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Title:
METHOD FOR CONTROLLING A BATTERY CURRENT OF A TRACTION BATTERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166151
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling a battery current of a traction battery of a traction system. A rectifier unit of the traction system converts a network voltage into a controllable intermediate circuit voltage of a second circuit of the traction system using a specifiable feed current. An intermediate circuit voltage controller controls an actual value of the intermediate circuit voltage to attain a setpoint value of the intermediate circuit voltage and specifies a first output variable. A battery current controller controls an actual value of the battery current to attain a setpoint value of the battery current and specifies a second output variable. The second output variable of the battery current controller is applied to the first output variable of the intermediate circuit voltage controller in order to form a specification variable for the feed current, the feed current specified by the specification variable being used to readjust the actual value of the battery current in order to control said current.

Inventors:
HASSLER, Stefan (Neuzirkendorf 30, Kirchenthumbach, 91281, DE)
Application Number:
EP2019/051115
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
January 17, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B60L7/18; B60L9/28; B60L15/00; B60L50/51; B60L50/53; B60L58/12; H02M5/458
Foreign References:
JP2006087299A2006-03-30
US20120000739A12012-01-05
US20030053324A12003-03-20
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung eines Batteriestroms (I_Batt) einer Traktionsbatterie (2) eines Traktionssystems (1), wobei

- eine Gleichrichter-Einheit (3) des Traktionssystems (1) eine Netzspannung mittels eines vorgebbaren Einspeisestroms (I_ZK) in eine regelbare Zwischenkreisspannung (U_ZK) eines Zwischenkreises (4) des Traktionssystems (1) wandelt,

- ein Zwischenkreis-Spannungsregler (17) einen

Spannungsistwert (U_ZK_r) der Zwischenkreisspannung (U_ZK) auf einen Spannungssollwert (U_ZK_s) der

Zwischenkreisspannung (U_ZK) regelt und eine erste

Ausgangsgröße vorgibt,

- ein Batterie-Stromregler (18) einen Stromistwert (I_Batt_r) des Batteriestroms (I_Batt) auf einen Stromsollwert

(I_Batt_s) des Batteriestroms (I_Batt) regelt und eine zweite Ausgangsgröße vorgibt,

- die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers

(17) mit der zweiten Ausgangsgröße des Batterie-Stromreglers

(18) zur Bildung einer Vorgabegröße (I_ZK_s) für den

Einspeisestrom (I_ZK) beaufschlagt wird, und

- mittels des anhand der Vorgabegröße (I_ZK_s) vorgegebenen Einspeisestroms (I_ZK) der Stromistwert (I_Batt_r) des

Batteriestroms (I_Batt) zu dessen Regelung nachgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

die Traktionsbatterie (2) direkt an den Zwischenkreis (4) des Traktionssystems (1) angebunden ist und von dem Batteriestrom (I_Batt) gespeist wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei

- die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers (17) eine erste Sollgröße (I_4QS_s) für den Einspeisestrom (I_ZK) vorgibt und die zweite Ausgangsgröße des Batterie- Stromreglers (18) eine zweite Sollgröße (AI_4QS) für den Einspeisestrom (I_ZK) vorgibt,

- die Vorgabegröße (I_ZK_s) aus einer Summe der ersten und zweiten Sollgröße (I_4QS_s, AI_4QS) für den Einspeisestrom (I_ZK) gebildet wird, und

- ein Zwischenkreis-Stromregler (19) einen Stromistwert

(I_ZK_r) des Einspeisestroms (I_ZK) auf die Vorgabegröße (I_ZK_s) regelt und eine Steuergröße (dl) vorgibt, wobei die Gleichrichter-Einheit (3) über die Steuergröße (dl) zum

Nachstellen des Stromistwertes (I_ZK_r) des Einspeisestroms (I_ZK) angesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zwischenkreis-Spannungsregler (17) auf Basis des

Stromsollwertes (I_Batt_s) des Batteriestroms (I_Batt) dadurch vorgesteuert wird, dass der Stromsollwert (I_Batt_s) des Batteriestroms (I_Batt) in eine Vorgabe-Berechnung des Spannungssollwertes (U_ZK_s) der Zwischenkreisspannung (U_ZK) einfließt .

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in einem Antriebsbetrieb des Traktionssystems (1) über eine Einspeiseleistung aus der Gleichrichter-Einheit (3) eine Differenz aus einer maximalen Einspeiseleistung

(P_4QS_cons_max) der Gleichrichter-Einheit (3) in den

Zwischenkreis (4) und einer aus dem Zwischenkreis (4)

entnommenen Istleistung (P_cons_r) eines Traktionsumrichters (5) des Traktionssystems (1) bestimmt wird, und aus der

Differenz ein maximaler Batteriestromwert (I_Batt_max) des Batteriestroms (I Batt) berechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei - in einem Bremsbetrieb des Traktionssystems (1) aus einem maximalen Batteriestromwert (I_Batt_max) des Batteriestroms (I_Batt) und dem Spannungsistwert (U_ZK_r) der

Zwischenkreisspannung (U_ZK) eine maximale Einspeiseleistung (P_feed_max_Batt ) in die Traktionsbatterie (2) berechnet wird, und

- eine maximale Rückeinspeiseleistung (P_PWR_max) des

Traktionsumrichters (5) in den Zwischenkreis (4) unter

Berücksichtigung der maximalen Einspeiseleistung

(P_feed_max_Batt ) in die Traktionsbatterie (2) berechnet wird,

wobei die maximale Rückeinspeiseleistung (P_PWR_max) des Traktionsumrichters (5) in den Zwischenkreis (4) in ein maximales Bremsmoment (M_brake_max) einer mittels des

Traktionsumrichters (5) betriebenen Antriebsmaschine (7) umgerechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei

- ein Batterie-Überstromschutz-Regler (20) den Stromistwert (I_Batt_r) des Batteriestroms (I_Batt) auf den maximalen Batteriestromwert (I_Batt_max) des Batteriestroms (I_Batt) regelt und eine Differenzgröße (AI) für den Batteriestrom (I_Batt) vorgibt,

- aus der Differenzgröße (AI) für den Batteriestrom (I_Batt) und dem Spannungsistwert (U_ZK_r) der Zwischenkreisspannung (U_ZK) eine Differenzleistung (AP) berechnet wird, und

- die maximale Einspeiseleistung (P_feed_max_Batt) in die Traktionsbatterie (2) um die Differenzleistung (AP) reduziert wird .

8. Traktionssystem (1), aufweisend eine Traktionsbatterie

(2), eine Gleichrichter-Einheit (3) und einen Zwischenkreis (4) , wobei die Gleichrichter-Einheit (3) eingerichtet ist, eine Netzspannung mittels eines vorgebbaren Einspeisestroms (I_ZK) in eine regelbare Zwischenkreisspannung (U_ZK) des

Zwischenkreises (4) zu wandeln, und wobei die

Traktionsbatterie (2) an den Zwischenkreis (4) angebunden ist, und weiter aufweisend:

- einen Zwischenkreis-Spannungsregler (17), der für eine Regelung eines Spannungsistwertes (U_ZK_r) der

Zwischenkreisspannung (U_ZK) auf einen Spannungssollwert (U_ZK_s) der Zwischenkreisspannung (U_ZK) implementiert ist, wobei durch den Zwischenkreis-Spannungsregler (17) eine erste Ausgangsgröße vorgebbar ist, und

- einen Batterie-Stromregler (18), der für eine Regelung eines Stromistwertes (I_Batt_r) eines Batteriestroms (I_Batt) der Traktionsbatterie (2) auf einen Stromsollwert (I_Batt_s) des Batteriestroms (I_Batt) der Traktionsbatterie (2)

implementiert ist, wobei durch den Batterie-Stromregler (18) eine zweite Ausgangsgröße vorgebbar ist,

wobei ein Ausgang des Zwischenkreis-Spannungsreglers (17) und ein Ausgang des Batterie-Stromreglers (18) verbunden sind, wodurch die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis- Spannungsreglers (17) mit der zweiten Ausgangsgröße des

Batterie-Stromreglers (18) zur Bildung einer Vorgabegröße (I_ZK_s) für den Einspeisestrom (I_ZK) beaufschlagbar ist, sodass mittels des anhand der Vorgabegröße (I_ZK_s)

vorgebbaren Einspeisestroms (I_ZK) der Stromistwert

(I_Batt_r) des Batteriestroms (I_Batt) zu dessen Regelung nachstellbar ist.

9. Traktionssystem (1) nach Anspruch 8, wobei

die Traktionsbatterie (2) ohne Zwischenschalten eines

Gleichstromstellers (8) an den Zwischenkreis (4) des

Traktionssystems (1) angebunden ist.

10. Traktionssystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei

- durch die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis- Spannungsreglers (17) eine erste Sollgröße (I_4QS_s) für den Einspeisestrom (I_ZK) vorgebbar ist und durch die zweite Ausgangsgröße des Batterie-Stromreglers (18) eine zweite Sollgröße (AI_4QS) für den Einspeisestrom (I_ZK) vorgebbar ist,

- die Vorgabegröße (I_ZK_s) eine Summe aus der ersten und zweiten Sollgröße (I_4QS_s, AI_4QS) für den Einspeisestrom (I_ZK) ist, und

- das Traktionssystem (1) ferner einen Zwischenkreis- Stromregler (19) aufweist, der für eine Regelung eines

Stromistwertes (I_ZK_r) des Einspeisestroms (I_ZK) auf die Vorgabegröße (I_ZK_s) implementiert ist, wobei durch den Zwischenkreis-Stromregler (19) eine Steuergröße (dl)

vorgebbar ist, über die die Gleichrichter-Einheit (3) zum Nachstellen des Stromistwertes (I_ZK_r) des Einspeisestroms (I_ZK) ansteuerbar ist.

11. Traktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei

- der Zwischenkreis-Spannungsregler (17) innerhalb einer ersten Steuerungskomponente (I) der Gleichrichter-Einheit (3) implementiert ist, und

- der Batterie-Stromregler (18) innerhalb einer zweiten

Steuerungskomponente (II) der Gleichrichter-Einheit (3) implementiert ist.

12. Traktionssystem (1) nach Anspruch 11, ferner aufweisend:

- einen Traktionsumrichter (5) ,

- eine Steuerungskomponente (IV) des Traktionsumrichters (5) und - eine Traktionssystem-Steuerung (V) ,

wobei die Steuerungskomponente (IV) des Traktionsumrichters (5) mittels der Traktionssystem-Steuerung (V) an die zweite Steuerungskomponente (II) der Gleichrichter-Einheit (3) angebunden ist.

13. Traktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner aufweisend einen Batterie-Überstromschutz-Regler (20), der für eine Regelung des Stromistwertes (I_Batt_r) des

Batteriestroms (I_Batt) auf einen maximalen Batteriestromwert (I_Batt_max) des Batteriestroms (I_Batt) implementiert ist, wobei an einem Ausgang des Batterie-Überstromschutz-Reglers (20) eine Differenzgröße (AI) für den Batteriestrom (I_Batt) vorgebbar ist, und wobei der Ausgang des Batterie- Überstromschutz-Reglers (20) mit dem Spannungsistwert

(U_ZK_r) der Zwischenkreisspannung (U_ZK) beaufschlagbar ist, wodurch einer Differenzleistung (AP) ermittelbar ist zur Reduktion einer maximalen Einspeiseleistung (P_feed_max_Batt) in die Traktionsbatterie (2) um die Differenzleistung (AP).

14. Traktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei

das Traktionssystem (1) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.

15. Schienenfahrzeug mit einem Traktionssystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Regelung eines Batteriestroms einer

Traktionsbatterie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Batteriestroms einer Transaktionsbatterie eines

Traktionssystems. Ferner betrifft die Erfindung ein

Traktionssystem, aufweisend eine Traktionsbatterie, eine Gleichrichtereinheit und einen Zwischenkreis.

Ein Traktionssystem von elektrisch angetriebenen

Schienenfahrzeugen, insbesondere von Triebfahrzeugen, umfasst in der Regel einen Transformator zur Wandlung einer

Wechselspannung eines Bahnstromnetzes, eine Gleichrichter- Einheit (beispielsweise einen Vierquadrantensteller (4QS) ) , einen ( Spannungs- ) Zwischenkreis sowie einen

Traktionsumrichter (beispielsweise einen Pulswechselrichter) zur Versorgung eines oder mehrerer elektrischer

Traktionsmotoren. In der Anwendung eines solchen

Traktionssystems besteht die Anforderung, eine

Traktionsbatterie in das Traktionssystem zu integrieren.

Damit soll die Möglichkeit geschaffen werden, auch ohne

Anbindung an die Netzspannung den Zwischenkreis aus der

Traktionsbatterie zu versorgen, sowie die Traktionsbatterie während einer Anbindung an die Netzspannung zu laden, wobei gleichzeitig der Traktionsumrichter in Betrieb ist. Eine Anwendung ergibt sich beispielsweise für Schienenfahrzeuge während einer Fahrt unter einer Oberleitung beziehungsweise während einer Fahrt auf einer Strecke ohne Oberleitung rein über die Traktionsbatterie. Eine Traktionsbatterie kann beispielsweise über einen

Gleichstromsteller, beispielsweise einen DC/DC-Steller, mit dem Zwischenkreis verbunden werden. Die Gleichrichter-Einheit hat dabei die Aufgabe, als Regelungsziel die

Zwischenkreisspannung im Zwischenkreis konstant zu halten.

Zum Laden der Traktionsbatterie wird der Gleichstromsteller als Tiefsetzsteller betrieben. Ein Stromregler im

Gleichstromsteller sorgt dafür, dass ein definierter Soll- Ladestrom umgesetzt wird. Durch Ansteuern von Schaltelementen im Gleichstromsteller wird der Ist-Ladestrom auf den

vorgegebenen Soll-Ladestrom zum Laden der Traktionsbatterie gestellt. Die Kombination aus Gleichstromsteller und

Traktionsbatterie wirkt am Zwischenkreis wie ein zusätzlicher Verbraucher .

Eine derartige Konfiguration eines Traktionssystems besitzt insbesondere den Nachteil, dass durch aktives Schalten des Gleichstromstellers zum Einstellen des definierten Ladestroms Schaltverluste durch den Gleichstromsteller verursacht werden .

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung eines Batteriestroms einer Traktionsbatterie eines

Traktionssystems, sowie ein Traktionssystem anzugeben, die den oben genannten Nachteil überwinden.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Batteriestroms einer Traktionsbatterie eines Traktionssystems. Weitere Implementierungen des Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem Verfahren wandelt eine Gleichrichter-Einheit des Traktionssystems eine Netzspannung mittels eines vorgebbaren Einspeisestroms in eine regelbare Zwischenkreisspannung eines Zwischenkreises des Traktionssystems. Ein Zwischenkreis- Spannungsregler regelt einen Spannungsistwert der

Zwischenkreisspannung auf einen Spannungssollwert der

Zwischenkreisspannung und gibt eine erste Ausgangsgröße vor. Ein Batterie-Stromregler regelt einen Stromistwert des

Batteriestroms auf einen Stromsollwert des Batteriestroms und gibt eine zweite Ausgangsgröße vor.

Die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers wird mit der zweiten Ausgangsgröße des Batterie-Stromreglers zur Bildung einer Vorgabegröße für den Einspeisestrom

beaufschlagt. Mittels des anhand der Vorgabegröße

vorgegebenen Einspeisestroms wird der Stromistwert des

Batteriestroms zu dessen Regelung, insbesondere automatisch, nachgestellt .

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine Regelung eines Batteriestroms durch einen separaten Gleichstromsteller nicht mehr erforderlich ist. Vielmehr erfolgt eine Regelung des Batteriestroms verfahrensgemäß mittels des Zwischenkreis- Spannungsreglers mit dem unterlagerten Batterie-Stromregler. Durch Beaufschlagen der Ausgangsgröße des Zwischenkreis- Spannungsreglers mit der Ausgangsgröße des Batterie- Stromreglers wird eine Vorgabegröße für den Einspeisestrom vorgegeben. Der vorgegebene Einspeisestrom wird über die Gleichrichter-Einheit eingestellt. Durch unmittelbares

Berücksichtigen einer Batterie-Stromregelung zur Vorgabe des definierten Einspeisestroms wird der Stromistwert des

Batteriestroms zu dessen Regelung automatisch mittels des vorgegebenen Einspeisestroms nachgestellt. Bei dem

vorliegenden Verfahren ist das Regelungsziel der

Gleichrichter-Einheit somit nicht mehr die Regelung der Zwischenkreisspannung, wie bei herkömmlichen Lösungen, sondern die Regelung des Batteriestroms mittels eines

vorgegebenen Einspeisestroms. Die Zwischenkreisspannung ergibt sich dabei (automatisch) aus der Batteriespannung der Traktionsbatterie .

Das beschriebene Regelungsverfahren ermöglicht somit das Vorgeben eines definierten Einspeisestroms unter

Berücksichtigung einer Regelung des Batteriestroms, sodass durch Vorgeben des definierten Einspeisestroms automatisch auch der Batteriestrom entsprechend nachgestellt wird.

Auf diese Weise ist ein separates Ansteuern eines

Gleichstromstellers zum Einstellen des Stromistwertes des Batteriestroms an der Traktionsbatterie nicht mehr notwendig. Dadurch werden Schaltverluste aufgrund eines aktiv

geschalteten Gleichstromstellers vermieden. Vielmehr ist bei dem Verfahren der erläuterten Art kein aktiv geschalteter Gleichstromsteller mehr notwendig. Die Regelung

beziehungsweise das Nachstellen des Batteriestroms erfolgt verfahrensgemäß innerhalb der beziehungsweise unterlagert zur Regelung des Einspeisestroms. Der Einspeisestrom wird dabei durch die Gleichrichter-Einheit zum Stellen des

Spannungsistwertes der Zwischenkreisspannung auf einen vorgegebenen Spannungssollwert der Zwischenkreisspannung eingestellt .

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die

Traktionsbatterie ohne Zwischenschalten eines

Gleichstromstellers an den Zwischenkreis des Traktionssystems angebunden. Dies hat den Vorteil, dass Kosten, Bauraum und Gewicht durch Wegfall eines separaten Gleichstromstellers eingespart werden können. Ferner kann Energie eingespart werden, da, wie oben bereits erläutert, Schaltverluste des Gleichstromstellers nicht mehr vorhanden sind. Vielmehr muss der Strom aus der bzw. in die Traktionsbatterie nicht mehr über den Gleichstromsteller fließen, wodurch keine Verluste im Gleichstromsteller verursacht werden.

Darüber hinaus sind gegebenenfalls weitere Kosten- und

Gewichtseinsparungen durch Wegfall von Filtern zur Filterung von Oberschwingungen im Zwischenkreis möglich. Durch eine unmittelbare Regelung des Batteriestroms mittels eines vorgegebenen Einspeisestroms, der über die

Gleichrichtereinheit vorgegeben wird, ergeben sich die

Zwischenkreisspannung und folglich mittelbar auch die

Batteriespannung aus der oben erläuterten Regelung. Dadurch werden die Zwischenkreisspannung und damit auch die

Batteriespannung nahezu optimal eingestellt. Auch auf diese Weise können Oberschwingungen im Zwischenkreis, wie sie bei herkömmlichen Lösungen unter Umständen auftreten, durch das vorliegende Regelungsverfahren reduziert werden. Die

Traktionsbatterie kann die noch verbleibenden

Oberschwingungen im Zwischenkreis über ihren kleinen

Innenwiderstand problemlos aufnehmen. Falls dennoch nötig, kann eine einfache Drossel zwischen die Traktionsbatterie und den Zwischenkreis geschaltet sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gibt die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers eine erste Sollgröße für den Einspeisestrom vor, wobei die zweite Ausgangsgröße des Batterie-Stromreglers eine zweite Sollgröße für den Einspeisestrom vorgibt. Die Vorgabegröße wird aus einer Summe der ersten und zweiten Sollgröße für den

Einspeisestrom gebildet. Die Vorgabegröße gibt somit einen Stromsollwert für den Einspeisestrom beziehungsweise den Zwischenkreisstrom vor. In diesen Implementierungen des Verfahrens wird zusätzlich ein Zwischenkreis-Stromregler eingesetzt, der einen Stromistwert des Einspeisestroms auf die Vorgabegröße regelt und eine entsprechende Steuergröße vorgibt. Die Gleichrichter-Einheit wird über die Steuergröße zum Nachstellen des Stromistwertes des Einspeisestroms angesteuert. Zum Beispiel können ein oder mehrere

Schaltmittel innerhalb der Gleichrichter-Einheit über die Steuergröße angesteuert werden zum Einstellen des

entsprechend geforderten Einspeisestroms.

Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Regelung somit eine Kaskade aus einem Zwischenkreis-Spannungsregler mit der oben erläuterten Funktion, wobei dessen Ausgang mit dem Ausgang des unterlagerten Batterie-Stromreglers gemäß dem oben erläuterten Vorgehen beaufschlagt wird, und einem

Zwischenkreis-Stromregler, dem die Vorgabegröße als Summe der ersten und zweiten Sollgröße des Zwischenkreis- Spannungsreglers und des Batterie-Stromreglers übergeben wird. Der Zwischenkreis-Stromregler regelt sodann den

Stromistwert des Einspeisestroms auf diese Vorgabegröße. Eine derartige Regelungskaskade ermöglicht eine zuverlässige

Regelung auf den vorgegebenen Einspeisestrom, der über die Gleichrichtereinheit eingestellt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann ein erläuterter Zwischenkreis-Stromregler auch entfallen. In diesem Fall kann die über die erste und zweite Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers und des Batterie- Stromreglers gebildete Vorgabegröße zum Beispiel unmittelbar ein Steuersignal zur Ansteuerung von Schaltmitteln innerhalb der Gleichrichter-Einheit sein, wobei die Gleichrichter- Einheit anhand dieses Steuersignals einen entsprechenden (mittelbar vorgegebenen) Einspeisestrom einstellt und auf diese Weise auch den Stromistwert des Batteriestroms

entsprechend nachstellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Zwischenkreis-Spannungsregler auf Basis des Stromsollwertes des Batteriestroms dadurch vorgesteuert, dass der

Stromsollwert des Batteriestroms in eine Vorgabe-Berechnung des Spannungssollwertes der Zwischenkreisspannung einfließt. Zum Beispiel kann der Spannungssollwert der

Zwischenkreisspannung dadurch vorgegeben werden, dass der Stromsollwert des Batteriestroms mit einem spezifischen Innenwiderstand der Traktionsbatterie multipliziert wird und das Ergebnis mit einem Spannungsistwert der Batteriespannung beaufschlagt wird. Dadurch kann ein Spannungssollwert der Zwischenkreisspannung vorgegeben werden, der größer ist als der Spannungsistwert der Traktionsbatterie, wodurch ein vorgegebener Soll-Ladestrom zum Laden der Traktionsbatterie vorgegeben werden kann. Die oben erläuterte Regelung kann sodann unter Berücksichtigung dieses Soll-Ladestroms

durchgeführt werden.

Die erläuterte Vorsteuerung des Zwischenkreis- Spannungsreglers ermöglicht eine Regelung des

Spannungsistwertes der Zwischenkreisspannung auf einen

Spannungssollwert der Zwischenkreisspannung, der bereits den erforderlichen beziehungsweise gewünschten Batteriestrom berücksichtigt. Dies erlaubt eine präzise, schnelle und dynamische Regelung. Ferner können die einzelnen

Regelungsziele des Zwischenkreis-Spannungsreglers und des Batterie-Stromreglers auf diese Weise aufeinander

ausbalanciert werden, ohne dass ein jeweiliger Regler starke Regelungsabweichungen des anderen Reglers kompensieren muss. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Differenz aus einer maximalen Einspeiseleistung der

Gleichrichter-Einheit in den Zwischenkreis und einer aus dem Zwischenkreis entnommenen Istleistung eines

Traktionsumrichters und, sofern vorgesehen, eines

Hilfsbetriebeumrichters des Traktionssystems berechnet. Aus dieser Differenz wird ein maximaler Batteriestromwert des Batteriestroms berechnet. Der so berechnete maximale

Batteriestromwert des Batteriestroms gibt eine obere Grenze für den Stromsollwert des Batteriestroms zur oben erläuterten Regelung vor. Diese Maßnahmen berücksichtigen eine begrenzte maximale Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit. Es wird situationsgerecht/dynamisch nur derjenige Anteil der

Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit in den

Zwischenkreis zum Nachstellen des Stromistwertes des

Batteriestroms über den vorgegebenen Einspeisestrom

herangezogen, der nach Abzug einer Traktions-Istleistung (eines Traktionsumrichters und/oder eines

Hilfsbetriebeumrichters) von der maximalen Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit verfügbar bleibt. Dadurch wird einem Leistungsverbrauch eines Traktionsumrichters und gegebenenfalls eines Hilfsbetriebeumrichters des

Traktionssystems immer Vorrang gegenüber einem

Leistungsverbrauch zum Speisen der Traktionsbatterie

eingeräumt. Somit wird eine ausfallsichere Traktion während eines Einspeisens von elektrischer Energie in die

Traktionsbatterie über die oben erläuterte Regelung

gewährleistet. Die Regelung des Batteriestroms kann auf diese Weise dynamisch an die momentane Leistungsbilanz des

Traktionssystems angepasst werden. Diese Maßnahmen finden vorteilhaft Anwendung in einem Anwendungsbetrieb des

Traktionssystems (z.B. in einem Schienenfahrzeug) über eine Einspeiseleistung aus der Gleichrichter-Einheit, wobei letztere aus einem elektrischen Netz, zum Beispiel einer Oberleitung, elektrische Energie entnimmt.

In Ausgestaltungen, in denen die Gleichrichter-Einheit mehrere Zwischenkreise speist, sind gegebenenfalls die aus den weiteren Zwischenkreisen entnommenen Istleistungsanteile, beispielsweise von anderen Traktionsumrichtern und/oder anderen Hilfsbetriebeumrichtern, die an die weiteren

Zwischenkreise angebunden sind, zusätzlich von der maximalen Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit abzuziehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Antriebsbetrieb des Traktionssystems über eine

Einspeiseleistung aus der Gleichrichter-Einheit eine

Differenz aus der maximalen Einspeiseleistung der

Gleichrichter-Einheit und der aus dem Zwischenkreis

entnommenen Istleistung des Hilfsbetriebeumrichters des

Traktionssystems berechnet und daraus eine maximale

Entnahmeleistung des Traktionsumrichters aus dem

Zwischenkreis berechnet. Die maximale Entnahmeleistung des Traktionsumrichters aus dem Zwischenkreis wird sodann in ein maximales Antriebsmoment einer mittels des

Traktionsumrichters betriebenen Antriebsmaschine umgerechnet. Auch in diesen Implementierungen ist gegebenenfalls die erläuterte Differenz nur aus einem Anteil der maximalen

Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit pro Zwischenkreis zu berechnen, falls die Gleichrichter-Einheit an mehrere Zwischenkreise angebunden ist und aus den mehreren

Zwischenkreisen entsprechende Istleistungen entnommen werden. Die genannten Maßnahmen haben den Vorteil, dass ein

Leistungsverbrauch eines Hilfsbetriebeumrichters des

Traktionssystems berücksichtigt werden kann, wobei ein maximales Antriebsmoment einer mittels des

Traktionsumrichters betriebenen Antriebsmaschine derart begrenzt wird, dass die Antriebsmaschine fehlerfrei und ausfallsicher über eine entsprechende maximale

Entnahmeleistung des Traktionsumrichters angetrieben werden kann. Dabei wird verhindert, dass ein Sollmoment zum Antrieb der Antriebsmaschine vorgegeben werden kann, das eine maximal mögliche Entnahmeleistung des Traktionsumrichters übersteigt.

In Verbindung mit den oben erläuterten Maßnahmen kann eine entsprechend berechnete maximale Entnahmeleistung des

Traktionsumrichters, insbesondere automatisch, in eine

Vorgabe eines maximal erlaubten Batteriestromwertes des

Batteriestroms einfließen. Je nach entnommener Leistung des Traktionsumrichters aus dem Zwischenkreis kann der

Batteriestromwert des Batteriestroms als Stromsollwert entsprechend dynamisch angepasst werden. Dabei kann ein maximal erlaubter Batteriestromwert als Sollstrom des

Batteriestroms entsprechend reduziert beziehungsweise nahezu auf null gesetzt werden, wenn die gegenwärtig aus dem

Zwischenkreis entnommenen Istleistungen des

Traktionsumrichters und ggf. des Hilfsbetriebeumrichters eine maximale Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit nahezu oder vollständig ausschöpfen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Antriebsbetrieb des Traktionssystems über eine

Einspeiseleistung aus der Traktionsbatterie eine Differenz aus einer maximalen Einspeiseleistung der Traktionsbatterie und der aus dem Zwischenkreis entnommenen Istleistung des Hilfsbetriebeumrichters des Traktionssystems berechnet und daraus eine maximale Entnahmeleistung des Traktionsumrichters aus dem Zwischenkreis berechnet. Die maximale Entnahmeleistung des Traktionsumrichters aus dem Zwischenkreis wird in ein maximales Antriebsmoment der mittels des Traktionsumrichters betriebenen Antriebsmaschine umgerechnet. Auch in diesen Implementierungen wird

gegebenenfalls die maximale Einspeiseleistung nur aus einem Anteil der maximalen Einspeiseleistung der Traktionsbatterie pro Zwischenkreis berechnet, falls die Traktionsbatterie an mehrere Zwischenkreise angebunden ist und aus den mehreren Zwischenkreisen entsprechende Istleistungen entnommen werden. Ein zur maximalen Einspeiseleistung der Traktionsbatterie korrespondierender maximaler Batteriestrom kann entsprechend an einen maximalen Batteriestrom angepasst werden, der im Rahmen der oben erläuterten Regelung vorgegeben wird.

Idealerweise entspricht somit der für eine maximale

Einspeiseleistung der Traktionsbatterie notwendige

Batteriestrom dem maximalen Batteriestrom, der in der obigen Regelung berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann ein

Entladestrom der Traktionsbatterie an einen Ladestrom der Traktionsbatterie angeglichen werden.

Die genannten Maßnahmen besitzen den Vorteil, dass eine aus dem Zwischenkreis entnommene Istleistung des

Hilfsbetriebsumrichters zum Einstellen einer maximalen

Entnahmeleistung des Traktionsumrichters zum Antrieb einer Antriebsmaschine berücksichtigt wird. Dadurch wird

verhindert, dass die Traktionsbatterie zur Speisung sowohl des Traktionsumrichters als auch des Hilfsbetriebeumrichters überlastet wird. Ferner wird verhindert, dass ein Sollmoment der Antriebsmaschine vorgegeben werden kann, das die maximal mögliche Entnahmeleistung des Traktionsumrichters übersteigt. Die genannten Maßnahmen können beispielsweise Anwendung finden in einem Betrieb des Traktionssystems (z.B. in einem Schienenfahrzeug) rein aus der Traktionsbatterie ohne Anbindung des Traktionssystems an ein elektrisches Versorgungsnetz, zum Beispiel ohne Anbindung an eine

Oberleitung .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Bremsbetrieb des Traktionssystems aus einem maximalen Batteriestromwert des Batteriestroms und dem Spannungsistwert der Zwischenkreisspannung eine maximale Einspeiseleistung in die Traktionsbatterie berechnet. Eine maximale

Rückeinspeiseleistung des Traktionsumrichters in den

Zwischenkreis wird unter Berücksichtigung der maximalen

Einspeiseleistung in die Traktionsbatterie berechnet. Die maximale Rückeinspeiseleistung des Traktionsumrichters in den Zwischenkreis wird in ein maximales Bremsmoment einer mittels des Traktionsumrichters betriebenen Antriebsmaschine

umgerechnet. Durch die genannten Maßnahmen wird verhindert, dass im Falle eines Bremsbetriebes des Traktionssystems eine zu hohe Leistung in die Traktionsbatterie rückeingespeist wird, wodurch die Traktionsbatterie Schaden nehmen könnte. Durch Begrenzen eines maximalen Bremsmomentes einer mittels des Traktionsumrichters betriebenen Antriebsmaschine wird auch die maximale Rückeinspeiseleistung des

Traktionsumrichters im Bremsbetrieb der Antriebsmaschine begrenzt. Dies führt schließlich zu einer Begrenzung einer maximalen Einspeiseleistung in die Traktionsbatterie im

Bremsbetrieb, wodurch die Traktionsbatterie geschont wird.

Die erläuterten Maßnahmen finden vorteilhaft Anwendung in einem Bremsbetrieb des Traktionssystems ohne Anbindung an ein elektrisches Netz, rein unter Anbindung der Traktionsbatterie an das Traktionssystem.

Auch in dieser Ausgestaltung kann der maximale

Batteriestromwert, der die maximale Einspeiseleistung in die Traktionsbatterie beeinflusst, an den maximalen

Batteriestromwert angepasst werden, der sich aus den obigen Regelungsmaßnahmen im Zusammenhang mit den weiteren Aspekten der hier erläuterten Art ergibt.

Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Maßnahmen kann ein Batterie-Überstromschutz-Regler eingesetzt werden. Dieser Batterie-Überstromschutz-Regler regelt den Stromistwert des Batteriestroms auf den maximalen Batteriestromwert des

Batteriestroms und gibt eine Differenzgröße für den

Batteriestrom vor. Aus der Differenzgröße für den

Batteriestrom und dem Spannungsistwert der

Zwischenkreisspannung wird eine Differenzleistung berechnet. Die maximale Einspeiseleistung in die Traktionsbatterie wird sodann um die Differenzleistung reduziert. Diese Maßnahmen stellen ergänzende oder alternative Sicherheitsmaßnahmen dar, um die Traktionsbatterie vor zu hohen Strömen zu schützen, wenn ein gemessener Batteriestrom (Stromistwert des

Batteriestroms) einen maximal erlaubten Batteriestromwert des Batteriestroms übersteigt. Die Funktion des Batterie- Überstromschutz-Reglers kann zum Beispiel dann vorteilhaft zum Tragen kommen, wenn ein Zwischenkreisstrom im

Zwischenkreis trotz einer vorgegebenen maximalen

Rückeinspeiseleistung des Traktionsumrichters in einem

Bremsbetrieb des Traktionssystems (kurzzeitig) ansteigt. Dann kann über den Batterie-Überstromschutz-Regler einer

Überlastung der Traktionsbatterie vorgebeugt werden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein

Traktionssystem. Das Traktionssystem weist eine

Traktionsbatterie, eine Gleichrichter-Einheit und einen

Zwischenkreis auf. Die Gleichrichter-Einheit ist eingerichtet eine Netzspannung mittels eines vorgebbaren Einspeisestroms in eine regelbare Zwischenkreisspannung des Zwischenkreises zu wandeln. Die Traktionsbatterie ist an den Zwischenkreis angebunden. Ferner weist das Traktionssystem einen

Zwischenkreis-Spannungsregler auf, der für eine Regelung eines Spannungsistwertes der Zwischenkreisspannung auf einen Spannungssollwert der Zwischenkreisspannung implementiert ist, wobei durch den Zwischenkreis-Spannungsregler eine erste Ausgangsgröße vorgebbar ist. Zudem weist das Traktionssystem einen Batterie-Stromregler auf, der für eine Regelung eines Stromistwertes eines Batteriestroms der Traktionsbatterie auf einen Stromsollwert des Batteriestroms der Traktionsbatterie implementiert ist, wobei durch den Batterie-Stromregler eine zweite Ausgangsgröße vorgebbar ist.

Ein Ausgang des Zwischenkreis-Spannungsreglers und ein

Ausgang des Batterie-Stromreglers sind verbunden, wodurch die erste Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers mit der zweiten Ausgangsgröße des Batterie-Stromreglers zur

Bildung einer Vorgabegröße für den Einspeisestrom

beaufschlagbar ist. Mittels des anhand der Vorgabegröße vorgebbaren Einspeisestroms ist somit der Stromistwert des Batteriestroms zu dessen Regelung (automatisch) nachstellbar.

Ein derartiges Traktionssystem stellt eine Regelungsstruktur bereit, die einen Spannungsregler mit einem unterlagerten Stromregler aufweist. Durch Zusammenschalten der Ausgänge des Zwischenkreis-Spannungsreglers und des Batterie-Stromreglers wird eine Regelung der Zwischenkreisspannung mit einer

Regelung des Batteriestroms verknüpft. Dadurch ist eine

Vorgabegröße einstellbar, über die ein Einspeisestrom

vorgebbar ist. Der entsprechend vorgegebene Einspeisestrom berücksichtigt dabei automatisch einen über die Regelung vorgebbaren Stromistwert des Batteriestroms, sodass dieser automatisch nachstellbar ist.

Im Traktionssystem der erläuterten Art ist keine separate Regelung eines Batteriestroms über einen separaten

Gleichstromsteller erforderlich. Vielmehr ist die Regelung des Traktionssystems derart implementiert, dass diese

unmittelbar innerhalb einer Steuerung der Gleichrichter- Einheit erfolgen kann. Die Gleichrichter-Einheit ist somit derart implementiert, dass durch diese unmittelbar ein

Einspeisestrom im Zwischenkreis vorgebbar ist, über den automatisch auch der Batteriestrom der Traktionsbatterie nachstellbar ist. Auf diese Weise können Schaltungsverluste eines aktiv angesteuerten separaten Gleichstromstellers zum Einstellen eines definierten Batteriestroms vermieden werden.

Gemäß einer Ausgestaltung des Traktionssystems ist die

Traktionsbatterie ohne Zwischenschalten eines

Gleichstromstellers an den Zwischenkreis des Traktionssystems angebunden. In dieser Ausgestaltung entfällt der

Gleichstromsteller vollständig. Die Traktionsbatterie ist, abgesehen von etwaige Drossel- oder Filterelementen,

unmittelbar an den Zwischenkreis angeschlossen. Diese

Ausführungsformen haben den Vorteil, dass durch Weglassen des Gleichstromstellers Kosten, Bauraum, Gewicht und Energie eingespart werden können. Damit kann das Traktionssystem kostengünstiger, kompakter, leichter und effizienter

aufgebaut werden.

Das Traktionssystem der erläuterten Art kann derart

eingerichtet sein, dass mittels einer an den verbundenen Ausgängen des Zwischenkreis-Spannungsreglers und des

Batterie-Stromreglers vorgegebenen Vorgabegröße (Steuergröße) unmittelbar eine Steuerung von Schaltelementen der Gleichrichter-Einheit durchführbar ist. Dadurch kann

mittelbar ein bestimmter Einspeisestrom vorgegeben werden, der über die Gleichrichter-Einheit einstellbar ist. In diesen Fällen repräsentiert die Vorgabegröße beispielsweise ein Schaltverhältnis (so genannter „Duty Cycle") bzw. einen

Aussteuergrad von Schaltmitteln in der Gleichrichter-Einheit.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Traktionssystem auch derart eingerichtet sein, dass durch die erste

Ausgangsgröße des Zwischenkreis-Spannungsreglers eine erste Sollgröße für den Einspeisestrom vorgebbar ist und durch die zweite Ausgangsgröße des Batterie-Stromreglers eine zweite Sollgröße für den Einspeisestrom vorgebbar ist, wobei die Vorgabegröße eine Summe aus der ersten und zweiten Sollgröße für den Einspeisestrom ist. Dabei weist das Traktionssystem einen Zwischenkreis-Stromregler auf, der für eine Regelung eines Stromistwertes des Einspeisestroms auf die Vorgabegröße implementiert ist. Durch den Zwischenkreis-Stromregler ist somit eine Steuergröße vorgebbar, über die die Gleichrichter- Einheit zum Nachstellen des Stromistwertes des

Einspeisestroms ansteuerbar ist. In dieser Ausgestaltung weist das Traktionssystem somit eine Regelungskaskade aus einem Zwischenkreis-Spannungsregler mit unterlagertem

Batterie-Stromregler und einem Zwischenkreis-Stromregler auf. Letzterer erhält zur Regelung des Stromistwertes des

Einspeisestroms die erläuterte Vorgabegröße, die aus den verbundenen Ausgängen des Zwischenkreis-Spannungsreglers und des Batterie-Stromreglers stammt. Der Zwischenkreis- Stromregler gibt sodann eine Steuergröße zum Ansteuern der Gleichrichter-Einheit zum Einstellen des entsprechenden

Einspeisestroms im Zwischenkreis vor. In diesen Fällen repräsentiert die vom Zwischenkreis-Stromregler vorgegebene Steuergröße beispielsweise ein Schaltverhältnis (so genannter „Duty Cycle") bzw. einen Aussteuergrad von Schaltmitteln in der Gleichrichter-Einheit.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Traktionssystems ist der Zwischenkreis-Spannungsregler innerhalb einer ersten Steuerungskomponente der Gleichrichter-Einheit implementiert und der Batterie-Stromregler innerhalb einer zweiten

Steuerungskomponente der Gleichrichter-Einheit implementiert. Falls ein oben erläuterter Zwischenkreis-Stromregler

vorgesehen ist, kann auch dieser innerhalb einer

Steuerungskomponente der Gleichrichter-Einheit, zum Beispiel innerhalb der ersten Steuerungskomponente der Gleichrichter- Einheit, implementiert sein. In allen diesen Ausgestaltungen des Traktionssystems sind die Komponenten zur Regelung des Batteriestroms der oben erläuterten Art somit innerhalb der Gleichrichter-Einheit beziehungsweise innerhalb einer

entsprechenden Steuerung der Gleichrichter-Einheit

implementiert. Steuerungskomponenten herkömmlicher Lösungen zum Ansteuern eines separaten Gleichstromstellers zum

Einstellen eines gewünschten Batteriestroms können somit entfallen. Zum Beispiel kann die erste Steuerungskomponente ein Signalprozessor der Gleichrichter-Einheit sein, während die zweite Steuerungskomponente eine übergeordnete Steuerung der Gleichrichter-Einheit sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Traktionssystem ferner einen Traktionsumrichter, eine Steuerungskomponente des Traktionsumrichters und eine Traktionssystem-Steuerung auf. Die Steuerungskomponente des Traktionsumrichters ist mittels der Traktionssystem-Steuerung an die zweite

Steuerungskomponente der Gleichrichter-Einheit angebunden. Eine derartige Ausgestaltung des Traktionssystem ermöglicht eine Signalkommunikation zwischen der Steuerungskomponente des Traktionsumrichters und der zweiten Steuerungskomponente der Gleichrichter-Einheit zur Durchführung der oben genannten Regelungsstruktur .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Traktionssystem ferner einen Batterie-Überstromschutz-Regler auf, der für eine Regelung des Stromistwertes des Batteriestroms auf einen maximalen Batteriestromwert des Batteriestroms implementiert ist. An einem Ausgang des Batterie-Überstromschutz-Reglers ist eine Differenzgröße für den Batteriestrom vorgebbar, wobei der Ausgang des Batterie-Überstromschutz-Reglers mit dem Spannungsistwert der Zwischenkreisspannung beaufschlagbar ist. Dadurch kann eine Differenzleistung ermittelt werden zur Reduktion einer maximalen Einspeiseleistung in die

Traktionsbatterie um die ermittelte Differenzleistung. Durch den Batterie-Überstromschutz-Regler der erläuterten Art ist eine Sicherheitsmaßnahme im Traktionssystem geschaffen, um zu hohe Batterieströme in der Traktionsbatterie zu verhindern. Der Batterie-Überstromschutz-Regler ist derart implementiert, eine maximale Einspeiseleistung in die Traktionsbatterie zu reduzieren, wenn der gemessene Batteriestrom größer als ein maximaler Batteriestromwert ist. In diesem Fall liegt am Ausgang des Batterie-Überstromschutz-Reglers eine Steuergröße (Differenzgröße für den Batteriestrom) an, durch die die erläuterte Differenzleistung ermittelbar ist. Die maximale Einspeiseleistung kann anschließend über die ermittelte

Differenzleistung reduziert werden. Durch die reduzierte maximale Einspeiseleistung kann unter Zuhilfenahme eines gemessenen Spannungsistwertes der Zwischenkreisspannung ein maximal erlaubter Batteriestromwert eingestellt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Traktionsbatterie durch eine zu hohe Einspeiseleistung beschädigt wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Traktionssystem vorteilhaft eingerichtet, ein Verfahren der oben erläuterten Art durchzuführen.

Das Traktionssystem der erläuterten Art kann beispielsweise in einem Schienenfahrzeug eingesetzt werden.

Sämtliche Aspekte, Maßnahmen und Vorgaben des erläuterten Regelungsverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung finden Anwendung und Niederschlag in strukturellen Merkmalen, Ausführungsformen und Weiterbildungen eines vorstehend erläuterten Traktionssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.

Die oben erläuterten Merkmale, Aspekte und Vorteile der

Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme einer

Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit mehreren Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein schematisiertes Schaltbild einer

Ausführungsform eines Traktionssystems gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2 ein schematisiertes Schaltbild einer

Ausführungsform eines Traktionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 3 ein schematisiertes Blockschaltbild einer möglichen Implementierung einer Regelungsstruktur zur Regelung des Traktionssystems gemäß Figur 2 in einem ersten

Betriebszustand,

Figur 4 ein schematisiertes Blockschaltbild einer möglichen Implementierung einer Regelungsstruktur zur Regelung des Traktionssystems gemäß Figur 2 in einem zweiten

Betriebszustand und

Figur 5 ein schematisiertes Blockschaltbild einer möglichen Implementierung einer Regelungsstruktur zur Regelung des Traktionssystems gemäß Figur 2 in einem dritten

Betriebszustand .

Figur 1 zeigt ein schematisiertes Schaltbild einer

Ausführungsform eines Traktionssystems 1 gemäß dem Stand der Technik .

Das Traktionssystem 1 findet beispielsweise Anwendung in einem elektrischen Schienenfahrzeug. Das Traktionssystem 1 umfasst in der Ausführungsform gemäß Figur 1 eine

Traktionsbatterie 2, die über einen Gleichstromsteller 8 an einen Zwischenkreis 4 des Traktionssystems 1 angebunden ist. Der Gleichstromsteller 8 weist in der Ausführungsform gemäß Figur 1 zwei Paare, jeweils umfassend eine Diode 13 und ein Schaltelement 14 auf, wobei die Traktionsbatterie 2 an einem Mittenabgriff (Stellerphase) der Verschaltung der Dioden 13 und der Schaltelemente 14 elektrisch an dem

Gleichstromsteller 8 angebunden ist. Auf diese Weise arbeitet der Gleichstromsteller 8 als Tiefsetzsteiler zum Laden der Traktionsbatterie 2 aus einer Zwischenkreisspannung im

Zwischenkreis 4, die an einem Zwischenkreis-Kondensator 16 abfällt. Dem Zwischenkreis 4 und dem Gleichstromsteller 8 ist eine Drossel 15 zum Filtern von Oberschwingungen zwischengeschaltet .

Daneben weist das Traktionssystem 1 eine Gleichrichter- Einheit 3 und einen Traktionsumrichter 5 auf. Die

Gleichrichter-Einheit 3 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ein Vierquadrantensteller (4QS) mit vier Paaren, jeweils umfassend eine Diode 10 und ein Schaltelement 9. Die Gleichrichter-Einheit 3 ist demnach eingerichtet,

beispielsweise eine über einen Transformator 6 gewandelte Netz-Wechselspannung, welche dem Transformator 6 mittels eines nicht dargestellten Stromabnehmers von einer

Wechselstrom führenden Oberleitung eines Bahnstromnetzes zugeführt wird, in die Zwischenkreisspannung am Zwischenkreis 4 zu wandeln. Alternativ kann der Gleichrichter-Einheit 3 eine Netz-Gleichspannung, insbesondere unter Umgehung des Transformators 6, in die Zwischenkreisspannung wandeln, wenn das beispielhafte Schienenfahrzeug von einer Gleichstrom führenden Oberleitung eines Bahnstromnetzes versorgt wird. Durch aktives Schalten der Schaltelemente 10 in Zusammenspiel mit den Dioden 9 der Gleichrichter-Einheit 3 wird ein

Einspeisestrom in den Zwischenkreis 4 vorgegeben zum Laden des Zwischenkreis-Kondensators 16 zum Aufbauen der

Zwischenkreisspannung. Über die Zwischenkreisspannung am Zwischenkreis-Kondensator 16 kann mittels des

Traktionsumrichters 5 elektrische Leistung aus dem

Zwischenkreis 4 entnommen werden. Der Traktionsumrichter 5 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 als

Pulswechselrichter (PWR) ausgeführt. Der Traktionsumrichter 5 ist hierbei als B6-Brückenschaltung umfassend sechs Paare jeweils mit einer Diode 11 und einem Schaltelement 12

eingerichtet. Durch aktives Ansteuern der Schaltelemente 12 in Zusammenspiel mit den Dioden 11 kann der Pulswechselrichter 5 eine gepulste Wechselspannung zum

Antrieb einer daran angebundenen elektrischen Maschine 7 bereitstellen . Die elektrische Maschine 7 ist im

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eine Drehstrommaschine. Die elektrische Maschine 7 ist beispielsweise eine

Antriebsmaschine eines elektrischen Schienenfahrzeugs.

Das Traktionssystem 1 gemäß der Ausführungsform in Figur 1 ermöglicht einen hybriden Betrieb der elektrischen Maschine 7 aus einem Versorgungsnetz mittels Bereitstellens elektrischer Energie über die Gleichrichter-Einheit 3 in den Zwischenkreis 4 beziehungsweise aus der Traktionsbatterie 2 mittels

Bereitstellens elektrischer Energie aus der Traktionsbatterie 2 mittels des Gleichstromstellers 8 in den Zwischenkreis 4. Daneben ist ein Betrieb des Traktionssystems 1 möglich, in dem die elektrische Maschine 7 aus dem Versorgungsnetz mittels der Gleichrichter-Einheit 3 betrieben wird, wobei die Traktionsbatterie 2 mit elektrischer Energie aus dem

Zwischenkreis 4 durch Einstellen eines bestimmten

Batteriestroms mittels des Gleichstromstellers 8 geladen wird. Die elektrische Energie zum Laden der Traktionsbatterie 2 wird mittels der Gleichrichter-Einheit 3 ebenfalls aus dem Versorgungsnetz in den Zwischenkreis 4 bereitgestellt.

Das Traktionssystem 1 gemäß der Ausführungsform aus Figur 1 hat den Nachteil, dass für einen Betrieb der

Traktionsbatterie 2 innerhalb des Traktionssystems 1

Schaltverluste innerhalb des Gleichstromstellers 8 auftreten. Dadurch ist das Traktionssystem 1 verlustbehaftet. Ferner hat das Traktionssystem 1 gemäß Figur 1 den weiteren Nachteil, dass der Gleichstromsteller 8 Kosten verursacht und die

Baugröße sowie das Gewicht der Hardware des Traktionssystems 1 negativ beeinflusst. Figur 2 zeigt ein schematisiertes Schaltbild einer Ausführungsform eines Traktionssystems 1 gemäß der Erfindung. Das Traktionssystem 1 gemäß Figur 2 weist gegenüber dem

Traktionssystem 1 gemäß Figur 1 diverse Vorteile auf.

Strukturell entspricht das Traktionssystem 1 in der

Ausführungsform gemäß Figur 2 im Wesentlichen dem

Traktionssystem 1 in der Ausführungsform gemäß Figur 1, sodass auf die einzelnen Komponenten und deren Funktionalität Bezug zu Figur 1 genommen wird.

Im Unterschied zur Ausführungsform des Traktionssystems 1 gemäß Figur 1 ist die Traktionsbatterie 2 im Traktionssystem

1 gemäß der Ausführungsform aus Figur 2 jedoch ohne

Zwischenschalten eines Gleichstromstellers 8 an den

Zwischenkreis 4 angebunden. Lediglich eine Drossel 15 ist der Traktionsbatterie 2 und dem Zwischenkreis 4 in der

Ausführungsform gemäß Figur 2 zwischengeschaltet. Das

Traktionssystem 1 gemäß Figur 2 hat somit den Vorteil, dass der Gleichstromsteller 8 komplett entfällt. Auf diese Weise kann das Traktionssystem 1 in der Ausführungsform gemäß Figur

2 bezüglich seiner benötigten Hardware kostengünstiger, kompakter und leichter aufgebaut werden als das

Traktionssystem 1 gemäß Figur 1.

Das Traktionssystem 1 gemäß Figur 2 ermöglicht trotz

Wegfallens des Gleichstromstellers 8 aus Figur 1 eine

effiziente Regelung eines Batteriestroms I_Batt durch Vorgabe eines Einspeisestroms I_ZK in den Zwischenkreis 4 mittels einer Regelung der Zwischenkreisspannung U_ZK, die am

Zwischenkreis-Kondensator 16 abfällt. Eine entsprechende Regelung wird für verschiedene Betriebsmodi des Traktionssystems 1 gemäß Figur 2 unter Zuhilfenahme der

Figuren 3 bis 5 nachfolgend näher erläutert.

Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen

Implementierung einer Regelungsstruktur zur Regelung des Traktionssystems 1 gemäß Figur 2 in einem Antriebsbetrieb aus dem elektrischen Versorgungsnetz, zum Beispiel einer

Oberleitung für ein Schienenfahrzeug.

Die Regelungsstruktur gemäß Figur 3 umfasst einen

Signalprozessor I der Gleichrichter-Einheit 3 gemäß Figur 2, eine übergeordnete Steuerung II als zweite

Steuerungskomponente der Gleichrichter-Einheit 3 gemäß Figur 2, einen Signalprozessor III des Traktionsumrichters 5 gemäß Figur 2, eine übergeordnete Steuerung IV als zweite

Steuerungskomponente des Traktionsumrichters 5 gemäß Figur 2 sowie eine Fahrzeugsteuerung 5 als Traktionssystem-Steuerung des Traktionssystems 1 gemäß Figur 2.

Die einzelnen Funktionalitäten und das Zusammenspiel der Steuerungskomponenten I bis V gemäß Figur 3 werden

nachfolgend näher erläutert.

Die Regelungsstruktur gemäß Figur 3 umfasst eine

Zwischenkreis-Spannungsregelung mit unterlagerter Batterie- Stromregelung. Die Steuerungskomponente I weist hierzu einen Zwischenkreis-Spannungsregler 17 auf, der einen

Spannungsistwert U_ZK_r der Zwischenkreisspannung U_ZK

(vergleiche Figur 2) auf einen Spannungssollwert U_ZK_s der Zwischenkreisspannung U_ZK regelt. Hierzu ermittelt der

Zwischenkreis-Spannungsregler 17 einen Regelfehler zwischen den Größen U_ZK_s und U_ZK_r und gibt an dessen Ausgang eine erste Sollgröße I_4QS_s für den Einspeisestrom I_ZK der Gleichrichter-Einheit 3 (siehe Figur 2) vor. Der Zwischenkreis-Spannungsregler 17 ist in der Implementierung gemäß Figur 3 ein P-Regler (Regler mit reinem

Proportionalanteil) . Alternativ kann der Zwischenkreis- Spannungsregler 17 zum Beispiel auch ein PI-Regler sein

(Regler mit Proportional- und Integralanteil). Es kann jedoch je nach Regelungsaufgabe notwendig sein, den I-Anteil zu deaktivieren, wenn eine gemessene Spannungsabweichung

zwischen den Größen U_ZK_r und U_ZK_s nicht zu Null geregelt werden kann. Ansonsten würde der Zwischenkreis- Spannungsregler 17 unter Umständen instabil und würde

abdriften .

Der Ausgang des Zwischenkreis-Spannungsreglers 17 wird mit einem Ausgang eines Batterie-Stromreglers 18 innerhalb der zweiten Steuerungskomponente II beaufschlagt. In der

Steuerungskomponente II findet die eigentliche Batteriestrom- Regelung statt.

In einem Steuerungskomplex II.1 wird eine Vorsteuerung des Zwischenkreis-Spannungsreglers 17 auf Basis eines

Stromsollwertes I_Batt_s des Batteriestroms I_Batt dadurch vorgenommen, dass der Stromsollwert I_Batt_s des

Batteriestroms I_Batt in eine Vorgabe-Berechnung des

Spannungssollwertes U_ZK_s der Zwischenkreisspannung U_ZK einfließt. Konkret wird im Steuerungskomplex II.1 die Größe U_ZK_s berechnet, indem der Stromsollwert I_Batt_s mit einem Wert eines Innenwiderstands R_Batt der Traktionsbatterie 2 (siehe Figur 2) multipliziert wird und das Ergebnis mit dem Spannungsistwert U_Batt_r der Batteriespannung U_Batt (siehe Figur 2) addiert wird. Der Wert des Innenwiderstands R_Batt wird beispielsweise über eine Schätzung ermittelt. Die Größe U_Batt_r kann zum Beispiel über eine sogenannte State of Charge ( SoC) -Kennlinie der Traktionsbatterie 2 ermittelt werden. Aus der SoC-Kennlinie kann ein entsprechender

Spannungsistwert U_Batt_r ermittelt werden. Die im

Steuerungskomplex II.1 ermittelte Größe U_ZK_s wird als vorgesteuerte Sollgröße dem Zwischenkreis-Spannungsregler 17 in der Steuerungskomponente I übergeben.

Im Steuerungskomplex II.2 erfolgt die Batteriestrom-Regelung über einen Batterie-Stromregler 18. Dieser erhält als

Sollvorgabe einen Stromsollwert I_Batt_s des Batteriestroms I_Batt und regelt einen Stromistwert I_Batt_r auf den

vorgegebenen Stromsollwert I_Batt_s .

Der Stromsollwert I_Batt_s wird aus Sicherheitsgründen auf einen maximal möglichen Strom I_Batt_max begrenzt. Hierzu ist dem Batterie-Stromregler 18 ein Auswahlbaustein MIN

vorgeschaltet, der den kleineren Wert aus dem Stromsollwert I_Batt_s und dem maximalen Strom I_Batt_max als Stromsollwert für den Batterie-Stromregler 18 auswählt. Der Batterie- Stromregler 18 gibt an dessen Ausgang eine zweite Sollgröße AI_4QS für den Einspeisestrom I_ZK vor, wobei der Ausgang des Zwischenkreis-Spannungsreglers 17 mit dem Ausgang des

Batterie-Stromreglers 18 beaufschlagt wird.

Auf diese Weise wird eine Vorgabegröße I_ZK_s aus den beiden Ausgangsgrößen I_4QS_s und AI_4QS der jeweiligen Regler 17 und 18 gebildet. Die Vorgabegröße I_ZK_s dient als

Sollvorgabe für einen Zwischenkreis-Stromregler 19 in der Steuerungskomponente I, der den Stromistwert I_ZK_r des

Einspeisestroms I_ZK auf die Vorgabegröße I_ZK_s regelt. Der Zwischenkreis-Stromregler 19 ist in der Implementierung gemäß Figur 3 zum Beispiel ein PI-Regler. Der Zwischenkreis- Stromregler 19 gibt an dessen Ausgang eine Steuergröße dl aus. Die Steuergröße dl gibt beispielsweise ein

Schaltverhältnis als Ansteuergrad der Schaltmittel 10 der Gleichrichter-Einheit 3 (siehe Figur 2 in Verbindung mit Figur 1) vor. Auf diese Weise wird die Gleichrichter-Einheit 3 über die Steuergröße dl derart angesteuert, dass mittels einer Zwischenkreis-Spannungsregelung über den Regler 17 und mittels einer Zwischenkreis-Stromregelung über den Regler 19 ein Einspeisestrom I_ZK vorgegeben wird und der Stromistwert I_ZK_r des Einspeisestroms I_ZK im Zwischenkreis 4

nachgestellt wird. Der entsprechend nachgestellte

Stromistwert I_ZK_r berücksichtigt damit automatisch einen Anteil, der als Stromistwert I_Batt_r des Batteriestroms I_Batt zum Laden der Traktionsbatterie 2 aus dem

Zwischenkreis (vergleiche Figur 2) in die Traktionsbatterie 2 eingespeist wird. Die Regelungsstruktur gemäß Figur 3 ermöglicht somit auf einfache Weise eine automatische

Regelung des Batteriestroms I_Batt der Traktionsbatterie 2 mittels eines Einstellens eines vorgegebenen Einspeisestroms I_ZK innerhalb des Zwischenkreises 4 durch Stellen der

Gleichrichter-Einheit 3 mittels einer kaskadierten Regelung über diverse Regler 17, 18 und 19.

Wie oben erläutert, wird der Stromsollwert I_Batt_s auf einen maximalen Batteriestrom I_Batt_max begrenzt. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Gleichrichter-Einheit 3 nur eine begrenzte maximale Einspeiseleistung liefern kann. Ein Betrieb der Maschine 7 über das Traktionssystem 1 (siehe Figur 2) hat dabei generell immer Priorität vor einem Laden der Traktionsbatterie 2. Zum Laden der Traktionsbatterie 2 darf lediglich die restlich verfügbare Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit 3 nach Abzug einer Traktions- Istleistung von der maximal möglichen Einspeiseleistung der Gleichrichter-Einheit 3 herangezogen werden. Folglich wird im Steuerungskomplex II.4 der maximale Batteriestrom I_Batt_max aus einer Differenz der maximalen Einspeiseleistung

P_4QS_cons_max der Gleichrichter-Einheit 3 und der

tatsächlich aus dem Zwischenkreis entnommenen Istleistung P_cons_r berechnet. P_cons_r beschreibt dabei die

Istleistung, die über den Traktionsumrichter 5 zum Betrieb der Maschine 7 und über einen gesondert eingerichteten

Hilfsbetriebeumrichter (HBU, nicht näher dargestellt) zum Betrieb von Hilfsaggregaten aus dem Zwischenkreis 4 entnommen wird. Die berechnete Differenz der entsprechenden Leistungen wird durch den Spannungsistwert U_ZK_r der

Zwischenkreisspannung U_ZK dividiert. Auf diese Weise wird der situationsabhängig maximal mögliche Batteriestrom

I_Batt_max als maximaler Stromsollwert des Batteriestroms I_Batt berechnet. Die maximale Einspeiseleistung

P_4QS_cons_max der Gleichrichter-Einheit wird durch den

Steuerungskomplex II.3 bereitgestellt.

Weitere Steuerungsaufgaben in der Implementierung gemäß Figur 3 sehen eine Momentenbegrenzung eines Sollmoments M_s auf ein maximales Antriebsmoment M_driv_max im Steuerungskomplex IV.1 vor. Hierzu wird eine maximale Entnahmeleistung P_PWR_max des Traktionsumrichters 5 aus einer Differenz der maximalen

Einspeiseleistung P_cons_max_A der Gleichrichter-Einheit 3 und der aus dem Zwischenkreis entnommenen Istleistung P_HBU_r des Hilfsbetriebeumrichters ermittelt. Aus der Größe

P_PWR_max wird sodann das maximale Antriebsmoment M_driv_max bestimmt und das vom Schienenfahrzeug vorgegebene Sollmoment M_s mittels eines Begrenzers 23 auf das Moment M_driv_max begrenzt .

Die im Steuerungskomplex IV.1 verarbeitete Größe P_cons_max_A wird aus der maximalen Einspeiseleistung P_4QS_cons_max im Steuerungskomplex II.3 ermittelt. Letztere Größe wird als Größe P_cons_max an eine Steuerungskomponente 21 innerhalb der Steuerung V übergeben. Die Steuerungskomponente 21 dient zur etwaigen Aufteilung der maximalen Einspeiseleistung

P_4QS_cons_max der Gleichrichter-Einheit 3 auf mehrere

Zwischenkreise, wobei die Größe P_4QS_cons_max in zwei Teil- Leistungsgrößen P_cons_max_A und P_cons_max_B für zwei

Zwischenkreise aufteilbar ist. Nachdem in der Ausführungsform gemäß Figur 2 lediglich ein Zwischenkreis 4 eingerichtet ist, wird die Größe P_4QS_cons_max unmittelbar als Größe

P_cons_max_A im Steuerungskomplex IV.1 verarbeitet.

In einem Steuerungskomplex IV.2 erfolgt die Bestimmung einer Leistungsbilanz der momentan entnommenen Istleistung

P_cons_r_A als Summe aus der entnommenen Istleistung P_PWR_r des Traktionsumrichters 5 und der entnommenen Istleistung P_HBU_r des Hilfsbetriebeumrichters.

Die im Steuerungskomplex IV.2 verarbeitete Größe P_cons_r_A wird als Istleistung P_cons_r innerhalb des

Steuerungskomplexes II.4 verarbeitet. In der Steuerung V ist eine weitere Steuerungskomponente 22 zur Zusammenführung aller Teil-Istleistungen aus mehreren Zwischenkreisen

eingerichtet. Hierbei werden insbesondere die Teil- Istleistungen P_cons_r_A und P_cons_r_B zur Gesamt- Istleistung P_cons_r zusammengeführt. Nachdem die

Ausführungsform gemäß Figur 2 lediglich einen Zwischenkreis 4 aufweist, wird die Größe P_cons_r_A des Steuerungskomplexes IV.2 unmittelbar als Größe P_cons_r im Steuerungskomplex II.4 verarbeitet .

Schließlich sei bemerkt, dass in der Implementierung gemäß Figur 3 die Steuerungskomponenten III und IV des Traktionsumrichters 5 miteinander kommunizieren können, um die entsprechenden Steuerungsaufgaben durchzuführen. Dies ist durch einen gestrichelten Pfeil von der Steuerungskomponente IV in die Steuerungskomponente III angedeutet.

Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen

Implementierung einer Regelungsstruktur zur Regelung des Traktionssystems 1 gemäß Figur 2 in einem zweiten

Betriebsmodus. Der zweite Betriebsmodus beschreibt hierbei einen Betrieb des Traktionssystems 1 rein aus der

Traktionsbatterie 2, das heißt ohne Anbindung der

Gleichrichter-Einheit 3 an ein elektrisches Versorgungsnetz (siehe Figur 2). Insofern beschreibt die Implementierung gemäß Figur 4 einen reinen Batteriebetrieb des

Traktionsbetriebs 1, das heißt ein Austauschen von Leistung zwischen der Traktionsbatterie 2 und der über den

Traktionsumrichter 5 angetriebenen Maschine 7.

Die Implementierung gemäß Figur 4 umfasst die

Steuerungskomponenten II, IV und V. Im Steuerungskomplex II.5 erfolgt zunächst eine Auswahl eines maximalen Batteriestroms I_Batt_max beziehungsweise I_Batt_max_save über einen

Auswahlblock MIN. Die Größe I_Batt_max stellt einen maximal möglichen Batteriestrom dar. Die Größe I_Batt_max_save stellt einen demgegenüber geringeren maximalen Batteriestrom dar. Dieser ergibt sich beispielsweise aus einem sogenannten

Safety-Betrieb der Traktionsbatterie 2, indem ein niedrigerer maximaler Batteriestrom gewählt wird, um die

Traktionsbatterie 2 nicht zu überlasten/zu schonen. Ein derartiger Betrieb kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass einzelne Batteriezellen der Traktionsbatterie 2

beschädigt sind, was dem Steuerungssystem angezeigt werden kann. In diesem Fall wird ein reduzierter maximaler Batteriestrom I_Batt_max_save ausgewählt.

Der wie auch immer gewählte maximale Batteriestrom wird sodann in der Steuerungskomponente II mit dem

Spannungsistwert U_Batt_r der Traktionsbatterie 2

multipliziert, um die maximale Einspeiseleistung P_cons_max der Traktionsbatterie 2 zu bestimmen. Die maximale

Einspeiseleistung P_cons_max wird über die Steuerung V der Steuerungskomponente IV des Traktionsumrichters 5 übergeben. Im Steuerungskomplex IV.1 erfolgt dann gemäß der

Funktionalität, wie sie zu Figur 3 erläutert worden ist, eine entsprechende Leistungs- beziehungsweise Momentenbegrenzung unter Zuhilfenahme der Größe P_cons_max_A, die in der

Implementierung gemäß Figur 4 die maximale Einspeiseleistung P_cons_max der Traktionsbatterie 2 repräsentiert. Weiteren Erläuterungen bedarf es an dieser Stelle nicht. Aufgrund der Implementierung gemäß Figur 4 kann die elektrische Maschine 7 über Energie aus der Traktionsbatterie 2 betrieben werden.

Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild einer möglichen

Implementierung einer Regelungsstruktur zur Regelung des Traktionssystems 1 gemäß Figur 2 in einem dritten

Betriebsmodus. Der dritte Betriebsmodus kann alternativ ein Bremsbetrieb des Traktionssystems 1 gemäß Figur 2 mit oder ohne Anbindung an ein elektrisches Versorgungsnetz mittels der Gleichrichter-Einheit 3 sein. Je nachdem kann eine über die elektrische Maschine 7 und den Traktionsumrichter 5 in den Zwischenkreis 4 rückeingespeiste Leistung teilweise in die Traktionsbatterie 2 und teilweise in das elektrische Versorgungsnetz rückeingespeist werden oder (zumindest teilweise) in die Traktionsbatterie 2 rückeingespeist werden. In der Implementierung gemäß Figur 5 sind diverse Sicherheitsvorkehrungen zur Begrenzung einer maximalen

Rückeinspeiseleistung des Traktionsumrichters 5 vorgesehen.

Zunächst wird in einem Steuerungskomplex II.6 aus einem maximalen Batteriestromwert I_Batt_max beziehungsweise

I_Batt_max_save des Batteriestroms I_Batt (vergleiche

Erläuterungen zu II.5 in Figur 4) und dem Spannungsistwert U_ZK_r der Zwischenkreisspannung U_ZK eine maximale

Einspeiseleistung P_feed_max_Batt in die Traktionsbatterie 2 berechnet. Letztere Größe wird als Größe P_feed_max mittels der Steuerung V (genauer über die Steuerungskomponente 21) als Größe P_feed_max_A einem Steuerungskomplex IV.3

übergeben. Hierin wird eine Sollleistung P_BST_s eines im Traktionssystem 1 eingerichteten Bremsstellers (BST, nicht näher dargestellt) berechnet. Die Sollleistung P_BST_s soll dabei größer sein als eine Leistung, die sich aus einem Abzug der Istleistung des Hilfsbetriebeumrichters P_HBU_r und der maximalen Einspeiseleistung P_feed_max_A in die

Traktionsbatterie 2 von der rückeingespeisten Istleistung P_PWR_r des Traktionsumrichters 5 ergibt. Die Sollleistung P_BST_s wird dadurch derart dimensioniert, dass ein

Überschussleistungsanteil der in den Zwischenkreis 4

rückeingespeisten Leistung, welcher nicht durch die

Traktionsbatterie 2 oder den Hilfsbetriebeumrichter

verbraucht wird, durch den Bremssteller abgeleitet wird.

Aus der Leistungsgröße P_BST_s wird in dem Steuerungskomplex IV.3 zudem ein einstellbarer Bremswiderstand R_BST_s als Sollwiderstand des Bremsstellers berechnet. Dieser

Sollwiderstand wird aus einem Verhältnis (U_ZK_r) 2 /P_BST_s bestimmt. Aus einem Verhältnis des Bremswiderstandes R_BST_s zu einem vorgegebenen Bremswiderstand RBST_Inst wird unter Zuhilfenahme eines Begrenzers 25 eine Steuergröße d2

bestimmt. Die Steuergröße d2 repräsentiert ein

Ansteuerverhältnis für Schaltmittel zum Steuern des

Bremsstellers BST zum Einstellen des bestimmten

Sollwiderstandes R_BST_s. Die Steuergröße d2 wird der

Steuerungskomponente III übergeben. Auf diese Weise kann durch den Steuerungskomplex IV.3 ein Bremssteller im

Traktionssystem 1 eingestellt werden, der mit dem

Zwischenkreis 4 verschaltet ist, um überschüssige

rückeingespeiste Leistung aus dem Traktionsumrichter 5 abzuleiten, sodass ein Schaden des Traktionssystems 1 verhindert wird. Insbesondere kann im Steuerungskomplex IV.3 auf Basis einer Leistungsbilanz der Bremssteller derart vorgesteuert werden, dass bei schnellen Bremsmomentanstiegen in der Antriebsmaschine 7 (siehe Figur 2) auch kurzzeitig keine zu hohen Einspeiseströme aus dem Zwischenkreis 4 in die Traktionsbatterie 2 fließen.

Im Steuerungskomplex IV.4 wird zudem die maximale

Rückeinspeiseleistung P_PWR_max des Traktionsumrichters 5 berechnet als eine Summe der maximalen Einspeiseleistung P_feed_max_A der Traktionsbatterie 2 (übergeben durch die Komponente 21 als Größe P_feed_max der Steuerungskomponente II), der entnommenen Istleistung P_HBU_r des

Hilfsbetriebeumrichters und einer Kannleistung P_BST_c des Bremsstellers. Die Größe P_PWR_max wird somit aus einer

Leistungsbilanz der beteiligten Komponenten ermittelt und stellt die maximal erlaubte Rückeinspeiseleistung des

Traktionsumrichters 5 dar. Aus der Größe P_PWR_max wird sodann ein maximales Bremsmoment M_brake_max der

Antriebsmaschine 7 berechnet. Ein Sollmoment M_s der Maschine 7 wird mittels des Begrenzers 23 auf das maximale Bremsmoment M_brake_max begrenzt. Auf diese Weise wird im Steuerungskomplex IV.4 das maximale Bremsmoment M_brake_max auf die maximal erlaubte Rückeinspeiseleistung des

Traktionsumrichters 5 begrenzt, sodass keine zu hohen Ströme zurück in den Zwischenkreis 4 und damit in die

Traktionsbatterie 2 fließen.

Als weitere zusätzliche oder alternative Sicherheitsmaßnahme, um die Traktionsbatterie 2 vor zu hohen Strömen zu schützen, wird im Steuerungskomplex II.7 die maximale erlaubte

Einspeiseleistung P_feed_max_Batt in die Traktionsbatterie 2 durch einen Batterie-Überstromschutz-Regler 20 begrenzt, wenn der gemessene Batteriestrom I_Batt_r (Stromistwert) den maximal erlaubten Ladestrom I_Batt_max (vergleiche II.6) übersteigt. Dem Regler 20 ist hierbei ein Begrenzer 24 vorgeschaltet, der lediglich durchschaltet, wenn die

Differenz aus I_Batt_max (gewonnen aus II.6) und I_Batt_r negativ wird. In diesem Fall regelt der, beispielhaft als PI- Regler ausgeführte, Regler 20 den gemessenen Batteriestrom I_Batt_r und gibt eine Differenzgröße DI (negativer Wert) an dessen Ausgang aus. Die Differenzgröße DI wird dann mit dem Spannungsistwert U_ZK_r der Zwischenkreisspannung U_ZK zu einer Differenzleistung DR multipliziert. Die

Differenzleistung DR weist in diesem Fall einen negativen Wert auf. Durch Beaufschlagung der negativen

Differenzleistung DR auf die maximale Einspeiseleistung

P_feed_max_Batt wird letztere somit weiter reduziert und als reduzierte maximale Einspeiseleistung P_feed_max mittels der Steuerung V an die Steuerungskomponente IV übergeben.

Die Regelungsstruktur im Steuerungskomplex II.7 ermöglicht somit eine dynamische Nachregelung der maximalen

Einspeiseleistung P_feed_max_Batt zur dynamischen Anpassung der Steuergrößen innerhalb der Steuerungskomponente IV. Somit wird eine dynamische Überstrom-Schutzregelung für die

Absicherung der Traktionsbatterie 2 gewährleistet. Eine derartige Regelung kann z.B. dann vorteilhaft sein, wenn die weiteren erläuterten Sicherheitsmaßnahmen, z.B. die

Funktionalität des Bremsstellers oder eine Begrenzung der maximalen Rückeinspeiseleistung P_PWR_max des

Traktionsumrichters 5, versagen oder unzureichend sind. Z.B. kann die Dimensionierung des Bremsstellers über den

berechneten Widerstand R_BST_s unzureichend sein, weil der Widerstand R_BST_s temperaturabhängig schwanken kann oder generell nur ungenau ermittelbar ist.

Falls die Implementierung gemäß Figur 5 unter reiner

Anbindung der Traktionsbatterie 2 an den Zwischenkreis 4 ohne Anbindung des Traktionssystems 1 mittels der Gleichrichter- Einheit 3 an ein Versorgungsnetz eingesetzt wird, verhindert die erläuterte Überstrom-Schutzregelung somit einen Schaden oder eine Zerstörung der Traktionsbatterie 2. Falls die

Implementierung gemäß Figur 5 unter Anbindung der

Traktionsbatterie 2 an den Zwischenkreis 4 mit kombinierter Anbindung des Traktionssystems 1 mittels der Gleichrichter- Einheit 3 an ein Versorgungsnetz eingesetzt wird, erlaubt die erläuterte Implementierung der diversen Regelungsstrukturen (vgl. Fig. 3 und 5) ein Rückeinspeisen einer Teilleistung der vom Traktionsumrichter 5 in den Zwischenkreis 4

rückeingespeisten Leistung in das Versorgungsnetz, soweit die rückeingespeiste Leistung weder von der Traktionsbatterie 2, dem Hilfsbetriebeumrichter oder dem Bremssteller kompensiert wird bzw. kompensiert werden kann.

Die dargestellten Ausführungsformen und Implementierungen sind lediglich beispielhaft gewählt. Die hierin erläuterte Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen und Implementierungen beschränkt.

Die erläuterte Erfindung ermöglicht eine direkte Anbindung einer Traktionsbatterie 2 an einen Zwischenkreis 4 eines Traktionssystems 1 ohne Zwischenschalten eines

Gleichstromstellers . Durch Einrichten der erläuterten

Regelungsstruktur (en) kann ein separater Gleichstromsteller für die Traktionsbatterie 2 vollständig weggelassen werden. Auf diese Weise ist ein kostengünstiges, kompaktes und leichteres Traktionssystem 1 realisierbar. Ferner werden Schaltverluste innerhalb eines separaten Gleichstromstellers vermieden. Das Traktionssystem 1 erlaubt dennoch eine zuverlässige, dynamische und sichere Regelung sämtlicher Komponenten des Traktionssystems 1.