KR20160021117A - 레일 차량의 회생 제동 에너지의 이용 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 분배 및 소비 시스템에 관한 것이며, 이는 회생 제동 수단제동 수단일 차량들의 그룹; 각각 탑재 배터리를 포함하는 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량들의 그룹; 레일 차량의 제동 동안 레일 차량에 의해 발생되는 전기 에너지를 저장하도록 구성되는 전기 에너지 저장 수단; 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 전기 에너지로 그의 탑재 배터리를 충전하기 위해, 버스 차량에 연결되도록 각각 구성되는 복수의 충전 스테이션들을 포함하며, 레일 차량들의 상기 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 전기 에너지 저장 수단에 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순 공급을 제공하도록 구성되고, 버스 차량들의 상기 그룹은 상기 미리 정해진 시간 기간 내에 전기 에너지의 적어도 상기 순 양을 실질적으로 소비하도록 구성된다.

Description

레일 차량의 회생 제동 에너지의 이용 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR UTILIZATION OF REGENERATIVE BRAKING ENERGY OF RAIL VEHICLES}

본 발명은 레일 차량들에 의해 발생되는 제동 에너지의 이용을 위한 방법에 관한 것이며, 이는 특히 상기 레일 차량들이 철도 역 또는 이에 근접하여 제동 및/또는 감속될 때 상기 레일 차량들의 제동 에너지를 변환하기 위한 회생 제동 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 레일 차량들의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 이러한 전기 에너지의 소비 및 분배를 위한 에너지 소비 및 분배 시스템에 관한 것이다.

레일 차량들의 제동 에너지의 회수를 위한 시스템이 예컨대, 그로부터 전력을 수집하기 위해 파워 공급 라인에, 팬토그래프(pantograph)를 통하여 전기적으로 연결되는 트랙 상의 레일 차량, 예컨대 열차 차량을 포함하는 에너지 회수 시스템을 설명하는 EP 1 985 490 으로부터 공지된다. 레일 차량에는 전력이 제공될 때 레일 차량의 휠들을 회전시키도록 구성되는 전기 모터가 제공된다. 레일 차량의 제동 동안 모터는 전기 에너지를 발생하기 위한 발전기로서 작동될 수 있으며, 이러한 경우 제동 동안 발생된 전기 에너지는 파워 공급 라인으로 복귀된다. 공지된 시스템은 전기 그리드로부터 레일 차량으로 전기 에너지를 공급하기 위해, 그리고 제동 동안 레일 차량으로부터 에너지를 수용하고 이 에너지를 다시 전기 그리드로 전달하기 위해 트랙을 따라 미리 정해진 위치들에 배치되는 파워 공급 스테이션들을 더 포함한다. 실시예에서, 레일 차량의 제동 동안 발생되는 에너지의 일부는 다른 레일 차량의 가속에 파워를 공급하기 위해 직접 사용되고 회생된 에너지의 나머지 부분은 파워 공급 스테이션들을 통하여 다시 전기 그리드로 전달된다.

공지된 시스템의 단점은, 레일 차량의 제동 동안 발생된 전기 에너지를 전기 그리드 내의 전달을 위해 적절한 에너지의 형태로 변환하기 위해, 복잡한 전압 조절 시스템 및/또는 파워 변환기가 파워 공급 스테이션들에 요구된다는 것이다. 파워 공급 스테이션들은 통상적으로, 전기 에너지가 전기 그리드 내로 전달되는 제 1 전압, 예컨대 10,000 V 의 전압에서 전기 그리드로부터 전기 에너지를 수용하고, 이 에너지를 실질적으로 더 낮은 제 2 전압, 예컨대 1,500 V 의 전압에서 레일 차량을 구동하기에 적절한 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 제동 동안, 레일 차량은 제 1 전압과 제 2 전압 사이인 제 3 전압에서 전기 에너지를 발생하고, 예컨대 레일 차량은 제동 동안 약 1,600 내지 1,900 V 범위의 전압을 발생한다. 결과적으로, 제 1 전압으로부터 제 2 전압으로 전기 에너지를 변환하는 것 외에, 공지된 시스템에서 파워 컨버터 및/또는 전압 조절 시스템은 제 3 전압으로부터 제 1 전압으로 에너지를 변환하도록 또한 구성되어야만 한다.

본 발명의 목적은, 제동 에너지의 효율적인 사용을 가능하게 하는, 레일 차량들의 제동 에너지의 이용을 위한 더 간단한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

이를 위해, 제 1 양태에 따르면, 본 발명은 제동 동안 전기 에너지를 발생하기 위한 회생 제동 수단이 각각 제공되는 레일 차량들의 그룹의 제동 에너지의 이용 방법을 제공하며, 레일 차량들의 상기 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 에너지 저장 수단으로의 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순(net) 공급을 제공하도록 구성되며, 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 방법은 :

- 상기 에너지 저장 수단에 제동 동안 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지를 저장하는 단계,

- 상기 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스들 그룹의 탑재 배터리들로 전기 에너지의 상기 순 양(net amount)을 전송하는 단계를 포함하고,

상기 에너지 저장 수단은 상기 레일 차량들 및 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들로부터 이격되고, 상기 에너지 저장 수단으로부터 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹으로의 전기 에너지의 상기 전송은 에너지 저장 수단으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 500 m 의 거리 내에서 수행된다.

통상적으로, 미리 정해진 시간 기간은 18 내지 24 시간의 시간 기간이며 그 동안 레일 차량들 및 전기적으로 파워가 공급된 버스들은 상업 운행으로 스케쥴링된다. 에너지의 순 공급은 에너지 저장 수단으로의 레일 차량들의 그룹에 의해 공급되는 에너지의 양에서 - 존재한다면 - 미리 정해진 시간 기간 동안 에너지 저장 수단으로부터 상기 레일 차량들에 의해 빼내어진 에너지의 양을 뺀 것과 실질적으로 동일하다. 예컨대, 18 시간의 미리 정해진 시간 기간 동안 4 대의 레일 차량들이 각각의 시간에, 제동 동안 각각 120 ㎾h 를 발생하는 에너지 저장 수단으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에서 제동된다면, 에너지 저장 수단으로부터 상기 거리 내의 레일 차량들의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 에너지의 전체 양은 120 ㎾h * 18 시간 * 4 = 8,640 ㎾h 이다. 동일한 미리 정해진 시간 기간 동안, 에너지가 레일 차량들에 의해 에너지 저장 수단으로부터 빼내어지지 않았다면, 에너지 저장 수단으로 전송되는 에너지의 순 양은 발생된 에너지의 양과 실질적으로 동일하며, 즉 이러한 예에서 8,640 ㎾h 와 실질적으로 동일하다.

실질적으로 전기 에너지의 전체 순 양이 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 탑재 배터리들에 전송되기 때문에, 실질적으로 모든 이러한 순 에너지가 상기 버스들의 이동에 파워를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 변환으로 인한 에너지 손실들은 전기 에너지를 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 탑재 배터리들로 전송하기 전에 전기 그리드로 전달하기에 적절한 형태로 전기 에너지를 변환할 필요가 없기 때문에 감소된다. 본 발명에 따른 방법은 따라서 철도 트랙을 따라 기존의 파워 공급 스테이션들을 바꿀 필요 없이 수행될 수 있다.

보통, 레일 차량의 회생 제동 수단에 의해 발생된 에너지를 내부에 상기 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 수단으로 전송하는 것은 상기 거리 내의 레일 차량의 제동 동안 일어난다.

실시예에서 레일 차량들은 공칭 전압에서 파워 라인 섹션으로부터 전기 에너지를 수용하도록 구성되며, 에너지 저장 수단은 상기 파워 라인 섹션에 직접 연결되고 실질적으로 상기 공칭 전압에서 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 레일 차량의 제동 동안 전기 에너지는 따라서 그의 회생 제동 수단으로부터 파워 라인 섹션을 통하여 에너지 저장 수단으로 전송되고, 이 파워 라인 섹션은 통상적으로 레일 차량이 이동하는 트랙을 따라 배치되고, 상기 공칭 전압에서 레일 차량에 전기 에너지를 공급하도록 구성되는 2 개의 파워 공급 스테이션들 사이의 파워 공급 라인의 일부 또는 섹션이다. 파워 라인 섹션은 통상적으로는 레일 차량이 위에서 이동하는 트랙에 실질적으로 평행하게 연장하는 컨덕터 라인 또는 컨덕터 스트립이다.

실시예에서 레일 차량들은 상기 파워 라인 섹션을 통하여 파워가 공급되도록 구성되고, 파워 라인 섹션은 파워 공급 스테이션들에 양측에 연결되며, 이 파워 공급 스테이션들은 외부 전기 그리드에 연결되고, 전력은 상기 전기 그리드로부터 상기 파워 라인 섹션으로 유동하지만, 그 역은 가능하지 않다. 레일 차량의 이동은 따라서 그리드로부터의 에너지에 의해 파워가 공급될 수 있지만, 예컨대 레일 차량의 제동 동안 발생되는 에너지는 그리드로 다시 전달되지 않는다.

실시예에서 상기 미리 정해진 시간 기간은 실질적으로 24 시간이며, 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹의 탑재 배터리들로 전송되는 에너지의 순 양은 2,000 ㎾h 또는 그 초과, 바람직하게는 6,000 ㎾h 이상이다.

실시예에서, 에너지의 순 양은 에너지 저장 수단의 최대 에너지 저장 용량보다 2 배 이상, 바람직하게는 3 배 이상만큼 더 크다. 예컨대, 7,200 ㎾h 의 에너지의 순 양이 에너지 저장 수단으로부터 미리 정해진 시간 기간에 걸쳐 탑재 배터리들에 전송될 때 2400 ㎾h 최대 에너지 저장 용량을 갖는 에너지 저장 수단이 통상적으로 충분할 것이다.

실시예에서, 에너지 저장 수단은 2.5C 와 3.5C 사이의 용량 레이팅(C-레이팅), 바람직하게는 실질적으로 3C 의 용량 레이팅을 갖는다. C-레이팅은, 에너지 저장 수단의 에너지 저장 용량이 공지될 때, 손상을 야기하지 않으면서 에너지 저장 수단으로부터 빼내어지거나 이에 공급될 수 있는 최대 전류의 표시를 제공한다. 마찬가지로, 레일 차량들에 의해 에너지 저장 수단으로부터 빼내어지거나 이에 공급될 최대 전류, 뿐만 아니라 상기 전류가 유동하는 최대 전압이 공지될 때, C-레이팅은 에너지 저장 수단에 손상을 야기하지 않으면서, 에너지 저장 수단이 최대 전압에서의 최대 전류를 처리할 수 있어야 하는 최소 에너지 저장 용량을 계산하는데 사용될 수 있다. 이러한 최소 요구 에너지 저장 용량은 하나 또는 그 초과의 레일 차량들의 제동 동안 상기 파워 라인 섹션 상의 최대 전류에 상기 하나 또는 그 초과의 레일 차량들의 제동 동안 발생되는 상기 파워 라인 섹션 상의 최대 전압으로 곱하고, 에너지 저장 수단의 C-레이팅으로 나눔으로써 계산될 수 있다. 예컨대, 상기 파워 라인 섹션과 함께 동시에 단지 하나의 레일 차량이 제동되고, 그의 제동 동안 에너지 저장 수단에 공급되는 전류가 최대 4,000 A 이고 최대 1,800 V 의 전압에서 공급되며, 에너지 저장 수단의 C 레이팅은 3 인 것이 공지될 때, 에너지 저장 수단은 적어도 4,000 A * 1,800 V * (1h / 3) = 2.4 ㎿h 의 저장 용량을 갖도록 치수가 정해져야 한다.

실시예에서 각각의 전기적으로 파워가 공급된 버스의 탑재 배터리는 상기 버스들의 최대 파워 사용에 1 시간을 곱하고 2.5 로 나눈 것과 적어도 동일한 에너지의 양을 저장하도록 치수가 정해진다. 예컨대, 가속 동안 전기적으로 파워가 공급되는 버스의 최대 파워 사용이 180 ㎾ 일 때, 즉 탑재 배터리로부터 빼내어지는 파워의 양이 임의의 시기에 180 ㎾ 또는 그 미만일 때, 버스의 탑재 배터리는 적어도 180 ㎾ * 1h / 2.5 = 72 ㎾h 의 용량을 가져야 한다. 전체의 미리 정해진 시간 기간 동안 각각의 버스의 총 에너지 소비는 통상적으로 그의 탑재 배터리의 총 에너지 저장 용량보다 실질적으로 더 높을 것이며, 예컨대 2 배 이상일 것이다.

탑재 배터리의 에너지 저장 용량 및 충전 스테이션에서의 상기 배터리의 충전에 사용되는 전압 모두가 공지될 때, 탑재 배터리를 손상시키지 않으면서 충전 스테이션에서 충전될 때 탑재 배터리가 수용할 수 있어야 하는 최대 전류는 탑재 배터리의 에너지 저장 용량을 충전 전압으로 나눔으로써 계산될 수 있다. 예컨대, 에너지 저장 용량이 72 ㎾h 이고, 충전 스테이션에서 탑재 배터리를 충전하기 위한 전압이 600 V 일 때, 탑재 배터리는 손상 없이 72 ㎾h / 600 V = 120 A 의 전류를 수용할 수 있어야 한다. 버스들의 탑재 배터리들은 따라서 에너지 저장소로부터 탑재 배터리들로 전기 에너지를 전송하기 위해 이용 가능한 충전 전류를 기본으로 하며 및/또는 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 미리 정해진 최대 에너지 사용을 기본으로 하여 치수가 정해질 수 있다.

실시예에서 미리 저장된 시간 기간 동안 임의의 시기에 에너지 저장 수단에 의해 저장된 에너지의 최대 양과 최소 양 사이의 차이는 실질적으로 에너지 저장 수단의 최대 에너지 저장 용량 미만이며, 바람직하게는 적어도 10 또는 15 배 미만이다. 이는 회생 제동 수단으로부터 에너지 저장 수단으로의 전기 에너지의 전송들의 타이밍에 의해서 이들이 그 차이가 에너지 저장 수단의 최대 저장 용량의 1/10 또는 1/15 보다 더 크게 되기 전에 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급되는 버스들의 탑재 배터리들로 이어지도록 하는 것에 의해 달성될 수 있다. 역으로, 전송 타이밍들 추정들 및 대응하는 에너지 전송 양들이 미리 정해진 시간 기간의 시작 전에 결정될 때, 적절한 최대 에너지 저장 용량을 갖는 에너지 저장 수단은 상기 추정들을 기본으로 하여 선택될 수 있다.

실시예에서, 상기 레일 차량들은 상기 미리 정해진 시간 기간이 기본으로 하는 미리 정해진 스케쥴에 따라 철도 스테이션에서 정지하고, 철도 스테이션 및 하나 또는 그 초과의 충전 스테이션들은 에너지 저장 수단으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 500 m 의 거리 내에 있다. 회생 제동 수단에 의해 발생되는 에너지의 예상되는 순 양은 따라서 레일 차량들에 대한 미리 정해진 스케쥴을 기본으로 하여 미리 계산될 수 있다. 동일한 미리 정해진 시간 기간 동안 사용되는 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 개수는 바람직하게는 이들이 적어도 에너지의 상기 예상되는 순 양을 소비하도록 선택된다. 보통은, 이러한 버스들의 예상되는 에너지 소비는 미리 정해진 버스 스케쥴을 기본으로 하여 미리 계산될 수 있다.

실시예에서 하나 초과의 충전 스테이션들은 대응 버스 정거장들에 위치되고 상기 탑재 배터리들은 상기 버스 정거장들에서의 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 정지들 동안 부분적으로 재충전된다. 탑재 배터리들이 단지 부분적으로만 재충전되기 때문에, 배터리들이 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 수 회 충전 스테이션들에서 부분적으로 재충전될 때이더라도, 통상적으로 에너지의 더 많은 양이 그의 끝에서보다 미리 정해진 시간 기간의 시작시에 탑재 배터리들에 저장될 것이다. 버스들이 상업 운행하지 않을 때, 이들의 탑재 배터리들은 적어도 이에 의해 미리 정해진 시간 기간의 시작에서 유지되는 에너지의 양으로 재충전될 수 있다.

실시예에서 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스들로의 전기 에너지 전송은 승객들이 버스 정거장에서 버스에 탑승하고/하거나 하차하는 위치들에 배치된 충전 스테이션들을 사용하여 실행된다. 바람직하게는, 버스들이 상업 운행하는 하루의 시간, 즉 통상적으로는 실질적으로 미리 정해진 시간 기간에 일치하는 버스 스케쥴에 따른 버스 시간들의 시작으로부터 종료까지 동안, 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 각각의 버스는 버스가 승객들이 상기 버스를 타거나 내리는 동안 보유되는 미리 정해진 시간 지속보다 더 길게 충전 스테이션에 연속적으로 연결되자마자 충전 스테이션으로부터 연결 해제된다. 탑승/하차를 위한 이러한 시간 지속은 바람직하게는 10 분 미만, 바람직하게는 5 분 미만이다. 따라서, 버스 스케쥴의 시작과 버스 스케쥴의 종료 사이에, 버스는 그의 탑재 배터리를 충전하기 위해 부가적으로 정지할 필요 없이 실질적으로 일정한 작동을 유지할 수 있다.

실시예에서 상기 에너지 저장 수단으로부터 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들로의 에너지의 전송은 하나 또는 그 초과의 충전 스테이션들을 사용하여, 바람직하게는 6 분 또는 그 미만의 충전 기간 내에, 바람직하게는 3 분 또는 그 미만의 충전 기간 내에 수행되며, 그 후에 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스는 상기 충전 기간의 8 또는 9 배 동안 상기 충전 스테이션으로부터 연결 해제된 채로 남아있고, 그 후에 버스는 바람직하게는 하나 또는 그 초과의 충전 스테이션들로 복귀한다. 예컨대, 버스가 충전 스테이션에서 3 분 동안 그의 탑재 배터리를 부분적으로 충전하였을 때, 이는 적어도 이후의 24 또는 27 분 동안 모든 상기 충전 스테이션들로부터 연결 해제된 채로 남아있을 것이다.

실시예에서, 미리 정해진 시간 기간 동안 충전 스테이션에서 각각의 버스를 충전하는 시간 소비의 전체 양은 미리 정해진 시간 기간의 1/9 또는 1/10 미만이다. 예컨대, 전체 미리 정해진 시간 기간 동안 버스는 평균 운행의 27 분 후에 충전 스테이션으로 복귀할 수 있고 그 후 그의 탑재 배터리들이 충전 스테이션을 다시 떠나기 전에 평균 3 분 동안 부분적으로 재충전될 수 있다.

실시예에서 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터의 전기 에너지의 전압은, 바람직하게는 전기적으로 파워가 공급된 버스의 탑재 배터리를 충전하기 위한 충전 스테이션에서, 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 이격된 위치에서, 예컨대 5 m 또는 10 m 또는 그 초과 위치에서 상기 하나 또는 그 초과의 전기적으로 파워가 공급된 버스들 또는 그의 탑재 배터리들을 충전하기에 적절한 전압으로 변환된다. 바람직하게는 과급기를 사용하여 실행되는 이러한 변환은 단지 전기적으로 파워가 공급된 버스들 중 하나 또는 그 초과가 충전 스테이션들에서 충전할 때에만 일어나야만 한다.

실시예에서 레일 차량들의 그룹의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지는 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 10 대 이상, 바람직하게는 20 대 이상, 더 바람직하게는 30 대 이상을 충전하는데 사용된다. 이러한 버스들의 수들은 레일 차량들에 의해 발생되는 순 에너지의 많은 양들을 소비할 수 있다. 바람직하게는 전체의 미리 정해진 시간 기간의 지속에 걸쳐 각각의 버스에는 에너지 저장 수단으로부터 200 ㎾h 이상의 전기 에너지가 제공된다. 예컨대, 전체의 미리 정해진 시간 기간 동안 30 대의 버스들 각각에 에너지 저장 수단으로부터 216 ㎾h 의 전기 에너지가 제공될 때, 이러한 버스들은 상기 미리 정해진 시간 기간에 걸쳐 에너지 저장 수단으로부터 6.48 ㎿h 를 빼내어간다.

가장 바람직하게는, 미리 정해진 시간 기간 동안 변환되는 전기 에너지에 의해 파워가 공급될 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 수는 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹의 버스의 평균 에너지 소비에 의해 나누어진 전기 에너지의 순 양과 적어도 실질적으로 동일하다.

실시예에서 전기 에너지 저장 수단은 상기 레일 차량들의 빈번한 제동 및/또는 감속 위치에, 예컨대 철도 스테이션 또는 철도 정거장에 위치된다. 충전 스테이션들은 바람직하게는 상기 철도 스테이션에 가까운 버스 정거장들에, 예컨대 그의 2 ㎞ 거리 내에 배치된다.

실시예에서 에너지 저장 수단은 전기 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량들의 그룹 또는 그의 탑재 배터리들로의 상기 전기 에너지 전송 동안 고정적이다. 트랙에 대한 에너지 저장 수단의 위치는 따라서 상기 에너지 전송 동안 변하지 않는다.

실시예에서, 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹으로의 에너지 전송은, 에너지 저장 수단으로부터 500 m 의 상기 거리 내 대신에, 에너지 저장 수단의 2 ㎞ 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에서 수행된다.

제 2 양태에 따르면, 본 발명은 제동 동안 전기 에너지를 발생하기 위한 회생 제동 수단이 제공되는 레일 차량들의 그룹, 그리고 각각의 버스가 그의 휠들의 구동 운동을 위한 전기 모터 그리고 상기 전기 모터에 연결되는 탑재 배터리를 포함하는 전기적으로 파워가 공급되는 버스들의 그룹과 사용하기 위한 에너지 소비 및 분배 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 : 상기 레일 차량의 제동 동안 레일 차량들의 상기 그룹의 레일 차량의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지를 수용하기 위해 배열되는 파워 라인 섹션; 상기 파워 라인 섹션에 연결되고 상기 레일 차량의 제동 동안 상기 파워 라인 섹션에 의해 수용되는 전기 에너지를 저장하도록 구성되는 전기 에너지 저장 수단; 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터의 전기 에너지로 그의 탑재 배터리를 충전하기 위해 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹으로부터의 전기적으로 파워가 공급된 버스에 연결하도록 각각 구성되는 복수의 충전 스테이션들을 포함하고; 상기 전기 에너지 저장 수단, 상기 파워 라인 섹션 및 상기 복수의 충전 스테이션들은 일체형 시스템을 형성하고 서로로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 500 m 의 거리 내에 위치된다. 파워 라인 섹션은 바람직하게는 에너지 저장 수단의 500 m 의 거리 내에 위치된다.

일체형 시스템의 구성요소들, 즉 파워 라인 섹션, 전기 에너지 저장 수단 및 복수의 충전 스테이션들이 서로 가까이 위치되기 때문에, 전기 에너지의 전달로 인한 에너지 손실은 최소화된다. 또한, 파워 라인 섹션의 전압을 전기 에너지 저장 수단의 전압으로 변환하기 위한 변환기의 사용이 필요하지 않게 되기 때문에, 변환으로 인한 에너지 손실은 최소화된다.

실시예에서 상기 에너지 저장 수단은 상기 파워 라인 섹션에 직접 연결되며, 이는 에너지 저장 수단으로부터 파워 라인 섹션으로의 실질적으로 자유 유동을 가능하게 하며 그 역도 가능하다. 따라서, 전기 에너지의 직접적인 이중 방향 변경이 에너지 저장 수단과 상기 파워 라인 섹션 사이에 가능하다. 에너지 저장 수단에 저장된 에너지의 일부는 따라서 레일 차량이 동시에 제동되지 않을 때이더라도, 전기 에너지의 변환을 요구하지 않으면서 적어도 부분적으로 가속 레일 차량들에 파워를 공급하는데 사용될 수 있고, 다른 일부는 전기적으로 파워가 공급되는 버스들의 그룹의 하나 또는 그 초과의 차량들을 충전하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서 에너지 저장 수단에 저장되는 에너지의 함수로서의 전압에서 전기 에너지 저장 수단이 상기 전기 에너지를 저장하도록 구성된다면 특히 유리하며, 즉 에너지 저장 수단에 더 많은 에너지가 저장될수록, 상기 에너지는 더 높은 전압에서 저장된다. 따라서, 에너지 저장 수단에 저장되는 에너지가 최소 역치값 미만일 때, 상기 에너지 저장 수단에서의 전압은 파워 라인 섹션에 인가되는 공칭 전압보다 더 낮은 전압일 것이며, 에너지 저장 수단은 파워 라인 섹션을 통하여 전기 에너지를 수용할 것이다. 다른 한편으로, 파워 라인 섹션과 접촉하는 레일 차량이 가속할 때, 파워 라인 섹션의 전압은 에너지 저장 수단의 전압 미만으로 강하된다. 그 결과, 에너지는 레일 차량의 가속에 파워를 공급하기 위해, 에너지 저장 수단으로부터 파워 라인 섹션으로 공급된다.

실시예에서 에너지 저장 수단 및 파워 라인 섹션은 함께 자유 부유 시스템을 형성하여서 에너지는 임의의 방향으로 부유 또는 전송될 수 있다. 레일 차량들의 그룹의 회생 제동 수단에 의해 에너지 저장소에 공급되는 에너지의 양은 통상적으로 가속 동안 에너지 저장 수단으로부터 이러한 레일 차량들에 의해 빼내어지는 에너지의 양보다 더 크며, 이는 그에 의한 에너지 저장 수단으로의 에너지의 순 공급을 초래한다. 이는 부분적으로는, 레일 차량의 가속 동안, 레일 차량에 파워를 공급하기 위해 요구되는 에너지의 적어도 일부는 파워 공급 스테이션들에 의해 공급되지만, 제동 동안 전기 에너지의 실질적으로 모두가 에너지 저장 수단에 의해 수용되기 때문이다.

실시예에서 레일 차량들의 상기 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 전기 에너지 저장 수단에 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순 공급을 제공하도록 구성되며, 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹은 상기 미리 정해진 시간 기간 내에 전기 에너지의 적어도 상기 순 양을 실질적으로 소비하도록 구성된다.

일체형 시스템은 바람직하게는 레일 차량들을 위한 철도 스테이션 및 버스들을 위한 버스 스테이션 모두를 포함하는 공용 교통 스테이션에 위치된다. 에너지의 순 양은 미리 정해진 시간 기간의 시작 전에, 예컨대 적어도 하루 앞서서, 열차 및 버스 스케쥴들, 버스들의 전기 에너지 저장 용량 및/또는 미리 정해진 시간 기간에 걸친 버스들의 예상 에너지 소비를 기본으로 하여 결정될 수 있다. 복수의 충전 스테이션들을 포함하는 철도 스테이션 및 버스 스테이션은 바람직하게는 서로 걸어갈 수 있는 거리 내에, 예컨대 서로로부터 2 ㎞ 의 거리 내에 위치된다.

미리 정해진 시간 기간 동안, 레일 차량들 및 버스들이 상업 운행하도록 스케쥴된 보통 18 또는 24 시간의 시간 기간 동안, 에너지가 레일 차량들에 의해 전기 에너지 저장 수단에 공급되는 동안인 몇몇 시기들이 있다. 에너지 저장 수단이 에너지 버퍼로서 작용하기 때문에 회생된 에너지는 전기 버스들의 탑재 배터리들을 충전하기 위해 더 점진적인 방식으로 소비될 수 있다. 예컨대, 약 18 시간 지속되는 미리 정해진 시간 기간 동안, 평균 4 대 이상의 레일 차량들이 각각의 시간에 파워 라인 섹션에서 멈추기 위해 제동될 수 있다. 동일한 미리 정해진 시간 기간 동안, 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹으로부터의 전기적으로 파워가 공급된 버스들은 충전 스테이션들에서 서로 연이어 있을 수 있고, 그리하여 실질적으로 미리 정해진 시간 기간 동안 임의의 시기에 하나 이상의 전기적으로 파워가 공급된 버스의 탑재 배터리는 에너지 저장 수단으로부터의 에너지에 의해 충전된다.

미리 정해진 시간 기간 동안 레일 차량들의 그룹에 의해 에너지 저장 수단에 공급되는 전기 에너지의 적어도 순 양은 동일한 시간 기간 동안 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹에 의해 소비되기 때문에, 에너지의 순 양의 어떠한 것도 에너지 저장 용량의 부족으로 인해 손실되지 않는 것이 보장될 수 있다. 예컨대, 18 시간의 미리 정해진 기간 동안 4 대의 레일 차량들이 파워 라인 섹션에 각각의 시간에 제동하고, 제동할 때 각각 120 ㎾h 를 발생할 때, 파워 라인 섹션에서 레일 차량들의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 에너지의 총 양은 8,640 ㎾h 이다. 실질적으로 이러한 에너지 모두가 에너지 저장 수단에 저장되었다면, 그리고 에너지 저장 수단으로부터 파워 라인 섹션으로 다시 유동되지 않았다면, 미리 정해진 시간 기간 동안 에너지 저장 수단으로 공급된 에너지의 순 양은 실질적으로 8,640 ㎾h 와 동일하다.

전기적으로 파워가 공급된 버스들, 예컨대 지역 공공 교통을 위한 버스들이 각각 평균 1 ㎾h/㎞ 를 소비하고 각각 동일한 시간 기간 동안 평균 240 ㎞ 를 운행할 때, 각각의 버스는 매일 약 240 ㎾h 를 소비하고, 에너지 저장 수단에 공급되는 순 에너지는 약 8,640 / 240 = 36 대의 버스들에 파워를 공급하기에 충분하다. 조합된 철도 및 버스 스테이션은 적어도 이러한 수의 버스들 및 대응하는 수의 충전 스테이션들을 위한 공간을 제공할 것이며, 그리하여 실질적으로 모든 순 에너지가 실제로 소비될 수 있다. 회생 제동 수단에 의해 발생되고 파워 라인 섹션에 공급된 모든 에너지가 버스들에 파워를 공급하는데 사용되지는 않는 경우, 이 에너지의 일부는 파워 라인 섹션으로부터 에너지를 빼내는 레일 차량들의 가속에 파워를 공급하는데 사용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 각각의 에너지 소비는 18 또는 24 시간의 미리 정해진 시간 기간 동안 200 ㎾h 이상이다. 대신 전기적으로 파워가 공급된 자전거들 또는 전기적으로 파워가 공급된 승용차와 같은 더 낮은 에너지 소비를 갖는 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량들이 사용되었다면, 이러한 차량들에 의해 소비되는 에너지, 즉 이들의 탑재 배터리들을 충전하기 위해 사용되는 에너지가 에너지의 낭비를 방지하기 위해, 공급되는 순 에너지와 적어도 동일한 것을 보장하기 위해 실질적으로 더 많은 수의 차량들 및 충전 스테이션들이 요구될 것이다. 예컨대, 평균 전기차가 18 ㎾h 의 용량을 갖는 탑재 배터리를 가질 수 있고, 충전 스테이션에서 이 배터리를 완전히 충전하기 위해 약 6 시간이 걸린다고 가정하면, 약 3 대의 이러한 차들은 순 에너지가 에너지 저장 수단에 공급되는 18 시간의 미리 정해진 시간 기간 동안 충전 스테이션에서 충전될 수 있다. 따라서, 전체의 미리 정해진 시간 기간에 걸쳐, 약 8,640 ㎾h / 18 ㎾h = 480 대의 차들이 에너지 저장 수단에 공급되는 모든 순 에너지를 소비하기 위해 이들의 배터리들을 완전히 충전되도록 충전해야할 것이며, 480 / 3 = 160 개의 충전 스테이션들이 요구될 것이다. 출원인에게 공지된 종래 기술은 철도 스테이션의 짧은 거리 내에, 예컨대 2 ㎞ 내, 바람직하게는 1 ㎞ 내, 가장 바람직하게는 철도 스테이션으로부터 500 m 의 거리 내에 이러한 많은 수의 전기차들의 주차 및 충전을 제안하지 않는다.

실시예에서 파워 라인 섹션은 양 단부에서 상기 파워 라인 섹션에 공칭 전압을 인가하도록 구성되는 파워 공급 스테이션에 연결되며, 상기 회생 제동 수단은 적어도 제동 동안, 상기 공칭 전압보다 더 높은 전압 범위 내의 상기 전기 에너지를 발생하도록 구성되고, 상기 전기 에너지 저장 수단은 상기 공칭 전압과 실질적으로 동일한 전압에서 상기 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 공칭 전압은 실질적으로 레일 차량이 파워 라인 섹션으로부터 파워를 빼내지 않을 때, 예컨대 파워 라인 섹션과 연관된 트랙의 섹션에 레일 차량이 없을 때 파워 라인 섹션에 파워 공급 스테이션들에 의해 공급되는 전압으로서 규정된다.

파워 공급 스테이션들은 본 발명의 일체형 시스템으로부터 분리된 전기 그리드에 통상적으로 연결되며, 즉 전기 에너지가 일체형 시스템으로부터 전기 그리드로 공급되지 않는다. 이러한 파워 공급 스테이션들은 따라서 일체형 시스템과 독립적으로 기능할 수 있고, 즉 파워 라인 섹션으로의 일방향 에너지를 공급하도록 구성될 수 있고, 파워 라인 섹션으로부터 전기 에너지를 수용하도록 구성될 필요는 없다.

바람직하게는, 전기 에너지 저장 수단은 상기 전압 범위의 전압에서 상기 파워 라인 섹션으로부터 전기 에너지를 수용하도록 구성된다.

실시예에서 상기 에너지 저장 수단은 실질적으로 공칭 전압에서, 상기 복수의 충전 스테이션들 및/또는 상기 파워 라인 섹션에 전기 에너지를 공급하도록 구성된다.

실시예에서 에너지 저장 수단은 상기 파워 라인 섹션에 직접 연결되고 실질적으로 상기 공칭 전압 또는 그보다 더 높은 전압에서 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 더 높은 전압은 바람직하게는 레일 차량의 제동 동안 파워 라인 섹션에 인가되는 최대 전압 미만이다. 따라서 공칭 전압과 실질적으로 동일한 또는 그보다 더 높은 전위차에서 극(pole)들을 갖는 배터리와 같은 에너지 저장 수단이 사용될 수 있다. 통상적으로, 레일 차량이 일정한 속도로 이동할 때 이는 1,500 V 와 실질적으로 동일한 전압에서 파워 라인 섹션으로부터 전기 에너지를 수용한다. 이러한 경우, 에너지 저장 수단은 바람직하게는 1,500 V 또는 이보다 약간 더 높은 전압, 예컨대 실질적으로 1,550 V 에서 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 따라서, 파워 라인 섹션이 실질적으로 상기 공칭 전압일 때 파워 공급 스테이션들로부터 파워 라인 섹션을 통한 에너지 저장 수단으로의 에너지 전송은 감소되거나 또는 모두 회피된다.

실시예에서 일체형 시스템은 상기 에너지 저장 수단으로부터 상기 충전 스테이션들을 위한 적절한 전압으로의 전기 에너지의 변환을 위해, 상기 에너지 저장 수단과 상기 복수의 충전 스테이션들 사이에 전도성으로 연결되는 변환기를 더 포함한다. 변환기 및 복수의 충전 스테이션들은 바람직하게는 철도 스테이션으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 그의 500 m 의 거리 내에 위치된다.

실시예에서 에너지 저장 수단은 전기 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량들의 그룹 또는 이들의 탑재 배터리들로의 전기 에너지의 상기 전송 동안 고정적이다.

실시예에서, 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹으로의 에너지 전송은, 에너지 전송 수단으로부터 500 m 의 거리 내 대신, 에너지 저장 수단의 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에서 수행된다.

실시예에서 상기 레일 차량들의 그룹으로부터의 상기 차량들은 상기 레일 차량의 이동에 파워를 공급하기 위해 실질적으로 상기 공칭 전압에서 전기 에너지를 수용하도록 구성된다. 레일 차량들은 따라서 전압 변환기의 사용을 요구하지 않으면서 에너지 저장 수단으로부터 에너지를 빼낼 수 있다. 레일 차량들은 또한 상기 공칭 전압을 포함하는 공칭 전압 범위 내의 전압에서 전기 에너지를 수용하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 레일 차량들은 공칭 전압 범위 내의, 예컨대 1,400 V 내지 1,700 V 범위의 공칭 전압, 예컨대 1,500 V 의 공칭 전압 내의 전기 에너지가 공급될 때 트랙 위의 상기 차량의 이동을 구동하기 위한 전기 모터를 각각 포함할 수 있다.

실시예에서 각각의 레일 차량에는 트랙 위의 상기 차량의 이동을 구동하기 위한 전기 모터가 제공되며, 상기 전기 모터는 상기 레일 차량의 회생 제동 수단으로서 또한 작동될 수 있다.

파워 라인 섹션이 전기 저장 수단 외의 다른 소스들로부터, 예컨대 파워 라인 섹션의 양측에 배치되는 파워 공급 스테이션들로부터 레일 차량에 전기 에너지를 제공하는데 사용되는 실시예에서, 전기 에너지 저장 수단은 파워 라인 섹션을 위한 전압 조절기로서 기능한다. 파워 라인 섹션을 통하여 파워가 공급되는 레일 차량이 실질적으로 일정한 속도로 이동할 때, 이는 파워 라인으로부터 실질적으로 일정한 에너지를 빼내고 상기 파워 라인 섹션의 전압은 통상적으로 마찬가지로 실질적으로 일정하다. 파워 라인 섹션의 전압은 더 많은 전기 에너지가 레일 차량에 의해 빼내어질 때, 예컨대 가속일 때 강하하고, 전기 에너지가 레일 차량의 회생 제동 수단에 의해 파워 라인 섹션으로 공급될 때 상승한다. 에너지 저장 수단이 파워 라인 섹션에 직접 연결될 때 이는 파워 라인 섹션의 전압을 순조롭게 한다.

예컨대, 레일 차량은 1,400 내지 2,100 V 사이의 전압 범위 내에서 작동하도록 구성되며, 실질적으로 단위 시간당 실질적으로 일정한 양의 에너지를 빼낼 때, 예컨대 일정한 속도로 이동할 때 약 1,500 V 의 전압을 수용한다. 차량의 제동 동안 그의 회생 제동 수단은 파워 라인 섹션을 통하여 에너지 저장 수단에 1,800 V 에서 전기 에너지를 공급한다. 나중의 시기에, 레일 차량은 전기 에너지 저장 수단으로부터 에너지를 빼내고 이러한 에너지는 임의의 변환을 요구하지 않으면서 레일 차량의 작동 전압 범위 내로 자동으로 공급된다.

실시예에서 상기 파워 라인 섹션은 레일 차량들의 상기 그룹의 상기 레일 차량들의 제동 및/또는 감속이 빈번하게 발생하는 위치, 예컨대 철도 스테이션, 트랙의 코너 섹션, 버스 스테이션의 2 ㎞ 내에 위치된 철도 건널목 등에 배치된다.

실시예에서 상기 일체형 시스템은, 상기 에너지 저장 수단으로부터의 전기 에너지를 상기 충전 스테이션들을 위해 적절한 전압으로 변환하기 위해 상기 에너지 수단과 상기 복수의 충전 스테이션들 사이에 전도적으로 연결되는 변환기를 더 포함한다. 예컨대, 변환기, 예컨대 과급기는 에너지 저장 수단 및/또는 파워 라인 섹션으로부터 수용하는 전기 에너지를 버스들의 탑재 배터리들을 충전하기 위해 400 내지 600 V 의 전압 및 실질적으로 350 암페어와 동일한 전류로 변환하도록 구성될 수 있다. 변환기는 바람직하게는 요구될 때, 즉 전기 에너지가 버스들의 탑재 배터리들로 공급될 때, 단지 전기 에너지를 상기 충전 스테이션들을 위해 적절한 전압으로 변환한다.

실시예에서 일체형 시스템은 : 파워 공급 라인과 변환기 사이의 제 1 연결, 파워 공급 라인과 에너지 저장 수단 사이의 제 2 연결, 및 에너지 저장 수단과 변환기 사이의 제 3 연결을 온(on) 또는 오프(off)로 개별적으로 스위칭하도록 적응되는 스위칭 수단을 더 포함한다. 이러한 연결들은 레일 차량의 제동에 의해 발생되는 전기 에너지가 전달될 수 있는 전도성 연결들이다.

제 1 및 제 2 연결들이 스위칭 오프 되지만 제 3 연결은 스위칭 온 될 때, 버스들에는 실질적으로 에너지 저장 수단에 저장된 모두가 소비될 때까지 변환기를 통하여 에너지 저장 수단으로부터 에너지가 제공된다. 이러한 구성에서, 에너지는 에너지 저장 수단 또는 변환기에 파워 라인 섹션으로부터 공급되지 않는다. 에너지 저장 수단에 저장된 충분한 에너지가 있는 한, 에너지 저장 수단은 여전히 변환기에 전기 에너지를 제공할 수 있고, 그리하여 버스들이 충전될 수 있다. 따라서 열차들이 고장날 때, 또는 그렇지 않으면 회생 제동 에너지가 에너지 저장 수단에 공급되지 않을 때이더라도, 버스들은, 바람직하게는 적어도 다른 미리 정해진 시간 기간 동안 여전히 충전 스테이션들에서 재충전될 수 있다. 통상적으로, 에너지 저장 수단이 그의 최대 용량의 75% 이상으로 충전될 때, 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 버스들에 의해 소비되는 파워를 제공하기 위해 에너지 저장 수단에 저장되는 충분한 에너지가 있다. 이러한 다른 미리 정해진 시간 기간은 바람직하게는 미리 정해진 시간 기간의 1/3 이상과 동일하며, 예컨대 미리 정해진 시간 기간이 18 시간이라면, 다른 미리 정해진 시간 기간은 바람직하게는 6 시간 이상이다.

에너지 저장 수단이 전기 에너지를 저장하거나 제공하는 것이 가능하지 않은 경우, 예컨대 고장 또는 실질적으로 전기 에너지가 내부에 저장되지 않는 동안, 제 2 및 제 3 연결들은 스위칭 오프될 수 있지만 제 1 연결은 스위칭 온 되며, 그리하여 변환기에는 파워 라인 섹션으로부터 에너지가 직접 공급되며 따라서 버스들에 전기 에너지를 공급할 수 있다. 버스들은 따라서 에너지 저장 수단이 변환기 및 파워 라인 섹션으로부터 연결 해제될 때에 작동적인 상업 운행을 유지할 수 있다.

제 1 및 제 3 연결들이 스위칭 오프되지만 제 2 연결이 스위치 온 될 때, 레일 차량의 제동 동안 발생되는 전기 에너지는 에너지 저장 수단에 저장된다. 이러한 구성에서 버스들의 탑재 배터리들을 충전하기 위한 에너지 저장 수단으로부터 변환기로의 에너지의 전달은 없고, 파워 라인 섹션으로부터 변환기로의 에너지의 전달은 없다. 이러한 구성에서 에너지 저장 수단은 신속하게, 예컨대 약 2 내지 4 시간 내에 완전히 충전될 수 있다.

비상의 경우 스위칭 수단은 모든 연결들을 스위칭 오프하도록 구성되며, 따라서 비상 및/또는 수리 작업자들에 대한 전기 충격의 위험을 감소시킨다.

실시예에서, 스위칭 수단은 3 개 이상의 레그들을 갖는 전도성 교차점을 포함하고, 상기 전도성 교차점의 제 1 레그는 파워 라인 섹션에 연결되는 제 1 스위치를 포함하고, 상기 전도성 교차점의 제 2 레그는 상기 에너지 저장 수단에 연결되는 제 2 스위치를 포함하고, 상기 전도성 교차점의 제 3 레그는 상기 변환기에 연결되는 제 3 스위치를 포함한다. 제 1 및 제 2 레그의 스위치들이 온 일 때, 전기 에너지는 파워 라인 섹션으로부터 에너지 저장 수단으로 전송될 수 있으며 그 역도 가능하다. 제 2 및 제 3 레그의 스위치들이 온 일 때, 파워는 에너지 저장 수단으로부터 변환기로 전송될 수 있다. 제 1 및 제 3 레그들의 스위치들이 온 일 때, 파워는 파워 라인 섹션으로부터 변환기로 직접 전송될 수 있다.

실시예에서 상기 파워 라인 섹션, 상기 전기 에너지 저장 수단, 상기 변환기 및 상기 복수의 충전 스테이션들은 이러한 위치로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 그의 500 m 의 거리 내에 위치된다.

실시예에서 전기 에너지 저장 수단은 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 상기 충전 스테이션으로의 전기 에너지의 일방(one way) 교환을 위해 구성된다. 이는 예컨대 전기 에너지 저장 수단과 충전 스테이션들 사이에 배열되는 정류기(rectifier)를 사용하여 달성될 수 있다.

실시예에서 상기 충전 스테이션들의 각각은 전기적으로 파워가 공급된 버스와 슬라이딩 또는 롤링 전도성 접촉을 이루도록 구성된다. 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 탑재 배터리들은 따라서 충전 스테이션에 대하여 이동하는 동안, 예컨대 복수의 상기 버스들이 한 줄로 줄을 설 때 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 바람직하게는, 충전 동안, 각각의 버스는 2 개 이상의 컨덕터들과 전도성 접촉을 하며, 하나는 충전 스테이션으로부터 버스로의 전류의 운반을 위해, 그리고 하나는 복귀 컨덕터를 위한 것이다.

실시예에서 상기 충전 스테이션들의 각각은 전기적으로 파워가 공급된 버스의 탑재 배터리에 전기 에너지를 제공하기 위해 오버헤드 컨덕터 라인을 포함한다. 바람직하게는 상기 충전 스테이션들의 각각은 전기적으로 파워가 공급된 버스와의 연결을 위해 2 개의 오버헤드 컨덕터 라인들을 포함하며, 하나의 라인은 충전 스테이션으로부터 버스로의 전류의 운반을 위해, 그리고 하나는 복귀 라인을 위한 것이다.

실시예에서 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들에는 오버헤드 컨덕터 라인으로부터 전기 에너지를 수용하기 위한 팬토그래프가 각각 제공된다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 전기적으로 파워가 공급된 버스들에는 2 개의 트롤리 폴(trolley pole)들이 제공될 수 있으며, 하나는 충전 스테이션의 오버헤드 컨덕터 라인을 운반하는 전류와의 전도성 연결을 위해, 그리고 하나는 충전 스테이션의 오버헤드 복귀 라인과의 연결을 위한 것이다.

실시예에서 상기 시스템은 레일 차량들의 상기 그룹 및/또는 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹을 포함한다. 이는 미리 정해진 시간 기간 동안 레일 차량들의 그룹에 의해 발생될 순 에너지 및/또는 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹의 에너지 소비를 미리 추정하는 것을 용이하게 한다.

바람직한 실시예에서, 적어도 미리 정해진 시간 기간 동안, 전기 에너지 저장 수단에 저장된 실질적으로 모든 에너지는 파워 공급 라인을 통하여 이에 제공된다. 에너지 저장 수단은 따라서 파워 공급 스테이션에 연결되는 전기 그리드와 실질적으로 독립적으로 기능할 수 있고, 이 그리드는 본 발명의 일체형 시스템의 일부가 아니다.

제 3 양태에 따르면, 본 발명은 제동 동안 전기 에너지를 발생하기 위한 회생 제동 수단이 제공되는 레일 차량들을 포함하는 차량들의 제 1 그룹, 그리고 전기적으로 파워가 공급된 버스들을 포함하며 각각의 버스는 그의 휠들의 이동을 구동하기 위한 전기 모터 및 상기 전기 모터에 연결되는 탑재 배터리를 포함하는 차량들의 제 2 그룹과 사용하기 위한 에너지 분배 및 소비 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 : 상기 레일 차량의 제동 동안 상기 제 1 그룹의 레일 차량의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지를 수용하기 위해 배열되는 파워 라인 섹션; 상기 파워 라인 섹션에 연결되고 상기 레일 차량의 제동 동안 상기 파워 라인 섹션에 의해 수용되는 전기 에너지를 저장하도록 구성되는 전기 에너지 저장 수단; 상기 제 2 그룹으로부터 차량에 연결되도록 각각 구성되며, 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터의 전기 에너지로 그의 탑재 배터리를 충전하기 위한 복수의 충전 스테이션들을 포함하며; 상기 차량들의 제 1 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 전기 에너지 저장 수단에 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순 공급을 제공하도록 구성되며, 상기 차량들의 제 2 그룹은 상기 미리 정해진 시간 기간 내에 전기 에너지의 적어도 상기 순 양을 실질적으로 소비하도록 구성되며, 상기 파워 라인 섹션, 상기 전기 에너지 저장 수단 및 상기 복수의 충전 스테이션들은 일체형 시스템을 형성하고 서로로부터 10 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 4 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에 위치된다. 레일 차량들 및 버스들이 상업 운행하도록 스케쥴링된, 미리 정해진 시간 기간 동안, 예컨대 18 또는 24 시간의 시간 기간 동안, 에너지가 레일 차량들에 의해 전기 에너지 저장 수단에 공급되고, 제 2 그룹으로부터의 차량들에 의해 더 점진적인 방식으로 소비되는 몇몇 시기들이 있다. 예컨대, 약 18 시간 지속되는 미리 정해진 시간 기간 동안, 평균 4 번 이상의 제동 행위들이 매시간 발생할 수 있다. 동일한 미리 정해진 시간 기간 동안, 제 2 그룹으로부터의 차량들은 충전 스테이션들에서 서로 연이어 있을 수 있고, 그리하여 실질적으로 미리 정해진 시간 기간 동안 임의의 시기에 제 2 그룹으로부터의 하나 이상의 차량에는 에너지 저장 수단으로부터 에너지가 제공된다.

실시예에서 차량들의 제 1 그룹의 레일 차량의 제동 또는 감속 동안 발생되는 전기 에너지는 미리 정해진 시간 기간 동안 차량들의 제 2 그룹의 2 대 이상의 전기적으로 파워가 공급된 버스들, 바람직하게는 4 대 이상, 더 바람직하게는 6 대 이상의 전기적으로 파워가 공급된 버스들에 파워를 공급하는데 사용된다.

실시예에서 일체형 시스템은 : 파워 공급 라인과 변환기 사이의 제 1 연결, 파워 공급 라인과 에너지 저장 수단 사이의 제 2 연결, 그리고 에너지 저장 수단과 변환기 사이의 제 3 연결을 개별적으로 스위칭 온 또는 오프하도록 구성되는 스위칭 수단을 더 포함한다. 이러한 연결들은 전도성 연결들이며 이들을 통하여 레일 차량의 제동에 의해 발생된 전기 에너지가 전달될 수 있다.

제 1 및 제 2 연결들이 스위칭 오프 되지만 제 3 연결이 스위칭 온 될 때, 버스들에는 실질적으로 에너지 저장 수단에 저장된 모두가 소비될 때까지 에너지 저장 수단으로부터 변환기를 통하여 에너지가 제공될 수 있다. 이러한 구성에서, 에너지는 파워 라인 섹션으로부터 에너지 저장 수단 또는 변환기로 공급되지 않는다. 에너지 저장 수단에 저장된 충분한 에너지가 있는 한, 에너지 저장 수단은 변환기에 전기 에너지를 제공할 수 있어서, 버스들은 충전될 수 있다. 따라서 열차들의 고장일 때이더라도, 버스들은 충전 스테이션들에서 재충전될 수 있다. 바람직하게는, 에너지 저장 수단이 그의 최대 용량의 75% 이상이 충전될 때, 다른 미리 정해진 시간 기간 동안 버스들에 의해 소비되는 파워를 제공하기에 충분한 에너지가 내부에 저장된다. 이러한 다른 미리 정해진 시간 기간은 바람직하게는 미리 정해진 시간 기간의 1/3 이상과 동일하고, 예컨대, 미리 정해진 시간 기간이 18 시간일 때, 다른 미리 정해진 시간 기간은 6 시간이다.

에너지 저장 수단이 전기 에너지를 저장하거나 제공하는 것이 가능하지 않은 경우, 예컨대 고장 또는 실질적으로 전기 에너지가 내부에 저장되지 않을 때, 제 2 및 제 3 연결들은 스위칭 오프 되지만 제 1 연결은 스위칭 온 되어, 그리하여 변환기에는 파워 라인 섹션으로부터 에너지를 직접 공급되고 따라서 버스들에 전기 에너지를 공급할 수 있다. 버스들은 따라서 에너지 저장 수단이 변환기 및 파워 라인 섹션으로부터 연결 해제될 때에도 작동적인 상업 운행을 유지할 수 있다.

제 1 및 제 3 연결들이 스위칭 오프 되지만 제 2 연결이 스위칭 온 될 때, 레일 차량의 제동 동안 발생되는 전기 에너지는 에너지 저장 수단에 저장된다. 이러한 구성에서 버스들의 탑재 배터리들을 충전하기 위한 에너지 저장 수단으로부터 변환기로의 에너지의 전달은 없고, 파워 라인 섹션으로부터 변환기로의 에너지의 전달은 없다. 통상적으로 이러한 구성에서 에너지 저장 수단이 완전히 충전되는데 약 2 내지 4 시간이 걸린다.

비상의 경우 스위칭 수단은 모든 연결들이 스위칭 오프 되도록 구성되고, 따라서 비상 및/또는 수리 작업자들에 대한 전기 충격의 위험을 감소시킨다.

실시예에서, 스위칭 수단은 3 개 이상의 레그들을 갖는 전도성 교차점을 포함하며, 상기 전도성 교차점의 제 1 레그는 파워 라인 섹션에 연결되는 제 1 스위치를 포함하고, 상기 전도성 교차점의 제 2 레그는 상기 에너지 저장 수단에 연결되는 제 2 스위치를 포함하고, 상기 전도성 교차점의 제 3 레그는 상기 변환기에 연결되는 제 3 스위치를 포함한다.

실시예에서 상기 에너지 저장 수단은 40 초 이상 동안, 바람직하게는 60 초 이상 동안 상기 미리 정해진 전압 범위에서 상기 파워 라인으로부터 및/또는 파워 라인으로의 전기 에너지의 수집 및/또는 방출을 위해 구성된다.

명세서에 설명되고 도시된 다양한 양태들 및 특징들은 가능한 어떠한 경우에도 개별적으로 적용될 수 있다. 이러한 개별적인 양태들, 특히 첨부된 종속 청구항들에 설명된 양태들 및 특징들은 분할 특허 출원들의 요지를 이룰 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예를 기본으로 하여 명료하게 될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 에너지 분배 및 소비 시스템의 개략도를 도시하고,
도 1b는 레일 차량의 부분적인 절단도를 도시하는, 도 1a의 섹션의 세부사항을 도시하고,
도 1c는 전기적으로 파워가 공급된 버스의 부분적인 절단도를 도시하는, 도 1a의 섹션의 다른 세부사항을 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 제 2 실시예를 도시하고,
도 3은 시간에 대한 에너지 저장 수단에 저장된 에너지, 회생 제동 수단에 의해 회생되는 에너지 및 전기적으로 파워가 공급된 버스들에 의해 소비되는 에너지의 그래프를 개략적으로 도시하고,
도 4는 미리 정해진 시간의 양에 걸친 에너지 저장 수단에 저장된 에너지의 그래프를 도시하고,
도 5a는 본 발명의 방법의 흐름도를 도시하고,
도 5b는 본 발명의 방법의 다른 실시예의 흐름도를 도시한다.

도 1a는 본 발명에 따른 에너지 분배 및 소비 시스템(1)의 제 1 실시예의 개략도를 도시한다. 도 1b 및 도 1c는 도 1a에 도시된 바와 같은 레일 차량(20) 및 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량(83)의 상세하고 부분적으로 절단된 섹션들을 각각 도시한다. 시스템(1)은 레일 차량(20)과 같은 레일 차량들이 예컨대 승객들을 태우고 내리기 위해, 및/또는 레일 차량들로부터 화물을 적재하고 적하하기 위해 빈번하게 가속 및 감속하는 철도 스테이션(2)에 가까이 배치된다. 열차 또는 레일 차량(20)은 전기적으로 파워가 공급되고 레일 또는 트랙(5) 위의 모터식 레일 차량(10)의 휠(14)들의 회전을 구동하기 위한 전기 모터(11)(도 1b 참조)가 제공되는 모터식 레일 차량(10)을 포함한다. 모터식 레일 차량(10)은, 모터(11)와 함께 레일 차량(10)의 제동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 회생 제동 수단(13)을 형성하는 인버터(12)를 더 포함한다. 회생 전기 에너지는 오버헤드 전도성 파워 라인 섹션(31)을 통하여, 또는 파워 공급 섹션을 통하여 철도 스테이션(2)에 가까이에, 즉 그의 2 ㎞ 내에 위치되는 전기 에너지 저장 수단(40)으로 전송된다. 에너지 저장 수단(40) 및 트랙(5) 모두는 지면에 전도성으로 연결되며, 그리하여 복귀 회로들은 전기 에너지를 위해 형성될 수 있다. 레일 차량(20)은 승객들을 수용하기 위해 및/또는 화물을 유지하기 위해 하나 이상의 열차 칸(21)을 더 포함한다.

모터식 레일 차량(10)이 일정한 속도에서 구동되거나 가속될 때, 전기 모터(11)에는 파워 라인 섹션(31)이 그의 일부인 파워 공급 라인(30)을 통하여 전기 에너지가 제공된다. 파워 라인 섹션(31)은 그의 양 단부들에서 서로로부터 약 4 ㎞ 정도의 트랙(5)을 따라 배열되고, 파워 라인 섹션(31)과의 이들의 접촉 지점들에서 공칭의 실질적으로 인정한 전압(V1)에서 전기 에너지를 제공하도록 구성되는 파워 공급 스테이션(3, 4)들에 연결된다. 파워 공급 스테이션(3, 4)들이 비교적 큰 거리에 걸쳐 이격되기 때문에, 전압 강하가 파워 공급 스테이션(3 및 4)들 사이의 파워 라인 섹션(31)에, 특히 상기 파워 라인 섹션의 중간 근처에서 발생할 수 있다. 종래의 레일 차량들을 위해 파워 공급 스테이션(3, 4)들에 의해 공급되는 전압은 통상적으로 실질적으로는 1,500 V 와 동일하다.

도시된 실시예에서 레일 차량(10)은 전기적으로 파워가 공급되지만, 다른 수단에 의해 파워가 공급되는 다른 종류의 레일 차량들이 대신 사용될 수 있다. 예컨대 도 1a에 도시된 바와 같이 파워 라인 섹션(31)을 통하여 전기 에너지를 수용하는 모터식 레일 차량(10) 대신, 레일 차량의 전기 모터를 구동하기 위해 전기를 발생하는 디젤 엔진을 포함하는 디젤 전기 파워가 공급된 레일 차량이 사용될 수 있거나, 레일 차량의 휠들의 회전을 직접 그리고 기계적으로 구동하기 위해 연소 엔진을 포함하는 레일 차량이 사용될 수 있다. 하지만, 레일 차량 또는 그의 레일 차들 중 하나 이상에는 회생 제동 수단이 제공되어야 한다.

도 1b는 도 1a의 모터식 레일 차량(10)의 부분적인 절단 세부사항을 도시한다. 레일 차량(10)이 제동되거나 속도를 줄일 때 그의 회생 제동 수단(13)은 전기 에너지를 발생한다. 예컨대, 도시된 실시예에서, 레일 차량(10)의 회생 제동 수단(13)은 약 60 초 동안 제동 하는 동안 1,800 볼트의 전압(V2)에서의 전기 에너지 및 4,000 암페어의 전류(A2)를 발생할 수 있다. 제동은 실질적으로 파워 라인 섹션(31)의 길이 내에서 일어나며, 제동 동안 발생되는 전기 에너지의 양은 이러한 예에서 1,800 V * 4,000 A * (60 초 / 3,600 초) = 120 ㎾h 이다. 이러한 전기 에너지는 레일 차량(10)의 회생 제동 수단(13)으로부터 파워 라인 섹션(31)을 통하여 전압(V1)과 실질적으로 동일하거나 이보다 약간 더 낮은 전압(V3)에서 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장 수단(40)으로 전달된다. 전기 에너지가 에너지 저장 수단(40)에 저장되는 전압(V3)이 파워 스테이션(3, 4)들에 의해 파워 라인 섹션(31)에 공급되는 공칭 전압(V1)과 실질적으로 동일하거나 이보다 더 낮기 때문에, 일반적으로 레일 차량들이 파워 라인 섹션(31)을 따라 가속하지 않을 때 에너지는 에너지 저장 수단(40)으로부터 파워 라인 섹션(31)으로 전송되지 않는다.

레일 차량이 제동되기 위해 걸리는 비교적 짧은 시간 동안 에너지 저장 수단(40)에 전기 에너지를 저장하는 것을 가능하게 하기 위해 도 1a에 도시된 에너지 저장 수단(40)은 단일 레일 차량(20)의 제동 동안 통상적으로 발생되는 전기 에너지를 15 배 이상, 바람직하게는 20 배 이상 저장하도록 구성된다. 상기 예의 120 ㎾h 의 제동 에너지를 기본으로 하여, 에너지 저장 수단(40)은 따라서 1.8 ㎿h 이상, 바람직하게는 2.4 ㎿ 이상의 전기 에너지를 저장하도록 치수가 정해진다.

에너지 저장 수단(40)은 예컨대 정류기를 포함하는 일방 연결(41)을 통하여 전기 에너지 변환기(50)에 연결되며, 이는 그 후 하나 또는 그 초과의 전도성 리드(51)들을 통하여 복수의 충전 스테이션(61 내지 66)들에 연결된다. 단지 6 개의 충전 스테이션들이 동일한 수의 전기적으로 파워가 공급된 버스(81 내지 86)들을 동시에 충전하기 위해 도시되지만, 충전 스테이션들의 실제 수는 통상적으로 충분한 수의 전기적으로 파워가 공급된 버스들이, 미리 정해진 시간 기간 동안 철도 스테이션(2)에서 또는 파워 라인 섹션(31)을 따라 제동 또는 감속되는 철도 차량들에 의해 에너지 저장 수단(40)에 공급되는 전기 에너지의 적어도 순 양을 소비하기 위해 충전 스테이션(61 내지 66)들에 의해 충전될 수 있다.

에너지 저장 수단(40)과 충전 스테이션(61 내지 66)들 사이에 연결되는 전기 에너지 변환기(50)는 에너지 저장 수단(40)으로부터 전압(V3)에서 이에 공급되는 전기 에너지를, 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량(81 내지 86)들의 탑재 배터리들을 충전하기에 적절한 더 낮은 전압(V4)에서 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 전압(V4)은 통상적으로 적어도 4.5 배 만큼 전압(V3)보다 더 낮다. 도시된 실시예에서, 충전 스테이션(61 내지 66)들에 의해 버스 차량(81 내지 86)들이 충전되는 전압(V4)은 400 내지 600 V 의 범위에 놓이고, 충전 전류는 실질적으로 350 A 와 동일하다.

각각의 충전 스테이션(61 내지 66)은 상기 충전 스테이션에 대하여 실질적으로 미리 정해진 위치(P1 내지 P6)에 있는 대응하는 차량(81 내지 86)에 전기 에너지를 공급하기 위한 한 쌍의 오버헤드 컨덕터 라인(61a 내지 66a)들 및 대응하는 복귀 라인(61b 내지 66b)들을 포함한다. 충전 스테이션들에서의 전기적으로 파워가 공급된 버스(81 내지 86)들에는 상기 버스들의 이동을 구동하기 위해 전동기(92)(도 1c)가 각각 제공되고, 도 1c에 도시된 바와 같이 전기 에너지를 저장하기 위해 탑재 배터리(91)가 각각 제공된다. 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 각각은 각각의 충전 스테이션들의 각각의 오버헤드 컨덕터 라인(61a, 61b 내지 66a, 66b)들에 전도성으로 연결하기 위한 2 개의 각각의 팬토그래프(81a, 81b, 82a, 82b, 83a, 83b, 84a, 84b, 85a, 85b 및 86a, 86b)들을 더 포함한다. 충전 스테이션(61 내지 63 및 63 내지 65)들은 가우스로 배치되며, 승객들이 버스에 타고 내리기 위해 대기하는 동안 버스(81, 82 및 83)들 또는 버스(84, 85 및 86)들이 줄을 형성할 때, 이러한 버스들의 탑재 배터리들을 동일한 시기에 충전될 수 있다. 버스(81)가 줄의 위치(P1)를 떠날 때, 버스(82 및 83)들은 각각 충전 스테이션(62 및 61)들에서 이들의 탑재 배터리들을 더 충전하기 위해 각각 위치(P3 및 P2)로부터 위치(P2 및 P1)으로 동일한 줄에서 앞으로 이동할 수 있다.

각각의 버스는 통상적으로 미리 정해진 시간 기간 동안 몇 번의 왕복 이동을 하고, 각각의 이동 후에 충전 스테이션들 중 하나로 복귀한다. 버스가 승객들이 버스에 타고 내리기 위해 대기하는 충전 스테이션 위치(P1 내지 P6)에 있을 때, 버스의 탑재 배터리는 부분적으로 재충전된다. 버스들의 탑재 배터리들은 승객들을 태우거나 내려주기 위해 버스 스테이션(6)에 멈출 때 반드시 완전하게 재충전될 필요는 없다. 바람직하게는, 하루의 시작시에, 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 탑재 배터리들은 실질적으로 완전히 충전되며, 탑재 배터리들에 저장된 에너지는, 승객들이 버스에 타고 내릴 수 있고, 이 버스가 버스 정거장(6)에 있는 충전 스테이션에서 그의 탑재 배터리를 부분적으로 재충전하는 비교적 짧은 시간, 예컨대 5 또는 3 분을 제외하고, 하루 동안 점진적으로 감소한다.

도 2는 본 발명에 따른 시스템의 제 2 실시예의 개략도를 도시하며, 여기서 유사한 참조 부호들은 도 1에서의 유사한 요소들을 나타낸다. 제 2 실시예는 파워 라인 섹션(31), 에너지 저장 수단(40) 그리고 변환기(50) 사이의 개별적인 스위칭 연결들을 온 또는 오프 하기 위한 스위칭 수단(70)을 더 포함한다.

스위칭 수단(70)은 적어도 제 1, 제 2 및 제 4 전도성 레그(75, 76, 77)를 갖는 전도성 교차점을 포함한다. 전도성 교차점(70)의 제 1 레그(75)는 일 측에서 파워 라인 섹션(31)에 그리고 다른 측에서 전도성 교차점에 연결되는 제 1 스위치(71)를 포함한다. 상기 전도성 교차점의 제 2 레그(76)는 일 측에서 상기 변환기(50)에 그리고 다른 측에서 전도성 교차점에 연결되는 제 2 스위치(72)를 포함한다. 전도성 교차점의 제 3 레그(77)는 일 측에서 상기 에너지 저장 수단(40)에 그리고 다른 측에서 전도성 교차점에 연결되는 제 3 스위치(73)를 포함한다.

스위치(71 내지 73)들을 개별적으로 스위칭 온 또는 오프 함으로써, 즉 스위치들을 전도성 상태로 또는 비전도성 상태로 각각 놓음으로써, 전기 에너지가 스위칭 수단으로 이동할 수 있는 라우트가 설정될 수 있다. 스위칭 수단(70)은 제 2 스위치(72)를 개방한 채로 유지하지만, 레일 차량의 제동 동안 제 1 스위치(71) 및 제 3 스위치(73)를 폐쇄하도록 구성된다. 따라서 전도성 연결들은 레일 차량의 제동 동안, 회생 제동 수단에 의해 발생된 에너지가 에너지 저장 수단(40)에 저장될 수 있도록 파워 라인 섹션(31)과 에너지 저장 수단(40) 사이에 형성된다. 스위칭 수단(70)은 하나 또는 그 초과의 전기적으로 파워가 공급된 버스들이 이들의 탑재 배터리들을 충전할 때 제 2 스위치(72) 그리고 제 1 및 제 3 스위치(71, 73)들 중 하나 또는 양자를 폐쇄하도록 더 구성된다. 제 1 스위치(71)는 개방되지만 제 2 스위치(72) 및 제 3 스위치(73)가 폐쇄될 때, 전기 에너지는 에너지 저장 수단(40)으로부터 변환기(50)로 유동할 수 있다. 이러한 경우 변환기가 다룰 수 있어야만 하는 입력 전압 범위는 비교적 좁을 수 있고, 즉 에너지 저장 수단(40)의 공칭 전압과 실질적으로 동일할 수 있다. 제 3 스위치(73)가 개방되지만 제 1 스위치(71) 및 제 2 스위치(72)가 폐쇄될 때, 파워 라인 섹션(31)을 따라 제동되는 레일 차량에 의해 발생되는 전기 에너지는, 상기 언급된 좁은 범위보다 더 넓은 범위의 입력 전압을 다루는 것이 가능해야 하는 변환기(50)에 직접 전송될 수 있다.

스위칭 수단(70)은 시스템의 일부의 보수 동안 및/또는 고장 동안 제 1, 제 2 및 제 3 스위치들을 개방하도록 더 구성된다.

도시된 실시예에서, 스위칭 수단(70)은 변환기(50)의 지면과 에너지 저장 수단(40) 사이의 연결을 스위칭 온 또는 오프 하기 위한 제 4 스위치(74)를 더 포함한다.

도 3은 시간에 대한 에너지 저장 수단(301)에 저장되는 에너지, 회생 제동 수단(302)에 의해 회생되는 에너지 및 전기적으로 파워가 공급된 버스(303)들에 의해 소비되는 에너지의 그래프를 개략적으로 도시한다. 도시된 시간 규모는 63.5 분에 달한다. 시간 규모의 시작시에, 시간 t = 0 에서, 에너지 저장 수단은 약 80% 용량으로, 2 ㎿h 의 전기 에너지를 저장한다. 7.5 분에서 시작하여 이후 한 시간에 철도 차량은 매 7.5 분 마다 철도 스테이션에서 제동되고, 제동 동안 75 ㎾h 의 전기 에너지를 발생한다. 따라서, t = 0 에서 30 분 후에 4 개의 레일 차량들이 철도 스테이션에서 제동되었고, 총 0.3 ㎿h 의 전기 에너지가 레일 차량들의 회생 제동 수단에 의해 발생되었고 에너지 저장 수단에 더해졌다. 30 분에서 시작하여 이후 한 시간에서, 복수의 전기적으로 파워가 공급된 버스들이 실질적으로 동시에 철도 스테이션의 근처의 충전 스테이션들에 도착하고, 에너지 저장 수단으로부터 약 0.30 ㎿h 의 에너지를 빼내어 가기 시작하며 그리하여 저장 수단에 저장된 전기 에너지의 양은 2 ㎿h 로 다시 강하한다. 레일 차량들의 제동에 의한 에너지 저장 수단으로의 에너지의 부가 및 전기적으로 파워가 공급된 버스들에 의한 에너지 저장 수단으로부터의 에너지의 빼냄의 프로세스는 전체 미리 정해진 시간 기간 동안 반복될 수 있다.

도 4는 18 시간에 달하는 미리 정해진 시간 기간에 걸쳐 에너지 저장 수단에 저장된 전기 에너지의 양의 개략적인 그래프를 도시한다. 이러한 시간 기간 동안 레일 차량이 철도 스테이션 근처에서 제동되기 시작하고 상기 철도 스테이션에 있는 에너지 저장 수단에 전기 에너지를 제공하는 복수의 미리 정해진 모멘트(t1 내지 t72)가 있다. 도 4의 그래프에서, 15 분 정도의 간격들로 발생하는 72 개의 이러한 모멘트(t1 내지 t72)들이 있다.

각각의 시기(t1 내지 t72)에, 레일 차량은 제동되고, 에너지 저장 수단에 저장되는 에너지의 양은 이러한 시기의 지속(Δt1 내지 Δt72) 동안에 최대이고 이는 레일 차량이 제동될 때 일어나며, 통상적으로 약 1 분이지만 다소 변할 수 있는데, 예컨대 Δt1 은 70 초간 지속될 수 있는 반면 Δt2 및 Δt3 는 각각 55 초 및 65 초 지속될 수 있다. 어느 경우에도, 레일 차량은, 그의 팬토그래프가 에너지 저장 수단이 연결되는 파워 라인 섹션에 접촉하지만 정상 이동 열차 속도, 예컨대 120 m/s 로부터, 정지를 완료할 때까지 감속된다.

시기(t1)에 저장되는 에너지 그리고 미리 정해진 시간 기간, 즉 t72 이후 15 분에 저장되는 에너지로부터 볼 수 있는 바와 같이, 레일 차량들의 제동 동안 에너지 저장 수단에 공급되는 실질적인 모든 에너지는 전기적으로 파워가 공급되는 버스들의 탑재 배터리들을 충전하기 위해 18 시간의 동일한 미리 정해진 시간 기간 내에 사용된다.

에너지는 에너지가 에너지 저장 수단에서 레일 차량들로부터 수용되는 것보다 더 점진적인 방식으로 버스들에 공급된다. 레일 차량들의 제동 동안 발생되는 실질적으로 모든 에너지가 제동 시간들의 합계, 예컨대 각각의 차량이 평균 1 분 내에서 제동된다고 가정할 때 72 분 내에 에너지 저장 수단에 공급되지만, 모든 이러한 에너지는 전체 미리 정해진 시간 기간 동안 버스들을 충전함으로써 점진적으로 소비된다.

도 5a는 미리 정해진 시간 기간 동안 회생 제동 수단이 제공되는 하나 또는 그 초과의 레일 차량들과 같은 레일 차량들의 감속 및 제동 동안 발생되는 전기 에너지의 이용 방법의 흐름도(250)를 도시한다. 단계(200)에서 회생 제동 수단에 의해 제동 동안 발생되는 전기 에너지는 전기 에너지 저장 수단으로 전달된다. 레일 차량이 제동되는 시간 내에 전기 에너지를 수용하고 저장하는 것을 가능하게 하기 위해, 전기 저장 수단은 레일 차량의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지의 양을 20 배 이상 저장하도록 구성된다. 단계(201)에서, 이러한 전기 에너지는 전기 에너지 저장 수단으로부터, 승객 운송을 위한 전기적으로 파워가 공급된 버스들과 같은 하나 또는 그 초과의 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 탑재 배터리들로 전달된다.

도 5b는 전기 에너지 저장 수단에 저장되는 에너지의 양과 전기적으로 파워가 공급된 버스들에 의해 소비되는 에너지의 양을 균형 맞춤 하기 위해, 미리 정해진 시간 기간의 시작에 앞서 수행될 수 있는 다른 방법 단계들의 흐름도(190)를 도시한다. 단계(197)에서 미리 정해진 시간 기간 동안, 즉 적어도 하루 동안 레일 차량들의 제동 동안 발생되는, 그리고 철도 스테이션에 있는 미리 정해진 수의 레일 차량들의 정거장을 기본으로 하는 전기 에너지 저장 수단에 저장되는 전기 에너지의 양의 추정이 이루어진다.

단계(198)에서, 동일한 시간 기간 동안 전기 차량들의 에너지 소비의 추정이 이루어진다. 단계(199)에서 전기 에너지가 전기 저장 수단으로부터 탑재 배터리들로 전달될 복수의 전기 차량들이, 단계(198) 및 단계(199)에서 이루어진 추정들을 기본으로 하여 계산되고, 이러한 추정들이 실질적으로 대응하도록 이루어진다. 일단 미리 정해진 시간 기간이 시작되면, 방법 단계(200 및 201)들이 수행된다.

요약하면, 본 발명은 에너지 분배 및 소비 시스템에 관한 것이며 : 회생 제동 수단이 제공되는 레일 차량들의 그룹; 탑재 배터리를 각각 포함하는 전기적으로 파워가 공급된 버스 차량들의 그룹; 레일 차량의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지를 수용하기 위해 배열되는 파워 라인 섹션; 상기 파워 라인 섹션에 연결되고 상기 레일 차량의 제동 동안 상기 파워 라인 섹션에 의해 수용되는 전기 에너지를 저장하도록 구성되는 전기 에너지 저장 수단; 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 전기 에너지로 버스 차량의 탑재 배터리를 충전하기 위해, 버스 차량에 연결하도록 각각 구성되는 복수의 충전 스테이션들을 포함하고; 상기 레일 차량들의 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 전기 에너지 저장 수단에 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순 공급을 제공하도록 구성되고, 버스 차량들의 상기 그룹은 상기 미리 정해진 시간 기간 내에 전기 에너지의 적어도 상기 순 양을 실질적으로 소비하도록 구성된다.

상기 설명은 바람직한 실시예들의 작동을 예시하기 위해 포함되며 본 발명의 범주를 제한하는 것의 의도하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상기 논의로부터, 본 발명의 사상 및 범주에 의해 아직 포함되지 않은 다양한 변형들이 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (27)

1. 제동 동안 전기 에너지를 발생하기 위한 회생 제동 수단이 각각 제공되는 레일 차량들의 그룹의 제동 에너지 이용 방법으로서, 레일 차량들의 상기 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 에너지 저장 수단으로의 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순(net) 공급을 제공하도록 구성되며, 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 방법은 :
   - 상기 에너지 저장 수단에 제동 동안 상기 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지를 저장하는 단계,
   - 상기 에너지 저장 수단으로부터 전기적으로 파워가 공급된 버스들 그룹의 탑재 배터리들로 전기 에너지의 상기 순 양(net amount)을 전송하는 단계를 포함하고,
   상기 에너지 저장 수단은 상기 레일 차량들 및 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들로부터 이격되고, 상기 에너지 저장 수단으로부터 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 그룹으로의 전기 에너지의 상기 전송은 상기 에너지 저장 수단으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 500 m 의 거리 내에서 수행되는, 제동 에너지 이용 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 레일 차량들은 공칭 전압에서 파워 라인 섹션으로부터 전기 에너지를 수용하도록 구성되고, 상기 에너지 저장 수단은 상기 파워 라인 섹션에 직접 연결되고 실질적으로 상기 공칭 전압에서 전기 에너지를 저장하도록 구성되는, 제동 에너지 이용 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 레일 차량들은 상기 파워 라인 섹션을 통하여 파워가 공급되도록 구성되고, 상기 파워 라인 섹션은 어느 한 측에서 파워 공급 스테이션들에 연결되고, 상기 파워 공급 스테이션들은 외부 전기 그리드에 연결되고, 전력이 상기 전기 그리드로부터 상기 파워 라인 섹션으로 유동하지만, 그 역은 가능하지 않은, 제동 에너지 이용 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미리 정해진 시간 기간은 실질적으로 24 시간과 동일하며, 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹의 탑재 배터리들에 전송되는 에너지의 상기 순 양은 2,000 ㎾h 이상, 바람직하게는 적어도 6,000 ㎾h인, 제동 에너지 이용 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 에너지의 순 양은 상기 에너지 저장 수단의 최대 에너지 저장 용량보다 적어도 2 배, 바람직하게는 적어도 3 배 더 큰, 제동 에너지 이용 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 에너지 저장 수단은 2.5C 내지 3.5C, 바람직하게는 실질적으로 3C 와 동일한 용량 레이팅(C-레이팅)을 갖는, 제동 에너지 이용 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 탑재 배터리들은 상기 버스들의 최대 파워 사용에 1 시간을 곱하고 이를 2.5 로 나눈 것과 적어도 동일한 에너지의 양을 저장하도록 치수가 정해지는, 제동 에너지 이용 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 에너지 저장 수단으로부터 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들로의 상기 에너지 전송은 하나 이상의 충전 스테이션들을 사용하여 수행되는, 제동 에너지 이용 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 레일 차량들은 상기 미리 정해진 시간 기간이 기본으로 하는 미리 정해진 스케쥴에 따라 철도 스테이션에서 정지하고, 상기 철도 스테이션 및 상기 하나 이상의 충전 스테이션들은 에너지 저장 수단으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 500 m 의 거리 내에 있는, 제동 에너지 이용 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전 스테이션들은 대응하는 버스 정거장들에 위치되고, 상기 탑재 배터리들은 상기 버스 정거장들에 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 정지 동안 부분적으로 재충전되는, 제동 에너지 이용 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 충전 스테이션들에서의 전기적으로 파워가 공급된 버스의 상기 충전은 6 분 또는 그 미만, 바람직하게는 3 분 또는 그 미만의 충전 기간 내에 수행되고, 그 후에 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스는 상기 충전 기간의 8 배 이상 동안 상기 충전 스테이션들로부터 연결 해제된 채로 남아있는, 제동 에너지 이용 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 수단으로부터의 상기 전기 에너지의 전압은 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 이격된 위치에서, 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 탑재 배터리들을 충전하기에 적절한 전압으로 변환되는, 제동 에너지 이용 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레일 차량들의 상기 그룹의 회생 제동 수단에 의해 발생되는 상기 전기 에너지는 상기 미리 정해진 시간 기간 동안 상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 10 대 이상, 바람직하게는 20 대 이상, 더 바람직하게는 30 대 이상을 충전하는데 사용되는, 제동 에너지 이용 방법.
14. 제동 동안 전기 에너지를 발생하기 위한 회생 제동 수단이 제공되는 레일 차량들의 그룹, 그리고 각각의 버스가 그의 휠들의 구동 운동을 위한 전기 모터 그리고 상기 전기 모터에 연결되는 탑재 배터리를 포함하는 전기적으로 파워가 공급되는 버스들의 그룹과 사용하기 위한 에너지 소비 및 분배 시스템으로서,
    상기 시스템은 :
    상기 레일 차량의 제동 동안 레일 차량들의 상기 그룹의 레일 차량의 상기 회생 제동 수단에 의해 발생되는 전기 에너지를 수용하기 위해 배열되는 파워 라인 섹션;
    상기 파워 라인 섹션에 연결되고 상기 레일 차량의 제동 동안 상기 파워 라인 섹션에 의해 수용되는 전기 에너지를 저장하도록 구성되는 전기 에너지 저장 수단;
    상기 전기 에너지 저장 수단으로부터의 전기 에너지로 그의 탑재 배터리를 충전하기 위해 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹으로부터의 전기적으로 파워가 공급된 버스에 연결하도록 각각 구성되는 복수의 충전 스테이션들을 포함하고;
    상기 전기 에너지 저장 수단, 상기 파워 라인 섹션 및 상기 복수의 충전 스테이션들은 일체형 시스템을 형성하고 서로로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 500 m 의 거리 내에 위치되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 수단은 상기 파워 라인 섹션에 직접 연결되며, 이는 에너지 저장 수단으로부터 파워 라인 섹션으로의 실질적으로 자유로운 전기 에너지 유동을 가능하게 하며 그 역도 가능한, 에너지 소비 및 분배 시스템.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    레일 차량들의 상기 그룹은 미리 정해진 시간 기간 동안 전기 에너지의 실질적으로 미리 정해진 순 공급을 제공하도록 구성되고, 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹은 상기 미리 정해진 시간 기간 내에 전기 에너지의 적어도 상기 순 양을 실질적으로 소비하도록 구성되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 라인 섹션은 어느 한 단부에서 레일 차량들의 상기 그룹의 레일 차량에 파워를 공급하기 위해 상기 파워 라인 섹션에 공칭 전압을 인가하도록 구성되는 파워 공급 스테이션에 연결되고,
    상기 회생 제동 수단은 상기 공칭 전압보다 더 높은 전압 범위 내에서 상기 전기 에너지를 발생하도록 구성되며,
    상기 전기 에너지 저장 수단은 상기 공칭 전압과 실질적으로 동일한 전압에서 상기 전기 에너지를 저장하도록 구성되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 수단은 상기 전압 범위의 전압에서 상기 파워 라인 섹션으로부터 전기 에너지를 수용하도록 구성되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 에너지 저장 수단은 실질적으로 상기 공칭 전압에서, 상기 복수의 충전 스테이션들에 및/또는 상기 파워 라인 섹션에 전기 에너지를 공급하도록 구성되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일체형 시스템은 상기 에너지 저장 수단으로부터의 전기 에너지를 상기 충전 스테이션에 적절한 전압으로 변환하기 위해, 상기 에너지 저장 수단과 상기 복수의 충전 스테이션들 사이에 전도성으로 연결되는 변환기를 더 포함하는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 파워 라인 섹션, 상기 전기 에너지 저장 수단, 상기 변환기 및 상기 복수의 충전 스테이션들은 철도 스테이션으로부터 2 ㎞ 의 거리 내에, 바람직하게는 1 ㎞ 의 거리 내에, 가장 바람직하게는 그의 500 m 의 거리 내에 위치되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 수단은 상기 전기 에너지 저장 수단으로부터 상기 충전 스테이션으로의 전기 에너지의 일방 교환을 위해 구성되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
23. 제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전 스테이션들의 각각은 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹의 전기적으로 파워가 공급된 버스와 슬라이딩 또는 롤링 전도성 접촉을 이루도록 구성되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
24. 제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전 스테이션들의 각각은 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹의 전기적으로 파워가 공급된 버스에 전기 에너지를 제공하기 위해 오버헤드 컨덕터 라인을 포함하는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 전기적으로 파워가 공급된 버스들에는 상기 오버헤드 컨덕터 라인으로부터 전기 에너지를 수용하기 위한 팬토그래프(pantograph)가 제공되는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
26. 제 14 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레일 차량들은 트랙 위의 상기 차량의 이동을 구동하기 위해 전기 모터를 각각 포함하는, 에너지 소비 및 분배 시스템.
27. 제 14 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레일 차량들의 상기 그룹 및/또는 전기적으로 파워가 공급된 버스들의 상기 그룹을 더 포함하는, 에너지 소비 및 분배 시스템.

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