Analysis of a battery energy storage system for a BEMU train

According to recent reports, only 55% of the european railway network is electrified. Currently, almost the entirety of the train fleet operating on non-electrified railways consists of diesel locomotives. Several alternatives are being considered, among which, battery electric multiple units (BEMU). To date, this technology has been tested only for light 2-car or 3-car vehicles; therefore, in this thesis, the feasibility of a battery energy storage system for a medium sized (500-600 passengers) multiple-unit is assessed. The latest developments in the BEMU field are presented, together with the state-of-the-art of the reachargeable batteries technology. The main challenges that have to be addressed in order to charge a large capacity battery pack mounted on a rolling stock are introduced. Taking into account the 66.4 km section of the Faentina Railway (Ferrovia Faentina) between Borgo S. Lorenzo and Faenza, a battery sizing for a 4/5-car multiple unit is performed, considering suitable commercialy available batteries. Furthermore, in order to assess the behaviour of the proposed battery pack, a model of the BEMU is designed in the software Simulink, and the operation of the vehicle between two stops of the considered line is simulated.

Secondo un recente rapporto, le linee elettrificate rappresentano solo il 55% della rete ferroviaria europea. Attualmente, la quasi totalità dei veicoli ferroviari che operano su linee non elettrificate è costituita da locomotive diesel. Diverse alternative sono in fase di studio, tra le quali, l'impiego di elettrotreni alimentati a batteria (BEMU). Ad oggi, questa tecnologia è stata testata solamente per veicoli leggeri a 2 o 3 carrozze. In questa tesi, si verifica la fattibilità dell'installazione di un sistema di accumulo di energia a batterie su un elettrotreno di medie dimensioni (500-600 passeggeri). Vengono presentati lo stato dell'arte per gli elettrotreni a batteria e per le batterie ricaricabili. Si introducono le principali criticità che dovranno essere affrontate per la ricarica di un pacco batterie di capacità elevata installato su un veicolo ferroviario. Viene proposto un sistema di accumulo costituito da batterie disponibili in commercio per un elettrotreno a 4/5 carrozze, dimensionandolo per un possibile utilizzo del veicolo sulla sezione non elettrificata della Ferrovia Faentina tra Borgo S. Lorenzo e Faenza. Infine, per valutare il comportamento del pacco batteria proposto, si realizza un modello Simulink del veicolo e del suo sistema d'accumulo di energia, e si simula il percorso del treno tra due fermate della linea considerata.