ES2929178T3 - Method and system for preconditioning of railway vehicle parts, and related railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Método (100) y sistema (200) para preacondicionar partes de un vehículo ferroviario (1) que comprende un sistema de generación de energía a bordo (10), que comprende al menos:- (110): puesta en marcha del vehículo ferroviario (1) o al menos partes del mismo;- (120): conectar una unidad de almacenamiento de energía (20) a un sistema de conversión de energía (30), estando instalada dicha unidad de almacenamiento de energía (20) y dicho sistema de conversión de energía (30) a bordo del vehículo ferroviario (1);- (130): alimentar al menos parte del sistema de conversión de energía (30) mediante la descarga de energía prealmacenada en la unidad de almacenamiento de energía (20), siendo descargada la energía prealmacenada con un nivel de energía por debajo de un primer umbral de potencia predeterminado;- (140): calentamiento de la unidad de almacenamiento de energía (20) a través del sistema de conversión de energía (30);- (150): inicio del precalentamiento de al menos parte del sistema de generación de energía (10) a través de el sistema de conversión de energía (30);- (160): cuando el precalentado al menos parte del sistema de generación de energía (10) alcanza una temperatura de arranque predeterminada, y advan de manera espectacular la unidad de almacenamiento de energía (20) alcanza una temperatura de carga mínima predeterminada, iniciando la generación de energía por parte del sistema de generación de energía (10);- (170): cuando al menos parte del sistema de generación de energía (10) alcanza una temperatura operativa predeterminada temperatura, centralizando el suministro de energía del vehículo ferroviario (1) o partes del mismo al sistema de generación de energía (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Method (100) and system (200) for preconditioning parts of a rail vehicle (1) comprising an on-board power generation system (10), comprising at least:- (110): start-up of the rail vehicle ( 1) or at least parts thereof;- (120): connecting an energy storage unit (20) to an energy conversion system (30), said energy storage unit (20) being installed and said energy conversion (30) on board the rail vehicle (1);- (130): supplying at least part of the energy conversion system (30) by discharging energy pre-stored in the energy storage unit (20), pre-stored energy with an energy level below a first predetermined power threshold being discharged;- (140): heating of the energy storage unit (20) through the energy conversion system (30);- ( 150): start of preheating of at least part of the g system power generation (10) through the power conversion system (30);- (160): when the preheating of at least part of the power generation system (10) reaches a predetermined starting temperature, and advances in a spectacular the energy storage unit (20) reaches a predetermined minimum charge temperature, starting power generation by the power generation system (10);- (170): when at least part of the power generation system (10) reaches a predetermined operating temperature, centralizing the power supply of the rail vehicle (1) or parts thereof to the power generation system (10). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método y sistema para el preacondicionamiento de partes de vehículo ferroviario, y vehículo ferroviario relacionado Method and system for preconditioning of railway vehicle parts, and related railway vehicle
La presente invención se refiere en general a la gestión de energía en vehículos ferroviarios y, en particular, a un método y un sistema para el preacondicionamiento de componentes o partes de un vehículo ferroviario cuando el vehículo se pone en marcha inicialmente y tiene que prepararse para su servicio de servicio a lo largo de una vía férrea.The present invention relates generally to energy management in rail vehicles, and in particular to a method and system for preconditioning components or parts of a rail vehicle when the vehicle is initially started and has to be prepared for its service service along a railway line.
El documento US 7137344 B2 describe un método y un sistema para preacondicionar partes de un vehículo ferroviario que comprende un generador de energía a bordo.US 7137344 B2 describes a method and system for preconditioning parts of a rail vehicle comprising an on-board power generator.
Como es sabido, casi todos los vehículos ferroviarios modernos están provistos de la denominada función de preacondicionamiento que permite iniciar, manualmente o mediante un temporizador preprogramado, una fase de arranque durante la cual diversos subsistemas de los vehículos, así como los compartimentos interiores para pasajeros, se precalientan a la temperatura deseada.As is known, almost all modern railway vehicles are provided with a so-called preconditioning function that allows to initiate, manually or by means of a pre-programmed timer, a starting phase during which various subsystems of the vehicles, as well as the interior compartments for passengers, They are preheated to the desired temperature.
De esta forma, los vehículos ferroviarios pueden estar listos para iniciar el servicio a su debido tiempo, sin retrasos no deseados y evitando condiciones incómodas, p. ej. para los pasajeros.In this way, rail vehicles can be ready to start service on time, without unwanted delays and avoiding awkward conditions, e.g. eg for the passengers.
Para cumplir con esta tarea, la fase de preacondicionamiento requiere una cantidad de energía que debe estar disponible inmediatamente cuando se inicia la fase de arranque.To accomplish this task, the preconditioning phase requires an amount of power that must be immediately available when the startup phase begins.
Tal requisito puede representar una tarea técnica bastante exigente en algunas aplicaciones, en particular cuando se trata de vehículos ferroviarios propulsados por cierto tipo de fuentes de generación de energía instaladas a bordo. Such a requirement can represent quite a demanding technical task in some applications, particularly when it comes to railway vehicles powered by certain types of on-board power generation sources.
Un ejemplo típico de tales fuentes está representado por los modernos trenes propulsados por hidrógeno que aprovechan los sistemas de celdas de combustible, instalados a bordo de los vehículos ferroviarios, para producir la cantidad de energía necesaria para realizar el debido servicio.A typical example of such sources is represented by modern hydrogen-powered trains that take advantage of fuel cell systems, installed on board rail vehicles, to produce the amount of energy necessary to perform the proper service.
En particular, en tales casos, durante una condición de arranque, indicada a menudo como un arranque en frío, p. ej. cuando un tren se reinicia después de un cierto tiempo de estacionamiento, los componentes del sistema de energía, tales como las celdas de combustible, pueden estar a temperaturas inferiores a sus temperaturas mínimas de funcionamiento de arranque; como consecuencia, los tensiones reales pueden ser significativamente más bajos que los normales y, por ejemplo, en el caso de los sistemas de celdas de combustible, el proceso de inyección de combustible y/u oxidante en las celdas de combustible, que arranca así el proceso de generación de energía, puede demorarse una cantidad considerable de tiempo hasta que los niveles de tensión alcancen las condiciones normales de funcionamiento.In particular, in such cases, during a start condition, often indicated as a cold start, e.g. eg When a train is restarted after a certain parking time, power system components, such as fuel cells, may be at temperatures below their minimum starting operating temperatures; as a consequence, actual stresses can be significantly lower than normal and, for example, in the case of fuel cell systems, the fuel and/or oxidant injection process in fuel cells, thus starting the power generation process, it can take a considerable amount of time for voltage levels to reach normal operating conditions.
De hecho, es evidente la necesidad de contar con un adecuado procedimiento de puesta en marcha capaz de equilibrar objetivos contrapuestos y hacer frente a diferentes escenarios operativos.In fact, the need for an adequate start-up procedure capable of balancing conflicting objectives and coping with different operating scenarios is evident.
Por ejemplo, para optimizar el rendimiento operativo, la fase de preacondicionamiento debe llevarse a cabo de tal manera que un vehículo alcance el estado listo para operar lo más rápido posible; por otro lado, la fase de preacondicionamiento no debe dar como resultado una demanda demasiado alta para el sistema de generación de energía, con el riesgo de dañar cualquier componente del mismo.For example, to optimize operational performance, the preconditioning phase must be carried out in such a way that a vehicle reaches the ready-to-operate state as quickly as possible; on the other hand, the preconditioning phase must not result in too high a demand for the power generation system, with the risk of damaging any component thereof.
Además, la curva de potencia inicialmente necesaria durante la fase de preacondicionamiento puede variar sustancialmente caso por caso, en relación con la aplicación específica, por ejemplo en relación con las condiciones ambientales externas, la duración del período de reposo del vehículo específico, etcétera.Furthermore, the initially required power curve during the preconditioning phase may vary substantially on a case-by-case basis, in relation to the specific application, for example in relation to external environmental conditions, the duration of the specific vehicle's rest period, and so on.
Para hacer frente a este problema, algunas soluciones prevén el uso de componentes adicionales, tales como calentadores que, si bien tienen algunos efectos beneficiosos, no son completamente eficientes y efectivos, en particular, si los calentadores son alimentados por el propio sistema de energía.To deal with this problem, some solutions provide for the use of additional components, such as heaters, which, while having some beneficial effects, are not completely efficient and effective, particularly if the heaters are powered by the power system itself.
De hecho, en tales casos, el impacto positivo de los calefactores sería mínimo, especialmente en un arranque en frío del sistema de generación de energía donde debería proporcionarse la energía disponible y no al contrario.In fact, in such cases, the positive impact of the heaters would be minimal, especially in a cold start of the power generation system where the available power should be provided and not the other way around.
Por lo tanto, es bastante evidente la necesidad de mejorar aún más los vehículos ferroviarios para hacer frente a tales problemas técnicos y resolver, al menos parcialmente, algunos de los inconvenientes e inconvenientes operativos indicados anteriormente.Therefore, the need to further improve railway vehicles to cope with such technical problems and to solve, at least partially, some of the above-indicated drawbacks and operational drawbacks is quite evident.
Por lo tanto, un objetivo principal de la presente invención es proporcionar una solución para el preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario que ofrezca mejoras sustanciales sobre las soluciones conocidas, en particular en lo que respecta a la capacidad de gestionar de manera eficiente la energía y los equipos ya disponibles a bordo de un vehículo de ferrocarril sin necesidad de instalar componentes adicionales.Therefore, a main objective of the present invention is to provide a solution for the preconditioning of parts of a rail vehicle that offers substantial improvements over known solutions, in particular regarding the ability to efficiently manage energy and equipment already available on board a rail vehicle without the need to install additional components.
Dentro del alcance de este objetivo, un objeto de la presente invención es proporcionar una solución para el preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario que sea capaz de equilibrar mejor la necesidad de preacondicionar un vehículo ferroviario antes de que comience su servicio en el menor tiempo posible y sin obligar, al mismo tiempo, a los componentes a trabajar en condiciones operativas que puedan menoscabar su integridad.Within the scope of this objective, an object of the present invention is to provide a solution for the preconditioning of parts of a railway vehicle that is capable of better balancing the need for precondition a railway vehicle before it begins its service in the shortest possible time and without, at the same time, forcing the components to work in operating conditions that could undermine their integrity.
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar una solución para el preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario que sea altamente fiable, fácil de realizar y con costes competitivos.Yet another object of the present invention is to provide a solution for the preconditioning of rail vehicle parts that is highly reliable, easy to perform and cost competitive.
Este objetivo, estos objetos y otros que se pondrán de manifiesto a continuación se consiguen mediante un método de preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario que comprende un sistema de generación de energía a bordo, caracterizado porque comprende al menos las siguientes fases:This objective, these objects and others that will be revealed below are achieved by means of a method of preconditioning parts of a railway vehicle that includes an on-board power generation system, characterized in that it comprises at least the following phases:
(a) : puesta en marcha del vehículo ferroviario o, al menos, de partes del mismo;(a) : start-up of the rail vehicle or, at least, of parts thereof;
(b) : conectar una unidad de almacenamiento de energía a un sistema de conversión de energía, estando instalada dicha unidad de almacenamiento de energía y dicho sistema de conversión de energía a bordo del vehículo ferroviario; (c) : alimentar al menos parte del sistema de conversión de energía mediante la descarga de energía almacenada previamente en la unidad de almacenamiento de energía, descargándose la energía almacenada previamente con un nivel de energía por debajo de un primer umbral de energía predeterminado;(b) : connecting an energy storage unit to an energy conversion system, said energy storage unit and said energy conversion system being installed on board the rail vehicle; (c) : powering at least part of the energy conversion system by discharging energy previously stored in the energy storage unit, the previously stored energy being discharged with an energy level below a first predetermined energy threshold;
(d) : calentamiento de la unidad de almacenamiento de energía mediante el sistema de conversión de energía;(d) : heating of the energy storage unit by the energy conversion system;
(e) : iniciar el precalentamiento de al menos parte del sistema de generación de energía mediante el sistema de conversión de energía;(e) : initiate preheating of at least part of the power generation system through the power conversion system;
(f) : cuando al menos una parte precalentada del sistema de generación de energía alcanza una temperatura de arranque predeterminada, y de manera ventajosa la unidad de almacenamiento de energía alcanza una temperatura de carga mínima predeterminada, iniciar la generación de energía por parte del sistema de generación de energía; (g) : cuando al menos parte del sistema de generación de energía alcanza una temperatura de funcionamiento predeterminada, centralizar el suministro de energía del vehículo ferroviario o de partes del mismo al sistema de generación de energía.(f) : when at least a preheated part of the power generation system reaches a predetermined starting temperature, and advantageously the energy storage unit reaches a predetermined minimum charge temperature, starting power generation by the system power generation; (g) : when at least part of the power generation system reaches a predetermined operating temperature, centralizing the power supply of the rail vehicle or parts thereof to the power generation system.
El objetivo y los objetos de la presente invención mencionados anteriormente también se consiguen mediante un sistema para el preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario, que comprende al menos:The aforementioned aim and objects of the present invention are also achieved by means of a system for the preconditioning of parts of a railway vehicle, comprising at least:
- un sistema de generación de energía adaptado para generar energía para alimentar el vehículo ferroviario;- a power generation system adapted to generate power to power the rail vehicle;
- una unidad de almacenamiento de energía instalada a bordo del vehículo ferroviario;- an energy storage unit installed on board the rail vehicle;
- un sistema de conversión de energía instalado a bordo del vehículo ferroviario y adecuado para conectarse con dicha unidad de almacenamiento de energía y dicho sistema de generación de energía;- a power conversion system installed on board the rail vehicle and suitable for connecting with said energy storage unit and said power generation system;
- una unidad de control a bordo que esté configurada al menos para:- an on-board control unit that is configured for at least:
- poner en marcha el vehículo ferroviario o al menos partes del mismo;- starting the railway vehicle or at least parts of it;
- conectar la unidad de almacenamiento de energía al sistema de conversión de energía;- connect the energy storage unit to the energy conversion system;
- provocar la descarga de energía prealmacenada en la unidad de almacenamiento de energía para suministrar al menos parte del sistema de conversión de energía, siendo suministrada la energía prealmacenada al sistema de conversión de energía con un nivel de energía por debajo de un primer umbral de energía predeterminado;- causing the discharge of pre-stored energy in the energy storage unit to supply at least part of the energy conversion system, the pre-stored energy being supplied to the energy conversion system with an energy level below a first energy threshold predetermined;
- calentar la unidad de almacenamiento de energía mediante sistema de conversión de energía;- heating the energy storage unit by energy conversion system;
- iniciar el precalentamiento de al menos parte del sistema de generación de energía mediante el sistema de conversión de energía;- start the preheating of at least part of the power generation system by means of the power conversion system;
- poner en marcha la generación de energía por el sistema de generación de energía cuando el sistema de generación de energía alcanza una temperatura de arranque predeterminada y de manera de manera ventajosa la unidad de almacenamiento de energía alcanza una temperatura de carga mínima predeterminada;- starting power generation by the power generation system when the power generation system reaches a predetermined start-up temperature and advantageously the power storage unit reaches a predetermined minimum charge temperature;
- cuando el sistema de generación de energía alcanza una temperatura de funcionamiento predeterminada, centralizar el suministro de energía del vehículo ferroviario o de partes del mismo al sistema de generación de energía.- when the power generation system reaches a predetermined operating temperature, centralizing the power supply of the rail vehicle or parts thereof to the power generation system.
El objetivo y los objetos de la presente invención mencionados anteriormente también se consiguen mediante un vehículo ferroviario caracterizado porque comprende un sistema como el indicado anteriormente, y, en particular, como se describe a continuación y se define en las reivindicaciones adjuntas pertinentes. The aforementioned aim and objects of the present invention are also achieved by means of a railway vehicle characterized in that it comprises a system as indicated above, and in particular as described below and defined in the relevant appended claims.
Otras características y ventajas se harán evidentes a partir de la descripción de algunos ejemplos de realizaciones preferidas, pero no exclusivas de un sistema y un método según la presente descripción, ilustradas solo a modo de ejemplos no limitativos con los dibujos adjuntos, en los que:Other characteristics and advantages will become evident from the description of some examples of preferred, but not exclusive, embodiments of a system and a method according to the present description, illustrated only by way of non-limiting examples with the attached drawings, in which:
La Figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para el preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario según la presente invención;Figure 1 is a flowchart schematically illustrating a method for preconditioning parts of a railway vehicle according to the present invention;
La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente un sistema para el preacondicionamiento de partes de un vehículo ferroviario según la presente invención;Figure 2 is a block diagram schematically illustrating a system for preconditioning parts of a rail vehicle according to the present invention;
La Figura 3 es una vista que muestra un vehículo ferroviario que comprende un sistema de celda de combustible, según un ejemplo de realización de la presente invención.Fig. 3 is a view showing a railway vehicle comprising a fuel cell system, according to an embodiment of the present invention.
Cabe señalar que en la siguiente descripción detallada, los componentes idénticos o similares, ya sea desde el punto de vista estructural y/o funcional, tienen los mismos números de referencia, independientemente de que se muestren en diferentes realizaciones de la presente descripción; también debe señalarse que para describir de forma clara y concisa la presente descripción, los dibujos pueden no estar necesariamente a escala y ciertas características de la descripción pueden mostrarse en forma algo esquemática.It should be noted that in the following detailed description, identical or similar components, either from the structural and/or functional point of view, have the same reference numerals, regardless of whether they are shown in different embodiments of the present description; It should also be noted that in order to clearly and concisely describe the present description, the drawings may not necessarily be to scale and certain features of the description may be shown somewhat schematically.
Además, cuando el término "adaptado" o "dispuesto" o "configurado" o "conformado" se usa en este documento para referirse a cualquier componente como un todo, o a cualquier parte de un componente, o a una combinación de componentes, debe entenderse que significa y abarca correspondientemente la estructura, y/o configuración y/o forma y/o posicionamiento.In addition, when the term "fitted" or "arranged" or "configured" or "formed" is used in this document to refer to any component as a whole, or to any part of a component, or to a combination of components, it is to be understood that correspondingly means and encompasses structure, and/or configuration and/or shape and/or positioning.
En particular, para medios electrónicos y/o de software, cada uno de los términos enumerados anteriormente significa y abarca circuitos electrónicos o partes de los mismos, así como códigos de software y/o rutinas, algoritmos o programas completos almacenados, integrados o en ejecución, adecuadamente diseñados para lograr el resultado técnico y/o las prestaciones funcionales para las que se han diseñado tales medios.In particular, for electronic and/or software media, each of the terms listed above means and encompasses electronic circuits or parts thereof, as well as software code and/or stored, integrated, or running entire routines, algorithms, or programs , suitably designed to achieve the technical result and/or functional performance for which such means have been designed.
Un método y un sistema, según la invención, para acondicionar partes de un vehículo ferroviario que comprende un sistema de generación de energía instalado a bordo, se ilustran esquemáticamente en las Figuras 1 y 2, y se indican con los números de referencia generales 100 y 200, respectivamente.A method and a system, according to the invention, for conditioning parts of a railway vehicle comprising a power generation system installed on board, are schematically illustrated in Figures 1 and 2, and are indicated by the general reference numerals 100 and 200, respectively.
El método 100 y el sistema 200 según la presente invención son particularmente adecuados para su uso con vehículos ferroviarios que comprenden sistemas de celdas de combustible como dispositivos de generación de energía a bordo y, por lo tanto, se describirán a continuación haciendo referencia específica a dicha configuración preferida, sin pretender de ninguna manera para limitar la posible aplicación con otros tipos de dispositivos de generación de energía a bordo adecuados.The method 100 and system 200 according to the present invention are particularly suitable for use with rail vehicles comprising fuel cell systems as on-board power generation devices and will therefore be described below with specific reference to said preferred configuration, without intending in any way to limit possible application with other types of suitable on-board power generating devices.
Un ejemplo ilustrativo de este tipo de vehículos ferroviarios se ilustra en la Figura 3, donde se representa un tren 1, en lo sucesivo denominado vehículo ferroviario 1, que comprende un sistema de celda de combustible, indicado en la Figura 2 con el número de referencia 10. El sistema de celdas de combustible 10 comprende, entre otras cosas, un tanque de combustible 11 que contiene hidrógeno y una o más pilas de celdas de combustible 12 conectadas eléctricamente en serie o en paralelo entre ellas.An illustrative example of this type of railway vehicle is illustrated in Figure 3, where a train 1 is represented, hereinafter called railway vehicle 1, comprising a fuel cell system, indicated in Figure 2 with the reference number 10. The fuel cell system 10 comprises, among other things, a fuel tank 11 containing hydrogen and one or more fuel cell stacks 12 electrically connected in series or in parallel with each other.
Como bien saben los expertos en la técnica y, por lo tanto, no se describe en detalle en la presente memoria, durante las operaciones, las celdas de combustible 12 se alimentan con un gas combustible que contiene hidrógeno y un gas de oxidación, p. ej. aire, que contiene oxígeno.As is well known to those skilled in the art, and is therefore not described in detail herein, during operations, the fuel cells 12 are supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxidation gas, e.g. eg air, which contains oxygen.
La reacción electroquímica de dichos gases en la celda de combustible genera energía eléctrica, que se utiliza para alimentar y hacer que el vehículo ferroviario 1 sea autónomo durante al menos parte de su servicio diario, así como otros subproductos, p. ej. agua de proceso, generalmente descargada.The electrochemical reaction of said gases in the fuel cell generates electrical energy, which is used to power and make the railway vehicle 1 autonomous during at least part of its daily service, as well as other by-products, e.g. eg process water, usually discharged.
Como se ilustra en la Figura 1, el método 100 según la presente invención comprende al menos las siguientes fases: As illustrated in Figure 1, the method 100 according to the present invention comprises at least the following phases:
- 110: poner en marcha el vehículo ferroviario 1 o al menos partes del mismo;- 110: starting the railway vehicle 1 or at least parts thereof;
- 120: conectar una unidad de almacenamiento de energía a un sistema de conversión de energía.- 120: connect an energy storage unit to an energy conversion system.
En particular, como se ilustra en la Figura 2, y según una posible realización del sistema 200 según la invención, la unidad de almacenamiento de energía, indicada esquemáticamente con el número de referencia 20, está instalada a bordo del vehículo ferroviario 1; la unidad de almacenamiento de energía 20 es adecuada para ser conectada y alimentada por el sistema de generación de energía 10 y comprende, por ejemplo, una o más baterías de tracción recargables.In particular, as illustrated in Figure 2, and according to a possible embodiment of the system 200 according to the invention, the energy storage unit, schematically indicated with the reference number 20, is installed on board the rail vehicle 1; the energy storage unit 20 is suitable to be connected to and powered by the energy generation system 10 and comprises, for example, one or more rechargeable traction batteries.
A su vez, el sistema de conversión de energía, indicado esquemáticamente con el número de referencia 30, también está instalado a bordo del vehículo ferroviario 1; es adecuado para conectarse con la unidad de almacenamiento de energía 20 y el sistema de generación de energía 10 y comprende al menos un enlace de CC 31 y un inversor auxiliar El método 100 comprende también al menos las siguientes fases:In turn, the energy conversion system, schematically indicated with the reference number 30, is also installed on board the rail vehicle 1; it is suitable for connecting with the energy storage unit 20 and the power generation system 10 and comprises at least one DC link 31 and an auxiliary inverter The method 100 also comprises at least the following phases:
- 130: suministrar al menos parte del sistema de conversión de energía 30 mediante la descarga de energía previamente almacenada en la unidad de almacenamiento de energía 20, p. ej. en las baterías de tracción, descargándose la energía prealmacenada con un nivel de potencia por debajo de un primer umbral de potencia predeterminado. En este caso, por ejemplo, las baterías de tracción se conectan a un circuito intermedio (no ilustrado) del sistema de conversión de energía 30, al que se conecta inmediatamente después el inversor auxiliar 32;- 130: supplying at least part of the energy conversion system 30 by discharging energy previously stored in the energy storage unit 20, e.g. eg in traction batteries, the pre-stored energy being discharged with a power level below a first predetermined power threshold. In this case, for example, the traction batteries are connected to an intermediate circuit (not illustrated) of the energy conversion system 30, to which the auxiliary inverter 32 is connected immediately afterwards;
- 140: calentar la unidad de almacenamiento de energía 20 mediante el sistema de conversión de energía 30. De esta manera, la temperatura de las baterías recargables aumenta y, en consecuencia, también aumenta la energía disponible de las propias baterías;- 140: heating the energy storage unit 20 by means of the energy conversion system 30. In this way, the temperature of the rechargeable batteries increases and, consequently, the energy available from the batteries themselves also increases;
- 150: iniciar el precalentamiento de al menos parte del sistema de generación de energía 10, p. ej. de las celdas de combustible 12, mediante el sistema de conversión de energía 30;- 150: start preheating of at least part of the power generation system 10, e.g. eg of the fuel cells 12, through the energy conversion system 30;
- 160: cuando la parte al menos precalentada del sistema de generación de energía 10 alcanza una temperatura de inicio predeterminada, y de manera ventajosa la unidad de almacenamiento de energía 20 alcanza una temperatura de carga mínima predeterminada, iniciar la generación de energía por el sistema de generación de energía 10; y - 160: when the at least preheated part of the power generation system 10 reaches a predetermined starting temperature, and advantageously the energy storage unit 20 reaches a predetermined minimum charge temperature, starting power generation by the system power generation 10; Y
- 170: cuando al menos parte del sistema de generación de energía 10 alcanza una temperatura de funcionamiento predeterminada, centralizar el suministro de energía del vehículo ferroviario 1 o de partes del mismo al propio sistema de generación de energía 10.- 170: when at least part of the power generation system 10 reaches a predetermined operating temperature, centralizing the power supply of the rail vehicle 1 or parts thereof to the power generation system 10 itself.
Según una posible realización, representada esquemáticamente en la Figura 1 por líneas de puntos, de manera ventajosa las etapas de calentamiento 140 de la unidad de almacenamiento de energía 20 y de inicio del precalentamiento 150 de al menos parte del sistema de generación de energía 10 se ejecutan en paralelo y en un paso 160, cuando al menos una parte precalentada del sistema de generación de energía 10 alcanza una temperatura de inicio predeterminada y la unidad de almacenamiento de energía 20 alcanza una temperatura de carga mínima predeterminada, se inicia la generación de energía por el sistema de generación de energía 10;According to a possible embodiment, schematically represented in Figure 1 by dotted lines, advantageously the stages of heating 140 of the energy storage unit 20 and starting the preheating 150 of at least part of the energy generation system 10 are run in parallel and in one step 160, when at least a preheated part of the power generation system 10 reaches a predetermined starting temperature and the energy storage unit 20 reaches a predetermined minimum charge temperature, power generation starts by the power generation system 10;
Según una posible realización, cuando el acumulador de energía 20 comprende las mencionadas baterías de tracción recargables 20, la fase 140 de calentamiento del acumulador de energía 20 comprende los siguientes pasos:According to a possible embodiment, when the energy accumulator 20 comprises the aforementioned rechargeable traction batteries 20, the heating phase 140 of the energy accumulator 20 comprises the following steps:
- 141: iniciar la circulación de agua dentro de las baterías de tracción recargables 20; y- 141: start the circulation of water inside the rechargeable traction batteries 20; Y
- 142: calentar el agua en circulación, al menos durante un intervalo de tiempo inicial desde el instante en que se inicia la circulación, a través de la energía proporcionada por la unidad de almacenamiento de energía 20 mediante el sistema de conversión de energía.- 142: heating the circulating water, at least during an initial time interval from the moment the circulation starts, through the energy provided by the energy storage unit 20 through the energy conversion system.
En una posible realización, el método 100 según la invención comprende una fase adicional 180 de calentar una o más áreas internas del vehículo ferroviario 1 hasta una temperatura objetivo. En particular, la fase 180 de calentar una 0 más áreas internas del vehículo ferroviario 1 comprende activar un sistema de calefacción del vehículo ferroviario 1, indicado esquemáticamente en la Figura 3 por el número de referencia 3, y alimentar el sistema de calefacción 3 a través de energía generada por el sistema de generación de energía 10.In a possible embodiment, the method 100 according to the invention comprises a further step 180 of heating one or more internal areas of the rail vehicle 1 to a target temperature. In particular, the phase 180 of heating one or more internal areas of the rail vehicle 1 comprises activating a heating system of the rail vehicle 1, schematically indicated in Figure 3 by the reference number 3, and supplying the heating system 3 through of power generated by the power generation system 10.
Por ejemplo, las áreas internas antes mencionadas pueden ser uno o más compartimentos 2 adaptados para recibir pasajeros, y el sistema de calefacción 3 puede ser parte de un sistema de acondicionamiento utilizado a bordo del vehículo 1, p. ej. su sistema HVAC que comprende, entre otras cosas, un calentador eléctrico.For example, the aforementioned internal areas may be one or more compartments 2 adapted to receive passengers, and the heating system 3 may be part of a conditioning system used on board the vehicle 1, e.g. eg your HVAC system comprising, among other things, an electric heater.
De esta forma, las partes relevantes y seleccionadas del vehículo ferroviario 1 se preacondicionan adecuadamente y, por lo tanto, el vehículo ferroviario 1 está listo para comenzar su servicio operativo a lo largo de una vía férrea. In this way, the relevant and selected parts of the railway vehicle 1 are properly preconditioned and thus the railway vehicle 1 is ready to start its operational service along a railway track.
A tal fin, con el fin de mejorar aún más la eficiencia y la puntualidad, en el método 100 según la invención, la fase 110 de puesta en marcha del vehículo ferroviario 1 o al menos de partes del mismo comprende los siguientes pasos: To this end, in order to further improve efficiency and punctuality, in the method 100 according to the invention, the phase 110 of starting up the rail vehicle 1 or at least parts thereof comprises the following steps:
- 111: un primer paso de calcular previamente un momento en el que se pondrá en marcha el vehículo ferroviario 1 o al menos partes del mismo. Este tiempo se calcula, por ejemplo, sobre la base de un tiempo programado en el que el vehículo ferroviario 1 tiene que iniciar su servicio operativo en una línea ferroviaria y en una o más información relacionada con la temperatura ambiental real fuera del vehículo ferroviario 1, y la temperatura real de una o más partes seleccionadas del vehículo ferroviario 1. Estas partes seleccionadas pueden comprender, por ejemplo, la temperatura real de al menos algunas partes del sistema de celda de combustible 10, p. ej. de sus celdas de combustible, de las zonas interiores 2, de la unidad de almacenamiento de energía 20, etcétera.- 111: a first step of pre-calculating a time when the railway vehicle 1 or at least parts thereof will be started. This time is calculated, for example, on the basis of a scheduled time in which the railway vehicle 1 has to start its operational service on a railway line and on one or more information related to the actual ambient temperature outside the railway vehicle 1, and the actual temperature of one or more selected parts of the rail vehicle 1. These selected parts may comprise, for example, the actual temperature of at least some parts of the fuel cell system 10, e.g. eg of its fuel cells, of the interior zones 2, of the energy storage unit 20, and so on.
En particular, este tiempo puede precalcularse, por ejemplo, mediante un módulo de software de una unidad de control 40, que puede instalarse a bordo del propio vehículo ferroviario 1 y ser parte del sistema 200, como se representa esquemáticamente en la Figura 2.In particular, this time can be pre-calculated, for example, by a software module of a control unit 40, which can be installed on board the rail vehicle 1 itself and be part of the system 200, as schematically represented in Figure 2.
Entonces, la fase 110 comprende una etapa siguiente 112 de poner en marcha automáticamente el vehículo ferroviario 1 o al menos partes del mismo en el tiempo precalculado. Then, the phase 110 comprises a subsequent step 112 of automatically starting the railway vehicle 1 or at least parts thereof in the precalculated time.
Alternativamente, un operador puede realizar la puesta en marcha del vehículo ferroviario 1 o de al menos partes del mismo en el tiempo precalculado, p. ej. a mano.Alternatively, an operator can carry out the start-up of the railway vehicle 1 or at least parts of it in the precalculated time, e.g. eg by hand.
Además, según una posible realización del método 100, y como se ilustra en la Figura 1, la fase 110 de puesta en marcha del vehículo ferroviario 1 o de al menos partes del mismo comprende también los siguientes pasos:Furthermore, according to a possible embodiment of the method 100, and as illustrated in Figure 1, the phase 110 of starting up the rail vehicle 1 or at least parts thereof also comprises the following steps:
- 113: verificar la presencia de fallos al menos dentro del sistema de generación de energía 10, por ejemplo, de las celdas de combustible 11; y, en caso afirmativo,- 113: verifying the presence of failures at least within the power generation system 10, for example, of the fuel cells 11; and, if so,
- 114: apagar el vehículo ferroviario 1 o cualquier parte del mismo ya en marcha.- 114: turn off the railway vehicle 1 or any part of it while it is running.
De esta forma, gracias a este control de prediagnóstico, es posible identificar cualquier posible problema técnico e intervenir lo antes posible, evitando, en la medida de lo posible, la aparición de daños posteriores y más relevantes. En una posible realización del método 100 según la invención, la fase 140 de calentamiento de la unidad de almacenamiento de energía 20 mediante el sistema de conversión de energía 30 comprende alimentar la unidad de almacenamiento de energía a bordo 20 con energía de corriente alterna, suministrada, por ejemplo, por el inversor auxiliar 32, poniendo a disposición energía, por ejemplo, a 400 VCA.In this way, thanks to this prediagnostic control, it is possible to identify any possible technical problem and intervene as soon as possible, avoiding, as far as possible, the appearance of subsequent and more relevant damage. In a possible embodiment of the method 100 according to the invention, the phase 140 of heating the energy storage unit 20 by means of the energy conversion system 30 comprises feeding the on-board energy storage unit 20 with alternating current power, supplied , for example, by auxiliary inverter 32, making power available, for example, at 400 VAC.
Alternativamente, la unidad de almacenamiento de energía 20 se puede calentar proporcionando una serie de pulsos, o suministrando energía a un sistema HVAC dedicado o de cualquier otra forma adecuada.Alternatively, the energy storage unit 20 can be heated by providing a series of pulses, or by supplying power to a dedicated HVAC system or in any other suitable way.
Según una realización, y como se ilustra en la Figura 1, en particular cuando la generación de energía 10 comprende un sistema de celda de combustible, la fase 150 de inicio del precalentamiento comprende los siguientes pasos: - un primer paso 151 de iniciar la circulación de un fluido, p. ej. agua que normalmente ya está presente dentro del sistema de celda de combustible 10; y a continuaciónAccording to one embodiment, and as illustrated in Figure 1, in particular when the power generation 10 comprises a fuel cell system, the phase 150 of starting the preheating comprises the following steps: - a first step 151 of starting the circulation of a fluid, e.g. eg water that is normally already present within the fuel cell system 10; and then
- un segundo paso 152 de calentamiento del fluido circulante, p. ej. agua, al menos durante un intervalo de tiempo inicial desde el instante en el que se inicia la circulación, mediante la energía proporcionada por la unidad de almacenamiento de energía 20 mediante el sistema de conversión de energía.- a second step 152 for heating the circulating fluid, e.g. eg water, at least during an initial time interval from the moment the circulation starts, by means of the energy provided by the energy storage unit 20 by means of the energy conversion system.
Según una posible realización del método 100, y como se ilustra en la Figura 1, la fase 160 de puesta en marcha de la generación de energía por el sistema de generación de energía 10 incluye un paso 161 de continuar calentando al menos parte del sistema de generación de energía 10 mediante el sistema de conversión de energía (30) mientras se inicia la generación de energía por el sistema de generación de energía 10.According to a possible embodiment of the method 100, and as illustrated in Figure 1, the phase 160 of starting up the power generation by the power generation system 10 includes a step 161 of continuing to heat at least part of the heating system. power generation 10 by the power conversion system (30) while starting power generation by the power generation system 10.
En una posible realización del método 100, y como se ilustra en la Figura 1, la fase 170 de centralizar el suministro de energía del vehículo ferroviario 1 o de partes del mismo al sistema de generación de energía 10, comprende un primer paso 171 de apagar el calentamiento en curso de al menos parte del sistema de generación de energía 10 llevado a cabo mediante el sistema de conversión de energía 30.In a possible embodiment of the method 100, and as illustrated in Figure 1, the phase 170 of centralizing the energy supply of the rail vehicle 1 or parts thereof to the energy generation system 10, comprises a first step 171 of turning off the ongoing heating of at least part of the power generation system 10 carried out by the power conversion system 30.
Según esta realización, la fase 170 de centralización comprende un segundo paso 172 de conmutar la unidad de almacenamiento de energía 20 de un modo de descarga a un modo de recarga y luego recargar la unidad de almacenamiento de energía 20 con energía generada por el sistema de generación de energía 10.According to this embodiment, the centralization phase 170 comprises a second step 172 of switching the energy storage unit 20 from a discharge mode to a recharge mode and then recharging the energy storage unit 20 with energy generated by the charging system. power generation 10.
Cuando el vehículo ferroviario 1 está estacionado en algún lugar, p. ej. en una estación o depósito, y está disponible una fuente de energía adicional (no ilustrada) externa al vehículo ferroviario 1, entonces el método 100 según la invención comprende una fase 101 de mantener al menos algunas partes del vehículo ferroviario 1 a una temperatura deseada por medio de la unidad de almacenamiento de energía y al menos hasta que la fuente de energía externa esté alimentando el vehículo ferroviario 1.When the rail vehicle 1 is parked somewhere, e.g. eg in a station or depot, and an additional power source (not illustrated) external to the rail vehicle 1 is available, then the method 100 according to the invention comprises a phase 101 of maintaining at least some parts of the rail vehicle 1 at a desired temperature by means of the energy storage unit and at least until the external power source is powering the rail vehicle 1.
De esta forma, cuando el vehículo ferroviario 1 o partes del mismo se ponen en marcha en la fase 110, se puede reducir la duración de todo el preacondicionamiento mediante la ejecución de las distintas fases anteriormente descritas.In this way, when the rail vehicle 1 or parts of it are started in phase 110, the duration of the entire preconditioning can be reduced by executing the different phases described above.
Como se ilustra en la Figura 2, además del sistema de generación de energía 10 adaptado con el fin de generar energía para suministrar al vehículo ferroviario 1, a la unidad de almacenamiento de energía 20 y al sistema de conversión de energía 30, el sistema 200 según la invención comprende al menos una unidad de control, p. ej. la unidad de control 40 mencionada anteriormente, que está configurada en particular para realizar y/o hacer que se lleve a cabo el método 100 como se ha descrito anteriormente.As illustrated in Figure 2, in addition to the power generation system 10 adapted in order to generate power to supply the rail vehicle 1, the power storage unit 20 and the power conversion system 30, the system 200 according to the invention it comprises at least one control unit, e.g. eg the aforementioned control unit 40, which is configured in particular to perform and/or cause to be performed the method 100 as described above.
En particular, la unidad de control 40 puede comprender cualquier tipo de procesador o dispositivo basado en procesador comercialmente disponible y adaptado para el alcance, que esté convenientemente programado con software y en su caso acompañado de un circuito adecuado, para realizar y/o llevar a cabo la realización de por lo menos:In particular, the control unit 40 can comprise any type of processor or processor-based device commercially available and adapted for the scope, which is suitably programmed with software and, where appropriate, accompanied by a suitable circuit, to carry out and/or carry out carry out at least:
- poner en marcha el vehículo ferroviario 1 o al menos partes del mismo; - starting the rail vehicle 1 or at least parts thereof;
- conectar la unidad de almacenamiento de energía 20 al sistema de conversión de energía 30;- connecting the energy storage unit 20 to the energy conversion system 30;
- descargar energía almacenada previamente en la unidad de almacenamiento de energía 20 para suministrar al menos parte del sistema de conversión de energía 30, siendo suministrada la energía almacenada previamente al sistema de conversión de energía 30 con un nivel de energía controlado para que esté por debajo de un primer umbral de energía predeterminado;- discharging previously stored energy in the energy storage unit 20 to supply at least part of the energy conversion system 30, the previously stored energy being supplied to the energy conversion system 30 with an energy level controlled to be below of a first predetermined energy threshold;
- calentar la unidad de almacenamiento de energía 20 mediante el sistema de conversión de energía 30;- heating the energy storage unit 20 by means of the energy conversion system 30;
- iniciar el precalentamiento de al menos parte del sistema de generación de energía 10 mediante el sistema de conversión de energía 30;- start the preheating of at least part of the power generation system 10 by means of the power conversion system 30;
- iniciar la generación de energía por el sistema de generación de energía 10 cuando el sistema de generación de energía 10 alcanza una temperatura de arranque predeterminada y de manera ventajosa la unidad de almacenamiento de energía 20, calentada por el propio sistema de conversión de energía 30, alcanza una temperatura de carga mínima predeterminada;- starting the power generation by the power generation system 10 when the power generation system 10 reaches a predetermined start-up temperature and advantageously the power storage unit 20, heated by the power conversion system 30 itself , reaches a predetermined minimum charge temperature;
- cuando el sistema de generación de energía 10 alcanza una temperatura de funcionamiento predeterminada, centralizar el suministro de energía del vehículo ferroviario 1 o de partes del mismo al sistema de generación de energía 10.- when the power generation system 10 reaches a predetermined operating temperature, centralizing the power supply of the rail vehicle 1 or parts thereof to the power generation system 10.
Claramente, la unidad de control 40 es adecuada para llevar a cabo y/o hacer que se lleven a cabo todas y cada una de las fases descritas anteriormente y los pasos relacionados del método 100.Clearly, the control unit 40 is suitable for performing and/or causing to be performed each and every one of the above-described phases and related steps of the method 100.
Además, según posibles realizaciones, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 2, el sistema 200 comprende uno o más sensores 50 para detectar la temperatura real de al menos partes del sistema de generación de energía 10 y/o de la unidad de almacenamiento de energía 20, y/o de áreas internas del vehículo ferroviario 1, tales como los compartimentos 2, y/o la temperatura ambiental fuera del propio vehículo ferroviario 1.Furthermore, according to possible embodiments, as schematically illustrated in Figure 2, the system 200 comprises one or more sensors 50 to detect the actual temperature of at least parts of the power generation system 10 and/or of the energy storage unit. 20, and/or internal areas of the rail vehicle 1, such as the compartments 2, and/or the ambient temperature outside the rail vehicle 1 itself.
En el ejemplo de realización ilustrado esquemáticamente en la Figura 2, el sistema 200 comprende un primer sensor de temperatura 50 para detectar la temperatura real de al menos partes del sistema de generación de energía 10, p. ej. las celdas de combustible 12, un segundo sensor de temperatura 50 para detectar la temperatura real de al menos parte de la unidad de almacenamiento de energía 20, p. ej. de las baterías de tracción recargables, un tercer sensor de temperatura 50 para detectar la temperatura real de una o más de las áreas internas del vehículo ferroviario 10, tales como los compartimentos 2, y un cuarto sensor de temperatura 50 para detectar la temperatura ambiental fuera de la vía férrea el propio vehículo 1.In the exemplary embodiment schematically illustrated in Figure 2, the system 200 comprises a first temperature sensor 50 for detecting the actual temperature of at least parts of the power generation system 10, e.g. eg the fuel cells 12, a second temperature sensor 50 for detecting the actual temperature of at least part of the energy storage unit 20, e.g. eg of the rechargeable traction batteries, a third temperature sensor 50 to detect the actual temperature of one or more of the internal areas of the rail vehicle 10, such as the compartments 2, and a fourth temperature sensor 50 to detect the ambient temperature outside of the railway the vehicle itself 1.
Además de los sensores de temperatura 50 o como alternativa a los mismos, el sistema 200 puede comprender uno o más sensores diferentes, p. ej. sensores de tensión para detectar y permitir supervisar el nivel de tensión y/o potencia real, en uno o más de los componentes del sistema 200, p. ej. del sistema de generación de energía 10, de la unidad de almacenamiento de energía 20, etcétera.In addition to or alternatively to temperature sensors 50, system 200 may comprise one or more other sensors, e.g. eg voltage sensors for detecting and allowing monitoring of the actual voltage level and/or power, in one or more of the components of the system 200, e.g. eg of the power generation system 10, of the power storage unit 20, and so on.
Por lo tanto, es evidente a partir de la descripción anterior que el método 100, el sistema 200 y el vehículo ferroviario relacionado 1 según la presente invención permiten lograr el objetivo y los objetos previstos, ya que el preacondicionamiento de un vehículo ferroviario se puede ejecutar oportunamente, equilibrando adecuadamente la necesidad de duración y el de no poner en riesgo la integridad de los diversos componentes.Therefore, it is evident from the above description that the method 100, the system 200 and the related railway vehicle 1 according to the present invention enable the intended aim and objects to be achieved, since the preconditioning of a railway vehicle can be executed in a timely manner, adequately balancing the need for duration and not jeopardizing the integrity of the various components.
Estos resultados se logran según una solución que gestiona la energía disponible a bordo, sin requerir el uso de fuentes de energía externas.These results are achieved based on a solution that manages the power available on board, without requiring the use of external power sources.
El método 100, el sistema 200 y el vehículo ferroviario 1 así concebidos son susceptibles de modificaciones y variaciones, todas las cuales están dentro del alcance del concepto inventivo como se define en particular por las reivindicaciones adjuntas; por ejemplo, en relación con la aplicación específica, algunos de los componentes, p. ej. de partes o de toda la unidad de control 40, se puede colocar de forma remota, o podría haber más de una unidad de control para compartir en coordinación las diversas tareas y funcionalidades descritas anteriormente.The method 100, the system 200 and the railway vehicle 1 thus conceived are susceptible to modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept as defined in particular by the appended claims; For example, in connection with the specific application, some of the components, e.g. eg of parts or all of the control unit 40, it may be remotely located, or there could be more than one control unit to coordinately share the various tasks and functionalities described above.
Además, todos los detalles pueden ser reemplazados por elementos técnicamente equivalentes. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.
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