Fahrzeug für den Streckennetz- und den Batteriebetrieb

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Batterie, einem Motor und einem Stromrichter zwischen einem Anschluss an ein Energieversorgungsnetz und dem Motor. Üblicherweise sind die Motoren eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs des Nahverkehrs, jeweils über einen Stromrichter, insbesondere einen Umrichter, mit einer Sammelschiene verbunden, welche ihrerseits mit einem sogenannten Fahrdraht, beispielsweise einer Oberleitung oder einer Strom- schiene, verbunden ist. Um einen Batteriebetrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen, insbesondere auf kurzen Strecken ohne Fahrdraht, umfassen sie eine Batterie. Die Batterie ist über einen Gleichspannungswandler mit der Sammelschiene verbunden, um die Batteriespannung in die Sammelschiene einzuspeisen, und die Motoren anzutreiben. Die Batterie ist im Netzbetrieb des Fahrzeugs oder durch rückgewonnene Bremsenergie wieder aufladbar .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstige- res Fahrzeug bereitstellen zu können.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhän- gigen Patentansprüche wieder.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, insbesondere des Nahverkehrs, umfasst einen ersten Motor, einen ersten Stromrichter und ei- ne Batterie. Der erste Stromrichter ist in einer ersten

Schalterstellung zwischen erstem Motor und einen Anschluss an ein Energieversorgungsnetz geschaltet. In einer zweiten Schalterstellung ist der erste Stromrichter zwischen Batterie und den Anschluss an das Energieversorgungsnetz geschaltet.

Handelt es sich bei dem Energieversorgungsnetz um ein Gleich- Stromnetz und bei dem ersten Motor um Gleichstrommotor, ist der erste Stromrichter in der ersten Schalterstellung als Umrichter, oder sogenannter Gleichspannungswandler, zwischen dem ersten Motor und dem Anschluss an ein Energieversorgungsnetz beschaltet und in der zweiten Schalterstellung ist der erste Stromrichter als Gleichspannungswandler, insbesondere als Hoch-Tiefsetzsteller, zwischen der Batterie und dem Anschluss an das Energieversorgungsnetz beschaltet. Weitergebildet handelt es sich bei dem ersten Stromrichter um einen galvanisch getrennten Gleichspannungswandler.

Der erste Stromrichter ist daher geeignet zur Verwendung als Umrichter zur Anbindung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Motors, an ein Energienetz und geeignet zur Verwendung als galvanisch getrennter Gleichspannungswandler, insbesondere als Hoch-Tiefsetzsteller, zur Anbindung einer Batterie an ein Energienetz, insbesondere an ein Teil eines Energieversorgungsnetzes in einem Fahrzeug.

Erfindungsgemäß wird der erste Stromrichter so betrieben und beschaltet, dass er in der ersten Schalterstellung zwischen ein Energieversorgungsnetz und den Motor geschaltet wird und, dass er in der zweiten Schalterstellung zwischen die Batterie und das Energieversorgungsnetz geschaltet wird. Die erste Schalterstellung wird insbesondere während einer Einspeisung von elektrischer Energie aus einem Streckennetz eingestellt. Die zweite Schalterstellung wird insbesondere während einer Einspeisung von elektrischer Energie aus der Batterie in das Energieversorgungsnetz eingestellt. Ein herkömmlicher Umrichter wird zusätzlich insbesondere als Hoch-Tiefsetzsteller verwendet und entsprechend beschaltet.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst das Fahrzeug zumindest einen weiteren, zweiten Motor und zumindest einen weiteren, zweiten Stromrichter, wobei der erste Motor über den ersten Stromrichter mit einer Sammelschiene verbunden ist und wobei der zweite Motor über den zweiten Stromrichter mit der Sammelschiene verbunden ist. Die Sammelschiene dient der Verteilung und Bereitstellung von elektrischer Energie, insbesondere zur Versorgung der Motoren. Sie ist damit fahrzeug- seitig Teil des Energieversorgungsnetzes, wie auch ein stre- ckenseitiger Fahrdraht, mit welchem sie ihrerseits, zumindest zeitweise, insbesondere in der ersten Schalterstellung, ver- bunden ist, beispielsweise über einen Stromabnehmer. Der

Fahrdraht ist Teil eines Streckennetzes, welches seinerseits Teil des Energieversorgungsnetzes ist.

In der ersten Schalterstellung dient die Sammelschiene der Versorgung des ersten und des zumindest einen weiteren, zweiten Motors mit elektrischer Energie aus dem Streckennetz. In der zweiten Schalterstellung hingegen wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung elektrische Energie aus der Batterie in die Sammelschiene eingespeist. Der erste Motor ist beispielsweise in der zweiten Schalterstellung frei von einer Verbindung mit der Sammelschiene und somit nicht mit elektrischer Energie versorgt. Der zumindest eine weitere, zweite Motor ist über den zweiten Stromrichter mit der Sammelschiene verbunden und mit elektrischer Energie versorgt und damit an- getrieben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in der zweiten Schalterstellung die Batterie geladen. Der zumindest eine weitere, zweite Motor dient als Generator und speist elektrische Energie durch Bremsrückgewinnung in die Sammel- schiene ein, welche zur Aufladung der Batterie dient. Eine weitere Variante sieht vor, dass die Batterie in der zweiten Schalterstellung mit elektrischer Energie aus dem Streckennetz geladen wird. Alternativ wird in der zweiten Schalterstellung elektrische Energie aus der Batterie in das Streckennetz eingespeist, beispielsweise ohne den zumindest einen weiteren, zweiten Motor anzutreiben.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen . zeigt schematisch eine Beschaltung eines Stromrichters des Stands der Technik, zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Beschaltung des Stromrichters, zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beschaltung eines Stromrichters.

In Fig. 1 ist eine Beschaltung eines Schienenfahrzeugs des Stands der Technik schematisch dargestellt. An einer Sammelschiene 4, welche ihrerseits mit dem Streckennetz über einen Stromabnehmer 5 verbunden ist, sind die Motoren 1 des Fahrzeugs über jeweils einen Umrichter 6 mit der Sammelschiene 4 verbunden. Die Batterie 3 ist über einen Gleichspannungswand- 1er 7 mit der Sammelschiene 4 verbunden, um im Batteriebetrieb Energie einspeisen zu können oder im Streckennetzbetrieb oder durch Bremsenergie wieder aufgeladen werden zu können. Bei drei Motoren 1 und einer Batterie 3 sind somit vier Stromrichter 6 und 7 vorgesehen.

Fig. 2 veranschaulicht die erfindungsgemäße Schaltung schematisch. Das Fahrzeug weist einen ersten Motor 1 und eine Batterie 3 auf, welche über einen gemeinsamen ersten Stromrichter 2 mit einer Sammelschiene 4 verbindbar sind. In einer ersten Schalterstellung ist der erste Stromrichter 2 als Umrichter zwischen die Sammelschiene 4 und den ersten Motor 1 geschaltet. In einer zweiten Schalterstellung ist der erste Stromrichter 2 als galvanisch getrennter Hoch-Tiefsetzsteller zwischen die Batterie 3 und die Sammelschiene 4 geschaltet. Somit kann der erste Motor 2 in der ersten Schalterstellung mit elektrischer Energie aus der Sammelschiene 4 angetrieben werden. In der zweiten Schalterstellung hingegen kann die Batterie 3 mit elektrischer Energie aus der Sammelschiene 4 aufgeladen werden oder die Batterie 3 kann elektrische Energie an die Sammelschiene 4 abgeben und damit entladen werden.

Des Weiteren weist das Fahrzeug zwei weitere Motoren 11 auf, welche jeweils über jeweils einen weiteren Stromrichter 21 mit der Sammelschiene 4 verbunden sind. Die Sammelschiene 4 dient der Verteilung von elektrischer Energie des Streckennetzes und/oder der Batterie. Durch die Erfindung ist ein Stromrichter im Vergleich zum

Stand der Technik eingespart, da die Batterie 3 an den ersten Stromrichter 2 für den ersten Motor 1 angeschlossen ist. Dieser muss jedoch unterschiedlich beschaltet werden, für den Batteriebetrieb und den Streckennetzbetrieb.

Beim Batteriebetrieb wird der erste Stromrichter 2 als Hoch- Tiefsetzsteller beschaltet. In dieser zweiten Schalterstellung steht der erste Motor 1 nicht mehr zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung. Dies ist in der Regel unkritisch, da die Motoren 11 die volle Batterieleistung aufnehmen können, welche geringer ist, als die Fahrdrahtleistung. Sollten alle Motoren 1 und 11 zur Verfügung stehen, ist es beispielsweise möglich, den ersten Motor 1 durch einen der weiteren Stromrichter 21 zu speisen. In diesem Fall hätte dieser Stromrich- ter 21 zwei Motoren 1 und 11 zu speisen, wozu er entsprechend auszulegen wäre.

Eine mögliche Beschaltung des ersten Stromrichters 2 eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist in Fig. 3 skizziert. Er ist mit der Sammelschiene 4 verbunden, wo eine Spannung U _D anliegt. Je nach Betriebsart ist er durch Öffnen und/oder

Schließen der Schalter 8 mit dem ersten Motor 1 oder der Batterie 3 verbunden. Durch die Verwendung eines Stromrichters sowohl für die Verbindung von Motor und Energieversorgungsnetz, als auch für die Verbindung von Batterie und Energieversorgungsnetz werden Gewicht und Kosten eingespart.