专利名称：用于装载储能电力牵引车辆的特低压电能供给系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一用于装载储能电力牵引车辆的特低压电能供给系统。
背景技术：
所述特低压指几十伏数量级的电压，与有轨电车和无轨电车供给几百伏的电压的传统供给系统相对。
近年，有轨电车——通过接触式架空线路供给——因其诸多优点重新回到城市中，特别地，所述有轨电车允许大容量的和规律的旅客运输，其位于地表并且不排放废气。
这些对具有轮胎的电力牵引车辆也一样，如无轨电车。
当然，接触式架空线路——用于给车辆供电——的出现存在以下缺陷
—人口稠密地区的地面上方几米处约1000V的电压带来危险，
—妨碍消防车的进入，
—妨碍交叉路口的通行，架空线路在交叉路口的最小高度为地面上方6米，
—整个城市由于架空线路产生不美观的方面，等。
为了消除架空线路，存在不同的解决办法。
解决方法之一考虑使用有轨电车供给的所述传统电压，从750V到约1000V的直流电压，所述车辆供给通过一电线段进行，仅当所述车辆位于所述电线段上方时，该电线段自身通过地面供给。
另一解决方法是考虑给所述车辆装配一储能设备，所述储能设备在所述车站之间给予所述车辆某一最大行程，当所述车辆停在车站时，特别为此进行充电。
另一解决方法，在专利文档FR 2 825 666中描述了，考虑使用一车辆，其通过直流电压不超过60V或交流电压不超过25V的所述弱电压轨道直接供给。
但是，这三个解决方法并非完全地令人满意。
在所述第一个解决方法中，除了与地下电线安装相关的不可忽视的超额费用之外，与所述电压相关的大部分危险仍然存在，并且所述危险应当通过安全系统规律的和严密的检修来消除，尽管有磨损、天气变化等，所述安全系统应当仍然可靠。
在所述第二个解决方法中，出现的困难是储存设备的性能仍然一般，该储存设备以蓄电池或超电容为基础。
所述第三个解决方法，事实上其采用了由所述特低压轨道直接供给的电动火车模型的原理，一方面，所述可利用的瞬时功率仍然小，因为所述铁路车辆不超过几吨，所述瞬时功率存在一限定值。
另一方面，必须有新的铁路车辆机械设计，以使得所述道路不被短路，因为所述短路引起所述传统道路电流的不兼容(une incompabilité)。
此外，为了运转，链式悬吊的所述传统有轨电车需要多各子车站，称为整流站(poste de redressement)，负责在750V直流电压下提供几百甚至几千安培的供给。所述整流站设置在每隔3个、4个或5个车站的线路长度上。整流站的所述装机功率通常为兆瓦数量级。其次，所述整流站占有远不可忽视的面积和体积，为了寻找到一合适的场地，所述整流站对于工程师有时是一真正危险的地方。另外，考虑城市中通常上升的每平方米的价格，这些整流站可能成本特别高。
发明内容
本发明的目的是消除所述缺陷，并因此提出一用于装载储能电力牵引车辆的特低压电能供给系统，该系统将满足客运能力的方案、针对用电危险的安全方案和能效方案。
本发明的另一目的是显著地减少与所述传统整流站相关的约束。
本发明的另一目的是显著地简化有轨电车或无轨电车类型运输线路的基础结构。
本发明涉及一特低压电能供给系统，所述特低压电能供给系统至少用于在一道路上行驶的一电力牵引车辆，所述车辆装配有转轮，并且在所述道路上行驶，至少一牵引链作用在所述转轮上，并且公知的，所述牵引链( de traction)包括至少一电动机和该电动机控制机构，[24]所述供给系统的特征在于其包括[25]—至少一特低压电供给部件，其直接紧邻所述道路安装，[26]—互相平行的两线形电供给零件，所述零件相互毗邻或分开，其中，一第一零件与所述电供给部件的一接线端相连，且所述第二零件与所述电供给部件的另一接线端相连，[27]—至少一第一电能收集部件，其装载在所述车辆中，并与所述第一线形供给零件可动接触地放置，[28]—至少一第二电能收集部件，其同样地装载在所述车辆中，并与所述第二线形供给零件可动接触地放置，[29]—至少一电能储存部件，其装载在所述车辆中，以及[30]—至少一装载电供给部件，其与所述电能收集部件相连，并且所述装载电供给部件一方面与所述储存部件相连，另一方面与所述牵引链相连。
由于本发明所述的供给系统，所述特低压电供给部件供给所述装载电供给部件，再由该装载电供给部件供给所述储存部件，以便在下述连续阶段中，所述储存部件储存电能，直到达到其容量[32]a)在平坦余速滑动行程阶段其间，其中，所述牵引链的所述需求功率小，甚至为零，[33]b)在所述制动阶段其间，其中，另外有自所述牵引链回收电能，[34]c)以及在所述停止阶段其间，其中，所述牵引链的所述需求功率为零，[35]在所述启动阶段期间、或者一上坡期间——在该期间所述牵引链所需求的功率相对很大、或者在没有特低压供给的一余速滑行中，本发明所述电供给系统除了使用从所述特低压供给部件中提取的能量之外，还使用这样的电能该电能在所述阶段(a，b，c)中被储存在所述储存部件中，用以供给所述牵引链；并且在其它移动阶段中，所述装载电供给系统使用所述特低压供给部件的能量。
所述线形供给零件的供给源自一特低压供给部件，所述供给不出现对人而言的用电危险，并且允许充足地储存电能到所述储存部件——考虑所述运输车辆，特别是有轨电车和无轨电车类车辆的所述运转阶段，为此预设一适当的容量，用以满足所述牵引链的最大电能需求。
所述线形电供给零件可由轨道、电缆、杆或类似物组成。
所述轨道或电导体线形零件有利地安置在地面上，带电绝缘，平行并且相互间隔或毗邻。
根据本发明所述系统应用于在行驶导轨上行驶的所述有轨电车的一第一变型，所述线形供给轨道与行驶轨道分开。这种构造称为四轨道。
根据本发明所述系统针对所述同样的应用的一第二变型，所述供给轨道与所述行驶轨道合并。这种构造称为二轨道。
根据本发明所述系统针对这个应用的一第三变型，所述供给轨道之一至少与行驶轨道之一带电地合并，而所述另一供给轨道与行驶轨道带电地间隔。这种构造称为三轨道。
根据本发明所述系统的一特点，所述特低压供给部件由多个不依赖特低压的供给站组成，所述供给站安置在所述道路长度上，所述特低压供给部件或者在所述轨道之间，或者侧向地紧邻轨道。
所述不依赖特低压的供给站可安置于所述道路长度上的至少每个停车站，并且在需要的情况下——例如若所述供给站其中之一不能供给了——所述供给站之间也可以连接。
根据所述系统的另一特点，所述储存部件包括蓄电池组和复合超电容，并且所述储存部件按尺寸设计成使得满足所述牵引链的所述最大能量需求，即所述车辆起动，接着上坡的方式确定大小。
根据所述系统的另一特点，所述装载电供给部件包括至少一计算器设备，其控制将所述储存部件的能量分配给所述牵引链，并且特别地控制所述超电容的充电，控制所述超电容的选择放电，以便依据所述能量需求、行驶时序和线路损耗来供给所述牵引链，以及控制由所述储存部件收集来自转换成发电机的所述牵引链的电动机的所述车辆制动的能量。
通过所述特低压供给部件输送的所述电压可为直流48V。有利地，所述轨道之一承载直流电压+24V电势、所述另一个轨道承载直流电压-24V电势——所述电势相对于地面电势——所述电压可适用于所述车辆以及所述道路的所述结构。
例如，当所述轨道为了避免与人手接触而掩埋时，所述电供给部件的所述电压可达到120V，所述轨道之一为+60V电势，所述另一轨道为-60V电势——相对于地面电势。
自然地，本发明所述供给系统同样地供给所述车辆的所述附加配件，例如照明、供暖、空调等……
[49]借助于非限制性实施例，并参照附图，本发明由下文说明，其中[50]图1示出应用在一有轨电车上的本发明的供给系统的一实施方式的功能示意图；[51]图2a、2b和2c图解示出随着一路径的展开，分别地在所述牵引链、在所述储存部件以及在所述特低压供给部件中不同的瞬时功率；[52]图3示出本发明所述供给系统的一变型，该变型使用放置在每个停车站上并且在全部线路长度上都有的特低压电供给站；[53]图4是所述车辆装载电供给部件的一电路图；[54]图5a、5b示出用于具有轮胎的电力牵引车辆——无轨电车类型——的电能收集器的实例；具体实施方式
[55]图1示出本发明所述供给系统的一配置，称为四轨道配置，其用于有轨电车类型的一铁道车辆。所述系统包括一特低压电供给部件10，所述特低压电供给部件紧邻至少一铁道20安装，所述铁道具有两行驶轨道21、22，所述车辆在所述行驶轨道上移动。
在所述行驶轨道之间，安置有两电供给轨道41、42，其相互平行并且平行于所述行驶轨道，其中所述第一电供给轨道41与所述电供给部件的一接线端11相连，所述第二电供给轨道42与所述电供给部件的另一接线端12相连。
在所述铁道上行驶一铁道车辆30，该铁道车辆包括与所述车辆相连的四个转轮31。在所述铁道车辆中装载有一第一电能收集部件51和一第二电能收集部件52，这些收集部件分别与所述轨道41和所述轨道42可动(滑动)接触放置。
在所述铁道车辆中还装载一电能储存部件60、一牵引链70和与所述电收集部件51、52相连的一装载电供给部件80，该装载电供给部件一方面与所述储存部件60电连接，另一方面与所述牵引链70电连接。
图2a、2b、2c示出在一出发车站和一到达车站之间的一行程进度(le déroulement d′un trajet)。所述行程包括连续运行的四阶段[60]—一启动或加速阶段，记为阶段1，[61]—一恒速行驶或余速滑行(course sur l′erre)阶段，记为阶段2，[62]—一制动或减速阶段，记为阶段3，[63]—一停止在到达车站阶段，记为阶段4。
所述阶段1是需要最大能量的阶段，因为所述铁道车辆要从停止到一行进速度。所述牵引链需要的所述瞬时功率很大，对于一有轨电车或一无轨电车通常为几百KW，在本发明所述情况下，所述牵引链需要的所述瞬时功率为800KW，其中650KW由所述储存部件60提供，150KW由所述特低压供给部件10提供。
所述阶段2是维持所述速度的一阶段。在这个阶段，所述牵引链需要的所述功率在一平坦路径上正常为零，即使维持一足够克服摩擦的值，所述牵引链需要的所述功率仍然小。
所述阶段3是这样的阶段在该阶段，相反地，可收集所述车辆从制动直到停止时的能量。从所述牵引链收集的所述瞬时功率可能很大，对于一有轨电车或一无轨电车达到几百KW数量级，在本发明所述情况下，来自所述牵引链70的瞬时功率为400KW，。
所述阶段4是在停止在停车站的阶段，在此期间，乘客上下车。所述储存部件60结束充电，如图2c中t＝80s时刻所示。在此阶段中，除了一直都需要供给所述车辆所述配件(照明、供暖、空调，等)的能量之外，所述车辆不消耗能量。
回到图1，示出的单箭头和双箭头表示按照不同阶段在不同元件之间的能量转移方向。
所述阶段1是所述启动阶段。所述牵引链70需要许多能量，其通过离开所述供给部件80并且指向所述牵引链70的一双箭头表示。这个能量主要地由所述储存部件60提供——其通过指向所述供给部件80的一双箭头表示，并且次要地由所述特低压供给部件10提供——其通过指向所述供给部件80的一单箭头表示。
所述阶段2是所述余速滑行阶段，在此期间，所述牵引链不需要能量。因此没有指向所述牵引链的箭头，相反，所述储存部件的充电从所述供给部件10开始进行——其通过指向所述供给部件80的一单箭头和离开所述供给部件80指向所述储存部件60的另一箭头表示。
所述阶段3是所述制动阶段，在此期间，从所述牵引链70处收集能量——其通过指向所述供给部件80的一双箭头和指向所述储存部件60的另一双箭头表示。所述储存部件60的充电在此主要地通过收集所述制动能量且次要地通过所述特低压供给部件10(图1中通过指向所述供给部件80的一单箭头表示)来实现。
所述阶段4是在所述停车站的停止阶段，在此期间，所述储存部件的充电结束——其通过指向所述供给部件80和指向所述储存部件60的一单箭头表示。
如此类推。
如图2a、2b和2c所示，基于所述四阶段的一整体图表显示一瞬时功率，该瞬时功率可以很大，例如一有轨电车的所述阶段1中所述牵引链的瞬时功率为800KW，所述瞬时功率由所述储存部件和所述特低压供给部件提供，但所述路径全部时间上的所述平均功率明显地很弱，作为示例为150KW，这对应于所述特低压供给部件的功率。所述阶段3对应于通过制动收集的能量，其具有一相对很大的功率，约400KW，其由所述储存部件从所述牵引链处收集。
由所述特低压电供给系统10输送的所述平均功率作为实例来自于在每个供给轨道上的一直流电压+48V和-48V。
因此，根据本发明的所述供给系统通常以如下方式工作[77]—在所述牵引链不需要电能的阶段期间，所述装载电供给部件80对所述储存部件60充电，直到达到所述储存部件最大容量， —在所述牵引链需要电能的阶段期间，所述装载电供给部件80主要地从所述储存部件60中获取必须的所述能量。
所述储存部件以满足所述牵引链的最大的能量需求——即所述车辆起动并接着上坡——的方式确定尺寸。
在所述连续阶段的进程中，所述特低压供给部件10提供一基本恒定的功率。如果所述车辆停止，并且除了同样地由所述特低压供给部件10供给的附件(照明、供暖、空调)之外，假设所述储存部件达到其最大容量，所述功率甚至可变为零。
上文描述了图1示出的一电受流(captage)的配置，但该受流可根据其它配置实现。
根据没有图示出的配置之一，所述电供给轨道41与所述铁道的两行驶轨道中的至少一个21或22合并，而所述电供给轨道42与这些轨道分开。这个配置称为三轨道配置，其需要平行于所述行驶轨道的一辅助轨道，但所述配置具有与传统的铁道车辆兼容的优点，其中，所述传统的铁道车辆公开了这样的技术在所述铁道车辆经过的情况下，使所述铁道车辆在其上行进的行驶轨道短路。所述配置同样与所述传统道路的线路兼容。
根据没有在图中示出的另一配置，所述电供给轨道41和42与所述道路的所述行驶轨道21和22合并。这种配置称为两轨道配置，其节省了用于电供给的两平行轨道的铺设。但这个情况下，所述铁道车辆不应当如通常情况那样将所述轨道置于短路，因为这将变成使所述特低压供给部件短路。
根据另一配置，其没有行驶轨道，而仅有电供给轨道41、42。这个配置同样地称为2轨道配置，适用于具有轮胎的电力牵引车辆，例如无轨电车和电公共汽车。另外，由于所述特低压的使用，所述电供给轨道以最小的方式有利地毗邻所述必须的土木工程(ouvrages de génie civil)。
本发明所述系统的优点之一是所述系统摆脱了接触式架空线路，且优化了能量效率，这是因为所述能量的收集在每个车辆中进行，不依赖于在道路上运行的其它车辆。由此得出，所述特低压供给部件相对于一兆瓦数量级功率的传统供给站有相对小的功率和减小的体积。
因此，可设计一通过特低压供给站供给的城市运输线路，所述特低压供给站沿所述道路分布，并且因为其相对适中的功率——几十KW数量级，所述供给站可集成于所述停车站。
图3示出一城市运输线路，其包括与沿所述道路的所述停车站(N，N+1，等)集成的特低压供给部件或特低压供给站(10n，10n+1，等)。根据图3，对于所述阶段1、2，所述车站N的特低压供给部件——记为10n——供给所述车辆30的装载电供给部件80，所述车辆从所述车站N离开、驶向所述车站N+1，而对于所述阶段3、4，所述车站N+1的特低压供给部件——记为10n+1——供给所述电供给部件80。这个配置最小化焦尔效应的损耗。事实上，所述车辆理论上在的两车站的中间、距离两车站最远的位置、并且是在减少能量消耗的条件下达到最大速度是。另外，根据所述道路的外形，如果需要，仍然可在所述停车站之间加入供给部件。
通过替代使用特低压供给部件，本发明的所述系统还能节省兆瓦数量级功率的传统整流站，固然特低压供给部件数目更多，但是功率、尺寸和成本更加适中。
作为实例，一有整流桥和保护桥的50KVA/48VDC三相变压器占据小于几立方米的体积，而一传统的整流站占据几百立方米的体积。
作为实例，所述供给部件能有利地安置在所述道路或每个车站占据的面积下，因此优化由所述供给部件占据的面积。
图4是一电力牵引车辆30上的装载电供给部件80的一电路图的示意图。所述供给部件——由一点划线框限定——通过相应的所述电能收集器51、52与所述特低压供给轨道41、42相连，所述供给部件还与所述能量储存部件60和所述牵引链70相连。
所述储存部件60包括高级元件(element super)或超电容SC 61以及可能包括一蓄电池组BAT 62。
在所述储存部件处，一蓄电池组62与超电容组61联合的好处是可优化所述超电容组的尺寸，并且方便所述车辆在部分自主的局部区域(zones ponctuelles d′autonomie partielle)中行进，例如在交叉路口或在岔道或在陡的上坡路径上。
所述牵引链70包括牵引所述车辆的一电动机71，例如三相异步电动机MAS-3～；和一电动机的供给换流器72。
所述电能收集器51、52在所述轨道41、42上的位置通过下文将提及的一收集器定位设备53控制。
所述装载电供给部件80主要地包括[97]—一第一直流/直流电压变压器81，其在一共同供给总线82处允许将通过所述收集器51、52提取的电流的特低直流电压48V提高至400V直流电压。在所述400V直流电压总线上接有一充电电容86，用以在静态变压器(convertisseurs statiques)切换的过渡期间维持所述电压的基本恒定；[98]—一第二直流/直流电压变压器83，其在所述共同供给的总线83处与所述蓄电池62和所述总线相连，并且传送蓄电池62的所述电供给；[99]—适合于所述超电容61的一第三直流/直流可逆电压变压器84，其在所述400V到800V的电压范围中工作，并将所述超电容61的电供给分配到所述总线82上，并且根据所述运行阶段，通过所述总线82的电供给对所述超电容充电；[100]—一管理能量的主计算器85，其管理运行中所述车辆的运行、速度、制动、停止等。所述主计算器与没有在图中示出的次级计算器相连，所述次级计算器分别为所述超电容61的一计算器、所述蓄电池62的一计算器、所述牵引链70的一计算器、所述受流设备51、52、53的一计算器，这些计算器特别地用于其所连接的这些元件的自身管理。
所述装载电供给部件80另外包括所述超电容61与所述电容86的一放电设备(没有在图中示出)，以便例如在维护保养时使所述供给安全。
所述装载电供给部件80最后包括一蓄电池充电设备(没有在图中示出)，其通过所述受流设备直接供给，并且按所述蓄电池的计算器的控制保证所述蓄电池62的选择性充电。
对图4所述系统的运行的描述[104]所述超电容初始假设为放电，所述定位设备53控制所述收集器51、52在所述供给轨道41、42上定位。然后，所述主计算器控制所述变压器81和84，用以给所述超电容61充电直到达到其最大容量。所述主计算器85通过周期地测量确定所述车辆的位置X，以计算所述车辆30和最近的所述供给部件10之间的距离，并且从这个信息出发，所述计算器85控制所述第一变压器81，以优化所述电流的提取，例如若所述车辆远离所述特低压供给部件10，就减少所述电流强度，并在所述车辆紧邻下一个特低压供给部件时，提高所述电流强度，以减小因焦耳效应的线路损耗。
依据所述主计算机提供的所述车辆的控制指令和由此而来的所述牵引链70的电流需求，所述超电容的充电在所述车辆行驶的不同时序中实施，特别地对于所述启动阶段，所述主计算器85将控制超电容61在一相对短的时间里(10至20秒)对所述总线82施行放电，以便在这个时期内允许很大的能量进入所述牵引链70。
所述车辆的平坦行驶阶段可通过所述特低压供给轨道41、42直接供给所述牵引链70来进行，而无需所述蓄电池或者所述超电容的介入，但是所述蓄电池和所述超电容的可变充电受它们自身的计算器和所述主计算机85的指令控制。
所述车辆的减速阶段由所述主计算器85控制，该主计算器通过所述异步电动机71转换为发电机来控制所述车辆的制动。当制动时，允许在所述超电容61中收集由转换为发电机的所述电动机71提供的很大的感应电流，所述超电容可以储存该能量。通过所述异步电动机71转换为发电机反转所述换流器72中的电流方向，并通过在所述主计算器85的控制下反转在与所述超电容61相界接的所述变压器84中的电流方向，这个过程得以实现。
在一上坡行驶阶段，在所述主计算器85的指令下，所述车辆可特别地由所述蓄电池62连续供给，其中，所述蓄电池可接受所述超电容61的能量和从所述轨道41、42提取的能量之外的额外能量——该额外能量具有相对长的使用期并且具有很大的整体容量，因而无需超大尺寸的超电容。
所述车辆的停车阶段——例如在一停车站并且紧邻所述车站N的一特低压供给部件10——对应所述牵引链70的一零供给阶段，该阶段以一最大电流(因为最紧邻其电源)对所述超电容61最大限度地充电。
作为实例，对于装配有一800KW功率电动机的一有轨电车，可使用一储存部件60，该储存部件由总容量为50KWh、质量为1000kg的15个24V/136Ah的Cd/Ni蓄电池组成，且与总容量为50F/1000V的一超电容组合，并且使用其总容量25×106J的一半，所述储存部件的总质量约为3000kg。这个质量相对于所述车辆的总质量——约80吨——是很小的。
本发明同样地应用于所述具有轮胎的电力牵引车辆，例如无轨电车或电公共汽车。这个应用通过图5a和5b说明。
图5a上，所述在轮胎31′上的车辆30′在其内部带有两收集器51′、52′，所述收集器跨坐于固定在所述道路20′上的一非导体导轨23上。所述道路配设有两外侧面，所述外侧面上固定两特低压电供给轨道41′、42′。所述电能收集器51′、52′在所述车辆下面可横向地移动(如箭头所示)，并且所述电能收集器相对于所述中央位置的移动还允许在所述道路20′上自动导航所述车辆。另外，所述电能收集器可沿箭头侧向地收起，该收起在一障碍物上或在一非特低压供给区中按临时自主(autonomie provisoire)的或临时游隙(débattement provisoire)的方式进行。
图5b中，所述具有轮胎31″的车辆30″在其内部带有两收集器51″、52″，所述收集器与所述电供给轨道41″、42″接触，所述电供给轨道安置在一非导体支座24内，所述支座放置在所述道路20″下面，并且所述支座包括一雨水排出部分(没有在图中示出)。这些收集器在一障碍物上可收起，并且还可随所述车辆的自动导航横向移动。
如果所述轨道41″和42″是手不可及的，甚至更可使用相对于地面为+48V和-48V的一特低压，这相当于96V的一供给电压，因而给出两倍于+24V和-24V的功率。
在此给出本发明所述供给系统的一实施实例，在所述特定情况中是一有50座的载客量、载重总重量(PTACpoids total en charge)为13吨的一电动公共汽车。所述牵引链装配有120KW功率的一400V异步电动机。考虑一驾驶条件——满载情况下在直到50km/h的启动阶段之后紧随一在500m路程上的10m坡度高差，这需要3M焦耳的能量。
因此，所述储存部件通过2×24个EPCOS UltraCap 150F/42V的模块(modules)组装实现，所述储存部件构成一12.5F/1000V的超电容，出于实用的原因，工作在400V到800V的电压范围内。尽管有6.25M焦耳的理论能力，所述超电容用到3M焦耳，即为其理论容量的50％。所述超电容占据5m2的面积和小于2m3的体积，其质量为768kg，占所述车辆总质量的6％。
安装在所述车站上的功率适应在所述车站间的会合段的特性。所述功率为50kVA数量级。
总之，本发明所述系统可成功应用于不同类型电力牵引车辆，特别地应用于使用轨道或轮胎的公共交通车辆。
本发明的系统允许构造有以下重要优点的城市交通线路[120]—没有CO2的释放，也没有城市空气污染，[121]—没有视觉污染，[122]—接近理论最大值的能效，所述能量收集在所述车辆上进行，[123]—能耗低于使用柴油或电池的公共汽车，[124]—土木建筑基础结构的成本降低，[125]—所述电供给的基础结构的成本降低，[126]—地表面积的优化，因为不需要为安装大功率的传统整流站而占用场地。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.特低压电能供给系统，其用于在一道路(20)上行驶的至少一电力牵引车辆(30)，所述特低压电能供给系统包括—转轮(31)，其与所述车辆相连，并且在所述道路(20)上行进，以及—所述车辆的至少一牵引链(70)，其作用在所述转轮(31)上，并且以公知的方式包括至少一电动机和其控制件，—至少一特低压电供给部件(10)，其直接紧邻所述道路(20)安装，—两电供给轨道(41、42)或类似的电供给零件，其相互平行、毗邻或分开，其中，一第一电供给轨道(41)与所述电供给部件(10)的一接线端(11)相连，且所述第二电供给轨道(42)与所述电供给部件(10)的另一接线端(12)相连，—至少一第一电能收集部件(51)，其装载在所述车辆中，并与所述第一电供给轨道(41)可动接触地放置，—至少一第二电能收集部件(52)，其同样装载在所述车辆中，并与所述第二电供给轨道(42)可动接触地放置，—至少一电能储存部件(60)，其装载在所述车辆中，所述系统的特征在于所述系统包括至少一装载电供给部件(80)，该装载电供给部件与所述电能收集部件(51、52)相连，并且该装载电供给部件一方面与所述储存部件(60)相连，另一方面与所述牵引链(70)相连，并且其控制将所述储存部件(60)的能量分配给牵引链(70)，且特别地，控制所述储存部件(60)的充电和其选择放电，以便根据所述车辆的能量需求和行进时序供给所述牵引链(70)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特低压电供给部件(10)供给所述装载电供给部件(80)，再由该装载电供给部件供给所述储存部件(60)，以便在下述连续阶段中，所述储存部件储存所述电能，直到达到其容量a)在平坦处余速滑动行程阶段期间，其中，所述牵引链(70)的需求功率小，甚至为零，
b)在所述制动阶段期间，其中，另外有自所述牵引链(70)回收电能，c)以及在所述停止阶段期间，其中，所述牵引链(70)的需求功率为零，在所述启动阶段期间、或者一上坡期间——在该期间所述牵引链所需求的功率相对很大、或者在没有特低压供给的一余速滑行中，所述装载电供给系统(80)除了使用从所述特低压供给部件(10)中提取的能量之外，还使用这样的电能该电能在所述阶段(a，b，c)中被储存在所述储存部件(60)中，用以供给所述牵引链(70)；并且在其它移动阶段中，所述装载电供给系统(80)使用所述特低压供给部件(10)的能量。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述特低压供给部件(10)由多个特低压供给部件(10n、10n+1、……)构成，所述多个特低压供给部件(10n、10n+1、……)沿所述道路(20)、要么安装在所述轨道间、要么紧邻所述轨道安装，所述多个特低压供给部件(10n、10n+1、……)之间是独立的或者是相连的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，由所述电供给部件(10)提供的电压是48V直流电压，所述供给轨道之一(41)为+24V，所述另一供给轨道(42)为-24V。
5.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述储存部件(60)包括可能与蓄电池(62)结合的超电容(61)，或者包括蓄电池，并且所述储存部件按尺寸设计成使得满足所述牵引链(70)的最大能量需求，即车辆起动、接着上坡、和可能的部分自主行进。
6.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述装载电供给部件(80)包括至少一计算设备(85)，其控制将所述储存部件(60)的能量分配给所述牵引链(70)，并且特别地控制所述超电容(61)的充电，控制所述超电容的选择放电，以便根据所述能量需求、行驶时序和线路损耗来供给所述牵引链(70)，以及控制由所述储存部件(60)收集来自转换成发电机的所述牵引链(70)的电动机的所述车辆制动的能量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述装载电供给部件(80)包括
—一第一直流/直流电压变压器(81)，其允许在一共同供给总线(82)处，将由所述收集器(51、52)提取的所述电流的48V特低直流电压提高至400V直流电压；—一第二直流/直流电压变压器(83)，其与所述蓄电池(62)和所述总线(82)相连，并且传递所述蓄电池(62)的电供给至所述共同供给总线(82)处；—一第三直流/直流可换向电压变压器(84)，其与工作在400V到800V电压范围内的所述超电容(61)适配，并传送所述超电容(61)的电供给至所述总线(82)上，并且根据所述运行阶段从所述总线(82)处对所述超电容(61)充电；—一主要的能量管理计算器(85)，其管理运转中的所述车辆的运行、速度、制动、和停止，所述主要计算器(85)与次级计算器相连，所述次级计算器分别为所述超电容(61)的一计算器、所述蓄电池(62)的一计算器、所述牵引链(70)的一计算器、和所述受流设备(51、52、53)的一计算器，这些计算器更特定地致力于其所连接的这些元件的自身管理；—一安全放电设备，其为了在维修保养时置所述装载电供给部件于安全状态，以及—一蓄电池的充电设备，其直接由所述受流设备(51、52、53)供给，并且保证按所述蓄电池计算器的控制对所述蓄电池(62)进行选择性地充电。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主要计算器(85)通过周期地测量来确定所述车辆的位置X，用以计算在所述车辆(30)和最紧邻的所述供给部件(10)之间的距离，并且从这个信息出发，所述计算器(85)控制所述第一变压器(81)，以便优化所述电流的提取，例如若所述车辆远离所述特低压供给部件(10)，则减少电流强度，当所述车辆接近下一个特低压供给部件时，提高电流强度，以减小因焦耳效应的线路损失。
9.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述车辆(30)是运行在一铁路(20)上的一铁道车辆，所述铁路的行驶轨道(21、22)的至少一个可与所述供给轨道(41、42)合并，或者所述铁路的行驶轨道(21、22)与所述供给轨道分开。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述车辆是具有轮胎(30′、30″)的车辆。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电能收集部件(51′、52′；51″、52″)安置在所述车辆(30′、30″)下方，并可横向地移动以陪同在所述道路(20′、20″)的车辆(30′、30″)，并在一障碍物上或在所述供给轨道(41′、42′；41″、42″)之外可收起。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述道路(20′、20″)包括引导所述车辆(30′、30″)的轨道。
权利要求
1.特低压电能供给系统，其用于在一道路(20)上行驶的至少一电力牵引车辆(30)，所述特低压电能供给系统包括-转轮(31)，其与所述车辆相连，并且在所述道路(20)上行进，以及-所述车辆的至少一牵引链(70)，其作用在所述转轮(31)上，并且以公知的方式包括至少一电动机和其控制件，所述系统的特征在于，其包括-至少一特低压电供给部件(10)，其直接紧邻所述道路(20)安装，-两电供给轨道(41、42)或类似的电供给零件，其相互平行、毗邻或分开，其中，一第一电供给轨道(41)与所述电供给部件(10)的一接线端(11)相连，且所述第二电供给轨道(42)与所述电供给部件(10)的另一接线端(12)相连，-至少一第一电能收集部件(51)，其装载在所述车辆中，并与所述第一电供给轨道(41)可动接触地放置，-至少一第二电能收集部件(52)，其同样装载在所述车辆中，并与所述第二电供给轨道(42)可动接触地放置，-至少一电能储存部件(60)，其装载在所述车辆中，以及-至少一装载电供给部件(80)，其与所述电能收集部件(51、52)相连，并且该电供给部件一方面与所述储存部件(60)相连，而另一方面与所述牵引链(70)相连，因而所述特低压电供给部件(10)供给所述装载电供给部件(80)，再由该装载电供给部件供给所述储存部件(60)，以便在下述连续阶段中，使所述储存部件储存所述电能，直到达到其容量a)在所述平坦滑动行程阶段期间，其中，所述牵引链(70)的所述需求功率小，甚至为零，b)在所述制动阶段中，其中，另外有自所述牵引链(70)回收电能，c)以及在所述停止阶段中，其中，所述牵引链(70)的所述需求功率为零，所述启动阶段期间、或者一上坡期间——在该期间所述牵引链所需求的功率相对很大、或者在没有特低压供给的一余速滑行中，所述装载电供给系统(80)除了使用从所述特低压供给部件(10)中提取的能量之外，还使用这样的电能该电能在所述阶段(a，b，c)中被储存在所述储存部件(60)中，用以供给所述牵引链(70)；并且在其它移动阶段中，所述装载电供给系统(80)使用所述特低压供给部件(10)的能量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特低压供给部件(10)由安装在所述道路(20)的所述长度上的多个特低压供给部件(10n、10n+1、……)构成，所述多个特低压供给部件(10n、10n+1、……)沿所述道路(20)、要么安装在所述轨道间、要么紧邻所述轨道安装，所述多个特低压供给部件(10n、10n+1、……)之间是独立的或者是相连的。
3.根据上述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，由所述电供给部件(10)提供的所述电压是48V直流电压，所述供给轨道之一(41)为+24V，所述另一供给轨道(42)为-24V。
4.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述储存部件(60)包括可能与蓄电池(62)结合的超电容(61)，并且所述储存部件按尺寸设计成使得满足所述牵引链(70)的最大能量需求，即车辆起动、接着上坡、和可能的部分自主行进。
5.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述装载电供给部件(80)包括至少一计算设备(85)，其控制所述储存部件(60)的所述能量分配给所述牵引链(70)，并且特别地控制所述超电容(61)的充电，控制所述超电容的选择放电，以便根据所述能量需求、行驶时序和线路损耗来供给所述牵引链(70)，以及控制由所述储存部件(60)收集来自转换成发电机的所述牵引链(70)的电动机的所述车辆制动的能量。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述装载电供给部件(80)包括-一第一直流/直流电压变压器(81)，其允许在一共同供给的总线(82)处，由所述收集器(51、52)提取的所述电流的48V特低直流电压提高到400V直流电压；-一第二直流/直流电压变压器(83)，其与所述蓄电池(62)和所述总线(82)相连，并且传递所述蓄电池(62)的所述电供给到所述总线(82)处；-一第三直流/直流可换向电压变压器(84)，其与工作在400V到800V电压范围内的所述所述超电容(61)适配，并传送所述超电容(61)的电供给至所述总线(82)上，，并且根据所述运行阶段从所述总线(82)处对所述超电容(61)充电；-一主要的能量管理计算器(85)，其管理运转中的所述车辆的所述运行、速度、制动和停止，所述主要计算器(85)与次级计算器相连，所述次级计算器分别为所述超电容(61)的一计算器、所述蓄电池(62)的一计算器、所述牵引链(70)的一计算器和所述受流设备(51、52、53)的一计算器，这些计算器更特定地致力于其所连接的这些元件的自身管理；-一安全放电设备，其为了在维修保养时置所述装载电供给部件于安全状态，以及-一蓄电池的充电设备，其直接由所述受流设备(51、52、53)供给，并且保证按所述蓄电池计算器的控制对所述蓄电池(62)进行所述选择性地充电。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主计算器(85)通过周期地测量所述车辆的所述位置X，用以计算在所述车辆(30)和最紧邻的所述供给部件(10)之间的所述距离，并且从这个信息出发，所述计算器(85)控制所述第一变压器器(81)，以便优化所述电流的提取，例如若所述车辆远离所述特低压供给部件(10)，则减少电流强度，当所述车辆接近下一个特低压供给部件，提高电流强度，以减小线路上的因焦耳效应的线路损失。
8.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述车辆(30)是运行在一铁路(20)上的一铁道车辆，所述铁道的行驶轨道(21、22)的至少一个可与所述供给轨道(41、42)合并，或所述铁路的行驶轨道(21、22)与所述供给轨道分开。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述车辆是具有轮胎(30′、30″)的车辆，例如公共汽车或无轨电车类型的车辆，并且所述车辆能在临时自主地或通过敲打的离开其道路(20′、20″)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电能收集部件(51′、52′；51″、52″)安置在所述车辆(30′、30″)下方，并可横向地移动以陪同在所述道路(20′、20″)的车辆(30′、30″)，并在一障碍物上或离开所述供给轨道(41′、42′；41″、42″)之外可收起。
全文摘要
本发明涉及一特低压电能供给系统，其至少用于在一道路(20)上行驶的一电力牵引车辆(30)，所述特低压电能供给系统包括—至少一特低压电供给部件(10)，其直接紧邻所述道路(20)安装，—两电供给轨道(41、42)或类似的电供给零件，其相互平行、毗邻或分开，其中，一第一电供给轨道(41)与所述电供给部件(10)的一接线端(11)相连，且所述第二电供给轨道(42)与所述电供给部件(10)的另一接线端(12)相连，—至少一第一电能收集部件(51)，其装载在所述车辆中，所述第一装载电能收集部件与所述第一电供给轨道(41)可动接触地放置，—至少一第二电能收集部件(52)，其同样装载在所述车辆中，并与所述第二电供给轨道(42)可动接触地放置，—至少一电能储存部件(60)，其装载在所述车辆中，以及，—至少一装载电供给部件(80)，其与所述电能收集部件(51、52)相连，并且该电供给部件一方面与所述储存部件(60)相连，而另一方面与所述牵引链(70)相连，因而所述特低压电供给部件(10)供给所述装载电供给部件(80)，再由该装载电供给部件供给所述储存部件(60)，以便在所述行使的连续阶段中，使所述储存部件储存所述电能，直到达到其容量。
文档编号B60M3/06GK1930017SQ200580007560
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月23日 优先权日2004年2月23日
发明者埃尔韦·阿弗里亚 申请人:埃尔韦·阿弗里亚