JP2020520322A - エネルギアキュムレータを備えたレール車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、レール走行装置（２）に支持された台車枠（３）と、少なくとも１つの運転キャビン（７）を備えた台車本体（４）とを備え、走行駆動装置が、電気的なエネルギアキュムレータ（１２）を用いて給電される電動機（１３）を備えている、レール車両（１）に関する。エネルギアキュムレータ（１２）は、液状の誘電体（２３）を用いた温度調整装置を有しており、台車本体（４）は、運転キャビン（７）から隔てられたコンパートメント（８）を有しており、コンパートメント（８）内において電気的なエネルギアキュムレータ（１２）は、少なくとも１つの防火キャビネット（１４）の内部に配置されており、防火キャビネット（１４）の上に誘電体タンク（１５）が位置していることが提案されている。

Description

本発明は、レール走行装置に支持された台車枠と、少なくとも１つの運転キャビンを備えた台車本体とを有しており、走行駆動装置が、電気的なエネルギアキュムレータを用いて給電される電動機を備えている、レール車両に関する。さらに本発明は、レール車両の電気的なエネルギアキュムレータの内部における火災回避または消火のための方法に関する。

自動車分野においてのみならず、ますます厳しくなる環境義務によって、革新的な駆動コンセプトへの移行がなされつつある。レール車両構造においても、蓄電池駆動車およびディーゼルハイブリッド駆動車が数年前から公知である。ますます出力が高められ、軽量化され、かつ製造が好適になる蓄電池によって、このような蓄電池は、将来のために魅力的な選択肢の１つである。特に、架線の設置が特に困難でありかつ高コストであることが判明しており、かつそこでは内燃機関によって発生する排出物が作業員に対して大きな健康上の負荷となる、トンネル区間については、蓄電池作動式のレール車両が特に好適であることが判明している。

独国特許出願公開第１０２０１２２１６３１２号明細書に基づいて、例えばバッテリ作動に適したレール車両が公知である。

今日の蓄電池は、同じエネルギを出力する鉛蓄電池の質量の１／６しか必要としない。ますますコンパクトになるこの構造形式によって、結果として、小さな空間で極めて高いエネルギ密度が発生する。これは、安全かつ確実な形式で抑制されねばならない火災のおそれが高くなることを意味する。

本発明の根底を成す課題は、冒頭に述べた形式のレール車両のために、従来技術に対する改良を提供することにある。

本発明によれば、この課題は、請求項１記載のレール車両、および請求項１０記載の方法によって解決される。本発明の好適な発展形態は、従属請求項に記載されている。

本発明は、エネルギアキュムレータが、液状の誘電体を用いた温度調整装置を有しており、台車本体が、運転キャビンから隔てられたコンパートメントを有しており、コンパートメント内において電気的なエネルギアキュムレータが、少なくとも１つの防火キャビネットの内部に配置されており、防火キャビネットの上に誘電体タンクが位置していることを提案している。液状の誘電体を用いた温度調整によって、防火キャビネット内に位置しているエネルギアキュムレータの一定の作動温度が保証される。障害発生時に誘電体タンクは、電気的なエネルギアキュムレータの冷却を維持するように機能する。さらに、車両キャビネットと隔てられたコンパートメントとの空間的な分離が、火災時における確実な離隔を保証する。

本発明の好適な発展形態では、コンパートメントは、ウォークイン可能であり、特に防火壁および／または通路を用いて、運転キャビンから隔てられていることが提案されている。コンパートメントがウォークイン可能であることによって、保守および点検作業を特に簡単に行うことができる。追加的な防火壁は、火災時において、追加的な時間稼ぎおよび安全ファクタを提供する。

さらに好ましくは、電気的なエネルギアキュムレータは、蓄電池ブロックを備えており、蓄電池ブロックはそれぞれ、１つのマスタモジュールと少なくとも１つのスレーブモジュールとから形成されており、それぞれのモジュールは、誘電体によって周囲をフラッシングされる複数の蓄電池セルを含んでいる。モジュール式の構造形式によってエネルギアキュムレータは、目的に合わせて、作動に対する要求およびそれぞれの使用領域に適合されている。さらに、蓄電池セルは、誘電体によって均等に周囲をフラッシングされ、作動時に発生する熱が効果的に排出される。

好ましくは、電気的なエネルギアキュムレータは、複数の蓄電池ブロックを含んでおり、蓄電池ブロックは、防火キャビネット内に、防火プレートによって隔てられて配置されている。このように構成されていると、蓄電池ブロックは、可能な限りスペースを節減して、かつ防火キャビネット内に互いに上下に効果的に収容される。防火プレートによる追加的な分離形態は、火災時のさらなる安全装置である。

本発明に係る装置のさらなる改善策は、誘電体タンクが、制御可能な弁によって遮断可能な消火管路を介して、防火キャビネットに接続されていることを提案している。火災時に防火キャビネットは、開放された制御可能な弁を介して、誘電体タンクからの追加的な誘電体によって満たされる。

本発明のさらなる改善策では、誘電体タンクは、電気的なエネルギアキュムレータを温度調整するために、補償管路を介して誘電体回路に接続されている。このように構成されていると、誘電体タンクは、誘電体回路のための補償容器として使用される。誘電体の加熱時における体積増大は、補償管路および誘電体タンクを介して補償される。

好ましくは、誘電体回路は、少なくとも１つのポンプ、１つのヒートポンプ、および１つの温度センサを有している。ポンプは、誘電体回路内の誘電体を強制的に循環させ、これによって排熱を最適化する。ヒートポンプは、運転キャビンの空調のために使用される。電気的なエネルギアキュムレータ内で発生する熱が吸収され、かつヒートポンプによって比較的高い温度レベルに上昇させられる。熱交換器を介して、運転キャビンを必要に応じて加熱または冷却するために、二次媒体との熱交換が行われる。その結果、比較的僅かな加熱出力または冷却出力をもたらすだけでよく、これは、等しいままのバッテリ容量において、車両のパワーを著しく上昇させる。温度センサは、誘電体の温度を監視し、かつ値を制御装置へとさらに送る。

さらに好ましくは、レール車両は通知ユニットを有しており、通知ユニットは、防火キャビネット内に配置された煙センサおよび／または温度センサに接続されている。防火キャビネット内に配置された煙センサおよび／または温度センサを介して、火災が直ちに検知され、非常時通知が通知ユニットから非常時センタに出力される。

本発明の別の改善策は、コンパートメント内においてパワーコンバータが固有のパワーコンバータキャビネット内に配置されており、パワーコンバータキャビネット内に、少なくとも１つのエアゾールカートリッジが配置されていることを提案している。パワーコンバータキャビネットと防火キャビネットとの空間的な分離によって、パワーコンバータキャビネットと防火キャビネットとはそれぞれ、火災時に互いに離隔されている。しかしながら、万が一パワーコンバータキャビネットにおいて火災が発生した場合には、火災は直ちにエアゾールカートリッジによって消火される。

本発明に係る、電気的なエネルギアキュムレータの内部における火災回避または消火のための方法は、障害に起因する漏れ時の不作動状態で流出する誘電体を、誘電体タンクからの誘電体を用いて、開放された消火管路を介して補償することを提案している。開放された制御可能な弁によって、漏れ発生時または蓄電池セルの燃焼時には、誘電体が妨げられることなく防火キャビネットを通って流れる。

好ましくは、レール車両の不作動移行時に、消火管路を、無電流になった電磁弁を用いて開放する。このようにすると、レール車両の停止時に、給電が停止している場合でも、電磁石が常に開放されたままになり、これによって誘電体は、火災時に妨げられずに防火キャビネット内に流入することができる。

さらに好ましくは、作動状態で、電気的なエネルギアキュムレータの内部で検知された温度限界時に、誘電体回路の冷却出力を高め、かつ誘電体の体積変化を、誘電体回路と誘電体タンクとの間の補償管路を介して補償する。このとき、温度センサを用いて誘電体の温度が、または防火キャビネット内の測定箇所における温度が、継続的に検出される。温度限界に達した場合に、誘電体循環の上昇によって冷却出力が高められる。

次に、添付の図面を参照しながら、本発明を例示的に説明する。

レール車両を示す側面図である。 キャビンを示す平面図である。 防火キャビネットを示す図である。 蓄電池ブロックを詳細に示す図である。 蓄電池のサーモマネージメントを概略的に示す図である。 蓄電池の防火形態を概略的に示す図である。 パワーコンバータキャビネットを概略的に示す図である。

図１には、レール走行装置２に支持された台車枠３と台車本体４とを備えた、簡単に図示されたレール車両１が示されており、台車本体４は、機械長手方向５において、端部側の運転キャビン７とコンパートメント８との間に通路６を有している。通路６に加えて、コンパートメント８は、運転キャビン７に対して防火壁９を用いて隔てられている。反対側の端面には、第２の運転キャビン１０が位置している。コンパートメント８と第２の運転キャビン１０との間には、作業ステージ１１が配置されている。走行駆動装置は、電気的なエネルギアキュムレータ１２を用いて給電される電動機１３を備えている。

図２には、コンパートメント８が平面図で示されている。この図では、運転キャビン７とは反対の側に、２つのダブルの防火キャビネット１４が互いに並んで配置されている。それぞれのダブルキャビネット１４の上には、それぞれ１つの誘電体タンク１５が位置している。これに対して、パワーコンバータ１６が、パワーコンバータキャビネット１７内に配置されている。防火キャビネット１４とパワーコンバータキャビネット１７との間には、ウォークイン領域が設けられている。この領域には、電気的なエネルギアキュムレータ１２から放出された熱を利用するために、ヒートポンプ１８が配置されている。

図３には、配置形態を明瞭にするために、両方のダブルの防火キャビネット１４およびその上に位置している誘電体タンク１５の正面図と共に、コンパートメント８が切断されて概略的に示されている。台車枠３を覆う底部に対して、防火キャビネット１４は複数のスタンドを用いて間隔をおいて配置されている。このようにして、フォークステープラを用いた防火キャビネット１４の簡単な取付けおよび取外しが可能である。

図４には、防火キャビネット１４の内部における電気的なエネルギアキュムレータ１２の構造が概略的に示されている。互いに上下に３つの蓄電池ブロック１９が配置されており、これらの蓄電池ブロック１９はそれぞれ、防火プレート２０によって互いに離隔されている。防火キャビネット１４の壁もまた、防火プレートによって被覆されている。蓄電池ブロック１９はそれぞれ、１つのマスタモジュール２１と３つの個々のスレーブモジュール２２とから成っている。それぞれのモジュール２１，２２は、誘電体２３によって周囲をフラッシングされる複数の蓄電池セル２４から成っている。

蓄電池セル２４は誘電体２３を用いて温度調整され、これによって最適な温度範囲内で作動する。蓄電池セル２４の過熱または発火時に、誘電体２３はさらに、隣接した蓄電池セル２４への延焼を阻止する消火剤として機能する。誘電体２３の温度調整のために、誘電体回路２５が設けられている。

図５には、誘電体回路２５と、運転キャビン７およびその他のアセンブリを温度調整するために設けられた第２の冷却回路２６とを備えた、エネルギアキュムレータ１２のサーモマネージメントが、概略的にブロック図で示されている。第２の冷却回路２６は、グリコール混合体によって作動し、かつアウタクーラ２７と、ヒートポンプ１８において準備された熱が十分でない場合のための追加ヒータ２８とを含んでいる。

第２の冷却回路２６に接続されたアセンブリは、例えば電動機１３および発電機２９であり、この発電機２９は、内燃機関に接続されており、電気的なエネルギアキュムレータ１２をチャージする働きをする。熱交換器３０を介して、誘電体回路２５と第２の冷却回路２６との間で熱交換が行われる。

誘電体回路２５は、信号導線３２を介してヒートポンプ１８に接続されている温度センサ３１を含んでいる。ヒートポンプ１８は、別の信号導線３２を介して制御装置３４に接続されているパワーコンバータ３３を介して給電される。

ヒートポンプ１８から熱交換器３０を介して、供給導管３５がポンプ３６に通じており、これらのポンプ３６は、防火キャビネット１４の内部におけるそれぞれのエネルギアキュムレータ１２に誘電体２３を圧送する。閉ループ制御されるポンプ出力によって、防火キャビネット１４の内部におけるそれぞれのエネルギアキュムレータ１２は、別個に温度調整される。戻し管路３７は、誘電体２３をヒートポンプに戻す。

図６には、誘電体回路２５が、第２の冷却回路２６なしに示されている。それぞれ防火キャビネット１４内に収容された４つのエネルギアキュムレータ１２は、１つの共通の誘電体タンク１５を備えて配置されている。誘電体タンク１５は、消火管路３８を用いて、防火キャビネット１４の上に延ばされた戻し管路３７に接続されている。通常作動時には、消火管路３８は、通電下にある電磁弁３９を用いて遮断されている。

レール車両１の停止時または停電時には、電磁弁３９は開放されている。欠陥がある蓄電池セル２４に基づいて系内で漏れが発生するや否や、重力によって自動的に誘電体２３が、消火管路３８および戻し管路３７を介して、該当するエネルギアキュムレータ１２内に流入する。これによって、欠陥がある蓄電池セル２４は、レール車両１の無電流時においても誘電体２３によって周囲をフラッシングされ、その結果、隣接する蓄電池セル２４が損傷を被る前に、過熱またはセル火災を食い止めることができる。

誘電体回路２５と誘電体タンク１５との間の誘電体２３の体積補償は、補償管路４０を介して行われる。この補償管路４０は、誘電体タンク１５を保守目的のために閉鎖するために、遮断弁４１を備えている。さらに、誘電体タンク１５は、空気抜き弁４２を備えた蓋を有している。保守目的のために、それぞれの防火キャビネット１４の下側にも、流出弁４４を備えた流出管路４３が配置されている。

追加的な安全処置として、エネルギアキュムレータ１２のそれぞれの蓄電池ブロック１９には、２つの温度センサ４６が対応配置されている。さらに、それぞれのエネルギアキュムレータ１２の上側領域には、煙センサ４５が配置されている。これらのセンサ４５，４６は、信号導線３２を介して通知ユニット４５に接続されている。予め設定された温度限界を超えるか、または煙を検知するや否や、非常時センタへの通知が行われる。好ましくは、通知ユニット４７は、車両１の停止時にも使用できるようにするために、適当なバッテリを備えている。

さらに、それぞれの温度センサ４６は、信号導線３２を介して制御装置３４に接続されている。エネルギアキュムレータ１２の加熱の高まりが検知されると、制御装置３４を用いて、対応するポンプ３６の圧送出力が高められる。これによって、追加的な熱に対して、冷却出力が高められ、これによって臨界的な作動温度の超過が阻止される。

図７には、内部に位置しているパワーコンバータ３３を備えたパワーコンバータキャビネット４８が、概略的に示されており、このパワーコンバータキャビネット４８内には、火災時における消火のために２つのエアゾールカートリッジ４９が配置されている。

Claims (12)

1. レール走行装置（２）に支持された台車枠（３）と、少なくとも１つの運転キャビン（７）を備えた台車本体（４）とを有しており、走行駆動装置が、電気的なエネルギアキュムレータ（１２）を用いて給電される電動機（１３）を備えている、レール車両（１）において、
   前記エネルギアキュムレータ（１２）は、液状の誘電体（２３）を用いた温度調整装置を有しており、前記台車本体（４）は、前記運転キャビン（７）から隔てられたコンパートメント（８）を有しており、該コンパートメント（８）内において前記電気的なエネルギアキュムレータ（１２）は、少なくとも１つの防火キャビネット（１４）の内部に配置されており、該防火キャビネット（１４）の上に誘電体タンク（１５）が位置していることを特徴とする、レール車両（１）。
2. 前記コンパートメント（８）は、ウォークイン可能であり、特に防火壁（９）および／または通路（６）を用いて、前記運転キャビン（７）から隔てられている、請求項１記載のレール車両（１）。
3. 前記電気的なエネルギアキュムレータ（１２）は、蓄電池ブロック（１９）を含んでおり、該蓄電池ブロック（１９）はそれぞれ、１つのマスタモジュール（２１）と少なくとも１つのスレーブモジュール（２２）とから形成されており、それぞれの前記モジュール（２１，２２）は、誘電体（２３）によって周囲をフラッシングされる複数の蓄電池セル（２４）を含んでいる、請求項１または２記載のレール車両（１）。
4. 前記電気的なエネルギアキュムレータ（１２）は、複数の蓄電池ブロック（１９）を含んでおり、該蓄電池ブロック（１９）は、前記防火キャビネット（１４）内に、防火プレート（２０）によって隔てられて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のレール車両（１）。
5. 前記誘電体タンク（１５）は、制御可能な弁（３９）によって遮断可能な消火管路（３８）を介して、前記防火キャビネット（１４）に接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のレール車両（１）。
6. 前記誘電体タンク（１５）は、前記電気的なエネルギアキュムレータ（１２）を温度調整するために、補償管路（４０）を介して誘電体回路（２５）に接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のレール車両（１）。
7. 前記誘電体回路（２５）は、少なくとも１つのポンプ（３６）、１つのヒートポンプ（１８）、および１つの温度センサ（３１）を有している、請求項６記載のレール車両（１）。
8. 当該レール車両（１）は、通知ユニット（４７）を備えており、該通知ユニット（４７）は、前記防火キャビネット（１４）内に配置された煙センサ（４５）および／または温度センサ（４６）に接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のレール車両（１）。
9. 前記コンパートメント（８）内においてパワーコンバータ（１６）が、固有のパワーコンバータキャビネット（４８）内に配置されており、該パワーコンバータキャビネット（４８）内に、少なくとも１つのエアゾールカートリッジ（４９）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のレール車両（１）。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載のレール車両（１）の電気的なエネルギアキュムレータ（１２）の内部における火災回避または消火のための方法であって、
    障害に起因する漏れ時における不作動状態で流出する誘電体（２３）を、誘電体タンク（１５）からの誘電体（２３）を用いて、開放された消火管路（３８）を介して補償することを特徴とする方法。
11. 前記レール車両（１）の不作動移行時に、前記消火管路（３８）を、無電流になった電磁弁（３９）を用いて開放する、請求項１０記載の方法。
12. 作動状態において、前記電気的なエネルギアキュムレータ（１２）の内部で検知された温度限界時に、誘電体回路（２５）の冷却出力を高め、前記誘電体（２３）の体積変化を、前記誘電体回路（２５）と前記誘電体タンク（１５）との間の補償管路（４０）を介して補償する、請求項１０または１１記載の方法。

Images