WO2015185446A1 - Wagenkastenmodul für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Wagenkastenmodul für ein schienenfahrzeug Download PDF

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WO2015185446A1
WO2015185446A1 PCT/EP2015/061929 EP2015061929W WO2015185446A1 WO 2015185446 A1 WO2015185446 A1 WO 2015185446A1 EP 2015061929 W EP2015061929 W EP 2015061929W WO 2015185446 A1 WO2015185446 A1 WO 2015185446A1
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cell unit
accumulator cell
body module
wall element
accumulator
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PCT/EP2015/061929
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Harald Fischer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • B61C17/06—Power storing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B61C3/02—Electric locomotives or railcars with electric accumulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
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    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • Wagon body module for a railway vehicle The invention relates to a wagon body module for a rail ⁇ vehicle with at least one external wall element, at least ei ⁇ nem inner wall member, a plurality of supporting structural elements and at least one Akkumulatorzellentician for storing electrical ⁇ shear energy to drive the rail vehicle.
  • Rail vehicles with an electric drive have several advantages over rail vehicles with diesel-mechanical or diesel-electric drive. Thus, when operating electrically powered rail vehicles, e.g. no environmentally harmful exhaust gases generated. In addition, electrically driven rail vehicles do not need to engage in fuel stops and their electric motors work quieter than diesel engines.
  • a disadvantage of electrically powered rail vehicles is that they have to interrupt their journey in case of power failure.
  • Another disadvantage is that electrically driven rail vehicles can drive in principle only on electrified Streckenab ⁇ sections. On a section of track that is not electrified, a biasing operation by means of a diesel locomotive is necessary in order for an electrically driven
  • Rail vehicles can pass through such a section.
  • An object of the invention is to provide a vehicle body module for a rail vehicle, in which a
  • Accumulator cell unit is arranged to save space.
  • This arrangement enables a simp ⁇ che accessibility to Akkumulatorzellentician and / or a simple Interchangeable the Akkumulatorzellentician, eg for maintenance purposes in railway vehicle.
  • the Akkumulatorzellentician eg for maintenance purposes in railway vehicle.
  • a modular component for a Wa ⁇ genkasten a rail vehicle or a rail vehicle can be considered.
  • the Wagenkas ⁇ tenmodul standardized dimensions.
  • the Wagen ⁇ box module in a preferred manner at least one interface through which the car body module with one or more other car body modules to a car body
  • the carbody module can be designed, for example, as a side, roof, floor or underbody module.
  • the car Genkastenmodul be designed as a composite of one or more side, roof, floor and / or underbody components.
  • the outer / inner wall member is a member ei ⁇ ner outer skin, in particular a double-walled outer skin, of the rail vehicle.
  • the outer / inner wall element may for example be a flat or plate-shaped element.
  • the inner wall element and outer wall element may be parallel to one another at least in sections ⁇ .
  • the support structure elements are arranged between the wall elements. It is also expedient if the wall elements are connected to the support structure elements. As a result, the wall elements can form a stiffening of the car body module together with the support structure elements.
  • the inner wall element can be, among other things, a mecanical ⁇ -making, particularly visible for passengers mecanical ⁇ -making act of the rail vehicle.
  • the Akkumulatorzellentician ⁇ at least one battery cell.
  • the Akkumulatorzellentician comprises a plurality of battery cells, insbeson ⁇ particular a plurality of electrically interconnected
  • the accumulator cell unit may have a modular accumulator cell structure. ⁇ advantageous way legally, the plurality of battery cells connected in a series circuit with each other.
  • the Akkumulatorzellentician may include a housing umfas ⁇ sen, which surrounds / cells their battery cell.
  • the accumulator cell unit expediently has at least one connection connection.
  • the dacasan- circuit could be provided for connecting the Akkumulatorzellentician with another Akkumulatorzellentician, a Bordelekt ⁇ ronik, a drive and / or a Bremsenergie Weggewin- recognition system of the rail vehicle.
  • Battery cell unit at least 10 kWh.
  • the battery cell unit can provide enough electrical energy to be used as an energy source for driving the rail vehicle. Basically, that is
  • Accumulator cell unit not limited to provide electrical energy ⁇ only for driving the rail vehicle.
  • the accumulator cell unit can also be used as an emergency power supply in the stationary mode of the rail vehicle. Furthermore, the
  • Battery cell unit inter alia, used as an energy source for lighting ⁇ systems, consumer electronics and / or passenger information systems are used, in standby mode and / or during a journey of the rail vehicle.
  • the accumulator cell unit may inter alia be arranged between the outer wall element ⁇ and the inner wall element. In this way, the accumulator cell unit can be placed in such a way that it occupies no space in a passenger compartment. In this arrangement, the
  • Accumulator cell unit expediently connected to the outer wall ⁇ element, the inner wall element and / or at least one of the support structure elements.
  • the Akkumulatorzellentician may be disposed through the outer wall element and the inner wall element is limited! ⁇ th space or cavity outside a.
  • the Akkumulatorzellentician is conveniently connected to the outer wall member and the inner wall member.
  • the battery cell unit may be attached to the outer / inner wall member as an attachment.
  • the accumulator cell unit can be arranged on an outer / inner side of the Wa ⁇ genkastenmoduls, in particular visibly ⁇ assigns.
  • the battery cell unit or its battery cell / cells can be used as design element / elements.
  • the carbody module may have an underbody area.
  • the accumulator cell unit can be arranged, for example, in the underbody area.
  • the battery cell unit can be arranged below the outer wall element, ie outside the space defined by the outer and inner wall element, in the underbody area.
  • the accumulator cell unit may comprise a plurality of accumulator cells, which are arranged along at least one of the support structure elements.
  • Accumulator cell unit at least one accumulator cell, which is formed as a support structure element. Useful ⁇ way this support structure element or the
  • Accumulator cell unit a plurality of battery cells, which are connected to a stiffening packet.
  • AidSherwei ⁇ se is arranged between the stiffening package the outer wall member and the inner wall member.
  • the stiffening package is connected to the outer wall element and / or the inner wall element.
  • Akkumulatorzellentician also be designed as a whole as a support structure ⁇ turelement or stiffening package.
  • the accumulator cell unit may also have several
  • accumulator cells which are arranged in strips in one or more strips, in particular in the vehicle longitudinal direction of the rail vehicle. It makes sense that the car longitudinal direction is predetermined by a shape of the car body module. In turn, the shape of the body module makes sense a form of a car body of the
  • the carbody module may have a window area.
  • a region of a window can be understood as an area in which one or more windows can be inserted. It makes sense for a window area to comprise at least one recess for a window.
  • the accumulator cell unit can be arranged above or in sections above the window area.
  • the Akkumulatorzellentician ⁇ is at least in sections below the pane angeord ⁇ net. In this way it can be achieved that a center of gravity of the vehicle body module is lower than in a vehicle body module which has no such battery cell unit.
  • the carbody module may have a lower and an upper window area, e.g. if the carbody module is provided for a double-decker car. In such a case, it is advantageous if the
  • Accumulator cell unit is at least partially disposed below the upper window area.
  • the carbody module can have at least one module region with a curvature.
  • the module area can be understood as a section or partial area of the vehicle body module. In the case of a roof module, such a module area may be, for example, a cove. But the module area can also refer to the entire car body module rela ⁇ hen.
  • the accumulator cell unit may be arranged in the module area with the curvature.
  • the curvature Preferably, the
  • Accumulator cell unit adapted at least in sections to the curvature.
  • the Can for example, rechargeable battery cells at least in sections of a circle segment / arc be arranged ent ⁇ long, having a same radius of curvature as the curvature of the module area.
  • the outer wall element, the inner wall element and / or the Akkumulatorzellentician may be carbon fiber reinforced. This enables the respective element are used as load bearing member for use and be made ge ⁇ nevertheless lightweight construction.
  • the battery cell unit comprises a plurality of battery cells, which are electrically connected to each other by means of connecting elements.
  • Battery cell for example, due to a thermal Bela ⁇ tung, in the storage cell in an internal short circuit may occur, which may damage the remaining battery cells. Therefore, it is advantageous if the connecting elements each have a predetermined breaking point. Thereby, in ei ⁇ ner mechanical deformation / damage of a
  • Akkumulatorzelle a connecting element through which a ver ⁇ shaped / damaged battery cell with another
  • Accumulator cell is connected to break at such a predetermined breaking point. In this way, the deformed ⁇ / damaged battery cell of the rest
  • Accumulator cells are mechanically and / or electrically decoupled. Preferably, the remaining battery cells continue to function after breaking the predetermined breaking point.
  • the battery cell unit may include a plurality of protection circuits.
  • each of the accumulator cells of the accumulator cell unit can be individually switched off by means of the protective circuits or can be electrically separated from the remaining accumulator cells.
  • Accumulator cell unit at least one accumulator cell, which is designed as a lithium-ion cell.
  • lithium-ion cells are characterized by a high energy density, ie energy per unit mass, in comparison to other types of battery cells.
  • lithium-ion cells are thermally stable and are subject to no or only a very small memory effect.
  • the lithium-ion cell is a lithium polymer cell or has a polymer-based electrolyte. Because lithium polymer cells have in comparison to other versions of lithium-ion cells, a high mass to power ratio and can be manufactured in different shape variants, since lithium polymer cells can be dispensed with a rigid cell housing.
  • the lithium-ion cell comprises a sulfur-containing cathode.
  • the cathode can contain sulfur as well as other chemical elements.
  • the sulfur may be present in the cathode in the form of a chemical compound. It makes sense that the lithium-ion cell further comprises a lithium-containing anode.
  • the anode may contain lithium as well as other chemical elements.
  • the lithium in the anode may be in the form of a chemical compound.
  • the accumulator cell unit is expediently equipped with a control unit for temperature monitoring, for current monitoring and / or for controlling a current load distribution.
  • the control unit can be prepared in particular for individual monitoring of the battery cells. Basically it is also possible that the
  • the wagon body module can comprise one or more Brandbe ⁇ combat systems.
  • Brandbe ⁇ combat systems Such Brandbe relied on shutdown and / or purge gas.
  • the shutdown system can be provided, one or more battery cells of
  • the Brandbe ⁇ combating system may, for example, used when a temperature of the battery cell / cells a predetermined
  • the carbody module can have several such features
  • the plurality of accumulator cell units are each arranged in the region of at least one of the wall elements. Furthermore, it is expedient if the accumulator cell units are electrically connected to one another.
  • the battery cell units of the plurality of body modules may be arranged over at least 30% of a carriage length, preferably over at least 50% of the carriage length.
  • Wa ⁇ gene length can thereby be construed a longitudinal extension of the rail vehicle car.
  • the accumulator cell unit of the car body module over at least 30% of a car length preferably at least ⁇ least 50% of the car length
  • the carbody module expediently has a length of at least 30% or 50% of the carriage length.
  • a rail vehicle may have at least two SchienenINDwa- gene each having at least one car body module, which is carried out as described above. It can be electrically connected to a first of these Akkumulatorzellentician a rail running ⁇ machinery truck with a Akkumulatorzellentician a second of said railway vehicle. In this way, electrical energy can be transmitted from the first to the second rail vehicle or from the second to the first rail vehicle.
  • the rail vehicle may include a brake energy recovery system.
  • the slide ⁇ nenGerman comprises at least one Akkumulatorzellentician which is electrically connected to the brake energy recovery system.
  • Rechargeable battery cell unit by means of the brake energy recovery system can be charged, in particular by means of braking ⁇ energy from a braking operation of the rail vehicle.
  • a rail vehicle comprising two rail drive ⁇ machinery truck, the modules each have a plurality wagon body having a plurality of Akkumulatorzellenticianen to have; a section through one of the car body modules of Figure 1; an accumulator cell unit with a control ⁇ unit, a connection terminal and meh ⁇ reren accumulator cells and connecting elements; a first arrangement of a
  • Accumulator cell unit whose accumulator cells are arranged between an outer and an inner wall element and are connected to a stiffening packet; a second arrangement of a
  • Accumulator cell unit whose accumulator cells between an outer and an inner wall element are arranged and each formed as a support structure element;
  • Accumulator cell unit whose accumulator cells are arranged between an outer and an inner wall element in the region of a curvature
  • Accumulator cell unit whose accumulator cells between an outer and an inner wall element and between two obliquely to the outer and inner wall element aligned support structure elements are arranged;
  • Accumulator cell unit whose accumulator cells are arranged on an inner wall element as design elements ⁇ .
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a rail vehicle 2 ⁇ with a first rail vehicle carriage 4 and 6 to a second railway vehicle, the first rail vehicle carriage 4 is configured as a railcar.
  • Rail car 6 is designed as a sidecar, which is coupled to the railcar.
  • Each of the two rail vehicle carriages 4, 6 comprises five carbody modules 8.
  • two of the five carbody modules 8 are equipped with doors 10. In FIG. 1, in each case only that door 10 can be seen which is arranged on the side of the rail vehicle 2 facing the observer.
  • the other three of the five car ⁇ box modules 8 are equipped with windows 12 at both rail vehicle cars 4, 6.
  • These three carbody modules 8 den ⁇ NEN as seating sections of the respective rail vehicle car 4, 6.
  • the car body modules 8 each have several
  • the individual accumulator cells are not shown in FIG. An illustration of individual accumulator cells of an accumulator cell unit can be found in FIG. 3 to FIG. 8. Furthermore, the accumulator cells of the accumulator cell units are each designed as a lithium-ion cell, in particular as a lithium-polymer cell with a lithium-containing anode and a sulfur-containing cathode.
  • the battery cell units 14 each have a capacity of 50 kWh.
  • the Akkumulatorzellenticianen 14 are aligned in the vehicle longitudinal direction 16 of the railway vehicle 4, 6, wherein elementary ⁇ additionally, other orientations of the
  • the accumulator cell units 14 are arranged over approximately 70% of its carriage length 18.
  • the battery cell units 14 are arranged over approximately 90% of its carriage length 20.
  • the battery cell units 14 are electrically connected to each other.
  • the battery cell units 14 are electrically connected to each other.
  • the first rail car 4 is equipped with a motor unit 22 that includes a plurality of electric motors.
  • the ⁇ an individual electric motors are not illustrated in FIG 1 for clarity.
  • the motor unit 22 is electrically connected to the battery cell units 14.
  • first rail vehicle car 4 is equipped with a brake energy recovery system 24, which is electrically connected to the battery cell units 14. 4
  • first rail vehicle carriage on a current collector 26 over which the motor unit 22, which during braking gie Weg needsungssystem 24 and the Akkumulatorzellenticianen 14 of the rail vehicle 2 are electrically connected to a current-carrying overhead contact ⁇ tung 28th
  • braking energy recovery system 24 braking energy of the rail vehicle 2 is converted into electrical energy ei ⁇ nem braking.
  • Recharge accumulator cell units 14 partially or completely. Are the Akkumulatorzellenticianen 14 completelylesla ⁇ is excess electrical energy, which is obtained by means of the brake energy recovery system 24, is fed to the catenary 28th The charged battery cell units 14 are used to drive the rail vehicle 2 in the event of a power failure or on a non-electrified track section.
  • FIG 1 a sectional plane II is shown in FIG 1, which extends transversely to the carriage longitudinal direction 16 by a equipped with windows 12 car body module 8 of the second rail car ⁇ convincing car 6.
  • FIG 2 shows a section through a car body module 8 of the second rail vehicle car 6 of FIG 1 along the
  • the wagon body module 8 comprises a roof member 30, two Be ⁇ tenbaumaschine 32 and a lower base member 34.
  • the two sides tenbaumaschine 32 are integrally ⁇ arranged substantially parallel to one another and are each connected to the roof component 30 and with the lower bottom member 34th
  • the roof component 30, the two side components 32 and the underbody component 34 each have an outer wall element 36 and an inner wall element 38.
  • the outer wall element 36 and the inner wall element 38 of the respective component 30, 32, 34 are arranged parallel to one another and together form a section of a double-walled outer skin of the Wagenkas ⁇ tenmoduls eighth
  • a plurality of support structure elements 40 are arranged between the outer wall element 36 and the inner wall element 38 of the respective component 30, 32, 34, which are connected to the outer wall element 36 and the inner wall element 38 and form a stiffening of the car body module 8.
  • the vehicle body module 8 comprises a floor component 42, which is connected to the underbody component 34.
  • the Bo ⁇ denbauteil 42 serves as a passenger compartment floor of the bottom member 42, roof member 30 and the two side members 32 limited passenger compartment 44th
  • Each of the two side members 32 has a window area 46 in which a window 12 is arranged. Furthermore, the body module 8 or the underbody component 34 of the body module 8 comprises two module regions 48, each of which has a curvature.
  • inner lining 50 is arranged / fixed.
  • the interior linings 50 arranged on the side components 32 each have a recess for the corresponding window 12.
  • the body module 8 has a plurality of battery cell units 14.
  • FIG. 2, 6 of these are exemplary
  • the accumulator cell units 14 - just like the outer wall elements 36 and the inner wall elements 38 - carbon reinforced ⁇ server. Furthermore, the
  • Accumulator cell units 14 disposed below the window portions 46. Two of the six battery cell units 14 shown are arranged on the side members 32, respectively on different side members 32. These two
  • Battery cell units 14 are respectively disposed on the inner wall member 38 of the corresponding side member 32 outside a space 52 defined by the inner wall member 38 and the associated outer wall member 36. In addition, these two battery cell units 14 are used as design elements and each form part of the inner liner 50 of the corresponding side member 32.
  • Battery cell units 14 are arranged in an underfloor region 54 of the wagon module 8, in particular within a bounded by the outer wall member 36 and the inner wall member 38 of the lower floor member 34 space 52. Two of these übri ⁇ gen four battery cell units 14 are arranged in the two curved module areas 48, respectively in different curved module regions 48. Furthermore, these two accumulator cell units 14 and their
  • Battery cell units 14 are arranged in a flat section 56 of the underbody component 34.
  • 3 shows a schematic plan view of a
  • Accumulator cell unit 14 may be, for example, one of the two described in conjunction with FIG. 1 or FIG Akkumulatorzellenticianen 14 act.
  • the accumulator cell unit 14 comprises a plurality of accumulator cells 58. These are arranged in the form of a matrix with two rows and six columns next to each other and mechanically connected to each other.
  • adjacent battery cells 58 are connected by means of strei ⁇ fenförmiger metallic fasteners 60 electrically interconnected.
  • the connecting members 60 each have ⁇ wells a predetermined breaking point 62, are adjacent in the region ⁇ the edges of the battery cells is disposed 58th
  • the accumulator cell unit 14 comprises a connection terminal 64 which is electrically connected to the accumulator cells 58
  • Accumulator cell unit an on-board electronics, the motor unit 22 and / or the brake energy recovery system 24 of the rail vehicle 2 to connect.
  • the Akkumulatorzellentician 14 is provided with a rolling unit Cont ⁇ 66th When operating the
  • Accumulator cell unit 14 is monitored by means of the control unit 66 for each of the accumulator cells 56 individually Tempe ⁇ temperature of the respective accumulator cell 58 and the jeweili ⁇ ge accumulator cell 58 flowing through current. Fer ⁇ ner is controlled using the control unit 66, a current load distribution of the individual battery cells 58.
  • FIG. 4 shows a detail of a car body module cross-section, in which a first exemplary arrangement of an accumulator cell unit 14 is shown.
  • the car body module ⁇ cross-section may be, for example a cross section of the car body modules 8 of Figure 1, in particular it can be a section perpendicular to the car longitudinal direction sixteenth
  • the Akkumulatorzellentician 14 is placed between two support structure elements 40 in a space 52 which is bounded by an outer wall element 36 and a parallel to the outer wall element 36 arranged ⁇ inner wall member 38.
  • the support structure elements 40 are connected both to the outer wall element 36 and to the inner wall element 38 and aligned perpendicular to the two wall elements 36, 38.
  • the accumulator cell unit 14 comprises a plurality of accumulator cells 58.
  • further accumulator cells are arranged perpendicular to the drawing plane in front of or behind the illustrated accumulator cells 58.
  • the battery cells 58 are connected to a stiffening package 68, which in turn is connected to the outer wall members 36 and the inner wall member 38.
  • Accumulator cell unit 14 or the stiffening packet 68 has a width 70 which is equal to a distance of the inner wall element 38 from the outer wall element 36.
  • battery cells 58 have a width 72 which contributes 38 be a fraction, in this example, one-fifth, of the ex stands the inner wall element of the outer wall element 36 ⁇ .
  • FIG DISKU ⁇ oriented in conjunction with FIG 5 8 description is limited in each case substantially to the differences from the previous discussed in connection with FIG 4 embodiment, reference is made to remain the same features and functions. Essentially identical or mutually corresponding elements are generally designated by the same reference numerals and features not mentioned are taken over in the following Srindelha ⁇ games, without being described again.
  • 5 shows another section of a car body module cross section, in which a second exemplary arrangement of an accumulator cell unit 14 is shown.
  • Accumulator cells 58 of the battery cell unit 14 is not connected to a stiffening packet. Instead, the accumulator cells 58 themselves are designed as support structure elements 40 and replace one of the two support structure elements 40 from the preceding exemplary embodiment.
  • the individual battery cells 58 in this case have a width 72 which is equal to the distance of the inner wall member 38 from the Jardinhere ⁇ ment 36, and are connected to both the outer wall member 36 and the inner wall member 38.
  • FIG. 6 shows yet another section of a carbody module cross section, in which a third exemplary arrangement of an accumulator cell unit 14 is shown.
  • the car body module ei ⁇ NEN module zone 48 with a curvature is formed in that both the outer wall element 36 and the inner wall element 38 are curved / bent in sections.
  • the accumulator cell unit 14 is arranged in said module area 48 and is adapted to the curvature of the module area 48. Specifically, this means in this case that the single individual battery cells 58 are arranged along an arc having a same radius of curvature as the curved ge ⁇ module area 48. Moreover, the
  • FIG. 7 shows a further detail of a car body module cross section, in which a fourth exemplary arrangement of an accumulator cell unit 14 is shown.
  • the support structure elements 40 are aligned in thisracsbei ⁇ game obliquely to the outer wall member 36 and the inner wall member 38.
  • the Akkumulatorzellentician 14 is conforming to the oblique orientation of the support structure elements 40, the battery cells 58 of the Akkumulatorzellentician 14 are arranged in the form of a triangular prism in ⁇ .
  • FIG 8 shows still another detail of an Wagenkasten- module cross section, in which a fifth exemplary ⁇ An arrangement of a Akkumulatorzelleniser shown fourteenth
  • Accumulator cell unit 14 are arranged above / next to each other on nen ⁇ nentreatment 38 and connected thereto. In this case, the accumulator cell unit 14 forms part of an inner lining visible in a passenger compartment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Wagenkastenmodul (8) für ein Schienenfahrzeug (2) mit zumindest einem Außenwandelement (36), zumindest einem Innenwandelement (38), mehreren Tragstrukturelementen (40) und zumindest einer Akkumulatorzelleneinheit (14) zum Speichern elektrischer Energie zum Antreiben des Schienenfahrzeugs (2). Um eine platzsparende Anordnung der Akkumulatorzelleneinheit (14) zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Akkumulatorzelleneinheit (14) im Bereich zumindest eines der Wandelemente (36, 38) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Wagenkastenmodul für ein Schienenfahrzeug Die Erfindung betrifft ein Wagenkastenmodul für ein Schienen¬ fahrzeug mit zumindest einem Außenwandelement, zumindest ei¬ nem Innenwandelement, mehreren Tragstrukturelementen und zumindest einer Akkumulatorzelleneinheit zum Speichern elektri¬ scher Energie zum Antreiben des Schienenfahrzeugs.
Schienenfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb haben gegenüber Schienenfahrzeugen mit dieselmechanischem oder dieselelektrischem Antrieb mehrere Vorteile. So werden beim Betrieb elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge z.B. keine umwelt- schädlichen Abgase erzeugt. Elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge müssen zudem keine Tankstopps einlegen und ihre Elektromotoren arbeiten leiser als Dieselmotoren.
Ein Nachteil elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge ist, dass sie bei Netzausfall ihre Fahrt unterbrechen müssen. Ein weiterer Nachteil ist, dass elektrisch angetriebener Schienenfahrzeuge prinzipiell nur auf elektrifizierten Streckenab¬ schnitten fahren können. Auf einem Streckenabschnitt, der nicht elektrifiziert ist, ist ein Vorspannbetrieb mittels ei- ner Diesellok notwendig, damit ein elektrisch angetriebenes
Schienenfahrzeuge einen solchen Streckenabschnitt durchfahren kann .
Ein Ansatz zur Überwindung dieser Nachteile sieht vor, elekt- risch angetriebene Schienenfahrzeuge mit integrierten Ener¬ gieträgern in Form von Akkumulatorzelleneinheiten auszustatten, welche elektrische Energie speichern und bei Bedarf ei¬ nem oder mehreren Antriebssystemen zur Verfügung stellen können. Dadurch wird eine Weiterfahrt bei Netzausfall bzw. auf einem nicht elektrifizierten Streckenabschnitt ermöglicht.
Dieser Ansatz hat jedoch den Nachteil, dass solche integrierten Akkumulatorzelleneinheiten zusätzlichen Platz in einem Schienenfahrzeug benötigen. Da typischerweise eine Vielzahl solcher Akkumulatorzelleneinheiten benötigt werden, um genügend elektrische Energie für eine Weiterfahrt des Schienen¬ fahrzeugs bereitzustellen, nehmen die
Akkumulatorzelleneinheiten im Schienenfahrzeug viel Platz ein. Dies stellt aufgrund eines begrenzten Platzangebots des Schienenfahrzeugs ein großes Problem dar. Insbesondere unter der Randbedingung, eine Sitzplatzkapazität des Schienenfahrzeugs maximal zu halten, ist ein Einbau der Akkumulatorzellen problematisch.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Wagenkastenmodul für ein Schienenfahrzeug anzugeben, bei dem eine
Akkumulatorzelleneinheit platzsparend angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Wagenkastenmodul der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Akkumulatorzelleneinheit erfindungsgemäß im Bereich zumindest eines der Wandelemente angeordnet ist.
Diese Anordnung ermöglicht beim Schienenfahrzeug eine einfa¬ che Zugänglichkeit zur Akkumulatorzelleneinheit und/oder eine einfache Austauschbar der Akkumulatorzelleneinheit, z.B. zu Wartungszwecken. Insbesondere kann die
Akkumulatorzelleneinheit mit dem Wagenkastenmodul als zusam¬ menhängende Baugruppe austauschbar sein.
Als Wagenkastenmodul kann ein modulares Bauteil für einen Wa¬ genkasten eines Schienenfahrzeugs bzw. eines Schienenfahr- zeugwagens aufgefasst werden. Vorzugsweise hat das Wagenkas¬ tenmodul standardisierte Abmessungen. Zudem weist das Wagen¬ kastenmodul in bevorzugter Weise zumindest eine Schnittstelle auf, durch die das Wagenkastenmodul mit einem oder mehreren weiteren Wagenkastenmodulen zu einem Wagenkasten
zusammenfügbar ist.
Das Wagenkastenmodul kann z.B. als Seiten-, Dach-, Bodenoder Unterbodenmodul ausgeführt sein. Alternativ kann das Wa- genkastenmodul als ein Verbund eines oder mehrerer Seiten-, Dach-, Boden- und/oder Unterbodenbauteile ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist das Außen-/Innenwandelement ein Element ei¬ ner Außenhaut, insbesondere einer doppelwandigen Außenhaut, des Schienenfahrzeugs. Das Außen-/Innenwandelement kann z.B. ein flächiges bzw. plattenförmiges Element sein. Des Weiteren können das Innenwandelement und das Außenwandelement zumin¬ dest abschnittsweise parallel zueinander sein.
Zweckmäßigerweise sind die Tragstrukturelemente zwischen den Wandelementen angeordnet. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Wandelemente mit den Tragstrukturelementen verbunden sind. Dadurch können die Wandelemente zusammen mit den Tragstrukturelementen eine Versteifung des Wagenkastenmoduls bilden.
Bei dem Innenwandelement kann es sich u.a. eine Innenverklei¬ dung, insbesondere eine für Fahrgäste sichtbare Innenverklei¬ dung, des Schienenfahrzeugs handeln.
Sinnvollerweise umfasst die Akkumulatorzelleneinheit zumin¬ dest eine Akkumulatorzelle. In bevorzugter Weise umfasst die Akkumulatorzelleneinheit mehrere Akkumulatorzellen, insbeson¬ dere mehrere elektrisch miteinander verbundene
Akkumulatorzellen. Zudem kann die Akkumulatorzelleneinheit einen modularen Akkumulatorzellenaufbau aufweisen. Vorteil¬ hafterweise sind die mehreren Akkumulatorzellen in einer Reihenschaltung miteinander verbunden.
Außerdem kann die Akkumulatorzelleneinheit ein Gehäuse umfas¬ sen, welches ihre Akkumulatorzelle/-zellen umgibt. Darüber hinaus weist die Akkumulatorzelleneinheit zweckmäßigerweise zumindest einen Verbindungsanschluss auf. Der Verbindungsan- schluss kann u.a. zum Verbinden der Akkumulatorzelleneinheit mit einer weiteren Akkumulatorzelleneinheit, einer Bordelekt¬ ronik, einem Antrieb und/oder einem Bremsenergierückgewin- nungssystem des Schienenfahrzeugs vorgesehen sein. Vorteilhafterweise beträgt die Kapazität der
Akkumulatorzelleneinheit zumindest 10 kWh. Dadurch kann die Akkumulatorzelleneinheit genügend elektrische Energie bereit¬ stellen, um als Energiequelle zum Antreiben des Schienenfahrzeugs eingesetzt zu werden. Grundsätzlich ist die
Akkumulatorzelleneinheit nicht darauf eingeschränkt, elektri¬ sche Energie ausschließlich zum Antreiben des Schienenfahrzeugs bereitzustellen. Die Akkumulatorzelleneinheit kann auch als Notstromversorgung im Standbetrieb des Schienenfahrzeugs eingesetzt werden. Weiterhin kann die
Akkumulatorzelleneinheit u.a. als Energiequelle für Beleuch¬ tungssysteme, Unterhaltungselektronik und/oder Fahrgastinformationssysteme zum Einsatz kommen, und zwar im Standbetrieb und/oder während einer Fahrt des Schienenfahrzeugs.
Die Akkumulatorzelleneinheit kann u.a. zwischen dem Außen¬ wandelement und dem Innenwandelement angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Akkumulatorzelleneinheit derart plat¬ ziert werden, dass sie keinen Platz in einem Fahrgastraum beansprucht. Bei dieser Anordnung ist die
Akkumulatorzelleneinheit zweckmäßigerweise mit dem Außenwand¬ element, dem Innenwandelement und/oder zumindest einem der Tragstrukturelemente verbunden.
Alternativ kann die Akkumulatorzelleneinheit außerhalb eines durch das Außenwandelement und das Innenwandelement begrenz¬ ten Raums bzw. Hohlraums angeordnet sein. Bei solch einer An¬ ordnung ist die Akkumulatorzelleneinheit zweckmäßigerweise mit dem Außenwandelement oder dem Innenwandelement verbunden. Das heißt, die Akkumulatorzelleneinheit kann als Anbauteil an das Außen-/Innenwandelement angebaut sein. Dabei kann die Akkumulatorzelleneinheit an einer Außen-/Innenseite des Wa¬ genkastenmoduls angeordnet sein, insbesondere sichtbar ange¬ ordnet. Außerdem kann die Akkumulatorzelleneinheit bzw. ihre Akkumulatorzelle/-zellen als Designelement/-elemente verwendet werden. Ferner kann das Wagenkastenmodul einen Unterbodenbereich aufweisen. Weiterhin kann die Akkumulatorzelleneinheit z.B. im Unterbodenbereich angeordnet sein. Insbesondere kann die Akkumulatorzelleneinheit unterhalb des Außenwandelements, d.h. außerhalb des vom Außen- und Innenwandelement begrenzten Raums, im Unterbodenbereich angeordnet sein.
Die Akkumulatorzelleneinheit kann mehrere Akkumulatorzellen umfassen, die entlang zumindest eines der Tragstrukturelemente angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die
Akkumulatorzelleneinheit zumindest eine Akkumulatorzelle auf, die als ein Tragstrukturelement ausgebildet ist. Sinnvoller¬ weise ist dieses Tragstrukturelement bzw. die
Akkumulatorzelle mit zumindest einem der Wandelemente verbun¬ den. Auf diese Weise kann zumindest eine der
Akkumulatorzellen der Akkumulatorzelleneinheit zusammen mit zumindest einem der Wandelemente einen das Wagenkastenmodul versteifenden Verbund bilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die
Akkumulatorzelleneinheit mehrere Akkumulatorzellen auf, die zu einem versteifenden Paket verbunden sind. Zweckmäßigerwei¬ se ist das versteifende Paket zwischen dem Außenwandelement und dem Innenwandelement angeordnet. Zudem ist es zweckmäßig, wenn das versteifende Paket mit dem Außenwandelement und/oder dem Innenwandelement verbunden ist. Außerdem kann die
Akkumulatorzelleneinheit auch als Ganzes als ein Tragstruk¬ turelement bzw. versteifendes Paket ausgebildet sein.
Die Akkumulatorzelleneinheit kann außerdem mehrere
Akkumulatorzellen aufweisen, die streifenförmig in einem oder mehreren Streifen, insbesondere in Wagenlängsrichtung des Schienenfahrzeugs, angeordnet sind. Sinnvollerweise ist die Wagenlängsrichtung dabei durch eine Form des Wagenkastenmoduls vorgegeben. Die Form des Wagenkastenmoduls wiederum be- stimmt sinnvollerweise eine Form eines Wagenkastens des
Schienenfahrzeugs .
Das Wagenkastenmodul kann einen Fensterbereich aufweisen. Unter einem Fensterbereich kann vorliegend ein Bereich verstanden werden, in den ein oder mehrere Fenster einsetzbar sind. Sinnvollerweise umfasst ein Fensterbereich zumindest eine Ausnehmung für ein Fenster.
Grundsätzlich kann die Akkumulatorzelleneinheit oberhalb bzw. abschnittsweise oberhalb des Fensterbereichs angeordnet sein. In bevorzugter Weise ist die Akkumulatorzelleneinheit zumin¬ dest abschnittsweise unterhalb des Fensterbereichs angeord¬ net. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Schwerpunkt des Wagenkastenmoduls tiefer liegt als bei einem Wagenkastenmo¬ dul, das keine solche Akkumulatorzelleneinheit aufweist.
Weiterhin kann das Wagenkastenmodul einen unteren und einen oberen Fensterbereich aufweisen, z.B. falls das Wagenkastenmodul für einen Doppelstockwagen vorgesehen ist. In solch einem Fall, ist es vorteilhaft, wenn die
Akkumulatorzelleneinheit zumindest teilweise unterhalb des oberen Fensterbereichs angeordnet ist.
Ferner kann das Wagenkastenmodul zumindest einen Modulbereich mit einer Krümmung aufweisen. Unter dem Modulbereich kann ein Abschnitt bzw. Teilbereich des Wagenkastenmoduls verstanden werden. Bei einem Dachmodul kann es sich bei einem solchen Modulbereich z.B. um eine Voute handeln. Der Modulbereich kann sich aber auch auf das gesamte Wagenkastenmodul bezie¬ hen .
Die Akkumulatorzelleneinheit kann in dem Modulbereich mit der Krümmung angeordnet sein. Vorzugsweise ist die
Akkumulatorzelleneinheit zumindest abschnittsweise an die Krümmung angepasst. Insbesondere kann eine Form der
Akkumulatorzelleneinheit bzw. eine Anordnung ihrer
Akkumulatorzellen an die Krümmung angepasst sein. Die Akkumulatorzellen können z.B. zumindest abschnittsweise ent¬ lang eines Kreissegments/Bogens angeordnet sein, der einen gleichen Krümmungsradius wie die Krümmung des Modulbereichs aufweist .
Das Außenwandelement, das Innenwandelement und/oder die Akkumulatorzelleneinheit können kohlenstofffaserverstärkt sein. Dadurch kann das jeweilige Element als Last tragendes Element zum Einsatz kommen und dennoch in Leichtbauweise ge¬ fertigt sein.
Vorzugsweise umfasst die Akkumulatorzelleneinheit mehrere Akkumulatorzellen, die mithilfe von Verbindungselementen elektrisch miteinander verbunden sind.
Bei einer mechanischen Verformung/Beschädigung einer
Akkumulatorzelle, z.B. aufgrund einer thermischen Überbelas¬ tung, kann in der Akkumulatorzelle ein innerer Kurzschluss entstehen, der die übrigen Akkumulatorzellen beschädigen kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungselemente jeweils eine Sollbruchstelle aufweisen. Dadurch kann bei ei¬ ner mechanischen Verformung/Beschädigung einer
Akkumulatorzelle ein Verbindungselement, durch das eine ver¬ formte/beschädigte Akkumulatorzelle mit einer anderen
Akkumulatorzelle verbunden ist, an einer solchen Sollbruchstelle brechen. Auf diese Weise kann die verform¬ te/beschädigte Akkumulatorzelle von den übrigen
Akkumulatorzellen mechanisch und/oder elektrisch entkoppelt werden. Vorzugsweise sind die übrigen Akkumulatorzellen nach dem Brechen der Sollbruchstelle weiterhin funktionsfähig.
Darüber hinaus kann die Akkumulatorzelleneinheit mehrere Schutzschaltungen aufweisen. Zweckmäßigerweise ist jede der Akkumulatorzellen der Akkumulatorzelleneinheit mithilfe der Schutzschaltungen einzeln abschaltbar bzw. von den übrigen Akkumulatorzellen elektrisch trennbar. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die
Akkumulatorzelleneinheit zumindest eine Akkumulatorzelle auf, die als Lithium-Ionen-Zelle ausgeführt ist. Denn Lithium- Ionen-Zellen zeichnen sich im Vergleich zu anderen Typen von Akkumulatorzellen durch eine hohe Energiedichte, also Energie pro Masseneinheit, aus. Zudem sind Lithium-Ionen-Zellen thermisch stabil und unterliegen keinem bzw. nur einem sehr geringen Memory-Effekt. Vorzugsweise ist die Lithium-Ionen-Zelle eine Lithium- Polymer-Zelle bzw. weist einen Elektrolyten auf Polymerbasis auf. Denn Lithium-Polymer-Zellen weisen im Vergleich zu anderen Ausführungen von Lithium-Ionen-Zellen, ein hohes Masse- Leistungs-Verhältnis auf und können in unterschiedlichen Formvarianten gefertigt werden, da bei Lithium-Polymer-Zellen auf ein starres Zellengehäuse verzichtet werden kann.
In besonders bevorzugter Weise umfasst die Lithium-Ionen- Zelle eine schwefelhaltige Kathode. Die Kathode kann neben Schwefel auch weitere chemische Elemente enthalten. Zudem kann der Schwefel in der Kathode in Form einer chemischen Verbindung vorliegen. Sinnvollerweise umfasst die Lithium- Ionen-Zelle ferner eine lithiumhaltige Anode. Die Anode kann neben Lithium auch weitere chemische Elemente enthalten. Da- rüber hinaus kann das Lithium in der Anode in Form einer chemischen Verbindung vorliegen. Mit einer schwefelhaltigen Kathode und einer lithiumhaltigen Anode ist eine der höchsten Energiedichten aller bisher bekannten Typen von
Akkumulatorzellen erreichbar.
Die Akkumulatorzelleneinheit ist zweckmäßigerweise mit einer Kontrolleinheit zur Temperaturüberwachung, zur Stromüberwachung und/oder zur Steuerung einer Strom-Lastverteilung ausgestattet. Die Kontrolleinheit kann insbesondere zur indivi- duellen Überwachung der Akkumulatorzellen vorbereitet sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die
Akkumulatorzelleneinheit mehrere solcher Kontrolleinheiten aufweist . Ferner kann das Wagenkastenmodul ein oder mehrere Brandbe¬ kämpfungssysteme aufweisen. Ein solches Brandbekämpfungssys¬ tem kann z.B. als Abschaltsystem und/oder als Spülgassystem ausgeführt sein. Beim Abschaltsystem kann vorgesehen sein, eine oder mehrere Akkumulatorzellen der
Akkumulatorzelleneinheit abzuschalten bzw. elektrisch von den übrigen Akkumulatorzellen zu trennen. Beim Spülgassystem kann vorgesehen sein, eine oder mehrere Akkumulatorzellen der Akkumulatorzelleneinheit bzw. eine Umgebung der
Akkumulatorzelle/-zellen mit einem inerten bzw. nicht brennbaren Spülgas, wie z.B. CO2 oder N2, zu spülen. Das Brandbe¬ kämpfungssystem kann z.B. zum Einsatz kommen, wenn eine Temperatur der Akkumulatorzelle/-zellen eine vorgegebene
Höchsttemperatur überschreitet. Auf diese Weise kann eine thermische Überbelastung der Akkumulatorzelle/-zellen verhindert werden.
Weiterhin kann das Wagenkastenmodul mehrere solcher
Akkumulatorzelleneinheiten aufweisen. Zweckmäßigerweise sind die mehreren Akkumulatorzelleneinheiten jeweils im Bereich zumindest eines der Wandelemente angeordnet. Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn die Akkumulatorzelleneinheiten elektrisch miteinander verbunden sind.
Bei einem Schienenfahrzeugwagen mit mehreren Wagenkastenmodulen, die jeweils wie zuvor beschrieben ausgestaltet sind, können die Akkumulatorzelleneinheiten der mehreren Wagenkastenmodule über zumindest 30% einer Wagenlänge, vorzugsweise über zumindest 50% der Wagenlänge, angeordnet sein. Als Wa¬ genlänge kann dabei eine Längsausdehnung des Schienenfahrzeugwagens aufgefasst werden.
Weiterhin kann bei einem Schienenfahrzeugwagen mit zumindest einem Wagenkastenmodul, das wie zuvor beschrieben ausgestal¬ tet ist, die Akkumulatorzelleneinheit des Wagenkastenmoduls über zumindest 30% einer Wagenlänge, vorzugsweise über zumin¬ dest 50% der Wagenlänge, angeordnet sein. In solch einem Fall weist das Wagenkastenmodul sinnvollerweise eine Länge von zu¬ mindest 30% bzw. 50% der Wagenlänge auf.
Ein Schienenfahrzeug kann zumindest zwei Schienenfahrzeugwa- gen mit jeweils zumindest einem Wagenkastenmodul aufweisen, das wie zuvor beschrieben ausgeführt ist. Dabei kann eine Akkumulatorzelleneinheit eines ersten dieser Schienenfahr¬ zeugwagen mit einer Akkumulatorzelleneinheit eines zweiten dieser Schienenfahrzeugwagen elektrisch verbunden sein. Auf diese Weise kann elektrische Energie vom ersten zum zweiten Schienenfahrzeugwagen bzw. vom zweiten zum ersten Schienenfahrzeugwagen übertragen werden.
Außerdem kann das Schienenfahrzeug ein Bremsenergierückgewin- nungssystem umfassen. Vorteilhafterweise umfasst das Schie¬ nenfahrzeug zumindest eine Akkumulatorzelleneinheit, die mit dem Bremsenergierückgewinnungssystem elektrisch verbunden ist. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die
Akkumulatorzelleneinheit mittels des Bremsenergierückgewin- nungssystems aufladbar ist, insbesondere mithilfe von Brems¬ energie aus einem Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der
Akkumulatorzelleneinheiten des Schienenfahrzeugs elektrisch mit einem Oberleitungsnetz verbindbar sein. Sinnvollerweise ist diese Akkumulatorzelleneinheit mittels des Oberleitungs¬ netzes aufladbar.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltun- gen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weite¬ ren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombinierbar . Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeigne- te Merkmale des eines jeden Ausführungsbeispiels auch expli¬ zit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel ent¬ fernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden .
Es zeigen: ein Schienenfahrzeug, welches zwei Schienenfahr¬ zeugwagen umfasst, die jeweils mehrere Wagenkasten module mit mehreren Akkumulatorzelleneinheiten auf weisen; einen Schnitt durch eines der Wagenkastenmodule aus FIG 1; eine Akkumulatorzelleneinheit mit einer Kontroll¬ einheit, einem Verbindungsanschluss sowie mit meh¬ reren Akkumulatorzellen und Verbindungselementen; eine erste Anordnung einer
Akkumulatorzelleneinheit, deren Akkumulatorzellen zwischen einem Außen- und einem Innenwandelement angeordnet sind und zu einem versteifenden Paket verbunden sind; eine zweite Anordnung einer
Akkumulatorzelleneinheit, deren Akkumulatorzellen zwischen einem Außen- und einem Innenwandelement angeordnet sind und jeweils als Tragstrukturelement ausgebildet sind;
FIG 6 eine dritte Anordnung einer
Akkumulatorzelleneinheit, deren Akkumulatorzellen zwischen einem Außen- und einem Innenwandelement im Bereich einer Krümmung angeordnet sind;
FIG 7 eine vierte Anordnung einer
Akkumulatorzelleneinheit, deren Akkumulatorzellen zwischen einem Außen- und einem Innenwandelement sowie zwischen zwei schräg zum Außen- und Innenwandelement ausgerichteten Tragstrukturelementen angeordnet sind; und
FIG 8 eine fünfte Anordnung einer
Akkumulatorzelleneinheit, deren Akkumulatorzellen an einem Innenwandelement als Designelemente ange¬ ordnet sind.
FIG 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienen¬ fahrzeugs 2 mit einem ersten Schienenfahrzeugwagen 4 und einem zweiten Schienenfahrzeugwagen 6. Der erste Schienenfahrzeugwagen 4 ist als Triebwagen ausgestaltet. Der zweite
Schienenfahrzeugwagen 6 ist als Beiwagen ausgestaltet, welcher an den Triebwagen angekuppelt ist.
Jeder der beiden Schienenfahrzeugwagen 4, 6 umfasst fünf Wagenkastenmodule 8. Bei beiden Schienenfahrzeugwagen 4, 6 sind zwei der fünf Wagenkastenmodule 8 mit Türen 10 ausgestattet. In FIG 1 ist jeweils nur diejenige Tür 10 zu erkennen, die auf der dem Betrachter zugewandten Seite des Schienenfahrzeugs 2 angeordnet ist. Diese beiden Wagenkastenmodule 8 die¬ nen als Einstiegs- bzw. Ausstiegsabschnitte des jeweiligen Schienenfahrzeugwagens 4, 6. Die Übrigen drei der fünf Wagen¬ kastenmodule 8 sind bei beiden Schienenfahrzeugwagen 4, 6 mit Fenstern 12 ausgestattet. Diese drei Wagenkastenmodule 8 die¬ nen als Sitzplatzabschnitte des jeweiligen Schienenfahrzeug- wagens 4, 6.
Die Wagenkastenmodule 8 weisen jeweils mehrere
Akkumulatorzelleneinheiten 14 auf, die mehrere
Akkumulatorzellen umfassen. Die einzelnen Akkumulatorzellen sind in FIG 1 nicht dargestellt. Eine Darstellung einzelner Akkumulatorzellen einer Akkumulatorzelleneinheit findet sich in FIG 3 bis FIG 8. Weiterhin sind die Akkumulatorzellen der Akkumulatorzelleneinheiten 14 jeweils als Lithium-Ionen- Zelle, insbesondere als Lithium-Polymer-Zelle mit einer lithiumhaltigen Anode und einer schwefelhaltigen Kathode, ausgeführt. Die Akkumulatorzelleneinheiten 14 weisen jeweils eine Kapazität von 50 kWh auf. Die Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind in Wagenlängsrichtung 16 der Schienenfahrzeugwagen 4, 6 ausgerichtet, wobei grund¬ sätzlich noch andere Ausrichtungen der
Akkumulatorzelleneinheiten 14 möglich sind. Beim ersten
Schienenfahrzeugwagen 4 sind die Akkumulatorzelleneinheiten 14 über ca. 70% seiner Wagenlänge 18 angeordnet. Beim zweiten Schienenfahrzeugwagen 6 sind die Akkumulatorzelleneinheiten 14 über ca. 90% seiner Wagenlänge 20 angeordnet.
Des Weiteren sind die Akkumulatorzelleneinheiten 14 elekt- risch miteinander verbunden. Insbesondere sind auch die
Akkumulatorzelleneinheiten 14 des ersten Schienenfahrzeugwagens 4 mit den Akkumulatorzelleneinheiten 14 des zweiten Schienenfahrzeugwagens 6 elektrisch verbunden. Der erste Schienenfahrzeugwagen 4 ist mit einer Motoreinheit 22 ausgestattet, die mehrere Elektromotoren umfasst. Die ein¬ zelnen Elektromotoren sind in FIG 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Weiterhin ist die Motoreinheit 22 elektrisch mit den Akkumulatorzelleneinheiten 14 verbunden.
Ferner ist der erste Schienenfahrzeugwagen 4 mit einem Brems- energierückgewinnungssystem 24 ausgestattet, das mit den Akkumulatorzelleneinheiten 14 elektrisch verbunden ist. Außerdem weist der erste Schienenfahrzeugwagen 4 einen Stromabnehmer 26 auf, über den die Motoreinheit 22, das Bremsener- gierückgewinnungssystem 24 und die Akkumulatorzelleneinheiten 14 des Schienenfahrzeugs 2 mit einer stromführenden Oberlei¬ tung 28 elektrisch verbunden sind.
Mittels des Bremsenergierückgewinnungssystems 24 wird bei ei¬ nem Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs 2 Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Die auf diese Weise gewonne¬ ne elektrische Energie wird dazu genutzt, die
Akkumulatorzelleneinheiten 14 teilweise oder vollständig aufzuladen . Sind die Akkumulatorzelleneinheiten 14 vollständig aufgela¬ den, wird überschüssige elektrische Energie, die mittels des Bremsenergierückgewinnungssystems 24 gewonnen wird, in die Oberleitung 28 eingespeist. Die aufgeladenen Akkumulatorzelleneinheiten 14 werden dazu eingesetzt, das Schienenfahrzeug 2 beim Netzausfall oder auf einem nicht elektrifizierten Streckenabschnitt anzutreiben.
Darüber hinaus ist in FIG 1 eine Schnittebene II dargestellt, die quer zur Wagenlängsrichtung 16 durch ein mit Fenstern 12 ausgestattetes Wagenkastenmodul 8 des zweiten Schienenfahr¬ zeugwagens 6 verläuft.
FIG 2 zeigt einen Schnitt durch ein Wagenkastenmodul 8 des zweiten Schienenfahrzeugwagens 6 aus FIG 1 entlang der
Schnittebene II.
Das Wagenkastenmodul 8 umfasst ein Dachbauteil 30, zwei Sei¬ tenbauteile 32 und ein Unterbodenbauteil 34. Die beiden Sei- tenbauteile 32 sind im Wesentlichen parallel zueinander ange¬ ordnet und sind jeweils mit dem Dachbauteil 30 sowie mit dem Unterbodenbauteil 34 verbunden. Ferner weisen das Dachbauteil 30, die beiden Seitenbauteile 32 und das Unterbodenbauteil 34 jeweils ein Außenwandelement 36 sowie ein Innenwandelement 38 auf. Das Außenwandelement 36 und das Innenwandelement 38 des jeweiligen Bauteils 30, 32, 34 sind parallel zueinander angeordnet und bilden zusammen einen Abschnitt einer doppelwandigen Außenhaut des Wagenkas¬ tenmoduls 8.
Weiterhin sind zwischen dem Außenwandelement 36 und dem In- nenwandelement 38 des jeweiligen Bauteils 30, 32, 34 mehrere Tragstrukturelemente 40 angeordnet, die mit dem Außenwandele¬ ment 36 und dem Innenwandelement 38 verbunden sind und eine Versteifung des Wagenkastenmoduls 8 bilden. Außerdem umfasst das Wagenkastenmodul 8 ein Bodenbauteil 42, welches mit dem Unterbodenbauteil 34 verbunden ist. Das Bo¬ denbauteil 42 dient als Fahrgastraumfußboden eines vom Bodenbauteil 42, Dachbauteil 30 und den beiden Seitenbauteilen 32 begrenzten Fahrgastraums 44.
Jedes der beiden Seitenbauteile 32 weist einen Fensterbereich 46 auf, in dem ein Fenster 12 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst das Wagenkastenmodul 8 bzw. das Unterbodenbauteil 34 des Wagenkastenmoduls 8 zwei Modulbereiche 48, die jeweils eine Krümmung aufweisen.
An den Innenwandelementen 38 des Dachbauteils 30 und der bei¬ den Seitenbauteile 32 ist jeweils eine im Fahrgastraum 44 sichtbare Innenverkleidung 50 angeordnet/befestigt . In den Fensterbereichen 46 weisen die an den Seitenbauteilen 32 angeordneten Innenverkleidungen 50 jeweils eine Ausnehmung für das entsprechende Fenster 12 auf.
Wie bereits im Zusammenhang mit FIG 1 diskutiert wurde, weist das Wagenkastenmodul 8 mehrere Akkumulatorzelleneinheiten 14 auf. In FIG 2 sind exemplarisch 6 dieser
Akkumulatorzelleneinheiten 14 dargestellt. Weitere, in FIG 2 nicht dargestellte Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind hinter den dargestellten Akkumulatorzelleneinheiten 14 angeordnet, bezogen auf die Wagenlängsrichtung 16.
Die Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind - genau wie die Außen- wandelemente 36 und die Innenwandelemente 38 - kohlenstofffa¬ serverstärkt . Des Weiteren sind die
Akkumulatorzelleneinheiten 14 unterhalb der Fensterbereiche 46 angeordnet. Zwei der sechs dargestellten Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind an den Seitenbauteilen 32 angeordnet, und zwar jeweils an unterschiedlichen Seitenbauteilen 32. Diese beiden
Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind jeweils am Innenwandelement 38 des entsprechenden Seitenbauteils 32 außerhalb eines vom Innenwandelement 38 und dem zugehörigen Außenwandelement 36 begrenzten Raums 52 angeordnet. Zudem werden diese beiden Akkumulatorzelleneinheiten 14 als Designelemente verwendet und bilden jeweils einen Teil der Innenverkleidung 50 des entsprechenden Seitenbauteils 32.
Die übrigen vier der sechs dargestellten
Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind in einem Unterbodenbereich 54 des Wagenkastenmoduls 8 angeordnet, insbesondere innerhalb eines vom Außenwandelement 36 und vom Innenwandelement 38 des Unterbodenbauteils 34 begrenzten Raums 52. Zwei dieser übri¬ gen vier Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind dabei in den beiden gekrümmten Modulbereichen 48 angeordnet, und zwar jeweils in unterschiedlichen gekrümmten Modulbereichen 48. Ferner sind diese zwei Akkumulatorzelleneinheiten 14 bzw. ihre
Akkumulatorzellen jeweils an die entsprechende Krümmung ange- passt. Die anderen zwei dieser übrigen vier
Akkumulatorzelleneinheiten 14 sind in einem ebenen Abschnitt 56 des Unterbodenbauteils 34 angeordnet. FIG 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine
Akkumulatorzelleneinheit 14. Bei dieser
Akkumulatorzelleneinheit 14 kann es sich z.B. um eine der zwei im Zusammenhang mit FIG 1 oder FIG 2 beschriebenen Akkumulatorzelleneinheiten 14 handeln.
Die Akkumulatorzelleneinheit 14 umfasst eine Mehrzahl von Akkumulatorzellen 58. Diese sind in Form einer Matrix mit zwei Zeilen und sechs Spalten nebeneinander angeordnet und mechanisch miteinander verbunden.
Außerdem sind benachbarte Akkumulatorzellen 58 mittels strei¬ fenförmiger metallischer Verbindungselemente 60 elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 60 weisen je¬ weils eine Sollbruchstelle 62 auf, die im Bereich angrenzen¬ der Kanten der Akkumulatorzellen 58 angeordnet ist.
Des Weiteren umfasst die Akkumulatorzelleneinheit 14 einen elektrisch mit den Akkumulatorzellen 58 verbundenen Verbin- dungsanschluss 64. Dieser ist dazu vorgesehen, die
Akkumulatorzelleneinheit 14 mit einer weiteren
Akkumulatorzelleneinheit, einer Bordelektronik, der Motoreinheit 22 und/oder dem Bremsenergierückgewinnungssystem 24 des Schienenfahrzeugs 2 zu verbinden.
Weiterhin ist die Akkumulatorzelleneinheit 14 mit einer Kont¬ rolleinheit 66 ausgestattet. Beim Betreiben der
Akkumulatorzelleneinheit 14 wird mithilfe der Kontrolleinheit 66 für jede der Akkumulatorzellen 56 individuell eine Tempe¬ ratur der jeweiligen Akkumulatorzelle 58 und ein die jeweili¬ ge Akkumulatorzelle 58 durchfließender Strom überwacht. Fer¬ ner wird mithilfe der Kontrolleinheit 66 eine Strom- Lastverteilung der einzelnen Akkumulatorzellen 58 gesteuert.
FIG 4 zeigt einen Ausschnitt eines Wagenkastenmodulquerschnitts, in welchem eine erste exemplarische Anordnung einer Akkumulatorzelleneinheit 14 dargestellt ist. Bei dem Wagen¬ kastenmodulquerschnitt kann es sich z.B. um einen Querschnitt eines der Wagenkastenmodule 8 aus FIG 1 handeln, insbesondere kann es sich um einen Schnitt senkrecht zur Wagenlängsrichtung 16 handeln. Die Akkumulatorzelleneinheit 14 ist in einem Raum 52, der von einem Außenwandelement 36 und einem parallel zum Außenwand¬ element 36 angeordneten Innenwandelement 38 begrenzt ist, zwischen zwei Tragstrukturelementen 40 platziert. Die Trag- Strukturelemente 40 sind sowohl mit dem Außenwandelement 36 als auch mit dem Innenwandelement 38 verbunden und senkrecht zu den beiden Wandelementen 36, 38 ausgerichtet.
Weiterhin umfasst die Akkumulatorzelleneinheit 14 mehrere Akkumulatorzellen 58. Zusätzlich zu den in FIG 4 dargestellten Akkumulatorzellen 58 sind senkrecht zur Zeichenebene vor bzw. hinter den dargestellten Akkumulatorzellen 58 weitere Akkumulatorzellen angeordnet. Die Akkumulatorzellen 58 sind zu einem versteifenden Paket 68 verbunden, welches wiederum mit den Außenwandelementen 36 und dem Innenwandelement 38 verbunden ist. Die
Akkumulatorzelleneinheit 14 bzw. das versteifende Paket 68 weist eine Breite 70 auf, die gleich einem Abstand des Innen- wandelements 38 vom Außenwandelement 36 ist. Die einzelnen
Akkumulatorzellen 58 hingegen weisen eine Breite 72 auf, die ein Bruchteil, im vorliegenden Beispiel ein Fünftel, des Ab- stands des Innenwandelements 38 vom Außenwandelement 36 be¬ trägt .
Das versteifende Paket 68 und die Tragstrukturelemente 40 bilden zusammen mit den Wandelementen 36, 38 einen versteifenden Verbund des Wagenkastenmoduls. Die nachfolgende, im Zusammenhang mit FIG 5 bis FIG 8 disku¬ tierte Beschreibung beschränkt sich jeweils im Wesentlichen auf die Unterschiede zum vorhergehenden, im Zusammenhang mit FIG 4 diskutierten Ausführungsbeispiel, auf das bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleiche bzw. einander entsprechende Elemente sind grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausführungsbei¬ spielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind. FIG 5 zeigt einen anderen Ausschnitt eines Wagenkastenmodul¬ querschnitts, in welchem eine zweite exemplarische Anordnung einer Akkumulatorzelleneinheit 14 dargestellt ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die
Akkumulatorzellen 58 der Akkumulatorzelleneinheit 14 nicht zu einem versteifenden Paket verbunden. Stattdessen sind die Akkumulatorzellen 58 selbst als Tragstrukturelemente 40 aus- gebildet und ersetzen eines der beiden Tragstrukturelemente 40 aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Die einzelnen Akkumulatorzellen 58 weisen dabei eine Breite 72 auf, die gleich dem Abstand des Innenwandelements 38 vom Außenwandele¬ ment 36 ist, und sind sowohl mit dem Außenwandelement 36 als auch mit dem Innenwandelement 38 verbunden.
FIG 6 zeigt noch einen anderen Ausschnitt eines Wagenkastenmodulquerschnitts, in welchem eine dritte exemplarische An¬ ordnung einer Akkumulatorzelleneinheit 14 dargestellt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel weist das Wagenkastenmodul ei¬ nen Modulbereich 48 mit einer Krümmung auf. Die Krümmung ist dadurch ausgebildet, dass sowohl das Außenwandelement 36 als auch das Innenwandelement 38 abschnittsweise gekrümmt/gebogen sind.
Die Akkumulatorzelleneinheit 14 ist in besagtem Modulbereich 48 angeordnet und ist an die Krümmung des Modulbereichs 48 angepasst. Konkret bedeutet das in diesem Fall, dass die ein- zelnen Akkumulatorzellen 58 entlang eines Bogens angeordnet sind, der einen gleichen Krümmungsradius aufweist wie der ge¬ krümmte Modulbereich 48. Zudem ist die
Akkumulatorzelleneinheit 14 lediglich mit dem Innenwandele¬ ment 38 verbunden.
FIG 7 zeigt einen weiteren Ausschnitt eines Wagenkastenmodul¬ querschnitts, in welchem eine vierte exemplarische Anordnung einer Akkumulatorzelleneinheit 14 dargestellt ist. Die Tragstrukturelemente 40 sind in diesem Ausführungsbei¬ spiel schräg zum Außenwandelement 36 und zum Innenwandelement 38 ausgerichtet. Die Akkumulatorzelleneinheit 14 ist an die schräge Ausrichtung der Tragstrukturelemente 40 anpasst, in¬ dem die Akkumulatorzellen 58 der Akkumulatorzelleneinheit 14 in Form eines Dreiecksprismas angeordnet sind.
FIG 8 zeigt noch einen weiteren Ausschnitt eines Wagenkasten- modulquerschnitts , in welchem eine fünfte exemplarische An¬ ordnung einer Akkumulatorzelleneinheit 14 dargestellt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die
Akkumulatorzelleneinheit 14 außerhalb des vom Außenwandele- ment 36 und vom Innenwandelement 38 begrenzten Raums 52 ange¬ ordnet. Die einzelnen Akkumulatorzellen 58 der
Akkumulatorzelleneinheit 14 sind über-/nebeneinander am In¬ nenwandelement 38 angeordnet und mit diesem verbunden. Dabei bildet die Akkumulatorzelleneinheit 14 einen Teil einer in einem Fahrgastraum sichtbaren Innenverkleidung.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Wagenkastenmodul (8) für ein Schienenfahrzeug (2) mit zu¬ mindest einem Außenwandelement (36) , zumindest einem Innen- wandelement (38), mehreren Tragstrukturelementen (40) und zumindest einer Akkumulatorzelleneinheit (14) zum Speichern elektrischer Energie zum Antreiben des Schienenfahrzeugs (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatorzelleneinheit (14) im Bereich zumindest eines der Wandelemente (36, 38) an- geordnet ist.
2. Wagenkastenmodul (8) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Akkumulatorzelleneinheit (14) zwischen dem Außenwandele- ment (36) und dem Innenwandelement (38) angeordnet ist und mit dem Außenwandelement (36), dem Innenwandelement (38) und/oder zumindest einem der Tragstrukturelemente (40) ver¬ bunden ist.
3. Wagenkastenmodul (8) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Akkumulatorzelleneinheit (14) außerhalb eines durch das Außenwandelement (36) und das Innenwandelement (38) begrenz¬ ten Raums (52) angeordnet ist und die
Akkumulatorzelleneinheit (14) mit dem Außenwandelement (36) oder dem Innenwandelement (38) verbunden ist.
4. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen Unterbodenbereich (54), wobei die
Akkumulatorzelleneinheit (14) im Unterbodenbereich (54) ange¬ ordnet ist.
5. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che,
dadurch gekennzeichnet,
die Akkumulatorzelleneinheit (14) zumindest eine
Akkumulatorzelle (58) aufweist, die als ein Tragstrukturele¬ ment (40) ausgebildet ist, welches mit zumindest einem der Wandelemente (36, 38) verbunden ist.
6. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che,
dadurch gekennzeichnet,
die Akkumulatorzelleneinheit (14) mehrere Akkumulatorzellen (58) aufweist, die zu einem versteifenden Paket (68) verbun¬ den sind, das zwischen dem Außenwandelement (36) und dem In- nenwandelement (38) angeordnet ist sowie mit dem Außenwand¬ element (36) und dem Innenwandelement (38) verbunden ist.
7. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen Fensterbereich (46), wobei die Akkumulatorzelleneinheit (14) zumindest abschnittsweise unterhalb des Fensterbereichs (46) angeordnet ist.
8. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che,
gekennzeichnet durch
zumindest einen Modulbereich (48) mit einer Krümmung, wobei die Akkumulatorzelleneinheit (14) in diesem Modulbereich (48) angeordnet ist und zumindest abschnittsweise an die Krümmung angepasst ist.
9. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Außenwandelement (36), das Innenwandelement (38) und/oder die Akkumulatorzelleneinheit (14) kohlenstofffaserverstärkt ist .
10. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Akkumulatorzelleneinheit (14) mehrere Akkumulatorzellen (58) umfasst, die mithilfe von Verbindungselementen (60) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungselemente (60) jeweils eine Sollbruchstelle (62) aufweisen.
11. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Akkumulatorzelleneinheit (14) zumindest eine
Akkumulatorzelle (58) aufweist, die als Lithium-Ionen-Zelle, insbesondere als Lithium-Polymer-Zelle, ausgeführt ist und eine lithiumhaltige Anode sowie eine schwefelhaltige Kathode umfasst .
12. Wagenkastenmodul (8) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Akkumulatorzelleneinheit (14) mit einer Kontrolleinheit (66) zur Temperaturüberwachung, zur Stromüberwachung und/oder zur Steuerung einer Strom-Lastverteilung ausgestattet ist.
13. Schienenfahrzeugwagen (4, 6) mit mehreren Wagenkastenmodulen (8), die jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet sind,
wobei die Akkumulatorzelleneinheiten (14) der mehreren Wagen- kastenmodule (8) über zumindest 50% einer Wagenlänge (18, 20) angeordnet sind.
14. Schienenfahrzeug (2), aufweisend zumindest zwei Schienen¬ fahrzeugwagen (4, 6) mit jeweils zumindest einem Wagenkastenmodul (8) nach einem der Ansprüche 1-12,
wobei eine Akkumulatorzelleneinheit (14) eines ersten dieser Schienenfahrzeugwagen (4, 6) mit einer
Akkumulatorzelleneinheit (14) eines zweiten dieser Schienen¬ fahrzeugwagen (4, 6) elektrisch verbunden ist.
15. Schienenfahrzeug (2) nach Anspruch 14,
gekennzeichnet durch
ein Bremsenergierückgewinnungssystem (24) und zumindest eine Akkumulatorzelleneinheit (14), die mit dem Bremsenergierück- gewinnungssystem (24) elektrisch verbunden ist und mittels des Bremsenergierückgewinnungssystems (24) aufladbar ist.
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