РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С АККУМУЛЯТОРНЫМИ МОДУЛЯМИ

Полезная модель относится к рельсовому транспортному средству с аккумуляторными модулями, по меньшей мере, одним определяющим состояние устройством, которое предназначено для определения характеристических величин состояния аккумуляторных модулей, и по меньшей мере, одним первым комплектом электрических проводов, посредством которого создается, по меньшей мере, один соединяющий несколько аккумуляторных модулей проводной тракт.
Рельсовые транспортные средства с электроприводом имеют по сравнению с рельсовыми транспортными средствами с дизель-механическим или дизель-электрическим приводом несколько преимуществ. Так, при эксплуатации рельсовых транспортных средств с электроприводом не вырабатывается, например, никаких вредных для окружающей среды отработавших газов. Кроме того, рельсовым транспортным средствам с электроприводом не приходится делать остановки для заправки, а их электродвигатели работают тише дизельных двигателей.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является известное из US 2010/275810 A1 (опуб. 14.11.2010) рельсовое транспортное средство с аккумуляторными модулями, с одним определяющим состояние устройством, которое предназначено для определения характеристических величин состояния аккумуляторных модулей, и с одним первым комплектом электрических проводов, посредством которого создается один соединяющий множество аккумуляторных модулей проводной тракт, при этом указанное транспортное средство содержит трактовый блок для изменения проводного тракта на основе характеристических величин состояния. Один из недостатков этого известного рельсового транспортного средства с электроприводом заключается в том, что при отказе сети приходится прерывать его движение. Другой недостаток в том, что рельсовое транспортное средство с электроприводом может двигаться, в принципе, только на электрифицированных участках пути. На участке пути, который не электрифицирован, необходима езда двойной тягой посредством тепловоза, с тем, чтобы рельсовое транспортное средство с электроприводом могло проехать такой отрезок пути.
Одно решение по преодолению этих недостатков предусматривает оснащение рельсовых транспортных средств с электроприводом встроенными энергоносителями в виде блоков аккумуляторных ячеек, которые накапливают электрическую энергию и, при необходимости, могут отдать ее одной или нескольким приводным системам. Это обеспечивает дальнейшее движение при отказе сети или на электрифицированном участке пути.
В основе полезной модели лежит задача создания родового рельсового транспортного средства, которое позволило бы достичь высокой гибкости и высокой степени дублирования при использовании аккумуляторных модулей.
Поставленная задача решена посредством того, что рельсовое транспортное средство содержит второй проводной комплект для создания одного, соединяющего аккумуляторные модули проводного тракта, который в одном рабочем режиме электрически независим от первого проводного тракта, причем трактовый блок предназначен для изменения проводных трактов на основе характеристических величин состояния. За счет этого можно значительно повысить гибкость и безопасность при использовании аккумуляторных модулей в рельсовом транспортном средстве.
Под «характеристической величиной состояния» следует понимать характеристическую величину, представляющую состояние аккумуляторного модуля в отношении, по меньшей мере, одного параметра. Параметром может быть состояние зарядки и разрядки, температура, напряжение, ток или другой параметр, представляющийся специалисту целесообразным. Для определения характеристической величины состояния аккумуляторного модуля определяющее состояние устройство содержит целесообразно блок определения, приданный аккумуляторному модулю, например встроенный в этот аккумуляторный модуль. Если аккумуляторный модуль содержит несколько аккумуляторных блоков, например несколько аккумуляторных ячеек, то выявленная характеристическая величина состояния может представлять определенный аккумуляторный блок или совокупность аккумуляторных блоков аккумуляторного модуля. Блок определения является целесообразно, по меньшей мере, составной частью блока контроля температуры, тока и/или управления распределением тока и нагрузки. Блок контроля может быть подготовлен, в частности, для индивидуального контроля аккумуляторных ячеек аккумуляторного модуля.
«Изменение» проводного тракта отличается от простого подключения или отделения аккумуляторного модуля от существующей, токоведущей ветви или от простого включения или выключения аккумуляторного модуля, причем оно включает в себя модификацию прохождения тракта для ведения электрической мощности.
Посредством созданного и изменяемого трактовым блоком проводного тракта в рельсовом транспортном средстве могут выполняться различные функции. Согласно первой функции, называемой «функция работы потребителя», соединенные проводным трактом аккумуляторные модули служат для того, чтобы отдавать электрическую энергию для потребления, по меньшей мере, одним электрическим потребителем, преимущественно группой электрических потребителей. При этом речь идет преимущественно о вспомогательных потребителях, называемых также «вспомогательные нужды».
В одном особом режиме движения рельсового транспортного средства, в котором движение происходит без отбора выработанной вне него энергии, соединенные проводным трактом аккумуляторные модули в «тяговой функции» могут отдавать электрическую энергию для работы, по меньшей мере, одного приводного блока для привода рельсового транспортного средства. При этом приводной блок содержит, по меньшей мере, один тяговый электродвигатель, который при работе приводит, по меньшей мере, одну ведущую ось рельсового транспортного средства. В функциях аккумуляторных модулей в качестве источника энергии для питания одного или нескольких электрических потребителей, в частности для вспомогательных потребителей и/или приводного блока, электрическая энергия за счет проводного тракта может подаваться в энергорезервуар, например промежуточный контур, после чего она преобразовывается, по меньшей мере, одним преобразовательным блоком в соответствующем для работы электрического потребителя или потребителей виде. В качестве альтернативы или дополнительно возможно, чтобы проводной тракт направлял накопленную энергию к электрическому потребителю или потребителям без промежуточного энергорезервуара. Например, проводной тракт может служить поездной сборной шиной, вдоль которой подключены электрические потребители рельсового транспортного средства, в частности вспомогательные потребители.
Согласно другой функции, называемой также «функция зарядки аккумуляторов», проводной тракт может целенаправленно служить для процесса зарядки аккумуляторных модулей. В этом случае проводной тракт целесообразно соединен с внутренним электрическим питающим блоком рельсового транспортного средства, из которого отбирается энергия для зарядки аккумуляторных модулей.
Кроме того, рельсовое транспортное средство может содержать систему рекуперации энергии торможения. Предпочтительно аккумуляторные модули могут быть электрически соединены с системой рекуперации энергии торможения посредством проводного тракта. Далее предпочтительно, если аккумуляторные модули заряжаются посредством системы рекуперации энергии торможения во взаимодействии с проводным трактом, в частности с помощью энергии торможения в процессе торможения рельсового транспортного средства.
Трактовый блок содержит целесообразно, по меньшей мере, один блок управления, который при работе принимает характеристические величины состояния через, по меньшей мере, один вход и на основе характеристических величин состояния инициирует коммутационные процессы. При этом трактовый блок содержит целесообразно, по меньшей мере, один коммутационный блок, который выполняет эти коммутационные процессы. Кроме того, он содержит целесообразно, по меньшей мере, процессорный блок, служащий для выполнения программы конфигурации тракта, которая при ее выполнении привлекает значения характеристических величин состояния. Эта программа конфигурации тракта целесообразно хранится в блоке памяти трактового блока, с которым взаимодействует процессорный блок. Программа конфигурации тракта может иметь несколько рабочих режимов, каждый из которых соответствует текущей функции, которая должна быть выполнена конфигурируемым проводным трактом.
Предпочтительным образом емкость аккумуляторных модулей составляет, по меньшей мере, по 10 кВт·ч. За счет этого аккумуляторный модуль может отдавать электрическую энергию, достаточную для использования в качестве источника энергии для привода рельсового транспортного средства.
В одном предпочтительном варианте аккумуляторный модуль содержит, по меньшей мере, одну аккумуляторную ячейку, выполненную в виде литий-ионной ячейки. По сравнению с другими типами аккумуляторных ячеек литий-ионные ячейки отличаются высокой плотностью энергии, т.е. энергией на единицу массы. Кроме того, литий-ионные ячейки термически стабильные и не подвержены никакому или лишь очень малому эффекту памяти.
Преимущественно литий-ионная ячейка является литий-полимерной ячейкой или содержит электролит на полимерной основе. По сравнению с другими выполнениями литий-ионных ячеек литий-полимерные ячейки имеют высокое отношение массы к мощности и могут изготавливаться в разных вариантах формы, т.к. у литий-полимерных ячеек можно отказаться от жесткого корпуса.
Особенно предпочтительным образом литий-ионная ячейка включает в себя серосодержащий катод. Помимо серы катод может содержать также другие химические элементы. Кроме того, сера может присутствовать в катоде в виде химического соединения. Целесообразно литий-ионная ячейка включает в себя далее литийсодержащий анод. Помимо лития анод может содержать также другие химические элементы. Кроме того, литий может присутствовать в аноде в виде химического соединения. С серосодержащим катодом и литийсодержащим анодом достигается одна из самых высоких плотностей энергии из всех до сих пор известных типов аккумуляторных ячеек.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту, проводной тракт выполняет функцию безопасности, которая включает в себя питание тормоза рельсового транспортного средства электрической энергией. Это подходит, в частности, для рельсового транспортного средства с генераторным тормозным блоком, у которого процессы торможения, в частности процессы быстрого и экстренного торможения, выполняются, в первую очередь, этим тормозным блоком. Питаемый проводным трактом тормоз представляет собой, в частности, фрикционный тормоз с электро- или электромагнитным приводом, предназначенный для поддержания генераторного тормозного блока в низком скоростном диапазоне. В частности, этот тормоз может быть выполнен в виде стояночного тормоза, в частности в виде клинового тормоза. За счет предложенного выполнения с трактовым блоком можно на основе повышенной степени дублирования по сравнению с традиционными решениями достичь особенно высокой ступени безопасности, называемой также «системный уровень надежности» или «SIL-Level», для поддерживаемого тормозом использования генераторного тормозного блока.
Кроме того, предложено, что рельсовое транспортное средство содержит, по меньшей мере, один вагон, имеющий первую и вторую зоны, которые пространственно отделены друг от друга, причем первый проводной комплект содержит электрические скрещивающиеся провода, которые соединяют соответственно аккумуляторный модуль в первой зоне и аккумуляторный модуль во второй зоне.
Под «скрещивающимся проводом» следует понимать провод, который пересекает отделяющее зоны друг от друга, реальное разделение и/или воображаемую плоскость вагона, причем зоны расположены с обеих сторон плоскости, в частности зеркально-симметрично по отношению друг к другу относительно нее. Такой плоскостью вагона может быть, в частности, вертикальная плоскость, которая ориентирована параллельно продольному направлению вагона и делит вагон, если смотреть в продольном направлении, на «левую» и «правую» зоны, в частности в качестве плоскости симметрии – на «левую» и «правую» половины. В качестве альтернативы плоскостью может быть вертикальная плоскость, которая ориентирована перпендикулярно продольному направлению вагона и делит вагон на «переднюю» и «заднюю» зоны, в частности в качестве плоскости симметрии – на «переднюю» и «заднюю» половины. Кроме того, плоскостью может быть горизонтальная плоскость, которая делит вагон на «верхнюю» и «нижнюю» части, в частности в качестве плоскости симметрии – на «верхнюю» и «нижнюю» половины.
В одном предпочтительном варианте предложено, что зоны образованы противоположными зонами продольных сторон вагона, благодаря чему в распоряжении имеется большое конструктивное пространство для размещения аккумуляторных модулей.
Предпочтительным является то, что трактовый блок содержит, по меньшей мере, один коммутационный блок, который для изменения проводного тракта соединяет, по меньшей мере, один скрещивающийся провод с электрической ветвью или отделяет его от нее. За счет этого простыми средствами может осуществляться переконфигурирование проводного тракта. Если электрическая ветвь является составной частью существующего проводного тракта, то за счет соединения скрещивающегося провода с электрической ветвью может осуществляться ведение проводного тракта через скрещивающийся провод. Если скрещивающийся провод должен быть отключен от существующего проводного тракта, то это может осуществляться просто за счет срабатывания коммутационного блока путем отделения скрещивающегося провода от электрической ветви. Сама электрическая ветвь может быть образована электрическим проводом, выполненным в виде скрещивающегося провода.
Кроме того, предложено, что, по меньшей мере, первый проводной комплект содержит скрещивающиеся провода, выполненные в виде перекрещивающихся между зонами перекрестных проводов. За счет этого можно достичь большого по отношению к имеющемуся в распоряжении в рельсовом транспортном средстве конструктивному пространству числа возможностей конфигурирования электрического проводного тракта и высокой степени дублирования.
В этой связи изменение существующего проводного тракта может осуществляться простыми средствами, если трактовый блок содержит, по меньшей мере, один коммутационный блок, который для изменения проводного тракта соединяет электрическую ветвь выборочно с первым или вторым из перекрестных проводов. Сама электрическая ветвь может быть образована электрическим проводом, выполненным в виде скрещивающегося провода, в частности перекрестного провода.
В другом варианте рельсовое транспортное средство содержит группу сцепленных между собой вагонов, причем в нескольких вагонах группы имеется, по меньшей мере, по одному аккумуляторному модулю. При этом образованный первым проводным комплектом и изменяемый посредством трактового блока проводной блок проходит предпочтительно через несколько вагонов рельсового транспортного средства. В частности, этот проводной тракт может проходить через все вагоны, благодаря чему он предпочтительным образом может выполнять функцию поездной сборной шины. Кроме того, через несколько вагонов может проходить, по меньшей мере, один из скрещивающихся проводов.
Отнесенную к конструктивному пространству рельсового транспортного средства высокую степень дублирования можно достичь в том случае, если рельсовое транспортное средство содержит группу сцепленных между собой вагонов, причем в нескольких оснащенных аккумуляторными модулями вагонах предусмотрено, по меньшей мере, по одному электрическому скрещивающемуся проводу.
В этой связи плотность энергии можно еще больше повысить, если в нескольких оснащенных аккумуляторными модулями вагонах предусмотрено, по меньшей мере, по два перекрещивающихся между зонами перекрестных провода. В этом выполнении рассматриваемые вагоны оснащены соответственно, по меньшей мере, четырьмя аккумуляторными модулями, причем первая пара аккумуляторных модулей расположена в первой зоне, а вторая пара – во второй зоне. В частности, предложено, что трактовые блоки в оснащенных аккумуляторными модулями вагонах содержат по одному коммутационному блоку, который для изменения проводного тракта соединяет электрическую ветвь выборочно с первым или вторым перекрестным проводом.
Гибкость в отношении функциональности аккумуляторных модулей можно далее еще больше повысить, если рельсовое транспортное средство содержит, по меньшей мере, один второй проводной комплект, посредством которого создается, по меньшей мере, один соединяющий несколько аккумуляторных модулей проводной тракт, по меньшей мере, в одном рабочем режиме электрически независимый от первого проводного тракта, причем трактовый блок, по меньшей мере, на основе характеристических величин состояния изменяет проводные тракты. Приведенное описание первого проводного тракта, в частности его преимущества, возможности конфигурирования и применения, относится ко второму проводному комплекту. Через проводные тракты в названном рабочем режиме могут направляться отделенные друг от друга потоки мощности. При этом трактовый блок целесообразно запрограммирован на одновременное управление конфигурированием проводных трактов разных проводных комплектов.
В этой связи особенно высокую гибкость в использовании аккумуляторных модулей можно достичь, если проводные комплекты приданы разным функциям транспортного средства, причем трактовый блок предназначен для изменения проводных трактов в зависимости от их соответствующей функции. При этом упомянутый процессорный блок трактового блока может быть запрограммирован на работу одновременно в нескольких режимах, соответствующих разным функциям проводных трактов.
Особенно предпочтительно, если функции транспортного средства относятся к группе, образованной функцией зарядки аккумуляторов, функцией работы потребителей, функцией режима движения и функцией безопасности. Функция безопасности может включать в себя, в частности, как описано, питание тормоза рельсового транспортного средства электрической энергией.
Кроме того, особенно высокой степени гибкости и дублирования можно достичь, если аккумуляторные модули содержат по несколько аккумуляторных блоков, причем предусмотрены коммутационные устройства, приданные разным аккумуляторным модулям и содержащие несколько коммутационных блоков, приданных разным аккумуляторным блокам соответствующих аккумуляторных модулей и предусмотренных для выборочного соединения соответствующего аккумуляторного блока с одним из проводных комплектов. Аккумуляторным блоком может быть аккумуляторная ячейка или группа аккумуляторных ячеек, которые эксплуатируются в виде блока с общим выводом.
Предпочтительным является то, что имеется приводимая в действие мостовая схема, которая предназначена для соединения проводных комплектов между собой. Для повышения отбора энергии для определенной функции из комплекта аккумуляторных модулей мостовая схема может, при необходимости, приводиться в действие автоматически или машинистом, в результате чего между собой соединяются, по меньшей мере, два проводных комплекта. При этом между собой электрически соединяются соответствующие проводные тракты. В одном особом рабочем режиме, в частности в экстренном режиме, посредством мостовой схемы между собой могут соединяться все проводные комплекты и потому все проводные тракты, в результате чего максимально имеющаяся в распоряжении в комплекте аккумуляторных модулей энергия отбирается через общую силовую ветвь, в частности для определенной функции.
Согласно одному предпочтительному варианту предложено, что вагон содержит, по меньшей мере, один кузовной модуль, включающий в себя, по меньшей мере, один наружный стеновой элемент и, по меньшей мере, один внутренний стеновой элемент, причем в зоне, по меньшей мере, одного из стеновых элементов расположен, по меньшей мере, один аккумуляторный модуль. Такое расположение обеспечивает простой доступ к аккумуляторному модулю и/или его простую замену, например в целях обслуживания. В частности, аккумуляторный модуль может заменяться с кузовным модулем вагона в виде единого узла, например в виде бокового модуля, модуля крыши, модуля пола или модуля днища и/или элементов днища.
Целесообразным является то, что наружным/внутренним стеновым элементом является элемент наружной обшивки, в частности двухстенной наружной обшивки, рельсового транспортного средства. Наружным/внутренним стеновым элементом может быть, например, поверхностный или панелеобразный элемент. Кроме того, внутренний и наружный стеновые элементы, по меньшей мере, местами могут быть параллельны друг другу.
Предпочтительным является то, что аккумуляторные модули, по меньшей мере, одного кузовного модуля вагона или нескольких кузовных модулей вагона расположены, по меньшей мере, на 30%, преимущественно на 50% длины вагона. При этом под длиной вагона следует понимать продольную протяженность вагона рельсового транспортного средства, в котором расположен или расположены кузовные модули.
Кроме того, полезная модель относится к способу эксплуатации рельсового транспортного средства, оснащенного аккумуляторными модулями, при котором определяются характеристические величины состояния аккумуляторных модулей и создается, по меньшей мере, один соединяющий аккумуляторные модули проводной тракт.
По меньшей мере, на основе характеристических величин состояния проводной тракт изменяется. За счет этого можно значительно повысить гибкость и безопасность при использовании аккумуляторных модулей в рельсовом транспортном средстве. В отношении других предпочтительных эффектов и вариантов предложенного способа следует сослаться на описание предложенного рельсового транспортного средства.
Примеры осуществления полезной модели поясняются со ссылкой на чертежи, на которых представлено:
- фиг. 1: схематичный вид сбоку рельсового транспортного средства с аккумуляторными модулями;
- фиг. 2: энергоснабжение приводных блоков и электрических вспомогательных потребителей рельсового транспортного средства по фиг. 1;
- фиг. 3: коммутация аккумуляторных модулей рельсового транспортного средства по фиг. 1 посредством первого проводного комплекта;
- фиг. 4: создание проводных трактов, соединяющих аккумуляторные модули;
- фиг. 5: альтернативное выполнение рельсового транспортного средства с несколькими проводными комплектами;
- фиг. 6: мостовая схема для соединения проводных комплектов;
- фиг. 7: кузовной модуль вагона рельсового транспортного средства по фиг. 1.
На фиг. 1 в схематичном виде сбоку показано рельсовое транспортное средство 10. Оно выполнено в виде состава сцепленных вагонов 12, которые предназначены для перевозки пассажиров и из которых показаны два вагона 12.1, 12.2. Рельсовое транспортное средство 10 выполнено в виде так называемого моторвагонного поезда, причем, по меньшей мере, один из вагонов 12 выполнен в виде моторного вагона, по меньшей мере, с одним приводным блоком 14. В данном примере первый вагон 12.1 оборудован двумя приводными блоками 14, приданными каждый ведущей ходовой части 16. Приводные блоки 14 содержат каждый, по меньшей мере, один тяговый двигатель 15 (фиг. 2), который предусмотрен для привода, по меньшей мере, одной ведущей оси 18 соответствующей ведущей ходовой части 16. В данном примере приводная цепь, служащая для питания мощностью приводных блоков 14 моторного вагона, расположена в нем концентрированно. В частности, компоненты приводной цепи, например трансформатор и, по меньшей мере, один блок преобразователя тока, расположены в моторном вагоне. Возможны другие выполнения, которые основаны на принципе распределенной тяги и у которых компоненты приводной цепи распределены по нескольким вагонам.
Рельсовое транспортное средство содержит электрические потребители, которые схематично представлены потребительскими устройствами 20.
Для электропитания потребительских устройств 20 в рельсовом транспортном средстве 10 предусмотрен электрический питающий блок 22. Он схематично изображен на фиг. 2 и может быть образован, в частности, преобразовательным блоком, по меньшей мере, с одним преобразователем. Преобразовательный блок формирует из имеющейся в промежуточном контуре 24 энергии один или несколько электрических сигналов, который/которые согласован/согласованы с эксплуатацией электрических потребителей. Обычно промежуточный контур 24 питается трансформированным или выпрямленным электрическим сигналом сети 26. Имеющаяся в промежуточном контуре 24 энергия служит также для питания приводных блоков 14 электрической мощностью. Для этого каждый приводной блок 14 содержит блок 25 питания мощностью, например в виде инвертора, который питает соответствующий тяговый двигатель 15 электрической мощностью.
Кроме того, рельсовое транспортное средство 10 содержит энергонакопительное устройство с комплектом аккумуляторных модулей 28, распределенных в вагонах состава. Следовательно, в нескольких вагонах 12 рельсового транспортного средства 10 расположено, по меньшей мере, по одному аккумуляторному модулю 28.
Далее первый вагон 12.1 оборудован системой 29 рекуперации энергии торможения, которая электрически соединяется с аккумуляторными модулями 28 рельсового транспортного средства 10. Посредством системы 29 в процессе торможения рельсового транспортного средства 10 энергия торможения преобразуется в электрическую энергию. Полученная таким образом электрическая энергия используется для частичной или полной зарядки аккумуляторных модулей 28.
На фиг. 3 рельсовое транспортное средство 10 изображено схематично на виде сверху. Вагоны 12.1, 12.2 и потому само рельсовое транспортное средство 10 разделены по отношению к расположению аккумуляторных модулей 28 на две зоны L и R, которые пространственно отделены друг от друга. В данном примере первая зона R соответствует зоне, расположенной вдоль одной продольной стороны рельсового транспортного средства 10, а вторая зона L соответствует противоположной первой зоне R зоне вдоль его противоположной продольной стороны. При этом зоны образованы ориентированными параллельно друг другу боковыми элементами 68 кузовного модуля 64 вагона (фиг. 7).
В данном примере в каждом вагоне 12 рельсового транспортного средства 10 расположены две пары аккумуляторных модулей 28.RH, 28.RV, 28.LH, 28.LV. При этом в вагоне 12 одна пара расположена в первой зоне R, а другая пара находится в противоположной зоне L. Для различения аккумуляторных модулей 28 одной пары друг от друга зоны R и L разделены на дополнительные подзоны RV, RH, LV, LH. Указание подзоны соответствует указанию двух пространственных координат. Различение зон осуществляется с помощью первой координаты (L, R), соответствующей первому пространственному направлению. В данном примере это первое пространственное направление соответствует горизонтальному направлению, или направлению 32 ширины, ориентированному перпендикулярно направлению 30 длины рельсового транспортного средства 10. Указание подзоны осуществляется за счет указания второй пространственной координаты (V, H), которая соответствует направлению 30 длины, ориентированному перпендикулярно направлению 32 ширины.
Кроме того, в вагонах 12 имеются скрещивающиеся провода 34.RL, 34.LR, которые соединяют соответственно аккумуляторный модуль 28 в зоне L с аккумуляторным модулем 28 в зоне R. Скрещивающиеся провода 34.RL, 34.LR пересекают проходящую в направлении 30 длины и вертикально среднюю плоскость 36 вагона 12. Средняя плоскость 36 образует плоскость, относительно которой зоны R, L расположены зеркально-симметрично друг другу. Средняя плоскость 36 также показана на фиг. 7.
Кроме того, скрещивающиеся провода 34.RL, 34.LR перекрещиваются относительно направления 30 длины, соединяя соответственно аккумуляторный модуль 28 в зоне L с аккумуляторным модулем 28 в зоне R, которые отличаются поэтому друг от друга первой координатой (L, R), причем соединенные скрещивающимися проводами 34.RL, 34.LR аккумуляторные модули 28 также отличаются второй координатой (V, H).
В данном примере каждый вагон 12 оснащен одной парой перекрещивающихся скрещивающихся проводов 34.RL, 34.LR. В других вариантах (не показаны) возможно, чтобы вагоны 12 не содержали никаких аккумуляторных модулей 28 или содержали менее четырех аккумуляторных модулей 28. При этом возможно, чтобы между двумя соседними вагонами 12 проходил один скрещивающийся провод 34. Кроме того, возможно, чтобы вагоны 12 были оснащены более чем двумя парами аккумуляторных модулей 34, причем в этом случае в этом вагоне возможно более двух скрещивающихся проводов 34.
Каждый вагон 12 оборудован коммутационным блоком 38. Он электрически соединен со скрещивающимися проводами 34.RL, 34.LR. Он выборочно соединяет соответствующий скрещивающийся провод 34.RL, 34.LR с первой электрической ветвью 40.а и/или со второй электрической ветвью 40.b или отделяет от обеих электрических ветвей 40.а, 40.b. Каждая электрическая ветвь 40.а, 40.b может быть электрически соединена посредством коммутационного блока 38 либо со скрещивающимся проводом 34.LR, либо со скрещивающимся проводом 34.RL.
Благодаря возможности отделения скрещивающегося провода от обеих ветвей 40.а, 40.b подключенные к этому скрещивающемуся проводу аккумуляторные модули 28 могут быть отделены от цепи тока.
Скрещивающиеся провода 34.RL, 34.LR образуют соответственно электрическую ветвь 40.с, 40.d, по которой к соседнему вагону 12 может подаваться электрический сигнал. В данном примере эти ветви 40.с, 40.d, т.е. скрещивающиеся провода 34.RL, 34.LR в вагоне 12, электрически соединены с соответствующим коммутационным блоком 38 соседнего вагона 12.2. Коммутационный блок 38 подключен к скрещивающимся проводам 34.RL, 34.LR этого соседнего вагона 12.2 и выполнен функционально идентично описанному выше коммутационному блоку 38. В другом варианте, в котором, в частности, соседний вагон 12 не содержит никакого аккумуляторного модуля, ветви 40.с, 40.d могут вести дальше без дополнительных коммутационных элементов в соседнем вагоне 12.
Электрические ветви 40, образованные скрещивающимися проводами 34.RL, 34.LR в вагонах 12 (ветви 40.с, 40.d) и проводами, отличающимися от скрещивающихся проводов (ветви 40.а, 40.b), образуют первый комплект электрических проводов 42.В, посредством которого создается, по меньшей мере, один, соединяющий несколько аккумуляторных модулей 28 в рельсовом транспортном средстве 10 проводной тракт. В рассматриваемой на фиг. 4 конфигурации посредством соответствующих положений коммутационных блоков 38 созданы два проводных тракта 44.р, 44.q, которые проходят частично по отдельным проводам и частично по одному общему проводу. В первом вагоне 12.1 проводные тракты проходят по разным скрещивающимся проводам 34, тогда как они во втором вагоне 12.2 проходят по одному общему проводу 34.RL, причем скрещивающийся провод 34.LR отделен от обеих электрических ветвей 40.с, 40.d, к которому подключен коммутационный блок 38 во втором вагоне 12.2.
За счет комплекта коммутационных блоков 38 в рельсовом транспортном средстве 10 можно изменить проводной тракт 44.р и/или проводной тракт 44.q за счет переключения электрического соединения подключенной к коммутационному блоку 38 электрической ветви с подключенным к этому коммутационному блоку 38 скрещивающимся проводом с одного скрещивающегося провода, например 34.RL, на другой скрещивающийся провод, например 34.LR. Следовательно, комплект коммутационных блоков 38 образует трактовый блок 46, который выполнен для изменения, по меньшей мере, одного проводного блока 44.р, 44.q, созданного первым проводным комплектом 42.В.
Каждый аккумуляторный модуль 28 содержит определяющий состояние блок 48, посредством которого определяется характеристическая величина состояния. Ею может быть характеристическая величина зарядки, температуры, напряжения и т.д. Каждый определяющий состояние блок 48 содержит блок 47 контроля критических эксплуатационных параметров соответствующего аккумуляторного модуля 28, и зарядно-разрядную электронику 49, предназначенную для регулирования процесса зарядки и разрядки соответствующего аккумуляторного модуля 28. Комплект определяющих состояние блоков 48 образует устройство определения состояния, определяющее характеристические величины состояния аккумуляторных модулей 28.
Срабатывание коммутационного блока 38 в вагоне 12 происходит в зависимости от характеристической величины состояния, по меньшей мере, одного аккумуляторного модуля 28 в этом вагоне 12. Если посредством определяющего состояние блока 48 определяется критическая характеристическая величина состояния, которая сигнализирует, например, о выходе из строя соответствующего аккумуляторного модуля 28, то этот аккумуляторный модуль 28 посредством коммутационного блока 38 может быть отделен от активной, направленной по скрещивающемуся проводу цепи тока, к которой подключен аккумуляторный модуль 28, путем отделения этого скрещивающегося провода от электрических ветвей 40, подключенных к коммутационному блоку 38 соответствующего вагона 12. Другими словами, проводной тракт, к которому подключен дефектный аккумуляторный модуль 28, изменяется таким образом, что последний отделен от измененного проводного тракта.
Учитывая характеристические величины состояния зарядки в качестве характеристических величин состояния, проводной тракт можно выполнить за счет трактового блока 46 таким образом, что он будет соединять преимущественно аккумуляторные модули 28, для которых характеристическая величина состояния зарядки соответственно выше или ниже заданного порогового значения. Если, например, для определенного применения одного или нескольких потребительских устройств 20 должен происходить длительный отбор электрической энергии, то проводной тракт может быть выполнен таким образом, что он соединит, по меньшей мере, главным образом аккумуляторные модули 28 с высоким зарядом для отбора энергии соответствующими потребительскими устройствами 20. При определенном числе разряженных аккумуляторных модулей 28 может быть создан проводной тракт, который в целях их зарядки соединит электрический питающий блок 22 и/или систему 29 рекуперации энергии торможения с этими аккумуляторными модулями 28.
На фиг. 3 изображен проводной комплект 42.В. В первом варианте осуществления полезной модели рельсовое транспортное средство 10 оснащено только этим проводным комплектом 42.В, который служит для создания, по меньшей мере, одного изменяемого проводного тракта 44.р или 44.q. Согласно другому варианту рельсовое транспортное средство 10 может быть оснащено несколькими проводными комплектами, выполненными так, как это описано для проводного комплекта 42.В. Такой вариант изображен на фиг. 5, причем помимо первого проводного комплекта 42.В предусмотрены второй 42.L и третий 42.N проводные комплекты. За счет проводных комплектов 42.В, 42.L, 42.N можно, как описано выше для проводного комплекта 42.В, создать соединяющий несколько аккумуляторных модулей 28 проводной тракт, причем проводные тракты, создаваемые посредством разных проводных комплектов 42.В, 42.L, 42.N, по меньшей мере, в нормальном рабочем режиме электрически независимы друг от друга. Трактовый блок 46, как описано выше для проводного комплекта 42.В, предусмотрен для изменения проводных трактов, по меньшей мере, на основе характеристических величин состояния.
Проводные комплекты 42.В, 42.L, 42.N приданы разным функциям транспортного средства.
Первый проводной комплект 42.В выполняет в качестве функции работы потребителей функцию «рабочего проводного комплекта», который предусмотрен для питания потребительских устройств 20 в нормальном рабочем режиме рельсового транспортного средства 10. В частности, проводной комплект 42.В может выполнять функцию поездной сборной шины.
Второй проводной комплект 42.L выполняет в качестве функции зарядки аккумуляторов функцию «зарядного проводного комплекта», посредством которого происходят зарядка и, при необходимости, принудительная разрядка подключенных аккумуляторных модулей 28. У этого проводного комплекта 42.L изменение проводного тракта происходит за счет трактового блока 46 преимущественно на основе характеристических величин состояния аккумуляторных модулей 28. В случае этой функции через образованный вторым проводным комплектом 42.L проводной тракт зарядная энергия может направляться к подключенным к этому тракту аккумуляторным модулям 28. Эта энергия вырабатывается питающим блоком 22 и/или системой 29 рекуперации энергии торможения.
Третий проводной комплект 42.N выполняет в качестве функции безопасности функцию «экстренного проводного комплекта». Посредством него и трактового блока 46 должно происходить группирование аккумуляторных модулей 28 таким образом, чтобы в распоряжении всегда был определенный резерв энергии для экстренной эксплуатации. В частности, резерв энергии создается для активирования дополнительного тормоза 50 (фиг. 1), который в случае быстрого или экстренного торможения поддерживает главный тормоз. Функция безопасности включает в себя питание этого тормоза 50 электрической энергией. Главный тормоз выполнен в виде генераторного, образованного приводными блоками 14 моторного тормоза, причем дополнительный тормоз выполнен, в частности, в виде фрикционного тормоза, например в виде клинового тормоза с электроприводом.
Трактовый блок 46 запрограммирован на изменение проводных трактов разных проводных комплектов 42.В, 42.L, 42.N в зависимости от соответствующей функции транспортного средства.
В одном варианте аккумуляторный модуль 28 может выборочно соединяться с проводным комплектом 42.В, 42.L или 42.N, причем одновременное соединение с несколькими проводными комплектами невозможно.
В другом варианте, описанном со ссылкой на фиг. 5, аккумуляторный модуль 28 может электрически соединяться с несколькими проводными комплектами 42.В, 42.L или 42.N. Для этого аккумуляторные модули 28 содержат по несколько аккумуляторных блоков 52.В, 52.L, 52.N. Для соединения аккумуляторного модуля 28 с проводными комплектами 42.В, 42.L, 42.N ему придано коммутационное устройство 54. Оно содержит несколько коммутационных блоков 56.1, 56.2, 56.3, соединенных с разными аккумуляторными блоками 52.В, 52.L, 52.N. Посредством коммутационных блоков 56.1, 56.2, 56.3 происходит выборочное электрическое соединение соответствующего аккумуляторного блока 52.В, 52.L, 52.N с одним из проводных комплектов 42.В, 42.L, 42.N, причем соединение соответствующего аккумуляторного блока 52 происходит только с одним проводным комплектом.
В нормальном рабочем режиме аккумуляторные блоки 52.В, 52.L, 52.N соединены с разными проводными комплектами 42.В, 42.L, 42.N (фиг. 5).
В особых случаях может быть необходимым соединить с одним и тем же проводным комплектом два или более аккумуляторных блоков 52.В, 52.L, 52.N.
Как было указано выше, в нормальном рабочем режиме проводные тракты, образованные разными проводными комплектами 42, электрически независимы друг от друга. В особых случаях может быть необходимым объединить отбираемую через несколько проводных комплектов 42 энергию в общую энерговетвь. Для этого в частности в каждом вагоне 12 имеется мостовая схема 58, которая служит для соединения проводных комплектов 42 между собой. Это показано на фиг. 6. В ситуации, когда из комплекта аккумуляторных модулей 28 должна отбираться максимальная энергия, посредством мостовой схемы 58 можно электрически соединить между собой все проводные комплекты 42 и потому все образованные ими проводные тракты.
Как показано на фиг. 1, аккумуляторные модули 28 ориентированы в продольном направлении 30 вагонов 12, причем, в принципе, возможны и другие ориентации аккумуляторных модулей 28. В вагонах 12.1, 12.2 аккумуляторные модули 28 расположены примерно на 70% длины 60 и 62 вагонов соответственно. Возможно также, чтобы в одном вагоне 12 аккумуляторные модули 28 были расположены примерно на 90% его длины. При этом возможны расположения с тремя аккумуляторными модулями 28 на каждую продольную сторону вагона.
Кроме того, как описано выше, аккумуляторные модули 28 электрически соединены между собой, по меньшей мере, одним проводным трактом. В частности, также аккумуляторные модули 28 первого вагона 12.1 электрически соединяется с аккумуляторными модулями 28 второго вагона 12.2, по меньшей мере, одним проводным трактом.
На фиг. 7 показан в разрезе кузовной модуль 64 второго вагона 12.2 из фиг. 1 в плоскости VII.
Кузовной модуль 64 включает в себя деталь 66 крыши, две боковые детали 68 и деталь 70 днища. Обе боковые детали 68 расположены, в основном, параллельно друг другу и соединены с деталью 66 крыши и деталью 70 днища.
Далее деталь 66 крыши, обе боковые 68 детали и деталь 70 днища содержат по одному наружному 72 и одному внутреннему 74 стеновому элементу. Стеновые элементы 72, 74 соответствующей детали 66, 68, 70 расположены параллельно друг другу и образуют сообща участок двухстенной наружной обшивки кузовного модуля 64.
Далее между стеновыми элементами 72, 74 соответствующей детали 66, 68, 70 расположены несколько несущих структурных элементов 76, которые соединены со стеновыми элементами 72, 74 и придают жесткость кузовному модулю 64.
Кроме того, кузовной модуль 64 включает в себя деталь 78 пола, соединенную с деталью 70 днища. Деталь 78 пола служит полом салона 80, ограниченного деталью 78 пола, деталью 66 крыши и обеими боковыми 68 деталями.
Каждая из обеих боковых деталей 68 имеет оконную зону 82, в которой расположено окно 84. Кроме того, кузовной модуль 64 или его деталь 70 днища включает в себя две модульные зоны 86, имеющие каждая кривизну.
На внутренних стеновых элементах 74 детали 66 крыши и обеих боковых 68 деталей расположено/закреплено по одной видимой в салоне 80 внутренней облицовке 88. В оконных зонах 82 расположенные на боковых деталях 68 внутренние облицовки 88 имеют по одному проему для соответствующего окна 84.
Как уже было сказано в связи с фиг. 1, кузовной модуль 64 содержит несколько аккумуляторных модулей 28. На фиг. 7 в качестве примера изображены четыре аккумуляторных блока 52, относящихся к этим аккумуляторным модулям 28. Далее не показанные на фиг. 7 аккумуляторные блоки 52 расположены перед и/или за изображенными аккумуляторными блоками 52 по отношению к продольному направлению 30 вагона.
Аккумуляторные блоки 52, как и наружные 72 и внутренние 74 стеновые элементы, усилены углеродными волокнами. Кроме того, аккумуляторные блоки 52 аккумуляторных модулей 28 расположены под оконными зонами 82.
Два из четырех изображенных аккумуляторных блоков 52 расположены на боковых деталях 68, а именно на разных боковых деталях 68. Оба этих аккумуляторных блока 52 расположены каждый на внутреннем стеновом элементе 74 соответствующей боковой детали 68 снаружи пространства 89, ограниченного внутренним 74 и соответствующим наружным 72 стеновыми элементами. К тому же оба этих аккумуляторных блока 52 используются в качестве элементов дизайна и образуют каждый часть внутренней облицовки 88 соответствующей боковой детали 68.
Остальные два из четырех аккумуляторных блоков 52 расположены в зоне 90 днища кузовного модуля 64, в частности внутри пространства 89, ограниченного наружным 72 и внутренним 74 стеновыми элементами детали 70 днища. При этом аккумуляторные блоки 52 расположены в обеих искривленных модульных зонах 86, а именно в разных искривленных модульных зонах 86. Кроме того, эти два аккумуляторных блока 52 или их аккумуляторные ячейки подогнаны к соответствующей кривизне.