CN104379388B - 电驱动的轨道车辆 - Google Patents

Abstract

电驱动的轨道车辆（1），包括至少一个被布置在车辆底盘范围内的集电器（2、3、4、5）和在所述集电器（2、3、4、5）与接线盒（11）之间的电线路（9、10），其中在所述电线路（9、10）的分布中分别布置有电流测量装置（6、7），所述电流测量装置确定在电线路（9、10）中流动的电流并且将与电流强度（i1、i2）相应的信号传送到分析装置（8）。

Description

电驱动的轨道车辆

技术领域

本发明涉及一种电驱动的轨道车辆。

背景技术

短途交通轨道车辆、特别是地铁很经常地通过被布置在车辆底盘附近的集电器得到电能，所述集电器借助有弹性的滑块从被布置在铁轨旁边的汇流排（“3.轨道”）接收能量。在具有在车辆底盘范围内的集电器的这些轨道车辆中，很经常地设置有多个这种集电器，因为一方面由此分配电功率并且各个集电器分别必然传输较少的功率，另一方面由于一般有中断的汇流排而需要设置多个电流消耗位置，以便可以桥接这些空隙，使得车辆在整个路段上被供电。如果一个集电器缺失（例如破裂或以其它方式被损坏），那么由此也可以继续运行车辆。在此电能通过剩余的集电器被输送。该运行状态对于电气装置、特别是集电器到母线的线路是不利的，因为所述电气装置遭受持久地提高的负荷。该运行状态对于驾驶人员不是轻而易举地可以看出的，因为行驶特性由此不改变并且目前没有用于该缺陷的报警装置。另外的、特别是存在于地铁中的问题是地铁网通常利用直流电来运行。该直流电借助电子整流器由一般的能量供应网产生，其中这些整流器一般是不能反馈的。如果在这样的地铁路段上运行现代的能反馈的车辆，那么只有当能够消耗反馈的能量的耗电器同时是激活的时候才可以得到优点。多余的、通过制动过程所产生的电能必然在以下的情况下在制动电阻中被转化为热量，即该电能不被在相同时刻加速的车辆所需。这种低效率导致另外的缺点、如隧道的过度加热和对车厢或车站的提高的冷却需求。减少这些缺点部分地成功，其中行驶运行的总体控制可以将此考虑进来。例如在此可以延迟一车辆的开动直至另外的车辆制动以便这样地减少总能量需求。然而，不可能在行驶运行中查明各个车辆的精确的功率值，必要时驱动变流器可以向车辆控制器报告其当前功率值。然而，这对于整个行驶运行的优化是不够的。

发明内容

因此本发明所基于的任务是，说明一种电驱动的轨道车辆，该轨道车辆的总的能量消耗或能量产生在行驶运行中是可确定的并且该轨道车辆提供集电器失效报警。

该任务通过根据本发明的电驱动的轨道车辆来解决。

根据本发明的基本思想描述一种电驱动的轨道车辆，该轨道车辆包括至少一个被布置在车辆底盘范围内的集电器和在集电器与接线盒之间的电线路，其中在电线路的分布中布置有电流测量装置，该电流测量装置确定在线路中流动的电流并且将与电流强度相应的信号传送到分析装置。

由此可以实现以下优点，即在轨道车辆的运行期间可以连续地确定轨道车辆的当前电流以及因此功率消耗或功率输出。在此特别有利的是，电功率通过在一个或多个馈入位置处的测量实现，由此可以实现比通过在驱动变流器处通常存在的电流测量显著更高的检测精确度。通过在馈入位置处的检测，也可以检测辅助驱动（例如空调或压缩空气压缩机）和车辆照明的功率消耗。

根据本发明，电流测量装置被布置到集电器和接线盒（或接线点）之间的电线路中，该电流测量装置探测在该线路中流动的电流。为此，一方面可以使用常见的、适用于轨道车辆的电流转换器，另一方面对于直流电压运行的铁路（例如地铁）需要直流电压转换器。将该电流测量装置设置在该位置处是重要的，以便可以确定该轨道车辆的总的能量消耗或能量输出。这样保证，轨道车辆车载的其它的耗电器被包含到测量中。

本发明的一种实施方式规定，给每个集电器分别分配一个电流测量装置，该电流测量装置确定流经相应集电器的电流。

本发明的另一种实施方式规定，分别给在车辆纵向侧上相对的集电器配备共同的线路并且利用电流测量装置确定在该共同的线路中流动的电流。由此可以实现以下优点，即可以实现器件的节省。这特别是在将集电器布置在转向架处的情况下是有利的，因为这样只需要在可移动的转向架和电线路的在车体处固定安装的部分之间的灵活的线路连接。

由一个或多个电流测量装置所检测的电流被引导到分析装置，其中与所检测的电流强度成比例的信号被传送到该分析装置。在此一般需要的电势分离和足够的隔离通过适合于铁路的电流测量装置（电流转换器）的设计来保障。分析装置由被传送到该分析装置的电流测量值以及铁路能量供应的当前的电压值来确定轨道车辆的瞬时电功率消耗或车辆的反馈的制动电能。

在本发明的另外的改进方案中设置有车辆控制器，该车辆控制器实行上级的控制任务。该车辆控制器被结合到运行控制系统中，该运行控制系统控制整个铁路运行并且该运行控制系统将各个车辆的当前的位置、行驶状态（速度、加速度、装载等等）、能量消耗或能量输出作为用于在遵循行驶计划的情况下能量最优地控制行驶运行的输入参量。例如一辆列车从停车站的驶出在另外的车辆马上就要驶入停车站以前时可以在短时间内被延迟，使得停车的车辆的制动电能可以被用于加速开动的车辆。

由此可以实现整个铁路网的峰值能量消耗的显著减少，由此可以更小并且因此成本更低地确定相应的供电装置（变压器、整流器）的尺寸。

本发明的另一种有利的特性在于集电器失效的简单的可识别性。轨道车辆的总能量需求也可以在集电器损坏（断裂）的情况下由一个或多个剩余的集电器来传输。然而，在此出现该集电器和电线路的较大的升温，这减少这些器件的寿命。因此集电器的失效的识别是重要的。同样，集电器的有缺陷地或不想要地被执行的下沉（从汇流排分离）可能导致剩余的集电器的过负荷。根据现有技术，为了识别该运行状态可以在集电器处设置终端开关，所述终端开关检测集电器的位置（接触或下沉）。然而，这样的终端开关遭受环境条件并且需要特定的维护。

根据本发明，电驱动的轨道车辆配备有集电器失效识别，该集电器失效识别可以无需可移动的、维护密集的并且承受磨损的器件而识别集电器的失效。对此，分析装置配备有比较装置，该比较装置比较在到集电器的各个线路中流动的电流。如果在此出现差别，该差别在确定的（较长的）时间段上存在，并且其中到确定的集电器的电流具有值零，那么分析装置探测到该集电器的失效。该确定的、较长的时间段（典型地几秒）是重要的，以便避免错误输出，因为在汇流排的过渡位置处出现电流输送的短时间的中断并且该情况应该不导致错误的警告。

特别值得推荐的是，向车辆控制器报告所识别的集电器失效，因为该车辆控制器可以由此避免确定的运行状态，所述运行状态可能对于剩余的集电器是有害的。特别是在此可以避免满载的轨道车辆的最大加速。

随着使用本发明一方面实现简单并且可靠地识别一个（或多个）集电器的失效，使得车辆可以保持在使用中直至合适的修理时间点并且却不超出电和热运行极限。另一方面，根据本发明的轨道车辆由于实时地提供精确的功率值能够实现铁路网的能量消耗优化的运行。

附图说明

图1示例性地示出电驱动的轨道车辆、能量供应。

图2示例性地示出铁路网、功率消耗。

图3示例性地示出借助电流测量的集电器失效识别。

具体实施方式

图1示例性地并且示意性地示出电驱动的轨道车辆的能量供应的框图。轨道车辆1具有两个转向架，其中每个转向架在两侧各布置有一个集电器2、3、4、5。到第一转向架的集电器2、3的电线路在第一转向架的范围内相互连接并且电线路9从该连接点通向接线盒11。该接线盒11包括母线，在该母线处所有的引线被联合并且由该母线给耗电器供电。到第二转向架的集电器4、5的线路同样在第二转向架的范围内相互连接并且电线路10从该连接点通向接线盒11。在线路9、10的分布中分别布置有电流测量装置6、7，该电流测量装置确定在线路6、7中流动的电流并且将与该电流成比例的信号传送到分析装置8。该分析装置8与车辆控制器12处于连接中并且将由电流测量装置6、7所测量的电流值或相应的电功率传送给该车辆控制器。

图2示例性地并且示意性地示出铁路网的馈电段的功率消耗的分布。示出了电功率P关于时间t的时间分布。第一功率分布p1是在运行根据现有技术的轨道车辆的情况下的分布。分布p1示出高的、如例如在多个车辆同时开动的情况下出现的消耗峰值。第二功率分布p2示出通过使用根据本发明的轨道车辆而优化的功率消耗。由于所有位于馈电段中的车辆的加速和制动过程之间的由此实现的协调，可以实现明显更小的峰值负载。

图3示例性地并且示意性地示出借助电流测量的集电器失效识别。示出了电流强度I关于时间t的分布。电气设备对应于在图1中所示出的轨道车辆1。总电流强度I对应于电流i1和i2的和，其中i1是到第一转向架的线路中的电流并且i2是到第二转向架的电流。在此，为了简化，电流i1和i2被假定为分别相同大。在所考虑的时间段中的所示出的示例性的分布中，电流消耗首先下降地、随后恒定地并且此后（由于制动过程）以负的符号（反馈到电网中）恒定地延伸。此后跟随着没有电流消耗的时间段（在停车站停留）。在随后的加速阶段期间，在时间点ta实现第二转向架的集电器的失效，因此电流强度i2立刻下降到值零并且在该值零上保持不变。因此在时间点ta第一转向架的集电器承担总的电功率，由此电流i1加倍。轨道车辆1可以执行随后的行驶周期，然而以第一转向架的集电器的强的负荷执行。第二转向架的电流i2到值零的突然下降和特别是在该值零上的保持不变用于探测该集电器的失效。

附图标记列表

1 轨道车辆

2 第一转向架右侧的集电器

3 第一转向架左侧的集电器

4 第二转向架右侧的集电器

5 第二转向架左侧的集电器

6 第一转向架的电流测量装置

7 第二转向架的电流测量装置

8 分析装置

9 第一转向架的电线路

10 第二转向架的电线路

11 接线盒

12 车辆控制器

P 电功率

t 时间

p1 馈电段的功率分布

p2 优化的馈电段的功率分布

I 电流强度

i1 第一转向架的电流强度

i2 第二转向架的电流强度

ta 失效时间点。

Claims (7)

1.电驱动的轨道车辆（1），包括至少一个被布置在车辆底盘范围内的集电器（2、3、4、5）和在所述集电器（2、3、4、5）与接线盒（11）之间的电线路（9、10），在所述电线路（9、10）的分布中分别布置有电流测量装置（6、7），所述电流测量装置确定在电线路（9、10）中流动的电流并且将与电流强度（i1、i2）相应的信号传送到分析装置（8）并且所述分析装置（8）将与被所述电流测量装置（6、7）确定的电流成比例的信号连续地传送到车辆控制器（12），其特征在于，所述车辆控制器（12）将传送到所述车辆控制器的、与所述电流成比例的信号用于计划行驶运行。

2.根据权利要求1所述的电驱动的轨道车辆（1），其特征在于，所述车辆控制器（12）将传送到所述车辆控制器的、与所述电流成比例的信号用于确定加速和制动阶段。

3.根据权利要求1或2所述的电驱动的轨道车辆（1），其特征在于，所述分析装置（8）在超出确定的电流强度（i1、i2）的情况下将表明所述超出的报警信号传送到车辆控制器（12）。

4.根据权利要求3所述的电驱动的轨道车辆（1），其特征在于，所述车辆控制器（12）包括到中央运行控制器的数据连接并且通过所述数据连接将所述轨道车辆（1）的当前功率消耗传送到所述中央运行控制器。

5.根据权利要求4所述的电驱动的轨道车辆（1），其特征在于，所述车辆控制器（12）通过所述到中央运行控制器的数据连接获得用于控制所述轨道车辆（1）的驱动的预先规定。

6.根据权利要求5所述的电驱动的轨道车辆（1），其特征在于，所述预先规定是被传送的最大加速和延迟值。

7.根据权利要求1或2所述的电驱动的轨道车辆（1），其特征在于，所述电流测量装置（6、7）被实施为直流转换器。