ES3061845T3

ES3061845T3 - Rail transport vehicle electric energy storage and charging system

Info

Publication number: ES3061845T3
Application number: ES19730483T
Authority: ES
Inventors: Mason Peter
Original assignee: First Greater Western Ltd
Current assignee: First Greater Western Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2026-04-07
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: JP7387087B2; AU2019276775A1; CA3101554A1; US11904707B2; US20210221245A1; CL2020003097A1; EP3802202B1; EP3802202C0; JP2021526790A; GB2574264B; WO2019229479A1; EP3802202A1; GB201809019D0; MX2020012849A; GB2574264A; MY209538A; HRP20260314T1; PL3802202T3

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema de almacenamiento y carga de energía eléctrica para vehículos de transporte ferroviario

[0003] La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento y carga de energía eléctrica para vehículos de transporte ferroviario. Más específicamente, la presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento y carga de energía para cargar la batería utilizada para proporcionar potencia de tracción a bordo de un vagón de pasajeros eléctrico ferroviario.

[0004] Los retrasos en el programa nacional de electrificación en el Reino Unido, en particular, han aumentado la demanda de vagones ferroviarios autónomos ("autopropulsados"), por ejemplo, el DEMU Clase 230 de Vivarail (TM). El DEMU Clase 230 es una reconstrucción basada en la carrocería y los bogies de los antiguos trenes de la línea LUL D78 District Line.

[0005] La Clase 230 es una unidad múltiple eléctrica (EMU) autopropulsada. Por "autopropulsado" queremos decir que el medio de propulsión, o fuente de alimentación, está contenido a bordo de la unidad. La unidad es propulsada por motores de tracción montados en el eje que son controlados por un paquete de electrónica de tracción. Esa electrónica de tracción se basa en una alimentación de 500 a 750 V DC de una fuente de alimentación adecuada. Puede ser uno de, o una mezcla de, generadores diésel, paquetes de baterías o una celda de combustible. La solicitud de patente anterior del solicitante WO2017/025751 (incorporada en la presente memoria como referencia cuando está permitido), proporciona detalles del tipo de sistema modular que puede implementarse para permitir que la Clase 230 sea alimentada por una variedad de fuentes de alimentación, que incluyen una batería o una matriz de baterías.

[0006] Cabe señalar que también existe un mercado para vehículos ferroviarios de este tipo fuera del Reino Unido. Un problema con el uso de baterías como fuente de alimentación de tracción principal o única en los trenes es la limitación inherente de la autonomía (suponiendo que la línea no esté electrificada). Con los niveles actuales de tecnología de baterías, la autonomía de los trenes que funcionan con baterías probablemente se limite a una distancia menor que el tiempo de viaje requerido durante el transcurso de un día.

[0007] Por tanto, es necesario reemplazar las baterías durante el transcurso del día. La solicitud de patente anterior del solicitante, WO2017/025751, describe un aparato y un método para reemplazar módulos de batería, pero esto requiere cierto grado de experiencia e intervención manual lo cual puede no ser deseable en una estación de ferrocarril.

[0008] Es deseable poder recargar las baterías a bordo de los vagones. Esto es problemático en el Reino Unido debido a las limitaciones impuestas por la ORR (la Oficina de Carreteras y Ferrocarriles, el organismo regulador de salud y seguridad para ferrocarriles), que establecen que los pasajeros o el público en general no deben tener acceso en ningún momento a los conductores expuestos que proporcionan el suministro de carga.

[0009] También es problemático para la infraestructura existente. Los suministros de electricidad existentes no suelen ser capaces de suministrar los niveles de potencia necesarios para cargar la batería de un tren en un periodo de tiempo adecuado.

[0010] Un objetivo de la presente invención es superar, o al menos mitigar, los problemas anteriores. La publicación de solicitud de patente de EE. UU.2018/141452 A se refiere a un sistema de recarga que incluye un contacto de fuente de alimentación en el suelo, un dispositivo de conmutación para llevar el contacto de fuente de alimentación a una tensión de alimentación suministrada por una fuente a la cual está conectado el sistema de recarga, y un vehículo que incluye una zapata de contacto conectada eléctricamente a los medios de almacenamiento de energía a bordo, colocándose la zapata de contacto debajo del vehículo y siendo móvil entre una posición alta y una posición baja.

[0011] La publicación de solicitud de patente EP 2689953 A se refiere a un sistema de carga eléctrica para acumuladores de energía de vehículos ferroviarios, que comprende medios de búsqueda de posición de un vehículo, al menos un elemento de captura de energía eléctrica, medios de identificación y posicionamiento para identificar y posicionar el vehículo, y al menos una zona de carga eléctrica.

[0012] La publicación CN 207190835 U se refiere a un contacto de carga para proporcionar energía eléctrica a un tranvía.

[0013] La presente invención proporciona un sistema de carga para vehículos de transporte ferroviario tal como se expone en la reivindicación 1 adjunta. En las reivindicaciones dependientes se exponen características opcionales.

[0014] Según un ejemplo no reivindicado, se proporciona un sistema de almacenamiento de energía eléctrica ferroviaria para recargar unidades ferroviarias alimentadas por batería que comprende:

[0015] una batería estacionaria;

[0016] una entrada de alimentación configurada para cargar la batería estacionaria en un primer nivel de potencia; una salida de potencia configurada para descargar la batería estacionaria a un segundo nivel de potencia, más alto que el primer nivel de potencia; y

[0017] un aparato de carga para conectar eléctricamente la salida de potencia a un tren alimentado por batería para cargar una batería del tren alimentado por batería.

[0018] Esto permite utilizar una fuente de alimentación estándar, p. ej., cualquier fuente de alimentación disponible, normalmente 240 V, 415 V, 11 kV, 33 kV de CA. El suministro puede cargar la batería de forma continua para descargar una mayor alimentación a la batería del tren.

[0019] La entrada de alimentación puede estar conectada a la red eléctrica y/o a una fuente de alimentación alternativa, tal como paneles fotovoltaicos o una turbina eólica.

[0020] Preferiblemente, la entrada de alimentación está configurada para cargar continuamente la batería estacionaria. Por "continuamente" queremos decir durante la mayor parte del día, es decir, al menos 20 horas de cada 24. La batería puede cargarse en momentos en los que la electricidad es más barata.

[0021] Preferiblemente, la entrada de alimentación está configurada para cargar la batería estacionaria con una potencia de carga baja, que incluye estar configurada para cargar lentamente la batería estacionaria.

[0022] Preferiblemente, la batería estacionaria comprende un contenedor que almacena al menos una batería. Preferiblemente, se proporcionan varias baterías dispuestas en un grupo o matriz de baterías, en el cual el contenedor es un contenedor de transporte. Esto permite reemplazar fácilmente la batería o las baterías. Según un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de carga para vehículos de transporte ferroviario que comprende:

[0023] un raíl de recarga dimensionado para que pueda cubrirse completamente por un vagón de tren;

[0024] una fuente de alimentación para cargar una batería de tren eléctrico, estando configurada la fuente de alimentación para suministrar selectivamente una corriente de carga al raíl de carga; y

[0025] un aparato sensor configurado para detectar la posición y/o el movimiento de un vagón de tren sobre el raíl de carga;

[0026] en el cual el sensor está conectado a la fuente de alimentación de modo que la corriente de carga solo se suministra al raíl de carga cuando el vagón de tren cubre al menos parcialmente el raíl de carga.

[0027] De manera ventajosa, esto permite una carga sencilla (el tren tiene un contacto con el raíl de carga) y un alto grado de seguridad, ya que, a diferencia de las líneas electrificadas conocidas, la línea solo está activa cuando está cubierta por el tren.

[0028] Preferiblemente, la corriente de carga solo se suministra al raíl de carga cuando el vagón de tren cubre completamente el raíl de carga.

[0029] Preferiblemente, el sensor está configurado para detectar un circuito que se está creando con el raíl de carga y para aplicar la corriente de carga tras la detección del circuito que se está creando.

[0030] Se puede aplicar potencial eléctrico de detección al raíl de carga, en el cual el sensor está configurado para detectar una corriente de detección que fluye como un resultado de la detección del potencial eléctrico. Preferiblemente, la corriente de detección es CA y la corriente de carga es CC.

[0031] Preferiblemente, el sensor está configurado para detectar la presencia de un vagón de tren sobre el raíl de carga.

[0032] El sensor puede ser un sensor óptico. Puede ser un sensor electromecánico.

[0033] Se puede proporcionar una combinación de dos sensores, tal como se ha expuesto anteriormente, como respaldo/redundancia.

[0034] Preferiblemente, el sistema comprende una pluralidad de raíles de carga discretos configurados para cargar simultáneamente una pluralidad de vagones de tren.

[0035] Preferiblemente, cada raíl de carga discreto comprende un aparato sensor respectivo configurado para detectar la posición y/o el movimiento de un vagón de tren respectivo sobre el raíl de carga, y en el cual cada aparato sensor está conectado a una fuente de alimentación de modo que la corriente de carga solo se suministra al raíl de carga respectivo cuando un vagón de tren respectivo cubre al menos parcialmente el raíl de carga respectivo.

[0036] Preferiblemente, la fuente de alimentación es común a la pluralidad de raíles de carga.

[0037] Preferiblemente, el raíl de carga se coloca entre dos raíles de rodadura.

[0038] Preferiblemente, hay un raíl de carga adicional configurado para crear el circuito de carga con el raíl de carga. Preferiblemente, el raíl de carga adicional está conectado al potencial de tierra.

[0039] Preferiblemente, el raíl de carga adicional se posiciona fuera de los raíles de rodadura. Preferiblemente, el sistema está configurado según la especificación de cuatro raíles del metro de Londres (LU) en términos de separación entre raíles. Esto permite que los vehículos LU se adapten fácilmente para su uso con el sistema. Preferiblemente, se proporciona un vehículo de transporte ferroviario que tiene una batería a bordo dispuesta para ser cargada por el sistema de carga de vehículo de transporte ferroviario, en el cual el vehículo de transporte ferroviario comprende un contacto eléctrico para el contacto con el raíl de carga. El contacto puede ser una zapata.

[0040] El aparato sensor puede estar a bordo del vehículo de transporte ferroviario. Puede configurarse para detectar conexión eléctrica entre el contacto eléctrico y el raíl de carga o configurarse para detectar movimiento del vehículo de transporte ferroviario. El aparato sensor puede configurarse para detectar una entrada de conductor del vehículo de transporte ferroviario.

[0041] Un sistema de almacenamiento y carga de energía eléctrica para vehículos de transporte ferroviario que comprende un almacenamiento de energía eléctrica según el ejemplo no reivindicado descrito anteriormente y un sistema de carga según el aspecto de la invención descrito anteriormente.

[0042] Según otro ejemplo no reivindicado, se proporciona un vehículo eléctrico de transporte ferroviario que comprende un motor eléctrico para propulsar el vehículo, una batería dispuesta para alimentar el motor eléctrico y un electrodo de contacto de raíl que se extiende desde el vehículo y está configurado para entrar en contacto con un raíl, en el cual el electrodo de contacto de raíl está conectado a la batería para proporcionar una corriente de carga desde el raíl a la batería durante el uso.

[0043] Por "raíl" nos referimos a una estructura alargada situada debajo del vehículo, ya sea directamente por debajo o por debajo y a un lado del vehículo. El electrodo o "zapata" de contacto de raíl puede extenderse hacia abajo entre las ruedas a cada lado del vehículo o a un lado de las ruedas.

[0044] A continuación se describe un ejemplo de sistema de almacenamiento y carga de energía eléctrica para vehículos de transporte ferroviario haciendo referencia a las Figuras adjuntas, en las cuales:

[0045] la FIGURA 1 es un tren que comprende varios vagones;

[0046] la FIGURA 2 es un vagón de tren motorizado único;

[0047] la FIGURA 3 muestra un módulo de potencia que se inserta en un compartimento de módulos de potencia del vagón de tren de la Figura 2;

[0048] la FIGURA 4 es un esquema de un primer sistema de almacenamiento y carga de energía eléctrica para un vehículo de transporte ferroviario;

[0049] la FIGURA 5 es un esquema de un segundo sistema de almacenamiento y carga de energía eléctrica para un vehículo de transporte ferroviario;

[0050] las FIGURAS 6a a 6c son esquemas de un primer sistema de enclavamiento de carga según la invención; las FIGURAS 7a y 7b son esquemas de un segundo sistema de enclavamiento de carga según la invención. La Figura 1 muestra un tren ferroviario 1 eléctrico de cuatro vagones, para circular sobre un conjunto de raíles 2. El tren es muy similar al descrito en el documento de patente WO2017/025751. El tren 1 comprende una pluralidad de vagones 10 de tren eléctricos, cada uno en forma de vagón de tren autopropulsado. Por tanto, el tren 1 puede denominarse unidad múltiple. En esta disposición, solo dos de los cuatro vagones 10 son autopropulsados (es decir, alimentados). Sin embargo, debe apreciarse que puede haber cualquier número adecuado de vagones, y cualquier número de ellos puede ser autoalimentado. Por ejemplo, un tren 1 puede comprender cuatro vagones, de los cuales solo dos pueden estar motorizados. En esta realización, los vagones 10 delantero y trasero están provistos de una cabina de control desde la cual se puede controlar el tren 1. Debe entenderse que el término "vagón de tren eléctrico" significa un vagón de tren que está dispuesto para ser accionado por un motor eléctrico. Se suministra alimentación desde una batería al motor eléctrico a través de electrónica de tracción.

[0051] La Figura 2 muestra un único vagón 10 de tren que puede denominarse unidad múltiple. El vagón 10 comprende un chasis o bastidor principal 12 y una carrocería 14 de vagón ensamblada como monocasco. En la parte inferior del chasis principal 12 están montados los bogies 16, 18 delantero y trasero, cada uno teniendo cuatro ruedas 20.

[0052] Dos motores eléctricos 17, 19 están montados en cada bogie 16, 18 y están dispuestos para accionar las ruedas 20 del bogie 16, 18 respectivo. Como se explicará en detalle a continuación, los motores eléctricos están dispuestos para ser alimentados por dos módulos 22 de energía eléctrica a bordo que están unidos de forma extraíble al chasis 12 y que contienen baterías.

[0053] Cada vagón motorizado 10 también comprende dos compartimentos 26 de módulo de potencia, uno para cada módulo 22 de potencia. Las compartimentos 26 de módulo de potencia están unidos a la parte inferior del chasis 12, o están definidos por la parte inferior del chasis 12, y están configurados de modo que un módulo 22 de potencia pueda ubicarse y asegurarse de manera extraíble en su interior. Con un módulo 22 de potencia eléctrica situado y asegurado dentro de un compartimento 26 de módulo de potencia, el módulo 22 de potencia está soportado debajo del chasis principal 12. Un módulo 22 de potencia eléctrica se puede reemplazar rápida y fácilmente, ya que está ubicado y asegurado de manera extraíble dentro de un compartimiento 26 de módulo de potencia. En esta realización, y como se describirá en detalle a continuación, se puede insertar un módulo 22 de potencia eléctrica en un compartimento 26 de módulo de potencia desde el lateral del vagón 10 moviendo el módulo 22 de potencia en una dirección horizontal que es transversal al eje longitudinal del vagón 10. Un módulo 22 de potencia puede insertarse y extraerse de un compartimento 26 de módulo de potencia sin necesidad de acceder a la parte inferior del vagón y sin necesidad de levantar el vagón. Esto permite reemplazar un módulo 22 de potencia de un vagón 10 en una ubicación remota, sin tener que acceder a la parte inferior del vagón, lo que requeriría un equipo de elevación o un pozo de inspección.

[0054] El vagón 10 de tren está configurado de modo que puede alimentarse mediante varios tipos diferentes de módulos 22 de potencia eléctrica compatibles e intercambiables, cada uno de los cuales proporciona potencia eléctrica utilizando un método diferente. Para los fines de la presente invención, los módulos de potencia son módulos de batería.

[0055] La Figura 3 muestra un módulo 22 de potencia que puede estar ubicado dentro de un compartimento 26 de módulo de potencia. El módulo 22 de potencia mostrado en la Figura 3 es un módulo 22 de potencia de batería. El módulo 22 de potencia es generalmente cuboidal y comprende un marco 28 de soporte estructural principal que define un paquete cuboidal. En esta realización, el módulo 22 de potencia tiene un extremo frontal 30 y un extremo posterior 32 y es de una longitud que es mayor que la anchura.

[0056] El módulo 22 de potencia comprende un conector eléctrico para conectar componentes externos (específicamente los motores eléctricos del tren) al módulo 22 de potencia. También puede haber un conector eléctrico para un cable de puesta a tierra de seguridad. Esta puede ser una conexión atornillada.

[0057] El compartimento 26 del módulo de potencia comprende un mecanismo de sujeción que tiene dos varillas paralelas 82 accionadas por manijas 84 de actuador que pueden accionarse manualmente para sujetar y liberar el módulo 22, tal como se describe en el documento de patente WO2017/025751.

[0058] En la Figura 4 se muestra un sistema 100 de almacenamiento y carga de energía. El sistema comprende un aparato 200 de almacenamiento de energía y un aparato 400 de carga.

[0059] Aparato 200 de almacenamiento de energía

[0060] El aparato 200 de almacenamiento de energía comprende una matriz 202 de baterías, una entrada 204 de alimentación y una salida 206 de potencia.

[0061] La matriz 202 de baterías comprende un contenedor 208 de baterías que contiene una matriz de baterías individuales 210. La matriz de baterías suele ser de gran tamaño y capacidad energética, y el contenedor de este ejemplo no reivindicado es un contenedor de transporte de tamaño estándar. El conjunto tiene una capacidad energética del orden de 5 MWh.

[0062] La entrada 204 de alimentación comprende una fuente 212 de CA (tal como una red eléctrica monofásica o trifásica) conectada a un convertidor 214 de potencia que comprende un rectificador. El convertidor 214 de potencia está configurado para cargar constantemente las celdas 210 del conjunto 202, lo que puede describirse como carga "lenta". Esto permite almacenar grandes cantidades de energía en la matriz 202 de baterías para permitir la carga rápida de las baterías del tren a través del sistema 400 de carga descrito a continuación a través de la salida 206 de potencia.

[0063] El aparato 200 de almacenamiento de energía puede estar ubicado en una estación de ferrocarril y alimentarse desde la infraestructura existente.

[0064] Primera realización de un sistema 400 de carga

[0065] El sistema de carga según la presente invención se basa en un sistema de cuatro raíles. En general, en un ferrocarril no electrificado existe el conjunto 2 de raíles descrito anteriormente que comprende un primer raíl 2a y un segundo raíl 2b (Figura 4). Los dos raíles 2a, 2b de rodadura entran en contacto con las ruedas 20 de los vagones 10 durante el movimiento.

[0066] Según el sistema 400 de carga, se proporcionan un tercer raíl 3 y un cuarto raíl 4. Los raíles 3, 4 tercero y cuarto son paralelos a los raíles 2a, 2b de rodadura. El tercer raíl 3 está adyacente al primer raíl 2a pero fuera de los raíles 2a, 2b. El cuarto raíl 4 está entre los raíles 2a, 2b primero y segundo.

[0067] Los raíles 3, 4 tercero y cuarto no se extienden a lo largo del ferrocarril y están posicionados solo en una zona de carga CZ que puede estar, p. ej., adyacente a una estación de tren al final de un ramal. La longitud de los raíles 3, 4 tercero y cuarto (es decir, el tamaño de la zona de carga CZ) está predeterminada y se selecciona para que sea menor que la del tren más corto que se va a cargar. De esta manera, los raíles 3, 4 tercero y cuarto pueden estar completamente cubiertos por un tren 1 cuando están en uso.

[0068] Los raíles 3, 4 tercero y cuarto están conectados a una fuente de alimentación eléctrica, en este caso el aparato 200 de almacenamiento de energía a través de un módulo 406 de control de potencia. El tercer raíl 3 está permanentemente a potencial de tierra, y el cuarto raíl 4 puede conectarse selectivamente a la fuente de alimentación mediante el módulo 406 de control de potencia. Esto ofrece una corriente de CC para las baterías del tren a bordo.

[0069] El vagón 10 comprende un primer contacto 402 de raíl eléctrico y un segundo contacto 404 de raíl eléctrico. Estos contactos están en forma de zapatas que son bien conocidas en el campo del diseño de trenes eléctricos. La primera zapata 402 está configurada para hacer contacto con el tercer raíl 3 cuando el vagón 10 está en la zona de carga CZ. La segunda zapata 404 está configurada para hacer contacto con el cuarto raíl 4 cuando el vagón 10 está en la zona de carga CZ. Las zapatas 402, 404 están conectadas a los terminales de carga de los módulos 26 de batería del tren. De esta manera, las baterías de los módulos 26 se pueden cargar desde el aparato 200 de almacenamiento.

[0070] Segunda realización de un sistema 500 de carga

[0071] Haciendo referencia a la Figura 5, se muestra una segunda realización de un sistema 500 de carga según la presente invención.

[0072] El sistema 500 de carga comprende un tercer raíl 3 y un cuarto raíl 4, pero los raíles están separados en tres zonas de carga CZ1, CZ2, CZ3 diferentes, próximas pero separadas. Una o más zonas de carga CZ1, CZ2, CZ3 pueden cubrirse mediante un vagón individual 10 de un tren 1. Cada zona de carga tiene su propio módulo 506 de control de potencia respectivo que puede alimentar selectivamente el raíl de carga en cada una de las zonas. Cada tercer raíl 3 está permanentemente a potencial de tierra, y cada cuarto raíl 4 puede conectarse selectivamente a la fuente de alimentación mediante su módulo 506 de control de potencia respectivo.

[0073] Cada vagón 10 comprende un primer contacto de raíl eléctrico y un segundo contacto de raíl eléctrico (no mostrado) en forma de zapatas, tal como se muestra en la Figura 4.

[0074] Cada zona de carga CZ1, etc., está enclavada individualmente. En otras palabras, para permitir que la corriente de carga se suministre al raíl de carga en la zona correspondiente, el módulo 506 de control de potencia correspondiente debe asegurarse de que hay un vagón de tren en posición.

[0075] Esto facilita que el sistema de carga se proporcione para cargar (en este ejemplo) hasta tres vagones 10. El sistema también puede cargar uno o dos vagones según lo requiera la longitud del tren 1. Por ejemplo, se puede cargar un solo vagón 10 en la zona CZ1 sin que el cuarto raíl 4 esté con corriente en ninguna de las otras zonas CZ2, CZ3.

[0076] Enclavamiento

[0077] Se entenderá que en cualquiera de los sistemas 400, 500 de carga descritos anteriormente, no está permitido que el cuarto raíl o los cuartos raíles 4 se activen (al menos en un grado que pueda representar un peligro), cuando están expuestos, es decir, cuando no hay un tren presente. La presente invención comprende una serie de enclavamientos para garantizar que el cuarto raíl 4 solo se active cuando haya un tren presente y se establezca en el estado apropiado para recibir energía de carga y, por lo tanto, se evita el acceso manual al cuarto raíl 4. Los enclavamientos son como sigue. Se entenderá que cada uno de estos por sí solo, o en combinación, podría emplearse con cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente:

[0078] Enclavamiento de conexión eléctrica - primerejemplo

[0079] Las Figuras 6a a 6c muestran esquemas de un primer sistema 600 de interbloqueo eléctrico en varias fases de funcionamiento.

[0080] El primer 600 de enclavamiento eléctrico tiene un subsistema 602 del lado del raíl y un subsistema 604 del lado del vehículo.

[0081] El subsistema 602 del lado del raíl comprende dos tramos del cuarto raíl 4, o "con corriente", en dos zonas de carga CZ1, CZ2 (véase, p. ej., la Figura 5 para obtener una explicación más detallada de las zonas de carga). Se observará que las Figuras 6a a 6c son esquemáticas y que las longitudes del tercer raíl 3 y del cuarto raíl 4 estarán, de hecho, alineadas según la Figura 5.

[0082] El subsistema 602 del lado del raíl está conectado a los terminales del aparato 200 de almacenamiento de energía (u otro suministro de energía).

[0083] El terminal con corriente del aparato 200 de almacenamiento de energía está conectado a través de un conmutador 606 de potencia del lado del primer raíl al tramo del cuarto raíl 4 en CZ1. El conmutador 606 de potencia del lado del primer raíl puede conectar alternativamente el tramo CZ1 del cuarto raíl 4 al terminal con corriente del aparato 200 de almacenamiento de energía o al potencial de tierra E. El terminal neutro del aparato 200 de almacenamiento de energía está conectado al tramo CZ1 del tercer raíl 3. El terminal neutro está conectado al potencial de tierra E.

[0084] Un primer dispositivo 608 de control/protección en serie se proporciona aguas abajo del aparato 200 de almacenamiento de energía. Cabe señalar que la conexión entre el terminal neutro de la fuente 200 de alimentación y la tierra se proporciona entre el dispositivo 608 y la fuente 200 de alimentación.

[0085] El subsistema 602 del lado del raíl comprende además un circuito generador 610 de señal conectado a la primera porción de la zona de carga CZ1 del cuarto raíl 4. El circuito generador 610 de señal comprende un oscilador 612 que está configurado para producir alternativamente una señal piloto AC de alta frecuencia (HF) y baja frecuencia (LF).

[0086] El terminal con corriente del aparato 200 de almacenamiento de energía también está conectado a través de un conmutador 614 de potencia del lado del segundo raíl al tramo del cuarto raíl 4 en CZ2. El conmutador 614 de potencia del lado del segundo raíl puede conectar alternativamente el tramo CZ2 del cuarto raíl 4 al terminal con corriente del aparato 200 de almacenamiento de energía o al potencial de tierra E. El terminal neutro del aparato 200 de almacenamiento de energía está conectado al tramo CZ2 del tercer raíl 3. El terminal neutro está conectado al potencial de tierra E.

[0087] Un segundo dispositivo 616 de control/protección en serie se proporciona aguas abajo del aparato 200 de almacenamiento de energía. Cabe señalar que la conexión entre el terminal neutro de la fuente 200 de alimentación y la toma a tierra se proporciona entre el dispositivo 616 y la fuente 200 de alimentación.

[0088] El subsistema 602 del lado del raíl comprende además un circuito 618 de detección del lado del raíl conectado a la segunda porción de la zona de carga CZ2 del cuarto raíl 4. El circuito 618 de detección del lado del raíl comprende un sensor 620 de baja frecuencia (LF) y un sensor 622 de alta frecuencia (HF).

[0089] El subsistema 602 del lado del raíl comprende un controlador 621 del lado del raíl. El controlador 621 está configurado para recibir señales de datos del circuito 618 de detección del lado del raíl (específicamente el sensor 620 de baja frecuencia (LF) y el sensor 622 de alta frecuencia (HF)), y para proporcionar señales de control de salida al oscilador 612 y a los conmutadores 606, 614 de potencia del lado del raíl como se describirá a continuación.

[0090] El subsistema 604 del lado del vehículo se proporciona en dos vagones 10. Cada vagón 10 comprende una zapata 402 de tren para el contacto con el tercer raíl 3 y una zapata 404 de tren para el contacto con el cuarto raíl 4. Cada vagón 10 de tren está configurado para ocupar una zona de carga CZ1, CZ2 diferente.

[0091] Cada vagón 10 comprende un módulo 22 de potencia recargable que tiene un dispositivo 623 de control de carga en serie.

[0092] Las zapatas 402 de conexión del tercer raíl están conectadas al módulo 22 de potencia.

[0093] Las zapatas 404 de conexión del cuarto raíl están conectadas mediante un condensador 624 de enlace. Cada una de las cuartas zapatas 404 de conexión de raíl también está conectada a un circuito 626 de detección del lado del vehículo que comprende un sensor 628 de baja frecuencia (LF) para cada zapata. Las zapatas 404 de conexión del cuarto raíl también están conectadas a un primer y un segundo conmutador 630, 632 de potencia del lado del vehículo, respectivamente. Los conmutadores de potencia están configurados para conectar alternativamente las zapatas 404 al potencial de tierra E, o al terminal positivo del módulo 22 de potencia. El subsistema 604 del lado del vehículo comprende un controlador 634 del lado del vehículo. El controlador 634 está configurado para recibir señales de datos del circuito 626 de detección del lado del vehículo y para proporcionar señales de control de salida a los conmutadores 630, 632 de potencia del lado del vehículo, como se describirá a continuación.

[0094] El sistema 600 funciona como sigue.

[0095] La Figura 6a muestra el sistema en una condición donde no hay ningún vehículo ferroviario. Los tramos 4 del cuarto raíl en ambas zonas de carga CZ1, CZ2 están en potencial de tierra debido a las posiciones de los conmutadores 606, 614 de potencia que las conectan a tierra E. Por tanto, los raíles expuestos son seguros. El oscilador 612 produce una señal piloto de baja frecuencia (LF) en esta condición.

[0096] La Figura 6b muestra que el vehículo ferroviario se ha movido a su posición. Las zapatas 402, 404 del vehículo entran en contacto con cada uno de los raíles 3, 4. A medida que se establece el contacto, la señal de baja frecuencia puede pasar a través del condensador 624 de enlace entre los tramos 4 del cuarto raíl en las zonas de carga CZ1, CZ2 y, por tanto, puede detectarse mediante el sensor 620 de LF del circuito 618 de detección del lado del raíl.

[0097] Tras la detección, el controlador 621 del lado del raíl conmuta los conmutadores 606, 614 de potencia del lado del raíl para conectar la fuente 200 de alimentación a los tramos 4 del cuarto raíl. Esto se muestra en la Figura 6c. El controlador 621 del lado del raíl también ordena al oscilador 612 que conmute de una señal piloto de baja frecuencia (LF) a una de alta frecuencia (HF).

[0098] La señal de alta frecuencia (HF) es detectada por los sensores 628 de alta frecuencia en el circuito 626 de detección del lado del vehículo. El controlador 634 del lado del vehículo, al recibir esta entrada, conmuta a continuación los conmutadores 630, 632 de potencia del lado del vehículo de modo que las zapatas 404 en contacto con los tramos 4 del cuarto raíl estén ahora en contacto con el almacenamiento 22 de energía. Ahora hay un circuito de carga desde los cargadores 200 hasta las baterías 22 del vehículo.

[0099] Cabe señalar que el circuito 618 de detección del lado del raíl está configurado para requerir una señal piloto en todo momento (ya sea de alta o baja frecuencia); de lo contrario, el controlador 621 del lado del raíl conmutará los conmutadores de potencia del lado del raíl al potencial terrestre E. De esta manera, el movimiento del vehículo que provoque una caída en el contacto entre las zapatas y el raíl cortará automáticamente la energía a los tramos del raíl con corriente.

[0100] Realización de enclavamiento de conexión eléctrica

[0101] Según una segunda realización del enclavamiento, se propone un sistema de "reconocimiento".

[0102] Cada fuente de alimentación (p. ej., el módulo 506 de control de potencia) está provista de un módulo de reconocimiento electrónico digital, que está configurado para transmitir una señal de "dirección" de baja potencia al tramo correspondiente del cuarto raíl 4 conectado. El módulo también está configurado para detectar tales señales de dirección de baja potencia y para activar la corriente de carga desde el módulo 506 de control de potencia tras el reconocimiento de una respuesta predeterminada.

[0103] Cada vagón de tren también está provisto de un módulo electrónico digital de reconocimiento, que está configurado para detectar señales de dirección de baja potencia y para enviar una señal de respuesta de baja potencia al tramo correspondiente del cuarto raíl 4 conectado tras el reconocimiento de una dirección predeterminada. Las señales pasan a través de los contactos/zapatas 404.

[0104] Cada módulo 506 de control de potencia y cada contacto 404 tienen una señal de "dirección" única.

[0105] La dirección de cada cargador (que es única para cada uno de los módulos de carga) es "transmitida" al tramo correspondiente del cuarto raíl 4 en todo momento mediante el módulo electrónico digital de reconocimiento del cargador.

[0106] Una vez que una zapata entra en contacto con el tramo correspondiente del raíl 4, el módulo del tren detecta la dirección del cargador. Si la dirección del cargador coincide con la dirección esperada, el módulo electrónico de reconocimiento transmite la dirección de contacto al tramo del raíl.

[0107] Si el módulo electrónico digital de reconocimiento lee la dirección correcta del contacto/zapata del tren, se inicia la carga. Solo una vez que el tren esté en posición y cada vagón entre en contacto con el cuarto tramo correcto, los tramos pasan a estar "con corriente" y se inicia la carga.

[0108] A medida que llegue el tren, por supuesto, habrá un periodo en el cual los cargadores emitirán sus direcciones y no recibirán respuesta o recibirán una respuesta falsa. En estas circunstancias, no hay corriente de carga y los tramos 4 del cuarto raíl están conectados a tierra.

[0109] Solo cuando todos los cargadores están "comunicándose" con su contacto o zapata correctamente numerada, el sistema sabe que el tren está en la posición correcta y, por lo tanto, permite la carga.

[0110] Conexión a tierra

[0111] El sistema comprueba que la conexión a tierra hecha por la zapata 402 que conecta el tercer raíl 3 está hecha y se demuestra que es satisfactoria.

[0112] Detección de movimiento

[0113] Se proporciona un detector de movimiento del tren que está configurado para interrumpir la alimentación al cuarto raíl al moverse el tren (lo que pondría en riesgo la exposición del cuarto raíl 4). La detección de movimiento puede adoptar muchas formas, como apreciarán los expertos en la técnica, pero a modo de ejemplo:

[0114] • Se puede posicionar un sensor estático cerca de la línea férrea que está dirigida al vagón 10. Por ejemplo, un sensor de movimiento basado en luz (p. ej., láser) o una forma de radio tal como RFID, Bluetooth (TM) o Wi-Fi (TM).

[0115] • Se puede posicionar un sensor en el vagón del tren que puede comunicarse con el módulo 406 de control para informar de que el tren se está moviendo. El sensor puede estar conectado al sistema de tracción del tren o puede ser, p. ej., un dispositivo inercial que puede detectar la aceleración.

[0116] Detección de entrada de conductor

[0117] Se proporciona un sensor para detectar cualquier acción del conductor para seleccionar potencia o soltar los frenos, lo cual desactiva los cargadores y pone a tierra el cuarto raíl 4 y sus zapatas. El sensor se comunica con el módulo 406 de control para interrumpir la corriente de carga al cuarto raíl en caso de que el tren comience a alejarse.

[0118] Zapata con conexión a tierra

[0119] Cuando están en movimiento, todas las zapatas 402, 404 se mantienen a potencial de tierra, lo cual elimina el riesgo de descarga eléctrica para el personal de mantenimiento o los pasajeros.

[0120] Enclavamiento de conexión eléctrica: tercerejemplo

[0121] Según un tercer ejemplo de enclavamiento, se propone un sistema alternativo de "reconocimiento".

[0122] Las Figuras 7a y 7b muestran esquemas del sistema 700 de enclavamiento eléctrico alternativo.

[0123] El sistema 700 de enclavamiento eléctrico tiene un subsistema 702 del lado del raíl y un subsistema 704 del lado del vehículo. El subsistema 702 del lado del raíl comprende un par de tramos 3a, 4a de raíl de transferencia de potencia y un par de tramos 3b, 4b de raíl de señal de enclavamiento. Los tramos 3a, 3b están en línea y los tramos 4a, 4b están en línea (aunque esto no es esencial). El tramo 4a, 4b es un raíl con corriente. Los pares 3a, 4a, 3b, 4b están contenidos dentro de una única zona de carga CZ. Se proporciona una zona de carga para cada vagón del tren que deba cargarse (aunque solo se muestra una en las Figuras 7a y 7b). El subsistema 702 del lado del raíl está conectado a los terminales del aparato 200 de almacenamiento de energía (u otro suministro de energía).

[0124] El terminal con corriente del aparato 200 de almacenamiento de energía está conectado mediante un conmutador 706 de potencia del lado del raíl al tramo del cuarto raíl 4a en la zona de carga CZ. El conmutador 706 de potencia del lado del raíl puede conectar alternativamente el tramo de la zona de carga CZ del cuarto raíl 4a al terminal con corriente del aparato 200 de almacenamiento de energía o al potencial de tierra E. El terminal neutro del aparato 200 de almacenamiento de energía está conectado al tramo de zona de carga del tercer raíl 3a. El terminal neutro está conectado al potencial de tierra E.

[0125] El subsistema 702 del lado del raíl comprende además un circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl conectado a la porción de la primera zona de carga CZ del cuarto raíl 4b. El circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl comprende una fuente de señal en forma de un oscilador 711 que está configurado para producir una señal piloto. El circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl comprende un sensor 720. El subsistema 702 del lado del raíl comprende un controlador 721 del lado del raíl. El controlador 721 está configurado para recibir señales de datos del circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl (específicamente el sensor 720) y para proporcionar señales de control de salida al oscilador (no mostrado) y a un PLC 707 que controla el conmutador 706 de potencia del lado del raíl, como se describirá a continuación.

[0126] El subsistema 704 del lado del vehículo se proporciona en cada vagón 10. Cada vagón 10 comprende una primera zapata 402a de tren para el contacto con el tercer tramo 3a de raíl, una segunda zapata 402b de tren para contacto con el tercer tramo 3b de raíl, una primera zapata 404a de tren para contacto con el cuarto tramo 4a de raíl y una segunda zapata 404b de tren para contacto con el cuarto tramo 4b de raíl. Cada vagón 10 de tren está configurado para ocupar una zona de carga CZ diferente.

[0127] Cada vagón 10 comprende un módulo 22 de potencia recargable que tiene un dispositivo de control de carga en serie (no mostrado). Las zapatas 402a, 402b de conexión del tercer raíl están conectadas al módulo 22 de potencia.

[0128] El subsistema 704 del lado del vehículo comprende además un circuito 730 generador y de detección de señal del lado del vehículo que comprende una fuente de señal en forma de un oscilador 705, estando conectado el circuito a la primera porción de la zona de carga CZ del cuarto raíl 4b. El circuito 730 generador y de detección de señal del lado del vehículo comprende un sensor 732.

[0129] Ahora se describirá el funcionamiento del sistema 700 de enclavamiento eléctrico.

[0130] Los raíles 4a, 4b de carga se mantienen a potencial de tierra hasta que se despeje el enclavamiento para garantizar que, si un vagón 10 no está en la zona de carga CZ, los raíles de carga 4a, 4b no estén "con corriente".

[0131] Al llegar el tren a una estación de carga, el circuito 730 generador y de detección de señal del lado del vehículo transmite una señal que indica que el vagón está presente y que el tren está activo (por ejemplo, la llave del conductor está instalada y/o los frenos están apagados). Esta señal generalmente se produce en todo momento, no solo cuando el tren llega a una estación de carga. La señal es recibida por el circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl. El sensor 720 detecta que el vagón está en posición y el hecho de que el tren sigue activo.

[0132] Tras retirar la llave del conductor y/o aplicar los frenos, el circuito 730 generador y de detección de señal del lado del vehículo transmite una señal de una frecuencia diferente al circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl. En respuesta, el circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl transmite una señal a una frecuencia adicional.

[0133] El "reconocimiento" de este ejemplo de la invención incluye el intercambio de señales a frecuencias específicas entre el circuito 730 generador y de detección de señal del lado del vehículo y el circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl.

[0134] Una vez completado el "reconocimiento", se transmite una señal desde el circuito 710 generador y de detección de señal del lado del raíl al circuito 730 generador y de detección de señal del lado del vehículo a través del PLC 707 para preparar el vehículo para la carga. Se transmite una señal al conmutador 706 de potencia del lado del raíl desde el PLC 707 para iniciar la carga.

[0135] El "reconocimiento" continúa durante la carga. La carga continúa mientras se complete correctamente el "reconocimiento" y la llave del conductor permanezca fuera y/o se apliquen los frenos.

[0136] Tras la reinserción de la llave del conductor, el circuito 730 generador y de detección de señal del lado del raíl recibe un cambio en la frecuencia de la señal transmitida, se abre el conmutador 706 de potencia del lado del raíl para desconectar el suministro de potencia.

[0137] Aunque en la realización anterior, se describe que el vagón 10 tiene dos pares de zapatas 402a, 402b, 404a, 404b, se entenderá que el vagón puede tener un solo par de zapatas.

[0138] La presente realización es beneficiosa porque los vagones de ferrocarril existentes tienden a tener una señal de "llave del conductor" que se envía a todo el tren y que puede utilizarse para proporcionar la señal. Por tanto, no se requiere ningún cableado adicional entre los vagones.

[0139] Aunque en la realización anterior, el subsistema 702 del lado del raíl se describe como que comprende dos tramos de cuarto raíl 4a, 4b o "con corriente" y dos tramos de tercer raíl 3a, 3b en una única zona de carga CZ, se entenderá que el subsistema 702 del lado del raíl puede tener un solo tramo de cuarto raíl 4, o "con corriente", y un solo tramo de tercer raíl 3 en una única zona de carga CZ. En esta realización, la señal de enclavamiento se superpone a la señal de alimentación durante la carga.

[0140] Se observará que, según otra realización, se puede utilizar un sensor de rueda en serie con el aparato de detección de enclavamiento, de modo que el movimiento del vagón fuera de su posición también interrumpirá la operación de carga. El sensor puede ser, p, ej., óptico o magnético.

[0141] Las variaciones entran dentro del alcance de la presente invención.

[0142] El sistema 400 de carga está configurado para funcionar con el aparato 200 de almacenamiento de energía, aunque se observará que los sistemas se pueden utilizar de forma independiente.

[0143] Por ejemplo, el sistema 200 de almacenamiento de energía puede utilizarse con cualquier otro tipo de sistema de carga, por ejemplo, que requiera que un cable se conecte manualmente a la unidad de batería del tren. El sistema 400 de carga se puede utilizar con otras fuentes de alimentación, tales como generadores eléctricos o red eléctrica.

[0144] La matriz 200 de baterías puede cargarse mediante otros medios distintos de la red eléctrica. Por ejemplo, pueden instalarse generadores de energía renovable en el contenedor 208 y/o en la estación adyacente para cargar la matriz, ya sea sola o en combinación con la red eléctrica. Por ejemplo, se pueden instalar paneles solares o turbinas eólicas.

[0145] En lugar de un tercer raíl, los raíles primero y/o segundo pueden tener un potencial de tierra y completar el circuito de carga, aunque esto no es lo preferido. Como tal, sería posible utilizar las ruedas, los cepillos y los raíles de rodadura como ruta de conexión a tierra para la carga, aunque esto no es lo preferido.

[0146] El sistema puede configurarse para proporcionar CA al vehículo ferroviario en lugar de CC.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario que comprende:

un raíl (4) de carga dimensionado para ser completamente cubierto por un vagón (10) de tren de un vehículo (1) de transporte ferroviario;

una fuente (200) de alimentación para cargar una batería (22) de tren eléctrico a bordo del vagón (10) de tren, configurándose la fuente (200) de alimentación para suministrar selectivamente una corriente de carga al raíl (4) de carga;

un aparato sensor configurado para detectar la posición y/o el movimiento de un vagón de tren sobre el raíl (4) de carga,

un módulo electrónico digital de confirmación;

en donde el módulo de electrónico digital de confirmación está configurado para, en respuesta a recibir una dirección de transmisión, transmitir una respuesta;

en donde la corriente de carga solo se suministra al raíl de carga cuando la fuente de alimentación ha recibido la respuesta; y

en donde el sensor está conectado a la fuente (200) de alimentación de modo que la corriente de carga solo se suministra al raíl (4) de carga cuando el vagón (10) de tren cubre al menos parcialmente el rail (4) de carga

un sensor de entrada de conductor configurado para:

detectar entrada de un conductor del vehículo de transporte ferroviario para seleccionar la potencia del vehículo o liberar los frenos del vehículo; y

en respuesta a detectar la entrada, finalizar el suministro de corriente de carga al raíl (4) de carga.

2. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 1, en el cual la corriente de carga solo se suministra al raíl (4) de carga cuando el vagón (10) de tren cubre completamente el raíl (4) de carga.

3. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 1, configurado para aplicar un potencial eléctrico de detección al raíl (4) de carga, en el cual el sensor está configurado para detectar una corriente de detección que fluye como un resultado del potencial eléctrico de detección.

4. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 3, en el cual la corriente de detección es CA y la corriente de carga es CC.

5. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende una pluralidad de raíles (4) de carga discretos configurados para cargar simultáneamente baterías (22) a bordo de tren eléctrico de una pluralidad de vagones (10) de tren.

6. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 5, en el cual cada raíl (4) de carga discreto comprende un aparato sensor respectivo configurado para detectar la posición y/o el movimiento de un vagón (10) de tren respectivo sobre el raíl (4) de carga, y en el cual cada aparato sensor está conectado a una fuente (200) de alimentación de modo que la corriente de carga solo se suministra al raíl (4) de carga respectivo cuando un vagón (10) de tren respectivo cubre al menos parcialmente el raíl (4) de carga respectivo.

7. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 6, en el cual la fuente (200) de alimentación es común a la pluralidad de raíles (4) de carga.

8. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual el raíl (4) de carga está posicionado entre dos raíles (2a, 2b) de rodadura.

9. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende un raíl (3) de carga adicional configurado para crear un circuito de carga con el raíl (4) de carga.

10. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 9, en el cual el raíl (3) de carga adicional está conectado a potencial de tierra.

11. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 10, en el cual el raíl (3) de carga adicional se posiciona fuera de los raíles (2a, 2b) de rodadura.

12. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende el vagón (10) de tren que tiene la batería (22) a bordo dispuesta para ser cargada por el sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario, en el cual el vagón (10) de tren comprende un contacto eléctrico (404) para contacto con el raíl (4) de carga.

13. Un sistema (400) de carga para vehículos de transporte ferroviario según la reivindicación 12, en el cual el aparato sensor está a bordo del vagón (10) de tren.