WO2020234261A1 - Circuit arrangement for supplying power to road vehicles, and vehicle - Google Patents

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WO2020234261A1
WO2020234261A1 PCT/EP2020/063887 EP2020063887W WO2020234261A1 WO 2020234261 A1 WO2020234261 A1 WO 2020234261A1 EP 2020063887 W EP2020063887 W EP 2020063887W WO 2020234261 A1 WO2020234261 A1 WO 2020234261A1
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WO
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circuit arrangement
vehicle
voltage
network
current
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/063887
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hardy Naumann
Henning Sebastian Vogt
Rolf Kunzler
Kay Koppenhagen
Alexander Wess
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/33—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors using summation current transformers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M7/00—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway
    • B60M7/003—Power lines or rails specially adapted for electrically-propelled vehicles of special types, e.g. suspension tramway, ropeway, underground railway for vehicles using stored power (e.g. charging stations)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for supplying power to road vehicles, wherein at least one electrical component of the road vehicle
  • Voltage supply network can be connected, and a vehicle with such
  • the VDE 0140-1 describes the use of protective measures in different classes of electrical equipment.
  • protection class II protection against electric shock is ensured by double or reinforced insulation.
  • the high demands on the insulation result in correspondingly high insulation costs for vehicles, among other things due to the conductive body, in particular in the area of the drive train.
  • protection class I An alternative protection concept is described with protection class I through the protective conductor system. It is essential that, in addition to the basic protection, the touchable and electrically conductive parts of the equipment are connected to the so-called protective conductor (PE).
  • PE protective conductor
  • the protective conductor connection firstly ensures that the electrically conductive parts of the equipment are subject to equipotential bonding and therefore not dangerous when people come into contact with bodies of different equipment
  • the protective conductor connection must be dimensioned so that the overcurrent or residual current protective device switches off within the required time.
  • PE Protective conductor
  • PEN common conductor
  • TN-S system in which two operating current conductors and a separate protective conductor are provided. In this case, operating current and fault current flow via separate lines.
  • a road vehicle is to be understood as meaning, in particular, a truck, a trolleybus, or a passenger vehicle.
  • a power supply should in particular be a direct current supply or a
  • a feedable electrical component is to be understood in particular as an electrical component with the ability to provide electrical energy.
  • a feedable electrical component is to be understood in particular as an electrical machine and an electrical energy store. The electric machine and the
  • Energy stores are integrated in particular in a circuit.
  • the electric machine is connected in particular to a potential equalization.
  • Equipotential bonding is to be understood in particular as an electrically conductive connection which minimizes potentials between conductive bodies within the vehicle.
  • the circuit comprises in particular a DC / DC converter.
  • the input and output of the DC / DC converter are not electrically isolated.
  • the DC / DC converter is in particular to a
  • the circuit comprises in particular an AC / DC converter.
  • the input and output of the AC / DC converter are not electrically isolated.
  • the AC / DC converter is particularly connected to a potential equalization.
  • the circuit comprises in particular an AC / AC converter.
  • the input and output of the AC / AC converter are not electrically isolated.
  • the AC / AC converter is in particular to a
  • the circuit comprises in particular a DC / AC converter.
  • the input and output of the DC / AC converter are not electrically isolated.
  • the DC / AC converter is particularly connected to a potential equalization.
  • a pantograph should in particular be a device for the electrical connection between the overhead contact line and the electrical components of the road-bound
  • a pantograph is to be understood as a pantograph.
  • a voltage supply network is to be understood in particular as a system comprising at least two operating current conductors, at least one protective conductor and at least one substation.
  • the substation is with the catenary for feeding the
  • the substation comprises at least one operational ground, which is provided for grounding the protective conductor.
  • the substation includes, in particular, an overcurrent protective device which is provided in particular to protect the operating current conductor carrying positive potential.
  • the substation comprises at least one rectifier or inverter to which the two operating conductors are connected. The rectifier or inverter is in particular to a
  • Energy generation source or connected to an energy storage medium.
  • An operating current conductor is to be understood in particular as a conductor which carries positive or negative potential and to which a direct voltage is applied.
  • a protective conductor should in particular be understood to mean a conductor for protection against electric shock from protection class I.
  • the protective conductor is intended to protect people against the dangers of electrical current.
  • protection is provided to increase the service life of the electrical components.
  • the protective conductor is connected in particular to a potential equalization within the vehicle.
  • DE 30 03 902 A1 discloses a safety device for a transport system fed from an overhead line.
  • a feedable component is one
  • the invention is based on the object of creating a circuit arrangement for supplying power to road vehicles and a corresponding vehicle, by means of which protection class I of road vehicles can be achieved in a simple manner.
  • each electrical component of the road vehicle that can be fed in is assigned its own RCD (residual current circuit breaker), it is advantageously possible to implement a residual current protection concept in a technically simple manner even within the road vehicle, with a galvanic connection between the vehicle's own high-voltage network and the external power supply network.
  • RCD residual current circuit breaker
  • the feedable electrical components include switches via which a connection of a protective conductor of the
  • Power supply network can be produced with a protective conductor of the high-voltage network.
  • the two protective conductors can be easily connected to form a protective conductor system.
  • diodes are connected between the switches connecting the protective conductors, the reverse direction of which is switched so that a decoupling of the operating current and the fault current is possible for a protective conductor connection of the feedable electrical components. This enables the fault current to be diverted via the protective conductor in a simple manner.
  • Circuit arrangement includes insulation monitoring of the high-voltage network. In this way, in particular in a simple manner in battery operation of the road-bound vehicle, that is to say when there is no coupling to the external voltage supply, a
  • the RCDs of the feedable electrical components and the current collector are connected via a control line to a central evaluation unit, which is preferably connected to a
  • High-voltage coordinator is connected. This advantageously makes it possible to additionally have a central To enable residual current monitoring by the evaluation unit and thus to integrate the entire residual currents of the road-bound vehicle into an overall monitoring and thus shutdown strategy in the event of a fault.
  • the switch-off thresholds at which the fault current trip occurs can thus be better dimensioned.
  • the contactors of the electrical components that can be fed in and of the current collector are functionally combined with the RCDs of the electrical components that can be fed in and of the current collector. This advantageously makes it possible to integrate both functions in one component and to meet the requirements placed on an RCD with regard to the load-bearing capacity of high breaking currents.
  • the circuit arrangement includes an interface to a stationary external charging facility. This advantageously makes it possible to charge the vehicle's energy store independently of an external voltage supply network in stationary operation.
  • a preferred embodiment of the invention provides that an inverter of a feedable electrical component designed as a traction machine simultaneously serves as a converter for a three-phase alternating current present at the interface.
  • an inverter of a feedable electrical component designed as a traction machine simultaneously serves as a converter for a three-phase alternating current present at the interface.
  • the object is also achieved according to the invention by a vehicle with a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement, denoted overall by 10, for supplying power to a road-bound vehicle 12, which can be connected to a voltage supply network 16 by means of a current collector 14.
  • a road-bound vehicle which can be connected to a voltage supply network 16 by means of a current collector 14.
  • Such road-bound vehicles which can be connected to a voltage supply network via a pantograph, are known in principle, so that they will not be discussed in more detail in the context of the present description.
  • the voltage supply network 16 is formed by a TN-C overhead line network which has a positive operating current conductor 18 and a negative operating current conductor 20, which is simultaneously designed as a protective conductor.
  • the operating current conductor 18 is also referred to as L + and the combined operating current protective conductor 20 as PEL.
  • the current collector 14 comprises two sliding contacts 22 and 24, by means of which the vehicle 12 can be contacted with the voltage supply network 16.
  • the vehicle 12 includes a vehicle's own high-voltage network 26 with the positive
  • the vehicle 12 further comprises an electric machine 34 as a traction machine for the vehicle 12 and an electrical energy store 36, which is for example from a
  • Electric machine 34 and energy store 36 are electrically conductively connected to high-voltage network 26 via corresponding connections.
  • the vehicle 12 can include further high-voltage consumers 38, indicated here merely by way of example.
  • the housings of the electric machine 34, the energy store 36 and the high-voltage consumer 38 are connected to the protective conductor 32 for potential equalization.
  • the high-voltage network 26 is connected to the current collector 14 via a DC converter 40.
  • a battery switch 42 is integrated into the operations managers 28 and 30 between the electric machine 34 and the energy store 36.
  • the DC converter 40 can be bridged by means of a second connection, so that the high-voltage network 26 can be connected directly to the current collector 14.
  • a bypass switch 44 is provided between the high-voltage network 26 and the current collector 14.
  • the housing of the DC converter 40 and the current collector 14 are also for
  • Each feedable component in this case the electric machine 34, the energy store 36 and the current collector 14, has its own RCD.
  • the electric machine 34 has a switch SE and the energy store 36 has a switch SB, which are designed to be connected to the protective conductor 32.
  • a diode DE is connected into this connection between electric machine 34 and protective conductor 32, and a diode DB is connected into the connection between energy store 36 and protective conductor 32.
  • the residual current circuit breaker of the electric machine 34 is with RCDE, the
  • Residual current circuit breaker of the pantograph 14 is referred to as RCDP.
  • the circuit arrangement 10 also includes what is known as an insulation monitor 46, which is connected to the operations conductors 28, 30 and the protective conductor 32, respectively.
  • the insulation monitor 46 is connected to the operations conductors 28, 30 and the protective conductor 32, respectively.
  • a high-voltage coordinator 48 is assigned to insulation monitoring 46.
  • circuit arrangement 10 shown in Figure 1 shows the following function:
  • the vehicle 12 can be operated in two operating modes.
  • the electrical machine 34 is supplied with energy via the connection between
  • the electrical machine 34 is supplied with energy via the vehicle-internal energy store 36.
  • the current collector 14 In the first operating mode, that is to say voltage supply via the voltage supply network 16, the current collector 14 is in contact with the sliding contacts 22, 24 with its sliding contacts
  • the switches SE and SB are closed, so that an electrical connection of the negative operating conductor and protective conductor 20 to the protective conductor 32 of the high-voltage network 26 is ensured.
  • the diodes DE and DB are switched in their reverse direction in such a way that the operating current and the fault current are decoupled for each protective conductor connection of the electric machine 34 or of the energy store 36.
  • Voltage supply network 16 is contacted, is switched to battery operation.
  • the battery switch 42 is closed and the bypass switch 44 is opened. Since this results in a separation from the protective conductor 20 of the voltage supply network 16 and the high-voltage network 26 is thus operated in isolation, the operations conductors 28 and 30 and the protective conductor 32 are monitored for insulation faults by means of the insulation monitor 46.
  • the corresponding protection concept is controlled by means of the high-voltage coordinator 48 as a function of the selected operating mode.
  • the circuit arrangement 10 according to FIG. 1 is shown in an exemplary embodiment in which the voltage supply network 16 is designed as a TN-S network. This means that the voltage supply network 16 has the positive operations conductor 18, a negative one
  • Operations manager 20 and, independently thereof, a protective conductor 21 are included in Operations manager 20 and, independently thereof, a protective conductor 21.
  • the current collector 14 is equipped with a third sliding element 25 which is used exclusively for contacting the protective conductor 21.
  • FIG. 3 shows that the
  • Residual current circuit breaker of the electric machine 34 RCDE, the energy store 36 RCDB and of the current collector 14 RCDP are connected to a central evaluation unit 52 via a control unit 50.
  • the central control unit 52 is in turn connected to the high-voltage coordinator 48.
  • Residual current monitoring within the vehicle 12 can be centrally monitored by the evaluation unit 52.
  • Vehicle 12 can be implemented in overall monitoring and thus shutdown of the system via a corresponding control command to high-voltage coordinator 48.
  • FIG. 4 shows a further variant of the embodiment shown in FIG.
  • Evaluation unit 52 enables the contactors KB of the energy store 36 and KP of the current collector 14 to be functionally combined with the RCDs of the energy store 36 and of the current collector 14 in the energy store 36 and the current collector 14. This is made possible by the fact that the requirements for an RCD with regard to the carrying capacity of high breaking currents, i.e. high breaking capacities, are higher than the requirements for the switching currents (switching capacities) of the contactors KB and KP. Both functions can thus be accommodated in one component.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment in which the vehicle 12, in particular the energy store 36, is not charged via the connection of the current collector 14 to the voltage supply network 16 while driving.
  • the energy store 36 is charged via a stationary external charging facility, for example a so-called charging station.
  • the connection of the vehicle 12 to the charging station (not shown) is via an internal one
  • Interface 54 via which a corresponding plug connection with the charging station can be established.
  • the interface is connected with its corresponding contacts on the one hand to the protective conductor 32 and on the other hand to a charging switch 56 which is integrated into the structure of the electric machine 34, for example.
  • the charging switch 56 can - depending on its switch position - either for Connection of the high-voltage network 26 to the interface 54 or to connect the high-voltage network 26 to the electric machine 34, that is to say the traction machine, can be used.
  • the circuit variant shown enables the inverter of the electric machine 34 to be used at the same time as a converter for three phases of alternating current present at the interface 54 for feeding into the high-voltage direct current network 26 and thus for charging the energy store 36.
  • the energy store 36 of the vehicle 12 can thus also be charged without an external DC charger. The fact that additional converters are avoided reduces the number of components for the vehicle 12.
  • the embodiment of the circuit arrangement 10 shown in FIG. 4 can be combined very advantageously with the embodiment variant of the circuit arrangement 10 shown in FIG. So it will be the

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Abstract

The invention relates to a circuit arrangement (10) for supplying power to road vehicles (12), having an integral high-voltage system (26) to which at least one electrical component (34, 36) capable of providing a supply is connected, wherein the vehicle having a high-voltage system (26) can be connected to an external voltage supply system (16) via at least one current collector (14). The invention proposes that each electrical component (34, 36, 14), capable of providing a supply, of the vehicle (12) has its own RCD. The invention further relates to a vehicle (12) having a circuit arrangement (10) according to the invention.

Description

Beschreibung description
Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von straßengebundenen Fahrzeugen und Circuit arrangement for the power supply of road vehicles and
Fahrzeug vehicle
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von straßengebundenen Fahrzeugen, wobei wenigstens eine elektrische Komponente des straßengebundenen The invention relates to a circuit arrangement for supplying power to road vehicles, wherein at least one electrical component of the road vehicle
Fahrzeuges über wenigstens einen Stromabnehmer mit einer Fahrleitung eines Vehicle via at least one pantograph with an overhead contact line
Spannungsversorgungsnetzes verbindbar ist, und ein Fahrzeug mit einer derartigen Voltage supply network can be connected, and a vehicle with such
Schaltungsanordnung. Circuit arrangement.
Für den Betrieb von Fahrzeugen an Oberleitungen beziehungsweise die Versorgung von Fahrzeugen mit elektrischer Energie aus Oberleitungen sind Maßnahmen zum Schutz von Personen gegen die Gefahren des elektrischen Stroms notwendig. In der DIN VDE 0100-410 sind dazu grundsätzliche Maßnahmen definiert. Diese bestehen in der Regel aus zwei voneinander unabhängigen Schutzvorkehrungen und teilen sich in einen Basisschutz und in einen Schutz gegen die Auswirkungen von Fehlern in der Anlage oder im Betriebsmittel. For the operation of vehicles on overhead lines or the supply of vehicles with electrical energy from overhead lines, measures to protect people against the dangers of electrical current are necessary. Basic measures for this are defined in DIN VDE 0100-410. These usually consist of two independent protective measures and are divided into basic protection and protection against the effects of errors in the system or in the equipment.
In der VDE 0140-1 wird die Verwendung der Schutzvorkehrungen in verschiedenen Klassen von elektrischen Betriebsmitteln beschrieben. In der Schutzklasse II wird der Schutz gegen elektrischen Schlag durch doppelte oder verstärkte Isolierung sichergestellt. Durch die hohen Anforderungen an die Isolierung ergeben sich dabei für Fahrzeuge unter anderem durch die leitfähige Karosserie entsprechend hohe Isolationsaufwendungen, insbesondere im Bereich des Antriebsstrangs. The VDE 0140-1 describes the use of protective measures in different classes of electrical equipment. In protection class II, protection against electric shock is ensured by double or reinforced insulation. The high demands on the insulation result in correspondingly high insulation costs for vehicles, among other things due to the conductive body, in particular in the area of the drive train.
Ein alternatives Schutzkonzept wird mit der Schutzklasse I durch das Schutzleitersystem beschrieben. Wesentlich dabei ist, dass neben dem Basisschutz die berührbaren und elektrisch leitfähigen Teile des Betriebsmittels mit dem so genannten Schutzleiter (PE) verbunden werden. Die Schutzleiterverbindung stellt zunächst sicher, dass die elektrisch leitfähigen Teile der Betriebsmittel einem Potenzialausgleich unterliegen und damit bei gleichzeitiger Berührung von Körpern unterschiedlicher Betriebsmittel durch den Menschen keine gefährliche An alternative protection concept is described with protection class I through the protective conductor system. It is essential that, in addition to the basic protection, the touchable and electrically conductive parts of the equipment are connected to the so-called protective conductor (PE). The protective conductor connection firstly ensures that the electrically conductive parts of the equipment are subject to equipotential bonding and therefore not dangerous when people come into contact with bodies of different equipment
Berührungsspannung auftreten kann. Kombiniert ist dieser Potenzialausgleich mit einer automatischen Abschalteinrichtung, die im Fehlerfalle (elektrische Verbindung eines Contact voltage can occur. This equipotential bonding is combined with an automatic disconnection device, which in the event of a fault (electrical connection of a
spannungsführenden Leiters mit einem leitfähigen Körper eines Betriebsmittels, so genannter Körperschluss) eine Abschaltung des Betriebsmittels oder Anlagenteils erzwingt, so dass der Fehler nicht dauerhaft ansteht. Die Schutzleiterverbindung muss so bemessen sein, dass die Überstrom- oder Fehlerstromschutzeinrichtung in der geforderten Zeit abschaltet. voltage-carrying conductor with a conductive body of equipment, so-called body contact) forces a shutdown of the equipment or part of the system, so that the Error is not pending permanently. The protective conductor connection must be dimensioned so that the overcurrent or residual current protective device switches off within the required time.
Nach der Realisierungsart des Schutzleiters beziehungsweise nach der Art der Erdverbindung des Schutzleiters werden bestimmte Netzformen unterschieden. A distinction is made between certain types of network according to the implementation of the protective conductor or the type of earth connection of the protective conductor.
Im so genannten TN-C System ist der betriebsstromführende Neutralleiter (N) und der In the so-called TN-C system, the neutral conductor (N) and the
Schutzleiter (PE) physisch in einem gemeinsamen Leiter (PEN) zusammen ausgeführt. Da in diesem Fall sowohl der Betriebsstrom als auch der Fehlerstrom über einen Leiter fließen müssen, ergeben sich besondere Anforderungen. Maßgeblich für die Wirksamkeit der Protective conductor (PE) physically combined in a common conductor (PEN). Since in this case both the operating current and the fault current have to flow via a conductor, special requirements arise. Decisive for the effectiveness of the
Schutzeinrichtung und das Einhalten der maximal zulässigen Berührungsspannung ist, dass die so genannte Schleifenimpedanz einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Neben der Kontaktierung der Leitung hat der Leitungsquerschnitt wesentlichen Einfluss auf die Protection device and compliance with the maximum permissible contact voltage is that the so-called loop impedance does not exceed a certain value. In addition to the contacting of the line, the line cross-section has a significant influence on the
Schleifenimpedanz. Loop impedance.
Ferner ist ein so genanntes TN-S System bekannt, bei dem zwei Betriebsstromleiter und hiervon separat ein Schutzleiter vorgesehen ist. In diesem Fall fließen Betriebsstrom und Fehlerstrom über getrennte Leitungen. Furthermore, a so-called TN-S system is known in which two operating current conductors and a separate protective conductor are provided. In this case, operating current and fault current flow via separate lines.
Nachfolgend werden die im Rahmen der Patentanmeldung verwendeten Begriffe definiert. The terms used in the context of the patent application are defined below.
Unter einem straßengebundenen Fahrzeug soll insbesondere ein Lastkraftfahrzeug (LKW), ein Oberleitungsbus (Trolleybus) oder ein Personenkraftfahrzeug (PKW) verstanden werden. A road vehicle is to be understood as meaning, in particular, a truck, a trolleybus, or a passenger vehicle.
Unter einer Stromversorgung soll insbesondere eine Gleichstromversorgung oder eine A power supply should in particular be a direct current supply or a
Wechselstromversorgung verstanden werden. AC power supply are understood.
Unter einer einspeisefähigen elektrischen Komponente soll insbesondere eine elektrische Komponente verstanden werden mit der Fähigkeit, elektrische Energie bereitzustellen. Unter einer einspeisefähigen elektrischen Komponente soll insbesondere eine Elektromaschine und ein elektrischer Energiespeicher verstanden werden. Die Elektromaschine und der A feedable electrical component is to be understood in particular as an electrical component with the ability to provide electrical energy. A feedable electrical component is to be understood in particular as an electrical machine and an electrical energy store. The electric machine and the
Energiespeicher sind insbesondere in eine Schaltung integriert. Die Elektromaschine ist insbesondere an einen Potentialausgleich angeschlossen. Unter einem Potentialausgleich soll insbesondere eine elektrisch leitende Verbindung, welche Potentiale zwischen leitfähigen Körpern innerhalb des Fahrzeugs minimiert, verstanden werden. Die Schaltung umfasst insbesondere einen DC/DC Wandler. Eingang und Ausgang des DC/DC Wandlers sind insbesondere nicht galvanisch getrennt. Der DC/DC Wandler ist insbesondere an einen Energy stores are integrated in particular in a circuit. The electric machine is connected in particular to a potential equalization. Equipotential bonding is to be understood in particular as an electrically conductive connection which minimizes potentials between conductive bodies within the vehicle. The circuit comprises in particular a DC / DC converter. In particular, the input and output of the DC / DC converter are not electrically isolated. The DC / DC converter is in particular to a
Potentialausgleich angeschlossen. Die Schaltung umfasst insbesondere einen AC/DC Wandler. Eingang und Ausgang des AC/DC Wandlers sind insbesondere nicht galvanisch getrennt. Der AC/DC Wandler ist insbesondere an einen Potentialausgleich angeschlossen. Die Schaltung umfasst insbesondere einen AC/AC Wandler. Eingang und Ausgang des AC/AC Wandlers sind insbesondere nicht galvanisch getrennt. Der AC/AC Wandler ist insbesondere an einen Equipotential bonding connected. The circuit comprises in particular an AC / DC converter. In particular, the input and output of the AC / DC converter are not electrically isolated. The AC / DC converter is particularly connected to a potential equalization. The circuit comprises in particular an AC / AC converter. In particular, the input and output of the AC / AC converter are not electrically isolated. The AC / AC converter is in particular to a
Potentialausgleich angeschlossen. Die Schaltung umfasst insbesondere einen DC/AC Wandler. Eingang und Ausgang des DC/AC Wandlers sind insbesondere nicht galvanisch getrennt. Der DC/AC Wandler ist insbesondere an einen Potentialausgleich angeschlossen. Equipotential bonding connected. The circuit comprises in particular a DC / AC converter. In particular, the input and output of the DC / AC converter are not electrically isolated. The DC / AC converter is particularly connected to a potential equalization.
Unter einem Fehlerstrom-Schutzschalter (auch RCD = Residual Current Device) wird eine Schaltvorrichtung verstanden, die bei einem gemessenen Differenzstrom (Fehlerstrom) eine Abschaltung der Spannungsversorgung gewährleistet, um in Summe einen Personenschutz zu gewährleisten. A residual current circuit breaker (also RCD = Residual Current Device) is understood to mean a switching device that ensures that the power supply is switched off in the event of a measured differential current (residual current) in order to ensure overall personal protection.
Unter einem Stromabnehmer soll insbesondere eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung zwischen der Fahrleitung und der elektrischen Komponenten des straßengebundenen A pantograph should in particular be a device for the electrical connection between the overhead contact line and the electrical components of the road-bound
Fahrzeugs verstanden werden. Insbesondere ist unter einem Stromabnehmer ein Pantograph zu verstehen. Vehicle can be understood. In particular, a pantograph is to be understood as a pantograph.
Unter einem Spannungsversorgungsnetz soll insbesondere ein System, umfassend wenigstens zwei Betriebsstromleiter, wenigstens einen Schutzleiter und wenigstens ein Unterwerk, verstanden werden. Das Unterwerk ist mit der Fahrleitung zur Einspeisung der A voltage supply network is to be understood in particular as a system comprising at least two operating current conductors, at least one protective conductor and at least one substation. The substation is with the catenary for feeding the
Versorgungsspannung verbunden. Das Unterwerk umfasst insbesondere wenigstens eine Betriebserdung, die zu einer Erdung des Schutzleiters vorgesehen ist. Das Unterwerk umfasst insbesondere eine Überstrom-Schutzeinrichtung, welche insbesondere zum Schutz des positiv Potential führenden Betriebsstromleiters vorgesehen ist. Das Unterwerk umfasst insbesondere zumindest einen Gleichrichter oder Wechselrichter, an den die beiden Betriebsstromleiter angeschlossen sind. Der Gleichrichter oder Wechselrichter ist insbesondere an eine Supply voltage connected. In particular, the substation comprises at least one operational ground, which is provided for grounding the protective conductor. The substation includes, in particular, an overcurrent protective device which is provided in particular to protect the operating current conductor carrying positive potential. In particular, the substation comprises at least one rectifier or inverter to which the two operating conductors are connected. The rectifier or inverter is in particular to a
Energieerzeugungsquelle oder an ein Energiespeichermedium angeschlossen. Energy generation source or connected to an energy storage medium.
Unter einem Betriebsstromleiter soll insbesondere ein positiv oder negativ Potential führender Leiter, an welchem eine Gleichspannung anliegt, verstanden werden. Unter einem Schutzleiter soll insbesondere ein Leiter zu einem Schutz gegen elektrischen Schlag aus der Schutzklasse I verstanden werden. Insbesondere ist der Schutzleiter zu einem Schutz von Personen gegen die Gefahren des elektrischen Stroms vorgesehen. Insbesondere ist der Schutz zur Erhöhung der Lebensdauer der elektrischen Bauteile vorgesehen. Der Schutzleiter ist insbesondere an einen Potentialausgleich innerhalb des Fahrzeugs angeschlossen. DE 30 03 902 A1 offenbart eine Sicherheitseinrichtung für ein aus einer Oberleitung gespeistes Transportsystem. Hierbei ist einer einspeisefähigen Komponente eine An operating current conductor is to be understood in particular as a conductor which carries positive or negative potential and to which a direct voltage is applied. A protective conductor should in particular be understood to mean a conductor for protection against electric shock from protection class I. In particular, the protective conductor is intended to protect people against the dangers of electrical current. In particular, protection is provided to increase the service life of the electrical components. The protective conductor is connected in particular to a potential equalization within the vehicle. DE 30 03 902 A1 discloses a safety device for a transport system fed from an overhead line. Here, a feedable component is one
Signalauswerteeinrichtung zugeordnet, die bei Auftreten eines Fehlerstromes eine Signal evaluation device assigned, which when a fault current occurs
Stromzuführung zum Fahrzeug oder zu einem Fahrleitungsabschnitt unterbrechen kann. Can interrupt power supply to the vehicle or to a contact line section.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von straßengebundenen Fahrzeugen und ein entsprechendes Fahrzeug zu schaffen, durch die in einfacher Weise die Schutzklasse I der straßengebundenen Fahrzeuge erreicht werden kann. The invention is based on the object of creating a circuit arrangement for supplying power to road vehicles and a corresponding vehicle, by means of which protection class I of road vehicles can be achieved in a simple manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass jeder einspeisefähigen elektrischen Komponente des straßengebundenen Fahrzeuges ein eigener RCD (Fehlerstromschutzschalter) zugeordnet ist, wird vorteilhaft möglich, auch innerhalb des straßengebundenen Fahrzeuges, bei galvanischer Verbindung zwischen dem fahrzeugeigenen Hochvoltnetz und dem externen Spannungsversorgungsnetz, ein Fehlerstrom-Schutzkonzept technisch einfach zu realisieren. According to the invention, this object is achieved by a circuit arrangement having the features mentioned in claim 1. Because each electrical component of the road vehicle that can be fed in is assigned its own RCD (residual current circuit breaker), it is advantageously possible to implement a residual current protection concept in a technically simple manner even within the road vehicle, with a galvanic connection between the vehicle's own high-voltage network and the external power supply network.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die einspeisefähigen elektrischen Komponenten Schalter umfassen, über die eine Verbindung eines Schutzleiters des According to the invention it is further provided that the feedable electrical components include switches via which a connection of a protective conductor of the
Spannungsversorgungsnetzes mit einem Schutzleiter des Hochvoltnetzes herstellbar ist. Power supply network can be produced with a protective conductor of the high-voltage network.
Hierdurch können in einfacher Weise die beiden Schutzleiter zu einem Schutzleitersystem verbunden werden. In this way, the two protective conductors can be easily connected to form a protective conductor system.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen den die Schutzleiter verbindenden Schaltern Dioden geschaltet sind, deren Sperrrichtung so geschaltet ist, dass für einen Schutzleiteranschluss der einspeisefähigen elektrischen Komponenten eine Entkopplung des Betriebsstromes und des Fehlerstromes möglich ist. Hierdurch wird in einfacher Weise eine Ableitung des Fehlerstromes über die Schutzleiter möglich. In a preferred embodiment of the invention it is provided that diodes are connected between the switches connecting the protective conductors, the reverse direction of which is switched so that a decoupling of the operating current and the fault current is possible for a protective conductor connection of the feedable electrical components. This enables the fault current to be diverted via the protective conductor in a simple manner.
Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die In addition, it is provided in a preferred embodiment of the invention that the
Schaltungsanordnung eine Isolationsüberwachung des Hochvoltnetzes umfasst. Hierdurch wird insbesondere in einfacher Weise in einem Batteriebetrieb des straßengebundenen Fahrzeuges, das heißt bei nicht erfolgter Kopplung mit der externen Spannungsversorgung, eine Circuit arrangement includes insulation monitoring of the high-voltage network. In this way, in particular in a simple manner in battery operation of the road-bound vehicle, that is to say when there is no coupling to the external voltage supply, a
Überwachung auf Isolationsfehler und somit rechtzeitige Abschaltung im Fehlerfall möglich. Monitoring for insulation faults and thus timely shutdown possible in the event of a fault.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die RCDs der einspeisefähigen elektrischen Komponenten und des Stromabnehmers über eine Steuerleitung mit einer zentralen Auswerteeinheit verbunden sind, die vorzugsweise mit einem Furthermore, in a preferred embodiment of the invention it is provided that the RCDs of the feedable electrical components and the current collector are connected via a control line to a central evaluation unit, which is preferably connected to a
Hochvoltkoordinator verbunden ist. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, zusätzlich eine zentrale Fehlerstromüberwachung durch die Auswerteeinheit zu ermöglichen und somit die gesamten Fehlerströme des straßengebundenen Fahrzeuges in eine gesamte Überwachung und somit Abschaltstrategie im Fehlerfall zu integrieren. High-voltage coordinator is connected. This advantageously makes it possible to additionally have a central To enable residual current monitoring by the evaluation unit and thus to integrate the entire residual currents of the road-bound vehicle into an overall monitoring and thus shutdown strategy in the event of a fault.
Die Abschaltschwellen, bei denen die Fehlerstromauslösung erfolgt, können somit besser dimensioniert werden. The switch-off thresholds at which the fault current trip occurs can thus be better dimensioned.
Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schaltschütze der einspeisefähigen elektrischen Komponenten und des Stromabnehmers funktional mit den RCDs der jeweiligen einspeisefähigen elektrischen Komponente und des Stromabnehmers vereint sind. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, beide Funktionen in einem Bauteil zu integrieren und den Anforderungen an einen RCD hinsichtlich der Tragfähigkeit hoher Abschaltströme gerecht zu werden. In addition, in a further preferred embodiment of the invention it is provided that the contactors of the electrical components that can be fed in and of the current collector are functionally combined with the RCDs of the electrical components that can be fed in and of the current collector. This advantageously makes it possible to integrate both functions in one component and to meet the requirements placed on an RCD with regard to the load-bearing capacity of high breaking currents.
Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung eine Schnittstelle zu einer stationären Fremdlademöglichkeit umfasst. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, den Energiespeicher des Fahrzeuges unabhängig von einem externen Spannungsversorgungsnetz im stationären Betrieb aufzuladen. In addition, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the circuit arrangement includes an interface to a stationary external charging facility. This advantageously makes it possible to charge the vehicle's energy store independently of an external voltage supply network in stationary operation.
Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein Inverter einer als Traktionsmaschine ausgebildeten einspeisefähigen elektrischen Komponente gleichzeitig als Wandler für einen an der Schnittstelle anliegenden Dreiphasen- Wechselstrom dient. Hierdurch kann auf die zusätzliche Anordnung eines Gleichstromladegerätes und die zusätzliche Anordnung eines Wandlers verzichtet werden. In addition, a preferred embodiment of the invention provides that an inverter of a feedable electrical component designed as a traction machine simultaneously serves as a converter for a three-phase alternating current present at the interface. As a result, the additional arrangement of a direct current charger and the additional arrangement of a converter can be dispensed with.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelöst. The object is also achieved according to the invention by a vehicle with a circuit arrangement according to the invention.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen The invention is described below in exemplary embodiments using the associated
Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Drawings explained. Show it:
Figuren 1 bis 6 Schaltungsanordnungen zur Stromversorgung von straßengebundenen Figures 1 to 6 circuit arrangements for the power supply of road
Fahrzeugen in verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten. Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines straßengebundenen Fahrzeuges 12, das mittels eines Stromabnehmers 14 mit einem Spannungsversorgungsnetz 16 verbindbar ist. Derartige straßengebundene Fahrzeuge, die über einen Stromabnehmer mit einem Spannungsversorgungsnetz verbindbar sind, sind grundsätzlich bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen wird. Vehicles in different design variants according to the invention. FIG. 1 shows a circuit arrangement, denoted overall by 10, for supplying power to a road-bound vehicle 12, which can be connected to a voltage supply network 16 by means of a current collector 14. Such road-bound vehicles, which can be connected to a voltage supply network via a pantograph, are known in principle, so that they will not be discussed in more detail in the context of the present description.
Das Spannungsversorgungsnetz 16 wird in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel von einem TN-C Oberleitungsnetz gebildet, das einen positiven Betriebsstromleiter 18 und einen negativen Betriebsstromleiter 20 aufweist, der gleichzeitig als Schutzleiter ausgebildet ist. Der Betriebsstromleiter 18 wird auch als L+ und der kombinierte Betriebsstrom-Schutzleiter 20 als PEL bezeichnet. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the voltage supply network 16 is formed by a TN-C overhead line network which has a positive operating current conductor 18 and a negative operating current conductor 20, which is simultaneously designed as a protective conductor. The operating current conductor 18 is also referred to as L + and the combined operating current protective conductor 20 as PEL.
Der Stromabnehmer 14 umfasst zwei Schleifkontakte 22 beziehungsweise 24, mittels denen das Fahrzeug 12 mit dem Spannungsversorgungsnetz 16 kontaktiert werden kann. The current collector 14 comprises two sliding contacts 22 and 24, by means of which the vehicle 12 can be contacted with the voltage supply network 16.
Das Fahrzeug 12 umfasst ein fahrzeugeigenes Hochvoltnetz 26 mit dem positiven The vehicle 12 includes a vehicle's own high-voltage network 26 with the positive
Betriebsstromleiter 28, dem negativen Betriebsstromleiter 30 sowie dem Schutzleiter 32. Operating current conductor 28, the negative operating current conductor 30 and the protective conductor 32.
Das Fahrzeug 12 umfasst ferner eine Elektromaschine 34 als Traktionsmaschine für das Fahrzeug 12 und einen elektrischen Energiespeicher 36, der beispielsweise von einem The vehicle 12 further comprises an electric machine 34 as a traction machine for the vehicle 12 and an electrical energy store 36, which is for example from a
Akkumulator gebildet ist. Accumulator is formed.
Elektromaschine 34 und Energiespeicher 36 sind über entsprechende Anschlüsse mit dem Hochvoltnetz 26 elektrisch leitend verbunden. Electric machine 34 and energy store 36 are electrically conductively connected to high-voltage network 26 via corresponding connections.
Das Fahrzeug 12 kann weitere, hier lediglich beispielhaft angedeutete Hochvoltverbraucher 38 umfassen. The vehicle 12 can include further high-voltage consumers 38, indicated here merely by way of example.
Die hier jeweils durch die strichpunktierten Linien angedeuteten Gehäuse der Elektromaschine 34, des Energiespeichers 36 und des Hochvoltverbrauchers 38 sind zum Potentialausgleich mit dem Schutzleiter 32 verbunden. The housings of the electric machine 34, the energy store 36 and the high-voltage consumer 38, indicated here by the dash-dotted lines, are connected to the protective conductor 32 for potential equalization.
Das Hochvoltnetz 26 ist über einen DC Wandler 40 mit dem Stromabnehmer 14 verbunden. The high-voltage network 26 is connected to the current collector 14 via a DC converter 40.
In die Betriebsleiter 28 und 30 ist zwischen dem Elektromaschine 34 und dem Energiespeicher 36 ein Batterieschalter 42 eingebunden. Mittels einer zweiten Verbindung kann der DC Wandler 40 überbrückt werden, so dass das Hochvoltnetz 26 direkt mit dem Stromabnehmer 14 verbunden werden kann. Hierzu ist zwischen dem Hochvoltnetz 26 und dem Stromabnehmer 14 ein Bypass-Schalter 44 vorgesehen. A battery switch 42 is integrated into the operations managers 28 and 30 between the electric machine 34 and the energy store 36. The DC converter 40 can be bridged by means of a second connection, so that the high-voltage network 26 can be connected directly to the current collector 14. For this purpose, a bypass switch 44 is provided between the high-voltage network 26 and the current collector 14.
Die Gehäuse des DC Wandlers 40 und des Stromabnehmers 14 sind ebenfalls zum The housing of the DC converter 40 and the current collector 14 are also for
Potentialausgleich mit dem Schutzleiter 32 verbunden. Equipotential bonding connected to the protective conductor 32.
Jede einspeisefähige Komponente, hier also die Elektromaschine 34, der Energiespeicher 36 und der Stromabnehmer 14, besitzt einen eigenen RCD. Each feedable component, in this case the electric machine 34, the energy store 36 and the current collector 14, has its own RCD.
Die Elektromaschine 34 besitzt einen Schalter SE und der Energiespeicher 36 einen Schalter SB, die zum Verbinden mit dem Schutzleiter 32 ausgebildet sind. In diese Verbindung zwischen Elektromaschine 34 und Schutzleiter 32 ist eine Diode DE und in die Verbindung zwischen Energiespeicher 36 und Schutzleiter 32 ist eine Diode DB geschaltet. The electric machine 34 has a switch SE and the energy store 36 has a switch SB, which are designed to be connected to the protective conductor 32. A diode DE is connected into this connection between electric machine 34 and protective conductor 32, and a diode DB is connected into the connection between energy store 36 and protective conductor 32.
Der Fehlerstromschutzschalter der Elektromaschine 34 ist mit RCDE, der The residual current circuit breaker of the electric machine 34 is with RCDE, the
Fehlerstromschutzschalter des Energiespeichers 36 mit RCDB und der Residual current circuit breaker of the energy store 36 with RCDB and the
Fehlerstromschutzschalter des Stromabnehmers 14 mit RCDP bezeichnet. Residual current circuit breaker of the pantograph 14 is referred to as RCDP.
Die Schaltungsanordnung 10 umfasst ferner eine so genannte Isolationsüberwachung 46, die jeweils mit den Betriebsleitern 28, 30 und dem Schutzleiter 32 verbunden ist. Der The circuit arrangement 10 also includes what is known as an insulation monitor 46, which is connected to the operations conductors 28, 30 and the protective conductor 32, respectively. The
Isolationsüberwachung 46 ist ein Hochvoltkoordinator 48 zugeordnet. A high-voltage coordinator 48 is assigned to insulation monitoring 46.
Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung 10 zeigt folgende Funktion: The circuit arrangement 10 shown in Figure 1 shows the following function:
Das Fahrzeug 12 kann in zwei Betriebsmodi betrieben werden. Beim ersten Betriebsmodus erfolgt die Energieversorgung der Elektromaschine 34 über die Verbindung zwischen The vehicle 12 can be operated in two operating modes. In the first operating mode, the electrical machine 34 is supplied with energy via the connection between
Stromabnehmer 14 und Spannungsversorgungsnetz 16. Im zweiten Betriebsmodus erfolgt die Energieversorgung der Elektromaschine 34 über den fahrzeuginternen Energiespeicher 36. Current collector 14 and voltage supply network 16. In the second operating mode, the electrical machine 34 is supplied with energy via the vehicle-internal energy store 36.
In der ersten Betriebsart, also Spannungsversorgung über das Spannungsversorgungsnetz 16, ist der Stromabnehmer 14 mit seinen Schleifkontakten 22, 24 in Kontakt mit den In the first operating mode, that is to say voltage supply via the voltage supply network 16, the current collector 14 is in contact with the sliding contacts 22, 24 with its sliding contacts
Betriebsstromleitern 18 und 20 des Spannungsversorgungsnetzes 16. Der Schalter KP des Stromabnehmers 14 sowie der Bypass-Schalter 44 sind geschlossen. Alle RCDs sind auch geschlossen. Operating current conductors 18 and 20 of the voltage supply network 16. The switch KP of the current collector 14 and the bypass switch 44 are closed. All RCDs are also closed.
Zusätzlich ist auch der Schalter KB des Energiespeichers 36 über das In addition, the switch KB of the energy store 36 is via the
Spannungsversorgungsnetz 16 geschlossen. Im Falle eines Fehlers, der durch die RCDs in bekannter Weise durch Differenzstrommessung erfasst werden kann, wird die eventuell betroffene Komponente, also die Elektromaschine 34, der Energiespeicher 36 oder der Stromabnehmer 14, von der Spannungsversorgung getrennt. Hierdurch wird die Anwendung der Schutzklasse I für straßengebundene Fahrzeuge durch den Einsatz der dezentralen RCDs möglich. Ein ansonsten durch Anwendung der Schutzklasse II erforderlicher höherer Isolationsaufwand kann dadurch entfallen. Power supply network 16 closed. In the event of a fault that can be detected by the RCDs in a known manner by measuring the differential current, the component that may be affected, that is to say the electric machine 34, the energy store 36 or the current collector 14, is disconnected from the voltage supply. This makes it possible to use protection class I for road vehicles through the use of decentralized RCDs. This means that there is no need for higher insulation costs that would otherwise be required by using protection class II.
Im ersten Betriebsmodus sind die Schalter SE und SB geschlossen, so dass eine elektrische Verbindung des negativen Betriebsleiters und Schutzleiters 20 mit dem Schutzleiter 32 des Hochvoltnetzes 26 gewährleistet ist. Die Dioden DE und DB sind in ihrer Sperrrichtung so geschaltet, dass für jeden Schutzleiteranschluss der Elektromaschine 34 beziehungsweise des Energiespeichers 36 eine Entkopplung des Betriebsstroms und des Fehlerstroms erfolgt. In the first operating mode, the switches SE and SB are closed, so that an electrical connection of the negative operating conductor and protective conductor 20 to the protective conductor 32 of the high-voltage network 26 is ensured. The diodes DE and DB are switched in their reverse direction in such a way that the operating current and the fault current are decoupled for each protective conductor connection of the electric machine 34 or of the energy store 36.
Im zweiten Betriebsmodus, also wenn der Stromabnehmer 14 nicht mit dem In the second operating mode, that is, when the pantograph 14 is not with the
Spannungsversorgungsnetz 16 kontaktiert ist, wird auf Batteriebetrieb umgeschaltet. Hierzu wird der Batterieschalter 42 geschlossen und der Bypass-Schalter 44 geöffnet. Da hierdurch eine Trennung von dem Schutzleiter 20 des Spannungsversorgungsnetzes 16 erfolgt und das Hochvoltnetz 26 somit isoliert betrieben wird, werden die Betriebsleiter 28 und 30 sowie der Schutzleiter 32 auf Isolationsfehler mittels der Isolationsüberwachung 46 überwacht. Voltage supply network 16 is contacted, is switched to battery operation. For this purpose, the battery switch 42 is closed and the bypass switch 44 is opened. Since this results in a separation from the protective conductor 20 of the voltage supply network 16 and the high-voltage network 26 is thus operated in isolation, the operations conductors 28 and 30 and the protective conductor 32 are monitored for insulation faults by means of the insulation monitor 46.
Mittels des Hochvoltkoordinators 48 wird in Abhängigkeit des gewählten Betriebsmodus das entsprechende Schutzkonzept gesteuert. The corresponding protection concept is controlled by means of the high-voltage coordinator 48 as a function of the selected operating mode.
In Figur 2 ist die Schaltungsanordnung 10 gemäß Figur 1 in einem Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Spannungsversorgungsnetz 16 als TN-S Netz ausgebildet ist. Dies bedeutet, das Spannungsversorgungsnetz 16 besitzt den positiven Betriebsleiter 18, einen negativen In FIG. 2, the circuit arrangement 10 according to FIG. 1 is shown in an exemplary embodiment in which the voltage supply network 16 is designed as a TN-S network. This means that the voltage supply network 16 has the positive operations conductor 18, a negative one
Betriebsleiter 20 und davon unabhängig einen Schutzleiter 21. Operations manager 20 and, independently thereof, a protective conductor 21.
Entsprechend ist der Stromabnehmer 14 mit einem dritten Schleifelement 25 ausgestattet, das ausschließlich der Kontaktierung des Schutzleiters 21 dient. Correspondingly, the current collector 14 is equipped with a third sliding element 25 which is used exclusively for contacting the protective conductor 21.
Aufbau und Wirkungsweise der in Figur 2 gezeigten Schaltungsanordnung 10 entsprechen der bereits in Figur 1 erläuterten Funktion. Gleiche Teile wie in Figur 1 sind mit gleichen The structure and mode of operation of the circuit arrangement 10 shown in FIG. 2 correspond to the function already explained in FIG. The same parts as in FIG. 1 are identical
Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Provided reference numerals and not explained again.
Figur 3 zeigt in Abwandlung zu der in Figur 2 gezeigten Ausführungsvariante, dass die In a modification of the embodiment variant shown in FIG. 2, FIG. 3 shows that the
Fehlerstromschutzschalter der Elektromaschine 34 RCDE, des Energiespeichers 36 RCDB und des Stromabnehmers 14 RCDP über eine Steuereinheit 50 mit einer zentralen Auswerteeinheit 52 verbunden sind. Residual current circuit breaker of the electric machine 34 RCDE, the energy store 36 RCDB and of the current collector 14 RCDP are connected to a central evaluation unit 52 via a control unit 50.
Die zentrale Steuereinheit 52 wiederum ist mit dem Hochvoltkoordinator 48 verbunden. The central control unit 52 is in turn connected to the high-voltage coordinator 48.
Durch diese zusätzliche Ausstattung wird erreicht, dass neben der dezentralen This additional equipment ensures that in addition to the decentralized
Fehlerstromüberwachung innerhalb des Fahrzeuges 12 eine zentrale Überwachung durch die Auswerteeinheit 52 erfolgen kann. Es können somit die gesamten Fehlerströme des Residual current monitoring within the vehicle 12 can be centrally monitored by the evaluation unit 52. The total fault currents of the
Fahrzeuges 12 in eine gesamthafte Überwachung und somit Abschaltung des Systems über einen entsprechenden Steuerbefehl an den Hochvoltkoordinator 48 realisiert werden. Vehicle 12 can be implemented in overall monitoring and thus shutdown of the system via a corresponding control command to high-voltage coordinator 48.
Insbesondere ergibt sich hierdurch eine vereinfachte und verbesserte Dimensionierung der Abschaltschwellen, bei denen die Fehlerstromauslösung erfolgt. In particular, this results in a simplified and improved dimensioning of the switch-off thresholds at which the fault current trip occurs.
Figur 4 zeigt zu der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante eine weitere FIG. 4 shows a further variant of the embodiment shown in FIG
Vereinfachungsmöglichkeit. Possibility of simplification.
Durch die bereits in Figur 3 erläuterte zentrale Fehlerstromauswertung mittels der Through the central fault current evaluation already explained in FIG. 3 by means of the
Auswerteeinheit 52 wird ermöglicht, in dem Energiespeicher 36 und dem Stromabnehmer 14 die Schaltschütze KB des Energiespeichers 36 und KP des Stromabnehmers 14 jeweils funktional mit den RCDs des Energiespeichers 36 beziehungsweise des Stromabnehmers 14 zu vereinen. Dies wird dadurch möglich, dass die Anforderungen an einen RCD hinsichtlich der Tragfähigkeit hoher Abschaltströme, das heißt hoher Abschaltleistungen, höher ist als die Anforderungen an die Schaltströme (Schaltleistungen) der Schütze KB beziehungsweise KP. Beide Funktionen können somit in einem Bauteil untergebracht werden. Evaluation unit 52 enables the contactors KB of the energy store 36 and KP of the current collector 14 to be functionally combined with the RCDs of the energy store 36 and of the current collector 14 in the energy store 36 and the current collector 14. This is made possible by the fact that the requirements for an RCD with regard to the carrying capacity of high breaking currents, i.e. high breaking capacities, are higher than the requirements for the switching currents (switching capacities) of the contactors KB and KP. Both functions can thus be accommodated in one component.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Fahrzeug 12, insbesondere der Energiespeicher 36, nicht während der Fahrt über die Verbindung des Stromabnehmers 14 mit dem Spannungsversorgungsnetz 16 aufgeladen wird. Hier erfolgt in einer definierten Parkposition ein Aufladen des Energiespeichers 36 über eine stationäre Fremdlademöglichkeit, beispielsweise eine so genannte Ladesäule. Die Verbindung des Fahrzeuges 12 mit der nicht dargestellten Ladesäule erfolgt über eine fahrzeuginterne FIG. 5 shows a further exemplary embodiment in which the vehicle 12, in particular the energy store 36, is not charged via the connection of the current collector 14 to the voltage supply network 16 while driving. Here, in a defined parking position, the energy store 36 is charged via a stationary external charging facility, for example a so-called charging station. The connection of the vehicle 12 to the charging station (not shown) is via an internal one
Schnittstelle 54, über die eine entsprechende Steckverbindung mit der Ladesäule herstellbar ist. Die Schnittstelle ist mit ihren entsprechenden Kontakten einerseits mit dem Schutzleiter 32 und andererseits mit einem Ladeschalter 56 verbunden, der beispielsweise in die Struktur der Elektromaschine 34 eingebunden ist. Interface 54, via which a corresponding plug connection with the charging station can be established. The interface is connected with its corresponding contacts on the one hand to the protective conductor 32 and on the other hand to a charging switch 56 which is integrated into the structure of the electric machine 34, for example.
Da ein Ladevorgang über eine externe Fremdlademöglichkeit nur bei Stillstand des Fahrzeuges 12 erfolgen kann, kann der Ladeschalter 56 - entsprechend seiner Schaltstellung - entweder zur Verbindung des Hochvoltnetzes 26 mit der Schnittstelle 54 oder zur Verbindung des Hochvoltnetzes 26 mit der Elektromaschine 34, also der Traktionsmaschine, genutzt werden. Since a charging process via an external external charging facility can only take place when the vehicle 12 is at a standstill, the charging switch 56 can - depending on its switch position - either for Connection of the high-voltage network 26 to the interface 54 or to connect the high-voltage network 26 to the electric machine 34, that is to say the traction machine, can be used.
Durch die dargestellte Schaltungsvariante wird ermöglicht, den Inverter der Elektromaschine 34 gleichzeitig als Wandler von an der Schnittstelle 54 anliegenden drei Phasen Wechselstrom zur Einspeisung in das Gleichstrom-Hochvoltnetz 26 und somit zum Laden des Energiespeichers 36 zu nutzen. Somit kann der Energiespeicher 36 des Fahrzeuges 12 auch ohne externes Gleichstrom-Ladegerät aufgeladen werden. Dadurch, dass zusätzliche Wandler vermieden werden, verringert sich der Bauteilaufwand für das Fahrzeug 12. The circuit variant shown enables the inverter of the electric machine 34 to be used at the same time as a converter for three phases of alternating current present at the interface 54 for feeding into the high-voltage direct current network 26 and thus for charging the energy store 36. The energy store 36 of the vehicle 12 can thus also be charged without an external DC charger. The fact that additional converters are avoided reduces the number of components for the vehicle 12.
Nach einer weiteren, in Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante kann das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung 10 sehr vorteilhaft mit der in Figur 5 gezeigten Ausführungsvariante der Schaltungsanordnung 10 kombiniert werden. Es wird also die According to a further embodiment variant shown in FIG. 6, the embodiment of the circuit arrangement 10 shown in FIG. 4 can be combined very advantageously with the embodiment variant of the circuit arrangement 10 shown in FIG. So it will be the
Möglichkeit der Fremdlademöglichkeit in Kombination mit der zentralen Possibility of external charging in combination with the central one
Fehlerstromüberwachung und gleichzeitiger Ausnutzung der Schaltelemente im Residual current monitoring and simultaneous utilization of the switching elements in the
Stromabnehmer 14 und im Energiespeicher 36 als Schaltschütz- und Fehlerschutzstromschalter möglich. Current collector 14 and in the energy store 36 as a contactor and residual current switch possible.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
Schaltungsanordnung Circuit arrangement
Fahrzeug vehicle
Stromabnehmer Pantograph
Spannungsversorgungsnetz Power supply network
positiver Betriebsstromleiter positive operating current conductor
negativer Betriebsstromleiter negative operating current conductor
Schutzleiter Protective conductor
Schleifkontakt Sliding contact
Schleifkontakt Sliding contact
Schleifelement Grinding element
Hochvoltnetz High-voltage network
positiver Betriebsstromleiter positive operating current conductor
negativer Betriebsstromleiter negative operating current conductor
Schutzleiter Protective conductor
Elektromaschine Electric machine
Energiespeicher Energy storage
Hochvoltverbraucher High-voltage consumers
DC Wandler DC converter
Batterieschalter Battery switch
Bypass-Schalter Bypass switch
Isolationsüberwachung Insulation monitoring
Hochvoltkoordinator High-voltage coordinator
Steuereinheit Control unit
Auswerteeinheit Evaluation unit
Schnittstelle interface
Ladeschalter Charging switch

Claims

Patentansprüche Claims
1. Schaltungsanordnung (10) zur Stromversorgung von straßengebundenen Fahrzeugen (12), mit einem fahrzeugeigenen Hochvoltnetz (26), an das wenigstens eine 1. Circuit arrangement (10) for supplying power to road vehicles (12), with a vehicle's own high-voltage network (26), to the at least one
einspeisefähige elektrische Komponente (34, 36) angeschlossen ist, wobei das fahrzeugeigene Hochvoltnetz (26) über wenigstens einen Stromabnehmer (14) mit einem externen Spannungsversorgungsnetz (16) verbindbar ist, dadurch feedable electrical component (34, 36) is connected, wherein the vehicle's own high-voltage network (26) can be connected to an external voltage supply network (16) via at least one current collector (14)
gekennzeichnet, dass jede einspeisefähige elektrische Komponente (34, 36) des Fahrzeuges (12) einen eigenen RCD aufweist und die einspeisefähigen elektrischen Komponenten (34, 36) Schalter (SE, SB) umfassen, über die eine Verbindung eines Schutzleiters (20, 21) des Spannungsversorgungsnetzes (16) mit einem Schutzleiter (32) des Hochvoltnetzes (26) herstellbar ist. characterized in that each feedable electrical component (34, 36) of the vehicle (12) has its own RCD and the feedable electrical components (34, 36) comprise switches (SE, SB) via which a connection of a protective conductor (20, 21) the voltage supply network (16) with a protective conductor (32) of the high-voltage network (26) can be produced.
2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaltern (SE, SB) Dioden (DE, DB) geschaltet sind, deren Sperrrichtung so geschaltet ist, dass für einen Schutzleiteranschluss der einspeisefähigen elektrischen Komponenten (34, 36) eine Entkopplung des Betriebsstromes und des Fehlerstromes möglich ist. 2. Circuit arrangement (10) according to claim 1, characterized in that diodes (DE, DB) are connected between the switches (SE, SB), the reverse direction of which is switched so that for a protective conductor connection of the electrical components (34, 36) capable of being fed in a decoupling of the operating current and the fault current is possible.
3. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 3. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine Isolationsüberwachung (46) des Hochvoltnetzes (26) umfasst. characterized in that the circuit arrangement (10) comprises an insulation monitor (46) of the high-voltage network (26).
4. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der 4. Circuit arrangement (10) according to claim 3, characterized in that the
Isolationsüberwachung (46) ein Hochvoltkoordinator (48) zugeordnet ist. A high-voltage coordinator (48) is assigned to insulation monitoring (46).
5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die RCDs der einspeisefähigen elektrischen Komponenten (34, 36) des Stromabnehmers (14) über eine Steuerleitung (50) mit einer zentralen characterized in that the RCDs of the feedable electrical components (34, 36) of the current collector (14) have a control line (50) with a central
Auswerteeinheit (52) verbunden sind. Evaluation unit (52) are connected.
6. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Auswerteeinheit (52) mit dem Hochvoltkoordinator (48) verbunden ist. 6. Circuit arrangement (10) according to claim 5, characterized in that the central evaluation unit (52) is connected to the high-voltage coordinator (48).
7. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass Schaltschütze (KB, KP) der einspeisefähigen elektrischen Komponenten (36) und des Stromabnehmers (14) funktionell mit den RCDs der einspeisefähigen elektrischen Komponente (36) und des Stromabnehmers (14) vereint sind. characterized in that contactors (KB, KP) of the feedable electrical components (36) and of the current collector (14) functionally with the RCDs of the feedable electrical component (36) and the current collector (14) are combined.
8. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 8. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10) eine Schnittstelle (54) zu einer stationären Fremdlademöglichkeit umfasst. characterized in that the circuit arrangement (10) comprises an interface (54) to a stationary external charging facility.
9. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inverter der einspeisefähigen elektrischen Komponente (34) gleichzeitig als Wandler für einen an der Schnittstelle (54) anliegenden Dreiphasen-Wechselstrom dient. 9. Circuit arrangement (10) according to claim 8, characterized in that an inverter of the electrical component (34) capable of being fed in simultaneously serves as a converter for a three-phase alternating current present at the interface (54).
10. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 10. Circuit arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass das Spannungsversorgungsnetz (16) ein TN-C Oberleitungsnetz ist. characterized in that the voltage supply network (16) is a TN-C overhead line network.
11. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsversorgungsnetz (16) ein TN-S Oberleitungsnetz ist. 11. Circuit arrangement (10) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the voltage supply network (16) is a TN-S overhead line network.
12. Fahrzeug (12) mit einer Schaltungsanordnung (10) nach wenigstens einem der 12. Vehicle (12) with a circuit arrangement (10) according to at least one of the
Ansprüche 1 bis 11. Claims 1 to 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH217665A (en) * 1940-04-01 1941-10-31 Asea Ab Arrangement for monitoring the insulation of the electrical equipment on trolleybuses.
JPS5432202B1 (en) * 1970-11-30 1979-10-12
DE3003902A1 (en) 1980-02-02 1981-08-13 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart SAFETY DEVICE FOR A TRANSPORT SYSTEM SUPPLIED FROM A CABLE
US20090015199A1 (en) * 2006-04-11 2009-01-15 Mitsubishi Electric Corporation Power Storage System
JP2011166968A (en) * 2010-02-10 2011-08-25 Toshiba Corp Measure against inductive interference in vehicular power converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH217665A (en) * 1940-04-01 1941-10-31 Asea Ab Arrangement for monitoring the insulation of the electrical equipment on trolleybuses.
JPS5432202B1 (en) * 1970-11-30 1979-10-12
DE3003902A1 (en) 1980-02-02 1981-08-13 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart SAFETY DEVICE FOR A TRANSPORT SYSTEM SUPPLIED FROM A CABLE
US20090015199A1 (en) * 2006-04-11 2009-01-15 Mitsubishi Electric Corporation Power Storage System
JP2011166968A (en) * 2010-02-10 2011-08-25 Toshiba Corp Measure against inductive interference in vehicular power converter

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