SE469887B - Elektriskt fordonsnät - Google Patents

Description

469 887 bildning av kväveoxider). NOX är giftigt och påverkar människors hälsa på längre sikt. Den katalytiska avgas- förbränningen eliminerar inte kväveoxiderna på sama sätt som koloxid och kolväten, som är brännbara gaser. Följden av det sagda är att bensinmotorns avgaser blir mycket rena efter katalysatorn, medan detta inte gäller i sama grad för dieselmotorn.

Dieselmotorns sotpartiklar är förödande för den katalytiska avgasreningen, då de lägger sig på platinabe- läggningen och omöjliggör dess katalytiska verkan. Det är därför nödvändigt att filtrera bort dessa sotpartiklar före renaren. Det uppsamlade sotet måste sedan tillvara- tagas eller förbrännas. Allt detta ger en komplicerad och dyr apparatur och trots detta har man kvar den giftiga NOK-gasen, som går direkt ut i omgivande miljö.

Det sagda visar att den dieseldrivna bussen inte är lämplig som stadsbuss. När det gäller kväveoxider emitte- rar en buss lika mycket som 20 till 30 moderna person- bilar. Den ensamme föraren i en ny personbil är således mångdubbelt miljövänligare än en av passagerarna i stads- bussen, så länge inte bussen är nästan halvbesatt.

Olika sätt prövas nu för att få fram miljövänligare stadsbussar. Naturgasen är ett bra bränsle ur emissions- synpunkt. Det är rent och medger drift med motorer enligt tändstiftsprincipen (Otto-motorer enligt tysk vokabulär).

En ur miljösynpunkt ännu bättre variant är el-bus- sen om man ser till själva stadsmiljön. En annan fråga är hur elkraften genererats och vad som sker i anslutning till kraftverket. I detta sammanhang kan vi betrakta elenergin som ren eller med andra ord en eldriven stads- buss förorenar inte staden.

Den hittills normala varianten av elbuss är tråd- bussen, dvs en buss som matas med elström från två led- ningar ovan de gator den trafikerar och strömavtagare i ' 469 887 form av två långa spröt. 600 V likström är vanligt.

Stockholm och Göteborg hade denna typ av trådbussar under en 20-årsperiod från 1940- till 1960-talet. För närva- rande finns inga trådbussar i Sverige. De förekommer på kontinenten och i östeuropa, särskilt i Sovjetunionen är de vanliga. Även USA har en del trådbussar. Nackdelen och anledningen till att de lades ner i bl a Sverige är att nätet är dyrt både i underhåll och vid nyanskaffning. Det förefaller som om spårvagnen skulle komma att föredragas på flera håll, trots den där ännu högre investeringen i gatunätet. En fördel med spårvagnen är att en förare kan transportera 2 till 4 gånger så många passagerare som trådbussföraren kan. Bussens fördel är framför allt smi- digheten och en betydligt lägre kostnad för själva fordo- net .

Mitt förslag bygger på att en mycket betydande del av elkraftförbrukningen för en elbuss under en dag åtgår på en kort sammanlagd sträcka, nämligen under bussens ac- celerationer. Överslagsmässigt kan man säga att hälften av elkraftbehovet förbrukas på en tiondedel av kör- sträckan.

För nedbringning av elkraftförbrukningen föreslås enligt uppfinningen ett elektriskt fordonsnät av det slag och med de kännetecken som framgår av patentkravet.

Uppfinningen skall beskrivas närmare med hänvisning .till bifogade ritningar, på vilka FIG 1 är en schematisk bild av ett trådnät med el- bussar i enlighet med uppfinningen med ett stopp- ställe markerat och avståndet från stoppstället angivet i meter, varvid elbussen visas i olika po- sitioner i nätet, FIG 2 är en schematisk bild av en trådbuss utanför trådnätet, 469 887 FIG 3 är ett schema över ett tyristorsystem i el- bussen och FIG 4 är ett diagram, som visar strömförhållandena i ett övergångsområde mellan olika polariteter.

Systemet i FIG 1 innefattar av stolpar 10 på en isolerande bärlina uppburen luftledning 11 för 600 V lik- spänning, som växlar polaritet vid övergångsstyckena 12.

Elbussen, FIG 1 och 2, är betecknad 13 med tillägg av en bokstav för olika positioner. I bussen är anordnad en asynkronmotor 14, 90-100 kw för 0-1800 varv/min, batte- rier 15 på 96 V, 1-4 ton, samt en chopper 16 för mtorn och en chopper 17 för batterierna. Bussen har strömavta- gare 18 och 19 och strömställare 20.

Om man anordnar buss och trådnät som FIG 1 visar, får man ett system som medger att bussen accelererar upp till den konstanta fart som önskas och samtidigt i de batterier som finns magasinerar energi så att bussen kan förflytta sig på en trådlös sträcka till nästa hållplats.

Vid trådanslutningen levereras således kraft till såväl framdrivning som laddning. Dessutom värms vatten under vintern i en cistern, som levererar kontinuerlig vatten- buren komfortvärme till bussen. Nätets längd blir vid varje hållplats 50 till 75 meter långt beroende på vilken hastighet man önskar koma upp till. Den längre sträckan ger 50 km/tim. Den drivande elmotorn 14 behöver endast ha _ en märkeffekt som är ca hälften av dieselmotorns, beroende på motorernas helt olika vridmomentegenskaper.

Systemet kännetecknas av att bussen utan särskilda åtgärder kan köras in i och ut ur trådsystemet, då detta i princip består av en tråd ll och strömavtagarna 18, 19 därför kan göras plana och enkla som på en spårvagn och således inte består av två spröt som skall passas in på var sin ledning. Det fordras två strömavtagare på bussen. *x n 4-69 887 Detta system möjliggöres av att ledningen ll är sektionerad i sträckor om ca 10 m på sådant sätt att va- rannan sträcka har plus-polaritet och varannan minus-po- laritet. Däremellan är anordnat ett isolerande parti på 500-700 mm längd, övergångsstyckena 12. Varje gång strömavtagarna går in i en sektion med omvänd polaritet mot tidigare vändes polariteten i bussens system, så att motorns rotationsriktning och batteriladdningen bibehål- les. För värmemagasineringen i cisternen kan däremot po- lariteten tillåtas vända.

För bussens olika positioner i FIG l och 2 gäller: 13A Batteridrift l3B Tråddrift/laddning (stillastående) 13C Tråddrift/laddning (28 km/tim) 130 Batteridrift (30 lan/tim) 1315: Batteri/trâddrift (44 Jun/tim) 13F Tråddrift/laddning (50 km/tim) l3G Batteridrift l3H Batteridrift 13K Batteridrift (50 lan/tim) Vidare är systemet utformat så, att ett tyristor- system, FIG 3, reglerar elmotorns 14 varvtal och vridmo- ment. Tyristorsystemet eller chopper, som det kallas, är utformat så att den lågspända likströmmen i batterierna (sannolikt 96 V) och nätets 600 V kan förenas som FIG 3 _visar. Choppern 16 resp 17 omvandlar 600 V likström till 440 V växelström. Mellan choppern 17 och batterierna är anordnad en transformator 21 och en omvandlare 22 för om- vandling av 86 V växelström till 115 V likström.

Eventuellt kan en kondensator 23 vara ansluten på chop- perns 17 ingångssida. Drivmotorn 18 är en asynkronmotor, lämpligen 4-polig på 440 V, som ständigt är ansluten till växelströmsnätet, som i sin tur matas från tråden ll el- ler batterierna 15. 469 887 Detta förhållande medger att drivmotorn också kan fungera som generator vid all avsaktning av bussen och därvid återföra en del av den vid accelerationen från nä- tet inmatade energin till batterierna. Systemet är sådant att inte enbart direkt bromsning, utan även den avsakt- ning som blir följden, då föraren håller "fartpedalen“ i ett högre läge än vad som motsvarar bussens fart, ger upphov till elgenerering och laddning (motsvarigheten till "motorbroms“). Bussen är också försedd med normal pneumatisk broms.

Som framgår av FIG 4 användes tyristorsystemet också till att dra ner strömstyrkan till noll vid varje brytning och slutning av strömmen vid passage över över- gångsområdena mellan de olika polariteterna. Någon gnist- bildning eller extra förslitning skall därför inte före- koma.

Då ingen buss finns under trådnätet skall strömmen av säkerhetsskäl vara bruten.

Givare på ledningen 11 eller i vissa fall i gatan ger impulser till alla omkopplingar etc i bussen 13, strömställarna 20, eller ledningen ll.

De olika eltrådnäten är tänkta att matas från det befintliga elledningsnätet i staden. I anslutning till varje delnät erfordras transformator och likriktare.

Batteriernas kapacitet och därmed vikt bestämmes _ närmast av effektavgivningsförmâgan, inte i första hand av förmågan att magasinera så mycket energi som möjligt.

Laddning sker ju ständigt, varför de i princip alltid är fulladdade. Viktigt är att de kan avge den effekt som an- ses nödvändig för att bussen skall kunna köras på ett bra sätt mellan deltrådnäten. På plan mark torde en normal f) stadsbuss vid konstant hastighet förbruka ungefär 20 kW.

Emellertid skall den också ha förmågan att accelerera på ett rimligt sätt efter stopp under batteridrift. Den mera 469 887 noggranna dimensioneringen av batterierna får bli föremål för fortsatta beräkningar och prov. Storleksordningen torde ligga vid 35 kW effektavgivningsförmåga under 10-15 s varje minut. Härför erfordras överslagsmässigt en bly- batterivikt på 1 ton. Om nickel-kaliumbatterier eller liknande användes torde en viktsbesparing på 10-15 % vara möjlig. Extrema batterier med varmt svavel och liknande är inte tänkta att komma till användning i ett första skede.

Med hänsyn till det låga högsta axeltryck som är tillåtet för stadsbussar i Sverige (10 ton) är viktsbe- sparing viktig för att bibehålla dieselbussens passage- rarantal. Själva bussens konstruktion kan därför bli föremål för nytänkande i samband med övergång till någon typ av elbussar. överhuvud taget ser nästan alla avvikelser från den dominerande dieselbussen ut att leda till ökad vikt.

Gemensamt för det ovan beskrivna systemet för stadsbusstrafik, är att modern teknik kombinerats på ett nytt sätt, men att inga ingående komponenter ligger på forskningsstadiet, utan är utprovade och tillgängliga på marknaden. Redan pågående prov med stadsbussar av olika varianter, t ex Stockholmsförsöket med en kombination av liten bensinmotor och batteri, torde ge de grunddata för en svensk stadsbuss som erfordras för slutlig dimensione- _ring av i ovanstående förslag ingående komponenter. De- taljer i principerna för det elektriska systemet måste diskuteras med verklig expertis, sedan själva systemet blivit skyddat på lämpligt sätt.

Claims (1)

1. 469 887 10 15 20 25 30 PATENTKRAV Elektriskt fordonsnät, innefattande för obunden rörelse på gator och vägar anordnade fordon (13) och ett flertal hållplatser för fordonen vid en körrutt för dessa, varvid fordonen är försedda med elektrisk driv- motor (14), elektrisk ackumulator (15) samt två strömav- tagare (18, 19) för kontakt med två kontaktledningar med motsatta polariteter, som är anordnade längs en sträck- ning av körrutten i området av varje hållplats, k ä n n e t e c k n a t av att att att att ' att kontaktledningarna är anordnade som med varandra omväxlande sektioner av en luftledning (ll) med omväxlande polaritet, varvid sektionerna har enhet- lig längd och ett isolerat parti är anordnat mellan sektionerna, strömavtagarna (18, 19) är anordnade på ett inbör- desavstând i fordonets (13) längdriktning, som är huvudsakligen lika med sektionernas längd, i nämnda sträckning av körrutten är anordnade givare för signalering till fordonet, fordonen är försedda med kopplingsorgan (20) för automatisk anslutning av drivmotorn (14) till endera av ackumulatorn (15) och kontaktledningarna (ll) och för anslutning av ackumulatorn till kontaktled- ningarna i beroende av signalerna från givarna och luftledningen är utdragen över en accelerations- sträcka för fordonen frân hållplatsen för accelere- ring av fordonet från stillastående till väsentligen marschfart. m