PT1565337E - Sistema para o armazenamento de energia - Google Patents

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PT1565337E
PT1565337E PT03773012T PT03773012T PT1565337E PT 1565337 E PT1565337 E PT 1565337E PT 03773012 T PT03773012 T PT 03773012T PT 03773012 T PT03773012 T PT 03773012T PT 1565337 E PT1565337 E PT 1565337E
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storage system
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energy
rotor
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Mats Leijon
Hans Bernhoff
Bjoern Bolund
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Uppsala Power Man Consultants
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Description

ΕΡ 1 565 337 /PT DESCRIÇÃO "Sistema para o armazenamento de energia"
Campo técnico do invento 1 0 presente invento refere-se a um sistema de armazenamento de energia cujo objectivo é armazenar e transmitir energia para e a partir de um sistema de accionamento de um veículo. 0 sistema compreende um armazenamento de energia que tem um estator provido de enrolamento e, pelo menos, um rotor provido de um dispositivo gerador de fluxo magnético. 0 rotor está ligado a, pelo menos, um volante que se destina ao armazenamento de energia em forma de energia cinética em, pelo menos, uma massa rotativa. 0 sistema de accionamento compreende um aparelho eléctrico, estando o armazenamento de energia disposto para transmitir energia para e a partir do dito aparelho eléctrico.
Arte anterior São utilizados sistemas de armazenamento de energia que têm um volante que é carregado por um dispositivo de accionamento e que, subsequentemente, serve como fonte de energia para, por exemplo, um motor eléctrico, inter alia, em sistemas de accionamento tais como uma transmissão de um veiculo. Contudo, os sistemas conhecidos são limitados, a capacidade de armazenamento de energia é limitada por muitos factores, tais como o peso do sistema, os requisitos de segurança, a disponibilidade de materiais adequados, bem como a disponibilidade de sistemas de accionamento adequados para a recarga do volante e para a descarga do mesmo. Numa transmissão de um veiculo híbrido, é encontrado um armazenamento de energia, o qual, por exemplo pode ser uma bateria e/ou um tanque de combustível, um motor de accionamento eléctrico e/ou um motor de combustão interna.
Para se poder utilizar a energia na desaceleração de um veículo, por exemplo um automóvel ou um comboio, é necessário um sistema rápido que consiga transmitir e armazenar energias elevadas. Quanto mais forte for a desaceleração, maior é a 2
ΕΡ 1 565 337 /PT energia que o sistema tem de conseguir gerir a fim de poder utilizar a energia. É mostrado um sistema conhecido para armazenamento de energia cinética no documento US 5 931 249. 0 sistema descrito de acordo com o documento compreende um volante, que se destina à acumulação e descarga de energia, respectivamente, que está acoplado a um aparelho eléctrico que opera como motor e gerador, respectivamente, dependendo se é alimentada energia para ou a partir do volante. Quando o sistema é utilizado num veiculo, durante períodos de tempo curtos o veículo pode ser accionado a partir do volante. O volante roda a uma alta velocidade no vácuo. Juntamente com o sistema descrito, são necessárias correntes elevadas, o que resulta em perdas elevadas se tiver de ser gerida alta energia. Deste modo, o sistema conhecido não é adequado para energias elevadas.
As baterias actuais são limitadas em relação à energia que conseguem transportar. Isto exige que o tempo de carga para veículos alimentados por bateria geralmente ascenda a várias horas. Um veículo alimentado por baterias não pode ser conduzido além de uma autonomia limitada sem que o veículo tenha de ser levado a uma estação de recarregamento e aí ser recarregado durante um período de tempo relativamente longo antes do veículo ter novamente uma certa autonomia, frequentemente na ordem dos 100 km.
Breve descrição do invento O invento de acordo com o presente pedido destina-se a proporcionar um sistema de armazenamento de energia para o armazenamento e descarga de energia num sistema de accionamento de um veículo que solucione os problemas descritos acima. O sistema compreende um armazenamento de energia que tem um estator provido de dois enrolamentos e um rotor provido de um dispositivo gerador de fluxo magnético. O primeiro enrolamento do estator destina-se a baixa tensão para a transmissão de energia de baixa energia, enquanto o segundo enrolamento se destina a alta tensão para a transmissão de alta energia. O rotor está ligado a um volante que se destina ao armazenamento de energia cinética em, pelo 3
ΕΡ 1 565 337 /PT menos, uma massa rotativa. 0 sistema de armazenamento de energia está disposto para transmitir energia em ambas as direcções - entre o armazenamento de energia e um aparelho eléctrico compreendido no sistema de accionamento. Ao escolher proporcionar o estator com um enrolamento de alta tensão, pode ser transmitida energia muito elevada em ambas as direcções no sistema. Graças a isto, o sistema torna-se muito rápido e consegue gerir a energia que é desenvolvida durante processos dinâmicos rápidos.
Com baixa tensão quer-se dizer tensão abaixo de 380 V e com alta tensão quer-se dizer tensão acima de 380 V.
Numa concretização preferida, o dito primeiro enrolamento está disposto para operar a uma tensão que está compreendida no intervalo de 6 a 50 V.
Em mais uma concretização preferida, o dito segundo enrolamento está disposto para operar a uma tensão que está compreendida no intervalo de 1 a 24 kV.
Em mais uma concretização preferida, pelo menos, um dos ditos enrolamentos compreende um condutor rodeado por uma primeira camada semicondutora, a dita primeira camada semicondutora é em seguida rodeada por uma camada de isolamento fixo, a dita primeira camada de isolamento fixo é em seguida rodeada por uma segunda camada semicondutora. Por meio de um enrolamento que tem este tipo de sistema de isolamento, pode ser transmitida uma energia muito elevada.
Em mais uma concretização preferida, no dito sistema de accionamento está compreendido um armazenamento de energia, o qual pode ser uma bateria, que está ligada ao aparelho eléctrico do sistema de accionamento. Pode ser transmitida energia a partir do armazenamento de energia para o armazenamento de energia e vice-versa. Ao dispor os enrolamentos no estator de um modo que sejam controlados totalmente de um modo independente entre si, a qualquer instante uma bateria num sistema de accionamento pode ser utilizada de um modo óptimo em relação à descarga e recarregamento. Num veiculo hibrido sendo conduzido na posição de operação com bateria do mesmo, isto é quando o 4
ΕΡ 1 565 337 /PT motor a combustível do veículo não é utilizado, por exemplo durante a condução de um autocarro num ambiente urbano, processos rápidos que requerem alta energia podem ser regulados por intermédio do armazenamento de energia/volante enquanto é alimentada energia contínua para o sistema de accionamento por intermédio da bateria do veículo durante a operação com bateria. Deste modo, em desacelerações rápidas e fortes é alimentada energia para o volante para acumulação e é extraída a partir do mesmo quando estão presentes necessidades de energia, como por exemplo, em variações de binário ou necessidades de aceleração rápida do veículo.
Além disso, pelo facto de ambos os enrolamentos do estator se destinarem a operar a alta e baixa tensão, respectivamente, o sistema permite que seja alimentada energia muito rápido para e a partir do volante por intermédio do enrolamento de alta tensão, à medida que energia para e a partir da bateria é alimentada com tensão apropriada por intermédio do enrolamento de baixa tensão do estator. Os enrolamentos operam totalmente de um modo independente entre si e por conseguinte a carga da bateria pode ser adaptada de um modo que é favorável para o estado e vida útil da bateria. Então, a qualquer momento a bateria pode operar de um modo que é apropriado para a bateria, enquanto variações rápidas de necessidade de energia tais como acelerações e fortes desacelerações, são geridas por intermédio do volante e do enrolamento de alta tensão do estator, que permite rápida transmissão de energia num tempo muito curto para e a partir do volante do sistema.
Numa concretização preferida, o volante é carregado com energia que foi transmitida a partir de uma fonte externa. Num veículo alimentado a bateria, ao utilizar um sistema de accionamento que tem um sistema de armazenamento de energia de acordo com o presente invento, a bateria do veículo pode, por um lado, ser recarregada de um modo convencional numa estação de recarregamento e o volante pode, por outro lado, ser carregado com energia de um modo máximo. Durante a operação, a energia acumulada no volante pode em seguida ser utilizada para a propulsão do veículo, aumentando por esse meio a autonomia do veículo consideravelmente, ou alternativamente a energia pode ser utilizada para 5
ΕΡ 1 565 337 /PT recarregamento contínuo da bateria do veículo. Deste modo, a bateria pode ser carregada continuamente durante um período de tempo mais longo, enquanto o tempo de paralisação na estação de recarregamento ainda fica consideravelmente menor.
Numa concretização preferida, o dito dispositivo gerador de fluxo magnético no rotor compreende imãs permanentes.
Noutra concretização preferida, o dito dispositivo gerador de fluxo magnético no rotor compreende um enrolamento de gaiola de esquilo.
Em mais uma concretização preferida, o dito rotor está montado em chumaceiras magnéticas. 0 rotor está, em mais uma concretização preferida, montado não só em chumaceiras magnéticas mas também chumaceiras deslizantes.
Em mais uma concretização preferida, o dito estator tem enrolamento com entre ferro.
Em mais uma concretização preferida o dito armazenamento de energia tem suspensão giroscópica. Ao escolher um armazenamento de energia que tem suspensão giroscópica, as propriedades de accionamento do veículo só serão afectadas numa pequena escala.
Em mais uma concretização preferida, o dito volante compreende, pelo menos, duas massas rotativas que estão dispostas para rodarem em sentidos de rotação opostos em relação uma à outra. Ao utilizar massas em com rotação oposta, ****as forças que surgem no sistema em rotação das mesmas são minimizadas.
Em mais uma concretização preferida, o dito rotor compreende um primeiro núcleo, um segundo núcleo bem como um terceiro núcleo. 0 primeiro enrolamento está disposto no entreferro entre o primeiro e o segundo núcleo e o segundo enrolamento está disposto no entreferro entre o segundo e terceiro núcleo. Por meio desta configuração, o primeiro e o segundo enrolamento estão desligados magneticamente entre si 6
ΕΡ 1 565 337 /PT e podem, por esse meio, operar de um modo totalmente independente entre si. O sistema de acordo com o presente invento pode ser utilizado juntamente com qualquer veiculo, por exemplo automóvel, comboio, avião, barco. 0 sistema descrito acima tem elevada eficiência, acima de 90% e reage muito rápido, no intervalo de alguns milissegundos. O sistema é compacto, robusto e durável, o que é um requisito prévio para ser utilizado em ambiente severo, o que é o caso na maioria dos tipos de veículos. O sistema consegue gerar e absorver energias elevadas.
Breve descrição dos desenhos A fig. 1 mostra um sistema de accionamento de um veiculo que tem um sistema de armazenamento de energia de acordo com o presente invento. A fig. 2 mostra mais um sistema de accionamento de um veiculo que tem um sistema de armazenamento de energia de acordo com o presente invento. A fig. 3 mostra um armazenamento de energia que está compreendido no sistema de acordo com o presente invento. A fig. 4 mostra uma concretização do estator compreendida no armazenamento de energia.
Descrição detalhada das concretizações preferidas A fig. 1 mostra um sistema de armazenamento de energia de acordo com o presente invento. Um armazenamento de energia 20 que tem um estator 24 e um rotor 21 que está ligado a um volante 22 está - por intermédio de um primeiro conversor 10, uma transmissão de corrente continua 13 e um segundo conversor 11 - disposto para transmitir energia para e a partir de um aparelho eléctrico 12. O volante 22 compreende uma massa rotativa 23. Quando é transmitida energia a partir do aparelho eléctrico 12 para o armazenamento de energia 20, que, por exemplo, é o caso na desaceleração de um veiculo accionado electricamente, o aparelho 12 opera como gerador e 7
ΕΡ 1 565 337 /PT é transmitida energia a partir do aparelho 12 por intermédio do conversor 11, da transmissão de corrente continua 13 e do conversor 10 para um enrolamento (não mostrado na figura) compreendido no estator 24 e em seguida é armazenada no volante 22 em forma de energia cinética na massa rotativa 23. A energia cinética armazenada na massa rotativa 23 pode, subsequentemente, se for necessário ser transmitido de modo correspondente para o aparelho eléctrico. Em seguida o aparelho eléctrico opera como motor. Este sistema pode ser utilizado na transmissão de um veiculo e o armazenamento de energia 20 é em seguida utilizado não só como armazenamento temporário de energia mas também como armazenamento temporário de energia. O estator compreende dois enrolamentos, sendo o primeiro enrolamento destinado a baixa tensão para a transmissão de energia de baixa energia, enquanto o segundo enrolamento se destina a alta tensão para a transmissão de alta energia. O enrolamento do estator no qual é transmitida alta energia está disposto para operar a alta tensão acima de 380 V, de preferência no intervalo compreendido entre 1 e 24 kV. Através da dita disposição, pode ser transmitida energia muito elevada para e a partir do armazenamento de energia 20. Graças a isto, o sistema consegue gerir as altas energias que surgem, por exemplo, em fortes desacelerações. A fig. 2 mostra um sistema que tem um armazenamento de energia 14 que pode ser uma bateria, uma célula de combustível, ou outra energia armazenada quimicamente tal como um tanque de combustível de um motor de combustão interna e um armazenamento de energia 20 que compreende um estator 24 e um rotor 21 ligado a um volante 22 que tem uma massa rotativa 23. O estator 24 está provido de um primeiro e um segundo enrolamento (não mostrado na figura). Os respectivos enrolamentos estão dispostos para operar a baixa tensão e a alta tensão, respectivamente. Com baixa tensão quer-se dizer tensão inferior a 380 V e com alta tensão quer-se dizer tensão superior a 380 V. O rotor 21 está provido de um adequado dispositivo gerador de fluxo magnético tal como, por exemplo, imãs permanentes ou um enrolamento de indução. O volante 22 destina-se à acumulação e rápida transmissão de energia para e a partir do sistema de accionamento. Além disso, o sistema de armazenamento de energia compreende dois 8
ΕΡ 1 565 337 /PT conversores 10 e 11 que têm uma transmissão de corrente contínua intermédia 13. Um dos conversores, o conversor 11, está disposto em ligação com um aparelho eléctrico 12. Como no sistema mostrado na figura 1, o aparelho eléctrico 12 opera como motor ou como gerador dependendo do modo actual de operação. Na desaceleração de um veículo provido deste sistema, o aparelho 12 opera como gerador e a energia gerada é transmitida por intermédio do conversor 11 e da transmissão de corrente contínua 13, que pode operar a alta tensão como, por exemplo, 1,2 kV, por intermédio do conversor 10 para o enrolamento de alta tensão do estator e a seguir para o armazenamento de energia 20, onde a energia é armazenada em forma de energia cinética na massa rotativa 23 do volante. Pelo facto da energia ser transmitida em alta tensão a partir do enrolamento de alta tensão do estator, altas energias, tais como energia de travagem em fortes desacelerações de um veículo, podem ser utilizadas e armazenadas. A energia acumulada no volante pode subsequentemente ser utilizada em processos rápidos, tais como variações de binário ou rápida aceleração de um veículo, quando a energia do volante pode ser devolvida muito rápido para o sistema de accionamento por intermédio do enrolamento de alta tensão do estator. Alternativamente, no caso onde o armazenamento de energia 14 consiste numa bateria, a energia armazenada no volante pode ser utilizada para recarregar a bateria. Em seguida, a energia é transmitida em baixa energia e baixa tensão para a bateria por intermédio do enrolamento de baixa tensão do estator. A fig. 3 mostra um armazenamento de energia do tipo que está compreendido em ambos os sistemas descritos acima de acordo com a figura 1 e 2. O rotor 21 está montado com um apoio de moente 25 e uma chumaceira guia 26, respectivamente. As chumaceiras podem ser chumaceiras convencionais ou magnéticas ou uma combinação de chumaceiras magnéticas e chumaceiras deslizantes. O rotor 21 está ligado a um volante 22 provido de uma massa rotativa 23. Além disso, o armazenamento de energia compreende um estator 24 provido de um primeiro e um segundo enrolamento (não mostrado na figura). Durante a operação, é transmitida energia entre o estator 24 e o rotor 21 e por esse meio ao volante 22 que tem 9
ΕΡ 1 565 337 /PT a massa rotativa 23, por intermédio de um dos enrolamentos do estator. A fig. 4 mostra uma concretização de um estator com entreferro 24. Um primeiro enrolamento 31 está disposto entre o primeiro e segundo núcleos 32, 33 dispostos no rotor. Um segundo enrolamento 31 está disposto entre o segundo núcleo 33 e um terceiro núcleo 34 disposto no rotor. Por meio desta configuração, o primeiro enrolamento 30 e o segundo enrolamento 31 estão desligados entre si magneticamente e podem, por esse meio, ser controlados totalmente de um modo independente entre si. As setas 35 mostram a direcção do campo magnético. O estator e rotor do armazenamento de energia podem estar dispostos para operar com fluxo magnético direccionado radialmente ou axialmente. O invento não está limitado às concretizações acima fornecidas como exemplos, mas pode ser realizado como modificações dentro do âmbito da ideia geral de acordo com o invento descrito nas reivindicações em anexo.
Lisboa,

Claims (17)

  1. ΕΡ 1 565 337 /PT 1/4 REIVINDICAÇÕES 1 - Sistema de armazenamento de energia, destinado a transmitir energia para e a partir de um sistema de accionamento de um veiculo, compreendendo o dito sistema de accionamento, pelo menos, um aparelho eléctrico (12), que compreende um armazenamento de energia (20), que tem um estator provido de enrolamento (24) e, pelo menos, um rotor (21) provido de um dispositivo gerador de fluxo magnético, estando o dito rotor (21) ligado a, pelo menos, um volante (22) destinado ao armazenamento de energia na forma de energia cinética em, pelo menos, uma massa rotativa (23), estando o dito armazenamento de energia (20) disposto para transmitir energia para e a partir do dito aparelho eléctrico (12), caracterizado por o dito estator (24) compreender, pelo menos, um primeiro enrolamento (30), disposto para operar a baixa tensão, bem como um segundo enrolamento (31), disposto para operar a alta tensão, estando os ditos primeiro e segundo enrolamentos dispostos para operarem independentemente entre si.
  2. 2 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por estar compreendido, pelo menos, um armazenamento de energia (14), cujo armazenamento de energia está ligado ao dito aparelho eléctrico (12), estando o dito armazenamento de energia (20) disposto para transmitir energia para e a partir do dito armazenamento de energia (14) .
  3. 3 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o dito armazenamento de energia (20) estar disposto para receber energia que foi transmitida a partir de uma fonte externa. ΕΡ 1 565 337 /PT 2/4
  4. 4 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito dispositivo gerador de fluxo magnético no rotor (21) compreender imãs permanentes.
  5. 5 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o dito dispositivo gerador de fluxo magnético no rotor (21) compreender um enrolamento de gaiola de esquilo.
  6. 6 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito rotor (21) estar montado em chumaceiras magnéticas.
  7. 7 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dito rotor (21) também estar montado em chumaceiras de escorregamento.
  8. 8 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito primeiro enrolamento (30) estar disposto para operar a uma tensão que é inferior a 380 V.
  9. 9 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o dito primeiro enrolamento (30) estar disposto para operar a uma tensão que está compreendida no intervalo de 6 a 50 V.
  10. 10 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, ΕΡ 1 565 337 /PT 3/4 caracterizado por o dito segundo enrolamento (31) estar disposto para operar a uma tensão que é superior a 380 V.
  11. 11 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o dito segundo enrolamento (31) estar disposto para operar a uma tensão que está compreendida no intervalo de 1 a 24 kv.
  12. 12 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito estator (24) ter o enrolamento no entreferro.
  13. 13 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito armazenamento de energia (20) ter a suspensão giroscópica.
  14. 14 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito volante (22) compreender duas massas rotativas (23) que estão dispostas para rodarem em sentidos de rotação opostos uma em relação à outra.
  15. 15 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, pelo menos, um dos ditos enrolamentos (30, 31) compreender um condutor rodeado por uma primeira camada semicondutora, a dita primeira camada semicondutora estar depois rodeada por uma camada de isolamento fixo, a dita primeira camada de isolamento fixo estar depois rodeada por uma segunda camada semicondutora.
  16. 16 - Sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, ΕΡ 1 565 337 /PT 4/4 caracterizado por o dito rotor (24) compreender um primeiro núcleo (32), um segundo núcleo (33), bem como um terceiro núcleo (34), estando o primeiro enrolamento (30) do estator disposto entre o dito primeiro (32) e dito segundo (33) núcleos e estando o segundo enrolamento (31) do estator disposto entre o dito segundo (33) e dito terceiro (34) núcleos.
  17. 17 - Veiculo provido de um sistema de armazenamento de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16. Lisboa,
PT03773012T 2002-11-18 2003-11-17 Sistema para o armazenamento de energia PT1565337E (pt)

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