用于電力推進(jìn)車輛的電力供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于電力推進(jìn)車輛(1)的電力供電系統(tǒng)，該電力推進(jìn)車輛具有牽引單元和電連接構(gòu)件(14)并沿運(yùn)行軌道(2)行駛。該系統(tǒng)包括外部供電區(qū)域(20)，其具有沿運(yùn)行軌道延伸以與電連接構(gòu)件連接的供電線；和自主供電區(qū)域(22)，其位于沿運(yùn)行軌道的外部供電區(qū)域之后，其中車輛由自主供電設(shè)備供電。供電線包括主區(qū)段(26)，其具有第一末端(32)。供電線還包括終端區(qū)段(28)，其至少在主區(qū)段的第一末端和自主供電區(qū)域(22)之間的外部供電區(qū)域(20)中沿運(yùn)行軌道(2)延伸，以與電連接構(gòu)件連接，并且具有第二末端(34)；和二極管(30)，電連接主區(qū)段的第一末端和終端區(qū)段的第二末端并且設(shè)計(jì)成使電流(IL)從主區(qū)段流至終端區(qū)段。
【專利說明】
用于電力推進(jìn)車輛的電力供電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電力推進(jìn)車輛的電力供電系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種當(dāng)車輛從外部供電區(qū)域朝著自主供電區(qū)域行駛或從自主供電區(qū)域朝著外部供電區(qū)域行駛時(shí)控制上述類型的電力供電系統(tǒng)的方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]在車輛供電領(lǐng)域，特別是對(duì)于電力推進(jìn)車輛，已知車輛具有諸如電池組或某些電容器之類的額自主供電設(shè)備、諸如受電弓之類的電連接構(gòu)件以及將受電弓和蓄電池電連接至該車輛的電機(jī)處的供電總線。
[0004]因此，已知采用一種包括外部供電和自主供電區(qū)域的電力供電系統(tǒng)。在外部供電區(qū)域，該車輛由諸如懸鏈線之類的外部供電基礎(chǔ)設(shè)施供電。受電弓實(shí)現(xiàn)了懸鏈線和車輛的供電總線之間的電接觸。一旦受電弓連接至懸鏈線，懸鏈線和車輛的供電總線之間就有電流流動(dòng)。
[0005]相反，當(dāng)車輛處于自主供電區(qū)域時(shí)，該車輛由自主供電設(shè)備供電。
[0006]然而，當(dāng)車輛從一個(gè)供電區(qū)域行駛至另一個(gè)供電區(qū)域時(shí)，特別是在受電弓與懸鏈線連接或斷開的時(shí)刻，由于在懸鏈線和受電弓之間流動(dòng)的電流沒有立即消失，因此懸鏈線和受電弓之間產(chǎn)生電弧。應(yīng)避免懸鏈線和受電弓之間產(chǎn)生的電弧，這是因?yàn)殡娀】蓪?duì)懸鏈線和受電弓造成損害，并且導(dǎo)致產(chǎn)生顯著的電磁噪聲。
[0007]正如W0-A-2011/147708中所述，因而傾向于為車輛的供電總線配備諸如二極管之類的電保護(hù)設(shè)備，該電保護(hù)設(shè)備使得電流僅從受電弓流至車輛的供電總線。換句話說，安裝在車輛的供電總線上的二極管被懸鏈線的電流連續(xù)不斷地穿過以進(jìn)行供電。
[0008]這種方法導(dǎo)致一些技術(shù)上的不便。首先，二極管需要通過放置在車輛中的合適系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)冷卻以保持適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?。其次，二極管阻礙從供電總線流向懸鏈線的任何電流，這意味著無法進(jìn)行電制動(dòng)再生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種新型電力供電系統(tǒng)來尤其彌補(bǔ)這一缺陷，該電力供電系統(tǒng)最終抑制了電弧產(chǎn)生并允許電制動(dòng)再生。
[0010]為了這個(gè)目的，本發(fā)明涉及一種用于電力推進(jìn)車輛的電力供電系統(tǒng)，該電力推進(jìn)車輛具有牽引單元和電連接構(gòu)件并且沿運(yùn)行軌道行駛，該系統(tǒng)包括:
[0011]-外部供電區(qū)域，其具有沿運(yùn)行軌道延伸以與電連接構(gòu)件連接的供電線，該供電線連接至供電基礎(chǔ)設(shè)施；
[0012]-自主供電區(qū)域，其沿運(yùn)行軌道位于外部供電區(qū)域后方，其中，車輛由自主供電設(shè)備供電，
[0013]供電線包括主區(qū)段，其具有第一末端；
[0014]外部供電系統(tǒng)的特征在于，該供電線還包括:
[0015]-終端區(qū)段，其至少在主區(qū)段的第一末端和自主供電區(qū)域之間的外部供電區(qū)域中沿運(yùn)行軌道延伸，以與電連接構(gòu)件連接，并且具有第二末端；
[0016]- 二極管，其電連接主區(qū)段的第一末端和終端區(qū)段的第二末端并且設(shè)計(jì)成使電流從主區(qū)段流至終端區(qū)段。
[0017]由于本發(fā)明，二極管直接安裝在供電線上，并在僅當(dāng)電連接構(gòu)件連接至終端區(qū)段時(shí)在有限時(shí)間段內(nèi)有電流流過。而且，能夠沿供電線的主區(qū)段進(jìn)行電制動(dòng)再生。因此，該供電系統(tǒng)不需要二極管專用的冷卻系統(tǒng)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的有利的但非強(qiáng)制性的進(jìn)一步方面，該電力供電系統(tǒng)可將以下特征中的一個(gè)或多個(gè)包含在任何可接受的配置中:
[0019]-主區(qū)段的第一末端和終端區(qū)段的第二末端沿運(yùn)行軌道的方向在過渡部分上部分地重疊，并且供電線針對(duì)由電連接構(gòu)件在主區(qū)段的第一末端和終端區(qū)段的第二末端之間短路的二極管來設(shè)計(jì)。
[0020]-除了主區(qū)段和連接構(gòu)件之外，終端區(qū)段被隔離(isolate)，并且其具有浮動(dòng)電壓。
[0021]-所述電力供電系統(tǒng)包括檢測(cè)單元，其設(shè)計(jì)為及時(shí)預(yù)測(cè)車輛的電連接構(gòu)件沿供電線的位置。
[0022]-電力供電系統(tǒng)包括:
[0023]-用于當(dāng)車輛的電連接構(gòu)件從外部供電區(qū)域連接至終端區(qū)段時(shí)相對(duì)于供電線的輸出電壓驅(qū)動(dòng)自主供電設(shè)備的輸出電壓的裝置，
[0024]-用于將車輛的連接構(gòu)件僅從供電線的終端區(qū)段斷開的裝置。
[0025]-所述電力供電系統(tǒng)包括:用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件處于終端區(qū)段中并且車輛處于由車輛的牽引單元將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的牽引模式中時(shí)將自主供電設(shè)備的輸出電壓設(shè)置為高于供電線的輸出電壓的裝置；
[0026]-電力供電系統(tǒng)包括:
[0027]-用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件處于終端區(qū)段的前面時(shí)將自主供電設(shè)備的輸出電壓設(shè)置為低于供電線的輸出電壓的裝置;和
[0028]-用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件處于終端區(qū)段中時(shí)將自主供電設(shè)備的輸出電壓設(shè)置為高于供電線的輸出電壓的裝置；
[0029]當(dāng)車輛處于制動(dòng)模式中時(shí)，車輛的牽引單元將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能；
[0030]-電力供電系統(tǒng)包括:
[0031]-用于僅將車輛的連接構(gòu)件僅連接至供電線的終端區(qū)段處的裝置，
[0032]-用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件從自主供電區(qū)域連接至終端區(qū)段時(shí)相對(duì)于供電線的輸出電壓驅(qū)動(dòng)車輛的自主供電設(shè)備的輸出電壓；
[0033]-所述電力供電系統(tǒng)包括:用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件處于終端區(qū)段中并且車輛處于由車輛的牽引單元將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的牽引模式時(shí)將自主供電設(shè)備的輸出電壓設(shè)置為低于供電線的輸出電壓的裝置；
[0034]-電力供電系統(tǒng)包括:
[0035]-用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件處于主區(qū)段的前面時(shí)將自主供電設(shè)備的輸出電壓設(shè)置為低于供電線的輸出電壓的裝置，
[0036]-用于當(dāng)車輛的連接構(gòu)件處于主區(qū)段中時(shí)將自主供電設(shè)備的輸出電壓設(shè)置為高于供電線的輸出電壓的裝置，
[0037]當(dāng)車輛處于制動(dòng)模式中時(shí)，車輛的牽引單元將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。
【附圖說明】
[0038]根據(jù)以下作為說明示例而非限制本發(fā)明的范圍的描述并結(jié)合附圖，將更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
[0039]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電力推進(jìn)車輛的示意圖，該電力推進(jìn)車輛位于運(yùn)行軌道上并且連接至電力供電系統(tǒng)的供電線；
[0040]圖2是當(dāng)車輛沿運(yùn)行軌道從電力供電系統(tǒng)的外部供電區(qū)域朝著自主供電區(qū)域行駛時(shí)圖1中的車輛和電力供電系統(tǒng)的鳥瞰示意圖；
[0041]圖3是兩個(gè)供電電壓的圖示，這兩個(gè)供電電壓與按照?qǐng)D2行駛并處于牽引模式中的車輛的電連接構(gòu)件的供電線上的位置有關(guān)；
[0042]圖4是當(dāng)車輛處于制動(dòng)模式時(shí)與圖3類似的圖示；
[0043]圖5是當(dāng)車輛從自主供電區(qū)域朝著外部供電區(qū)域行駛時(shí)與圖2類似的示意圖；
[0044]圖6是與圖3類似的圖示，此時(shí)車輛按照?qǐng)D5行駛并處于牽引模式，兩個(gè)供電電壓符合第一情況；
[0045]圖7是與圖6類似的圖示，兩個(gè)供電電壓符合第二情況；
[0046]圖8是當(dāng)車輛處于制動(dòng)模式時(shí)與圖6類似的圖示；以及
[0047]圖9是與圖7類似的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0048]圖1示出了諸如鐵路車輛之類的電力推進(jìn)車輛I，例如火車或有軌電車，其設(shè)計(jì)成沿運(yùn)行軌道2行駛。車輛I包括底盤3、電機(jī)4、牽引單元5、多個(gè)軌道車輪6、供電總線8和外部線9。而且，自主供電設(shè)備10、電流傳感器11和控制單元12位于車輛I內(nèi)，并且如下所述作為供電系統(tǒng)的一部分。最后，該車輛I包括電感器13和電連接構(gòu)件14。
[0049]底盤3由車輪6相對(duì)于地面G進(jìn)行支撐，這些車輪6中的兩個(gè)在圖1中可見。因此，底盤3表示車輛I的電能質(zhì)量(electric mass)或零參考電壓。
[0050]電機(jī)4例如是可逆電機(jī)并且與電再生制動(dòng)匹配。換句話說，當(dāng)車輛I處于牽引模式時(shí)，電機(jī)4吸收電能;并且當(dāng)車輛處于制動(dòng)模式時(shí)，電機(jī)4提供電能。因此，電機(jī)4機(jī)械連接至車輛I的車輪6上，并且設(shè)計(jì)成當(dāng)車輛處于牽引模式時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為車輪6的動(dòng)能，并且反之當(dāng)車輛處于制動(dòng)模式時(shí)將車輪6的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。電機(jī)4例如是交流三相電機(jī)。
[0051]牽引單元5連接至電機(jī)4，并且設(shè)計(jì)成向電機(jī)4提供電能或從電機(jī)4收集電能。特別是，在牽引模式中，牽引單元5設(shè)計(jì)成將直流電流轉(zhuǎn)換成電機(jī)4的交變電流。
[0052]相反，在制動(dòng)模式中，牽引單元5還設(shè)計(jì)成將來自電機(jī)4的電能提供給自主供電設(shè)備1。特別是，牽引單元5設(shè)計(jì)成將電機(jī)4產(chǎn)生的交變電流轉(zhuǎn)換成直流電流。
[0053]牽引單元5例如是電力逆變器。
[0054]供電總線8將牽引單元5電連接至外部線9并連接至自主供電設(shè)備10。供電總線8則設(shè)計(jì)成上電到由外部線9、設(shè)備10或牽引單元5提供的電壓電位。換句話說，總線8設(shè)計(jì)成將直流電流傳輸至牽引單元5或從牽引單元5傳輸出直流電流。供電總線8還將牽引單元5和設(shè)備10連接至車輛的底盤3，從而確保任何電流接地。
[0055]自主供電設(shè)備10設(shè)計(jì)成在牽引模式中將電能提供給牽引單元5，或在制動(dòng)模式中存儲(chǔ)由牽引單元5提供的電能或通過外部線9提供的電能。特別是，設(shè)備10能夠在供電總線8上產(chǎn)生輸出電壓VA，從而產(chǎn)生直流電Ia并將其傳輸至牽引單元5。輸出電壓Va具有可變值。
[0056]自主供電設(shè)備10具有例如蓄電池或某些電容器。
[0057]電流傳感器11設(shè)計(jì)成測(cè)量流入外部線9的直流電并向控制單元12提供電流傳感器11是否測(cè)量電流的信息。
[0058]控制單元12設(shè)計(jì)成從電流傳感器11接收流入外部線9的電流的信息?？刂茊卧?2還設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)和設(shè)置自主供電設(shè)備10的輸出電壓VA，盡管在牽引模式中將直流電Ia提供給牽引單元5并取決于受電弓14沿供電線16的的位置以及車輛I沿運(yùn)行軌道2的位置和方向?？刂茊卧?2通過接通或切斷一個(gè)或多個(gè)變阻器斬波器(附圖中未示出)來設(shè)置輸出電壓Va。由控制單元12所設(shè)置的輸出電壓Va低于500ms，通常介于200ms和300ms之間。
[0059]電感器13串聯(lián)至外部線9，并且設(shè)計(jì)成使通過外部線9的涌流衰減。因此，外部線9設(shè)計(jì)成將電連接構(gòu)件14電連接至供電總線8。
[0060]電連接構(gòu)件14例如是受電弓并位于車輛I的頂蓋上。受電弓14設(shè)計(jì)成由車輛I的駕駛員機(jī)械地控制。特別是，受電弓14可借助于位于車輛I的頂蓋上并由車輛I的駕駛員電控制的機(jī)械單元15升起或降下。
[0061 ]當(dāng)受電弓14被升起時(shí)，受電弓設(shè)計(jì)成將供電線16電連接至車輛I的外部線9。供電線16在車輛I的外部并是電力供電系統(tǒng)18的一部分。
[0062]電力供電系統(tǒng)18設(shè)計(jì)成借助于自主供電設(shè)備10和控制單元12或供電線16向牽引單元5提供直流電流。電力供電系統(tǒng)18包括外部供電區(qū)域20和自主供電區(qū)域22。根據(jù)車輛I沿運(yùn)行軌道2的方向，區(qū)域20和22互相銜接。
[0063]外部供電區(qū)域20包括供電線16和供電基礎(chǔ)設(shè)施24。
[0064]供電線16沿運(yùn)行軌道2延伸以與受電弓14連接，并且連接至供電基礎(chǔ)設(shè)施24。
[0065]基礎(chǔ)設(shè)施24設(shè)計(jì)成向供電線16提供電能。特別是，基礎(chǔ)設(shè)施24設(shè)計(jì)成在供電線16上產(chǎn)生輸出電壓Vl。輸出電壓Vl具有標(biāo)準(zhǔn)值，該標(biāo)準(zhǔn)值例如等于或接近于750V。輸出電壓Vl設(shè)計(jì)成僅當(dāng)受電弓14連接至供電線16時(shí)生成直流電流U。換句話說，當(dāng)受電弓14連接至輸出電壓Vl下的供電線16時(shí)，直流電流Il流入供電線16，被受電弓14吸收并且被傳輸至牽引單
5 ο
[0066]如圖2所示，供電線16包括主區(qū)段26、終端區(qū)段28和二極管30。因此，主區(qū)段26、終端區(qū)段28和二極管30位于外部供電區(qū)域20內(nèi)。
[0067]主區(qū)段26沿運(yùn)行軌道2延伸以與受電弓14連接并且具有第一末端32。主區(qū)段26在基礎(chǔ)設(shè)施24產(chǎn)生的、供電線16的輸出電壓Vl下永久地上電。
[0068]終端區(qū)段28沿運(yùn)行軌道2延伸以與受電弓14連接，并且具有第二末端34。終端區(qū)段28具有浮動(dòng)電壓并且除了主區(qū)段26和受電弓14之外都被隔離。因此，僅主區(qū)段26和受電弓14代表終端區(qū)段28的電壓源。
[0069]主區(qū)段26的第一末端32和終端區(qū)段28的第二末端34著運(yùn)行軌道2的方向部分重疊，從而限定了在外部供電線20上的過渡部分36。
[0070]二極管30設(shè)計(jì)成電連接主區(qū)段26和終端區(qū)段28并且使任何從主區(qū)段26流至終端區(qū)段28的電流流過。特別是，二極管30連接在主區(qū)段26的第一末端32和終端區(qū)段28的第二末端34之間。沿供電線16從主區(qū)段26朝著終端區(qū)段28的方向上，由于末端32和末端34重疊，二極管30被逆向設(shè)置。
[0071]然后，二極管30設(shè)置成在主區(qū)段26的第一末端32和終端區(qū)段28的第二末端34之間被受電弓14短路。
[0072]電力供電系統(tǒng)18還包括檢測(cè)單元38和發(fā)射器單元40。
[0073]發(fā)射器單元40以與過渡部分36和終端區(qū)段28已知距離的方式放置在區(qū)域20內(nèi)。發(fā)射器單元40設(shè)計(jì)發(fā)射無線電信號(hào)，該無線電信號(hào)標(biāo)記處發(fā)射器單元40沿區(qū)域20的存在。
[0074]檢測(cè)單元38位于車輛I內(nèi)并且設(shè)計(jì)成接收來自發(fā)射器單元40的無線電信號(hào)。檢測(cè)單元38具有發(fā)射器單元40和過渡部分36之間的距離的數(shù)據(jù)并且具有發(fā)射器單元40和終端區(qū)段28之間的距離的數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)單元38接收來自發(fā)射器單元40的無線電信號(hào)時(shí)，檢測(cè)單元38設(shè)計(jì)成對(duì)受電弓14沿供電線16相對(duì)于發(fā)射器單元40的位置進(jìn)行計(jì)算，并且因此對(duì)受電弓14沿供電線16相對(duì)于過渡部分36和終端區(qū)段28的位置進(jìn)行計(jì)算。而且，檢測(cè)單元38具有車輛I的速度的數(shù)據(jù)。眾所周知，已知受電弓14的位置和車輛I的速度，檢測(cè)單元38設(shè)計(jì)成及時(shí)預(yù)測(cè)受電弓14沿著線16的位置。特別是，檢測(cè)單元38能夠預(yù)測(cè)受電弓14進(jìn)入或離開過渡部分36和終端區(qū)段28的時(shí)刻。
[0075]當(dāng)車輛I處于自主供電區(qū)域22中時(shí)，自主供電設(shè)備10以直流電流Ia形式為牽引單元5供電。特別是，電流傳感器11測(cè)出外部線9上沒有電流并且將此信息傳遞給控制單元12。然后，控制單元12將設(shè)備10的輸出電壓Va設(shè)置為輸出電壓I所設(shè)置的電壓標(biāo)準(zhǔn)值，使得牽引單元5由設(shè)備10很好地供電。
[0076]以下針對(duì)四種不同的運(yùn)行情況對(duì)電力供電系統(tǒng)18的運(yùn)行進(jìn)行描述。
[0077]在圖2和圖3所示的第一運(yùn)行情況下，車輛I處于牽引模式，牽引模式意味著向牽引單元5提供能量以驅(qū)動(dòng)車輛I。車輛I位于外部供電區(qū)域20內(nèi)。受電弓14被升起并且僅連接至供電線16的主區(qū)段26處。而且，車輛I朝終端區(qū)段28行駛，并且因此，朝自主供電區(qū)域22行駛。由于車輛I處于牽引模式，直流電流Il被受電弓14吸收。
[0078]由于電流傳感器11檢測(cè)到流過外部線9的電流，控制單元12將設(shè)備10的輸出電壓Va設(shè)置在低于輸出電壓Vl的值Vm處。因此，設(shè)備10正在從總線8收集電流以用于充電。
[0079]如上所述，供電線16的輸出電壓Vl生成直流電流Il，該直流電流Il被受電弓14吸收并且通過外部線9和總線8傳輸至牽引單元5和設(shè)備10。
[0080]由于受電弓14吸收直流電流IL，諸如主區(qū)段26的一部分、二極管30和終端區(qū)段28之類相對(duì)于車輛I的行駛隨后會(huì)接觸受電弓14的供電線16的后續(xù)部分沒有直流電流U流過。
[0081]在車輛I的行駛中，檢測(cè)單元38接收來自發(fā)射器單元40的無線電信號(hào)并且計(jì)算受電弓14將離開過渡部分36的時(shí)刻。
[0082]在受電弓14進(jìn)入過渡部分的時(shí)刻，二極管30在主區(qū)段26的第一末端32和終端區(qū)段28的第二末端34之間被受電弓14短路。
[0083]因此，終端區(qū)段28的電壓為供電線16的輸出電壓Vl。
[0084]在受電弓14離開過渡部分36的時(shí)刻，二極管30不再被受電弓14短路。受電弓14現(xiàn)在連接至供電線16的終端區(qū)段28，并且由于輸出電壓Vl高于輸出電壓VA，供電線16的直流電流Il穿過二極管30，流入終端區(qū)段28并且被受電弓14吸收。
[0085]然而，在受電弓14離開過渡部分36的時(shí)刻，控制單元12開始改變自主供電設(shè)備10的輸出電壓Va。控制單元12將輸出電壓Va設(shè)置為等于或高于供電線16的輸出電壓Vl，如圖3所示。特別是，控制單元12在值Va2下設(shè)置輸出電壓VA，其高于電壓I。
[0086]此設(shè)置要求時(shí)間小于300ms。因此，當(dāng)供電線16的輸出電壓Vl仍然高于設(shè)備10的輸出電壓Va時(shí)，供電線16的直流電流Il流入終端區(qū)段28并且被受電弓14吸收，如上所述。
[0087]相反，當(dāng)設(shè)備10的輸出電壓Va等于或高于供電線16的輸出電壓Vl時(shí)，直流電流Il停止流動(dòng)。自主供電設(shè)備1的輸出電壓Va生成直流電流Ia，該直流電流IA朝著較低電壓電位，即牽引單元5流動(dòng)。由于采用了二極管30，直流電流Ia無法流過受電弓14回到供電線16并且阻止了自主供電設(shè)備10放電。然后，直流電流Ia僅被牽引單元5吸收。
[0088]當(dāng)受電弓14離開供電線16的終端區(qū)段28并進(jìn)入自主供電區(qū)域22時(shí)，沒有電流流過線16和受電弓14。因此，供電線16和受電弓14之間沒有電弧產(chǎn)生。
[0089]當(dāng)車輛I處于自主供電區(qū)域22時(shí)，車輛I的駕駛員控制機(jī)械單元15降下受電弓14。
[0090]在圖2和圖4所示的第二運(yùn)行情況下，車輛I處于制動(dòng)模式，制動(dòng)模式意味著牽引單元5產(chǎn)生電力。車輛I位于外部供電區(qū)域20內(nèi)。而且，車輛I朝著終端區(qū)段28行駛，并且因此，朝著自主供電區(qū)域22行駛。受電弓14被升起并且連接至供電線16的主區(qū)段26處。
[0091]由于車輛I處于制動(dòng)模式，牽引單元5產(chǎn)生電壓Vb并且供電總線8上電至電壓VB。因此，直流電流Ib在總線8內(nèi)產(chǎn)生，并且用于為自主供電設(shè)備10充電和/或通過受電弓14和供電線16被供電基礎(chǔ)設(shè)施24吸收。事實(shí)上，由于受電弓14與沒有二極管的主區(qū)段26接觸，電流可從受電弓14流到供電線16。供電總線8上的電壓Vb具有值Vb2，該值Vb2高于供電線16的輸出電壓Vl。
[0092]在車輛I的行駛中，檢測(cè)單元38接收來自發(fā)射器單元40的無線電信號(hào)并且計(jì)算受電弓14將離開過渡部分36的時(shí)刻。
[0093]然后，在受電弓14進(jìn)入過渡部分36之前，控制單元12開始改變供電總線8上的電壓Vb。特別是，控制單元12通過接通變阻器斬波器來將電壓Vb設(shè)置為值Vb1，該值Vb2低于供電線16的輸出電壓Vl。
[0094]由于輸出電壓Vb低于輸出電壓Vu直流電流U從供電線16通過受電弓14流向牽引單元5。換句話說，在進(jìn)入過渡部分36過程中或之前不久，即使在制動(dòng)模式下，向牽引單元5提供供電線16的直流電流IL，使得總線8上電至電壓Vl。
[0095]在受電弓14沿過渡部分36行駛的全部時(shí)間內(nèi)，控制單元12保持電壓Vb低于供電線16的輸出電壓Vl，使得總線8上電至電壓Vl。
[0096]如上所述，在沿過渡部分36行駛的過程中，二極管30被受電弓14短路。在受電弓14離開過渡部分36的時(shí)刻，二極管30不再被受電弓14短路，并且供電線16的直流電流Il穿過二極管30，流入終端區(qū)段28并被受電弓14吸收。
[0097]然而，在受電弓14離開過渡部分36的時(shí)刻，控制單元12開始改變供電總線8上的電壓Vb。特別是，控制單元12通過接通變阻器斬波器來將電壓Vb設(shè)置為值VB2，該值值Vb2高于供電線16的輸出電壓Vl。
[0098]當(dāng)供電線16的輸出電壓Vl仍然高于總線8上的電壓Vb時(shí)，供電線16的直流電流Il流過二極管30和終端區(qū)段28并且被受電弓14吸收。
[0099]相反，當(dāng)總線8上的電壓Vb最終高于供電線16的輸出電壓Vl時(shí)，直流電流Il停止流動(dòng)。牽引單元5向變阻器斬波器提供由電機(jī)4的電生成制動(dòng)過程產(chǎn)生的直流電流Ib。由于二極管30的存在，來自牽引單元5的直流電流Ib無法流過受電弓14回到供電線16。
[0100]當(dāng)受電弓14離開供電線16的終端區(qū)段28并進(jìn)入自主供電區(qū)域22時(shí)，沒有電流流過線16和受電弓14。因此，供電線16和受電弓14之間沒有電弧產(chǎn)生。
[0101]當(dāng)車輛I處于自主供電區(qū)域22時(shí)，車輛I的駕駛員控制機(jī)械單元15降下受電弓14。
[0102]在圖5、圖6和圖7所示的第三運(yùn)行情況下，車輛I處于牽引模式并且位于自主供電區(qū)域22內(nèi)。而且，車輛I朝著供電線16的終端區(qū)段28行駛，并且因此朝著外部供電區(qū)域20行駛。由于通過自主供電設(shè)備10向車輛I的牽引單元5提供直流電流Ia，受電弓14被降下。當(dāng)電流傳感器11檢測(cè)到外部線9中沒有電流并且供電線16的輸出電壓Vl的實(shí)際值未知時(shí)，控制單元12將自主供電設(shè)備1的輸出電壓Va設(shè)置為值Va3，該值Va3是例如等于900V的高電壓。因此，電壓Va3使得能夠提高供電系統(tǒng)18的效率。
[0103]由于車輛I正接近外部供電區(qū)域20，車輛I的駕駛員控制機(jī)械單元15升起受電弓
14。在車輛I的行駛中，檢測(cè)單元38接收來自發(fā)射器單元40的無線電信號(hào)并且計(jì)算受電弓14將與終端區(qū)段36接觸的時(shí)刻。
[0104]一旦受電弓14連接至供電線16的終端區(qū)段28，位于值Va3處的輸出電壓Va可高于或低于輸出電壓Vl。
[0105]如果電壓Va高于電壓I，則受電弓14和供電線16之間沒有電弧產(chǎn)生。然后，在受電弓14進(jìn)入過渡部分36之前，控制單元12開始改變輸出電壓VA。特別是，控制單元12將輸出電壓Va設(shè)置為高于電壓Vl的值Va2。
[0106]如果電壓Va低于電壓VL，則涌流在終端區(qū)段28中流動(dòng)并且被受電弓14吸收。電感器13充當(dāng)濾波器并且使涌流衰減。供電總線8內(nèi)的輸出電壓Va增加至輸出電壓Vl的電壓值。借助于變阻器斬波器，控制單元12將輸出電壓Va設(shè)置為值VA1，使得直流電流Il被受電弓14吸收。在供電總線8內(nèi)的輸出電壓Va的電壓峰值超過固定閾值Vt、例如11OOV的情況下，如圖7中的虛線所示，變阻器斬波器充當(dāng)過壓保護(hù)(crowbar)電路，以便將輸出電壓Va調(diào)節(jié)至值Vm。
[0107]當(dāng)供電線16的輸出電壓Vl變得高于設(shè)備10的輸出電壓Va并且受電弓14還沒有進(jìn)入過渡部分36時(shí)，供電線16的直流電流Il流過二極管30并且被受電弓14吸收。換句話說，車輛I的牽引單元5由供電線16供電。
[0108]當(dāng)受電弓14進(jìn)入過渡部分36時(shí)，二極管30被受電弓14短路并且二極管30使供電線16的直流電流IdI過。
[0109]當(dāng)受電弓14離開過渡部分36并且進(jìn)入主區(qū)段26時(shí)，供電線16的輸出電壓Vl總是高于設(shè)備10的輸出電壓Va，并且車輛I由供電線16供電。
[0110]在圖5、圖8和圖9所示的第四運(yùn)行情況下，車輛I處于制動(dòng)模式并且位于自主供電區(qū)域22內(nèi)。而且，車輛I朝著供電線16的終端區(qū)段28行駛，并且因此朝著外部供電區(qū)域20行駛。受電弓14被降下并且供電線16的輸出電壓I的真實(shí)值未知。由于車輛I處于制動(dòng)模式，牽引單元5產(chǎn)生電壓Vb并且供電總線8上電至電壓Vb。因此，直流電流Ib在總線8上生成并且用于為自主供電設(shè)備10充電。供電總線8上的電壓Vb具有值Vb3，該值Vb3為例如等于900V的高電壓。由于車輛I正接近外部供電區(qū)域20，車輛I的駕駛員控制機(jī)械單元15升起受電弓14。在車輛I的行駛中，檢測(cè)單元38接收來自發(fā)射器單元40的無線電信號(hào)并且計(jì)算受電弓14將與終端區(qū)段28接觸的時(shí)刻。
[0111]當(dāng)受電弓接觸到供電線16的終端區(qū)段28時(shí)，受電弓14和供電線16之間沒有電弧產(chǎn)生。
[0112]一旦受電弓14連接至供電線16的終端區(qū)段28，位于值Vb3處的輸出電壓Vb可高于或低于輸出電壓Vl。
[0113]如果電壓Vb高于電壓VL，受電弓14和供電線16之間沒有電弧產(chǎn)生，并且二極管30阻止直流電流Ib流回至供電線16。然后，在受電弓14進(jìn)入過渡部分36之前，控制單元12開始改變電壓Vb。特別是，控制單元12通過接通變阻器斬波器來將電壓Vb設(shè)置為值Vb1，該值Vb1低于供電線16的輸出電壓I。當(dāng)受電弓14進(jìn)入過渡部分36時(shí)，供電線16的輸出電壓Vl高于總線8上的電壓Vb，并且二極管30被受電弓14短路。供電線16的直流電流Il被受電弓14吸收。換句話說，即使在制動(dòng)模式下，車輛I的牽引單元5也由供電線16供電。在受電弓14離開過渡部分36的時(shí)刻，控制單元12開始改變供電總線8上的電壓Vb。特別是，控制單元12通過接通變阻器斬波器來將電壓Vb設(shè)置為值Vb2，該值Vb2高于供電線16的輸出電壓Vl。當(dāng)總線8上的電壓Vb高于供電線16的輸出電壓Vl時(shí)，直流電Il停止流動(dòng)。牽引單元5通過電機(jī)4的電生成制動(dòng)過程生成直流電流Ib。
[0114]如果電壓Vb低于電壓VL，涌流在終端區(qū)段28中流動(dòng)并且被受電弓14吸收。電感器13充當(dāng)濾波器并且使涌流衰減。供電總線8內(nèi)的輸出電壓Vb迅速增加至輸出電壓Vl的電壓值。借助于變阻器斬波器，控制單元12將輸出電壓Vb設(shè)置為值Vb1，使得直流電流Il被受電弓14吸收。當(dāng)受電弓14進(jìn)入過渡部分36時(shí)，供電線16的輸出電壓Vl高于總線8上的電壓VB，并且二極管30被受電弓14短路。供電線16的直流電Il被受電弓14吸收。
[0115]在受電弓14離開過渡部分36的時(shí)刻，控制單元12開始改變供電總線8上的電壓Vb。特別是，控制單元12通過接通變阻器斬波器來將電壓Vb設(shè)置為值VB2，該值Vb2高于供電線16的輸出電壓Vl。
[0116]在所有運(yùn)行情況下，當(dāng)電流U流過二極管時(shí)，這只持續(xù)很短的一段時(shí)間。然后，二極管30不需要任何冷卻系統(tǒng)或相適應(yīng)的預(yù)警設(shè)備。文中上述提到的運(yùn)行情況和實(shí)施例可被組合以便生成本發(fā)明的新的實(shí)施例和運(yùn)行情況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電力推進(jìn)車輛(I)的電力供電系統(tǒng)(18)，該電力推進(jìn)車輛(I)具有牽引單元(5)和電連接構(gòu)件(14)并且沿運(yùn)行軌道(2)行駛，所述系統(tǒng)包括: 外部供電區(qū)域(20)，其具有沿所述運(yùn)行軌道延伸以與所述電連接構(gòu)件(14)連接的供電線(16)，所述供電線(16)連接至供電基礎(chǔ)設(shè)施(24); 自主供電區(qū)域(22)，其沿所述運(yùn)行軌道位于所述外部供電區(qū)域后方，在該自主供電區(qū)域中，所述車輛由自主供電設(shè)備(10)供電， 所述供電線(16)包括主區(qū)段(26)，其具有第一末端(32); 所述外部供電系統(tǒng)的特征在于，所述供電線(16)還包括: 終端區(qū)段(28)，其至少在所述主區(qū)段(26)的所述第一末端(32)和所述自主供電區(qū)域(22)之間的所述外部供電區(qū)域(20)中沿所述運(yùn)行軌道(2)延伸，以與所述電連接構(gòu)件(14)連接，并且具有第二末端(34);和 二極管(30)，其電連接所述主區(qū)段的第一末端和所述終端區(qū)段的第二末端，并且設(shè)計(jì)成使得電流(Il)從所述主區(qū)段(26)流至所述終端區(qū)段(28)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述主區(qū)段(26)的第一末端(32)和所述終端區(qū)段(28)的第二末端(34)沿所述運(yùn)行軌道(2)的方向在過渡部分(36)上部分重疊，并且所述供電線(16)被設(shè)計(jì)用于由所述電連接構(gòu)件(14)在所述主區(qū)段的第一末端和所述終端區(qū)段的第二末端之間對(duì)所述二極管(30)短路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，除了所述主區(qū)段(26)和所述電連接構(gòu)件(14)之外，所述終端區(qū)段(28)被隔離，并且其具有浮動(dòng)電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括檢測(cè)單元(38)，所述檢測(cè)單元設(shè)計(jì)為及時(shí)預(yù)測(cè)所述車輛的所述電連接構(gòu)件(14)沿所述供電線(16)的位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括: 用于當(dāng)所述車輛的所述電連接構(gòu)件(14)從所述外部供電區(qū)域(20)連接至所述終端區(qū)段(28)時(shí)，相對(duì)于所述供電線(16)的輸出電壓(I)驅(qū)動(dòng)所述車輛(I)的所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓(VA，VB)的裝置(12); 用于將所述車輛的所述連接構(gòu)件僅從所述供電線的所述終端區(qū)段(28)斷開的裝置(15)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括: 用于當(dāng)所述車輛(I)的所述電連接構(gòu)件(14)處于所述終端區(qū)段(28)中并且所述車輛處于由所述車輛的牽引單元(5)將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的牽引模式中時(shí)，將所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓(Va)設(shè)置為高于所述供電線(16)的輸出電壓(Vl)的裝置(12)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括: 用于當(dāng)所述車輛(I)的所述電連接構(gòu)件(14)處于所述終端區(qū)段(28)之前時(shí)，將所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓(Vb)設(shè)置為低于所述供電線(16)的輸出電壓(Vl)的裝置(12); 用于當(dāng)所述車輛的所述電連接構(gòu)件(14)處于所述終端區(qū)段(28)中且所述車輛處于由所述車輛的牽引單元(5)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的制動(dòng)模式中時(shí)，將所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓設(shè)置為高于所述供電線(16)的輸出電壓的裝置(12)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括: 用于將所述車輛(I)的所述電連接構(gòu)件(14)僅連接至所述供電線(16)的所述終端區(qū)段(28)處的裝置(15); 用于當(dāng)所述車輛的所述電連接構(gòu)件(14)從所述自主供電區(qū)域(22)連接至所述終端區(qū)段(28)時(shí)，相對(duì)于所述供電線(16)的輸出電壓(I)驅(qū)動(dòng)所述車輛的所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓(VA，VB)的裝置(12)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括: 用于當(dāng)所述車輛(I)的所述電連接構(gòu)件(14)處于所述終端區(qū)段(28)中并且所述車輛處于由所述車輛的牽引單元(5)將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的牽引模式中時(shí)，將所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓(Va)設(shè)置為低于所述供電線(16)的輸出電壓(Vl)的裝置(12)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力供電系統(tǒng)包括: 用于當(dāng)所述車輛(I)的所述電連接構(gòu)件(14)處于所述主區(qū)段(26)之前時(shí)，將所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓(Vb)設(shè)置為低于所述供電線(16)的輸出電壓(VL)的裝置(12); 用于當(dāng)所述車輛的所述電連接構(gòu)件(14)處于所述主區(qū)段(26)中且所述車輛處于由所述車輛的牽引單元(5)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的制動(dòng)模式中時(shí)，將所述自主供電設(shè)備(10)的輸出電壓設(shè)置為高于所述供電線(16)的輸出電壓的裝置(12)。
【文檔編號(hào)】B60L9/22GK106064567SQ201610249271
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日 公開號(hào)201610249271.X, CN 106064567 A, CN 106064567A, CN 201610249271, CN-A-106064567, CN106064567 A, CN106064567A, CN201610249271, CN201610249271.X
【發(fā)明人】達(dá)維德·巴利尼, 米歇爾·羅西托
【申請(qǐng)人】阿爾斯通運(yùn)輸科技公司