Способ энергоснабжения пассажирских вагонов специального поезда Железнодорожных войск Российский патент 2023 года по МПК B61D1/00 B61D49/00 H01L31/04 H02J7/32 

Заявленное изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к перспективным способам электроснабжения пассажирских вагонов в составе специальных поездов, предназначенных для выполнения задач по сопровождению воинских эшелонов и проведению восстановительных работ на объектах железнодорожного транспорта в условиях чрезвычайных ситуаций и вооруженных конфликтов. Эта задача может быть решена при использовании перспективных источников электрической энергии, например солнечных батарей.

Специфика работы специальных поездов состоит в том, что очень часто они выполняют работу по восстановлению железнодорожных путей или сопровождению воинских эшелонов при небольших скоростях движения или находясь в состоянии покоя, а в качестве тяговой силы используется маневровый тепловоз.

Как известно, существует несколько способов осуществления питания пассажирских вагонов электроэнергией. Так, при централизованной системе питание поступает от локомотива, что в нашем случае невозможно, так как маневровый тепловоз не имеет возможности подключения внешних потребителей. При выполнении работ на малых скоростях или при стоянке на месте не будет работать подвагонный генератор, применяемый в пассажирских вагонах, так как для его работы необходима скорость не менее 35 км/ч.

Известен способ питания нагрузки постоянным током с помощью солнечных батарей (патент RU 2 287 885 С1) через стабилизированный преобразователь, предусматривающий дополнительный источник напряжения (вольтодобавочный элемент) в цепи первичного источника (солнечной батареи), повышающий эффективность его использования, причем включение дополнительного источника напряжения в работу производится при снижении напряжения солнечной батареи на величину не менее напряжения дополнительного источника.

Известен способ заряда аккумулятора от солнечной батареи (патент RU 2 479 091 С1), включающий отбор части мощности, генерируемой солнечной батареей, путем преобразования части электрического тока, протекающего через солнечную батарею, формирование дополнительного источника напряжения в цепи солнечной батареи, и включения дополнительно источника напряжения при снижении напряжения солнечной батареи, отличающийся тем, что дополнительно отбирают часть мощности, генерируемой солнечной батареей, путем преобразования части электрического тока, протекающего через аккумулятор, формируют дополнительный источник тока, параллельный солнечной батареи, при этом дополнительный источник напряжения включают при снижении напряжения солнечной батареи до значения, меньшего заданного напряжения заряда аккумулятора, а при напряжении солнечной батареи, превышающем напряжение заряда аккумулятора, выключают дополнительный источник напряжения и включают дополнительный источник тока.

Как недостаток представленных способов для энергоснабжения пассажирских вагонов специального поезда следует отметить сложность электрических схем, наличие дополнительных источников напряжения (вольтодобавочных элементов) и источников тока, наличие которых не обязательно для энергоснабжения пассажирских вагонов специального поезда от солнечных панелей, поскольку в данном случае они обеспечивают постоянные значения тока и напряжения при благоприятных погодных условиях.

Согласно способу электроснабжения (https://energo.house/sol/solnechnye-batarei-na-dachu.html?) в составе солнечной электростанции используется сетевой инвертор, преобразующий постоянный ток от панелей или аккумуляторов в переменный ток 220 В для питания потребителей. Поскольку зарядка аккумуляторной батареи (АБ) пассажирского вагона и питание его потребителей осуществляются постоянным током, потребность в сетевом инверторе отсутствует.

Наиболее схожим вариантом использования солнечных батарей в системе питания пассажирских вагонов является техническое решение (патент RU 116108 U8), применимое для системы вентиляции пассажирского вагона, содержащая централизованную систему вентиляции, отличающуюся тем, что она снабжена системой дополнительной вентиляции, включающей подключенные к центральному процессорному устройству приточный и вытяжной вентиляторы, соединенные аккумуляторными батареями, связанными с фотоэлектрическими генераторами, установленными на крыше вагона, и с контроллерами.

Предлагаемое техническое решение предназначено для энергоснабжения потребителей пассажирского вагона (6) и состоит из солнечных панелей (1), объединенных в солнечную батарею и установленных на крыше вагона (8) со следящим устройством, обеспечивающем оптимальный угол наклона солнечных панелей относительно солнца, подключенных к автономной системе питания вагона.

Следящее устройство состоит из выпуклой полусферы (9) на крыше вагона (8); на которой расположены фотоэлементы (10), воспринимающие солнечную энергию, блока управления и серводвигателей продольного (11) и поперечного (12) наклона солнечных панелей (1).

Солнечная панель крепится к рамке (14) через ось, закрепленную с одной стороны в опоре с подшипником (13), а с другой к опоре с вмонтированным серводвигателем для продольного наклона солнечной панели (12). Сама рамка (14) крепится к крыше вагона через упоры (15), в которых закреплены с одной стороны опоры с подшипниками, а с другой -опора с вмонтированным серводвигателем для поперечного наклона солнечной панели (12). Таким образом, солнечная панель имеет две степени свободы, что позволяет ей наклоняться в сторону солнца в определенных пределах.

Так как каждый из фотоэлементов (10) на полусфере (9) установлен под различным углом к солнцу, то на них попадает различное количество солнечной энергии и, соответственно, каждый фотоэлемент вырабатывает различное количество электроэнергии. Каждому фотоэлементу соответствует определенное положение солнечной панели (а оно равно углу наклона самого фотоэлемента на выпуклой полусфере (9). По интенсивности поступающего света на каждый фотоэлемент в блоке управления определяется оптимальный угол наклона солнечных панелей (1). Команда от блока управления поступает на серводвигатели продольного (11) и поперечного (12) наклона солнечных панелей (1), в результате чего они устанавливаются под наиболее выгодным углом к солнцу, под которым на солнечную батарею попадает наибольшее количество солнечной энергии.

Питание от солнечной батареи поступает на котроллер, а от него идет на зарядку аккумуляторных батарей.

Контроллер регулирует напряжение и ток, приходящий от солнечной батареи для поддержания надлежащего качества зарядки аккумуляторной батареи, накапливающей заряд. Он также обеспечивает питание приводов серводвигателей, необходимых для поворота солнечных панелей.

Поскольку напряжение, вырабатываемое солнечными панелями, может быть выше напряжения АБ, то целесообразна установка солнечного контроллера типа Maximum Power Point Tracking (MPPT). Соединение солнечных панелей осуществляется смешанным способом, то есть последовательно и параллельно посредством коннекторов типа МС4, обеспечивающих хороший контакт и герметичность соединения.

Таким образом, представленный способ электроснабжения пассажирских вагонов специального поезда с помощью солнечной батареи, подключенной к автономной системе питания вагона, позволяет обеспечить практически полную автономность пассажирских вагонов специальных поездов.

Сущность предлагаемого способа для электроснабжения пассажирских вагонов специального поезда поясняется на фигурах 1-4.

На фигуре 1 изображена структурная схема работы предлагаемого технического устройства:

поз. 1 - солнечные панели;

поз. 2 - аккумуляторная батарея пассажирского вагона;

поз. 3 - контроллер;

поз. 4 - потребители пассажирского вагона;

поз 5. - серводвигатели,

На фигуре 2 изображен общий вид солнечных панелей, закрепленных на крыше пассажирского вагона:

поз. 1 - солнечные панели;

поз. 6 - кузов пассажирского вагона;

поз. 7 - защитный кожух

поз. 8 - крыша пассажирского вагона

поз. 9 - выпуклая полусфера

поз. 10 - фотоэлементы.

Общий вид солнечной батареи в защитном кожухе изображен на фигуре 3:

поз. 1 - солнечная панель;

поз. 7 - защитный кожух

Механизм наклона солнечной панели показан на фигуре 4:

поз. 1 - солнечные панели;

поз. 11 - опора с вмонтированным серводвигателем для продольного наклона солнечной панели;

поз. 12 - опора с вмонтированным серводвигателем для поперечного наклона солнечной панели;

поз. 13 - опора с подшипником

поз. 14 - рамка;

поз. 15 - упоры

Источники информации

1 Патент RU 2 287 885 С1

2 Патент RU 2 479 091 С1

3 https://energo.house/sol/solnechnye-batarei-na-dachu.html?

4 Патент RU 116108 U8

Изобретение относится к пассажирским вагонам. Способ энергоснабжения пассажирских вагонов специального поезда Железнодорожных войск заключается в том, что в качестве источника электрической энергии используют солнечные панели, установленные на крыше пассажирского вагона, обеспечивающие питание потребителей в вагоне и зарядку аккумуляторной батареи с помощью контроллера. При этом для обеспечения наиболее выгодного положения солнечных панелей относительно солнца используют следящее устройство, состоящее из выпуклой полусферы на крыше вагона, на которой расположены фотоэлементы, воспринимающие солнечную энергию, блока управления и серводвигателей продольного и поперечного наклона солнечных панелей. Технический результат заключается в обеспечении практически полной автономности пассажирских вагонов специальных поездов. 4 ил.

Способ энергоснабжения пассажирских вагонов специального поезда Железнодорожных войск, заключающийся в том, что в качестве источника электрической энергии используют солнечные панели, установленные на крыше пассажирского вагона, обеспечивающие питание потребителей в вагоне и зарядку аккумуляторной батареи с помощью контроллера, для обеспечения наиболее выгодного положения солнечных панелей относительно солнца используют следящее устройство, состоящее из выпуклой полусферы на крыше вагона, на которой расположены фотоэлементы, воспринимающие солнечную энергию, блока управления и серводвигателей продольного и поперечного наклона солнечных панелей.