(19)
(11)EP 3 663 156 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
10.06.2020  Patentblatt  2020/24

(21)Anmeldenummer: 19212933.6

(22)Anmeldetag:  02.12.2019
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
B61C 3/02(2006.01)
B61D 27/00(2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME
Benannte Validierungsstaaten:
KH MA MD TN

(30)Priorität: 03.12.2018 DE 102018130726

(71)Anmelder: Bombardier Transportation GmbH
10785 Berlin (DE)

(72)Erfinder:
  • Buschbeck, Jan
    13509 Berlin (DE)
  • Stahnke, Susann
    16540 Hohen-Neuendorf (DE)

(74)Vertreter: Zimmermann & Partner Patentanwälte mbB 
Postfach 330 920
80069 München
80069 München (DE)

  


(54)VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES ELEKTRISCH ANTREIBBAREN FAHRZEUGS UND FAHRZEUG


(57) Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren (1000) zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (100) Ermitteln, ob sich das Fahrzeug (100) während einer Fahrt in einem ersten Modus, in dem es mit einer externen elektrischen Energiequelle verbunden ist, oder in einem zweiten Modus, in dem es nicht mit der externen elektrischen Energiequelle verbunden ist, befindet; Festlegen eines jeweiligen ersten Werts für einen Schwellenwert und/oder eine Sollwert mindestens eines Parameters (T, c, p) von mindestens einem Subsystem (5, 6, 7) des Fahrzeugs (100), wenn sich das Fahrzeug (100) im ersten Modus befindet, oder Festlegen eines jeweiligen zweiten Werts für den Schwellenwert und/oder den Sollwert, der sich vom ersten Wert für den Schwellenwert und/oder den Sollwert unterscheidet, wenn sich das Fahrzeug (100) im zweiten Modus befindet; und Steuern oder Regeln des mindestens einen Parameters (T, c, p) während der Fahrt unter Verwendung des Schwellenwerts des mindestens einen Parameters (T, c, p) und/oder des Sollwerts des mindestens einen Parameters (T, c, p).




Beschreibung

Technisches Gebiet



[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Schienenfahrzeugs, und ein entsprechendes Fahrzeug.

Vorbekannter Stand der Technik



[0002] Der Energieverbrauch von Fahrzeugen im Betrieb bestimmt maßgeblich die Betriebskosten und die Reichweite. Ein nicht unerheblicher Anteil der Gesamtenergie kann dabei von nicht direkt dem Antrieb dienenden Komponenten wie etwa einer Klimaanlage, der Beleuchtung oder anderen Hilfsverbrauchern, insbesondere Hilfsverbrauchern, die dem der Sicherheit, dem Komfort und/oder der Gesundheit von Insassen dienen, verbraucht werden.

[0003] In der EP 2433845 B1 wird zur Reduzierung der Gesamtverbrauchsleistung von über Oberleitungen oder dritte Schienen versorgten Zügen ein Eisenbahnwaggon vorgeschlagen, der folgendes umfasst: eine Lufteinlassvorrichtung zum Einführen von Außenluft in den Waggon, die eine Öffnungs- und eine Schließeinrichtung aufweist, eine Evakuierungsvorrichtung, die eine Öffnungs- und eine Schließeinrichtung aufweist, einen Luft-Evakuierungsventilator zum Evakuieren der Innenluft an die Außenseite des Waggons, eine Klimaanlageneinheit zum Steuern der Temperatur und einer Luftfeuchtigkeit innerhalb des Waggons, und eine Steuereinheit zum Steuern der Lufteinlassvorrichtung, der Evakuierungsvorrichtung und des Luft-Evakuierungsventilators, wobei der Eisenbahnwaggon ferner einen mit der Evakuierungsvorrichtung ausgestatteten ersten Evakuierungsströmungspfad und einen parallel zu dem ersten Evakuierungsströmungspfad angeordneten und mit dem Luft-Evakuierungsventilator ausgestatteten zweiten Evakuierungsströmungspfad umfasst, und wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Außen- und die Innentemperatur des Eisenbahnwaggons und Geschwindigkeitsdaten des Eisenbahnwaggons zu erfassen, und das Öffnungsmaß der Öffnungs- und Schließeinrichtung der Lufteinlassvorrichtung, das Öffnungsmaß der Öffnungs- und Schließeinrichtung der Evakuierungsvorrichtung, und den Luft-Evakuierungsventilator auf Grundlage der Innentemperatur, der Außentemperatur und der Geschwindigkeitsdaten des Eisenbahnwaggons zu steuern.

[0004] In der US 6,494,777 B1 wird ein Klimagerät vorgeschlagen, das einzeln oder in Kombination mit einer kleinen Klimaanlage verwendet werden kann. Dabei wird die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in einem geschlossenen Raum durch ein Kohlendioxidkonzentrationsdetektionsmodul erfasst. Wenn die erfasste Kohlendioxidkonzentration einen vorgegebenen oberen Grenzwert erreicht, wird ein Klimatisierungsmechanismus durch ein Klimasteuerungsmodul zum Einbringen von externer Frischluft in den Raum angetrieben. Wenn die Kohlendioxidkonzentration auf einen vorgegebenen unteren Grenzwert sinkt, wird die Einbringung der Außenluft gestoppt. Daher kann die Kohlendioxidkonzentration im Raum richtig eingestellt werden, um eine gute Luftqualität zu erhalten.

[0005] Die EP 2202106 A1 beschreibt eine Luftbehandlungseinheit, die an eine Klimaanlage eines Transportfahrzeuges angebracht werden kann, umfassend einen Körper, mindestens einen Wärmetauscher, der mit einem zusätzlichen Kühlmittel versorgt wird, wobei dieser Wärmetauscher dazu ausgelegt ist, die Luft zu konditionieren, die dazu bestimmt ist, in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs einzutreten, wobei diese Einheit auch Mittel zum Einlassen von Außenluft und Mittel zum Absaugen von Innenluft umfasst, sowie Mittel zum Einblasen von Luft in Richtung des Fahrgastraums, einen Sensor zum Messen mindestens eines Parameters der Raumluft des Fahrgastraums, insbesondere eine CO2-Konzentration, und Steuermittel, die zum Steuern der Öffnung der Mittel zum Einlassen von Außenluft und Mittel zum Absaugen von Innenluft geeignet sind, wenn der Wert dieses Parameters größer oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.

[0006] Außerdem wird in der JP 2000006800 A zur Reduzierung des Stromverbrauchs und der Geräusche, wenn die Anzahl der Insassen in einem Auto gering ist, vorgeschlagen, die Lüftungsluftmenge an die Anzahl der Insassen anzupassen. Dabei ist ein Kohlendioxidkonzentrationsdetektor entweder auf der Vorder- oder Rückseite eines Abluftventilators vorgesehen. Der Mittelwert der Kohlendioxidkonzentration der aus den jeweiligen Teilen in einem Fahrzeug gesammelten Abluft wird überwacht. Informationen vom Kohlendioxidkonzentrationsdetektor werden an eine Steuerung oder eine Spannungsquellen-Frequenzsteuerung übertragen und durch Steuern variabler Mechanismen eines Strömungsdurchgangsabschnitts oder eines Motors zum Antreiben eines Ventilators wird die Menge der Abluft eingestellt.

Nachteile des Standes der Technik



[0007] Die bisher bekannten Lösungen können zwar zur generellen Reduzierung des Energieverbrauchs von Hilfsverbrauchern von Fahrzeugen beitragen und damit bspw. auch für batteriebetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden. Dennoch ist die Reichweite von Fahrzeugen, die während der normalen Fahrt über eine externe elektrische Energieversorgung versorgt werden und die über einen internen Energiespeicher zur Überbrückung eines Ausfalls der / einer Lücke in der externen elektrischen Energieversorgung während der Fahrt verfügen, beim Überbrücken vergleichsweise gering und/oder ein entsprechend teurer und/oder schwerer interner Energiespeicher zur Überbrückung vorzusehen, der auf Grund seiner Masse zudem auch während der normalen Fahrt zu einem erhöhten Energieverbrauch und/oder erhöhten Anforderungen an ein Antriebs- und/oder Bremssystem des Fahrzeugs führen kann.

Problemstellung



[0008] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei zumindest im Wesentlichen gleichen Anforderungen an den interner Energiespeicher und/oder das Antriebs- und/oder Bremssystem des Fahrzeugs, die Reichweite derartiger Fahrzeuge beim Überbrücken eines Ausfalls der bzw. einer Lücke in der externen elektrischen Energieversorgung weiter zu erhöhen.

Erfindungsgemäße Lösung



[0009] Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Fahrzeug nach Anspruch 8 gelöst.

[0010] Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs ein Ermitteln, ob sich das Fahrzeug während einer Fahrt in einem ersten Modus, in dem es mit einer externen elektrischen Energiequelle verbunden ist, oder in einem zweiten Modus, in dem es nicht mit der externen elektrischen Energiequelle verbunden ist, befindet. Es wird ein jeweiliger erster Wert für einen Schwellenwert und/oder für einen Sollwert mindestens eines Parameters von mindestens einem Subsystem des Fahrzeugs festgelegt, wenn sich das Fahrzeug im ersten Modus befindet. Wenn sich das Fahrzeug im zweiten Modus befindet, wird ein jeweiliger zweiter Wert für den Schwellenwert und/oder den Sollwert, der sich vom ersten Wert für den Schwellenwert und/oder den Sollwert unterscheidet, festgelegt. Der mindestens eine Parameter wird während der Fahrt unter Verwendung des festgelegten Schwellenwerts des mindestens einen Parameters und/oder des festgelegten Sollwerts des mindestens einen Parameters gesteuert oder geregelt.

[0011] Dies ermöglicht für elektrisch antreibbare Fahrzeuge, die während der normalen Fahrt (im ersten Modus) über eine externe elektrische Energieversorgung versorgt werden und die über einen internen Energiespeicher, typischerweise einen internen wieder aufladbaren Energiespeicher, insbesondere einen internen wieder aufladbaren elektrischen Energiespeicher bzw. Akkumulator zur Überbrückung eines Ausfalls der / einer Lücke in der externen elektrischen Energieversorgung verfügen, bei unveränderter Hardware des Fahrzeugs über ein geändertes Energiemanagement der Hilfsverbraucher die Fahrzeugreichweite beim Überbrücken (im zweiten Modus) zu erhöhen, ohne dabei den Komfort für die Passagiere einzuschränken oder nur geringfügig einzuschränken.

[0012] Da der Akkumulator typischerweise als Batterie (mit mehreren Sekundärzellen) ausgeführt ist, wird er im Folgenden dem allgemeinen Sprachgebrauch folgend verkürzend auch als Batterie bezeichnet. Analog dazu wird im Folgenden der zweite Modus auch als batteriebetriebener Modus bezeichnet.

[0013] Beim vorgeschlagen Verfahren kann ausgenutzt werden, dass viele Hilfsverbraucher von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, einen Einschaltfaktor kleiner eins aufweisen können, d.h. sie sind nicht die ganze Zeit in Betrieb. Dies trifft zum Beispiel auf Hauptluftkompressoren von Fahrzeugen wie Schienenfahrzeuge zu, die typischerweise nur beim Unterschreiten eines unteren Grenzdruckes eines Druckbehälters, im Folgenden auch als Druckreservoir bezeichnet, insbesondere eines Druckluftbehälters (Druckluftreservoirs), zum Wiederbe- bzw. Nachfüllen des Druckbehälters aktiviert werden.

[0014] Bei dem mindestens einen Parameter kann es sich um eine Zustandsgröße eines Subsystems des Fahrzeugs handeln, insbesondere eine intensive Zustandsgröße wie den Druck eines Druckreservoirs, die Temperatur eines Fahrzeuginnenraums oder eine Gaskonzentration des Innenraums.

[0015] Durch Verwenden verschiedener Schwellenwerte bzw. Sollwerte beim Steuern bzw. Regeln im ersten Modus und zweiten Modus kann erreicht werden, dass der Einschaltfaktor des jeweiligen Hilfsverbrauchers im ersten Modus, d.h. wenn die externe Energieversorgung gewährleistet ist, erhöht und im zweiten (batteriebetriebenen) Modus erniedrigt wird. Mit anderen Worten kann eine Steuerung oder Regelung durch Verwenden verschiedener Schwellenwerte bzw. Sollwerte eine Trägheit eines mit dem jeweiligen Hilfsverbraucher verbundenen bzw. diesen umfassenden Subsystems dazu ausnutzen, den Energieverbrauch der Hilfsverbraucher im zweiten Modus abzusenken, wodurch die Reichweite des Fahrzeuges in diesem Modus erhöht werden kann.

[0016] Je nach Fahrzeugtyp und Geschwindigkeit kann der Anteil der Hilfsbetriebeverbraucher im Batteriemodus sogar über 20 % des Gesamtenergieverbrauchs liegen. Einsparungen des Energieverbrauchs im zweiten Modus können daher zu einer erheblichen Erhöhung der Fahrzeugreichweite führen.

[0017] Wenn das Subsystem des Fahrzeugs ein Druckreservoir und einen mit dem Druckreservoir verbundenen Kompressor (als Hilfsbetriebeverbraucher) aufweist, sind zudem keinerlei oder zumindest kaum Einbußen im Komfort für die Insassen eines Fahrzeugs zu erwarten, zumindest dann, wenn ein elektrisch antreibbares Schienenfahrzeug einen bekannten (noch) nicht extern versorgten Streckenabschnitt, z.B. eine oberleitungsfreien Streckenabschnitt überfährt.

[0018] Dabei kann ein oberer Schwellenwert für das Abschalten des Hauptkompressors des Schienenfahrzeugs, ein unterer Schwellenwert für das Anschalten des Hauptkompressors des Schienenfahrzeugs und/oder ein Sollwert für den Druck im Druckreservoir im zweiten Modus (Batteriemodus) niedriger als im ersten Modus (Oberleitungsmodus) gewählt werden. Beispielsweise kann der Sollwert im zweiten Modus bei einem Druck von 6 Bar und im ersten Modus bei 8 Bar liegen. Damit kann erreicht werden, dass das Schienenfahrzeug ein gut gefülltes Druckreservoir (mit einer Druckreserve) hat, wenn es in einen extern nicht versorgten Streckenabschnitt fährt. Dadurch kann zumindest im Mittel der Energieverbrauch des Hauptkompressors im zweiten Modus verringert werden. Der verringerte Energieverbrauch kann zu einer entsprechenden Verlängerung der Reichweite des Schienenfahrzeugs im zweiten Modus verwendet werden.

[0019] Dementsprechend können der Parameter ein Druck des Druckreservoirs und der Schwellenwert ein unterer Druckschwellenwert sein, wobei der erste Wert für den unteren Druckschwellenwert größer ist als der zweite Wert für den unteren Druckschwellenwert, und der Druck des Druckreservoirs unter Verwendung der beiden Schwellenwerte über den mit dem Druckreservoir verbundenen Kompressors, insbesondere eines Hauptkompressors des (Schienen-) gesteuert oder geregelt werden. Alternativ oder ergänzend kann ein erster Wert für einen oberer Druckschwellenwert im ersten Modus und ein zweiter Wert für den oberen Druckschwellenwert im zweiten Modus, der kleiner als der erste Wert für den oberen Druckschwellenwert ist, zum Steuern oder Regeln des Drucks des Druckreservoirs verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann auch ein erster Wert für den Sollwert des Drucks im ersten Modus, der größer als ein zweiter Wert für den Sollwert des Drucks im zweiten Modus ist, zum Steuern oder Regeln des Drucks des Druckreservoirs verwendet werden.

[0020] Ein weiteres, wichtiges Beispiel sind Klimaanlagen, die insbesondere bei sehr hohen oder niedrigen Außentemperaturen einen relativ hohen Anteil am Hilfsenergieverbrauch haben und damit ein entsprechend hohes Potential für eine Kostenverteilung der Batterie und/oder Erhöhung der Fahrzeugreichweite aufweisen können.

[0021] Im Folgenden werden Klimaanlagen auch als HVAC-Anlagen bezeichnet (von englisch: "Heating, Ventilation and Air Conditioning").

[0022] Über die HVAC-Anlage kann die Temperatur in Innenräumen, insbesondere Passagierabteilen des Fahrzeugs im ersten Modus so gesteuert bzw. geregelt werden, dass sie bei niedrigen Außentemperaturen von beispielsweise maximal 18 °C geringfügig gegenüber einer gewünschten Innentemperatur von beispielsweise 23 °C angehoben wird, zum Beispiel um ein bis 2K und bei hohen Außentemperaturen von beispielsweise zumindest 28 °C um ein bis 2 K gegenüber der gewünschten Innentemperatur abgesenkt wird, und im zweiten Modus so gesteuert bzw. geregelt werden, dass sie bei den niedrigen Außentemperaturen geringfügig gegenüber der gewünschten Innentemperatur von beispielsweise 23°C abgesenkt wird, zum Beispiel um ein bis 2°K und bei den hohen Außentemperaturen um ein bis 2° K gegenüber der gewünschten Innentemperatur angehoben wird.

[0023] Durch die im ersten Modus jeweils geschaffene "Temperaturreserve" kann eine Reduktion des Energieverbrauchs der HVAC-Anlage im zweiten Modus bei niedrigen Außentemperaturen (durch weniger Heizen) und/oder bei hohen Außentemperaturen (weniger Kühlen) erreicht werden.

[0024] Mit anderen Worten können zum Steuern oder Regeln in Abhängigkeit von der Außentemperatur im ersten bzw. zweiten Modus ein jeweiliger unterer Temperaturschwellenwert für die Temperatur der Luft im Innenraum als Schwellenwert, ein jeweiliger oberer Temperaturschwellenwert für die Temperatur der Luft im Innenraum als Schwellenwert und/oder ein jeweiliger Sollwert für die Temperatur der Luft im Innenraum (Innentemperatur) für die HVAC-Anlage verwendet werden.

[0025] Dabei ist der erste Wert für den unteren Temperaturschwellenwert größer als der zweite Wert für den unteren Temperaturschwellenwert, der erste Wert für den oberen Temperaturschwellenwert größer ist als der zweite Wert für den oberen Temperaturschwellenwert, und/oder der erste Wert für den Sollwert für die Temperatur größer als der zweite Wert für den Sollwert für die Temperatur, wenn eine Außentemperatur geringer als eine erste vorgebare Temperatur von beispielsweise 18 oder 20 °C ist.

[0026] Außerdem ist der erste Wert für den unteren Temperaturschwellenwert kleiner als der zweite Wert für den unteren Temperaturschwellenwert, der erste Wert für den oberen Temperaturschwellenwert kleiner als der zweite Wert für den oberen Temperaturschwellenwert, und/oder der erste Wert für den Sollwert für die Temperatur kleiner als der zweite Wert für den Sollwert für die Temperatur, wenn eine Außentemperatur geringer als eine erste vorgebare Temperatur ist.

[0027] Dementsprechend umfasst das Verfahren typischerweise ein Messen der Außentemperatur des Fahrzeugs.

[0028] Wenn bei der Steuerung bzw. Regelung der Innentemperatur die Bandbreite der Innenraumtemperaturschwankungen auf einen Bereich +- 1 K beschränkt wird, ist der Einfluss auf den Komfort für Passagiere und Personal praktisch unbedeutend.

[0029] Aber selbst bei einer zugelassenen Bandbreite der Innenraumtemperaturschwankungen zwischen den beiden Modi im Bereich von +-2 K wird der Komfort nur in einer erträglichen Weise eingeschränkt.

[0030] Außerdem kann zur Verringerung etwaiger Komforteinbußen vorgesehen sein, dass die Temperaturreserve im ersten Modus für den zweiten Modus nur in einem beschränkten Zeitintervall aufgebaut wird, das (unmittelbar) vor einem geplanten zweiten Modus liegt, zum Beispiel dann, wenn sich das Schienenfahrzeug einem zu durchfahrenden oberleitungsfreien Streckenabschnitt nähert.

[0031] Dementsprechend kann vorgesehen sein, den jeweiligen ersten Wert in Abhängigkeit eines erwarteten Zeitpunkts des Eintreffens des Fahrzeugs am oberleitungsfreien Streckenabschnitt (nicht versorgten Streckenabschnitt), in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder einer oder mehrerer Ortsdaten des Fahrzeugs, die beispielsweise per GPS ermittelt werden, anzupassen.

[0032] Beispielsweise kann vorgesehen sein, den Temperatursollwert im ersten Modus gegenüber dem (an sich) gewünschten Sollwert der Innentemperatur von beispielsweise 23°C bei niedrigen Außentemperaturen erst anzuheben und/oder bei hohen Außentemperaturen erst abzusenken, wenn die erwartete verbleibende Fahrzeit des Fahrzeugs bis zum Eintreffen am oberleitungsfreien Streckenabschnitt unterhalb eines Zeitschwellenwertes von beispielsweise 10 oder 20 Minuten fällt.

[0033] Alternativ oder ergänzend kann aber auch eine CO2-Konzentration in Innenräumen, insbesondere Passagierabteilen des Fahrzeugs über die HVAC-Anlage entsprechend gesteuert oder geregelt werden.

[0034] Dementsprechend kann der Schwellenwert ein CO2-Konzentrationsschwellenwert sein, wobei der erste Wert für den CO2-Konzentrationsschwellenwert (für den ersten Modus) kleiner ist als der zweite Wert für den CO2-Konzentrationsschwellenwert (für den zweiten Modus). Alternativ oder ergänzend kann auch ein erster Wert für den Sollwert der CO2-Konzentration für den ersten Modus und für den zweiten Modus ein zweiter Wert für den Sollwert der CO2-Konzentration zum Steuern oder Regeln der CO2-Konzentration verwendet werden.

[0035] Etwaige Einbußen im Komfort sind dabei typischerweise noch einmal deutlich geringer als bei der vorgeschlagenen Temperaturregelung. Dies liegt daran, dass Änderungen der CO2-Konzentration für Personen nicht so stark wahrnehmbar sind. Bei starker Besetzung des Fahrzeuges kann sogar eine CO2-Konzentration von 5000 ppm zulässig sein. Während des zweiten Modus kann der Sollwert der CO2-Konzentration beispielsweise in einem Bereich von 2000 ppm bis 5000 ppm, typischer in einem Bereich von 2500 ppm bis 5000 ppm und sogar noch typischer in einem Bereich von 3000 ppm bis 5000 ppm liegen, während der Sollwert der CO2-Konzentration in ersten Modus in einem Bereich von 1000 ppm -1400 ppm, typischer in einem Bereich von 1100 ppm bis 1300 ppm liegt, zum Beispiel bei 1200 ppm.

[0036] Anhand von Simulationen hat sich herausgestellt, dass für typische Schienenfahrzeuge im Personenverkehr allein über die reduzierte Frischluftzufuhr im zweiten Modus (durch angehobenen CO2-Sollwert) kann bis über 30 % Energie eingespart werden kann.

[0037] Außerdem kann insbesondere dann, wenn sich das Schienenfahrzeug einem oberleitungsfreien Streckenabschnitt nähert, vorgesehen sein, den oberen Schwellenwert und/oder den Sollwert für die CO2-Konzentrations im ersten Modus weiter herunterzusetzen, zum Beispiel auf einen Wert unter 1000 ppm und mittels starker Frischluftzufuhr ("Spülbetrieb") im Innenraum einen CO2-Puffer (Sauerstoffreserve) für den zweiten Modus aufzubauen.

[0038] Weiterhin kann vorgesehen sein, die jeweiligen ersten und/oder zweiten Werte entsprechend einer Passagieranzahl in jeweiligen Räumen, Abteilen und/oder Waggons anzupassen.

[0039] Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug einen elektrischen Antrieb, einen mit dem elektrischen Antrieb verbundenen elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator, einen mit elektrischen Antrieb und/oder dem elektrischen Energiespeicher verbundenen Anschluss für eine externe elektrische Energiequelle (Energieversorgungseinrichtung), insbesondere einen Anschluss für eine Oberleitung oder eine Stromschiene, mindestens ein Subsystem, und eine Steuer- oder Regeleinheit, die eingerichtet ist, zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug in einem ersten Modus befindet, in dem der elektrische Antrieb und/oder der elektrischen Energiespeicher über den Anschluss mit elektrischer Energie versorgt werden. Außerdem ist die Steuer- oder Regeleinheit eingerichtet, mindestens einen Parameters des mindestens einen Subsystems unter Verwendung eines Schwellenwerts für den mindestens einen Parameters und/oder eines Sollwerts für den mindestens einen Parameters zu steuern oder zu regeln, wobei für den Schwellenwert des mindestens einen Parameters und/oder den Sollwert des mindestens einen Parameters ein jeweiliger erster Wert verwendet wird, wenn sich das Fahrzeug im ersten Modus befindet, und wobei für den Schwellenwert des mindestens einen Parameters und/oder den Sollwert des mindestens einen Parameters ein vom jeweiligen ersten Wert verschiedener jeweiliger zweiter Wert verwendet wird, wenn sich das Fahrzeug nicht im ersten Modus befindet.

[0040] Dazu ist die Steuer- oder Regeleinheit typischerweise mit einem jeweiligen Sensor des mindestens einen Subsystems zum Ermitteln eines jeweiligen Istwerts für den mindestens einen Parameter verbunden.

[0041] Bei dem mindestens einen Parameter kann es sich um einen Druck, insbesondere einen Druck eines Druckreservoir aus, eine Temperatur, insbesondere eine Innenraumtemperatur oder eine Konzentration, insbesondere eine CO2-Konzentration eines Innenraums handeln.

[0042] Außerdem kann die Steuer-oder Regeleinheit eingerichtet sein mehrere Parameter eines Subsystems und/oder Parameter mehrerer Subsysteme entsprechend zu steuern oder zu regeln.

[0043] Typischerweise wird für den Schwellenwert des mindestens einen Parameters und/oder den Sollwert des mindestens einen Parameters der jeweilige zweite Wert verwendet, wenn sich das Fahrzeug in einem vom elektrischen Energiespeicher gespeisten zweiten Modus befindet.

[0044] Bei dem Fahrzeug handelt es sich typischerweise um ein Schienenfahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug für den Personentransport.

[0045] Es kann sich aber auch um einen Oberleitungsbus oder ein Straßenfahrzeug handeln, dass über in und/oder an der Fahrbahn angeordnete Spulen während der Fahrt induktiv mit Energie versorgt werden kann, zum Beispiel einen entsprechenden Bus.

[0046] Typischerweise ist das jeweilige Subsystem mit einem elektrisch angetriebenen Hilfsbetriebverbraucher verbunden, der seinerseits mit der Steuer- oder Regeleinheit verbunden ist. Dabei können die jeweiligen Parameter mittels des Hilfsverbrauchers (als Stellglied) gesteuert oder geregelt werden.

[0047] Das Fahrzeug kann ein Subsystem aufweisen, das einen Innenraum, insbesondere einen Innenraum für Passagiere aufweist.

[0048] Außerdem kann das Fahrzeug eine Heizung für den Innenraum und/oder eine Belüftungsanlage für den Innenraum aufweisen.

[0049] Insbesondere kann das Fahrzeug eine mit dem Innenraum verbundene Klimaanlage aufweisen.

[0050] Alternativ oder ergänzend kann das Fahrzeug ein (weiteres) Subsystem aufweisen, das ein Druckreservoir und einen mit dem Druckreservoir verbundenen Kompressor aufweist, der mit der Steuer- oder Regeleinheit verbunden ist.

[0051] Typischerweise ist die Steuer- oder Regeleinheit eingerichtet, die hierin beschriebenen Verfahren auszuführen.

[0052] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.

Kurzbeschreibung der Figuren



[0053] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.

[0054] Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile.

Figur 1A zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Figur 1B zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.


Ausführungsbeispiele



[0055] Figur 1A illustriert Schritte eines Verfahrens 1000 zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Schienenfahrzeugs.

[0056] In einem ersten Block 1010 wird ermittelt, ob sich das Fahrzeug während der Fahrt in einem ersten Modus, in dem es mit einer externen elektrischen Energiequelle, zum Beispiel einer stromführenden Oberleitung oder einer stromführenden Stromschiene verbunden ist, oder in einem zweiten Modus, in dem es von einem internen elektrischen Energiespeicher versorgt wird, befindet.

[0057] Anschließend kann in einem Block 1020 in Abhängigkeit vom ermittelten Modus für einen oder mehrere Parameter des Fahrzeugs bzw. eines oder sogar mehrere Subsysteme des Fahrzeugs ein jeweiliger oberer Schwellenwert, unterer Schwellenwert und/oder Sollwert festgelegt werden.

[0058] Insbesondere kann ein jeweiliger vorbestimmter erster Wert dem Schwellenwert / den Schwellenwerten bzw. dem Sollwert des jeweiligen Parameters zugewiesen werden, wenn sich das Fahrzeug im ersten Modus befindet, und ein jeweiliger vorbestimmter vom ersten Wert verschiedener zweiter Wert dem Schwellenwert / den Schwellenwerten bzw. dem Sollwert des jeweiligen Parameters zugewiesen werden, wenn sich das Fahrzeug im zweiten Modus befindet.

[0059] Anschließend kann in einem Block 1030 der bzw. die Parameter unter Verwendung des jeweils zugewiesenen Schwellenwerts / der jeweils zugewiesenen Schwellenwerte bzw. des jeweils zugewiesenen Sollwert gesteuert oder sogar geregelt werden.

[0060] Wie in Figur 1A durch den gestrichelten Pfeil dargestellt wird, kann das Verfahren mehrfach zyklisch wiederholt werden.

[0061] Insbesondere können durch das Verfahren die Temperatur T und/oder die CO2-Konzentration in Innenräumen, beispielsweise Abteilen bzw. Waggons geregelt werden.

[0062] Alternativ oder ergänzend kann der Druck in einem Druckreservoir des Fahrzeugs entsprechend geregelt werden. Dabei werden im Block 1020 die jeweiligen ersten und zweiten Werte für die Temperatur T, die CO2-Konzentration und oder den Druck p typischerweise so gewählt wie dies oben erläutert wurde. Dies ermöglicht den Aufbau eines entsprechenden Puffers im ersten Modus für den zweiten Modus, so dass der Energieverbrauch für die bei der Regelung verwendeten Hilfsverbraucher im zweiten Modus verringert werden kann.

[0063] Figur 1B zeigt ein exemplarisches Schienenfahrzeug 100 während der Fahrt auf einer Schiene 30 in einer schematischen Seitenansicht. Bei dem Schienenfahrzeug 100 kann es sich um einen Personenzug handeln.

[0064] Bei dem Schienenfahrzeug 100 kann es sich auch um ein mehrgliedriges Schienenfahrzeug handeln. Aus Gründen der Einfachheit wird in Figur 1B jedoch nur ein Fahrzeugabschnitt dargestellt, der zum Beispiel einen Triebwagen darstellen kann.

[0065] Der dargestellte Schienenfahrzeugabschnitt ist über einen Pantograph 3 mit einer Oberleitung 20 verbunden.

[0066] Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Schienenfahrzeug einen zweiten Stromabnehmer für eine Stromschiene.

[0067] In dem dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat das Schienenfahrzeug 100 eine elektrische Antriebseinheit 1 und einen mit der elektrischen Antriebseinheit 1 verbundenen Akkumulator 2 als elektrischen Energiespeicher, die elektrisch beide mit dem Pantographen 3 verbunden bzw. über nicht dargestellte Schalter verbindbar sind.

[0068] Außerdem hat das Schienenfahrzeug 100 eine Steuer - oder Regeleinheit 4, die über entsprechende Datenverbindungen, zum Beispiel Datenleitungen mit der elektrischen Antriebseinheit 1 und dem Akkumulator 2 verbunden ist, wie das durch die entsprechenden gestrichelten Pfeile in Figur 1B dargestellt wird.

[0069] Außerdem ist die Steuer- oder Regeleinheit 4 typischerweise auch mit einem nicht dargestellten Sensor zum Ermitteln eines Versorgungszustandes des Fahrzeugs 100 mit elektrischer Energie über den Pantographen 3 ausgestattet. Anhand der Daten dieses Sensors und/oder eines Streckenplans (mit verzeichneten Unterbrechungen der Oberleitung) und aktuellen Ortskoordinaten bzw. Positionsdaten des Schienenfahrzeugs 100 auf der Schiene 20, kann die Steuer- oder Regeleinheit 4 ermitteln, ob sich das Fahrzeug 100 in einem ersten Modus befindet, in dem der elektrische Antrieb 2 und der elektrische Energiespeicher über den Pantographen mit externer elektrischer Energie versorgt werden, oder ob sich das Fahrzeug 100 im zweiten Modus befindet, in dem die Versorgung mit elektrischer Energie vom Akkumulator 2 bereitgestellt wird.

[0070] Das dargestellte Schienenfahrzeug 100 weist weiterhin ein Druckreservoir 7 zur hydraulischen Versorgung des Schienenfahrzeug und einen mit dem Druckreservoir 7 verbundenen Kompressor 71 zur Versorgung des Druckreservoirs 7 mit komprimierter Luft auf, die beide über entsprechende Datenverbindungen mit der Steuer - oder Regeleinheit 4 verbunden sind.

[0071] Beispielsweise kann die Steuer - oder Regeleinheit 4 mit einem Drucksensor zum Ermitteln eines Istwerts des Drucks p im Druckreservoirs 7 verbunden sein und von ihm über die entsprechende Datenverbindungen ermittelte Istwerte des Drucks erhalten. Außerdem ist die Steuer - oder Regeleinheit 4 typischerweise zumindest eingerichtet, den Kompressor 71 an- sowie abzuschalten.

[0072] Je nachdem, ob sich das Schienenfahrzeug 100 im ersten oder zweiten Modus befindet, wird die Steuer- oder Regeleinheit 4 andere Schwellenwerte bzw. einen anderen Sollwert für den Druck p des Druckreservoirs 71 verwenden, nämlich wie oben erläutert im ersten Modus einen im Vergleich zum zweiten Modus jeweiligen höheren Wert. Damit kann im ersten Modus im Druckreservoir ein Druck-bzw. Energievorrat für den zweiten Modus aufgebaut werden.

[0073] In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Schienenfahrzeug 100 zudem eine Klimaanlage 56 zur Klimatisierung der exemplarischen beiden Innenräume 5, 6 auf. Bei den Innenräumen 5, 6 kann es sich beispielsweise um Passagierabteile handeln.

[0074] Die Klimaanlage 56 ist mit der Steuer - oder Regeleinheit 4 über eine entsprechende Datenverbindung verbunden.

[0075] Die in Figur 1B dargestellten gestrichelten Pfeile können separate Datenverbindungen oder Datenverbindung eines gemeinsamen Datenbusses darstellen.

[0076] Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in Figur 1B auf die explizite Darstellung von Sensoren der Klimaanlage 56 bzw. Sensoren für die Klimaanlage 56 in den Innenräumen 5, 6 und deren Datenverbindung(en) zur Klimaanlage 56 bzw. der Steuer - oder Regeleinheit 4 verzichtet.

[0077] Außerdem wird aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 1B auch auf die Darstellung eines typischerweise vorhandenen Temperatursensors für die Außenluft sowie die Datenverbindung(en) zur Klimaanlage 56 bzw. der Steuer - oder Regeleinheit 4 verzichtet. Dieser Temperatursensor kann wie die Temperatur- und CO2-Sensoren der Innenräume 5, 6 Teil der Klimaanlage 56 sein.

[0078] Insbesondere kann die Klimaanlage 56 eingerichtet sein, eine jeweilige Temperatur und eine jeweilige CO2-Konzentration in den Innenräumen 5, 6 einzustellen bzw. sogar zu regeln. Dazu kann die Klimaanlage 56 eine Belüftungsanlage und eine Heizung aufweisen.

[0079] Je nachdem, ob sich das Schienenfahrzeug 100 im ersten oder zweiten Modus befindet, kann die Steuer- oder Regeleinheit 4 andere Schwellenwerte bzw. einen anderen Sollwert für die Temperatur und die CO2-Konzentration in den Innenräumen 5, 6 an die Klimaanlage 56 übermitteln.

[0080] Wie oben erläutert wurde, werden die Schwellenwerte und/oder Sollwerte dabei typischerweise so gewählt, dass im ersten Modus mehr elektrische Energie verwendet wird, um im Druckspeicher 7 und/oder den Innenräumen 5, 6 sowie der Klimaanlage 56 für den zweiten Modus einen entsprechenden Puffer zu schaffen, der zu einer entsprechenden Reduktion des Energiebedarfs im zweiten Modus verwendet werden kann.

[0081] Wie oben weiter erläutert wurde, werden die Schwellenwerte bzw. der Sollwert für die Temperatur in den Innenräumen 5, 6 von der Steuer- oder Regeleinheit 4 zudem typischerweise in Abhängigkeit von der ermittelten Außentemperatur gewählt, um bei niedrigen Außentemperaturen im ersten Modus einen Wärmepuffer/Wärmeüberschuss in den Innenräumen 5, 6 für den zweiten Modus zu erzeugen, und bei hohen Außentemperaturen im ersten Modus eine leichte Unterkühlung (negativen Wärmepuffer/Wärmedefizit) in den Innenräumen 5, 6 für den zweiten Modus zu erzeugen.

[0082] Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Steuerungs- bzw. Regelungsfunktionen von einer Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs 100 oder einer Steuereinheit der Klimaanlage 54 teil- bzw. ganz übernommen werden kann. Dementsprechend kann die Steuer- oder Regeleinheit 4 auch von der Fahrzeugsteuerung und der Steuereinheit der Klimaanlage 54 gebildet werden.

[0083] Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.

Bezugszeichenliste



[0084] 
1
elektrischer Antrieb
2
elektrischen Energiespeicher
3
Anschluss (Pantograph, Seitenstromabnehmer)
4
Steuer- oder Regeleinheit
5, 6
Subsystem, Innenraum
7
Subsystem, Druckreservoir
20
Oberleitung
30
Schiene
56
Klimaanlage
71
Kompressor



Ansprüche

1. Verfahren (1000) zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (100), aufweisend:

- Ermitteln, ob sich das Fahrzeug (100) während einer Fahrt in einem ersten Modus, in dem es mit einer externen elektrischen Energiequelle verbunden ist, oder in einem zweiten Modus, in dem es nicht mit der externen elektrischen Energiequelle verbunden ist, befindet;

- Festlegen eines jeweiligen ersten Werts für einen Schwellenwert und/oder einen Sollwert mindestens eines Parameters (T, c, p) von mindestens einem Subsystem (5, 6, 7) des Fahrzeugs (100), wenn sich das Fahrzeug (100) im ersten Modus befindet, oder Festlegen eines jeweiligen zweiten Werts für den Schwellenwert und/oder den Sollwert, der sich vom ersten Wert für den Schwellenwert und/oder den Sollwert unterscheidet, wenn sich das Fahrzeug (100) im zweiten Modus befindet; und

- Steuern oder Regeln des mindestens einen Parameters (T, c, p) während der Fahrt unter Verwendung des Schwellenwerts des mindestens einen Parameters (T, c, p) und/oder des Sollwerts des mindestens einen Parameters (T, c, p).


 
2. Verfahren (1000) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Subsystem (5, 6) einen Innenraum umfasst, wobei der mindestens eine Parameter eine CO2-Konzentration (c) der Luft im Innenraum und/oder eine Temperatur (T) der Luft im Innenraum aufweist, und/oder wobei das Steuern oder Regeln unter Verwendung einer mit dem Innenraum verbundenen Klimaanlage (56) des Fahrzeugs (100), einer Heizung für den Innenraum und/oder einer Belüftungsanlage für den Innenraum erfolgt.
 
3. Verfahren (1000) nach Anspruch 2, wobei der Schwellenwert ein CO2-Konzentrationsschwellenwert ist, wobei der erste Wert für den CO2-Konzentrationsschwellenwert kleiner ist als der zweite Wert für den CO2-Konzentrationsschwellenwert, und/oder wobei der erste Wert für den Sollwert der CO2-Konzentration (c) kleiner ist als der zweite Wert für den Sollwert der CO2-Konzentration (c).
 
4. Verfahren (1000) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schwellenwert ein unterer Temperaturschwellenwert für die Temperatur (T) der Luft im Innenraum ist, und/oder wobei der Schwellenwert ein oberer Temperaturschwellenwert für die Temperatur (T) der Luft im Innenraum ist.
 
5. Verfahren (1000) nach Anspruch 2 oder 4, wobei der erste Wert für den unteren Temperaturschwellenwert größer ist als der zweite Wert für den unteren Temperaturschwellenwert, wobei der erste Wert für den oberen Temperaturschwellenwert größer ist als der zweite Wert für den oberen Temperaturschwellenwert, wobei der erste Wert für den Sollwert für die Temperatur (T) der Luft im Innenraum größer als der zweite Wert für den Sollwert für die Temperatur (T) der Luft im Innenraum, wenn eine Außentemperatur geringer als eine erste vorgebare Temperatur ist und/oder wobei das Verfahren ein Bestimmen der Außentemperatur umfasst.
 
6. Verfahren (1000) nach Anspruch 2, 4 oder 5, wobei der erste Wert für den unteren Temperaturschwellenwert kleiner ist als der zweite Wert für den unteren Temperaturschwellenwert, wobei der erste Wert für den oberen Temperaturschwellenwert kleiner ist als der zweite Wert für den oberen Temperaturschwellenwert, und/oder wobei der erste Wert für den Sollwert für die Temperatur (T) der Luft im Innenraum kleiner als der zweite Wert für den Sollwert für die Temperatur (T) der Luft im Innenraum, wenn eine Außentemperatur höher als eine erste vorgebare Temperatur ist.
 
7. Verfahren (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Subsystem ein Druckreservoir (7) aufweist, wobei der mindestens eine Parameter einen Druck (p) des Druckreservoirs (7) aufweist, wobei der Schwellenwert ein unterer Druckschwellenwert ist, wobei der erste Wert für den unteren Druckschwellenwert größer ist als der zweite Wert für den unteren Druckschwellenwert, wobei der Schwellenwert ein oberer Druckschwellenwert ist, wobei der erste Wert für den oberen Druckschwellenwert größer ist als der zweite Wert für den oberen Druckschwellenwert, wobei der erste Wert für den Sollwert des Drucks (p) größer ist als der zweite Wert für den Sollwert für den Sollwert des Drucks (p), und/oder wobei das Steuern oder Regeln unter Verwendung eines mit dem Druckreservoir (7) verbundenen Kompressors (71) des Schienenfahrzeugs (100) erfolgt.
 
8. Fahrzeug (100), aufweisend:

- einen elektrischen Antrieb (1);

- einen mit dem elektrischen Antrieb (1) verbundenen elektrischen Energiespeicher (2);

- einen mit elektrischen Antrieb (1) und/oder dem elektrischen Energiespeicher (2) verbundenen Anschluss (3) für eine externe Energiequelle, insbesondere eine Oberleitung (20) oder eine Stromschiene;

- mindestens ein Subsystem (5, 6, 7); und

- eine Steuer- oder Regeleinheit (4), die eingerichtet ist,

zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug in einem ersten Modus befindet, in dem der elektrische Antrieb (1) und/oder der elektrischen Energiespeicher (2) über den Anschluss (3) mit elektrischer Energie versorgt werden; und

mindestens einen Parameters (T, c, p) des Subsystems (5, 6, 7) unter Verwendung eines Schwellenwerts für den mindestens einen Parameters (T, c, p) und/oder eines Sollwerts für den mindestens einen Parameters (T, c, p) zu steuern oder zu regeln, wobei für den Schwellenwert des mindestens einen Parameters (T, c, p) und/oder den Sollwert des mindestens einen Parameters (T, c, p) ein jeweiliger erster Wert verwendet wird, wenn sich das Fahrzeug im ersten Modus befindet, und wobei für den Schwellenwert des mindestens einen Parameters (T, c, p) und/oder den Sollwert des mindestens einen Parameters (T, c, p) ein vom jeweiligen ersten Wert verschiedener jeweiliger zweiter Wert verwendet wird, wenn sich das Fahrzeug nicht im ersten Modus befindet.


 
9. Fahrzeug (100) nach Anspruch 8, wobei für den Schwellenwert des mindestens einen Parameters (T, c, p) und/oder den Sollwert des mindestens einen Parameters (T, c, p) der jeweilige zweite Wert verwendet wird, wenn sich das Fahrzeug in einem vom elektrischen Energiespeicher (2) gespeisten zweiten Modus, insbesondere einem Akkumulator gespeisten zweiten Modus befindet, wobei das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug ist, wobei das mindestens eine Subsystem mit einen elektrischen Hilfsbetriebeverbraucher (56, 71) verbunden ist, wobei das mindestens eine Subsystem (5, 6) einen Innenraum aufweist, wobei das Fahrzeug eine Heizung für den Innenraum aufweist, wobei das Fahrzeug eine Belüftungsanlage für den Innenraum aufweist, wobei das Fahrzeug eine mit dem Innenraum verbundene Klimaanlage (56) aufweist, wobei das mindestens eine Subsystem ein Druckreservoir (7) aufweist, und/oder wobei das Fahrzeug einen mit dem Druckreservoir verbundenen Kompressor (71) aufweist.
 
10. Fahrzeug (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuer- oder Regeleinheit (4) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
 




Zeichnung







Recherchenbericht









Recherchenbericht




Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente