WO2023131446A1 - Schienenfahrzeug mit einer batterieanordnung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a battery arrangement, in which the battery arrangement is designed as a traction battery for intermediate storage of electrical energy for driving the rail vehicle.
  • Such battery arrangements are usually installed in the rail vehicle, often as additional equipment, in the form of a so-called “traction battery framework”.
  • this optional battery arrangement poses a major challenge when planning and assembling rail vehicles on different construction platforms.
  • the invention relates to a rail vehicle with a battery arrangement, in which the battery arrangement is designed as a traction battery for intermediate storage of electrical energy for driving the rail vehicle.
  • the battery arrangement has at least one battery string which is designed for intermediate energy storage.
  • the battery arrangement has a battery control module, which is connected to the battery string and is designed to control the intermediate storage of energy in the battery string. Both the battery string and the battery control module are arranged as components of the rail vehicle in respective frames that are separate from one another.
  • the battery control module and the battery string are spatially separated from one another in their respective frames as components of the rail vehicle.
  • the battery control module and/or the battery string are in their respective frames
  • both the battery string and the battery control module have a respective predetermined weight in their respective frame.
  • the structure of the battery string and the structure of the battery control module are related on the rail vehicle and in relation to other components of the rail vehicle arranged largely neutral center of gravity.
  • the center of gravity of the rail vehicle is approximated to the geometric center of the rail vehicle due to the weight distribution of components of the rail vehicle and the framework of the battery arrangement.
  • the battery control module is also designed to control cooling of the battery string.
  • the battery control module is used to connect the battery string or a parallel connection of several battery strings in order to realize the intermediate storage of energy.
  • the battery control module has an interface to the rail vehicle, via which energy is consumed and released between the rail vehicle and the battery string as part of the intermediate storage of energy.
  • the battery control module has an interface to the battery string, via which energy is consumed and released between the rail vehicle and the battery string as part of the temporary storage of energy.
  • the present invention enables a modular design of the battery assembly, with the components battery control module and battery string a focus-neutral or. Center of gravity-controlling installation in or is made possible on the rail vehicle.
  • the present invention enables a modular adaptation of the battery arrangement to different rail vehicle platforms.
  • the present invention avoids trimming ballast that has been necessary up to now in the rail vehicle. This makes it possible to produce lighter rail vehicles overall, which in turn increases their range.
  • the present invention enables a desired capacity of the traction battery equipment to be optimally scaled by the number of battery strings.
  • FIG. 2 with reference to FIG. 1 shows an application of the present invention for adjusting the center of gravity in a rail vehicle.
  • a rail vehicle SFZ has a battery arrangement which is designed as a traction battery for intermediate storage of electrical energy for driving the rail vehicle SFZ.
  • the battery arrangement has battery strings BS 1 to BSn which are designed for intermediate energy storage.
  • the battery arrangement has a battery control module BCM, which is connected to the battery strings BS 1 to BSn via an interface SSBS. This is used to absorb and release energy between the rail vehicle zeug SFZ and the battery strings BS 1 to BSn carried out as part of the intermediate energy storage.
  • the battery strings BS 1 to BSn are connected to one another in parallel via the battery control module BCM in order to implement the intermediate storage of energy.
  • the battery control module BCM is designed to control the intermediate storage of energy in the battery strings BS 1 to BSn.
  • the battery control module is designed to control cooling of the battery strings BS 1 to BSn.
  • the battery control module BCM has an interface SSFZ to the rail vehicle, via which energy is absorbed and released between the rail vehicle SFZ and the battery string as part of the intermediate energy storage.
  • FIG. 2 shows, with reference to FIG. 1, an application of the present invention for adjusting the center of gravity in the rail vehicle SFZ.
  • the associated table shows different designs of the rail vehicle SFZ in a first column, viz
  • the associated table shows a top view of a machine room MR of the respective variant in a second column of the rail vehicle SFZ, the rail vehicle SFZ only having the primary drive.
  • the associated table shows in a third column a plan view of the machine room MR of the respective variant of the rail vehicle SFZ, the rail vehicle SFZ also having a battery arrangement BAT in addition to the primary drive, which is designed according to the present invention.
  • the individual cells in the table show battery strings BS1 to BS4 and a battery control module BCM, which are arranged in separate frames in the machine room MR of the rail vehicle SFZ.
  • Each battery string BS 1 to BS4 and the battery control module BCM have a respective predetermined weight in their respective frames.
  • the framework of the battery strings BS 1 to BS4 and the framework of the battery control module BCM are positioned in relation to the rail vehicle SFZ and in relation to other components KOMP of the rail vehicle SFZ largely neutral in the machine room MR of the rail vehicle SFZ or. arranged .
  • This weight distribution of the components KOMP of the rail vehicle SFZ and the framework of the battery arrangement BS 1 to BS4 and BCM brings the center of gravity of the rail vehicle SFZ closer to the geometric center point of the rail vehicle SFZ in the top view shown.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug (SFZ) mit einer Batterieanordnung, bei dem die Batterieanordnung als Traktionsbatterie für eine Zwischenspeicherung von elektrischer Energie für einen Antrieb des Schienenfahrzeugs (SFZ) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Batterieanordnung zumindest einen Batteriestrang (BS1, BS2, BS3, BS4, BSn) auf, der zur Energiezwischenspeicherung ausgebildet ist. Zusätzlich weist die Batterieanordnung ein Batteriekontrollmodul (BCM) auf, das mit dem Batteriestrang (BS1, BS2, BS3, BS4, BSn) verbunden und zur Steuerung der Energiezwischenspeicherung im Batteriestrang (BS1, BS2, BS3, BS4, BSn) ausgebildet ist. Sowohl der Batteriestrang (BS1, BS2, BS3, BS4, BSn) als auch das Batteriekontrollmodul (BCM) sind als Bestandteile des Schienenfahrzeugs (SFZ) in voneinander getrennten jeweiligen Gerüsten angeordnet.

Description

Beschreibung
Schienenfahrzeug mit einer Batterieanordnung
Die Erfindung betri f ft ein Schienenfahrzeug mit einer Batterieanordnung, bei dem die Batterieanordnung als Traktionsbatterie für eine Zwischenspeicherung von elektrischer Energie für einen Antrieb des Schienenfahrzeugs ausgebildet ist .
Derartige Batterieanordnungen sind üblicherweise in Form eines sogenannten „Traktionsbatteriegerüstes" im Schienenfahrzeug, oft als Zusatzausstattung, eingebaut .
Diese optionale Batterieanordnung stellt hinsichtlich des Gewichts und des Schwerpunkts eine große Heraus forderung bei der Planung und beim Aufbau von Schienenfahrzeugen unterschiedlicher Bau-Plattformen dar .
Dabei müssen das erhebliche Mehrgewicht der Batterieanordnung, die im Bereich von derzeit 2 , 5 - 4 , 5 Tonnen liegt , sowie der dadurch bedingte Schwerpunkt-Versatz berücksichtigt werden, was die Einbaubarkeit von Batterielösungen für eine geplante Batterie-basierte Traktion als Zusatzausrüstung stark einschränkt .
Wird ein Traktionsbatteriegerüst als Zusatzausstattung in einem Schienenfahrzeug eingebaut , muss der Schwerpunkt-Versatz aufgrund des hohen Gewichts der Batterieanordnung mit Hil fe von zusätzlichem Trimmballast im Schienenfahrzeug ausgeglichen werden . Auch diese Notwendigkeit schränkt die Einbaubarkeit von Batterielösungen für eine geplante Batterie-basierte Traktion als Zusatzausrüstung stark ein .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schienenfahrzeug mit einer Batterieanordnung anzugeben, das die Einbaubarkeit einer Batterielösung für eine geplante Batterie-basierte Traktion als Zusatzausrüstung verbessert . Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .
Die Erfindung betri f ft ein Schienenfahrzeug mit einer Batterieanordnung, bei dem die Batterieanordnung als Traktionsbatterie für eine Zwischenspeicherung von elektrischer Energie für einen Antrieb des Schienenfahrzeugs ausgebildet ist .
Erfindungsgemäß weist die Batterieanordnung zumindest einen Batteriestrang auf , der zur Energiezwischenspeicherung ausgebildet ist . Zusätzlich weist die Batterieanordnung ein Batteriekontrollmodul auf , das mit dem Batteriestrang verbunden und zur Steuerung der Energiezwischenspeicherung im Batteriestrang ausgebildet ist . Sowohl der Batteriestrang als auch das Batteriekontrollmodul sind als Bestandteile des Schienenfahrzeugs in voneinander getrennten j eweiligen Gerüsten angeordnet .
In einer bevorzugten Weiterbildung sind das Batteriekontrollmodul und der Batteriestrang in ihren j eweiligen Gerüsten räumlich getrennt voneinander als Bestandteile des Schienenfahrzeugs angeordnet .
In einer bevorzugten Weiterbildung sind das Batteriekontrollmodul und/oder der Batteriestrang in ihren j eweiligen Gerüsten
- im Maschinenraum des Schienenfahrzeugs , und/oder
- im Unterflurbereich des Schienenfahrzeugs , und/oder
- im Dachbereich des Schienenfahrzeugs angeordnet .
In einer bevorzugten Weiterbildung weist sowohl der Batteriestrang als auch das Batteriekontrollmodul in ihrem j eweiligen Gerüst ein j eweiliges , vorbestimmtes Gewicht auf .
In einer bevorzugten Weiterbildung sind das Gerüst des Batteriestrangs und das Gerüst des Batteriekontrollmoduls in Bezug auf das Schienenfahrzeug und in Bezug auf weitere Komponenten des Schienenfahrzeugs weitgehend Schwerpunkts-neutral angeordnet .
In einer bevorzugten Weiterbildung wird bzw . ist durch die Gewichtsverteilung von Komponenten des Schienenfahrzeugs und der Gerüste der Batterieanordnung der Schwerpunkt des Schienenfahrzeugs an den geometrischen Mittelpunkt des Schienenfahrzeugs angenähert .
In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Batteriekontrollmodul zusätzlich für eine Steuerung einer Kühlung des Batteriestrangs ausgebildet .
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt über das Batteriekontrollmodul eine Verschaltung des Batteriestrangs bzw . eine parallele Verschaltung mehrerer Batteriestränge , um die Energiezwischenspeicherung zu realisieren .
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Batteriekontrollmodul eine Schnittstelle zum Schienenfahrzeug auf , über die eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Batteriestrang im Rahmen der Energiezwischenspeicherung durchgeführt wird .
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Batteriekontrollmodul eine Schnittstelle zum Batteriestrang auf , über die eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Batteriestrang im Rahmen der Energiezwischenspeicherung durchgeführt wird .
Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen modularen Aufbau der Batterieanordnung, mit deren Komponenten Batteriekontrollmodul und Batteriestrang ein Schwerpunkts-neutraler bzw . Schwerpunkts-steuernder Einbau im bzw . am Schienenfahrzeug ermöglicht wird . Durch die vorliegende Erfindung wird eine modulare Anpassung der Batterieanordnung an verschiedene Schienenfahrzeug- Plattformen ermöglicht .
Durch die vorliegende Erfindung wird beim Schienenfahrzeug bislang notwendiger Trimmballast vermieden . Damit wird es möglich, insgesamt leichtere Schienenfahrzeuge herzustellen, deren Reichweite wiederum gesteigert wird .
Durch die vorliegende Erfindung wird ermöglicht , eine gewünschte Kapazität der Traktionsbatterieausrüstung durch die Anzahl der Batteriestränge optimiert zu skalieren .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beispielhaft erläutert . Dabei zeigt :
FIG 1 die vorliegende Erfindung in einer prinzipiellen Über- sichtsdarstellung, und
FIG 2 mit Bezug auf FIG 1 eine Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Schwerpunkts-Anpassung bei einem Schienenfahrzeug .
FIG 1 zeigt die vorliegende Erfindung in einer prinzipiellen Übe r s ich ts dar Stellung .
Ein Schienenfahrzeug SFZ weist eine Batterieanordnung auf , die als Traktionsbatterie für eine Zwischenspeicherung von elektrischer Energie für einen Antrieb des Schienenfahrzeugs SFZ ausgebildet ist .
Die Batterieanordnung weist Batteriestränge BS 1 bis BSn auf , die zur Energiezwischenspeicherung ausgebildet sind .
Die Batterieanordnung weist ein Batteriekontrollmodul BCM auf , das mit den Batteriesträngen BS 1 bis BSn über eine Schnittstelle SSBS verbunden ist . Über diese wird eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe zwischen dem Schienenfahr- zeug SFZ und den Batteriesträngen BS 1 bis BSn im Rahmen der Energiezwischenspeicherung durchgeführt .
Über das Batteriekontrollmodul BCM sind die Batteriestränge BS 1 bis BSn parallel miteinander verschaltet , um die Energiezwischenspeicherung zu realisieren .
Das Batteriekontrollmodul BCM ist zur Steuerung der Energiezwischenspeicherung in den Batteriesträngen BS 1 bis BSn ausgebildet .
Zusätzlich ist das Batteriekontrollmodul für eine Steuerung einer Kühlung der Batteriestränge BS 1 bis BSn ausgebildet .
Das Batteriekontrollmodul BCM weist eine Schnittstelle SSFZ zum Schienenfahrzeug auf , über die eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe zwischen dem Schienenfahrzeug SFZ und dem Batteriestrang im Rahmen der Energiezwischenspeicherung durchgeführt wird .
FIG 2 zeigt mit Bezug auf FIG 1 eine Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Schwerpunkts-Anpassung beim Schienenfahrzeug SFZ .
Die zugehörige Tabelle zeigt in einer ersten Spalte unterschiedliche Bauformen des Schienenfahrzeugs SFZ , nämlich
- eine AC-Variante , bei der das Schienenfahrzeug SFZ als Primärantrieb Wechselstrom aus einer Oberleitung entnimmt und zum Antrieb verwendet ,
- eine MS-Variante , bei der das Schienenfahrzeug SFZ als Primärantrieb Wechselstrom oder Gleichstrom aus einer Oberleitung entnimmt und zum Antrieb verwendet , und
- eine DC-Variante , bei der das Schienenfahrzeug SFZ als Primärantrieb Gleichstrom aus einer Oberleitung entnimmt und zum Antrieb verwendet .
Die zugehörige Tabelle zeigt in einer zweiten Spalte eine Draufsicht eines Maschinenraums MR der j eweiligen Variante des Schienenfahrzeugs SFZ , wobei das Schienenfahrzeugs SFZ lediglich den Primärantrieb aufweist .
Die zugehörige Tabelle zeigt in einer dritten Spalte eine Draufsicht des Maschinenraums MR der j eweiligen Variante des Schienenfahrzeugs SFZ , wobei das Schienenfahrzeugs SFZ neben dem Primärantrieb zusätzlich eine Batterieanordnung BAT aufweist , die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist .
Zu sehen sind in den einzelnen Zellen der Tabelle Batteriestränge BS 1 bis BS4 und ein Batteriekontrollmodul BCM, die in voneinander getrennten j eweiligen Gerüsten im Maschinenraum MR des Schienenfahrzeugs SFZ angeordnet sind .
Jeder Batteriestrang BS 1 bis BS4 und das Batteriekontrollmodul BCM weisen in ihren j eweiligen Gerüsten ein j eweiliges , vorbestimmtes Gewicht auf .
Die Gerüste der Batteriestränge BS 1 bis BS4 und das Gerüst des Batteriekontrollmoduls BCM sind in Bezug auf das Schienenfahrzeug SFZ und in Bezug auf weitere Komponenten KOMP des Schienenfahrzeugs SFZ weitgehend Schwerpunkts-neutral im Maschinenraum MR des Schienenfahrzeugs SFZ positioniert bzw . angeordnet .
Durch diese Gewichtsverteilung der Komponenten KOMP des Schienenfahrzeugs SFZ und der Gerüste der Batterieanordnung BS 1 bis BS4 und BCM wird der Schwerpunkt des Schienenfahrzeugs SFZ an den geometrischen Mittelpunkt des Schienenfahrzeugs SFZ in der gezeigten Draufsicht angenähert .

Claims

7 Patentansprüche
1 . Schienenfahrzeug mit einer Batterieanordnung,
- bei dem die Batterieanordnung als Traktionsbatterie für eine Zwischenspeicherung von elektrischer Energie für einen Antrieb des Schienenfahrzeugs ausgebildet ist ,
- bei dem die Batterieanordnung zumindest einen Batteriestrang aufweist , der zur Energiezwischenspeicherung ausgebildet ist ,
- bei dem die Batterieanordnung ein Batteriekontrollmodul aufweist , das mit dem Batteriestrang verbunden und zur Steuerung der Energiezwischenspeicherung im Batteriestrang ausgebildet ist ,
- bei dem der Batteriestrang und das Batteriekontrollmodul als Bestandteile des Schienenfahrzeugs in voneinander getrennten j eweiligen Gerüsten angeordnet sind .
2 . Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 , bei dem das Batteriekontrollmodul und der Batteriestrang in ihren j eweiligen Gerüsten räumlich getrennt voneinander als Bestandteile des Schienenfahrzeugs angeordnet sind .
3 . Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem das Batteriekontrollmodul und/oder der Batteriestrang in ihren j eweiligen Gerüsten
- im Maschinenraum des Schienenfahrzeugs , und/oder
- im Unterflurbereich des Schienenfahrzeugs , und/oder
- im Dachbereich des Schienenfahrzeugs angeordnet sind .
4 . Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem sowohl der Batteriestrang als auch das Batteriekontrollmodul in ihrem j eweiligen Gerüst ein j eweiliges , vorbestimmtes Gewicht aufweisen .
5 . Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Gerüst des Batteriestrangs und das Gerüst des Batteriekontrollmoduls in Bezug auf das Schienenfahrzeug 8 und in Bezug auf weitere Komponenten des Schienenfahrzeugs weitgehend Schwerpunkts-neutral als Bestandteil des Schienenfahrzeugs angeordnet sind .
6 . Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Batteriekontrollmodul zusätzlich für eine Steuerung einer Kühlung des Batteriestrangs ausgebildet ist .
7 . Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem über das Batteriekontrollmodul eine parallele Verschaltung mehrerer Batteriestränge erfolgt , um die Energiezwischenspeicherung zu realisieren .
8 . Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Batteriekontrollmodul eine Schnittstelle zum Schienenfahrzeug aufweist , über die eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Batteriestrang im Rahmen der Energiezwischenspeicherung durchgeführt wird .
9 . Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 , bei dem das Batteriekontrollmodul eine Schnittstelle zum Batteriestrang aufweist , über die eine Energieaufnahme und eine Energieabgabe zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Batteriestrang im Rahmen der Energiezwischenspeicherung durchgeführt wird .
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