Projekts “MASOC atbalsts zaļu produktu izstrādei”
Atveseļošanas fonda Darbības programmas “Latvijas Atveseļošanas un noturības mehānisma plāna 1.2. reformu un investīciju virziena “Energoefektivitātes uzlabošana” 1.2.1.2.i. investīcijas “Energoefektivitātes paaugstināšana uzņēmējdarbībā (ietverot pāreju uz atjaunojamo energoresursu tehnoloģiju izmantošanu siltumapgādē un pētniecības un attīstības aktivitātes (t. sk. bioekonomikā))” 1.2.1.2.i.2. pasākuma “Inovatīvu produktu un tehnoloģiju izstrāde”” ietvaros MASOC no 2024. gada 1. jūnija līdz 2027. gada 31. decembrim īsteno projektu Nr. 1.2.1.2.i.2/1/24/A/CFLA/008 “MASOC atbalsts zaļu produktu izstrādei”.
Projekta “MASOC atbalsts zaļu produktu izstrādei” ietvaros sabiedrība ar ierobežotu atbildību “DiGas” 2025. gada 1. decembrī uzsāka pētniecības projekta Nr. Z.3.4 “Modulāra bateriju sistēma un elastīga enerģijas pārvaldības sistēma (EMS) dzelzceļa ritošā sastāva hibridizācijai” īstenošanu.
Pētniecības projekta mērķis ir izstrādāt un demonstrēt modulāru, dzelzceļa prasībām atbilstošu litija titaniāta oksīda (LTO) bateriju sistēmu un elastīgu enerģijas pārvaldības sistēmu (EMS), kas īpaši pielāgota dzelzceļa ritošā sastāva hibridizācijai. Projekta gaitā SIA “DIGAS” īstenos divas rūpnieciskā pētījuma aktivitātes un trīs eksperimentālās izstrādes aktivitātes, paaugstinot bateriju sistēmas tehnoloģiskās gatavības līmeni no TRL4 līdz TRL7 — līdz drošam, sertificējamam un mērogojamam risinājumam dzelzceļa ritošā sastāva dekarbonizācijai. Sistēma tiks izstrādāta integrācijai DIGAS elektrību ģenerējošajā vagonā, kā arī attīstīta kā patstāvīgs produkts komercializācijai dzelzceļa ritošā sastāva ražotājiem un lokomotīvju remonta rūpnīcām.
Galvenās aktivitātes:
- Rūpnieciskie pētījumi par bateriju arhitektūru un specifikācijām atbilstoši dzelzceļa prasībām — esošo dzelzceļa bateriju sistēmu un bateriju ķīmiju (LTO, NMC, LFP u.c.) salīdzinošā analīze, piemērojamo dzelzceļa standartu un drošības prasību (EN 50155, EN 45545-2, EN 50121-3-2, IEC 62928) izpēte, kā arī lietošanas scenāriju un ekspluatācijas prasību definēšana.
- Sistēmas koncepcijas un simulācijas modeļu izstrāde — sistēmas līmeņa prasību specifikācija, modulārās bateriju sistēmas arhitektūras konceptuālais mehāniskais dizains, EMS un vadības arhitektūras un komunikācijas protokolu izstrāde, kā arī bateriju sistēmas veiktspējas simulācija reālos dzelzceļa darba ciklos.
- Bateriju moduļa detalizēts mehāniskais, elektroniskais un programmatūras dizains — moduļu mehāniskā un elektriskā konstrukcija, termiskā pārvaldība, BMS un EMS izstrāde un pilnas ražošanas dokumentācijas sagatavošana.
- Dzelzceļa bateriju sistēmas prototipa izgatavošana un laboratoriskā testēšana simulētā vidē — bateriju moduļu prototipu izgatavošana, integrācija un funkcionālā, termālā un drošības testēšana, kā arī EMS un komunikācijas funkciju validācija.
- Integrētās bateriju sistēmas eksperimentālā izstrāde un demonstrācija dzelzceļa vidē — sistēmas integrācija demonstrācijas platformā, nodošana ekspluatācijā, pilna mēroga testēšana reālos ekspluatācijas apstākļos un tehniskā faila sagatavošana sertifikācijai un industrializācijai (TRL7).
Plānotais rezultāts:
- Modulāra, dzelzceļa prasībām atbilstoša LTO bateriju sistēma ar elastīgu, atvērtu enerģijas pārvaldības sistēmu (EMS), kas demonstrēta reālā dzelzceļa vidē TRL7 līmenī.
- Validēti sistēmas koncepcijas, termiskie un elektriskie simulācijas modeļi, sistēmas līmeņa prasību specifikācija un EMS komunikācijas arhitektūra.
- Izgatavoti un laboratoriski validēti bateriju moduļu prototipi ar pielāgotu korpusu, BMS un termisko pārvaldību.
- Pilns tehniskais fails (rasējumi, materiālu saraksti, testēšanas rezultāti un atbilstības dokumentācija), kas sagatavots sistēmas sertifikācijai un industrializācijai.
Pētniecības projektu plānots realizēt līdz 2027. gada 30. jūnijam. Projekta kopējās izmaksas plānotas EUR 372 472.35, tai skaitā EUR 255 181.27 – Eiropas Savienības Atveseļošanas fonda finansējums.
Pētniecības projektu īsteno SIA “DIGAS”.
Laika posmā no 01.02.2026. līdz 30.04.2026. tika veikti šādi darbi:
Pārskata periodā DIGAS pabeidza pirmās aktivitātes trešo uzdevumu — lietošanas scenāriju un ekspluatācijas prasību definēšanu modulārai, dzelzceļa prasībām atbilstošai bateriju sistēmai un elastīgai EMS. Darba rezultātā tapa starpposma nodevums — tehniskais ziņojums par sistēmas koncepciju, kas ietver LTO un citu bateriju ķīmisko sastāvu analīzi, atbilstošu dzelzceļa pielietojumu apzināšanu un definētus lietošanas gadījumus. Šajā periodā projekts no bateriju ķīmijas un standartu izpētes pārgāja uz praktisku dzelzceļa produkta ekspluatācijas aploksnes definēšanu — jautājumiem par to, kur sistēma tiks izmantota, kādu jaudu un enerģijas apjomu tai jānodrošina un kā to fiziski integrēt, nesamazinot dzelzceļa drošību, uzturamību un sertificējamību.
Pirmkārt, tika identificēti un tehniski klasificēti dzelzceļa pielietojumi, kuros bateriju vai hibrīdpiedziņa sniedz skaidru inženiertehnisku ieguvumu: hibrīdlokomotīves, bateriju elektrovilcieni (BEMU), dīzeļa sliežu autobusu un vieglo dīzeļvilcienu modernizācija, manevru un rūpnieciskās manevru lokomotīves, maģistrālie hibrīdsastāvi, ūdeņraža un kurināmā elementu “range-extender” konfigurācijas, kā arī palīgenerģijas uzkrāšanas sistēmas. Tika definētas arī divas hibrīda enerģijas arhitektūras — sērijveida un paralēlā —, bet palīgenerģijas uzkrāšana izvirzīta kā zema riska pirmais tirgus ieejas punkts modulārajai bateriju sistēmai.
Otrkārt, tika novērtētas šo pielietojumu enerģijas un jaudas prasības reprezentatīvos dzelzceļa darba ciklos. DIGAS izstrādāja reprezentatīvas slodzes līknes un enerģijas plūsmas loģiku, parādot, kā jaudas pieprasījums mainās laikā un kā baterija var nodrošināt pīķu izlīdzināšanu, reģeneratīvās bremzēšanas enerģijas absorbēšanu, iekšdedzes dzinēja jaudas samazināšanu, klusu un bezemisiju piebraukšanu stacijām un palīgslodžu atbalstu. Īpaša uzmanība tika pievērsta sadarbības partnera SKPL (Polija) ekspluatētajam CSD Class M152.0 / Class 810 sliežu autobusam, kas definēts kā projektam ļoti būtisks demonstratora tipa lietošanas gadījums ar skaidri mērāmu ekspluatācijas ciklu — 6 km vienvirziena maršruts ar 12 turp-atpakaļ reisiem dienā. Tika definēta arī EMS četru fāžu vadības stratēģija (izbraukšanas pastiprinājums, kruīzs un uzlādes uzturēšana, reģeneratīvā bremzēšana un stāvēšana stacijā).
Treškārt, tika izvērtētas telpiskās integrācijas iespējas — zemrāmja, jumta un konteinerveida/mašīntelpas risinājumi — un uz dzelzceļa moduļiem pārnestas atlasītas automobiļu bateriju bloku konstrukcijas mācības termiskās pārvaldības, ugunsdrošības un apkalpojamības jomā. Novērtējums apstiprināja, ka nav universāla uzstādīšanas izkārtojuma visiem dzelzceļa transportlīdzekļiem un ka modulārajai bateriju sistēmai jāatbalsta sadalīta uzstādīšana, elastīga konfigurācija, droša augstsprieguma maršrutēšana, termiskā izolācija un ugunsdrošības zonējums, vienlaikus saglabājot apkalpojamus un nomaināmus moduļus un piegādātāja ziņā neatkarīgu, atvērtu EMS saskarni kā galveno produkta konkurētspējas priekšrocību.
Pārskata perioda rezultāti nodrošina tehnisko pamatu nākamajam projekta posmam — sistēmas līmeņa prasību specifikācijai, konceptuālajam mehāniskajam projektam, EMS komunikācijas arhitektūrai un simulācijas modeļiem.
Laika posmā no 01.05.2026. līdz 31.07.2026. tika veikti šādi darbi:
Pārskata periodā DIGAS pabeidza projekta 2. aktivitātes trešo starpposmu, kura nodevums ir tehniskais ziņojums par sistēmas koncepciju — modulārās dzelzceļa akumulatoru sistēmas un elastīgās enerģijas pārvaldības sistēmas (EMS) arhitektūru, EMS koncepciju un uzstādīšanas izkārtojuma variantiem. Iepriekšējā periodā definētie lietošanas scenāriji un ekspluatācijas prasības tika pārvērstas tehniski saskaņotā produkta arhitektūrā ar noteiktu elektrisko hierarhiju, mehānisko segmentāciju, dzesēšanas saskarnēm, vadības slāņiem un ritekļa uzstādīšanas loģiku, ko var virzīt tālāk uz simulāciju, detalizēto projektēšanu un prototipa izstrādi.
Sistēmas arhitektūra tika izstrādāta kā modulāra un izkliedēta enerģijas uzkrāšanas sistēma, nevis kā monolīta akumulatoru paka. Arhitektūra nodala elektroķīmisko slāni, moduļu slāni, nomaināmo paku slāni, ritekļa augstsprieguma slāni un pārraudzības vadības slāni, turklāt pakas ārējā saskarne ir apzināti neatkarīga no izmantotās elektroķīmiskās sistēmas. Par galveno izvietojuma atsauci tika izmantots 810. sērijas / M152.0 vieglais motorvagons: koncepcija paredz divas lielas nomaināmas pakas — pa vienai katrā ritekļa galā —, kas savienotas virknē, nodrošinot vilces kopnes nominālo spriegumu tuvu 600 V, vienlaikus saglabājot katras noņemamās pakas spriegumu tuvu 300 V, kas vienkāršo apkalpi un transportēšanu.
Divi elektroķīmisko sistēmu risinājumi tika izstrādāti vienā un tajā pašā arhitektūras detalizācijas līmenī. Lielas jaudas LTO koncepcija balstās uz 155 Ah prizmatiskajām šūnām 13S2P modulī, piecu virknē savienotu moduļu 65S2P apakšpakā un divu apakšpaku 130S2P pakā, veidojot maksimālā komerciālā mēroga divu paku ritekļa atsauci ar 598 V nominālo spriegumu, 310 Ah un 185,38 kWh. Paralēli izstrādātā nātrija jonu atsauces koncepcija balstās uz 200 Ah šūnu (10S2P modulis, 50S2P apakšpaka, 100S2P paka), sasniedzot 600 V nominālo spriegumu, 400 Ah un 240 kWh. Norādītās ietilpības ir apzināti izvēlētas kā mērogojamības augšējā robeža, nevis kā fiksētas prototipa prasības — tā kā atsauces riteklis ir pieslēguma hibrīda elektriskais riteklis ar reģeneratīvo bremzēšanu, ārējo uzlādi un borta nobraukuma pagarinātāju, demonstrācijas risinājumā var tikt izmantota būtiski mazāka akumulatora ietilpība.
EMS koncepcija tika izstrādāta kā ritekļa līmeņa pārraudzības slānis, kas apzināti nodalīts no akumulatoru pārvaldības sistēmas (BMS). BMS atbild par šūnu aizsardzību, balansēšanu un drošajiem strāvas, sprieguma un temperatūras ierobežojumiem, savukārt EMS šos dinamiskos ierobežojumus apvieno ar vilces pieprasījumu, ģeneratora vai lādētāja pieejamību, uzlādes stāvokli (SoC) un ritekļa stāvokli, izvēloties darbību tikai akumulatora režīmā, hibrīda atbalsta, reģeneratīvo, ārējās uzlādes vai drošā stāvokļa režīmu. Tā kā ritekļa enerģijas stratēģija nav iestrādāta šūnu piegādātāja BMS, viens un tas pats EMS ietvars spēj atbalstīt abas elektroķīmiskās sistēmas — tas ir būtiski projekta mērķim izstrādāt atvērtu, no piegādātāja neatkarīgu EMS.
Uzstādīšanas pētījumā 810. sērijas atsauces riteklim tika identificētas divas galvenās akumulatoru zonas ritekļa galos un izvērtēti gan zemvirsbūves, gan jumta izvietojuma varianti: zemvirsbūves risinājums saglabā galvenās masas zemu, savukārt jumta variants atbrīvo papildu zemvirsbūves tilpumu, taču ievieš konstrukcijas, gabarīta, smaguma centra, aerodinamikas un apkopes ierobežojumus. Vienlaikus tika noteikta apkopojamības koncepcija, kas piemērota dzelzceļa operatoriem un modernizācijas darbnīcām — pakas un apakšpakas kā identificējamas, konfigurācijas kontrolei pakļautas vienības, koncentrēti augstsprieguma un dzesēšanas šķidruma apkalpes punkti, kļūmju lokalizācija moduļa līmenī un pakas noņemšana, neiekļūstot pasažieru salonā.
Pārskata perioda rezultāti veido inženiertehnisko tiltu starp agrāko lietojuma pētniecību un nākamo projekta posmu: izstrādātā arhitektūra tiks izmantota termiskajās un elektriskajās simulācijās, dzelzceļa uzlādes, izlādes un reģeneratīvajos profilos, kļūmju scenārijos un detalizētajā sakaru protokola koncepcijā, lai noteiktu 810. sērijas risinājumam faktiski nepieciešamo akumulatora enerģiju un jaudu pirms pārejas uz detalizēto eksperimentālās izstrādes projektēšanu.