BR102014025302A2

BR102014025302A2 - sistema de frenagem para veículo e locomotiva

Info

Publication number: BR102014025302A2
Application number: BR102014025302A
Authority: BR
Inventors: Harinder S Lamba
Original assignee: Electro Motive Diesel Inc
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2015-09-29
Also published as: US20150102752A1; AU2014226991A1; CN104553818A

Abstract

sistema de frenagem para veículo e locomotiva. um sistema de frenagem para um veículo é provido. o sistema de frenagem inclui um motor de tração configurado para prover tração durante um modo de acionamento. o motor de tração é adicionalmente configurado para atuar como um gerador durante um modo de frenagem. um resistor em grelha é configurado para dissipar energia a partir do motor de tração na forma de calor residual. um módulo termoelétrico é interfaceado com o resistor em grelha. adicionalmente, o calor residual provê uma fonte de calor de alta temperatura para o módulo termoelétrico. uma fonte de calor de baixa temperatura é interfaceada com o módulo termoelétrico. a diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura provê uma energia termoelétrica.

Description

"SISTEMA DE FRENAGEM PARA VEÍCULO E LOCOMOTIVA" Campo técnico [001] A presente divulgação relaciona-se com um sistema de frenagem, e mais especificamente com um sistema de frenagem para um veiculo. Técnica anterior [002] Veículos usando um acionamento por tração para propulsão são bem conhecidos na técnica. Um acionamento por tração pode tipicamente incluir múltiplos motores de tração acoplados aos eixos das rodas. Os motores de tração podem prover tração durante um modo de acionamento. Entretanto, durante um modo de frenagem, os motores de tração podem operar como geradores. A energia elétrica gerada pelos motores de tração pode ser dissipada na forma de calor através de um resistor em grelha. Este calor pode não executar qualquer trabalho útil. Isto pode reduzir a eficiência dos veículos. [003] O pedido de patente U.S. número 2005268955 publicado divulga um sistema de recuperação de calor residual de motor diesel de locomotiva para converter calor residual da combustão do motor em trabalho útil. Um módulo termoelétrico é conectado à exaustão de motor quente para prover uma fonte de calor de alta temperatura, e o sistema de resfriamento do motor também é conectado ao módulo termoelétrico para prover uma fonte de calor de baixa temperatura. A diferença de temperatura das fontes de calor energiza o módulo termoelétrico para converter calor residual do motor em eletricidade para acionar dispositivos selecionados da locomotiva.

Sumário [004] Em uma configuração da presente divulgação, um sistema de frenagem para um veiculo é provido. O sistema de frenagem inclui um motor de tração configurado para prover tração durante um modo de acionamento. O motor de tração é adicionalmente configurado para atuar como um gerador durante um modo de frenagem. Um resistor em grelha é configurado para dissipar energia a partir do motor de tração na forma de calor residual. Um módulo termoelétrico é interfaceado com o resistor em grelha. Adicionalmente, o calor residual provê uma fonte de calor de alta temperatura para o módulo termoelétrico. Uma fonte de calor de baixa temperatura é interfaceada com o módulo termoelétrico. Uma diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura produz uma energia termoelétrica. [005] Outras características e aspectos desta divulgação serão aparentes a partir da descrição seguinte e dos desenhos anexos.

Descrição dos desenhos [006] A figura 1 é uma vista lateral de um veiculo exemplar, de acordo com uma configuração da presente divulgação; [007] A figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema de frenagem do veiculo de acordo com uma configuração da presente divulgação; [008] As figuras 3A e 3B são vistas de topo e lateral, respectivamente, de um alojamento cilíndrico, de acordo com uma configuração da presente divulgação; [009] A figura 4 é uma ilustração esquemática de um módulo termoelétrico, de acordo com uma configuração da presente divulgação; [0010] As figuras 5A e 5B são vistas de topo e lateral de um sistema de suprimento de ar interfaceado com o módulo termoelétrico, respectivamente, de acordo com uma configuração da presente divulgação; e [0011] A figura 6 é uma vista lateral de um sistema de resfriamento com o módulo termoelétrico, de acordo com uma configuração da presente divulgação.

Descrição detalhada [0012] Sempre que possível, os mesmos números de referência serão usados através de todos os desenhos para se referir às mesmas peças ou peças similares. Referindo-se à figura 1, um veículo exemplar 100 está ilustrado. O veículo 100 é uma locomotiva. Especificamente, o veículo 100 pode ser uma locomotiva diesel-elétrica, uma locomotiva elétrica, ou uma locomotiva energizada por batería. Alternativamente, o veículo 100 pode ser uma unidade múltipla elétrica, um trólebus, um metrô, ou similar. [0013] O veículo 100 inclui múltiplos pares de rodas 102 configuradas para correr sobre trilhos 103. Cada par das rodas 102 está ligado a um eixo 104 que está configurado para ser acionado por um motor de tração 106. Portanto, múltiplos motores de tração 106 podem ser providos para o acionamento das rodas 102 do veículo 100. Os motores de tração 106 são acionados por uma fonte de energia (não mostrada) do veículo 100. A fonte de energia pode ser um gerador acionado por um motor diesel, um ou mais sistemas de armazenagem de energia recarregáveis (p.ex., baterias), ou similares. Uma transmissão 107 é provida entre o motor de tração 106 e o eixo 104. Em configurações alternativas (não mostradas), o motor de tração 106 pode acionar diretamente o eixo 104. O motor de tração 106 inclui uma armadura 108 e um enrolamento de campo 110. O motor de tração 106 pode ser um motor CC, um motor CA, ou similar. [0014] O motor de tração 106 é configurado para prover tração para as rodas 102 durante um modo de acionamento.

Adicionalmente, no modo de acionamento, o enrolamento de campo 110 pode ser energizado por uma fonte de energia do veiculo 100. A armadura 108 gira em relação ao enrolamento de campo 110. Entretanto, durante um modo de frenagem, o motor de tração 106 pode atuar como um gerador, e um movimento rotativo do eixo 104 pode girar a armadura 108 para gerar energia elétrica no enrolamento de campo 110. A energia elétrica gerada no enrolamento de campo 110 pode ser dissipada na forma de calor residual. Uma pessoa ordinariamente experiente na técnica pode apreciar tal ação de frenagem como frenagem dinâmica ou regenerativa. [0015] A figura 2 ilustra uma vista esquemática de um sistema de frenagem 200 do veiculo 100, de acordo com uma configuração da presente divulgação. Um controlador de acionamento 201 pode iniciar o modo de frenagem dos motores de tração 106 ao detectar um sinal de frenagem. O sinal de frenagem pode ser gerado por um dispositivo de entrada de usuário ou um dispositivo automático (p.ex., um dispositivo de prevenção de colisão) associado com o veiculo 100. O controlador de acionamento 201 pode regular os motores de tração 106 para atuar como geradores no modo de frenagem.

Especificamente, o controlador de acionamento 201 pode atuar um ou mais comutadores (não mostrados) associados com a armadura 108 e o enrolamento de campo 110 (mostrado na figura 1) de cada um dos motores de tração 106 tal que os motores de tração 106 possam atuar como geradores. O controlador de acionamento 201 também pode ser conectado eletricamente a um resistor em grelha 202 com os enrolamentos de campo 110 dos motores de tração 106 no modo de frenagem. [0016] Um módulo termoelétrico 204 pode ser interfaceado com o resistor em grelha 202 tal que o calor residual QW a partir do resistor em grelha 202, durante o modo de frenagem, proveja uma fonte de calor de alta temperatura TH para o módulo termoelétrico 204. A fonte de calor de alta temperatura TH é interfaceada com um lado de alta temperatura SI do módulo termoelétrico 204. Adicionalmente, o módulo termoelétrico 204 inclui um lado de baixa temperatura S2 que é interfaceado com uma primeira fonte de calor de baixa temperatura TL1 e/ou uma segunda fonte de calor de baixa temperatura TL2 . Em uma configuração, a primeira fonte de calor de baixa temperatura TL1 pode incluir ar ambiente 402 provido a partir de um sistema de suprimento de ar 404.

Adicionalmente, a segunda fonte de calor de baixa temperatura TL2 pode ser um sistema de resfriamento 406. Em uma configuração, qualquer uma de a primeira e a segunda fontes de calor de baixa temperatura TL1 e TL2 pode ser seletivamente interfaceada com o módulo termoelétrico 204. Em uma configuração alternativa, um de o sistema de suprimento de ar 404 e o sistema de resfriamento 406 pode estar presente, e o módulo termoelétrico 204 ser provido com uma única fonte de calor de baixa temperatura. A fonte de calor de alta temperatura TH prove um calor QH para o módulo termoelétrico 204. Adicionalmente, a primeira e segunda fontes de calor de baixa temperatura TL1 e TL2 extraem calor QL1 e QL2, respectivamente, do módulo termoelétrico 204. Uma primeira diferença de temperatura Delta TI entre a fonte de calor de alta temperatura TH e a primeira fonte de calor de baixa temperatura TL1 pode gerar uma primeira energia termoelétrica W1 . Adicionalmente, uma segunda diferença de temperatura Delta T2 entre a fonte de calor de alta temperatura TH e a segunda fonte de calor de baixa temperatura TL2 pode gerar uma segunda energia termoelétrica W2 o que por sua vez permite o módulo termoelétrico 204 gerar uma energia termoelétr ica W que é igual a uma soma da primeira e segunda energias termoelétricas Wl, W2. Portanto, o módulo termoelétrico 204 gera a energia termoelétrica W absorvendo calor QH a partir de uma fonte de calor de alta temperatura TH que é o resistor em grelha 202. Assim, pelo menos uma porção, isto é, o calor QH do calor residual QW pode ser usada para gerar a energia termoelétrica W. [0017] Em uma configuração, um alojamento cilíndrico 302 (mostrado nas figuras 3A e 3B) pode pelo menos parcialmente encerrar o resistor em grelha 202. Adicionalmente, o módulo termoelétrico 204 pode ser provido em uma superfície externa do alojamento cilíndrico. Os detalhes do resistor em grelha 202 e do módulo termoelétrico 204 serão descritos agora com referência às últimas figuras. [0018] As figuras 3A e 3B ilustram uma vista de topo e uma vista lateral do alojamento cilíndrico 302, respectivamente, de acordo com uma configuração da divulgação. O alojamento cilíndrico 302 é ilustrado como tendo uma seção transversal circular na figura 3. Entretanto, o alojamento cilíndrico 302 pode ter qualquer outra seção transversal, tal como poligonal, elíptica, ou similar. O alojamento cilíndrico 302 pode ser fixado a membros de retenção 303 (mostrados na figura 3B) para prender o alojamento cilindrico 302 no lugar. O resistor em grelha 202 inclui múltiplos membros de resistência 206 conectados a e dispostos circunferencialmente ao redor de um membro central 208. Os membros de resistência 206 são adicionalmente conectados a um membro circunferencial 209. Os membros central e circunf erenciais 208, 209 podem prender os membros de resistência 206 para prover rigidez para o resistor em grelha 202. Os membros central e/ou circunferenciais 208, 209 podem ser conectados eletricamente aos enrolamentos de campo 110 dos motores de tração 106 (mostrados na figura 1) durante o modo de frenagem. Cada um dos membros de resistência 206 pode dissipar energia a partir dos motores de tração 106 na forma de calor residual QW durante frenagem dinâmica. O calor residual QW a partir dos membros de resistência 206 pode ser interfaceado com a superfície interna 304 do alojamento cilíndrico 302. Um ou mais ventiladores (não mostrados) podem gerar um fluxo de ar ao redor dos membros de resistência 206 para aumentar a dissipação de energia e facilitar o interfaceamento do calor residual QW a partir dos membros de resistência 206 com a superfície interna 304 do alojamento cilíndrico 302.

Adicionalmente, o módulo termoelétrico 204 inclui múltiplos dispositivos termoelétricos 306 que são providos circunferencialmente sobre a superfície externa 308 do alojamento cilíndrico 302. O lado de alta temperatura SI do módulo termoelétrico 204 está em contato com a superfície externa 308 do alojamento cilíndrico 302. Pode estar aparente que os lados de alta e baixa temperaturas Sl, S2 do módulo termoelétrico 204 podem ser os lados de alta e baixa temperaturas de cada um dos dispositivos termoelétricos 306.

Em uma configuração alternativa, os dispositivos termoelétricos 306 do módulo termoelétrico 204 podem ficar embutidos (não mostrados) dentro do alojamento cilíndrico 302. O alojamento cilíndrico 302 pode ser um bom condutor de calor tal que o calor QH a partir dos membros de resistência 206 possa ser conduzido a partir da superfície interna 304 para a superfície externa 308 do alojamento cilíndrico 302, e finalmente para o lado de alta temperatura SI do módulo termoelétrico 204. [0019] Como ilustrado na figura 3B, os dispositivos termoelétricos 306 podem se estender axialmente ao longo do alojamento cilíndrico 302. Em uma configuração, um comprimento de cada um dos dispositivos termoelétricos 306 pode ser igual a um comprimento do alojamento cilíndrico 302.

Portanto, os dispositivos termoelétricos 306 podem cobrir uma porção maior da superfície externa 308 do alojamento cilíndrico 302. Isto pode garantir que a primeira e segunda fontes de calor de baixa temperatura TL1, TL2 (mostradas na figura 2) sejam interfaceadas com os lados de alta temperatura SI dos dispositivos termoelétricos 306 e não da superfície externa 308 do alojamento cilíndrico 302. [0020] A primeira e segunda diferenças de temperaturas DeltaTl e DeltaT2 (mostradas na figura 1) podem permitir os dispositivos termoelétricos 306 produzir uma energia termoelétrica. A primeira diferença de temperatura DeltaTl pode ser seletivamente aplicada através de alguns dos dispositivos termoelétricos 306, enquanto a segunda diferença de temperatura DeltaT2 pode ser seletivamente aplicada através do resto dos dispositivos termoelétricos 306. Em uma configuração, a diferença de temperatura aplicada através de cada um dos dispositivos termoelétr icos 306 pode ser proporcional à energia termoelétrica gerada. Cada um dos dispositivos termoelétricos 306 pode ser feito de um material semicondutor, uma liga metálica, ou similar tal que cada um dos dispositivos termoelétricos 306 possa gerar a energia termoelétrica baseado na diferença de temperatura aplicada. A energia termoelétrica resulta em uma voltagem CC através de cada um dos dispositivos termoelétricos 306, resultando dessa forma em um fluxo de corrente a partir de um terminal positivo ( + ) para um terminal negativo (-) de cada um dos dispositivos termoelétricos 306. [0021] Como mostrado na figura 3, um número dos dispositivos termoelétricos 306 podem ser conectados em série com um terminal positivo de um dispositivo termoelétrico 306 conectado a um terminal negativo do dispositivo termoelétrico 306 adjacente para formar uma seção em série 314. As seções em série exemplares 314 das figuras 3A e 3B incluem quatro dos dispositivos termoelétricos 306 conectados em série.

Adicionalmente, o módulo termoelétrico 204 inclui quatro das seções em série 314. Entretanto, pode existir qualquer número de dispositivos termoelétricos 306 conectados em série para formar cada uma das seções em série 314, e pode haver qualquer número das seções em série 314. As seções em série 314 são conectadas a uma saida 316 do módulo termoelétrico 204 via conectores 318 em uma configuração em paralelo, como será explicado com referência à figura 4. [0022] A figura 4 ilustra uma vista esquemática do módulo termoelétrico 204, de acordo com uma configuração da presente divulgação. O módulo termoelétrico 204 inclui quatro das seções em série 314 conectadas em paralelo entre si via os conectores 318. Os conectores 318 são conectados eletricamente a um lado positivo ( + ) e um lado negativo (-) da sarda 316 do módulo termoelétrico 204. A energia termoelétrica W pode ser produzida na sarda 316. Cada uma das seções em série 314 inclui quatro dos dispositivos termoelétricos 306 conectados em série. Assim, uma voltagem CC através de cada um dos quatro dispositivos termoelétricos 306 é adicionada para prover uma sarda de voltagem de cada uma das seções em série 314. Entretanto, a mesma corrente flui através de cada um dos quatro dispositivos termoelétricos 306 da seção em série 314. As correntes a partir de cada uma das seções em série 314 podem ficar adicionadas nos conectores 318 e fluir para a sarda 316.

Portanto, uma sarda de voltagem a partir do módulo termoelétr ico 204 pode ser a sarda de voltagem de cada uma das seções em série 314. Adicionalmente, uma sarda de corrente do módulo termoelétrico 204 pode ser igual a uma soma das correntes a partir das seções em série 314. Em uma configuração, um diodo bloqueador (não mostrado) pode ser provido em uma extremidade de cada uma das seções em série 314. O diodo bloqueador pode garantir um fluxo unidirecional da corrente através de cada uma das seções em série 314.

Portanto, qualquer uma das seções em série 314, que não gere qualquer energia termoelétrica, não pode extrair corrente a partir de qualquer uma das outras seções em série 314, e reduzir a energia termoelétrica W do módulo termoelétrico 204. O módulo termoelétrico 204, como mostrado na figura 4, é de natureza puramente exemplar, e os dispositivos termoelétricos 305 podem ser arranjados em qualquer outra configuração em série e paralelo dentro do escopo da presente divulgação. [0023] Referindo-se de volta à figura 2, um controlador termoelétrico 210 pode regular vários aspectos do módulo termoelétrico 204, e consequentemente a energia termoelétrica W gerada pelo módulo termoelétrico 204. Em uma configuração, o módulo termoelétrico 204 pode monitorar a primeira e segunda diferenças de temperatura DeltaTl, DeltaT2 para controlar a energia termoelétrica W gerada pelo módulo termoelétrico 204. O controlador termoelétrico 210 pode detectar o modo de frenagem a partir do controlador de acionamento 201. Alternativamente, o controlador termoelétrico 210 pode detectar o modo de frenagem diretamente a partir dos motores de tração 106 ou a partir de um sinal de frenagem. Adicionalmente, o controlador termoelétrico 210 pode determinar vários parâmetros do módulo termoelétrico 204. Por exemplo, o controlador termoelétrico 210 também pode ser conectado a um ou mais sensores de temperatura associados com os dispositivos termoelétricos 306 (mostrados na figura 3). O controlador termoelétrico 210 pode determinar a diferença de temperatura através de cada um dos dispositivos termoelétricos 306 baseado em entradas a partir dos sensores de temperatura. O controlador termoelétrico 210 também pode ser conectado a vários sensores de corrente e voltagem para determinar uma produção de corrente e voltagem de cada um dos dispositivos termoelétricos 306, das seções em série 314 (mostradas na figura 4), e/ou a energia termoelétrica W do módulo termoelétrico 204. Baseado nos parâmetros mencionados anteriormente (diferenças de temperatura, produção de voltagem e corrente, etc.), o controlador termoelétrico 210 pode desconectar ou conectar eletricamente os dispositivos termoelétricos 306 e/ou as seções em série 314 para modular a voltagem e corrente na saida 316 do módulo termoelétrico 204. [0024] Como ilustrado na figura 2, a energia termoelétrica W do módulo termoelétrico 204 é roteada via as conexões elétricas 315 para prover energia para cargas 317 do veiculo 100. Em uma configuração, as cargas 317 podem incluir várias cargas elétricas auxiliares do veiculo 100. A energia termoelétr ica W pode prover uma parte de ou toda a energia requerida para as cargas auxiliares. As cargas elétricas auxiliares podem incluir luzes, dispositivos eletrônicos, bombas, equipamento de ar condicionado, etc. As cargas elétricas auxiliares também podem incluir sistemas de armazenagem de energia, tais como uma ou mais baterias. As baterias podem ser usadas para fornecer energia para vários equipamentos elétricos do veiculo 100, por exemplo, os motores de tração 106 durante o modo de acionamento. O controlador termoelétrico 210 pode determinar uma alocação da energia termoelétrica W entre as várias cargas auxiliares.

Por exemplo, o controlador termoelétrico 210 pode determinar uma proporção da saida 316 a ser usada para carregar o sistema de armazenagem de energia. O controlador termoelétrico 210 também pode determinar quando desconectar o módulo termoelétrico 204 das cargas 317 do veiculo 100. Por exemplo, os motores de tração 106 podem operar no modo de acionamento após o término do modo de frenagem.

Consequentemente, pode não haver dissipação de energia no resistor em grelha 202, e o resistor em grelha 202 começar a esfriar. Consequentemente, as diferenças de temperatura através dos dispositivos termoelétricôs 306 podem diminuir e a energia termoelétrica W também diminuir proporcionalmente. O controlador termoelétrico 210 pode monitorar a energia termoelétrica W e desconectar o módulo termoelétrico 204 das cargas 317 do veiculo 100 quando a sarda 316 cair abaixo de um limite pré-determinado. Quando durante um outro modo de frenagem, a energia termoelétrica W aumentar acima do limite pré-determinado, o controlador termoelétrico 210 pode novamente conectar o módulo termoelétrico 204 às cargas 317. [0025] O controlador termoelétrico 210 também pode controlar a primeira e segunda fontes de calor de baixa temperatura TL1 e TL2 interfaceadas com os dispositivos termoelétricos 306. Como descrito antes, a primeira fonte de calor de baixa temperatura TL1 pode ser ar ambiente 402 a partir de um sistema de suprimento de ar 404. Adicionalmente, a segunda fonte de calor de baixa temperatura TL2 pode ser o sistema de resfriamento 406 tendo um refrigerante 408. O controlador termoelétrico 210 pode controlar o sistema de suprimento de ar 404 e o sistema de resfriamento 406 para mudar a temperatura ou suprimento de ar ambiente 402 e/ou o refrigerante 408. Os detalhes do sistema de suprimento de ar 404 e do sistema de resfriamento 406 serão descritos aqui a seguir em detalhes com referência às figuras 5A, 5B e 6. [0026] As figuras 5A e 5B ilustram vistas esquemáticas de topo e lateral do sistema de suprimento de ar 404 interfaceado com o módulo termoelétrico 204, de acordo com uma configuração da presente divulgação. Vários detalhes do resistor em grelha 202 e do módulo termoelétrico 204 não foram mostrados por clareza. O sistema de suprimento de ar 404 inclui uma entrada 502, uma sarda 504, uma palheta de entrada 506, e uma palheta de salda 508. A entrada 502 pode estar em comunicação fluida com uma fonte de ar 510. Na configuração das figuras 5A e 5B, a entrada 502 e a sarda 504 podem ser aberturas localizadas em uma estrutura 512 do veiculo 100 (p.ex. , um teto do veiculo 100), e a fonte de ar 510 pode ser um ambiente externo do veiculo 100. As palhetas de entrada e sarda 506, 508 podem regular fluxo de ar ambiente 402 através da entrada e sardas 502, 504, respectivamente. Em uma configuração, um tubo de entrada (não mostrado) pode ser provido entre a entrada 502 e o alojamento cilíndrico 302 para transportar ar ambiente 402 a partir da fonte de ar 510 para o alojamento cilíndrico 302.

Adicionalmente, um tubo de sarda (não mostrado) pode ser provido entre o alojamento cilíndrico 302 e a sarda 504 para guiar ar ambiente 402 do alojamento cilíndrico 302 para a sarda 504. Adicionalmente, o sistema de suprimento de ar 404 pode incluir um ventilador (não mostrado) para aumentar um fluxo de ar ambiente 402 a partir da entrada 502 para a sarda 504. Ar ambiente 402 flui através da entrada 502, flui ao redor do módulo termoelétrico 204 disposto no alojamento cilíndrico 302, e subsequentemente flui através da sarda 504.

Ar ambiente 402 é, portanto interfaceado com o lado de baixa temperatura S2 do módulo termoelétrico 204. Na configuração das figuras 5A e 5B, ar ambiente 402 atua com uma fonte única de calor de baixa temperatura TL do módulo termoelétrico 204.

Portanto, o ar ambiente 402 extrai o calor QH do módulo termoelétrico 204. Adicionalmente, a energia termoelétrica W gerada pelo módulo termoelétrico 204 pode ser devida a uma diferença de temperatura DeltaT entre ar ambiente 402 e a fonte de calor de alta temperatura TH, que é o resistor em grelha 202. O sistema de suprimento de ar 404, como ilustrado nas figuras 5A e 5B, é de natureza puramente exemplar, e ar ambiente 402 pode ser provido para o módulo termoelétrico 204 de qualquer outra maneira. Por exemplo, ar ambiente 402 pode ser provido a partir de uma câmara do veiculo 100 que pode estar em comunicação fluida com um ambiente externo do veiculo 100. Um tubo pode rotear o fluxo a partir da câmara para o alojamento cilíndrico 302. [0027] Referindo-se às figuras 2, 5A e 5B, o controlador termoelétr ico 210 pode controlar um grau de abertura das palhetas de entrada e saida 506, 508 para regular a temperatura da fonte de calor de baixa temperatura TL interfaceada com o módulo termoelétrico 204. O módulo termoelétrico 204 também pode regular o ventilador associado com o sistema de suprimento de ar 404. Por exemplo, quando a diferença de temperatura DeltaT associada com o módulo termoelétrico 204 diminuir devido a menor dissipação de calor a partir do resistor em grelha 202, o controlador termoelétrico 210 pode aumentar uma abertura da palheta de entrada 506 e diminuir uma abertura da palheta de saida 508.

Isto pode aumentar um fluxo de ar ambiente 402 ao redor do módulo termoelétrico 204. Adicionalmente, uma velocidade do ventilador associado com o sistema de suprimento de ar 404 também pode ser aumentada. O controlador termoelétrico 210 pode ser capaz de maximizar a energia termoelétrica W a partir do módulo termoelétrico 204 para uma dada temperatura da fonte de calor de alta temperatura TH. [0028] A figura 6 ilustra o sistema de resfriamento 406 interfaceado com o módulo termoelétrico 204, de acordo com uma configuração da presente divulgação. Referência também será feita à figura 2. O sistema de resfriamento 406 inclui uma unidade de resfriamento 602, e um conduto 604. O conduto 604 é interfaceado com o lado de baixa temperatura S2 do módulo termoelétrico 204. Em uma configuração, o conduto 604 pode se ramificar em múltiplas espiras (não mostradas) ao redor do módulo termoelétrico 204. O refrigerante 408 flui a partir da unidade de resfriamento 602 e através do conduto 604 que está em contato com o módulo termoelétr ico 204.

Portanto, o sistema de resfriamento 406 atua como a segunda fonte de calor de baixa temperatura TL2 para o módulo termoelétrico 204. Adicionalmente, uma palheta de separação 606 é provida adjacente ao módulo termoelétrico 204. A palheta de separação 606 pode separar um fluxo de ar ambiente 402 de um efeito de resfriamento do conduto 604 do sistema de resfriamento 406. [0029] Em uma configuração, o sistema de resfriamento 406 pode ser um sistema de resfriamento por compressão de vapor. A unidade de resfriamento 602 pode incluir um compressor (não mostrado) para comprimir o refrigerante 408, um condensador (não mostrado) para condensar o refrigerante 408, e um dispositivo de expansão (não mostrado) para provocar uma expansão do refrigerante 408. O conduto 604 pode atuar como o evaporador do sistema de resfriamento 406. O refrigerante 408 pode, portanto extrair o calor QL2 do módulo termoelétrico 204. Em uma outra configuração, o sistema de resfriamento 406 pode ser um sistema de resfriamento do tipo de radiador onde o refrigerante 408 é resfriado por um radiador (não mostrado) usando um fluxo de ar e então circulado por uma bomba (não mostrada). Em várias outras configurações, o sistema de resfriamento 406 pode ser parte de um módulo de resfriamento existente do veiculo 100 (por exemplo, um radiador de motor) e o refrigerante 408 pode ser roteado a partir do módulo de resfriamento existente. [0030] Referindo-se às figuras 2 e 6, o controlador termoelétrico 210 pode regular o sistema de resfriamento 406 para controlar a temperatura da segunda fonte de calor de baixa temperatura TL2 interfaceada com o módulo termoelétrico 204. O controlador termoelétrico 210 pode controlar vários parâmetros, tais como um fluxo do refrigerante 408 através do conduto 604, uma temperatura do refrigerante 408 fluindo através do conduto 604 etc. Adicionalmente, o controlador termoelétrico 210 pode controlar a palheta de separação 606 para controlar uma extensão de resfriamento a partir de ar ambiente 402 e do refrigerante 408. Por exemplo, o controlador termoelétrico 210 pode decidir que ar ambiente 402 pode ser a fonte de calor de baixa temperatura para o módulo termoelétrico 204 e o sistema de resfriamento 406 não é requerido. O sistema de resfriamento 406 pode então ser desativado. O controlador termoelétrico 210 pode então atuar a palheta de separação 606 tal que ar ambiente 402 esteja em contato com todo o lado de baixa temperatura S2 do módulo termoelétrico 204. Alternativamente, o controlador termoelétrico 210 pode decidir que uma combinação de ar ambiente 402 e o sistema de resfriamento 406 podem ser usados como a primeira e segunda fontes de calor de baixa temperatura TL1 e TL2 para o módulo termoelétrico 204. O controlador termoelétrico 210 pode então atuar a palheta de separação 606 tal que uma primeira parte do lado de baixa temperatura S2 do módulo termoelétrico 204 esteja em contato com ar ambiente 402, e uma segunda parte do lado de baixa temperatura S2 do módulo termoelétrico 204 seja resfriada pelo refrigerante 408. Os dispositivos termoelétricos 306 (mostrados nas figuras 3 e 4) na primeira parte podem gerar a primeira energia termoelétrica Wl, e os dispositivos termoelétricos 306 na segunda parte podem gerar a segunda energia termoelétrica W2 . Além disso, o controlador termoelétrico 210 pode desativar o sistema de resfriamento 406 e/ou cessar um fluxo do refrigerante 408 para o conduto 604 caso o módulo termoelétrico 204 não seja usado para gerar qualquer energia termoelétrico.

Aplicabilidade industrial [0031] Os veiculos atuais usando motores de tração podem operar os motores de tração como geradores durante um modo de frenagem. A energia elétrica gerada pelos motores de tração pode se dissipada na forma de calor através de um resistor em grelha. Geralmente, este calor pode não ser utilizado para executar qualquer trabalho útil dentro do veiculo e portanto ser desperdiçado. Isto pode reduzir uma eficiência dos veiculos. [0032] A presente divulgação relaciona-se com o sistema de frenagem 200 para o veiculo 100. O veiculo 100 pode ser uma locomotiva. Especificamente, o veiculo 100 pode ser uma locomotiva diesel elétrica, uma locomotiva elétrica, ou uma locomotiva energizada por batería. Alternativamente, o veículo 100 pode ser uma unidade múltipla elétrica, um trólebus, um metrô, ou similar. [0033] O veículo 100 inclui motores de tração 106 para propulsão durante o modo de acionamento. Adicionalmente, os motores de tração 106 são operados como geradores no modo de frenagem. O resistor em grelha 202 é configurado para dissipar energia a partir dos motores de tração 106 na forma de calor residual QW. O módulo termoelétrico 204 é interfaceado com o resistor em grelha 202 tal que o calor residual QW proveja a fonte de calor de alta temperatura TH para o módulo termoelétrico 204. A fonte de calor de alta temperatura TH pode prover o calor QH para o lado de alta temperatura SI do módulo termoelétrico 204. Adicionalmente, a primeira e segunda fontes de calor de baixa temperatura TL1, TL2 são seletivamente interfaceadas com o módulo termoelétrico 204. A primeira e segunda diferenças de temperatura DeltaTl e DeltaT2 produzem a primeira e segunda energia termoelétrica Wl, W2, respectivamente. Portanto, o calor residual QW a partir do resistor em grelha 202 pode ser pelo menos parcialmente recuperado na forma do calor QH para produzir a energia termoelétrica W. A energia termoelétrica W pode ser seletivamente usada para energizar as cargas 317 do veiculo 100. Isto pode aumentar uma eficiência do veiculo 100 . [0034] Embora aspectos da presente divulgação tenham sido particularmente mostrados e descritos com referência às configurações acima, será entendido por aqueles experientes na técnica que várias configurações adicionais podem ser contempladas pela modificação das máquinas, sistemas e métodos divulgados sem se desviar do espirito e escopo do que são divulgados. Tais configurações devem ser entendidas a cair dentro do escopo da presente divulgação como determinado baseado nas reivindicações e quaisquer equivalentes das mesmas.

Claims

1. Sistema de frenagem para um veiculo, caracterizado pelo fato de compreender: - um motor de tração configurado para prover tração durante um modo de acionamento, sendo que o motor de tração é adicionalmente configurado para atuar como um gerador durante um modo de frenagem; - um resistor em grelha configurado para dissipar energia a partir do motor de tração na forma de calor residual; um módulo termoelétrico interfaceado com o resistor em grelha, sendo que o calor residual provê uma fonte de calor de alta temperatura para o módulo termoelétrico; e - uma fonte de calor de baixa temperatura interfaceada com o módulo termoelétrico, sendo que uma diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura produz uma energia termoelétrica.

2. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um controlador configurado para monitorar a diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura para controlar a energia termoelétrica.

3. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um alojamento cilíndrico pelo menos parcialmente encerrando o resistor em grelha, sendo que uma superfície interna do alojamento cilíndrico é interfaceada com o resistor em grelha.

4. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o módulo termoelétrico ser provido em uma superfície externa do alojamento cilíndrico.

5. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o módulo termelétrico ser embutido dentro do alojamento cilíndrico.

6. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o módulo termoelétrico incluir uma pluralidade de dispositivos termoelétricos conectados eletricamente em série para formar uma seção em série.

7. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o módulo termoelétrico adicionalmente incluir uma pluralidade das seções em série, e sendo que cada uma das seções em série está eletricamente conectada em paralelo com uma outra.

8. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de calor de baixa temperatura incluir ar ambiente.

9. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de calor de baixa temperatura incluir um sistema de resfriamento.

10. Locomotiva, caracterizada pelo fato de compreender: - uma fonte de energia; - um motor de tração configurado para ser acionado pela fonte de energia para prover tração durante um modo de acionamento, sendo que o motor de tração é adicionalmente configurado para atuar como um gerador durante um modo de frenagem; - um resistor em grelha configurado para dissipar energia a partir do motor de tração na forma de calor residual; - um módulo termoelétrico interfaceado com o resistor em grelha, sendo que o calor residual provê uma fonte de calor de alta temperatura para o módulo termoelétrico; e - uma fonte de calor de baixa temperatura interfaceada com o módulo termoelétrico, sendo que uma diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura provê uma energia termoelétrica.

11. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um controlador configurado para monitorar a diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura para controlar a energia termoelétrica.

12. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um alojamento cilíndrico pelo menos parcialmente encerrando o resistor em grelha, sendo que uma superfície interna do alojamento cilíndrico é interfaceada com o resistor em grelha.

13. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de o módulo termoelétrico ser provido em uma superfície externa do alojamento cilíndrico.

14. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de o módulo termoelétrico ser embutido dentro do alojamento cilíndrico.

15. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de o módulo termoelétrico incluir uma pluralidade de dispositivos termoelétricos conectados eletricamente em série para formar uma seção em série.

16. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de o módulo termoelétrico adicionalmente incluir uma pluralidade das seções em série, e sendo que cada uma das seções em série é conectada eletricamente em paralelo com uma outra.

17. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de a fonte de calor de baixa temperatura incluir ar ambiente.

18. Locomotiva, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de a fonte de calor de baixa temperatura incluir um sistema de resfriamento.

19. Sistema de frenagem para um veiculo, caracterizado pelo fato de compreender: - um motor de tração configurado para prover tração durante um modo de acionamento, sendo que o motor de tração é adicionalmente configurado para atuar como um gerador durante um modo de frenagem; - um resistor em grelha configurado para dissipar energia a partir do motor de tração na forma de calor residual; - um alojamento cilíndrico pelo menos parcialmente encerrando o resistor em grelha, sendo que uma superfície interna do alojamento cilíndrico é interfaceada com o resistor em grelha; - um módulo termoelétrico provido em uma superfície externa do alojamento cilíndrico, sendo que o calor residual provê uma fonte de calor de alta temperatura para o módulo termoelétrico; e - uma fonte de calor de baixa temperatura interfaceada com o módulo termoelétrico, sendo que uma diferença de temperatura entre a fonte de calor de alta temperatura e a fonte de calor de baixa temperatura provê uma energia termoelétrica.

20. Sistema de frenagem, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de a fonte de calor de baixa temperatura incluir pelo menos um de ar ambiente e um sistema de resfriamento.