CZ2005121A3

CZ2005121A3 - Method of supplying electric power to traffic means of conveyance and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ2005121A3
Application number: CZ20050121A
Authority: CZ
Inventors: Pohl@Jirí
Original assignee: Siemens Kolejová vozidla, s. r. o.
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-10-11

Abstract

Stacionární zásobníky (3) energie, usporádané alespon v nekterých stanicích dopravního systému, se trvale dobíjejí, pricemz svou energii, potrebnou pro dojetí dopravního prostredku do prístí nabíjecístanice, predávají dopravnímu prostredku do prístí nabíjecí stanice, predávají dopravnímu prostredku vzdy behem jeho zastavení ve stanici. Energie zestacionárního zásobníku (3) energie do zásobníku (7) energie dopravního prostredku se dodává v casovém rozmezí od 10 do 30 sekund. Pri zastavování dopravního prostredku ve stanici se snímá jeho poloha, nacez se pri dosazení predem urcené polohy dopravní prostredek uvede do mechanického kontaktu s vývody stacionárního zásobníku (3) energie, který se po detekci tohoto kontaktu elektricky pripojí k zásobníku (7) energie dopravního prostredku a ke konci zastavení se od nej nejdríve elektricky a následne mechanicky odpojí. Zarízení k provádení uvedeného zpusobu zahrnuje stacionární zásobník (3) energie, který je prostrednictvím statického menice (2) typu AC/DC svými vstupy pripojen k rozvodné síti (1) strídavého elektrického proudu, a svými výstupy je pripojen pres statický menic (4) typu DC/DC ke stacionární cásti (5) dvoupólového kontaktního ústrojí, ke které je ve funkcním stavu dodávání elektrické energie do dopravního prostredku prostrednictvím mobilní cásti (6) dvoupólového kontaktního ústrojí pripojen zásobník (7) energie dopravního prostredku, k jehoz výstupum je pripojen pres statický trakcní menic (8) alespon jeden trakcní motor (9) dopravního prostredku. Stacionární zásobník(3) energie a/nebo zásobník (7) energie dopravního prostredku muze být tvoren kondenzátorovým zásobníkem elektrické eneStationary energy reservoirs (3) arranged at least in some transport system stations are permanently recharged, while their energy needed to transport the vehicle to the charging station's ports is conveyed to the transport station at the port of the charging station, sold to the vehicle during its stop at the station. The energy of the stationary energy storage device (3) to the transport vehicle energy storage device (7) is supplied in a time range of 10 to 30 seconds. When the conveying means are stopped at the station, its position is sensed, and when the predetermined position is reached, the means of transport is brought into mechanical contact with the terminals of the stationary energy storage device (3), which is electrically connected to the vehicle energy storage device (7) upon detection of this contact. at the end of the stop, it is first electrically disconnected from it and then mechanically disconnected. The apparatus for carrying out the method comprises a stationary energy storage device (3) which is connected to the AC power supply network (1) via its AC / DC type static converter (2) and connected to the outputs via a static type converter (4) DC / DC to a stationary part (5) of a two-pole contact device, to which, in a functional state of supplying electrical energy to the conveying means via a mobile part (6) of the two-pole contact device, an energy storage device (7) is connected to which the output is connected via static a traction converter (8) at least one traction motor (9) of the conveying means. The stationary energy storage device (3) and / or the transport vehicle energy storage device (7) may be formed by a capacitor reservoir electrically.

Description

Stacionární zásobníky (3) energie, uspořádané alespoň v některých stanicích dopravního systému, se trvale dobíjejí, přičemž svou energii, potřebnou pro dojetí dopravního prostředku do příští nabíjecí stanice, předávají dopravnímu prostředku do příští nabíjecí stanice, předávají dopravnímu prostředku vždy během jeho zastavení ve stanici. Energie ze stacionárního zásobníku (3) energie do zásobníku (7) energie dopravního prostředku se dodává v časovém rozmezí od 10 do 30 sekund. Při zastavování dopravního prostředku ve stanici se snímá jeho poloha, načež se při dosažení předem určené polohy dopravní prostředek uvede do mechanického kontaktu s vývody stacionárního zásobníku (3) energie, který se po detekci tohoto kontaktu elektricky připojí k zásobníku (7) energie dopravního prostředku a ke konci zastavení se od něj nejdříve elektricky a následně mechanicky odpojí. Zařízení k provádění uvedeného způsobu zahrnuje stacionární zásobník (3) energie, který je prostřednictvím statického měniče (2) typu AC/DC svými vstupy připojen k rozvodné síti (1) střídavého elektrického proudu, a svými výstupy je připojen přes statický měnič (4) typu DC/DC ke stacionární části (5) dvoupólového kontaktního ústrojí, ke které je ve funkčním stavu dodávání elektrické energie do dopravního prostředku prostřednictvím mobilní části (6) dvoupólového kontaktního ústrojí připojen zásobník (7) energie dopravního prostředku, k jehož výstupům je připojen přes statický trakční měnič (8) alespoň jeden trakční motor (9) dopravního prostředku. Stacionární zásobník (3) energie a/nebo zásobník (7) energie dopravního prostředku může být tvořen kondenzátorovým zásobníkem elektrické energie, zahrnujícím vysokokapacitní dvouvrstvé kondenzátory s intrinzicky nízkou ekvivalentní sériovou rezistancí. Stacionární část (5) dvoupólovéhoThe stationary energy storage devices (3) arranged at least at some stations of the conveying system are continuously recharged, transmitting their energy required for moving the conveyance to the next charging station to the conveying means at the next charging station each time it is stopped at the station. . The energy from the stationary energy storage device (3) to the energy storage device (7) of the vehicle is supplied in a time period of from 10 to 30 seconds. When stopping the vehicle at the station, its position is sensed, and when the predetermined position is reached, the vehicle is brought into mechanical contact with the terminals of the stationary energy storage device (3), which is electrically connected to the energy storage device (7) upon detection. at the end of the stop, it is first electrically and then mechanically disconnected from it. The apparatus for carrying out the method comprises a stationary energy storage device (3) connected via a static AC / DC converter (2) to its AC grid (1) via its inputs and connected via a static converter (4) via its outputs DC / DC to the stationary part (5) of the bipolar contact device, to which the energy storage means (7) of the vehicle is connected in the operative state of supplying electrical energy to the vehicle via the mobile part (6) of the bipolar contact device, a traction converter (8) of the at least one traction motor (9) of the vehicle. The stationary energy storage device (3) and / or the energy storage device (7) of the vehicle may be formed by a capacitor energy storage device comprising high-capacity dual-layer capacitors with an intrinsically low equivalent series resistance. Stationary part (5) of two-pole

v v 4' s*v v 4 's *

Způsob dodávání elektrické energie do dopravního prostředku veřejné dopravy a zařízení k provádění tohoto způsobu.Method for supplying electric energy to a public transport vehicle and apparatus for carrying out the method.

e.f ?V 2.00V- 42.1e.f? V 2.00V-42.1

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu dodávání elektrické energie do dopravního prostředku veřejné dopravy, zejména vozidla veřejné dopravy se zastávkami pro výstup a nástup cestujících, a zařízení k provádění tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for supplying electric energy to a public transport vehicle, in particular to a public transport vehicle having stops for passengers to get out and board, and to a device for carrying out the method.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Nejrozšířenějším způsobem pohonu vozidel je v současnosti použití spalovacích motorů, využívajících kapalná uhlovodíková paliva. Tento druh pohonu je lehký, investičně levný, vysoce výkonný a technicky vyzrálý. Má však i některé nevýhody. Kromě hlučnosti a exhalací jde zejména o závislost na ropných produktech, jejich zásoby jsou konečné a jejich cena se zvyšuje. Tyto nevýhody nemají vozidla s elektrickým napájením. Jejich přednostmi jsou tichý a čistý provoz, využití ve srovnání s uhlovodíkovými palivy levnější elektrické energie a vysoký výkon.The most widespread method of propulsion of vehicles is currently the use of internal combustion engines using liquid hydrocarbon fuels. This type of drive is lightweight, low-cost, high-performance and technically mature. However, it also has some disadvantages. In addition to noise and exhalations, it is mainly dependence on oil products, their stocks are finite and their price increases. These drawbacks do not have vehicles with electrical power. Their advantages are quiet and clean operation, utilization of cheaper electric energy and high performance compared to hydrocarbon fuels.

Vyžadují však drahou infrastrukturu, tedy napájecí stanice a trakční vedení, která též omezuje pohyblivost vozidel s elektrickým napájením výhradně na dráhu s trakčním vedením. Jejich nevýhodou je i nerovnoměrný odběr elektrické energie z napájecí sítě, veškerá jejich stacionární energetická zařízení musí být dimenzována na jen krátkodobě působící rozjezdový výkon. Další skupinou jsou elektrická akumulátorová vozidla. Pracují čistě a tiše, avšak s ohledem na vysokou hmotnost konvenčních baterií jsou těžká, jejich dojezd je omezen a nabíjení trvá poměrně dlouho.However, they require expensive infrastructure, ie power stations and overhead lines, which also limits the mobility of electric powered vehicles solely to the overhead line. Their disadvantage is also uneven consumption of electric energy from the supply network, all their stationary power equipment must be designed for only short-term starting power. Another group is electric battery vehicles. They work cleanly and quietly, but due to the heavy weight of conventional batteries they are heavy, their range is limited and charging takes quite a long time.

V městské hromadné dopravě jsou používána vozidla různého typu v linkovém provozu, pro který je charakteristické nestálé zastavování pro výstup a nástup cestujících a opětovné se rozjíždění, rovněž i časté další zastavování mezi stanicemi podle okamžitého stavu dopravní situace. Tento způsob jízdy je energeticky dosti náročný, neboť je při něm neustále vytvářena a mařena pohybová energie.In public transport, vehicles of different types are used in regular traffic, characterized by unstable stopping for passengers to get out and boarding and starting again, as well as frequent further stops between stations according to the current state of the traffic situation. This way of driving is energy intensive, because it is constantly generated and thwarted kinetic energy.

Celosvětový trend stěhování obyvatelstva z venkova do měst vyvolává stále naléhavější potřebu kvalitní městské hromadné dopravy, neboť individuální automobilismus není z kvantitativních důvodů pro města základním řešením jejich dopravní obslužnosti. Kromě páteřových systémů, reprezentovaných například metrem železničního typu, potřebuje městská hromadná doprava i rozptylové systémy se vzdáleností zastávek 0,5 až 1 km, vyhovující pro jejich pěší dostupnost v rozmezí zhruba 5 až 10 minut. Dosud používané rozptylové (zastávkové) systémy městské hromadné dopravy mají kromě svých předností i své nedostatky. Tramvajová vozidla i související infrastruktura je příliš nákladná a po převzetí páteřové dopravy metrem jsou ve velkých městech na mnoha linkách zatíženy pod hranicí své rentability. Snaha řešit tramvajová vozidla jako nízkopodlažní vede k nesnadným technickým problémům. Přes mnohé optimistické vize jsou tramvajové systémy celosvětově v útlumu (v průběhu 20. století bylo zlikvidováno zhruba 90 % tramvajových provozů), který nadále pokračuje, nákup nových vozidel dlouhodobě odpovídá jen zhruba 25 % prosté reprodukce. Budování nových systémů či rozsáhlé nákupy nových vozidel se tak stalo výsadou jen nemnoha nejbohatších měst. Trolejbusové systémy jsou také již několik let v útlumu. Drahá infrastruktura a neoperativnost vedení linek vedou k jejich opodstatnění pouze v místech, kde jsou jejich ekologické přednosti oceněny (například městská centra, lázně a podobně). Větší územní rozlehlost nového stylu bydlení (preference rodinných domků se zahrádkami před hustou zástavbou území činžovními domy) spíše vyžaduje velký počet nepříliš zatížených línek, tedy systém, který není vázán na budování nákladné infrastruktury. Autobusy jsou nejoperativnějším a proto i nejvíce požívaným systémem městské hromadné dopravy. Přes velký pokrok jsou stále jejich nevýhodou hlučnost a exhalace. Jejich zásadním problémem je palivo, většinou motorová nafta. Z ní ve spalovacím motoru vyrobená mechanická energie (přibližně 4 kWh z jednoho litru nafty) je již v současnosti zhruba tři až čtyřikrát dražší, než elektrická energie odebíraná z distribuční sítě a s ohledem na omezenost přírodních ropných zdrojů lze již v dohledné budoucnosti reálně očekávat další nárůst její ceny. Elektrobus v sobě spojuje výhody autobusu (operativnost, flexibilita, není zapotřebí zvláštní infrastruktury) s výhodami elektrických vozidel (tichý a čistý provoz, nezávislost na uhlovodíkových palivech), ale jeho základní nevýhodou jsou elektrochemické akumulátory elektrické energie. Jejich vysoká hmotnost, nízký výkon a nevelký dojezd, dlouhá doba nabíjení, nepříliš vysoká účinnost a omezená životnost řadí stále tato vozidla spíše do kategorie pokusů, než běžného použití.The global trend of population migration from rural to urban areas is making it increasingly urgent for high-quality urban public transport, as individual motoring is not an essential solution for cities for their quantitative reasons. In addition to the backbone systems, represented for example by the railway-type subway, public transport also needs dispersion systems with a stop distance of 0.5 to 1 km, suitable for their accessibility within about 5 to 10 minutes. In addition to their merits, the scattering (stop) public transport systems used so far have their drawbacks. Tram vehicles and related infrastructure are too expensive and, after taking the subway backbone, they are burdened below their profitability in large cities on many lines. The effort to solve tram vehicles as low-floor leads to difficult technical problems. Despite many optimistic visions, tram systems are in decline worldwide (roughly 90% of tram traffic has been destroyed during the 20th century), which continues, with the purchase of new vehicles in the long term equivalent to only about 25% of simple reproduction. Building new systems or extensive purchases of new vehicles has thus become the privilege of few wealthiest cities. Trolleybus systems have also been in decline for several years. Expensive infrastructure and inoperative line management lead to their justification only in places where their environmental benefits are appreciated (eg city centers, spas, etc.). The greater territorial vastness of the new style of housing (the preference of family houses with gardens over the densely built-up area of apartment buildings) rather requires a large number of not too heavily burdened lines, a system that is not tied to building costly infrastructure. Buses are the most operative and therefore the most used public transport system. Despite the great progress they still have the disadvantage of noise and exhalation. Their major problem is fuel, mostly diesel. The mechanical energy produced in the internal combustion engine (approximately 4 kWh from one liter of diesel) is already about three to four times more expensive than the electricity drawn from the distribution network, and due to the scarcity of natural oil resources its prices. The electric bus combines the advantages of a bus (operability, flexibility, no special infrastructure required) with the advantages of electric vehicles (quiet and clean operation, independence from hydrocarbon fuels), but its main disadvantage is electrochemical accumulators of electric power. Their high weight, low power and low range, long charging time, not very high efficiency and limited lifetime still place these vehicles in the category of trials rather than normal use.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Předmětem vynálezu je způsob dodávání elektrické energie pro vozidla, zejména vozidla veřejné dopravy se zastávkami pro výstup a nástup cestujících, s využitím dobíjení jejich zásobníku energie ze stacionárního zásobníku energie, který je dobíjen z rozvodné sítě střídavého elektrického proudu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že stacionární zásobníky energie, uspořádané alespoň v některých stanicích dopravního systému, se trvale dobíjejí, přičemž svou energii, potřebnou pro dojetí dopravního prostředku do příští nabíjecí stanice, předávají zásobníku energie dopravního prostředku vždy během jeho zastavení ve stanici. Energie ze stacionárního zásobníku energie do zásobníku energie dopravního prostředku se dodává zpravidla v časovém rozmezí od 10 do 30 sekund. Při zastavování dopravního prostředku ve stanici se snímá jeho poloha, načež se při dosažení předem určené polohy dopravní prostředek uvede do mechanického kontaktu s vývody stacionárního zásobníku energie, který se po detekci tohoto kontaktu elektricky připojí k zásobníku energie dopravního prostředku a ke konci zastavení se od něj nejdříve elektricky a následně mechanicky odpojí.The object of the invention is a method of supplying electric energy to vehicles, in particular public transport vehicles with stops for passengers to get on and off, by charging their energy storage device from a stationary energy storage device that is charged from the AC grid. The invention is based on the fact that the stationary energy storage devices arranged at least in some stations of the conveying system are constantly recharged, the energy required for reaching the next charging station being transferred to the energy storage device of the vehicle during its stopping at the station. The energy from the stationary energy storage device to the energy storage device of the vehicle is generally supplied in a time period of from 10 to 30 seconds. When stopping the vehicle at the station, its position is sensed, and when the predetermined position is reached, the vehicle is brought into mechanical contact with the terminals of the stationary energy storage device, which is electrically connected to the energy storage device of the vehicle after detecting this contact. first disconnect electrically and then mechanically.

Tento způsob dodávání elektrické energie podle předloženého vynálezu, využívající dvojice zásobníků energie, má následující přednosti. Ve srovnání s vozidly se spalovacími motory odpadají exhalace a hluk a dochází k výraznému snížení nákladů na energii, neboť elektrická energie je v současnosti několikanásobně levnější než spalovacím motorem využitelná energie z uhlovodíkových paliv. Výhodou je dále pokles energetické náročnosti dopravního systému v důsledku rekuperace kinetické či potenciální energie při zastavovacím i spádovém brzdění vozidla. Ve srovnání s elektrickými vozidly s napájením pomocí trakčního vedení je zde výrazně levnější infrastruktura, namísto průběžného vedení v celé délce trasy jsou u způsobu podle vynálezu jen napájecí body v zastávkách. Při porovnání s elektrickými vozidly s napájením pomocí trakčního vedení dochází rovněž k podstatnému snížení instalovaného výkonu napájecích stanic a jejich přívodního vedení, neboť podle řešení tohoto vynálezu nejsou zatíženy krátkodobými špičkovými odběry, ale jen vyrovnaným trvale působícím výkonem, odpovídajícím střední hodnotě výkonu vozidla. Oproti elektrickým vozidlům s napájením pomocí trakčního vedení jsou vozidla využívající předložené řešení podle vynálezu výrazně flexibilnější, nejsou vázána na pevnou trasu a mohou používat libovolnou dopravní cestu.This method of supplying electric power according to the present invention using pairs of energy storage devices has the following advantages. Compared to vehicles with internal combustion engines, emissions and noise are eliminated and energy costs are significantly reduced, since electricity is currently several times cheaper than hydrocarbon-fuel-usable energy. Another advantage is the decrease in energy consumption of the transport system due to the recovery of kinetic or potential energy during stopping and falling braking of the vehicle. Compared to electric vehicles powered by traction lines, there is a considerably cheaper infrastructure, instead of running along the entire length of the route in the method according to the invention there are only supply points at stops. In comparison with electric vehicles with traction power supply, the installed power of the power stations and their supply lines is also considerably reduced, since according to the solution of the present invention they are not burdened by short-term peak loads but only by balanced continuous-acting power corresponding to the vehicle's mean power. Compared to electric vehicles with traction power supply, vehicles utilizing the present invention are considerably more flexible, not tied to a fixed route, and can use any transport route.

Při porovnání s elektrickými vozidly napájenými z baterie jsou vozidla využívající řešení podle vynálezu výrazně lehčí, neboť nepřevážejí energii na delší pracovní cyklus, ale jen na dojezd z jedné zastávky do druhé. Dále zde nejsou žádné dlouhé prostoje pro nabíjení baterie, typické pro elektrická vozidla napájená z baterie, neboť k doplňování energie se u předloženého vynálezu potřebuje jen čas nutný pro výstup a nástup cestujících v zastávkách.When compared to battery-powered electric vehicles, vehicles utilizing the present invention are considerably lighter since they do not transmit energy for a longer duty cycle, but only for the range from one stop to another. Furthermore, there are no long battery charging downtime typical of battery-powered electric vehicles, since only the time required for ascending and boarding passengers at the stops is needed to replenish the energy of the present invention.

Předmětem tohoto vynálezu je rovněž zařízení k provádění výše uvedeného způsobu dodávání elektrické energie. Stacionární zásobník energie, který je prostřednictvím statického měniče typu AC/DC svými vstupy připojen k rozvodné síti střídavého elektrického proudu, je svými výstupy připojen přes statický měnič typu DC/DC ke stacionární části dvoupólového kontaktního ústrojí, ke které je ve funkčním stavu dodávání elektrické energie do dopravního prostředku prostřednictvím mobilní části dvoupólového kontaktního ústrojí připojen zásobník energie dopravního prostředku, k jehož výstupům je připojen přes statický trakční měnič alespoň jeden trakční motor dopravního prostředku. K výstupům zásobníku energie dopravního prostředku může být dále připojena přes pomocný statický měnič typu DC/DC záložní trakční akumulátorová baterie. Stacionární zásobník energie a/nebo zásobník energie dopravního prostředku může být tvořen kondenzátorovým zásobníkem elektrické energie, zahrnujícím vysokokapacitní dvouvrstvé kondenzátory s intrinzicky nízkou ekvivalentní sériovou rezistancí. Tyto kondenzátory, známé pod označením UltraCaps, umožňují akumulaci elektrické energie (nabíjení a vybíjení) s velmi vysokou účinností, pracují s prakticky neomezenou životností, při výrobě, provozu a likvidaci nejsou ekologicky problémové. Jsou výkonově velmi zatížitelné, v současnosti zhruba 2 000 kW/t, jejich energetická vydatnost (která je v současné době zhruba 2 kWh/t) sice neumožňuje použití v tradičně pojatých akumulátorových vozidlech (ta by měla dojezd jen několik kilometrů), ale zcela postačuje k jízdě mezi dvěma zastávkami ve městě.The invention also relates to an apparatus for carrying out the aforesaid method of supplying electric power. The stationary energy storage device, which is connected via a static AC / DC converter through its inputs to the AC mains, is connected via its static DC / DC converter to the stationary part of the two-pole contact device to which it is in the power supply state. the energy storage means of the vehicle is connected to the vehicle by means of the mobile part of the two-pole contact device, to whose outputs at least one vehicle's motor is connected via a static traction converter. A backup traction accumulator battery can furthermore be connected to the outputs of the energy storage device of the vehicle by means of an auxiliary static converter DC / DC. The stationary energy storage device and / or the energy storage device of the vehicle may be a capacitor energy storage device comprising high capacity dual-layer capacitors with an intrinsically low equivalent series resistance. These capacitors, known as UltraCaps, allow the accumulation of electrical energy (charging and discharging) with very high efficiency, operate with virtually unlimited service life, and are not environmentally problematic in production, operation and disposal. They are very heavy-duty, currently about 2,000 kW / t, their energy yield (which is currently about 2 kWh / t) does not allow use in traditionally designed battery vehicles (which would range only a few kilometers), but quite sufficient to ride between two stops in the city.

Stacionární část dvoupólového kontaktního ústrojí může být tvořena kontaktní plochou na výložníku stožáru na nabíjecí stanici dopravního systému a mobilní část tohoto dvoupólového kontaktního ústrojí může být tvořena přívodními kontaktními prvky, uspořádanými na střeše dopravního prostředku, například tyčemi sběračů proudu dopravního prostředku. Je to jednoduché a spolehlivé zařízení.The stationary portion of the bipolar contact device may be formed by a contact surface on a mast boom at the charging station of the transport system, and the mobile portion of the bipolar contact device may be formed by supply contact elements arranged on the roof of the vehicle, for example. It is a simple and reliable device.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude dále vysvětlen na konkrétním příkladu jednoho z jeho možných provedení, a to pomocí připojených výkresů a následného popisu příkladu tohoto konkrétního provedení. Na obr.1 je názorně zobrazen pracovní cyklus stavu energie ve stacionárním zásobníku energie v nabíjecí stanici dopravního systému a v zásobníku energie dopravního prostředku, to je mobilním zásobníku. Časově je vyobrazený průběh stavu energie rozdělen na fáze jízda (včetně brzdění) dopravního prostředku a jeho zastávka v nabíjecí stanicí. Na obr.2 je základní schéma zapojení zařízení pro dodávání elektrické energie do dopravního prostředku veřejné dopravy.The invention will be further elucidated on a specific example of one of its possible embodiments by means of the attached drawings and the following description of an example of this particular embodiment. FIG. 1 illustrates a working cycle of the energy state in a stationary energy storage device in a charging station of a transport system and in a energy storage device of a vehicle, i.e. a mobile storage device. The time diagram of the energy state shown is divided into the driving (including braking) phases of the vehicle and its stop in the charging station. Fig. 2 is a schematic diagram of an electrical power supply device connection to a public transport vehicle.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

V místě pravidelných linkových zastávek dopravního prostředku veřejné dopravy pro výstup a nástup cestujících je situován stacionární zásobník 3 elektrické energie (viz obr.2), který je prostřednictvím statického měniče 2 typu AC/DC (se střídavým vstupem a stejnosměrným výstupem elektrického proudu) napájen z třífázové rozvodné elektrické sítě 1_. Tento stacionární zásobník 3 je dále prostřednictvím statického měniče 4 typu DC/DC (se stejnosměrným vstupem a stejnosměrným výstupem elektrického proudu) spojen se stacionární částí 5 dvoupólového kontaktního ústrojí, sloužícího pro předávání elektrické energie vozidlu. Ve vozidle dopravního prostředkuje uspořádán mobilní zásobník 7 energie tohoto dopravního prostředku, který je přímo spojen s mobilní částí 6 dvoupólového kontaktního ústrojí a dále je prostřednictvím statického trakčního měniče 8 spojen s trakčním motorem 9 (nebo trakčními motory) vozidla. Mobilní zásobník 7 energie dopravního prostředku může být rovněž spojen přes pomocný statický měnič 10 se záložní trakční bateriíA stationary electric energy storage device 3 (see Fig. 2), which is supplied via a static converter 2 of the AC / DC type (with an AC input and a DC output), is situated at the regular line stops of the public transport means for output and boarding of passengers. three-phase distribution networks 1. This stationary container 3 is further connected to a stationary part 5 of a two-pole contact device serving to transmit electrical energy to the vehicle by means of a static converter 4 of the DC / DC type (with DC input and DC output). In the vehicle of the vehicle, a mobile energy storage device 7 of the vehicle is provided, which is directly connected to the mobile part 6 of the two-pole contact device and further connected to the vehicle's traction motor 9 (or traction motors) via a static traction converter. The mobile energy storage device 7 of the vehicle can also be connected to a backup traction battery via a static transducer 10

11.11.

V další nabíjecí stanici dopravního systému je obdobné uspořádání s analogickým stacionárním zásobníkem 3' energie, statickým měničem 2' typu AC/DC, statickým měničem 4' typu DC/DC a stacionární částí 5' dvoupólového kontaktního ústrojí. Stacionární zásobník 3 energie je nevelkým výkonem stálé hodnoty trvale nabíjen přes statický měnič 2 typu AC/DC z třífázové rozvodné sítě 1. Při jeho nabíjení se energie rozloží do delšího času, takže se napájecí rozvodná síť 1 zatěžuje rovnoměrně, bez výkonových špiček. Přibližně za dvě až dvě a půl minuty se kondenzátory stacionárního zásobníku 3 energie nabijí na takovou energii (přibližně kWh), která s rezervou postačuje na jízdu vozidla dopravního prostředku veřejně dopravy mezi dvěma stanicemi, vzdálenými přibližně 1 km. Po příjezdu vozidla se po dobu jeho plánovaného zastavení, případně výstupu a nástupu cestujících, to je asi 10 až 30 sekund, tato energie ze stacionárního zásobníku 3 přenese do mobilního zásobníku 7 energie ve vozidle. Při zastavování dopravního prostředku ve stanici se snímá jeho poloha, načež se při dosažení její požadované hodnoty dopravní prostředek uvede do mechanického kontaktu s vývody stacionárního zásobníku 3 energie, který se po detekci tohoto kontaktu elektricky připojí k mobilnímu zásobníku 7 energie dopravního prostředku a ke konci zastavení se od něj nejdříve elektricky a následně mechanicky odpojí, čímž se eliminuje vznik elektrických výbojů.In the next charging station of the conveyor system there is a similar arrangement with an analogous stationary energy storage device 3 ', a static AC / DC converter 2', a static DC / DC converter 4 'and a stationary part of a 5' double-pole contact device. The stationary energy storage device 3 is continuously charged via a low constant value power via a static AC / DC converter 2 of the three-phase grid 1. During its charging, the energy is distributed over a longer period of time, so that the grid 1 is loaded evenly without power peaks. In about two to two and a half minutes, the capacitors of the stationary energy storage device 3 are charged to such energy (approximately kWh) that is sufficient to drive a public transport vehicle between two stations approximately 1 km away. Upon arrival of the vehicle, this energy is transferred from the stationary energy storage device 3 to the mobile energy storage device 7 of the vehicle for the period of its scheduled stopping, eventually ascending and boarding of passengers, that is about 10 to 30 seconds. When stopping the vehicle at the station, its position is sensed, and when it reaches its desired value, the vehicle is brought into mechanical contact with the terminals of the stationary energy storage device 3, which is electrically connected to the mobile energy storage device 7 is electrically and then mechanically disconnected from it, eliminating the occurrence of electrical discharges.

V době pobytu vozidla ve stanici dojde ke vzájemnému propojení stacionární části 5 dvoupólového kontaktního ústrojí s mobilní částí 6 tohoto ústrojí a prostřednictvím statického měniče 4 typu DC/DC je intenzívně předávána elektrická energie ze stacionárního zásobníku 3 do mobiiního zásobníku 7 ve vozidle. Mobilní zásobník 7 energie při jízdě vozidla napájí přes statický trakční měnič 8 trakční motor (nebo motory) 9 vozidla. V případě rekuperačního brzdění vozidla je tok energie opačný, elektrická energie, generovaná trakčním motorem 9 vozidla, napájí přes statický trakční měnič 8 mobilní zásobník 7 energie.While the vehicle is in the station, the stationary part 5 of the two-pole contact device is interconnected with the mobile part 6 of the device and the electric converter 4 of the DC / DC type intensively transfers electrical energy from the stationary storage device 3 to the mobile storage device 7 in the vehicle. The mobile energy storage device 7, while driving the vehicle, supplies the traction motor (or motors) 9 of the vehicle via the static traction converter 8. In the case of regenerative braking of the vehicle, the energy flow is the opposite, the electrical energy generated by the vehicle traction motor 9 supplies the mobile energy storage device 7 via the static traction converter 8.

V následující stanici opět dojde k propojení stacionární části 5' dvoupólového kontaktního ústrojí s mobilní částí 6 dvoupólového kontaktního ústrojí a prostřednictvím statického měniče 4' typu DC/DC je intenzívně předávána elektrická energie ze stacionárního zásobníku 3' energie do mobilního zásobníku 7’energie. Cyklus se opakuje, neboť v intervalu po sobě jedoucích vozidel veřejné dopravy dochází k obnovení zásoby elektrické energie ve stacionárních zásobnících 3,3' jejich pozvolným dobíjením elektrickou energií z rozvodné sítě 1 funkcí statických měničů 2, 2' typu AC/DC. Zásobníky 3,3', 7 energie jsou, s určitou rezervou, dimenzovány jen na energii potřebnou k jízdě vozidla mezi dvěma sousedními zastávkami. Pro případné vyrovnávání energetické bilance může být k mobilnímu zásobníku 7 energie ve vozidle též připojena přes pomocný statický měnič 10 typu DC/DC záložní akumulátorová baterie 11.At the next station, the stationary portion 5 'of the bipolar contact device is again connected to the mobile portion of the bipolar contact device 6, and the static power converter 4' of DC / DC type intensively transfers electrical energy from the stationary energy storage device 3 'to the mobile energy storage device 7'. The cycle is repeated because, in the interval of consecutive public transport vehicles, the power supply in the stationary storage tanks 3,3 'is restored by gradually charging it with electricity from the grid 1 by the function of static converters 2, 2' of the AC / DC type. The energy reservoirs 3,3 ', 7 are, with some reserve, designed only for the energy needed to travel the vehicle between two adjacent stops. A back-up accumulator battery 11 can also be connected to the mobile energy storage device 7 in the vehicle for possible balancing of the energy balance.

V horní části obr.1 je znázorněn časový průběh stavu energie A ve stacionárním zásobníku 3 energie, ve spodní části obr.1 časový průběh stavu energie A mobilního zásobníku 7 energie ve vozidle. Jak již bylo uvedeno, časově je průběh stavu energie A rozdělen na fáze jízda (včetně brzdění) dopravního prostředku ajeho zastávka v nabíjecí stanici. Ve fázi jízdy vozidla se oba zásobníky 3, 7 energie chovají samostatně, stacionární zásobník 3 se postupně nabíjí z rozvodné sítě 1, mobilní zásobník 7 energie ve vozidle se nejdříve vybíjí pohonem vozidla a před zastavením vozidla se brzděním jeho energetický stav rekuperací částečně obnoví: Ve fázi pobytu vozidla v nabíjecí stanici (v zastávce) jsou oba zásobníky, to je příslušný stacionární zásobník 3 energie a mobilní zásobník 7 energie ve vozidle, vzájemně propojeny a stacionární zásobník 3 předává energii do mobilního zásobníku 7 ve vozidle. Tento cyklus se následně opakuje.In the upper part of FIG. 1 the time course of the energy state A in the stationary energy storage device 3 is shown, in the lower part of FIG. 1 the time course of the energy state A of the mobile energy storage device 7 in the vehicle. As already mentioned, the course of the energy state A is divided into the driving (including braking) phases of the vehicle and its stop in the charging station. In the driving phase of the vehicle, both energy storage tanks 3, 7 behave independently, the stationary storage tank 3 is gradually charged from the mains 1, the mobile energy storage tank 7 in the vehicle is first discharged by driving the vehicle and partially restored to recovered The two storage tanks, i.e. the respective stationary energy store 3 and the mobile energy store 7 in the vehicle, are interconnected and the stationary store 3 transfers the energy to the mobile store 7 in the vehicle. This cycle is then repeated.

Stacionární zásobník 3 energie v nabíjecí stanici dopravního systému a mobilní zásobník 7 energie ve vozidle mohou být jednotlivě tvořeny kondenzátorovým zásobníkem elektrické energie, zahrnujícím vysokokapacitní dvouvrstvé kondenzátory s intrinzicky nízkou ekvivalentní sériovou rezistanci (nižší stejnosměrnou rezistanci než půl ohmu), tak zvanými UltraCaps. Tyto kondenzátory umožňují akumulaci elektrické energie (nabíjení a vybíjení) s velmi vysokou účinností a pracují s prakticky neomezenou životností. Při výrobě, provozu i likvidaci nepředstavují ekologické zatížení, jsou výkonově velmi zatížitelné, v současné době přibližně 2000 kW/t. Jejich energetická vydatnost, která je v současnosti přibližně 2 kWh/t, sice neumožňuje jejich použití v tradičních akumulátorových vozidlech, ale zcela postačuje k jízdě mezi dvěma zastávkami v městském systému veřejné dopravy. Skutečnost, že vozidla městské hromadné dopravy rozptylového typu každých 500 až 1 000 m zastavují pro výstup a nástup cestujících, vytváří velmi dobré možnosti pro použití zásobníků elektrické energie na bázi uvedených vysokokapacitních kondenzátorů. Vysokokapacitní kondenzátor o nevelké hmotnosti, zhruba 1 t, tedy přibližně 5 % z hmotnosti obsazeného dvouosého autobusu, je reálně ve vozidle umístitelný, a svými parametry v běžném městském terénu umožňuje poskytnout vozidlu (elektrobusu) výkon stejný, jako spalovací motor, dále energii potřebnou pro jízdu mezi dvěma sousedními zastávkami, přijímat od vozidla (elektrobusu) výkon stejný, jako třecí či dynamické brzdy, dále rekuperovanou brzdnou energii vytvořenou mezi dvěma sousedními zastávkami. Umožňuje dobít ze stacionárního zdroje zásobník energie vozidla na plnou hodnotu během několika sekund pobytu vozidla v zastávce (čas potřebný pro výstup a nástup cestujících není nutné prodlužovat).The stationary energy storage device 3 in the charging system of the transport system and the mobile energy storage device 7 in the vehicle may each consist of a capacitor energy storage device, including high-capacity double-layer capacitors with intrinsically low equivalent series resistance (lower DC resistance than half ohm). These capacitors allow the accumulation of electrical energy (charging and discharging) with very high efficiency and operate with virtually unlimited service life. During production, operation and disposal they do not pose any ecological load, they are very heavy-duty, currently approximately 2000 kW / t. Their energy yield, which is currently about 2 kWh / t, does not allow their use in traditional battery-powered vehicles, but is quite sufficient to travel between two stops in the urban public transport system. The fact that the public transport vehicles of the scattering type stop every 500 to 1 000 m for the ascent and boarding of passengers creates very good possibilities for the use of electrical energy storage devices based on the above-mentioned high-capacity capacitors. The high-capacity capacitor of light weight, about 1 t, or about 5% of the weight of the occupied biaxial bus, is realistically positioned in the vehicle and its parameters in normal urban terrain allow the vehicle (electric bus) to deliver the same power as the internal combustion engine. driving between two adjacent stops, receiving from the vehicle (electric bus) the same power as the friction or dynamic brakes, and the regenerated braking energy generated between two adjacent stops. It allows you to recharge the vehicle's energy storage device to its full value in a few seconds while the vehicle is stationary (the time required for getting off and on boarding passengers does not need to be extended).

Stacionární část 5 dvoupólového kontaktního ústrojí může být tvořena kontaktní plochou na výložníku stožáru na nabíjecí stanici dopravního systému a mobilní část 6 tohoto dvoupólového kontaktního ústrojí může být tvořena přívodními kontaktními prvky, například tyčemi sběračů proudu, uspořádanými na střeše dopravního prostředku.The stationary portion 5 of the bipolar contact device may be formed by a contact surface on the mast boom at the charging station of the conveying system, and the mobile portion 6 of the bipolar contact device may be formed by supply contact elements such as current collector rods arranged on the roof of the vehicle.

Průmyslová využitelnost vynálezuIndustrial applicability of the invention

Předložený vynález je určen pro dodávání elektrické energie do dopravního prostředku veřejné dopravy, zejména vozidla veřejné dopravy se zastávkami pro výstup a nástup cestujících.The present invention is intended to supply electrical energy to a public transport vehicle, in particular a public transport vehicle with stops for passengers to get on and off.

Claims

A method of supplying electric energy to a public transport vehicle by charging its energy storage device (7) from a stationary energy storage device (3), characterized in that the stationary energy storage devices (3) arranged at least at some stations of the transport system are they constantly recharge, transmitting their energy needed to reach the next charging station each time it is stopped at the station.

Method according to claim 1, characterized in that the energy from the stationary energy storage device (3) to the energy storage device (7) of the vehicle is supplied in a time period of 10 to 30 seconds.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that, when stopping the means of transport at the station, its position is sensed, and then, when the predetermined position is reached, the means of transport is brought into mechanical contact with the terminals of the stationary energy storage device. detecting this contact electrically connects to the energy storage device (7) of the vehicle and at the end of the stop first electrically and then mechanically disconnected therefrom.

Method for carrying out the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stationary energy storage device (3) is connected to the AC mains (1) via a static AC / DC converter (2). is connected via its outputs via a static DC / DC converter (4) to a stationary part (5) of the two-pole contact device, to which the storage device (7) is connected in the operational state of supplying electric power to the vehicle via the mobile part (6) of the two-pole contact device. ) of the power of the vehicle, to the outputs of which at least one traction motor (9) of the vehicle is connected via a static traction converter (8).

Device according to claim 4, characterized in that a backup traction accumulator battery (11) is further connected to the outputs of the energy storage device (7) of the vehicle.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the stationary energy storage device (3) and / or the energy storage device (7) of the vehicle is formed by a capacitor energy storage device comprising high-capacity dual-layer capacitors with intrinsically low equivalent series resistance.

Device according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the stationary part (5) of the two-pole contact device is formed by a contact surface on the mast boom at the charging station of the transport system and the mobile part (6) of the two-pole contact device is elements arranged on the roof of the vehicle.

Device according to claim 7, characterized in that the supply contact elements are rod collector rods of the vehicle.