two DC voltage cells Ull, U12, two fuses Ell, F12 and the two switches Sil, S12.
Ausgangsseitig wird dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK eine relativ große elektrische Leistung für den Traktionsmotor M entnommen, die dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK eingangsseitig zugeführt werden muss . On the output side, the DC intermediate circuit GSZK has a relatively large amount of electrical power for the traction motor M, which must be fed to the DC intermediate circuit GSZK on the input side.
Um dazu benötigte eingangsseitige Ströme aus Gründen von Verlusten relativ klein zu halten, werden an der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises GSZK relativ hohe Spannungen gewählt , die typischerweise im Bereich von 2 kV bis 4 kV liegen . In order to keep the required input-side currents relatively small for reasons of losses, relatively high voltages are selected on the input side of the DC intermediate circuit GSZK, which are typically in the range of 2 kV to 4 kV.
Diese Forderung wird von der Verwendung des Dieselmotors DM bzw . der Oberleitung OL als Energiequelle bestimmt . This requirement is met by the use of the diesel engine DM or the overhead line OL is determined as an energy source.
Die Traktionsbatterie TB kann bauartbedingt j edoch diese hohen Spannungen nicht unmittelbar zur Verfügung stellen, da deren Ausgangsspannung nur in einem Bereich von <1 kV liegt . However, due to its design, the TB traction battery cannot provide these high voltages directly, as its output voltage is only in a range of <1 kV.
Daher wird mit Hil fe des DC/DC-Stellers DCDCS eine entsprechende Spannungsanpassung durchgeführt , um die an der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreis GSZK geforderten, relativ hohen Spannungen zu erreichen . Therefore, with the help of the DC/DC controller DCDCS, a corresponding voltage adjustment is carried out in order to achieve the relatively high voltages required on the input side of the DC intermediate circuit GSZK.
Zu diesem Zweck weist der hier symbolisch dargestellte DC/DC- Steller DCDCS eine erste Drossel LP1 auf , der zwei getaktete bzw . geschaltete IGBTs BPT11 , BPT12 (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode , IGBT ) nachgeschaltet sind . For this purpose, the DC/DC controller DCDCS shown here symbolically has a first throttle LP1, which has two clocked or Switched IGBTs BPT11, BPT12 (bipolar transistor with insulated gate electrode, IGBT) are connected downstream.
Die Drossel LP1 wird als „Chopperdrossel" bezeichnet und verwendet The throttle LP1 is referred to and used as a “chopper throttle”.
Die beiden IGBTs BPT11 , BPT12 werden derart getaktet bzw . angesteuert , dass eine Spannungsanpassung in zwei Energieflussrichtungen erfolgt . Den beiden IGBTs BPT11, BPT12 mit zugeordneten Inversdioden Dll, D12 sind ein Kondensator CZK1, eine Drossel LK1 und die beiden Schalter Qll, Q12 nachgeschaltet. The two IGBTs BPT11, BPT12 are clocked in this way. controlled so that voltage adjustment takes place in two energy flow directions. The two IGBTs BPT11, BPT12 with associated inverse diodes Dll, D12 are followed by a capacitor CZK1, a choke LK1 and the two switches Qll, Q12.
Die Drossel LK1 wird als „Entkopplungsdrossel" bezeichnet und verwendet. Mit ihrer Hilfe werden Schwingungen zwischen den verteilten (Zwischenkreis-) Kondensatoren CZK und CZK1 in einen Frequenzbereich verschoben, der durch den Umrichter aktiv bedampft werden kann. The choke LK1 is referred to and used as a “decoupling choke”. With its help, oscillations between the distributed (DC link) capacitors CZK and CZK1 are shifted into a frequency range that can be actively evaporated by the converter.
Für den Antrieb des Schienenfahrzeugs SFZ gilt die folgende Schalterkonfiguration für die nachfolgend genannten Komponenten : For the drive of the SFZ rail vehicle, the following switch configuration applies to the following components:
Bei einem Antrieb, der nur mit Hilfe der ersten Energiequelle (Traktionsbatterie TB) erfolgt: For a drive that only uses the first energy source (traction battery TB):
Sil, S12: geschlossen Sil, S12: closed
BPT11, BPT12: getaktet BPT11, BPT12: clocked
Qll, Q12: geschlossen Qll, Q12: closed
OL, DM: ohne Verbindung zum Gleichstromzwischenkreis GSZK bzw. abgeschaltet OL, DM: without connection to the DC intermediate circuit GSZK or switched off
Bei einem Antrieb, der nur mit Hilfe der zweiten Energiequelle (Oberleitung OL oder Dieselmotor DM) erfolgt: For a drive that only uses the second energy source (OL catenary or DM diesel engine):
Sil, S12: offen Sil, S12: open
BPT11, BPT12: nicht getaktet BPT11, BPT12: not clocked
Qll, Q12 : offen Qll, Q12: open
OL, DM: mit Verbindung zum Gleichstromzwischenkreis GSZK Der DC/DC-Steller DCDCS muss für eine volle Lade- und Entladeleistung der Traktionsbatterie TB ausgelegt sein, wodurch Verluste verursacht werden . OL, DM: with connection to the DC intermediate circuit GSZK The DC/DC controller DCDCS must be designed for a full charging and discharging capacity of the traction battery TB, which causes losses.
Durch den getakteten Betrieb des DC/DC-Stellers werden weitere Verluste in den IGBTs BPT11 , BPT12 , den Dioden Dl l , D12 , der Drossel LP1 und ggf . der Drossel LK1 verursacht . The clocked operation of the DC/DC controller causes further losses in the IGBTs BPT11, BPT12, the diodes Dl, D12, the choke LP1 and, if necessary. the throttle LK1 causes.
Diese Verluste verringern eine erzielbare Reichweite des Schienenfahrzeugs , wenn dessen Antrieb mit Hil fe der Traktionsbatterie TB erfolgen soll . These losses reduce the achievable range of the rail vehicle if it is to be driven with the help of the TB traction battery.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Hybridfahrzeug mit Traktionsbatterie dessen erzielbare Reichweite verbessert wird . It is therefore the object of the present invention to provide a method with which the achievable range of a hybrid vehicle with a traction battery is improved.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst . This task is solved by the features of independent patent claim 1.
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb eines hybriden Schienenfahrzeugs bzw . das hybride Schienenfahrzeug weist eine Traktionsbatterie als erste Energiequelle , einen DC/DC- Steller, einen Gleichspannungs zwischenkreis , einen Umrichter sowie einen Traktionsmotor auf . The arrangement according to the invention for driving a hybrid rail vehicle or The hybrid rail vehicle has a traction battery as the first energy source, a DC/DC controller, a DC intermediate circuit, a converter and a traction motor.
Die Traktionsbatterie ist an- bzw . abschaltbar mit dem DC/DC- Steller verbunden . The traction battery is on or off. Can be switched off and connected to the DC/DC controller.
Der DC/DC-Steller ist an- bzw . abschaltbar mit dem Gleichspannungs zwischenkreis verbunden . The DC/DC controller is on or off. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit.
Die zweite Energiequelle ist an- bzw . abschaltbar mit dem Gleichspannungs zwischenkreis verbunden . Erfindungsgemäß ist der DC/DC-Steller zusätzlich überbrückbar ausgestaltet und nimmt mit Blick auf die erfinderische Anordnung zwei Zustände ein. The second energy source is on or off. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit. According to the invention, the DC/DC controller is additionally designed to be bridgeable and assumes two states with regard to the inventive arrangement.
In einem ersten Zustand ist der DC/DC-Steller nicht überbrückt und bildet damit einen aktiven Bestandteil der erfinderischen Anordnung. In a first state, the DC/DC controller is not bridged and thus forms an active part of the inventive arrangement.
In einem zweiten Zustand ist der DC/DC-Steller überbrückt bzw. kurzgeschlossen, so dass er einen inaktiven Bestandteil der erfinderischen Anordnung bildet. In a second state, the DC/DC controller is bridged or short-circuited so that it forms an inactive component of the inventive arrangement.
Im ersten Zustand, d.h. mit aktivem DC/DC-Steller, gelangt Energie der Traktionsbatterie über den DC/DC-Steller in den Gleichspannungszwischenkreis . In the first state, i.e. with an active DC/DC controller, energy from the traction battery reaches the DC intermediate circuit via the DC/DC controller.
Im zweiten Zustand, d.h. mit überbrücktem DC/DC-Steller, gelangt Energie der Traktionsbatterie direkt, d.h. ohne Beteiligung des DC/DC-Stellers , in den Gleichspannungszwischenkreis . In the second state, i.e. with the DC/DC controller bridged, energy from the traction battery reaches the DC intermediate circuit directly, i.e. without the involvement of the DC/DC controller.
Zusammengefasst ist der Gleichspannungszwischenkreis eingangsseitig entweder direkt mit der Traktionsbatterie verbunden, d.h. der DC/DC-Steller ist überbrückt, oder der Gleichspannungszwischenkreis ist eingangsseitig über den DC/DC- Steller mit der Traktionsbatterie verbunden, d.h. der DC/DC- Steller ist nicht überbrückt. In summary, the DC intermediate circuit is either connected directly to the traction battery on the input side, i.e. the DC/DC controller is bridged, or the DC intermediate circuit is connected to the traction battery on the input side via the DC/DC controller, i.e. the DC/DC controller is not bridged.
Der Gleichspannungszwischenkreises ist ausgangsseitig über einen Umrichter bzw. DC/AC-Wandler mit dem Traktionsmotor derart verbunden, dass Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis entnommen wird und zum Traktionsmotor gelangt, um dort zum Antrieb des Schienenfahrzeugs verwendet zu werden. Die Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises ist zusätzlich mit einer an- bzw . abschaltbaren zweiten Energiequelle derart verbunden, dass Energie der zweiten Energiequelle in den Gleichspannungs zwischenkreis gelangt . The output of the DC intermediate circuit is connected to the traction motor via a converter or DC/AC converter in such a way that energy is taken from the DC intermediate circuit and reaches the traction motor in order to be used there to drive the rail vehicle. The input side of the DC intermediate circuit is also equipped with an on/off switch. Switchable second energy source connected in such a way that energy from the second energy source reaches the DC intermediate circuit.
Das Schienenfahrzeug beinhaltet eine Schaltlogik, die wie folgt ausgestaltet ist : The rail vehicle contains switching logic that is designed as follows:
In einer ersten Ausgestaltung der Schaltlogik gelangt ausschließlich Energie von der Traktionsbatterie über den überbrückten DC/DC-Steller und damit direkt in den Gleichspannungs zwischenkreis . In a first embodiment of the switching logic, only energy from the traction battery arrives via the bridged DC/DC controller and thus directly into the DC intermediate circuit.
Bevorzugt ist in diesem Fall die zweite Energiequelle abgeschaltet , inaktiv oder nicht mit der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises verbunden . In this case, the second energy source is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
In einer zweiten Ausgestaltung der Schaltlogik gelangt ausschließlich Energie von der Traktionsbatterie über den DC/DC- Steller in den Gleichspannungs zwischenkreis . In a second embodiment of the switching logic, only energy from the traction battery reaches the DC intermediate circuit via the DC/DC controller.
Bevorzugt ist in diesem Fall die zweite Energiequelle abgeschaltet , inaktiv oder nicht mit der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises verbunden . In this case, the second energy source is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
In einer dritten Ausgestaltung der Schaltlogik gelangt ausschließlich Energie der zweiten Energiequelle in den Gleichspannungs zwischenkreis . In a third embodiment of the switching logic, only energy from the second energy source reaches the DC intermediate circuit.
Bevorzugt ist in diesem Fall die erste Energiequelle abgeschaltet , inaktiv bzw . nicht mit der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises verbunden . In this case, the first energy source is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit.
Bevorzugt ist in diesem Fall der DC/DC-Steller abgeschaltet , inaktiv oder nicht mit der Eingangsseite des Gleichspannungszwischenkreises verbunden . In einer vierten Ausgestaltung der Schaltlogik gelangt Energie von der Traktionsbatterie über den DC/DC-Steller in den Gleichspannungs zwischenkreis und gleichzeitig gelangt Energie der zweiten Energiequelle in den Gleichspannungs zwischenkreis . In this case, the DC/DC controller is preferably switched off, inactive or not connected to the input side of the DC intermediate circuit. In a fourth embodiment of the switching logic, energy from the traction battery reaches the DC intermediate circuit via the DC/DC controller and at the same time energy from the second energy source enters the DC intermediate circuit.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis , dass bei einer Fahrt unter alleiniger Nutzung der Traktionsbatterie deren verringerte Energie- bzw . Leistungseinspeisung in den Gleichspannungszwischenkreis für den Antrieb des Schienenfahrzeugs ausreichend ist . The invention uses the knowledge that when driving using only the traction battery, its reduced energy or Power feed into the DC intermediate circuit is sufficient to drive the rail vehicle.
Diese Antriebsmöglichkeit wird über durch die Überbrückung des DC/DC-Stellers realisiert , der DC/DC-Steller wird beim Laden bzw . beim Entladen des Gleichspannungs zwischenkreises durch die Überbrückung vermieden bzw . deaktiviert . This drive option is realized by bridging the DC/DC controller; the DC/DC controller is activated when charging or When discharging the DC intermediate circuit, this is avoided or avoided by bridging. disabled.
Gleiches gilt für eine Nutzung von Bremsenergie seitens der Traktionsmotoren, die verwendet wird, um die Traktionsbatterie auf zuladen - auch hier kann auf den DC/DC-Steller beim Laden bzw . beim Entladen des Gleichspannungs zwischenkreises verzichtet werden . The same applies to the use of braking energy by the traction motors, which is used to charge the traction battery - here too, the DC/DC controller can be used when charging or be dispensed with when discharging the DC intermediate circuit.
Wird neben der Traktionsbatterie zusätzlich die zweite Energiequelle verwendet , um Energie in den Gleichspannungs zwischenkreis einzuspeisen, so wird der DC/DC-Steller „normal" verwendet , d . h . er ist nicht überbrückt und arbeitet im Taktbetrieb . If the second energy source is used in addition to the traction battery to feed energy into the DC intermediate circuit, the DC/DC converter is used "normally", i.e. it is not bridged and works in cycle mode.
In einem Entladebetrieb der Traktionsbatterie arbeitet der DC/DC-Steller als Hochsetz-Steller, um für den Antrieb des Schienenfahrzeugs die Batteriespannung der Traktionsbatterie auf eine geforderte Zwischenkreisspannung am Eingang des Gleichspannungs zwischenkreises hochzusetzen . In einem Ladebetrieb der Traktionsbatterie arbeitet der DC/DC-Steller als Tief set z-Steller, um eine vom Gleichspannungs zwischenkreis zur Verfügung gestellte Spannung auf ein gefordertes Niveau am Eingang der Traktionsbatterie herunterzusetzen . When the traction battery is discharging, the DC/DC converter works as a step-up converter in order to increase the battery voltage of the traction battery to a required intermediate circuit voltage at the input of the DC intermediate circuit to drive the rail vehicle. When the traction battery is charging, the DC/DC controller works as a low-setting z-controller in order to reduce a voltage provided by the DC intermediate circuit to a required level at the input of the traction battery.
Durch die vorliegende Erfindung werden mehrere Betriebsarten des Schienenfahrzeugs ermöglicht : The present invention enables several operating modes of the rail vehicle:
- eine Betriebsart mit alleiniger Verwendung der Traktionsbatterie , - an operating mode with sole use of the traction battery,
- eine Betriebsart mit alleiniger Verwendung der zweiten Energiequelle , oder - an operating mode with sole use of the second energy source, or
- eine Betriebsart mit kombinierter Verwendung der Traktionsbatterie und der zweiten Energiequelle . - an operating mode with combined use of the traction battery and the second energy source.
Durch die vorliegende Erfindung werden verteilte ( Zwischenkreis- ) Kondensatoren bei überbrücktem DC/DC-Steller getrennt , so dass kein Schwingkreis zwischen den Kondensatoren mehr vorhanden ist . The present invention separates distributed (intermediate circuit) capacitors when the DC/DC converter is bridged, so that there is no longer a resonant circuit between the capacitors.
Eine bislang benötigte Entkopplungsdrossel ist nicht mehr notwendig und wird entsprechend nicht mehr bestromt . Damit werden Verluste in der Entkopplungsdrossel vollständig vermieden . A decoupling choke that was previously required is no longer necessary and is therefore no longer energized. This completely avoids losses in the decoupling choke.
Durch die vorliegende Erfindung wird im reinen Traktionsbatterie-Betrieb eine Wirkungsgrad-Steigerung erreicht : The present invention achieves an increase in efficiency in pure traction battery operation:
Der Wirkungsgrad der DC/DC-Steller-Übertragung (bedingt durch die Verluste in Halbleitern und Drosseln) von ca . 97 im Taktbetrieb muss nicht mehr berücksichtigt werden, da die entsprechenden Verluste entfallen . Die Übertragung zwischen der Traktionsbatterie und dem Gleichspannungs zwischenkreis erzielt nun einen Wirkungsgrad von nahezu 100% . The efficiency of the DC/DC controller transmission (due to the losses in semiconductors and chokes) of approx. 97 in cycle operation no longer needs to be taken into account, as the corresponding losses no longer apply. The transmission between the Traction battery and the DC intermediate circuit now achieve an efficiency of almost 100%.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine erhöhte Batteriereichweite erzielt . The present invention achieves an increased battery range.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert . Dabei zeigt : The invention is explained in more detail below with reference to a drawing. This shows:
FIG 1 ein prinzipielles Blockschaltbild für ein erfindungsgemäßes hybrides Schienenfahrzeug, und 1 shows a basic block diagram for a hybrid rail vehicle according to the invention, and
FIG 2 den in der Einleitung beschriebenen Stand der Technik . 2 shows the prior art described in the introduction.
FIG 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild für ein erfindungsgemäßes hybrides Schienenfahrzeug SFZ . 1 shows a basic block diagram for a hybrid rail vehicle SFZ according to the invention.
Eine Traktionsbatterie TB ist als erste Energiequelle über einen DC/DC-Steller DCDCS mit einer Eingangsseite eines Gleichspannungs zwischenkreises GSZK verbunden, um dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK Energie zuzuführen . A traction battery TB is connected as the first energy source via a DC/DC converter DCDCS to an input side of a DC intermediate circuit GSZK in order to supply energy to the DC intermediate circuit GSZK.
Die Traktionsbatterie TB ist dabei über Schalter S i l und S 12 an- bzw . abschaltbar mit dem DC/DC-Steller DCDCS verbunden . The traction battery TB is switched on and off via switches S i l and S 12. Can be switched off and connected to the DC/DC controller DCDCS.
Der DC/DC-Steller DCDCS ist über Schalter Ql l und Q12 an- bzw . abschaltbar mit dem Gleichspannungs zwischenkreises GSZK verbunden . The DC/DC controller DCDCS is switched on and off via switches Ql l and Q12. Can be switched off and connected to the DC intermediate circuit GSZK.
Der Gleichspannungs zwischenkreis GSZK ist ausgangsseitig über einen DC/AC-Wandler als Umrichter UMR mit einem Traktionsmotor M des Schienenfahrzeugs verbunden . Dem Traktionsmotor M wird aus dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK entnommene und über den Umrichter UMR geführte Energie zum Antrieb des Schienenfahrzeugs zugeführt . The DC voltage intermediate circuit GSZK is connected on the output side via a DC/AC converter as a converter UMR to a traction motor M of the rail vehicle. The traction motor M is supplied with energy taken from the DC intermediate circuit GSZK and conducted via the converter UMR to drive the rail vehicle.
Der Umrichter UMR wird ausgangsseitig auch zur Versorgung von Hil fsbetrieben HB mit Energie und zur Ableitung von Bremsenergie an einen Bremswiderstand BWID benutzt . The UMR converter is also used on the output side to supply energy to auxiliary operations HB and to divert braking energy to a braking resistor BWID.
Als Teil der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises GSZK ist ein Kondensator CZK vorgesehen, der zur Glättung von Oberwellen der dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK zugeführten Energie vorgesehen ist . As part of the input side of the DC intermediate circuit GSZK, a capacitor CZK is provided, which is intended for smoothing harmonics of the energy supplied to the DC intermediate circuit GSZK.
Eine Oberleitung OL oder ein Dieselmotor DM bilden eine zweite Energiequelle , die Energie an die Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreises GSZK zuführt , wobei diese Energie ebenfalls über den Kondensator CZK zur Glättung von Oberwellen geführt ist . An overhead line OL or a diesel engine DM form a second energy source that supplies energy to the input side of the DC intermediate circuit GSZK, this energy also being routed via the capacitor CZK to smooth out harmonics.
Auch diese zweite Energiequelle DM, OL ist schaltbar mit dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK verbunden . This second energy source DM, OL is also switchably connected to the DC intermediate circuit GSZK.
Die Traktionsbatterie TB wird hier durch zwei Gleichspannungs zellen Ul l , U12 , zwei Sicherungen El l , F12 und die beiden Schalter S i l , S 12 repräsentiert . The traction battery TB is represented here by two DC voltage cells Ull, U12, two fuses Ell, F12 and the two switches Sil, S12.
Mit Hil fe des DC/DC-Stellers DCDCS wird eine Spannungsanpassung durchgeführt , um die an der Eingangsseite des Gleichspannungs zwischenkreis GSZK geforderten, relativ hohen Spannungen zu erreichen . With the help of the DC/DC controller DCDCS, a voltage adjustment is carried out in order to achieve the relatively high voltages required on the input side of the DC intermediate circuit GSZK.
Zu diesem Zweck weist der hier symbolisch dargestellte DC/DC-For this purpose, the DC/DC symbol shown here has
Steller DCDCS eine erste Drossel LP1 auf , der zwei getaktete bzw. geschaltete IGBTs BPT11, BPT12 (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, IGBT) nachgeschaltet sind. DCDCS has a first throttle LP1, which is two-clocked or switched IGBTs BPT11, BPT12 (bipolar transistor with insulated gate electrode, IGBT) are connected downstream.
Die Drossel LP1 wird als „Chopperdrossel" bezeichnet und verwendet . The throttle LP1 is referred to and used as a “chopper throttle”.
Die beiden IGBTs BPT11, BPT12 werden derart getaktet bzw. angesteuert, dass eine Spannungsanpassung erfolgt. The two IGBTs BPT11, BPT12 are clocked or controlled in such a way that the voltage is adjusted.
Den beiden IGBTs BPT11, BPT12 mit zugeordneten Inversdioden Dll, D12 sind ein Kondensator CZK1, eine Drossel LK1 und die beiden Schalter Qll, Q12 nachgeschaltet. The two IGBTs BPT11, BPT12 with associated inverse diodes Dll, D12 are followed by a capacitor CZK1, a choke LK1 and the two switches Qll, Q12.
Die Drossel LK1 wird als „Entkopplungsdrossel" bezeichnet und verwendet. Mit ihrer Hilfe werden Schwingungen zwischen den verteilten (Zwischenkreis-) Kondensatoren CZK und CZK1 aktiv bedampft . The choke LK1 is referred to and used as a “decoupling choke”. With its help, oscillations between the distributed (DC link) capacitors CZK and CZK1 are actively evaporated.
Erfindungsgemäß ist der DC/DC-Steller DCDCS durch einen Schalter QB1 überbrückbar ausgestaltet und nimmt mit Blick auf die erfinderische Anordnung zwei Zustände ein. According to the invention, the DC/DC controller DCDCS is designed to be bridged by a switch QB1 and assumes two states with regard to the inventive arrangement.
In einem ersten Zustand ist der DC/DC-Steller DCDCS nicht überbrückt und bildet damit einen aktiven Bestandteil der erfinderischen Anordnung. In a first state, the DC/DC controller DCDCS is not bridged and thus forms an active part of the inventive arrangement.
In einem zweiten Zustand ist der DC/DC-Steller DCDCS überbrückt bzw. kurzgeschlossen, so dass er einen inaktiven Bestandteil der erfinderischen Anordnung bildet. In a second state, the DC/DC controller DCDCS is bridged or short-circuited so that it forms an inactive component of the inventive arrangement.
Im ersten Zustand, d.h. mit aktivem DC/DC-Steller DCDCS, gelangt Energie der Traktionsbatterie TB über den DC/DC-Steller DCDCS in den Gleichspannungszwischenkreis GSZK. In diesem ersten Zustand ist der DC/DC-Steller DCDCS aktiv, der Schalter QB1 zur Überbrückung des DC/DC-Stellers DCDCS ist of fen . In the first state, ie with the DC/DC controller DCDCS active, energy from the traction battery TB reaches the DC intermediate circuit GSZK via the DC/DC controller DCDCS. In this first state, the DC/DC controller DCDCS is active, the switch QB1 for bridging the DC/DC controller DCDCS is open.
Im zweiten Zustand, d . h . mit überbrückten DC/DC-Steller, gelangt Energie der Traktionsbatterie TB direkt , d . h . ohne Beteiligung des DC/DC-Stellers DCDCS , in den Gleichspannungszwischenkreis GSZK . In the second state, i.e. H . With a bridged DC/DC controller, energy reaches the TB traction battery directly, i.e. H . without the participation of the DC/DC controller DCDCS, in the DC intermediate circuit GSZK.
In diesem zweiten Zustand ist der DC/DC-Steller DCDCS überbrückt , der Schalter QB1 zur Überbrückung des DC/DC-Stellers DCDCS ist also geschlossen . In this second state, the DC/DC controller DCDCS is bridged, so the switch QB1 for bridging the DC/DC controller DCDCS is closed.
Die geschilderte Beschaltung ermöglicht die oben genannten vier Energieversorgungen bzw . Energieeinspeisungen des Gleichspannungs zwischenkreises , um den Antrieb des Schienenfahrzeugs über den Traktionsmotor M durchzuführen . The circuit described enables the four energy supplies mentioned above. Energy feeds into the DC intermediate circuit in order to drive the rail vehicle via the traction motor M.
Speist nur die Traktionsbatterie TB als erste Energiequelle in den Gleichspannungs zwischenkreis GSZK ein, If only the traction battery TB feeds into the DC link GSZK as the first energy source,
- ist entweder die Traktionsbatterie TB durch Überbrückung des DC/DC-Stellers DCDCS direkt mit dem Gleichspannungszwischenkreis GSZK verbunden, oder - Either the traction battery TB is connected directly to the DC intermediate circuit GSZK by bridging the DC/DC converter DCDCS, or
- die Traktionsbatterie TB ist über den (nicht-überbrückten) DC/DC-Steller DCDCS mit dem Gleichspannungs zwischenkreis GSZK verbunden . - The traction battery TB is connected to the DC intermediate circuit GSZK via the (non-bridged) DC/DC converter DCDCS.
Alternativ dazu speist nur die zweite Energiequelle in den Gleichspannungs zwischenkreis GSZK ein . Alternatively, only the second energy source feeds into the DC link GSZK.
Alternativ dazu speisen beide Energiequellen kombiniert in den Gleichspannungs zwischenkreis GSZK ein, wobei dann die erste Traktionsbatterie TB über den DC/DC-Steller DCDCS mit dem Gleichspannungszwischenkreis GSZK verbunden ist. Alternatively, both energy sources feed combined into the DC intermediate circuit GSZK, in which case the First traction battery TB is connected to the DC intermediate circuit GSZK via the DC/DC converter DCDCS.
Für diese Einspeisungen gilt die folgende Schalterkonfiguration für die nachfolgend genannten Komponenten: For these feeds, the following switch configuration applies to the following components:
1. Antrieb bzw. Einspeisung erfolgt allein mit Hilfe der Traktionsbatterie TB als erste Energiequelle bei nicht überbrückten DC/DC-Steller DCDCS: 1. Drive or feed is carried out solely with the help of the TB traction battery as the first energy source if the DC/DC converter DCDCS is not bridged:
Sil, S12: geschlossen Sil, S12: closed
BPT11, BPT12: getaktet BPT11, BPT12: clocked
Qll, Q12: geschlossen Qll, Q12: closed
QB1 : offen (damit ist der DC/DC-Steller DCDCS nicht überbrückt) QB1: open (thus the DC/DC controller DCDCS is not bridged)
OL, DM: ohne Verbindung zum Gleichstromzwischenkreis GSZK bzw. abgeschaltet OL, DM: without connection to the DC intermediate circuit GSZK or switched off
Alternativ dazu: Alternatively:
2. Antrieb bzw. Einspeisung erfolgt allein mit Hilfe der ersten Traktionsbatterie TB als erste Energiequelle bei überbrücktem DC/DC-Steller DCDCS: 2. Drive or feed is carried out solely with the help of the first traction battery TB as the first energy source with the DC/DC converter DCDCS bridged:
Sil, S12: geschlossen Sil, S12: closed
BPT11, BPT12: nicht getaktet BPT11, BPT12: not clocked
Qll : offen Qll: open
Q12: geschlossen (verbindet weiter Minuspfad)Q12: closed (continues to connect negative path)
QB1 : geschlossen (damit ist der DC/DC-StellerQB1: closed (this means the DC/DC controller is closed
DCDCS überbrückt) DCDCS bridged)
OL, DM: ohne Verbindung zum Gleichstromzwischenkreis GSZK bzw. abgeschaltet Antrieb bzw. Einspeisung erfolgt allein mit Hilfe der zweiten Energiequelle (Oberleitung OL bzw. Dieselmotor DM) : OL, DM: without connection to the DC intermediate circuit GSZK or switched off Drive or feed takes place solely with the help of the second energy source (overhead line OL or diesel engine DM):
Sil, S12: offen Sil, S12: open
BPT11, BPT12: nicht getaktet BPT11, BPT12: not clocked
Qll, Q12 : offen Qll, Q12: open
QB1 : offen (damit ist der DC/DC-Steller DCDCS nicht überbrückt) QB1: open (thus the DC/DC controller DCDCS is not bridged)
OL, DM: mit Verbindung zum Gleichstromzwischenkreis GSZK Antrieb bzw. Einspeisung erfolgt mit Hilfe der kombinierten Energiequellen (Traktionsbatterie TB mit Oberleitung OL bzw. Traktionsbatterie TB mit Dieselmotor DM) : OL, DM: with connection to the DC intermediate circuit GSZK Drive or feed is carried out with the help of the combined energy sources (traction battery TB with overhead line OL or traction battery TB with diesel engine DM):
Sil, S12: geschlossen Sil, S12: closed
BPT11, BPT12: getaktet BPT11, BPT12: clocked
Qll, Q12: geschlossen Qll, Q12: closed
QB1 : offen (damit ist der DC/DC-Steller DCDCS nicht überbrückt) QB1: open (thus the DC/DC controller DCDCS is not bridged)
OL, DM: mit Verbindung zum Gleichstromzwischenkreis GSZK OL, DM: with connection to the DC intermediate circuit GSZK

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Anordnung zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs (SFZ) , 1. Arrangement for driving a rail vehicle (SFZ),
- mit einem Schienenfahrzeug (SFZ) , das zur Nutzung zweier voneinander unterschiedlichen Energiequellen (TB, OL, DM) für dessen Antrieb (M) ausgestaltet ist, - with a rail vehicle (SFZ) that is designed to use two different energy sources (TB, OL, DM) for its drive (M),
- bei der das Schienenfahrzeug (SFZ) eine Traktionsbatterie (TB) als erste Energiequelle, einen DC/DC-Steller (DCDCS) , einen Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) mit einem Umrichter (UMR) und einen Traktionsmotor (M) aufweist, - in which the rail vehicle (SFZ) has a traction battery (TB) as the first energy source, a DC/DC controller (DCDCS), a DC intermediate circuit (GSZK) with a converter (UMR) and a traction motor (M),
- bei der die Traktionsbatterie (TB) über Schalter (S11,S12) mit dem DC/DC-Steller (DCDCS) verbunden ist,- in which the traction battery (TB) is connected to the DC/DC controller (DCDCS) via switches (S11, S12),
- bei der der DC/DC-Steller (DCDCS) über Schalter- where the DC/DC controller (DCDCS) is via switch
(Q11,Q12) mit einer Eingangsseite des Gleichspannungszwischenkreises (GSZK) verbunden ist, (Q11,Q12) is connected to an input side of the DC intermediate circuit (GSZK),
- bei der der DC/DC-Steller (DCDCS) über einen Schalter (QB1) überbrückbar ausgestaltet ist, - in which the DC/DC controller (DCDCS) is designed to be bridgeable via a switch (QB1),
- bei der eine zweite Energiequelle (OL, DM) über Schalter mit der Eingangsseite des Gleichspannungszwischenkreises- in which a second energy source (OL, DM) is connected via switches to the input side of the DC intermediate circuit
(GSZK) verbunden ist, (GSZK) is connected,
- bei der über die Schalter eine Zuführung von Energie aus den Energiequellen (TB, OL, DM) in den Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) realisierbar ist, - in which energy can be supplied from the energy sources (TB, OL, DM) into the DC intermediate circuit (GSZK) via the switches,
- bei der der Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) ausgangsseitig mit dem Traktionsmotor (M) verbunden ist, so dass über den Umrichter (UMR) eine Zuführung von Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) zum Traktionsmotor (M) realisiert ist, um dort zum Antrieb des Schienenfahrzeugs (SFZ) verwendet zu werden, - in which the DC intermediate circuit (GSZK) is connected on the output side to the traction motor (M), so that energy is supplied via the converter (UMR) from the DC intermediate circuit (GSZK) to the traction motor (M) in order to drive the rail vehicle (SFZ) to be used,
- bei der die Schalter derart angesteuert sind, - in which the switches are controlled in such a way,
- dass in einem ersten Antriebsfall ausschließlich Energie der Traktionsbatterie (TB) über den DC/DC- Steller in den Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) gelangt, - that in a first drive case, only energy from the traction battery (TB) is supplied via the DC/DC The actuator enters the DC intermediate circuit (GSZK),
- dass in einem zweiten Antriebsfall ausschließlich Energie der Traktionsbatterie (TB) über den überbück- ten DC/DC-Steller (DCDCS) und damit direkt in den- that in a second drive case, only energy from the traction battery (TB) is fed via the bridged DC/DC controller (DCDCS) and thus directly into the
Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) gelangt, DC intermediate circuit (GSZK) arrives,
- dass in einem dritten Antriebsfall ausschließlich Energie der zweiten Energiequelle (OL, DM) in den Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) gelangt, oder - dass in einem vierten Antriebsfall Energie von der- that in a third drive case, only energy from the second energy source (OL, DM) reaches the DC intermediate circuit (GSZK), or - that in a fourth drive case, energy from the
Traktionsbatterie (TB) über den DC/DC-Steller (DCDCS) in den Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) gelangt und dass gleichzeitig Energie der zweiten Energiequelle (OL, DM) in den Gleichspannungszwischenkreis (GSZK) gelangt. Traction battery (TB) enters the DC link (GSZK) via the DC/DC controller (DCDCS) and at the same time energy from the second energy source (OL, DM) enters the DC link (GSZK).
PCT/EP2023/072161 2022-08-30 2023-08-10 Arrangement for driving a rail vehicle WO2024046734A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022208969.3A DE102022208969A1 (en) 2022-08-30 2022-08-30 Arrangement for driving a rail vehicle
DE102022208969.3 2022-08-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024046734A1 true WO2024046734A1 (en) 2024-03-07

Family

ID=87848068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/072161 WO2024046734A1 (en) 2022-08-30 2023-08-10 Arrangement for driving a rail vehicle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022208969A1 (en)
WO (1) WO2024046734A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2657758A1 (en) * 2006-08-09 2008-02-14 Mitsubishi Electric Corporation Power converter and controller using such converter for electric rolling stock
FR3050422A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-27 Alstom Transp Tech METHOD FOR CONTROLLING THE ELECTRIC POWER SUPPLY OF A TRANSPORT VEHICLE, ELECTRONIC DEVICE AND VEHICLE THEREFOR
DE102019209039A1 (en) * 2019-06-21 2020-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Circuit arrangement for a motor vehicle and method for adapting a voltage of a high-voltage DC voltage intermediate circuit in a motor vehicle
EP3967544A1 (en) * 2020-09-09 2022-03-16 Siemens Mobility GmbH Drive assembly for a rail vehicle

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6441343B2 (en) 2013-08-06 2018-12-19 ボルボ トラック コーポレイション Hybrid vehicle
CN106143170B (en) 2015-03-31 2020-11-17 通用电气公司 Energy storage system with range extender and energy management control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2657758A1 (en) * 2006-08-09 2008-02-14 Mitsubishi Electric Corporation Power converter and controller using such converter for electric rolling stock
FR3050422A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-27 Alstom Transp Tech METHOD FOR CONTROLLING THE ELECTRIC POWER SUPPLY OF A TRANSPORT VEHICLE, ELECTRONIC DEVICE AND VEHICLE THEREFOR
DE102019209039A1 (en) * 2019-06-21 2020-12-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Circuit arrangement for a motor vehicle and method for adapting a voltage of a high-voltage DC voltage intermediate circuit in a motor vehicle
EP3967544A1 (en) * 2020-09-09 2022-03-16 Siemens Mobility GmbH Drive assembly for a rail vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022208969A1 (en) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016218304B3 (en) Device for voltage conversion, traction network and method for charging a battery
DE102019120616B3 (en) Process and system for modular multilevel converters with extended switching states
EP3463966B1 (en) Vehicle power network with converter, energy storage, electrical machine and ac-transfer connection
EP3718201B1 (en) Power converter component and semiconductor module of such a power converter component
DE102012100951A1 (en) Circuit arrangement for converters with DC link, and method for operating a power converter
DE102014224371A1 (en) Battery system with a hybrid battery and an NPC inverter connected to the battery on the input side and method for operating an NPC inverter connected on the input side with a hybrid battery
DE102019102306A1 (en) Method and circuit for a low-voltage supply line with its own voltage source in a modular battery
WO2010130607A2 (en) Charging system and charging method for charging a battery of a vehicle and vehicle equipped with said type of charging system
WO2020120446A1 (en) Circuit assembly for a motor vehicle, in particular for a hybrid or electric vehicle
DE102016103041A1 (en) Power conversion device
DE102016209898A1 (en) Vehicle electrical system with inverter, energy storage, electric machine and DC transmission connection
DE102012209071A1 (en) Device for an electrically driven rail vehicle
DE102012221570A1 (en) Electrical circuit arrangement for an electrically driven vehicle, vehicle and corresponding method
DE102014200311A1 (en) Method for Schellentladen a DC link of a semiconductor bridge circuit
DE102019201706A1 (en) Vehicle-side charging circuit
DE102021200921B4 (en) Vehicle charging circuit with current-limiting resistor and pre-charging diode and vehicle electrical system with a vehicle charging circuit
WO2015117921A1 (en) Vehicle electrical system unit for a rail vehicle
WO2024046734A1 (en) Arrangement for driving a rail vehicle
WO2023006726A1 (en) Electrical drive system for a vehicle, vehicle having a corresponding electrical drive system, and method for operating a corresponding electrical drive system
DE102014012028A1 (en) Device and a method for charging or discharging an electrical energy storage device with any operating voltages
DE102019117790A1 (en) Process and bidirectional DC voltage converter for precharging a charging cable
WO2019001943A1 (en) Charging device for charging an energy store of a vehicle, and vehicle having such a charging device
DE102022002607B3 (en) Vehicle with an electrical circuit arrangement and two electrical drive units and method for its operation
DE102023107921B3 (en) Method and inverter system with power factor correction for providing a multi-phase current
DE102022207229B3 (en) Symmetry-optimized converter device for charging a vehicle battery

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23761766

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1