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Title:
VEHICLE WITH CURRENT COLLECTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/018520
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a vehicle (1) comprising a current collector (4) for feeding traction energy from a two-pole overhead contact line system (3), an electric or hybrid electric traction drive (2), an electric energy storage device (5) for temporarily storing fed traction energy, a first line branch (11) which can connect the traction drive (2) to the current collector (4), and a second line branch (13) which can connect the traction drive (2) and the energy storage device (5) to the current collector (4) and which comprises a switched-in, galvanically isolating DC-to-DC converter (8). Since the vehicle (1) comprises a third line branch (14) which can connect the traction drive (2) and the energy storage device (5) to the current collector (4) and which comprises a switched-in, non-galvanically isolating DC-to-DC converter (15), higher charging rates for charging the energy storage device (5) can be transmitted while maintaining the protection system.

Inventors:
ENGDAHL HENRIK (SE)
MOLTHAN HELGE (DE)
SOMMER HOLGER (DE)
THORÉN CHRISTER (SE)
Application Number:
PCT/EP2020/069048
Publication Date:
February 04, 2021
Filing Date:
July 07, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS MOBILITY GMBH (DE)
SCANIA CV AB (SE)
International Classes:
B60L3/00; B60L5/00; B60L9/20; B60L53/14; B60L53/20
Domestic Patent References:
WO2016068780A12016-05-06
Foreign References:
DE102013226356A12015-04-02
EP2340957A12011-07-06
DE112013006718T52015-11-12
EP3036127B12017-07-19
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS MOBILITY GMBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Fahrzeug (1), umfassend

- einen Stromabnehmer (4) zur Einspeisung von Traktionsener gie aus einer zweipoligen Fahrleitungsanlage (3),

- einen elektrischen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb

(2) ,

- einen elektrischen Energiespeicher (5) zur Zwischenspeiche rung von eingespeister Traktionsenergie,

- einen den Traktionsantrieb (2) mit dem Stromabnehmer (4) verbindbaren, ersten Leitungszweig (11),

- einen den Traktionsantrieb (2) und den Energiespeicher (5) mit dem Stromabnehmer (4) verbindbaren, zweiten Leitungszweig

(13) mit einem zwischengeschalteten, galvanisch trennenden Gleichspannungswandler (8),

g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

- einen den Traktionsantrieb (2) und den Energiespeicher (5) mit dem Stromabnehmer (4) verbindbaren, dritten Leitungszweig

(14) mit einem zwischengeschalteten, galvanisch nicht tren nenden Gleichspannungswandler (15) .

2. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1,

- wobei dem Traktionsantrieb (2) ein erstes Schaltelement (12) zum Öffnen und Schließen des ersten Leitungszweigs (11) vorgeschaltet ist,

- wobei dem Traktionsantrieb (2) ein zweites Schaltelement (16) zum Öffnen und Schließen des zweiten und dritten Lei tungszweigs (13, 14) vorgeschaltet ist, und

- wobei dem galvanisch nicht trennenden Gleichspannungswand ler (15) ein drittes Schaltelement (17) zum Öffnen und

Schließen des dritten Leitungszweigs (14) vorgeschaltet ist.

3. Fahrzeug (1) nach Anspruch 2,

- wobei der Traktionsantrieb (2) und der Energiespeicher (5) sowie jeweils von diesen ausgehend der erste Leitungszweig (11) bis zum ersten Schaltelement (12), der zweite Leitungs zweig (13) bis zum galvanisch trennenden Gleichspannungswand ler (8), und der dritte Leitungszweig (14) einschließlich des galvanisch nicht trennenden Gleichspannungswandlers (15) bis zum dritten Schaltelement (17) gegen den Fahrzeugrahmen mit elektrisch einfacher Isolationsschicht (6) montiert sind, und

- wobei der Stromabnehmer (4) sowie jeweils von diesem ausge hend der erste Leitungszweig (11) bis zum ersten Schaltele ment (12), der zweite Leitungszweig (13) bis einschließlich des galvanisch trennenden Gleichspannungswandlers (8), und der dritte Leitungszweig (14) bis zum dritten Schaltelement (17) gegen den Fahrzeugrahmen mit elektrisch doppelter Isola tionsschicht (9) montiert sind.

4. Fahrzeug (1) nach Anspruch 2 oder 3, umfassend

- ein Geschwindigkeitsmessgerät zur Erfassung der Fahrzeugge schwindigkeit,

- eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das ers te Schaltelement (12), das zweite Schaltelement (16) und das dritte Schaltelement (17) derart in Abhängigkeit der gemesse nen Fahrzeuggeschwindigkeit anzusteuern,

- dass unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes für die Fahrzeuggeschwindigkeit das erste Schaltelement (12) und das dritte Schaltelement (17) öffnen und das zweite Schaltelement (16) schließt, und

- dass oberhalb des Schwellenwertes das erste Schaltelement (12) schließt und das zweite Schaltelement (16) öffnet.

5. Fahrzeug (1) nach Anspruch 4,

- wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, dass oberhalb des Schwellenwertes auch das dritte Schaltele ment (17) schließt.

6. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, umfassend

- eine Überwachungseinrichtung (10) zur Erfassung und Signa lisierung von Isolationsfehlern in der einfachen Isolations schicht (6) und/oder in der doppelten Isolationsschicht (9) .

Description:
Beschreibung

FAHRZEUG MIT STROMABNEHMER

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1.

In einem Fahrzeug mit einem rein elektrischen Traktionsan trieb oder mit einem hybridelektrischen Traktionsantrieb, bei dem ein Elektromotor beispielsweise mit einem Verbrennungsmo tor oder mit einer Brennstoffzelle koppelbar ist, wird der Traktionsantrieb von einem nicht geerdeten Fahrzeugrahmen ge tragenen. Umfasst das Fahrzeug einen mit dem Traktionsantrieb verbindbaren Stromabnehmer, der zur Einspeisung von Trakti onsenergie mit einer zweipoligen Fahrleitung einer geerdeten Fahrleitungsanlage in galvanischen Kontakt bringbar ist, muss das Fahrzeug über ein elektrisches Schutzsystem zur Vermei dung von gefährlichen Berührungsspannungen am Fahrzeugrahmen oder an einem mit diesem leitend verbundenen Fahrzeugteilen verfügen. Das Schutzsystem muss den Fahrzeugrahmen und zum Beispiel den Fahrzeugaufbau elektrisch vom mit der Fahrlei tung in galvanischem Kontakt stehenden Traktionsantrieb und Stromabnehmer trennen. Versagt das Schutzsystem, können am Fahrzeugrahmen oder am Fahrzeugaufbau gefährliche Berührungs spannungen auftreten, die bei Berührung durch eine mit Erde verbundene Person zu gefährlichen Körperströmen mit Verlet- zungs- oder gar Todesfolge führen können.

Dies betrifft sowohl hybridelektrisch getriebene Lastkraft wagen wie sie etwa im Tagebau eingesetzt werden, die nur ab schnittsweise galvanisch mit einer Fahrleitungsanlage verbun den sind, als auch Fahrzeuge, wie etwa elektrische Oberlei tungsbusse, die dauerhaft galvanisch mit einer Fahrleitungs anlage verbunden sind. Anders als bei schienengebundenen Fahrzeugen, deren Schienenräder eine leitende Verbindung zwi schen Fahrzeugrahmen und geerdeten Fahrschienen bilden, sind die Fahrzeugrahmen von Lastkraftwagen und Oberleitungsbussen aufgrund deren gummibereifter Räder nicht geerdet. Ein Fahrzeug der eingangs genannten Art ist aus der Patent schrift EP 3 036 127 Bl bekannt. Dieses umfasst ein Schutz system zur Vermeidung von gefährlichen Berührungsspannungen am Fahrzeugrahmen. Es weist eine erste Schutzstufe, die durch eine elektrisch einfach isolierte Montage wenigstens des Traktionsantriebs am Fahrzeugrahmen gebildet ist, und eine zweite Schutzstufe mit höherer Sicherheit auf, die zusätzlich durch einen zwischen Stromabnehmer und Traktionsantrieb ge schalteten, galvanisch trennenden Gleichspannungswandler ge bildet ist. Mittels eines Schaltelements ist das Schutzsystem durch wahlweises Zuschalten oder Überbrücken des Gleichspan nungswandlers zwischen der ersten und zweiten Schutzstufe um- schaltbar. Das Schutzsystem genügt in unterschiedlichen Be triebszuständen des Fahrzeugs, die durch unterschiedliche mögliche Wechselwirkungen zwischen Personen und Fahrzeug cha rakterisiert sind, unterschiedlichen Sicherheitsanforderun gen. In einem ersten Betriebszustand - beispielsweise bei Stillstand des Fahrzeugs - ist es für einen Fahrer oder einen Dritten möglich, Fahrzeugrahmen oder Fahrzeugaufbau von außen zu berühren, ohne gleichzeitig Verletzungen aufgrund mechani scher Gewalteinwirkung zu riskieren; das Risiko einer Verlet zung durch Köperströme überwiegt in diesem Betriebszustand.

In einem zweiten Betriebszustand - beispielsweise bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs - ist es für Dritte fast unmöglich, Fahrzeugrahmen oder Fahrzeugaufbau von außen zu berühren, ohne dabei Verletzungen durch eine Kollision mit dem Fahrzeug zu riskieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei Aufrecht erhaltung des bekannten Schutzsystems eine verbesserte

Leistungsübertragung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein gattungsge mäßes Fahrzeug mit den im kennzeichnenden Teil des Patentan spruches 1 angegebenen Merkmalen. Das Fahrzeug umfasst einen Stromabnehmer zur Einspeisung von Traktionsenergie aus einer zweipoligen Fahrleitungsanlage. Es umfasst ferner einen elektrischen oder hybridelektrischen Traktionsantrieb. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug einen elektrischen Energiespei cher zur Zwischenspeicherung von eingespeister Traktionsener gie. Über einen ersten Leitungszweig ist der Traktionsantrieb mit dem Stromabnehmer verbindbar. Über einen zweiten Lei tungszweig sind der Traktionsantrieb und der Energiespeicher mit dem Stromabnehmer verbindbar, wobei in dem zweiten Lei tungszweig ein galvanisch trennender Gleichspannungswandler des Fahrzeugs zwischengeschaltet ist. Erfindungsgemäß sind der Traktionsantrieb und der Energiespeicher zusätzlich über einen dritten Leitungszweig mit dem Stromabnehmer verbindbar, in den ein galvanisch nicht trennenden Gleichspannungswandler des Fahrzeugs zwischengeschaltet ist. Hierdurch ist es mög lich, den Energiespeicher bei Fahrten mit geringerer Schutz stufe, also bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, über den gal vanisch nicht trennenden Gleichspannungswandler zu laden. Der Gleichspannungswandler ohne galvanische Trennung kann zur Übertragung hoher Ladeleistungen kleiner und leichter ausge führt werden als ein entsprechender Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung und ist dazu noch kostengünstiger in der Anschaffung. Der galvanisch trennende Gleichspannungs wandler dient der Traktionsversorgung und dem Aufladen des Energiespeichers bei Fahrten mit niedrigen Fahrgeschwindig keiten, bei welchen eine höhere Schutzstufe gegen Berührungs spannungen erforderlich ist. Der Traktionsantrieb ist in bei den Schutzstufen mit Traktionsenergie aus der Fahrleitungsan lage versorgbar.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Fahrzeugs sind dem Traktionsantrieb ein erstes Schaltele ment zum Öffnen und Schließen des ersten Leitungszweigs, dem Traktionsantrieb ein zweites Schaltelement zum Öffnen und Schließen des zweiten und dritten Leitungszweigs und dem gal vanisch nicht trennenden Gleichspannungswandler ein drittes Schaltelement zum Öffnen und Schließen des dritten Leitungs zweigs vorgeschaltet. Die Anordnung der Schaltelemente erlau ben es - manuell über ein Fahrerbedienelement, wie im konkre ten Ausführungsbeispiel näher erläutert, oder automatisch ge steuert in Abhängigkeit der erforderlichen Schutzstufe - den Energiefluss über die verschiedenen Leitungszweige freizuge- ben beziehungsweise zu unterbrechen. Bei erhöhter Schutzstufe sind das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement ge öffnet, während das zweite Schaltelement geschlossen ist. So kann Traktionsenergie vom Stromabnehmer durch den zweiten Leitungszweig über den Gleichspannungswandler mit galvani scher Trennung in den Energiespeicher und den Traktionsan trieb fließen. Bei geringerer Schutzstufe ist das erste

Schaltelement geschlossen und das zweite Schaltelement geöff net, so dass Traktionsenergie vom Stromabnehmer über den ers ten Leitungszweig direkt dem Traktionsantrieb zugeführt wer den kann. In dieser geringeren Schutzstufe kann weiterhin Traktionsenergie über den Gleichspannungswandler mit galvani scher Trennung in den Energiespeicher fließen.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Fahrzeugs sind der Traktionsantrieb und der Energiespeicher sowie jeweils von diesen ausgehend der erste Leitungszweig bis zum ersten Schaltelement, der zweite Lei tungszweig bis zum galvanisch trennenden Gleichspannungswand ler, und der dritte Leitungszweig einschließlich des galva nisch nicht trennenden Gleichspannungswandlers bis zum drit ten Schaltelement gegen den Fahrzeugrahmen mit elektrisch einfacher Isolationsschicht montiert. Ferner sind der Strom abnehmer sowie jeweils von diesem ausgehend der erste Lei tungszweig bis zum ersten Schaltelement, der zweite Leitungs zweig bis einschließlich des galvanisch trennenden Gleich spannungswandlers, und der dritte Leitungszweig bis zum drit ten Schaltelement gegen den Fahrzeugrahmen mit elektrisch doppelter Isolationsschicht montiert. Hierdurch sind Fahr zeugkomponenten, die bei hoher Schutzstufe mit dem hohen Spannungsniveau der Fahrleitungsanlage galvanisch leitend verbunden sind, elektrisch doppelt isoliert, um gefährliche Berührungsspannungen am Fahrzeugrahmen oder an einem mit die sem leitend verbundenen Fahrzeugteil zu vermeiden. Für die übrigen Fahrzeugkomponenten genügt eine elektrisch einfache Isolierung .

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug ferner ein Geschwindigkeitsmessge- rät zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Steuer einrichtung, die dazu eingerichtet ist, das erste Schaltele ment, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement derart in Abhängigkeit der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit anzusteuern, dass unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement öffnen und das zweite Schaltelement schließt, und dass oberhalb des Schwellenwertes das erste Schaltelement schließt und das zweite Schaltelement öffnet.

Als Schwellenwert für die Fahrgeschwindigkeit kann beispiels weise 30 km/h vorgegeben werden. Steht das Fahrzeug still o- der bewegt es sich mit einer Geschwindigkeit unterhalb des Schwellenwertes, so wird das Schutzsystem in die höhere

Schutzstufe mit erhöhter elektrischer Sicherheit geschaltet, da hier die Folgen einer Körperstromverletzung gravierender sind als die einer Körperkollisionsverletzung. Wird der

Schwellenwert überschritten, schaltet das Schutzsystem in die niedrigere Schutzstufe, da in diesem Betriebszustand bereits ein Kollisionsunfall einen enormen Personenschaden zur Folge haben dürfte. Anstelle oder zusätzlich zum Geschwindigkeits messgerät kann das Fahrzeug auch andere Sensoreinrichtungen zur Erfassung eines Betriebszustands des Fahrzeugs umfassen, wobei deren erfassten Zustandsgrößen entsprechende Schwellen werte für ein Umschalten zwischen den Schutzstufen zugeordnet sind. So kann ein Strommessgerät zur Erfassung der Strom stärke eines sich bei Energieeinspeisung aus der Fahrleitung ausbildenden Fahrstromes vorgesehen sein, wobei ein Schwel lenwert für den bezogenen Fahrstrom oder die eingespeiste Traktionsleistung bestimmt werden kann. Es kann auch ein Tür schließsensor zur Erfassung des Schließzustandes einer Fahr zeugtür und/oder ein Sitzbelegungssensor zur Erfassung des Belegungszustandes eines Fahrzeugsitzes und/oder ein Gurt schließsensor zur Erfassung des Schließzustandes eines Si cherheitsgurtes des Fahrzeugsitzes vorgesehen sein, wobei ein Umschalten der Schutzstufe bei von innen geschlossener Fahr zeugtür und/oder bei Belegung eines Fahrzeugsitzes und/oder bei geschlossenem Sicherheitsgurt erfolgt. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Fahrzeugs ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, dass oberhalb des Schwellenwertes auch das dritte Schaltelement schließt. Damit kann bei geringerer Schutzstufe die Ladeleistung für den Energiespeicher erhöht werden, indem Energie vom Stromabnehmer über den parallelen, dritten Leitungszweig unter Zwischenschaltung des Gleichspan nungswandlers ohne galvanische Trennung fließen kann.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug ferner eine Überwachungseinrichtung zur Erfassung und Signalisierung von Isolationsfehlern in der einfachen Isolationsschicht und/oder in der doppelten Isola tionsschicht. Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit erfindungsgemäßer Fahrzeuge wird die einfache beziehungsweise doppelte Isolierung auf Fehler überwacht. Wird ein Isolati onsfehler detektiert und dem Fahrer angezeigt, können umge hend Maßnahmen eingeleitet werden, beispielsweise kann der Fahrer angewiesen werden, das Fahrzeug in eine Werkstatt zu fahren .

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an hand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein Schaltschema eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit Schutzsystem veran schaulicht ist.

Gemäß der Figur sind von dem erfindungsgemäßen Fahrzeug 1, das beispielsweise ein schweres Nutzfahrzeug sein kann, an sich bekannte Teile, wie etwa ein Fahrzeugrahmen, welcher Radachsen mit gummibereiften Rädern, eine Fahrerkabine mit Fahrzeugtüren, Fahrzeugsitzen und Sicherheitsgurten sowie ei nen Fahrzeugaufbau zum Transport von Gütern trägt, nicht dar gestellt. Der Fahrzeugrahmen trägt ferner einen Traktionsan trieb 2, der rein elektrisch oder hybridelektrisch ausgebil det sein kann und dessen Drehmoment über ein ebenfalls nicht dargestelltes Getriebe auf Räder übertragbar ist. Für Stre ckenabschnitte mit einer zweipoligen Fahrleitungsanlage 3, von welcher in der Figur zwei über der Fahrbahn hängende und als Hin- und Rückleiter ausgebildete Fahrdrähte durch eine gemeinsame Linie dargestellt sind, umfasst das Fahrzeug 1 ei nen Stromabnehmer 4 zur externen Einspeisung von Traktionse nergie. Der Stromabnehmer 4 weist ein anheb- und absenkbares Gestell auf, welches zwei Wippen mit Schleifleisten trägt. Mittels der Schleifleisten wird ein galvanischer Kontakt zwi schen Stromabnehmer 4 und Fahrleitungsanlage 3 hergestellt, um Traktionsenergie in das Fahrzeug 1 einzuspeisen oder um Bremsenergie rückzuspeisen. Bei unterbrochenem galvanischem Kontakt zwischen Stromabnehmer 4 und Fahrleitungsanlage 3 o- der auf Streckenabschnitten ohne Fahrleitungsanlage 3 kann der hybridelektrische Traktionsantrieb 2 beispielsweise über ein Dieselaggregat oder aus einem Energiespeicher 5 des Fahr zeugs 1, beispielsweise elektrischen Doppelschichtkondensato- ren und/oder Batterien, etwa Nickel-Metall-Hydrid-Batterien, mit Traktionsenergie versorgt werden. Der Energiespeicher 5 fasst beispielsweise zwischen 15 kWh und 80 kWh.

Das Fahrzeug weist ein elektrisches Schutzsystem zur Vermei dung von gefährlichen Berührungsspannungen am Fahrzeugrahmen oder an damit elektrisch leitend verbundenen Fahrzeugteilen, etwa einer Fahrerkabine oder einem Fahrzeugaufbau zum Trans port von Gütern, auf. Aufgrund des isolierten Aufstandes des Fahrzeugs 1 auf Erde über gummibereifte Räder ist der Fahr zeugrahmen nicht geerdet. Damit es bei hergestelltem galvani schen Kontakt zwischen der der einpolig geerdeten Fahrlei tungsanlage 3 und dem Stromabnehmer 4 und damit dem Trakti onsantrieb 2 nicht zu gefährlichen Berührungsspannungen am Fahrzeugrahmen kommen kann, sieht das Schutzsystem eine elektrische Trennung beziehungsweise Isolation zwischen den leitend mit Stromabnehmer 4 und Traktionsantrieb 2 verbindba ren Fahrzeugteilen und den leitend mit dem Fahrzeugrahmen verbundenen Fahrzeugteilen vor. Bei einem Versagen des

Schutzsystems kann es bei einem Körperschluss zum Fahrzeug rahmen durch eine auf Erde stehende und das Fahrzeug 1 von außen berührende Person zu lebensbedrohenden Körperströmen kommen. Das Schutzsystem weist eine niedrigere Schutzstufe und eine höhere Schutzstufe auf. Letztere hat eine höhere elektrische Sicherheit vor gefährlichen Berührungsspannungen als die niedrigere Schutzstufe.

Die niedrigere Schutzstufe ist durch eine elektrisch einfach isolierte Montage des Traktionsantriebes 2 am Fahrzeugrahmen gebildet. Zu dem Bereich mit elektrisch einfacher Isolations schicht 6 gehören neben dem Traktionsantrieb 2 der Energie speicher 5 sowie ein dem Traktionsantrieb 2 vorgeschalteter Wechselrichter 7 zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspan nung. Die höhere Schutzstufe ist zusätzlich zur einfachen Isolationsschicht 6 durch einen zwischen Stromabnehmer 4 und Traktionsantrieb 2 geschalteten, galvanisch trennenden

Gleichspannungswandler 8 gebildet. Stromabnehmer 4 und galva nisch trennender Gleichspannungswandler 8 gehören zu einem Bereich mit doppelter Isolationsschicht 9.

In der höheren Schutzstufe sind alle mit der Fahrleitungsan lage 3 elektrisch verbundenen Fahrzeugteile zweifach gegen den Fahrzeugrahmen isoliert, entweder durch eine doppelt iso lierte Montage oder durch eine galvanische Trennung. Die dop pelte Isolation wird durch geeignete Überwachungseinrichtung 10 kontinuierlich überwacht. In der niedrigeren Schutzstufe sind einige oder alle mit der Fahrleitungsanlage 3 elektrisch verbundenen Fahrzeugteile gegen den Fahrzeugrahmen einfach isoliert. Auch diese Isolation kann durch Überwachungsein richtungen 10 überwacht werden.

Der Traktionsantrieb 2 ist mit dem Stromabnehmer 4 über einen ersten Leitungszweig 11 verbindbar, wobei dem Traktionsan trieb 2 ein erstes Schaltelement 12 zum Öffnen und Schließen des ersten Leitungszweigs 11 vorgeschaltet ist. Der Trakti onsantrieb 2 und der Energiespeicher 6 sind mit dem Stromab nehmer 4 über einen zweiten Leitungszweig 13 verbindbar, in den der galvanisch trennende Gleichspannungswandler 8 zwi schengeschaltet ist. Der Traktionsantrieb 2 und der Energie speicher 5 sind mit dem Stromabnehmer 4 parallel einen drit ten Leitungszweig 14 verbindbar, in den ein galvanisch nicht trennender Gleichspannungswandler 15 zwischengeschaltet ist. Dem Traktionsantrieb 2 ist ein zweites Schaltelement 16 zum Öffnen und Schließen des zweiten Leitungszweigs 13 und des dritten Leitungszweigs 14 vorgeschaltet. Dem galvanisch nicht trennenden Gleichspannungswandler 15 ist ein drittes Schalt element 17 zum Öffnen und Schließen des dritten Leitungszwei ges 14 vorgeschaltet. Die Umschaltung zwischen der niedrige ren und höheren Schutzstufe wird durch Betätigen des ersten Schaltelements 12 und des zweiten Schaltelements 16 bewerk stelligt - und zwar in Abhängigkeit davon, ob eine aktuell gemessene Fahrgeschwindigkeit über oder unter einem vorgebba- ren Schwellenwert von beispielsweise 30 km/h liegt.

Im Stillstand des Fahrzeugs 1 oder bei Fahrgeschwindigkeiten bis zum Schwellenwert ist es für den Fahrer oder für einen außenstehenden Dritten möglich, das Fahrzeug 1 von außen zu berühren, ohne gleichzeitig andere Gefährdungen mit hohem Schadensausmaß zu riskieren. Bei Fahrgeschwindigkeiten ober halb des Schwellenwertes ist es für außenstehende Dritte nicht möglich oder fast unmöglich, das Fahrzeug 1 von außen zu berühren, ohne dabei gleichzeitig schwere mechanische Schäden beziehungsweise einen Unfall mit Personenschaden her beizuführen oder mit hoher Eintrittswahrscheinlichkeit zu riskieren. Weitere Unterscheidungen von Betriebszuständen des Fahrzeugs 1 und zugeordneter Schutzstufen können analog im plementiert werden.

Der im Fahrzeug 1 verbaute, galvanisch trennende Gleichspan nungswandler 8 wird verwendet, um bei geringen Fahrgeschwin digkeiten den Traktionsantrieb 2 zu versorgen. Dabei ist durch Öffnen des ersten Schaltelements 12 und Schließen des zweiten Schaltelements 16 die höheren Schutzstufe geschaltet, die dem Anfahren und Fahren bei geringen Fahrgeschwindigkei ten dient. Hierdurch kann ein galvanisch trennender Gleich spannungswandler 8 mit vergleichsweise geringer Nennleistung von beispielsweise 30 kW eingesetzt werden. Bei höheren Fahr geschwindigkeiten wird durch Öffnen des zweiten Schaltele ments 16 und Schließen des ersten Schaltelements 12 die nied rigere Schutzstufe geschaltet, indem der galvanisch trennende Gleichspannungswandler 8 durch den ersten Leitungszweig 11 überbrückt und die Traktionsenergie direkt aus der Fahrlei- tungsanlage 3 entnommen wird. Die Fahrzeugteile mit einfacher Isolationsschicht 6 sind nun nicht mehr durch eine galvani sche Trennung vom Bereich doppelter Isolationsschicht 9 sowie der externen Fahrleitungsanlage 3 getrennt.

Der Energiespeicher 5 wird bei niedriger Fahrgeschwindigkeit aus dem Stromabnehmer 4 über den Gleichspannungswandler 8 mit galvanischer Trennung im zweiten Leitungszweig 13 geladen. Daneben wird der Gleichspannungswandler 8 verwendet, um bei geringer Fahrgeschwindigkeit zu fahren. Zusätzlich kann Trak tionsenergie aus dem Energiespeicher 5 oder einem Dieselag gregat des Fahrzeugs 1 verwendet werden. Auch bei Fahrge schwindigkeiten über dem Schwellenwert in der niedrigeren Schutzstufe, wo Traktionsenergie vornehmlich direkt aus der Fahrleitungsanlage 3 über den ersten Leitungszweig 11 entnom men wird, steht die im Energiespeicher 5 vorhandene Energie als Traktionsenergie zur Verfügung. Der Gleichspannungswand ler 8 stabilisiert in beiden Schutzstufen die Energieeinspei sung für den Energiespeicher 5. Um den Energiespeicher 5 mit einer höheren Ladeleistung aufladen zu können, wird das drit te Schaltelement 17 geschlossen, so dass Traktionsenergie vom Stromabnehmer 4 über den galvanisch nicht trennenden Gleich spannungswandler 15 im dritten Leitungszweig 14 in den Ener giespeicher 5 fließen kann. Ein Gleichspannungswandler 15 oh ne galvanische Trennung kann eine Nennleistung von beispiels weise 150 kW übertragen und dabei ein geringes Bauvolumen und Gewicht haben.

Die Umschaltung zwischen den Schutzstufen kann durch automa tische Ansteuerung oder auch durch manuelle Betätigung erfol gen. So kann der Fahrer über ein fahrzeugseitiges Bedienele ment bei Verlassen des öffentlichen Fahrbereichs und Einfahrt in einen nichtöffentlichen Fahrbereich, in dem durch Unter weisung oder andere technische Maßnahmen ein Berühren des Fahrzeugs von außen durch Dritte ausgeschlossen ist, unabhän gig von der Fahrgeschwindigkeit betätigen. Auch ein Umschal ten durch Dritte, beispielsweise bei Fahrten in definierten Bereichen, bei verschiedenen Fahrleitungsanlagen oder bei Un- fällen, ist über eine fernbetätigbare Bedieneinrichtung mög lich.

Bei abgesenktem Stromabnehmer 4 können sowohl das erste

Schaltelement 12 als auch das zweite Schaltelement 16 geöff net werden, um Isolationsfehler auf der Seite des Antriebs systems aufzufinden. Außerdem dient diese Schaltstellung da zu, das Spannungsniveau auf der Antriebssystemseite an das der Fahrleitungsanlage 3 anzupassen, um einen Spannungssprung bei Schalten zwischen den Schutzstufen zu verhindern.