DE102021211233A1

DE102021211233A1 - Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten eines Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021211233A1
Application number: DE102021211233.1A
Authority: DE
Inventors: Tim Dünnwald; Manuel Kroiß; Tobias Lovis; Harald Müller; Klaus Patzelt
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2021-10-05
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2023-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten (KOMP) eines Schienenfahrzeugs (SFZ). Photovoltaik-Zellen (PVZ) bilden aus Sonnenenergie elektrische Energie und sind an einer äußeren Oberfläche (1,2,3,4,5) des Schienenfahrzeugs (SFZ) angeordnet. Das Schienenfahrzeug (SFZ) weist ausgewählte elektrische Komponenten (KOMP) im Inneren auf, die im abgerüsteten Zustand des Schienenfahrzeugs (SFZ) betrieben und mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Die Photovoltaik-Zellen (PVZ) sind mit den ausgewählten Komponenten (KOMP) des Schienenfahrzeugs (SFZ) derart gekoppelt, dass diese mit elektrischer Energie der Photovoltaik-Zellen (PVZ) versorgt sind, um deren Betrieb im abgerüsteten Zustand (STA) des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten eines Schienenfahrzeugs, insbesondere eines abgestellten bzw. abgerüsteten Schienenfahrzeugs.
Bei einem abgestellten Schienenfahrzeug, das sich im sogenannten „abgerüsteten Zustand“ befindet, wird eine Energieversorgung von ausgewählten Komponenten des Schienenfahrzeugs über eine Bordnetzbatterie sichergestellt.
Ein Schienenfahrzeug befindet sich im abgerüsteten Zustand, wenn dessen Einsatz beendet und wenn im Zusammenhang damit erforderliche Arbeiten am Fahrzeug erledigt wurden.
Bei Diesellokomotiven und bei Elektrolokomotiven wird das Fahrzeug durch eine Bremse gesichert, Geräte werden ausgeschaltet bzw. in Grundstellung gebracht: der Stromabnehmer wird abgelegt, der Dieselmotor wird ausgeschaltet, etc.
Lediglich die ausgewählten Komponenten des Schienenfahrzeugs bleiben in Betrieb, dabei handelt es sich beispielsweise um Einrichtungen zur (Fern-) Kommunikation, zur Fernüberwachung, zur Selbstüberwachung, etc.
Die Bordnetzbatterie weist nur eine begrenzte Kapazität auf, die durch einen limitierten Bauraum, durch limitierte Gewichtsvorgaben sowie durch einen oft begrenzten Kostenrahmen bedingt wird.
Durch die begrenzte Kapazität ist die Energieversorgung der ausgewählten Komponenten des Schienenfahrzeugs im abgerüsteten Zustand nur für einen eng begrenzten Zeitraum möglich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten eines abgestellten bzw. abgerüsteten Schienenfahrzeugs anzugeben, mit der die begrenzte Kapazität der Bordnetzbatterie kompensiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten eines Schienenfahrzeugs. Photovoltaik-Zellen bilden aus Sonnenenergie elektrische Energie und sind an einer äußeren Oberfläche des Schienenfahrzeugs angeordnet. Das Schienenfahrzeug weist ausgewählte elektrische Komponenten im Inneren auf, die im abgerüsteten Zustand des Schienenfahrzeugs betrieben und mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Die Photovoltaik-Zellen sind mit den ausgewählten Komponenten des Schienenfahrzeugs derart gekoppelt, dass diese mit elektrischer Energie der Photovoltaik-Zellen versorgt sind, um deren Betrieb im abgerüsteten Zustand des Schienenfahrzeugs zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die elektrische Energie von den Photovoltaik-Zellen direkt den ausgewählten Komponenten zugeführt.
Alternativ dazu wird in einer bevorzugten Weiterbildung die elektrische Energie von den Photovoltaik-Zellen zuerst einer Bordbatterie, beispielsweise der Bordnetzbatterie, zugeführt, über die dann die Versorgung der ausgewählten Komponenten mit elektrischer Energie erfolgt.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Photovoltaik-Zellen

- an den beiden Längsseiten, und/oder
- am Dach, und/oder
- an den beiden Fahrzeugfronten bzw. Querseiten, und/oder
- im Übergangsbereich zwischen dem Dach und den Längsseiten, und/oder
- im Übergangsbereich zwischen dem Dach und den Querseiten des Schienenfahrzeugs angeordnet.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird die elektrische Energie der Photovoltaik-Zellen bei einem abgestellten bzw. abgerüsteten Schienenfahrzeug verwendet, um die ausgewählten Komponenten mit Energie zu versorgen.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden die Photovoltaik-Zellen mit Blick auf Oberleitungsschäden, insbesondere mit Blick auf eine herabfallende Oberleitung, oder mit Blick auf einen Blitzschlag am Schienenfahrzeug geschützt:

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Photovoltaik-Zellen in einem geerdeten Rahmen angeordnet und über diesen Rahmen am Schienenfahrzeug befestigt. Damit wird ein ausreichender Schutz vor Hochspannungsschäden (Blitzschlag, Oberleitungsschäden) realisiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Photovoltaik-Zellen durch ein elektrisch isolierendes und transparentes Abdeckmaterial abgedeckt. Dafür kommt insbesondere Glas, Plexiglas, Acrylglas, etc., in Frage.

Durch die Erdung des Rahmens und/oder durch eine definierte Durchschlagsfestigkeit des Abdeckmaterials wird mit Blick auf das Schienenfahrzeug die elektrische Sicherheit gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Energieübertragung von den Photovoltaik-Zellen zum Inneren des Schienenfahrzeugs bzw. zu den dortigen Komponenten unter Verwendung eines zwischengeschalteten induktiven Übertragers bzw. Transformators. Damit wird eine galvanische Trennung der Photovoltaik-Zellen und der Komponenten erreicht.
Durch diese Maßnahmen, die einzeln oder ggf. miteinander kombiniert zur Anwendung kommen können, werden Schienenfahrzeuginterne elektrische Verbindungen, Geräte und Komponenten vor äußeren Überspannungen geschützt, die über die Photovoltaik-Zellen auf das Schienenfahrzeug bzw. auf diese einwirken könnten.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine sichere und einfache Energieversorgung von ausgewählten Komponenten eines Schienenfahrzeugs, wenn dieses abgestellt bzw. abgerüstet ist.
Dabei werden unter dem Begriff „ausgewählte Komponenten“ beim abgerüsteten Zustand des Schienenfahrzeugs diejenigen Komponenten verstanden, die nicht dem Antrieb dienen, sondern die im Rahmen einer Überwachung des Schienenfahrzeugs bzw. im Rahmen einer geplanten, späteren Inbetriebnahme des Schienenfahrzeugs in Betrieb bleiben sollen.
Insbesondere handelt es sich dabei um die Bordnetzbatterie bzw. damit verbundenen Funktionalitäten (z.B. Ermittlung und Fernüberwachung zum Ladezustand), um Bordcomputer bzw. Bordrechner mit Controlling-Funktionalität, um eine Sensorik, um Übertragungseinheiten oder um Beleuchtungsmittel (interne und/oder externe) samt deren Aktivierung, Deaktivierung, Kontrolle, etc.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine einfache Möglichkeit, die vorgegebene jedoch begrenzte Kapazität der Bordnetzbatterie des Schienenfahrzeugs zu kompensieren.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Die Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten KOMP des Schienenfahrzeugs SFZ beinhaltet neben dem Schienenfahrzeug SFZ Photovoltaik-Zellen PVZ, die aus Sonnenenergie elektrische Energie bilden.
Das Schienenfahrzeug SFZ befindet sich im abgerüsteten Zustand, entsprechend ist ein Stromabnehmer STA des Schienenfahrzeug SFZ abgesenkt und hat keinen Kontakt zur Oberleitung OL.
Das Schienenfahrzeug SFZ weist ausgewählte elektrische Komponenten KOMP im Inneren auf, die im abgerüsteten Betrieb des Schienenfahrzeugs SFZ betrieben und mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die Photovoltaik-Zellen PVZ sind an einer äußeren Oberfläche des Schienenfahrzeugs SFZ angeordnet, wobei insbesondere Bereiche 1, 2, 3, 4 und 5 in Betracht kommen, sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander.
Die Photovoltaik-Zellen PVZ sind mit den ausgewählten Komponenten KOMP des Schienenfahrzeugs SFZ derart gekoppelt, dass diese mit elektrischer Energie der Photovoltaik-Zellen PVZ versorgt sind, um deren Betrieb im abgerüsteten Zustand zu gewährleisten.
Die Photovoltaik-Zellen PVZ sind entweder direkt oder über eine Bordbatterie BB des Schienenfahrzeugs SFZ mit den ausgewählten Komponenten KOMP gekoppelt, um diesen die benötigte elektrische Energie zuzuführen.
Die Photovoltaik-Zellen PVZ sind

- an beiden Längsseiten 1, und/oder
- am Dach 3, und/oder
- an beiden Fahrzeugfronten 5 bzw. Querseiten 5, und/oder
- im Übergangsbereich 2 zwischen Dach 3 und den Längsseiten 1, und/oder
- im Übergangsbereich 4 zwischen Dach und den Querseiten 5 des Schienenfahrzeugs (SFZ) anordenbar.

In der Figur sind Photovoltaik-Zellen PVZ gezeigt, die im Übergangsbereich 2 zwischen Dach 3 und den Längsseiten 1 angeordnet sind.
Die Photovoltaik-Zellen PVZ sind in einem geerdeten Rahmen RAH angeordnet und über diesen Rahmen RAH am Schienenfahrzeug SFZ befestigt.
Bevorzugt sind die Photovoltaik-Zellen PVZ zusätzlich zum Schutz vor Umwelteinflüssen (Blitzschlag, Oberleitungsschaden, Schmutz, etc.) durch ein elektrisch isolierendes und transparentes Abdeckmaterial ABDM abgedeckt.
Alternativ oder zusätzlich dazu sind die Photovoltaik-Zellen PVZ über einen induktiven Übertrager TR bzw. Transformator mit den ausgewählten Komponenten KOMP im Inneren des Schienenfahrzeugs SFZ gekoppelt.

Claims

Anordnung zur Energieversorgung von Komponenten eines Schienenfahrzeugs (SFZ), - mit einem Schienenfahrzeug (SFZ), - mit Photovoltaik-Zellen (PVZ), die aus Sonnenenergie elektrische Energie bilden, - bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) an einer äußeren Oberfläche (1,2,3,4,5) des Schienenfahrzeugs (SFZ) angeordnet sind, - bei der das Schienenfahrzeug (SFZ) ausgewählte elektrische Komponenten (KOMP) im Inneren aufweist, die im abgerüsteten Zustand des Schienenfahrzeugs (SFZ) betrieben und mit elektrischer Energie versorgt werden, - bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) mit den ausgewählten Komponenten (KOMP) des Schienenfahrzeugs (SFZ) derart gekoppelt sind, dass diese mit elektrischer Energie der Photovoltaik-Zellen (PVZ) versorgt sind, um deren Betrieb im abgerüsteten Zustand (STA, OL) des Schienenfahrzeugs (SFZ) zu gewährleisten.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) entweder direkt oder über eine Bordbatterie (BB) des Schienenfahrzeugs (SFZ) mit den ausgewählten Komponenten (KOMP) gekoppelt sind, um diesen die benötigte elektrische Energie zuzuführen.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der als Bordbatterie (BB) die Bordnetzbatterie des Schienenfahrzeugs (SFZ) verwendet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) - an beiden Längsseiten (1), und/oder - am Dach (3), und/oder - an beiden Fahrzeugfronten (5) bzw. Querseiten (5), und/oder - im Übergangsbereich (2) zwischen Dach (3) und den Längsseiten (1), und/oder - im Übergangsbereich (4) zwischen Dach (3) und den Querseiten (5) des Schienenfahrzeugs (SFZ) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) in einem geerdeten Rahmen (RAH) angeordnet und über diesen Rahmen (RAH) am Schienenfahrzeug (SFZ) befestigt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) über einen induktiven Übertrager (TR) bzw. Transformator (TR) mit den ausgewählten Komponenten (KOMP) im Inneren des Schienenfahrzeugs (SFZ) gekoppelt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Photovoltaik-Zellen (PVZ) durch ein elektrisch isolierendes und transparentes Abdeckmaterial (ABDM) abgedeckt sind.
Anordnung nach Anspruch 7, bei der das Abdeckmaterial (ABDM) aus Glas, Plexiglas oder Acrylglas gefertigt ist.