用于轨道车辆的厢体模块、轨道车辆车厢和轨道车辆的制作方法

本实用新型涉及一种用于轨道车辆的厢体模块，所述厢体模块具有至少一个外壁元件、至少一个内壁元件、多个承载结构元件和至少一个用于存储电能的蓄电池单元，所述电能用于驱动轨道车辆。

背景技术：

具有电驱动器的轨道车辆相对于具有柴油机械的或柴油电子的驱动器的轨道车辆相比具有多个优点。因此，在电驱动的轨道车辆运行时，例如不产生环境有害的废气。电驱动的轨道车辆此外不必加油并且其电动机与柴油发动机相比更安静地工作。

电驱动的轨道车辆的缺点是，所述轨道车辆在电网故障时必须中断其行驶。另一缺点是，电驱动的轨道车辆原则上仅能够在电气化的路段上行驶。在未电气化的路段上，借助于柴油机车的辅助驱动是必要的，由此电驱动的轨道车辆能够通过这种路段。

用于克服所述缺点的方法提出，电驱动的轨道车辆配设有呈蓄电池单元的形式的集成的载能体，所述载能体存储电能并且在需要时能够提供给一个或多个驱动系统。由此，能够实现在电网故障时或在未电气化的路段上继续行驶。

然而，所述方法具有下述缺点，这种集成的蓄电池单元在轨道车辆中需要附加的空间。因为典型地需要多个这种蓄电池单元，以便为轨道车辆的继续行驶提供充足的电能，所以蓄电池单元在轨道车辆中占据大量空间。这由于轨道车辆的有限的空间而是大问题。尤其，在将轨道车辆的乘坐空间容量保持最大的临界条件下，构建蓄电池单元是有问题的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，提出一种用于轨道车辆的厢体模块，在所述厢体模块中节约空间地设置有蓄电池单元。

所述目的通过开始提到类型的厢体模块来实现，其中蓄电池单元根据本实用新型设置在壁元件中的至少一个壁元件的区域中。

所述布置在轨道车辆中能够实现对蓄电池单元的简单的可接近性和/或蓄电池单元的简单的可更换性，例如为了维护目的。尤其，蓄电池单元借助该厢体模块能够作为组合的组件更换。

能够将用于轨道车辆或轨道车辆车厢的厢体的模块化的构件理解为厢体模块。优选地，厢体模块具有标准化的尺寸。此外，厢体模块优选地具有至少一个接口，通过所述接口，厢体模块能够与一个或多个其他的厢体模块组合成厢体。

厢体模块例如能够构成为侧部模块、车顶模块、地板模块或底板模块。替选地，厢体模块能够构成为一个或多个侧部构件、车顶构件、地板构件和/或底板构件的组合件。

优选地，外壁/内壁元件是轨道车辆的外皮的、尤其双壁的外皮的元件。外壁/内壁元件例如能够是面状的或板状的元件。此外，内壁元件和外壁元件能够至少部段地彼此平行。

适当地，承载结构元件设置在壁元件之间。此外，适当的是，壁元件与承载结构元件连接。由此，壁元件能够连同承载结构元件一起形成厢体模块的加固件。

内壁元件此外能够是轨道车辆的内衬件、尤其对于乘客可见的内衬件。

有意义地，蓄电池单元包括至少一个蓄电池。优选地，蓄电池单元包括多个蓄电池，尤其多个彼此电连接的蓄电池。此外，蓄电池单元能够具有模块化的蓄电池构造。有利地，多个蓄电池串联地彼此连接。

此外，蓄电池单元能够包括壳体，所述壳体包围其一个/多个蓄电池。此外，蓄电池单元适当地具有至少一个连接端子。连接端子此外能够设为用于将蓄电池单元与轨道车辆的另一蓄电池单元、车载电子装置、驱动器和/或制动能量回收系统连接。

有利地，蓄电池单元的容量至少为10kWh。由此，蓄电池单元能够提供充足的电能，以便作为能量源用于驱动轨道车辆。原则上，蓄电池 单元不局限于提供仅用于驱动轨道车辆的电能。蓄电池单元也能够作为紧急供电装置在轨道车辆的停车运行中使用。此外，蓄电池单元还能够作为能量源用于照明系统、娱乐电子装置和/或乘客信息系统，更确切地说在停车运行中和/或在轨道车辆行驶期间使用。

蓄电池单元此外能够设置在外壁元件和内壁元件之间。以所述方式，蓄电池单元能够安置成，使得所述蓄电池单元不需要乘客舱中的空间。在所述布置中，蓄电池单元适当地与外壁元件、内壁元件和/或至少一个承载结构元件连接。

替选地，蓄电池单元能够设置在通过外壁元件和内壁元件限界的空间或中空空间之外。在这种布置中，蓄电池单元适当地与外壁元件或内壁元件连接。这就是说，蓄电池单元能够作为附件构造到外壁/内壁元件上。在此，蓄电池单元能够在厢体模块的外侧/内侧上设置，尤其可见地设置。此外，蓄电池单元或其一个/多个蓄电池能够用作为一个/多个设计元件。

此外，厢体模块能够具有底板区域。此外，蓄电池单元例如能够设置在底板区域中。尤其，蓄电池单元能够在底板区域中设置在外壁元件之下、即设置在由外壁和内壁元件限界的空间之外。

蓄电池单元能够包括多个蓄电池，所述蓄电池沿着至少一个承载结构元件设置。

在一个有利的设计方案中，蓄电池单元具有至少一个蓄电池，所述蓄电池构成为承载结构元件。有意义地，所述承载结构元件或蓄电池与至少一个壁元件连接。以所述方式，蓄电池单元的至少一个蓄电池能够连同至少一个壁元件一起形成加固厢体模块的组合件。

在另一个有利的设计方案中，蓄电池单元具有多个蓄电池，所述蓄电池连接成用于加固的组。适当地，用于加固的组设置在外壁元件和内壁元件之间。此外，适当的是，用于加固的组与外壁元件和/或内壁元件连接。此外，蓄电池单元也能够作为整体构成为承载结构元件或用于加固的组。

蓄电池单元此外能够具有多个蓄电池，所述蓄电池条带状地尤其沿轨道车辆的车厢纵向方向设置在一个或多个条带中。有意义地，车厢纵 向方向在此通过厢体模块的形状预设。厢体模块的形状又有意义地确定轨道车辆的厢体的形状。

厢体模块能够具有车窗区域。在此能够将车窗区域理解成下述区域：在所述区域中可插入一个或多个车窗。有意义地，车窗区域包括至少一个用于车窗的凹部。

原则上，蓄电池单元能够设置在车窗区域之上或部段地设置在车窗区域之上。优选地，蓄电池单元至少部段地设置在车窗区域之下。由此能够实现，厢体模块的重心与不具有这种蓄电池单元的厢体模块中的重心相比更低。

此外，厢体模块能够具有下部的和上部的车窗区域，例如如果厢体模块设为用于双层车厢。在这种情况下，有利的是，蓄电池单元至少部分地设置在上部的车窗区域之下。

此外，厢体模块能够具有至少一个具有弯曲部的模块区域。能够将模块区域理解成厢体模块的部段或子区域。车顶模块能够为这种模块区域，例如为拱顶。模块区域但是也能够涉及整个厢体模块。

蓄电池单元能够设置在具有弯曲部的模块区域中。优选地，蓄电池单元至少部段地匹配于弯曲部。尤其地，蓄电池单元的形状或其蓄电池的布置能够匹配于弯曲部。蓄电池例如能够至少部段地沿着圆形区段/圆弧设置，所述圆形区段/圆弧具有与模块区域的弯曲部相同的曲率半径。

外壁元件、内壁元件和/或蓄电池单元能够是碳纤维增强的。由此，相应的元件能够作为承载负荷的元件使用，并且尽管如此以轻质构造方式制成。

优选地，蓄电池单元包括多个蓄电池，所述蓄电池借助于连接元件彼此电连接。

在蓄电池例如由于热过载而机械变形/损坏时，在蓄电池中能够出现内部短路，所述内部短路能够损坏其余的蓄电池。因此，有利的是，连接元件分别具有预定折断部位。由此，在蓄电池机械变形/损坏时，将变形的/损坏的蓄电池与其他蓄电池连接的连接元件在这种预定折断部位上折断。以所述方式，变形的/损坏的蓄电池能够与其他的蓄电池机 械地和/或电地解耦。优选地，其余的蓄电池在预定折断部位折断之后还是可正常工作的。

此外，蓄电池单元能够具有多个保护电路。适当地，蓄电池单元的每个蓄电池借助于保护电路可单独地关断或可与其他蓄电池电分离。

在一个有利的改进方案中，蓄电池单元具有至少一个蓄电池，所述蓄电池构成为锂离子电池。锂离子电池与其他类型的蓄电池相比特征在于高的能量密度，即每单位质量的能量。此外，锂离子电池是热稳定的并且不具有或仅具有非常小的记忆效应。

优选地，锂离子电池是锂聚合物电池或具有基于聚合物的电解质。锂聚合物电池与锂离子电池的其他实施方案相比具有高的质量功率比，并且能够以不同的形状变型形式生产，因为在锂聚合物电池中，能够放弃刚性的电池壳体。

尤其优选地，锂离子电池包括含硫的负极。负极除硫之外也能够包含其他化学元素。此外，硫能够在负极中以化学化合物的形式存在。有意义地，锂离子电池还包括含锂的正极。正极除锂之外也能够包含其他化学元素。此外，锂在正极中以化学化合物的形式存在。借助含硫的负极和含锂的正极，可实现全部迄今已知的类型的蓄电池的最高的能量密度之一。

蓄电池单元适当地配设有控制单元，控制单元用于温度监控、用于电流监控和/或用于控制电流负荷分布。控制单元尤其能够设置用于单独地监控蓄电池。原则上，也可行的是，蓄电池单元具有多个这种控制单元。

此外，厢体模块能够具有一个或多个消防系统。这种消防系统例如能够构成为关断系统和/或吹扫气体系统。在关断系统中能够提出，将蓄电池单元的一个或多个蓄电池关断或与其余的蓄电池电分离。在吹扫气体系统中能够提出，将蓄电池单元的一个或多个蓄电池或一个/多个蓄电池的周围环境用惰性的或不可燃的吹扫气体、例如CO₂或N₂吹扫。当一个/多个蓄电池的温度超过预设的最高温度时，例如能够使用消防系统。以所述方式，能够防止一个/多个蓄电池的热过载。

此外，厢体模块能够具有多个这种蓄电池单元。适当地，多个蓄电 池单元分别设置在至少一个壁元件的区域中。此外，适当的是，蓄电池单元彼此电连接。

在具有多个分别如在上文中描述的那样构成的厢体模块的轨道车辆车厢中，多个厢体模块的蓄电池单元能够设置在车厢长度的至少30％上，优选设置在至少50％的车厢长度上。在此能够将轨道车辆车厢的纵向伸展理解成车厢长度。

此外，在具有至少一个如在上文中描述的那样构成的厢体模块的轨道车辆车厢中，厢体模块的蓄电池单元设置在车厢长度的至少30％上、优选设置在至少50％的车厢长度上。在这种情况下，厢体模块有意义地具有车厢长度的至少30％或50％的长度。

轨道车辆能够具有至少两个轨道车辆车厢，所述轨道车辆车厢分别具有至少一个厢体模块，所述厢体模块如在上文中描述的那样构成。在此，所述轨道车辆车厢的第一轨道车辆车厢的蓄电池单元能够与所述轨道车辆车厢的第二轨道车辆车厢的蓄电池单元电连接。以这种方式，能够将电能从第一轨道车辆车厢传递给第二轨道车辆车厢或从第二轨道车辆车厢传递给第一轨道车辆车厢。

此外，轨道车辆能够包括制动能量回收系统。有利地，轨道车辆包括至少一个蓄电池单元，所述蓄电池单元与制动能量回收系统电连接。此外，有利的是，蓄电池单元能借助于制动能量回收系统充电，尤其能借助于出自轨道车辆的制动过程的制动能量充电。

替选地或附加地，轨道车辆的至少一个蓄电池单元能够与架空导线电网连接。有意义地，所述蓄电池单元能够借助于架空导线电网充电。

迄今给出的对本实用新型的有利的设计方案的描述包含大量特征，所述特征在各个从属权利要求中部分地至多个组合地描述。所述特征然而也能够适当地单独观察并且组成有意义的其他组合。尤其地，所述特征能够分别单独地并且以任意适当组合的方式与根据本实用新型的设备组合。

附图说明

本实用新型的在上文中描述的特性、特征和优点以及如何实现所述特征、特性和优点的类型和方法结合下面对实施例的描述变得能更明白 和更清楚地理解，所述实施例结合附图详细阐述。实施例用于阐述本实用新型并且本实用新型不局限于在其中给出的特征的组合，关于功能性的特征也不受限。此外，每个实施例的适合于此的特征也能够详尽地单独地观察，从一个实施例中移出，引入到其他的实施例中以补充所述实施例并且与任意权利要求组合。

附图示出：

图1示出轨道车辆，所述轨道车辆包括两个轨道车辆车厢，所述轨道车辆车厢分别具有多个厢体模块，所述厢体模块具有多个蓄电池单元；

图2示出贯穿图1中的一个厢体模块的剖面图；

图3示出蓄电池单元，所述蓄电池单元具有控制单元、连接端子以及多个蓄电池和连接元件；

图4示出蓄电池单元的第一布置，所述蓄电池单元的蓄电池设置在外壁元件和内壁元件之间并且连接成用于加固的组；

图5示出蓄电池单元的第二布置，所述蓄电池单元的蓄电池设置在外壁元件和内壁元件之间并且分别构成为承载结构元件；

图6示出蓄电池单元的第三布置，所述蓄电池单元的蓄电池在外壁元件和内壁元件之间设置在弯曲部的区域中；

图7示出蓄电池单元的第四布置，所述蓄电池单元的蓄电池设置在外壁元件和内壁元件之间以及设置在两个倾斜于外壁元件和内壁元件定向的承载结构元件之间；和

图8示出蓄电池单元的第五布置，所述蓄电池单元的蓄电池作为设计元件设置在内壁元件上。

具体实施方式

图1示出轨道车辆2的示意侧视图，所述轨道车辆具有第一轨道车辆车厢4和第二轨道车辆车厢6。第一轨道车辆车厢4构成为动车。第二轨道车辆车厢6构成为挂车，所述挂车联接到动车上。

两个轨道车辆车厢4、6中的每个都包括五个厢体模块8。在两个轨道车辆车厢4、6中，五个厢体模块8中的两个配设有门10。在图1中分别仅可见下述门10，所述门设置在轨道车辆2的朝向观察者的一侧上。这两个厢体模块8用作为相应的轨道车辆车厢4、6的上车或下车部段。五个厢体模块8中的其余三个在两个轨道车辆车厢4、6中配设有车窗12。这三个厢体模块8用作为相应的轨道车辆车厢4、6的乘坐空间部段。

厢体模块8分别具有多个蓄电池单元14，所述蓄电池单元包括多个蓄电池。各个蓄电池在图1中没有示出。蓄电池单元的各个蓄电池的视图在图3至图8中得出。此外，蓄电池单元14的蓄电池分别构成为锂离子电池，尤其构成为具有含锂的正极和含硫的负极的锂聚合物电池。蓄电池单元14分别具有50kWh的容量。

蓄电池单元14沿轨道车辆车厢4、6的车厢纵向方向16取向，其中原则上蓄电池单元14的其他取向仍是可行的。在第一轨道车辆车厢4中，蓄电池单元14设置在其车厢长度18的大约70％上。在第二轨道车辆车厢6中，蓄电池单元14设置在其车厢长度20的大约90％上。

此外，蓄电池单元14彼此电连接。尤其，第一轨道车辆车厢4的蓄电池单元14也与第二轨道车辆车厢6的蓄电池单元14电连接。

第一轨道车辆车厢4配设有马达单元22，所述马达单元包括多个电动机。各个电动机在图1中出于清楚的原因没有示出。此外，马达单元22与蓄电池单元14电连接。

此外，第一轨道车辆车厢4配设有制动能量回收系统24，所述制动能量回收系统与蓄电池单元14电连接。

此外，第一轨道车辆车厢4具有集电器26，经由所述集电器，轨道车辆2的马达单元22、制动能量回收系统24和蓄电池单元14与引导电流的架空导线28电连接。

借助于制动能量回收系统24，在轨道车辆2的制动过程中，制动能量被转换成电能。以所述方式获取的电能用于，部分地或完全地将蓄电池单元14充电。

如果蓄电池单元14完全地充电，那么借助于制动能量回收系统24 获得的剩余的电能被馈送到架空导线28中。

充电的蓄电池单元14用于，在电网故障时或在未电气化的路段上驱动轨道车辆2。

此外，在图1中示出剖面II，所述剖面横向于车厢纵向方向16延伸穿过第二轨道车辆车厢6的配设有车窗12的厢体模块8。

图2示出沿着剖平面II贯穿图1中的第二轨道车辆车厢6的厢体模块8的剖面。

厢体模块8包括车顶构件30、两个侧部构件32和底板构件34。两个侧部构件32基本上彼此平行地设置并且分别与车顶构件30以及与底板构件34连接。

此外，车顶构件30、两个侧部构件32和底板构件34分别具有外壁元件36以及内壁元件38。相应的构件30、32、34的外壁元件36和内壁元件38彼此平行地设置并且共同形成厢体模块8的双壁外皮的部段。

此外，在相应的构件30、32、34的外壁元件36和内壁元件38之间设置有多个承载结构元件40，所述承载结构元件与外壁元件36和内壁元件38连接并且形成厢体模块8的加固装置。

此外，厢体模块8包括地板构件42，所述地板构件与底板构件34连接。地板构件42用作为由地板构件42、车顶构件30和两个侧部构件32限界的乘客舱44的乘客舱地板。

两个侧部构件32中的每个具有车窗区域46，在所述车窗区域中设置有车窗12。此外，厢体模块8或厢体模块8的底板构件34包括两个模块区域48，所述模块区域分别具有弯曲部。

在车顶构件30的和两个侧部构件32的内壁元件38上分别设置有/固定有在乘客舱44中可见的内衬件50。在车窗区域46中，设置在侧部构件32上的内衬件50分别具有用于相应的车窗12的凹部。

如已经结合图1讨论的那样，厢体模块8具有多个蓄电池单元14。在图2中示例性地示出所述蓄电池单元14中的6个。此外，在图2中没有示出的其他蓄电池单元14关于车厢纵向方向16设置在示出的蓄电 池单元14后方。

蓄电池单元14——更确切地说如外壁元件36和内壁元件38一样——是碳纤维增强的。此外，蓄电池单元14设置在车窗区域46之下。

六个示出的蓄电池单元14中的两个设置在侧部构件32上，即分别设置在不同的侧部构件32上。这两个蓄电池单元14分别在相应的侧部构件32的内壁元件38上设置在由内壁元件38和相应的外壁元件36限界的空间52之外。此外，这两个蓄电池单元14用作为设计元件，并且分别形成相应的侧部构件32的内衬件50的一部分。

六个示出的蓄电池单元14中的其余四个设置在厢体模块8的底板区域54中，尤其设置在由底板构件34的外壁元件36和内壁元件38限界的空间52之内。这其余的四个蓄电池单元14中的两个在此设置在两个弯曲的模块区域48中，更确切地说分别设置在不同的弯曲的模块区域48中。此外，这两个蓄电池单元14或其蓄电池分别匹配于相应的弯曲部。这其余四个蓄电池单元14中的另外两个设置在底板构件34的平坦的部段56中。

图3示出蓄电池单元14的示意俯视图。所述蓄电池单元14例如能够为结合图1或图2描述的两个蓄电池单元14之一。

蓄电池单元14包括多个蓄电池58。所述蓄电池以具有两行和六列的矩阵的形式并排设置并且彼此机械连接。

此外，相邻的蓄电池58借助于条带状的金属的连接元件60彼此电连接。连接元件60分别具有预设折断部位62，所述预设折断部位设置在蓄电池58的邻接的棱边的区域中。

此外，蓄电池单元14包括与蓄电池58电连接的连接端子64。所述连接端子设为用于，将蓄电池单元14与轨道车辆2的另一蓄电池单元、车载电子装置、马达单元22和/或制动能量回收系统24连接。

此外，蓄电池单元14配设有控制单元66。在蓄电池单元14运行时，借助于控制单元66为每个蓄电池56单独地监控相应的蓄电池58的温度和流过相应的蓄电池58的电流。此外，借助于控制单元66，控制各个蓄电池58的电流负载分布。

图4示出厢体模块横截面的局部图，其中示出蓄电池单元14的第一示例性的布置。厢体模块横截面例如能够为图1中的厢体模块8的横截面，尤其能够为垂直于车厢纵向方向16的剖面。

蓄电池单元14在由外壁元件36和平行于外壁元件36设置的内壁元件38限界的空间52中安置在两个承载结构元件40之间。承载结构元件40不仅与外壁元件36、而且也与内壁元件38连接，并且垂直于两个壁元件36、38取向。

此外，蓄电池单元14包括多个蓄电池58。除了在图4中示出的蓄电池58之外，垂直于图面在示出的蓄电池58之前或之后设置有其他的蓄电池。

蓄电池58连接成用于加固的组68，所述组又与外壁元件36和内壁元件38连接。蓄电池单元14或用于加固的组68具有宽度70，所述宽度等于内壁元件38距外壁元件36的距离。相反地，各个蓄电池58具有宽度72，所述宽度为折断部分，在本实例中为内壁元件38距外壁元件36的距离的五分之一。

用于加固的组68和承载结构元件40连同壁元件36、38共同形成厢体模块的用于加固的组合件。

在下文中结合图5至图8讨论的描述分别基本上局限于与之前的、结合图4讨论的实施例的不同之处，关于不变的特征和功能参照结合图4讨论的实施例。基本上相同的或彼此相应的元件原则上用相同的附图标记表示，并且没有提到的特征在随后的实施例中引用，而不对其进行重新描述。

图5示出厢体模块横截面的另一个局部图，其中示出蓄电池单元14的第二示例性的布置。

在该实施例中，蓄电池单元14的蓄电池58没有连接成用于加固的组。替代于此，蓄电池58本身构成为承载结构元件40并且替代之前的实施例中的两个承载结构元件40中的一个。各个蓄电池58在此具有宽度72，所述宽度等于内壁元件38距外壁元件36的距离，并且与外壁元件36和内壁元件38连接。

图6还示出厢体模块横截面的另一局部图，其中示出蓄电池单元14 的第三示例性的布置。

在所述实施例中，厢体模块具有带有弯曲部的模块区域48。弯曲部以如下方式构成：不仅外壁元件36、而且内壁元件38部段地是弯曲的/弯折的。

蓄电池单元14设置在所述模块区域48中并且匹配于模块区域48的弯曲部。具体地，这在该情况下表示，各个蓄电池58沿着圆弧设置，所述圆弧具有与弯曲的模块区域48相同的曲率半径。此外，蓄电池单元14仅与内壁元件38连接。

图7示出厢体模块横截面的另一局部图，其中示出蓄电池单元14的第四示例性的布置。

承载结构元件40在该实施例中倾斜于外壁元件36并且倾斜于内壁元件38取向。蓄电池单元14匹配于承载结构元件40的倾斜的取向，其方式在于：蓄电池单元14的蓄电池58以三角棱柱的形式设置。

图8示出厢体模块横截面的又一局部图，其中示出蓄电池单元14的第五示例性的布置。

在该实施例中，蓄电池单元14设置在由外壁元件36和内壁元件38限界的空间52之外。蓄电池单元14的各个蓄电池58相叠地/并排地设置在内壁元件38上并且与其连接。在此，蓄电池单元14形成了在乘客舱中可见的内衬件的一部分。

虽然本实用新型在细节上通过优选的实施例详细说明和描述，但是本实用新型不局限于公开的示例，并且其他变型形式能够从中导出，而不脱离本实用新型的保护范围。