Treni bimodali a batteria. Dimensionamento e analisi

This paper explains the procedure to define the power supply system of a train, consisting of the DC/DC converter and the batteries. First of all, an analysis is carried out on the Italian railway networks. Furthermore, three different cases are presented referring to an electric train, a convoy with hybrid drive and an electric locomotive. Once the scenarios have been defined, the mechanical model used to study the physical system and the dynamics of the motion of the train is proposed. An important focus is made on the resistance forces, in order to obtain the speed profile and the traction diagrams. In order to simulate the behaviour of both the batteries and the DC/DC converters, their electrical models are characterised. The solutions selected from the products currently on the market are presented, too. Finally, the steps to be followed for the correct use of the algorithm are illustrated. The results of the sizing are therefore presented for each of the convoys considered, together with hints for the realization of the projects.

In questo elaborato viene esposto il procedimento utilizzato per il dimensionamento del sistema di alimentazione di un treno, composto dal convertitore DC/DC e dalle batterie. Innanzitutto, è stata effettuata un’analisi delle reti ferroviarie italiane e dei convogli attualmente in servizio al fine di individuare le configurazioni e gli scenari più comuni. Vengono inoltre presentati tre differenti casi presi in esame riferenti a un elettrotreno, un convoglio a trazione ibrida e una locomotiva elettrica. Definiti gli scenari, viene proposto un modello di simulazione per lo studio del sistema e della dinamica della locomozione. Un’analisi particolare viene effettuata sulla stima delle forze resistenti, al fine di ricavare il profilo di velocità e i diagrammi di trazione per gli scenari considerati. L’analisi si concentra con un maggior livello di dettaglio sul sistema di alimentazione: vengono descritti i modelli elettrici utilizzati per simulare il comportamento sia delle batterie che dei convertitori DC/DC e vengono presentate le soluzioni selezionate tra i prodotti attualmente in commercio. Infine, si descrive passo-passo la procedura da seguire e i dati necessari da fornire in ingresso per il corretto utilizzo dell’algoritmo di dimensionamento seguendo le indicazioni descritte nei capitoli precedenti. I risultati del dimensionamento vengono dunque presentati per ciascuno dei convogli considerati, insieme a indicazioni sui passi da seguire in futuro per la realizzazione dei progetti.