PT968873E - Rede de transportes públicos com veículos elétricos - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "REDE DE TRANSPORTES PÚBLICOS COM VEÍCULOS ELÉTRICOS" A presente invenção refere-se a uma rede de transportes públicos constituída por veículos de propulsão elétrica que circulam em itinerários definidos e ladeados por estações de paragem. É de cada vez mais frequente realizar redes ou linhas de transportes públicos urbanos constituídas por veículos do tipo carro elétrico ou troleicarro que funcionam graças a um meio de propulsão elétrica por exemplo do tipo motor assíncrono. Os motores elétricos de veículos da referida natureza são alimentados por ligação com uma infraestrutura fixa constituída por catenárias ou por carris sob tensão elétrica. A vantagem de exploração de redes ou de linhas da referida natureza reside numa redução da poluição atmosférica e das perturbações sonoras comparativamente com os modos de propulsão a gasóleo ou a gasolina.

Porém, a referida solução apresenta inúmeras desvantagens entre as quais o custo elevado da instalação e da manutenção das catenárias ou dos carris de alimentação elétrica. Uma infraestrutura do tipo catenária, pesada, gera uma poluição diferente da atmosférica ou da sonora, nomeadamente do tipo visual.

Pode considerar-se uma captação elétrica através do solo utilizando carris associados a patins coletores em canais para condutores elétricos por exemplo. Contudo realizar um 2 desvio de linha entre duas estações por exemplo mediante uma intervenção na estrada por parte dos serviços técnicos das redes de gás ou de eletricidade é dificilmente aceitável por razões de custos e de prazos quer em caso de utilização de carris, quer em caso de utilização de catenárias, considerando que nestes casos seria necessário desviar o referido conjunto das instalações de alimentação elétrica para o novo itinerário. Já foi proposto instalar baterias de acumuladores a bordo dos veículos como fonte de energia de tração mas neste caso deu-se de caras com os problemas do recarregamento lento e fastidioso dos acumuladores, do respetivo peso assim como da respetiva capacidade limitada.

Dos documentos FR 2 336 272 ou DE 24 05 198 é conhecida uma rede de transportes públicos constituída por um conjunto de veículos de transporte públicos que circulam sobre uma ou várias linhas, sendo que os referidos veículos apresentam pelo menos um meio de propulsão elétrica alimentado por uma bateria de acumuladores de energia elétrica; a rede compreende igualmente estações de paragem que ladeiam as linhas na proximidade das quais os referidos veículos de transporte podem parar, sendo que determinadas estações compreendem um dispositivo de alimentação elétrica; cada veículo compreende meios de cooperação com o dispositivo de alimentação das estações de paragem para o recarregamento rápido total ou parcial dos acumuladores.

Nos referidos documentos que parecem bem teóricos, os acumuladores dos veículos elétricos são acumuladores níquel-cádmio e, apesar de se referir que o recarregamento realizado na estação é rápido, na prática nada permite 3 realizar o referido recarregamento o que poderá explicar porque as referidas propostas já antigas parecem não ter dado em nada. A presente invenção tem por objetivo apresentar uma solução para o referido problema do recarregamento rápido na estação. 0 objetivo da presente invenção é alcançado no âmbito de uma rede de acordo com a reivindicação 1, considerando que, por um lado, os acumuladores dos veículos são supercondensadores e que, por outro lado, os dispositivos de alimentação na estação compreendem em si um ou vários supercondensadores alimentados através da rede elétrica e permitem uma restituição rápida da respetiva energia armazenada.

No que se refere aos supercondensadores, remete-se em particular para os artigos de M. Xavier Andrieu: "Les súper-capacités, état des réalisations et applications aux transmissions hybrides" publicado durante a jornada especializada INRETS de 14 de Maio de 1998 e "Príncipe, caractéristiques et applications des super-capacités" publicado na EPF '96- Grenoble, assim como para o texto da patente US 2 800 616 A de M. H. J. Becker. Os supercondensadores de um modo geral comportam-se como condensadores muito grandes e são capazes por exemplo de armazenar 47 Wh com uma capacidade de 18 Farads a 135 Volts. Assim, a capacidade de um supercondensador é vantajosamente superior àquela dos condensadores dielétricos tradicionais. A constituição de um supercondensador pode ser semelhante àquela de um 4 acumulador eletroquímico e compreende dois elétrodos e um eletrólito.

Preferencialmente, os meios de cooperação vantajosamente no veiculo compreendem um ou vários órgãos condutores de ligação com o ou os carris ou a ou as catenárias instaladas em determinadas estações de paragem, sendo que os referidos órgãos condutores de ligação são adaptados de modo a entrar em contacto elétrico e físico com o ou os referidos carris ou a ou as referidas catenárias instalados em determinadas estações de paragem.

De acordo com uma outra característica da presente invenção, os órgãos condutores de ligação que pertencem aos meios de cooperação são do tipo pantógrafo ou patim coletor.

De acordo com uma outra característica da presente invenção, cada dispositivo de alimentação elétrica apresenta uma potência que corresponde aproximadamente à energia consumida por cada veículo, particularmente sob a forma de energia de tração, durante uma duração de um terço do tempo do trajeto entre as duas estações de paragem precedentes equipadas com dispositivos de alimentação elétrica da referida natureza. Assim, a energia elétrica transferida do dispositivo de alimentação para os supercondensadores de um veículo compensa a perda de energia elétrica dos referidos supercondensadores durante o percurso do referido veículo entre a estação precedente e a estação em curso quando o tempo de carregamento é de pelo menos um terço do tempo do percurso entre a estação precedente e a estação em curso. A carga dos 5 supercondensadores do veículo vantajosamente é mantida a um nível sensivelmente constante durante o respetivo trajeto.

De acordo com uma outra característica da presente invenção, está previsto, para o caso de avaria de uma alimentação de posto fixo, um dispositivo de geração de energia elétrica complementar e autónomo, do tipo grupo gerador, instalado a bordo de determinados veículos para permitir um recarregamento dos supercondensadores independentemente dos dispositivos de alimentação elétrica nas estações de paragem.

Preferencialmente, cada dispositivo de geração de energia elétrica instalado acima referido apresenta uma potência correspondente em alguns minutos de carga à energia utilizada para percorrer uma distância sensivelmente mais significativa do que aquela que separa as estações de paragem equipadas com dispositivos fixos de alimentação elétrica.

Cada veiculo armazena energia elétrica em determinadas estações de paragem para a consumir durante o respetivo percurso ulterior. A referida solução evita a instalação de catenárias ou de carris condutores e por conseguinte os custos e a poluição visual subjacentes. Os veículos são igualmente libertados da necessidade de cumprir um itinerário fixo entre duas estações.

Em seguida a presente invenção será mais bem compreendida com base na descrição que se segue, com referência às figuras esquemáticas anexas que representam a título de exemplo uma forma de realização de uma rede de transportes 6 públicos. As demais vantagens e características são evidenciadas pela leitura das referidas figuras. A figura 1 A figura 2 A figura 3 é uma vista de dois veículos de transporte público de propulsão elétrica que se movimentam numa linha que compreende duas estações de paragem, um durante a paragem na estação, o outro fora da estação, é um esquema elétrico simplificado do material elétrico instalado a bordo do veículo de transporte público de acordo com a presente invenção. é um esquema elétrico simplificado do material elétrico instalado a bordo do veículo de acordo com a presente invenção. A passagem da corrente elétrica nos esquemas elétricos está indicada com setas. A rede de transportes públicos é constituída por veículos de transporte públicos de propulsão elétrica e por estações de paragem. A estação de paragem designa qualquer lugar ou qualquer zona geográfica em que os veículos podem parar quer seja uma estação de paragem de índole comercial, uma paragem de simples índole de exploração, um terminal ou ainda um semáforo tricolor sem que os referidos exemplos sejam limitativos.

A figura 1 representa dois veículos de transporte públicos 1 e 2 de propulsão elétrica que se movimentam numa linha L que compreende duas estações de paragem A e B, sendo que o primeiro veiculo 1 se encontra na paragem da estação A e o segundo 2 se encontra em aproximação da estação B. A 7 referida figura 1 mostra igualmente dispositivos de alimentação 3 e 4 respetivamente associados a cada estação A e B, o primeiro em descarregamento e o segundo em carregamento, sendo que os referidos dispositivos são representados sob a forma de esquemas elétricos simplificados.

Ainda de acordo com a figura 1, os dispositivos de alimentação elétrica 3 e 4 são constituídos por um supercondensador 5 alimentado com corrente elétrica por uma rede de distribuição de eletricidade ou fornecedora de eletricidade 6 que pode igualmente ser um gerador autónomo de corrente elétrica do tipo grupo gerador. 0 referido supercondensador 5 coloca sob tensão uma catenária 8 existente na estação assim que o interruptor 9 se encontra na posição fechada.

De acordo com as figuras 2 e 3, o material elétrico instalado compreende um supercondensador 10 que alimenta um meio de propulsão elétrica sob a forma de um motor elétrico 11 assinalado por M através de um adaptador de corrente 12 e de um ondulador 13, sendo que os referidos quatro elementos estão ligados à massa.

Os meios de cooperação compreendem um órgão condutor de ligação na figura 1 constituído por um pantógrafo 7 sobre o teto do veículo em ligação elétrica com o supercondensador 10 do veículo. O veículo de transporte público representado na parte esquerda da figura 1 encontra-se na posição imobilizada numa estação de paragem A. A catenária 8 sob tensão apresenta-se em contacto elétrico e físico com o pantógrafo 8 7 para carregar o supercondensador 10 do veículo, sendo que o interruptor 9 do dispositivo de alimentação 3 está na posição fechada. Assim, o supercondensador 5 da estação é descarregado para o supercondensador 10 do veículo que é carregado quase instantaneamente conforme indicado na figura 2. O veículo 2 representado na parte direita da figura 1 está em movimento em aproximação a uma outra estação de paragem B. Conforme indicado na figura 3, a energia elétrica derivada do supercondensador 5 é assim convertida, por intermediário de um adaptador de corrente 12 e de um ondulador 13, em energia de tração produzida através de um motor elétrico 11 assinalado por Μ. A energia de travagem pode igualmente ser recuperada sendo transformada em energia elétrica para carregar o supercondensador 10 do veículo igualmente através do adaptador 12 e do ondulador 13. Durante o referido tempo, o supercondensador 5 da estação é carregado com energia elétrica proveniente da rede de distribuição de eletricidade 6, sendo que o interruptor 9 do dispositivo de alimentação 4 se encontra na posição aberta.

Pode igualmente ser previsto um dispositivo de geração de energia elétrica complementar e autónomo, não representado nas figuras, do tipo grupo gerador, instalado a bordo de determinados veículos que alimenta o supercondensador dos referidos veículos para que estes se possam deslocar a zonas distantes dos dispositivos de recarregamento no solo por exemplo para regressar a um depósito fora das áreas geográficas não servidas ou para compensar o mau funcionamento de um dispositivo de alimentação de uma estação de paragem. A potência de um grupo gerador da 9 referida natureza deve ser de aproximadamente 50 kW o que dá a possibilidade de carregar o supercondensador do veiculo em 4 minutos. A titulo de exemplo e de acordo com a figura 1, o carregamento do supercondensador do veiculo é realizado na estação com uma duração TI de aproximadamente 10 segundos. Vantajosamente o referido período pode efetivamente estar compreendido na duração clássica de paragem de um veículo de transporte público em linha numa estação para a tomada de passageiros. Considerando que as energias de transferência entre o dispositivo de alimentação da estação são muito elevadas durante o referido tempo de carregamento curto, na ordem dos 1200 kW durante 10 segundos, os dimensionamentos dos condutores e do dispositivo devem ser escolhidos de forma correspondente. O tipo de contacto particularmente catenárias/pantógrafos sujeitos a 1600 A sob 800 V deve igualmente ser convenientemente dimensionado. Preferencialmente, as catenárias ou os carris condutores encontram-se numa posição elevada e habitualmente disfarçados na arquitetura da estação por razões de segurança e igualmente estéticas.

Avaliando em 5 minutos o intervalo de passagem entre dois veículos numa determinada estação, a potência de instalação necessária para recarregar o supercondensador de uma estação durante o referido intervalo de tempo vantajosamente é bem mais reduzida, na ordem dos 40 kW.

Além do tempo de paragem, o tempo do percurso entre duas paragens sucessivas que distam num comprimento D de 500 metros e estão equipadas com um dispositivo de recarregamento equivale a aproximadamente 1 minuto, 10 constituído por uma fase de aceleração T2 de 30 segundos e por uma fase de marcha sem aceleração T3 de 10 segundos durante as quais o supercondensador produz energia elétrica destinada a ser transformada em energia de tração através do motor elétrico. Às referidas fases, sucede-se uma fase de travagem T4 de 20 segundos antes da aproximação a uma estação, durante a qual a energia de tração pode ser parcialmente reconvertida em energia elétrica através do motor por meio do respetivo funcionamento como alternador para o recarregamento do supercondensador do veículo. Os valores numéricos das durações Tl, T2, T3 e T4 e o comprimento D são apenas dados exemplificativos. A vida útil dos supercondensadores habitualmente comercializados é de aproximadamente 300 000 ciclos, no âmbito da presente invenção quer dizer de 3 anos para os condensadores instalados e de 7 anos para os condensadores fixos. A presente invenção é particularmente aplicável aos carros elétricos sobre carris ou sobre pneus ou ainda aos troleicarros.

Lisboa, 25 de Janeiro de 2012

Claims (6)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Rede de transportes públicos constituída por: um conjunto de veículos de transporte públicos (1, 2) que circulam numa ou em várias linhas (L) , sendo que os referidos veículos (1, 2) respetivamente apresentam pelo menos um meio de propulsão elétrica (11) alimentado por uma bateria de acumuladores de energia elétrica (10); estações de paragem (A, B) que ladeiam as referidas linhas na proximidade das quais os veículos de transporte são capazes de parar, sendo que determinadas estações (A, B) compreendem um dispositivo de alimentação elétrica (3, 4) , sendo que cada veículo compreende meios de cooperação com o dispositivo de alimentação (3, 4) das estações de paragem para o recarregamento total ou parcial dos acumuladores (10); caracterizada por os acumuladores (10) serem constituídos por supercondensadores e por os dispositivos de alimentação (3, 4) compreenderem um ou vários supercondensadores (5) alimentados pela rede elétrica (6), através do que é possível realizar um recarregamento na estação com uma duração sensivelmente compreendida na duração clássica de paragem de um veículo de transporte público de linha numa estação para a tomada de passageiros.

2. Rede de transportes públicos de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os meios de cooperação nos veículos compreenderem um ou vários órgãos condutores de ligação (7) com o ou os carris ou com a ou as catenárias (8) instaladas em determinadas estações de paragem (A) e 2 (Β) , sendo que os referidos órgãos condutores de ligação (7) são adaptados de modo a entrar em contacto elétrico e fisico com o ou os referidos carris ou a ou as referidas catenárias (8).

3. Rede de transportes públicos de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por os órgãos condutores de ligação (7) que pertencem aos meios de cooperação serem do tipo pantógrafo.

4. Rede de transportes públicos de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por cada dispositivo de alimentação elétrica (3) e (4) apresentar uma potência que corresponde aproximadamente à energia consumida por cada veiculo, particularmente sob a forma de energia de tração, durante uma duração de um terço do tempo do trajeto entre as duas estações de paragem precedentes equipadas com dispositivos de alimentação elétrica da referida natureza.

5. Rede de transportes públicos de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por estar previsto um dispositivo de geração de energia elétrica complementar e autónomo, do tipo grupo gerador, instalado a bordo de determinados veículos para permitir um recarregamento dos supercondensadores (10) independentemente dos dispositivos de alimentação elétrica nas estações de paragem.

6. Rede de transportes públicos de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por cada dispositivo de geração de energia elétrica instalado acima referido apresentar uma potência correspondente em alguns 3 minutos de carregamento à energia utilizada para percorrer uma distância sensivelmente mais significativa do que aquela que separa as estações de paragem equipadas com dispositivos fixos de alimentação elétrica. Lisboa, 25 de Janeiro de 2012