用于轨道车辆的功率管理装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于轨道车辆(10)的功率管理装置，所述轨道车辆具有多个消耗器单元(20.1至20.10)，所述消耗器单元分别包括一个或多个电消耗器(22)并且通过多个功率供给单元(14.1，14.5，14.8，14.10)来供给，为了实现将功率管理策略简单地且灵活地匹配于可变的列车编组而提出：功率管理装置具有：一组局部的功率管理单元(28.1至28.10)，所述功率管理单元分别与至少一个消耗器单元(20.1至20.10)相关联；和车辆范围内的功率管理设备(30)，所述功率管理设备在运行时接收功率供给单元(14.1，14.5，14.8，14.10)的功率数据并且设置为用于至少基于所述功率数据与局部的功率管理单元(28.1至28.10)进行数据通信。
【专利说明】
用于轨道车辆的功率管理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于轨道车辆的功率管理装置，所述轨道车辆具有多个消耗器单
J Li ο
【背景技术】
[0002]安装在轨道车辆的车身上的电消耗器从所谓的车载电网中获取其电功率，所述车载电网是车辆范围内的电供给装置。用于供给被称为术语“辅助运行器”的消耗器的车载电网通常由多个辅助运行变流器(或者HBU)供给电能，所述电能从铁路电网供给装置获取。在现代的轨道车辆中多个辅助运行变流器同步地供给构成为三相电网的车载电网。
[0003]该辅助运行变流器由于技术和运营经济方面的原因通常设计为，所有同步的辅助运行变流器的总功率恰好相应于对于所有消耗器的运行而言必要的功率。如果在轨道车辆运行期间辅助运行变流器发生故障，那么所需要的消耗器功率超出最大可用的电功率。
[0004]为了实现轨道车辆以这种降低的功率运行，通常使用负载管理，所述负载管理与特定的列车配置或列车编组相配合。在这类“静态的”负载管理中，用于管理消耗器单元的功率的功率管理单元必须始终了解关于其它的消耗器单元的功率分配。因为该分配在很大程度上与列车配置相结合，所以这类功率管理策略在列车编组改变的情况下被匹配，这能够以显著的耗费来实现。
【发明内容】
[0005]本发明基于如下目的:提供一种用于轨道车辆的功率管理装置，所述轨道车辆具有多个消耗器单元，所述消耗器单元分别包括一个或多个电消耗器并且通过多个功率供给单元来供给，其中能够实现将功率管理策略简单且灵活地匹配于可变的列车编组。
[0006]对此提出:功率管理装置具有一组局部的功率管理单元和车辆范围内的功率管理设备，所述功率管理单元分别与至少一个消耗器单元相关联，所述功率管理设备在运行时接收功率供给单元的功率数据并且设置为用于基于功率数据与局部的功率管理单元进行数据通信。由此能够实现局部的消耗器单元的功率管理策略，所述功率管理策略在很大程度上与当前的列车配置不相关。功率管理有利地被分配到两个不同的管理层面上，更确切地说，被分配到一个局部的功率管理和一个在该功率管理上级的车辆范围内的功率管理。借助于车辆范围内的功率管理能够实现将局部的功率管理与功率供给单元的与列车编组相关的类型和数量或者其它的消耗器单元的类型和数量尽可能地解耦。由于变化的列车编组或者功率供给单元故障，功率管理策略的匹配能够尤其简单地通过更新功率供给单元的功率数据来进行。这种匹配能够尤其自动地进行，这就是说，手动地干预功率管理策略是不必要的。在此，自动地检测功率供给单元和/或消耗器的变化的数量。
[0007]特别是应将“消耗器”理解为电功能单元，所述电功能单元超出纯驱动或者制动功能，这就是说与产生轨道车辆的驱动力矩或者制动力矩不同，而用于实施在轨道车辆运行时的功能。特别是能够将该术语理解为“辅助运行器”。
[0008]特别是应将“功率供给单元”理解为如下单元，所述单元设置为用于给对于消耗器单元的供给而言必要的车载电网馈送电能。功率供给单元优选用于供给构成为交变电网、特别是构成为三相电网的车载电网。特别地，至少一个功率供给单元构成为辅助运行变流器。替选地，功率供给单元能够由头车的装置形成或者所述功率供给单元能够是基于地面的馈电部位、如特别是车间馈电装置。
[0009]特别是应将“设置”专门理解为配设、构成、实施和/或编程。
[0010]特别是应将“车辆范围内的”单元理解为如下单元，所述单元关于其使用范围或作用范围与整个轨道车辆相关。在“局部的”单元中相关联的使用范围或者作用范围适宜地与轨道车辆的空间受限的子部段相关，在所述子部段中特别是设置有相关联的消耗器单元。
[0011]特别是应将“基于”功率数据进行的数据通信理解为，数据通信在至少一个方面中考虑功率数据。例如与功率数据相关的数据借助于数据通信来传输。功率数据能够由功率供给单元主动地和/或根据请求来传输。
[0012]功率数据的信息内容在不同的实施方案中能够是不同的。功率数据例如分别能够是关于功率供给单元的运行状态的信息。从例如仅用信号通知无故障的运行或者特定的功率供给单元出现故障(“开/关状态”)的所述功率数据中能够得出关于对于整个车载电网而言最大可用的功率的信息。
[0013]然而为了实现精确的功率管理提出:功率数据与下述功率相关，所述功率(特别是瞬时功率)可借助于功率供给单元提供。借助于功率数据例如能够传输关于可产生的功率的实际值所位于的区间的信息和/或关于该实际值的信息。功率数据能够是功率值和/或特征变量，所述功率值和/或特征变量与下述功率相关、如特别是电压特征变量或电流特征变量或者百分比。
[0014]此外提出:车辆范围内的功率管理设备设置为，将功率特征变量告知局部的功率管理单元，所述功率特征变量与对于与其相关联的消耗器单元可用的所述功率相关。优选的是，被告知的功率特征变量与对于消耗器单元而言最大可用的功率相关。被告知的功率特征变量适宜地基于功率供给单元的功率数据并且特别是也通过考虑相关联的消耗器单元的最大功率需求来确定。与功率相关的功率特征变量能够是功率的实际值和/或如下特征变量，所述特征变量与功率相关、如特别是电压特征变量或电流特征变量或者百分比。
[0015]根据本发明的一个有利的实施方式，局部的功率管理单元设置为用于与相关联的消耗器单元进行数据通信。局部的功率管理单元和相关联的消耗器单元之间的数据通信优选在局部的管理单元和至少一个消耗器控制装置之间进行，所述消耗器控制装置用于控制消耗器单元的一个或多个消耗器并且直接或者间接地经由数据连接与局部的功率管理单元连接。
[0016]为了有利地避免对功率份额要求中的冲突，在本文中提出:相关联的消耗器单元设置为，在消耗器单元的消耗器的等待处理的接通过程中将通知发送给局部的功率管理单元。特别是应将“接通过程”理解为如下过程，其中消耗器从非活跃的状态切换到运行状态或者消耗器从根据第一功率等级的运行状态起切换到根据第二功率等级的第二运行状态，在所述第二功率等级中所要求的功率是更高的。
[0017]为了实现功率分配快速且有利地匹配于实际的、当前的功率消耗而提出:相关联的消耗器单元设置为，将功率特征变量通知给局部的功率管理单元，所述局部的功率管理单元与所需要的(特别是瞬时的)功率相关。如果已经分配有功率的消耗器单元或者其消耗器通知低的功率或者零功率，那么能够设有功率管理策略，使得未使用的功率作为用于消耗器单元的其它的消耗器的功率储备被处理。关于实际的功率消耗的通知特别是能够在所谓的“连续的”消耗器中简单地进行，如特别是在电池充电设备中一样，因为该消耗器典型地具有内部的传感器单元、例如电流测量器。与功率相关的功率特征变量能够是功率的实际值和/或如下特征变量，所述特征变量与功率相关，如特别是电压特征变量或电流特征变量或者百分比。
[0018]当局部的功率管理单元设置为采取基于通知的管理措施时，能够执行快速的功率匹配。通过将管理措施限制于功率管理单元的局部的层面能够将车辆范围内的参数、如特别是列车编组的参数有利地与功率匹配解耦。
[0019]为了有利地避免在消耗器的接通过程中的冲突而提出:局部的功率管理单元中的至少一个设置为，根据对于与所述功率管理单元相关联的消耗器单元的接通过程而言所必需的需求，借助于数据通信将通知发送给车辆范围内的功率管理设备。所述需求能够是功率需求或者电流需求。
[0020]在本文中提出:车辆范围内的功率管理设备设置为，基于至少另一个局部的功率管理单元的数据和通知采取管理措施。由此实现了接通过程在车辆范围内相互配合。能够避免在接通的情况下引起所需要的电流的高的峰值的多个消耗器同时接通，并且能够避免由此而引起的在整个功率回路中的不稳定性。作为管理措施，车辆范围内的功率管理设备能够开放、延迟或者阻碍接通过程。开放例如能够以匹配的、车辆范围内的功率分配为前提。管理措施能够直接通过车辆范围内的功率管理设备或者通过将指令转发给局部的功率管理单元或者多个功率管理单元来实施。
[0021]如果与具有多个消耗器的消耗器单元相关联的至少一个局部的功率管理单元设置为，与所述消耗器中的一个相关的管理措施根据与这一个消耗器相关联的、相对于所述消耗器单元的其它的消耗器的优先级来采用，那么能够避免如下管理措施，所述管理措施关于行驶舒适度和/或轨道车辆的行驶能力是不利的。因此例如能够避免尤其不利的情况，其中对于轨道车辆的行驶能力决定性的机组被关断。
[0022]此外提出:局部的功率管理单元分别与轨道车辆的不同的车厢相关联。在此局部的功率管理单元的使用范围或者作用范围被限制于车厢，由此能够实现轨道车辆关于列车编组的匹配性的功率管理策略的尤其高的灵活性。在本发明的一个有利的改进方案中提出:局部的功率管理单兀分别设置在与其相关联的车厢中。
[0023]此外提出一种轨道车辆、特别是轨道行驶的动车，所述轨道车辆具有第一组分别具有功率供给单元的车厢和第二组车厢，以及根据本发明的功率管理装置，在所述功率管理装置中，局部的功率管理单元分别与不同的车厢相关联。由此能够提供一种轨道车辆，其中功率管理可简单且灵活地匹配于可变的列车编组。
[0024]特别是提出:第一组车厢构成为牵引车厢。由此列车编组关于牵引功率而能够灵活地匹配于特定的应用情况，其中功率管理的匹配能够尤其简单地、尤其自动地进行。特别是应将“牵引车厢”理解为如下车厢，所述车厢具有驱动轴和设置用于该驱动轴的驱动单
J Li ο
【专利附图】
【附图说明】
[0025]根据附图阐述本发明的实施例。附图示出:
[0026]图1示出具有一组功率供给单元和多个电消耗器的轨道车辆，
[0027]图2示出轨道车辆的功率供给单元，
[0028]图3示出与功率供给单元和消耗器连接的功率管理设备。
【具体实施方式】
[0029]图1示出轨道车辆10的极度示意的侧视图。轨道车辆10在所示出的、示例性的列车编组中具有10个车厢12.1至12.10的组合。在所观察的实施例中，轨道车辆10构成为动车，其中端部车厢12.1和12.10分别配备乘客舱和驾驶室。一组车厢12能够被划分为两个组。具有端部车厢12.1、12.10和两个中部车厢12.5、12.8的第一分组分别配备有功率供给单元14.1,14.5,14.8或者14.10，所述功率供给单元分别设置为用于供给轨道车辆车载电网16，如在下文中详细描述的那样。在附图中示出车载电网16的所谓的“列车汇流母线”。
[0030]此外中部车厢12.5、12.8分别构成为牵引车辆(也称为“动力车，power car”)，所述牵引车辆具有驱动轴和设置为用于驱动所述驱动轴的、完整的驱动单元18.5或者18.8。该完整的驱动单元18具有基于通过火车电网19提供的电压或者由发电机提供的电压而对于产生驱动轴的驱动力矩必要的部件。特别地，完整的驱动单元18包括至少一个电压转换单元、变流器单元和与其有效连接的驱动马达。通过牵引车厢的所描述的构成方案、特别是基于如下事实:完整的驱动单元18的部件设置在牵引车厢中，该牵引车厢能够在任何时间从列车编组中移除或者添加到现有的列车编组中，在此不会损害轨道车辆10的行驶能力。
[0031]因此提供了轨道车辆的车队，其中列车编组关于牵引功率能够灵活地匹配于不同的使用情况。
[0032]车厢的第二分组由其余的中部车厢形成，所述其余的中部车厢既不具有功率供给单元14也不具有驱动单元18。
[0033]车厢12此外分别具有消耗器单元20，所述消耗器单元包括一个或多个电消耗器22(见图3)。该电消耗器22是功能单元一也称为“辅助运行器”，所述功能单元设置为除了提供驱动力矩或者制动力矩以外还用于完成其它的运行功能。电消耗器例如能够是照明装置、能量存储器、空气调节设备、门单元等。消耗器单元20从车载电网16获得其电功率，所述车载电网借助于功率供给单元14被供给电能。
[0034]功率供给单元14的实施方案根据图2来详细阐述。由于概览的原因，在图2中仅示出一个功率供给单元。功率供给单元14分别构成为辅助运行变流器，所述辅助运行变流器从直流电压中间电路24起给构成为三相电网的车载电网16供给能量。直流电压中间电路24基于在火车电网19中提供的高压借助于单元25的电压转换装置和电压整流装置来提供。
[0035]借助于根据上述灵活的设计移除或添加牵引车厢，消耗器单元20和可用的功率供给单元14的数量与当前的列车编组相关。对于可从车载电网16中获取的功率的管理而言，设置功率管理装置26，所述功率管理装置26根据图3来详细阐述。
[0036]图3示出其中示出可用的功率供给单元14、消耗器单元20和功率管理装置26的示意图。
[0037]功率管理单元28.1至28.10与各个消耗器单元20.1至20.10相关联。优选存在功率管理单元28与消耗器单元20的单义的关联性。功率管理单元28优选分别局部地设置在相应的车厢12中。功率管理装置26此外具有设置在上级的、车辆范围内的功率管理设备30，所述功率管理设备经由设置为用于传送数据的连接(例如经由车辆控制技术的在车辆范围内延伸的数据总线31)与局部的功率管理单元28连接。车辆范围内的功率管理设备30设置为，建立与每个局部的功率管理单元28的数据通信。在此在车辆范围内的功率管理设备30和局部的功率管理单元28之间经由数据连接32进行数据交换，所述数据连接特别是与数据总线31连接。
[0038]在下文中详细阐述功率管理装置26的不同的运行模式。
[0039]关于管理在现有的消耗器单元20之间的车载电网功率分配，功率供给单元14的功率数据由车辆范围内的功率管理设备30接收。在此功率供给单元14的瞬时可用的功率借助于功率管理设备30来收集。
[0040]车辆范围内的功率管理设备30此外确定最大的功率需求，所述功率需求能够由每个消耗器单元20来要求。一基于该确定和功率供给单元14的功率数据一借助于功率管理设备30将被分配用于相关联的消耗器单元20的功率告知局部的功率管理单元28。特别地，被告知的功率相应于对于相应的消耗器单元20最大可用的功率。
[0041]局部的功率管理单元28此外设置为，建立与其相关联的消耗器单元20的数据通信。在此(经由数据连接装置34)实现功率管理单元28和相关联的消耗器单元20的电消耗器22的局部的控制装置之间的数据交换。
[0042]基于对于相应的消耗器单元20可用的功率，借助于功率管理单元28进行在消耗器单元20的不同的消耗器22之间局部地分配该功率。该分配基于与每个消耗器22相关联的优先级。
[0043]对于到那时非活跃的消耗器22的每次接通而言，消耗器控制装置通知相关联的功率管理单元28。借助于该通知告知等待处理的功率需求。如果对于消耗器单元20而言最大可用的功率的尚未分配的份额对于消耗器22的接通过程是足够的，那么通知局部的功率管理单元28:开放所述接通过程。所述开放在功率足够的情况下必要时能够与进行询问的消耗器的优先级相关。
[0044]如果上述份额不是足够的，那么能够(根据分配给进行询问的消耗器22的优先级)采取不同的管理措施:
[0045]在优先级低的情况下，通过功率管理单元28拒绝开放接通过程。
[0046]如果进行询问的消耗器22具有中等优先级，那么将最大可用的功率的还可用的份额分配给该消耗器22。消耗器22因此以与被通知的功率需求相比更低的功率来运行。
[0047]如果消耗器22的优先级与中等优先级相比更高，那么作为管理措施，功率管理单元28能够从消耗器抽取功率部分，所述消耗器已经被分配有功率并且所述消耗器与进行询问的消耗器22相比具有更低的优先级。该被抽取的功率部分随后被分配给进行询问的消耗器22，以便补偿对于接通过程而言缺少的功率。
[0048]在成功接通消耗器22之后或者在消耗器22运行期间，消耗器的消耗器控制装置将瞬时所需要的功率通知给局部的功率管理单元28。如果该功率为零或者小于被分配的功率，因为例如消耗器22已完成其任务，那么未使用的功率剩余部分借助于功率管理单元28被处理为用于分配给相同的消耗器单元20的另一消耗器22的功率储备。
[0049]如果如在上文中所描述的那样，在消耗器侧进行对局部的功率管理单元28的接通询问，那么根据被通知的、用于接通过程的功率需求或者电流需求能够通过局部的功率管理单元28将询问转发给车辆范围内的功率管理设备30，特别是当需求超出预设的阈值时进行。通过对于关于询问采取管理措施而言考虑其它的功率管理单元28的功率数据的方式，功率管理设备30将该询问与其它的消耗器单元20的运行相互配合。如果不存在与另一个等待处理的接通过程相冲突的危险，那么车辆范围内的功率管理设备30能够开放所询问的消耗器22的接通过程。如果这不是这种情况，那么接通过程能够被延迟或者拒绝，以便避免多个消耗器同时接通，所述多个消耗器对于其接通而言分别具有高的电流或者功率需求。
[0050]上述运行模式也应用于询问特定的、到那时已经活跃的消耗器，所述消耗器能够以不同的功率等级来运行并且通知到提高的功率需求的级中的切换。根据所通知的用于切换到更高的级中的功率需求、根据进行询问的消耗器22的优先级和/或对于相应的消耗器单元20可用的功率，能够如在上文中所描述的那样采取不同的管理措施。
[0051]如果列车编组改变，其中移除或者添加功率供给单元14，那么简单地重新确定借助功率供给单元14的新的数量对于整个车载电网16最大可产生的功率。这也适用于功率供给单元14中的一个的错误运行或者发生故障的情况。在此由于车载电网16的可用的功率降低，匹配地进行到消耗器22上的功率分配。消耗器22从具有最低优先级的消耗器开始抽取功率，使得在总量上消耗器功率和供给功率处于平衡。
【权利要求】
1.一种用于轨道车辆(10)的功率管理装置，所述轨道车辆具有多个消耗器单元(20.1至20.10)，所述消耗器单元分别包括一个或多个电消耗器(22)并且通过多个功率供给单元(14.1，14.5，14.8，14.10)来供给，所述功率管理装置具有:一组局部的功率管理单元(28.1至28.10)和车辆范围内的功率管理设备(30)，所述功率管理单元分别与至少一个消耗器单元(20.1至20.10)相关联；所述功率管理设备在运行时接收所述功率供给单元(14.1，14.5，14.8，14.10)的功率数据并且设置为用于至少基于所述功率数据与局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的功率管理装置， 其特征在于， 所述功率数据与借助于所述功率供给单元(14.1，14.5，14.8，14.10)能提供的功率相关。
3.根据权利要求1或2所述的功率管理装置， 其特征在于， 车辆范围内的所述功率管理设备(30)设置为，将功率特征变量告知局部的功率管理单元(28.1至28.10)，所述功率特征变量与对于与所述功率管理单元相关联的消耗器单元(20.1至20.10)而言可用的功率相关。
4.根据上述权利要求中任一项所述的功率管理装置， 其特征在于， 局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)设置为用于与相关联的消耗器单元(20.1至20.10)进行数据通信。
5.根据权利要求4所述的功率管理装置， 其特征在于， 相关联的所述消耗器单元(20.1至20.10)设置为，在所述消耗器单元(20.1至20.10)的消耗器(22)的等待处理的接通过程中将通知发送给局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)。
6.根据权利要求4或5所述的功率管理装置， 其特征在于， 相关联的所述消耗器单元(20.1至20.10)设置为，将功率特征变量通知给局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)，所述功率特征变量与所需要的功率相关。
7.根据权利要求5或6所述的功率管理装置， 其特征在于， 局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)设置为，基于所述通知采取管理措施。
8.根据上述权利要求中任一项所述的功率管理装置， 其特征在于， 局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)中的至少一个设置为，根据对于与所述功率管理单元相关联的消耗器单元(20.1至20.10)的接通过程必要的需求，借助于所述数据通信将通知发送给车辆范围内的所述功率管理设备(30)。
9.根据权利要求8所述的功率管理装置， 其特征在于， 车辆范围内的所述功率管理设备(30)设置为，基于所述通知和至少一个另外的局部的功率管理单元的数据来采取管理措施。
10.根据上述权利要求中任一项所述的功率管理装置， 其特征在于， 与具有多个消耗器(22)的消耗器单元(20.1至20.10)相关联的至少一个局部的功率管理单元(28.1至28.10)设置为，与所述消耗器(22)中的一个相关的管理措施根据与这一个消耗器(22)相关联的、相对于所述消耗器单元(20.1至20.10)的其它的消耗器(22)的优先级来采用。
11.根据上述权利要求中任一项所述的功率管理装置， 其特征在于， 局部的所述功率管理单元(28.1至28.10)分别与所述轨道车辆(10)的不同的车厢(12.1至12.10)相关联。
12.—种轨道车辆、特别是轨道行驶的动车，所述动车具有第一组车厢(12.1，12.5，12.8,12.10)和第二组车厢以及根据上述权利要求中任一项所述的功率管理装置(26)，所述第一组车厢分别具有功率供给单元(14.1，14.5，14.8，14.10)，其中局部的功率管理单元(28.1至28.10)分别与不同的车厢(12.1至12.10)相关联。
13.根据权利要求12所述的轨道车辆， 其特征在于， 第一组的至少一个车厢(12.5，12.8)构成为牵引车厢。
【文档编号】B60R16/023GK104203637SQ201380018582
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】斯特凡·迪博纳文图拉, 格哈德·施泰因豪尔 申请人:西门子公司