RU2198103C2 - Self-contained vehicle with rational utilization of electric energy generated in process of regenerative braking - Google Patents
Self-contained vehicle with rational utilization of electric energy generated in process of regenerative braking Download PDFInfo
- Publication number
- RU2198103C2 RU2198103C2 RU2001100879/28A RU2001100879A RU2198103C2 RU 2198103 C2 RU2198103 C2 RU 2198103C2 RU 2001100879/28 A RU2001100879/28 A RU 2001100879/28A RU 2001100879 A RU2001100879 A RU 2001100879A RU 2198103 C2 RU2198103 C2 RU 2198103C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- regenerative braking
- electricity
- electric energy
- reactors
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Известны конструкции автономных транспортных средств, в которых электрические токи, образующиеся в процессе рекуперативного торможения, разряжаются на электрический конденсатор [1], в других случаях [2] эти токи используются для нагревания водородсодержащих соединений с целью извлечения из них водорода, расходуемого в топливных элементах. There are known designs of autonomous vehicles in which electric currents generated during regenerative braking are discharged to an electric capacitor [1], in other cases [2] these currents are used to heat hydrogen-containing compounds in order to extract hydrogen consumed in fuel cells from them.
На электрифицированных линиях железных дорог за счет рекуперативного торможения удается возвращать в контактную сеть часть электроэнергии, затрачиваемой на движение поездов. On electrified railway lines, due to regenerative braking, it is possible to return to the contact network a part of the energy spent on the movement of trains.
На железнодорожных линиях с автономной тягой применение рекуперативного торможения затруднено из-за того, что не найдены пути рационального использования вырабатываемой при этом электроэнергии. On railway lines with autonomous traction, the use of regenerative braking is difficult due to the fact that no ways have been found for the rational use of the electricity generated by this.
Диапазон рационализации способов использования электроэнергии, которая могла бы быть выработана в процессе рекуперативного торможения автономного транспортного средства, простирается от оборудования мотор-вагонных поездов тяговыми аккумуляторными батареями [3] до сверхпроводникового накопителя электрической энергии [4] на локомотиве. The range of rationalization of ways to use electricity that could be generated during the regenerative braking of an autonomous vehicle extends from equipping motor-car trains with traction batteries [3] to a superconducting electric energy storage [4] on a locomotive.
Последний из перечисленных способов использования рекуперируемой энергии [4] был бы наиболее предпочтительным по изяществу технического решения проблемы, если бы не такой существенный недостаток, как несоизмеримость затрат энергии на постоянное сохранение в криостате низких температур, которые обеспечивают поддержание состояния сверхпроводимости накопителя электроэнергии, с количеством рекуперируемой электроэнергии, в особенности во время длительного движения в режиме тяги. The last of the listed methods of using recuperated energy [4] would be most preferable in terms of a technical solution to the problem if it were not for such a significant drawback as the incommensurability of energy costs for the constant storage in a cryostat of low temperatures, which ensure the maintenance of the state of superconductivity of the electric energy storage, with the amount of recovered electricity, especially during prolonged driving in traction mode.
Задачей настоящего изобретения является нахождение технического решения по оборудованию автономного транспортного средства такими агрегатами, которые без затрат энергии должны быть в постоянной готовности к приему больших токов, образующихся во время рекуперативного торможения, с целью рационального их использования для выработки энергоносителей без уничтожения не возобновляемых полезных ископаемых или продуктов их переработки. The objective of the present invention is to find a technical solution for equipping an autonomous vehicle with such units that without energy consumption should be in constant readiness to receive large currents generated during regenerative braking, with the aim of rational use of them to generate energy without destroying non-renewable minerals or products of their processing.
Наиболее существенным отличием заявляемого технического решения от прототипа является то обстоятельство, что вместо безвозвратного уничтожения метанола, как это описано в [2], после завершения в каждом цикле всех преобразований исходных материалов они восстанавливаются в первоначальном виде и в тех же объемах. The most significant difference of the proposed technical solution from the prototype is the fact that instead of the irretrievable destruction of methanol, as described in [2], after completion of all transformations of the starting materials in each cycle, they are restored to their original form and in the same volumes.
Принципиальная схема размещения основных модулей автономного транспортного средства, например локомотива с силовой установкой на водородном топливе, работающего на линиях железных дорог с автономной тягой, показана на чертеже. A schematic diagram of the placement of the main modules of an autonomous vehicle, for example, a locomotive with a hydrogen-powered propulsion system operating on autonomous traction railway lines, is shown in the drawing.
Установленные на локомотиве 1 тяговые электродвигатели 2, способные вырабатывать электроэнергию во время рекуперативного торможения, кроме обычных электрических цепей, обеспечивающих функционирование всего электрооборудования в тяговых режимах, в генераторном режиме подключаются к зарядным устройствам аккумуляторных батарей 3, а также к пультам автоматического управления водородных реакторов 4 известных конструкций. Водородные реакторы 4 соединены трубопроводными системами с ресиверами 5, а ресиверы 5 соединены трубопроводами с силовыми установками 6, представляющими собой батареи топливных элементов известных конструкций. Хранилища 7 предназначены для размещения веществ, способных в процессе химической реакции вытеснять водород из водородсодержащих соединений. Емкости 8 предназначены для хранения водородсодержащего соединения, например этилового спирта. Резервуары 9 предназначены для хранения запасов воды. Traction motors 2 installed on locomotive 1, capable of generating electricity during regenerative braking, in addition to conventional electrical circuits that ensure the operation of all electrical equipment in traction modes, are connected in generator mode to battery chargers 3, as well as 4 known hydrogen control panels for hydrogen reactors designs. Hydrogen reactors 4 are connected by piping systems to receivers 5, and receivers 5 are connected by pipelines to power plants 6, which are batteries of fuel cells of known designs. Storage 7 is designed to accommodate substances capable of displacing hydrogen from hydrogen-containing compounds during a chemical reaction. Tanks 8 are designed to store a hydrogen-containing compound, for example ethyl alcohol. Tanks 9 are designed to store water supplies.
Совместное функционирование вышеперечисленных систем локомотива на протяжении всего периода рекуперативного торможения движущегося поезда, когда тяговые электродвигатели 2 переключаются в генераторный режим, осуществляется следующим образом. The joint operation of the above locomotive systems throughout the entire period of regenerative braking of a moving train, when the traction motors 2 are switched to the generator mode, is as follows.
В основных отделениях водородных реакторов 4 за счет электролиза водного раствора гидроксида натрия вырабатывается водород, который транспортируется в ресиверы 5, а выделившийся на катодах натрий после завершения стадии электролиза участвует в реакции дегидрирования водородсодержащего вещества, например этилового спирта. Выделившийся в процессе дегидрирования водород также транспортируется в ресиверы 5. Выпавший в осадок после завершения стадии дегидрирования этилат натрия подвергается гидролизу путем ввода в водородные реакторы 4 воды из резервуаров 9. Один из продуктов гидролиза - этиловый спирт выводится в емкость 8, а оставшийся в водородных реакторах 4 гидроксид натрия используется для приготовления раствора электролита путем ввода туда воды из резервуаров 9. После завершения каждого трехстадийного цикла преобразований этилового спирта и натрия они восстанавливаются в первоначальном количестве, а масса выработанного при этом водорода составляет одну девятую часть массы израсходованной воды. Силовые установки 6 локомотива 1 расходуют водород, запасенный в ресиверах 5, для выработки электроэнергии, необходимой для функционирования всех систем локомотива. In the main compartments of hydrogen reactors 4, hydrogen is generated by electrolysis of an aqueous solution of sodium hydroxide, which is transported to receivers 5, and the sodium released at the cathodes after the completion of the electrolysis stage is involved in the dehydrogenation of a hydrogen-containing substance, for example ethyl alcohol. The hydrogen released during the dehydrogenation process is also transported to the receivers 5. The sodium ethoxide precipitated after the dehydrogenation stage is completed is hydrolyzed by introducing 4 water from tanks 9 into the hydrogen reactors. One of the hydrolysis products is ethyl alcohol, which is discharged into the tank 8, and the remaining alcohol in the hydrogen reactors 4 sodium hydroxide is used to prepare an electrolyte solution by injecting water from reservoirs 9 there. After completion of each three-stage cycle of transformations of ethyl alcohol and sodium, it restored to the original quantity, and the mass of the hydrogen generated in this case is one-ninth of the weight of water consumed. Power plants 6 of the locomotive 1 consume hydrogen stored in the receivers 5 to generate the electric power necessary for the operation of all locomotive systems.
В периоды перерывов в производстве рекуперируемой электроэнергии водород вырабатывается за счет дегидрирования этилового спирта натрием, которые вводятся в запасные отделения водородных реакторов 4 соответственно из емкости 8 и хранилища 7. During periods of interruption in the production of recuperable electricity, hydrogen is generated by the dehydrogenation of ethyl alcohol with sodium, which are introduced into the spare compartments of the hydrogen reactors 4 from tank 8 and storage 7, respectively.
Выпадающий в осадок после дегидрирования этилового спирта этилат натрия подвергается гидролизу в запасных отделениях водородных реакторов 4 путем ввода туда воды из резервуаров 9. Один из продуктов гидролиза - этиловый спирт выводится из запасных отделений водородных реакторов 4 в емкость 8, а к остающемуся в запасных отделениях водородных реакторов 4 гидроксиду натрия добавляется вода из резервуаров 9, в результате чего в запасных отделениях водородных реакторов 4 образуется электролит. Precipitated after the dehydrogenation of ethyl alcohol, sodium ethylate is hydrolyzed in the spare compartments of hydrogen reactors 4 by introducing water from the tanks 9. One of the hydrolysis products is ethyl alcohol is removed from the spare compartments of hydrogen reactors 4 into a tank 8, and to the remaining in the spare compartments of hydrogen reactors 4, sodium hydroxide is added water from tanks 9, as a result of which electrolyte is formed in the spare compartments of hydrogen reactors 4.
С возобновлением выработки рекуперируемой электроэнергии производство водорода осуществляется путем электролиза водного раствора гидроксида натрия, накопившегося в запасных отделениях водородных реакторов 4. После завершения электролиза электролита в запасных отделениях водородных реакторов 4 и вывода оттуда образующегося водорода в ресиверы 5 к осажденному на катодах натрию добавляется этиловый спирт, в результате чего создаются условия для дегидрирования этилового спирта с целью получения водорода. Выделяющийся в процессе дегидрирования этилового спирта водород выводится в ресиверы 5, а остающийся в запасных отделениях водородных реакторов 4 этилат натрия подвергается гидролизу за счет ввода туда воды из резервуаров 9. Образующийся в процессе гидролиза этилата натрия этиловый спирт выводится из запасных отделений водородных реакторов 4 в емкость 8, а из остающегося в запасных отделениях гидроксида натрия готовится электролит путем ввода туда воды из резервуаров 9. Этот электролит перекачивается из запасных отделений водородных реакторов 4 в основные отделения для осуществления электролиза и последующих преобразований образующихся веществ в период выработки рекуперируемой электроэнергии. Освобожденные от электролита запасные отделения водородных реакторов 4 оказываются подготовленными для производства водорода за счет дегидрирования этилового спирта натрием в периоды прекращения выработки рекуперируемой электроэнергии. With the resumption of the generation of recuperable electricity, hydrogen is produced by electrolysis of an aqueous solution of sodium hydroxide accumulated in the spare compartments of the hydrogen reactors 4. After the electrolysis of the electrolyte in the spare compartments of the hydrogen reactors 4 and the formation of hydrogen from there to the receivers 5, ethanol is added to the sodium deposited on the cathodes. as a result, conditions are created for the dehydrogenation of ethyl alcohol in order to produce hydrogen. Hydrogen released during the process of ethyl alcohol dehydrogenation is discharged to the receivers 5, and the sodium ethylate remaining in the spare compartments of the hydrogen reactors 4 is hydrolyzed by introducing water from the reservoirs 9. Ethyl alcohol formed during the hydrolysis of sodium ethoxide is removed from the spare compartments of the hydrogen reactors 4 into the tank 8, and from the remaining sodium hydroxide in the spare compartments, the electrolyte is prepared by introducing water from the reservoirs there 9. This electrolyte is pumped from the spare compartments of hydrogen Ktorov 4 in the main compartment of the electrolysis and subsequent transformations of the substances formed during the production of the recuperated power. Spare compartments of hydrogen reactors 4 freed from electrolyte are prepared for hydrogen production due to sodium dehydrogenation of ethanol during periods of cessation of the generation of recuperated electricity.
Наличие основного и запасного отделений в водородных реакторах 4 обеспечивает возможность приема рекуперируемой электроэнергии для электролиза водного раствора гидроксида натрия на любой стадии преобразования водородсодержащих соединений, а также накопление электролита в периоды прекращения выработки рекуперируемой электроэнергии с дополнительным получением водорода. The presence of the main and spare compartments in hydrogen reactors 4 makes it possible to receive recuperated electricity for electrolysis of an aqueous solution of sodium hydroxide at any stage of the conversion of hydrogen-containing compounds, as well as the accumulation of electrolyte during periods of cessation of the production of recuperated electricity with additional hydrogen production.
Технико-экономические предпосылки эффективности заявленного технического решения по рациональному использованию электроэнергии, вырабатываемой автономными транспортными средствами в режиме рекуперативного торможения, базируются на следующих факторах. Technical and economic prerequisites for the effectiveness of the claimed technical solution for the rational use of electricity generated by autonomous vehicles in regenerative braking mode are based on the following factors.
При наличии на автономных транспортных средствах, например на локомотивах железных дорог, силовых установок, использующих в качестве топлива водород, запасы которого хранятся в перевозимых вместе с силовыми установками ресиверах, затраты на монтаж дополнительного оборудования, предназначенного для рационального использования электроэнергии, получаемой при рекуперативном торможении, позволят не только уменьшить объемы закачки водорода в ресиверы в пунктах экипировки локомотивов, но и существенно уменьшить износ бандажей колесных пар вагонов и расход тормозных колодок. In the presence of autonomous vehicles, such as locomotives of railways, power plants using hydrogen as fuel, the reserves of which are stored in receivers transported with power plants, the cost of installing additional equipment designed for the rational use of electricity generated by regenerative braking, will not only reduce the amount of hydrogen injected into the receivers at the locomotive equipment points, but also significantly reduce the wear of wheel tires p cars and consumption of brake pads.
При организации в пунктах экипировки локомотивов замены управляющих секций с истощенными аккумуляторами большой емкости на аналогичные секции локомотивов с заряженными аккумуляторами появится возможность постоянного энергообеспечения электролизных процессов в водородных реакторах, в результате чего отпадет необходимость закачки водорода в ресиверы в объемах, требующихся для питания силовых установок без учета производства водорода на самом локомотиве. При этом появляется целесообразность сбора и хранения на локомотиве кислорода, образующегося при электролизе водного раствора гидроксида натрия. Использование кислорода вместе с водородом для питания силовых установок локомотива позволит исключить вредные выбросы в атмосферу перегретых окислов азота. When arranging the replacement of control sections with depleted high-capacity batteries at similar locomotive outfits with similar sections of locomotives with charged batteries, it will be possible to continuously supply electrolysis processes in hydrogen reactors, as a result of which there will be no need to pump hydrogen into the receivers in the volumes required to power the power plants without taking into account hydrogen production on the locomotive itself. In this case, it becomes expedient to collect and store on the locomotive the oxygen formed during the electrolysis of an aqueous solution of sodium hydroxide. The use of oxygen together with hydrogen to power the locomotive power plants will eliminate the harmful emissions of superheated nitrogen oxides into the atmosphere.
Зарядка аккумуляторов большой емкости в перецепляемых управляющих секциях локомотивов может быть организована в те периоды суток, когда в энергосистемах появляется избыток электроэнергии, и за счет этого возможно существенное снижение вредных последствий "провалов" в приеме электрических мощностей. Charging large-capacity batteries in the switched control sections of locomotives can be organized during those periods of the day when excess energy appears in the power systems, and due to this, a significant reduction in the harmful consequences of “failures” in the reception of electric capacities is possible.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации 2048309, В 60 L 11/12, опубликован в 1995 г.Sources of information
1. Patent of the Russian Federation 2048309, 60 L 11/12, published in 1995
2. Патент DE 19731642 С1, В 60 L 11/18, В 60 L 7/10, Н 01 М 8/04, опубликован в 1999 г. (прототип). 2. Patent DE 19731642 C1, B 60 L 11/18, B 60 L 7/10, H 01 M 8/04, published in 1999 (prototype).
3. Авторское свидетельство СССР 522078, В 60 L 11/12, опубликовано в 1976 г. 3. USSR author's certificate 522078, 60 L 11/12, published in 1976
4. Патент Российской Федерации 2007305, В 60 L 11/06, опубликован в 1994 г. 4. Patent of the Russian Federation 2007305, 60 L 11/06, published in 1994
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001100879/28A RU2198103C2 (en) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Self-contained vehicle with rational utilization of electric energy generated in process of regenerative braking |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001100879/28A RU2198103C2 (en) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Self-contained vehicle with rational utilization of electric energy generated in process of regenerative braking |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2198103C2 true RU2198103C2 (en) | 2003-02-10 |
RU2001100879A RU2001100879A (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=20244717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001100879/28A RU2198103C2 (en) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Self-contained vehicle with rational utilization of electric energy generated in process of regenerative braking |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2198103C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2388624C2 (en) * | 2004-07-02 | 2010-05-10 | Дженерал Электрик Компани | System of high-temperature batteries for hybrid locomotive and off-road vehicles |
RU2445219C1 (en) * | 2010-11-17 | 2012-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of operating shunting locomotive and shunting locomotive |
RU2453448C1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of shunting locomotive operation and shunting locomotive |
RU2492071C1 (en) * | 2009-07-15 | 2013-09-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Electromotive car control device |
-
2001
- 2001-01-09 RU RU2001100879/28A patent/RU2198103C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2388624C2 (en) * | 2004-07-02 | 2010-05-10 | Дженерал Электрик Компани | System of high-temperature batteries for hybrid locomotive and off-road vehicles |
RU2492071C1 (en) * | 2009-07-15 | 2013-09-10 | Мицубиси Электрик Корпорейшн | Electromotive car control device |
RU2445219C1 (en) * | 2010-11-17 | 2012-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of operating shunting locomotive and shunting locomotive |
RU2453448C1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of shunting locomotive operation and shunting locomotive |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2001100879A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4382189A (en) | Hydrogen supplemented diesel electric locomotive | |
Ananthachar et al. | Efficiencies of hydrogen storage systems onboard fuel cell vehicles | |
EP0755088B1 (en) | Regenerative power system | |
US9975435B2 (en) | Device for energy supply of trains | |
CN108839577A (en) | A kind of hydrogen fuel cell series-parallel hybrid electric system and car | |
CN102910090B (en) | Combined intelligent power supply system for urban rail buses | |
US20020117857A1 (en) | Diesel-electric regenerative hydro power cell | |
CN202806431U (en) | City rail bus combined type intelligent power supply system | |
US20100307847A1 (en) | Compressed Air Powered Electric Drive Vehicle | |
Campillo et al. | Flow batteries use potential in heavy vehicles | |
CN102050158A (en) | Split-type electrocar and power trailer thereof | |
RU2198103C2 (en) | Self-contained vehicle with rational utilization of electric energy generated in process of regenerative braking | |
CN112701685A (en) | Vehicle charging station and control method thereof | |
Lee et al. | Field tests of DC 1500 V stationary energy storage system | |
CN207809381U (en) | A kind of new energy sky iron system | |
Lee | A study on development of ESS installed in DC railway system | |
CN205326828U (en) | Liquid stream electric motor car system | |
KR102420388B1 (en) | Hydrogen production and charging system connected railway and operating method thereof | |
CN208971430U (en) | The discontinuous operation electric traction system of extended-range high-power low-speed | |
CN208226570U (en) | A kind of train emergency power system | |
CN102097829A (en) | Distributed electric energy storage and power supply method for storing energy and supplying power by utilizing batteries of electric automobile | |
Sheindlin et al. | Distributed generation of heat and electricity on the basis of renewable energy sources with using aluminum as an intermediate energy carrier | |
JP2007037369A (en) | Rolling stock driving system | |
Miranda et al. | Brazilian hybrid electric fuel cell bus | |
CN213472811U (en) | Whole car recycle system of fuel cell system tail drainage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160110 |