BR112017025801B1

BR112017025801B1 - Conjunto constituído por um veículo elétrico) e um sistema de recarga, sistema de recarga do tipo de condução estacionária, instalação de fonte de alimentação, veículo ferroviário e método para usar um conjunto

Info

Publication number: BR112017025801B1
Application number: BR112017025801-3A
Authority: BR
Inventors: Jean-Luc Hourtane; Yann Chaintron
Original assignee: Alstom Transport Technologies
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2022-11-29
Also published as: IL256072B; SA517390501B1; WO2016198465A1; US20180141452A1; FR3037195A1; ES2733031T3; IL256072A; DK3303045T3; CN107709083A; BR112017025801A2; EP3303045B1; FR3037195B1; MX367735B; CN107709083B; US10500978B2; CL2016001387A1; LT3303045T; MX2016007468A; PL3303045T3; CA2988845C

Abstract

Trata-se de um conjunto constituído por um sistema de recarga (11, 12) que compreende um contato de fonte de alimentação (21, 22) no solo e um dispositivo de comutação (31, 32) para levar o contato de fonte de alimentação a uma tensão de suprimento fornecida por uma fonte à qual o sistema de recarga (11, 12) está conectado e um veículo (40) que compreende uma sapata de coletor (41, 42) conectada eletricamente a meios de armazenamento de energia a bordo (45), sendo a sapata de coletor colocada abaixo do veículo e móvel entre uma posição de topo e uma posição de fundo, sendo que o veículo (40) inclui um dispositivo de controle (43, 44) para controlar o movimento da sapata de coletor desde a posição de topo até a posição de fundo para que seja colocada em contato com o contato da fonte de alimentação , somente quando o veículo estiver parado em uma posição predefininda, permitindo a coleta de energia do sistema de carregamento, em que a área de ocupação do veículo cobre o contato de fonte de alimentação .

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se ao campo de sistemas de recarga estacionários por condução para um veículo elétrico.

[002] No presente documento, embora a modalidade descrita abaixo em detalhe se refira a um veículo elétrico que é um bonde, a invenção não está limitada a este tipo particular de veículo elétrico, mas é aplicável a todos os tipos de veículos elétricos, independentemente de se eles são guiados, como metrôs, caminhões, automóveis, ônibus, etc.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] São conhecidos sistemas diferentes para alimentar um veículo elétrico de modo a fornecer eletricidade a ele, seja usado diretamente através de meios de propulsão do veículo, ou armazenado em meios de armazenamento de energia do veículo.

[004] São assim conhecidos os sistemas dinâmicos de recarga que possibilitam a alimentação do veículo elétrico quando ele se move. Para um veículo como um bonde, o exemplo desse sistema dinâmico consiste em um sistema de fonte de alimentação através do teto, por exemplo, do tipo catenária. Para um veículo como um carro, foram propostas rodovias incorporando uma via condutora, levada ao potencial de fonte de alimentação. O carro inclui meios para capturar a corrente em contato com a via condutora ao longo do movimento do veículo.

[005] Também são conhecidos os sistemas de recarga estática, que permitem recarregar os meios de armazenamento de energia do veículo quando o último é parado.

[006] Se a parada for prolongada, será feita referência a um sistema de recarga fixo. O caso de um carro elétrico, por exemplo, envolve o estacionamento do veículo em um lugar de estacionar específico localizado perto de um terminal de potência conectado ao setor. Usando um simples cabo de potência provido no carro e equipado com um conector apropriado, os meios de armazenamento de energia do carro estão conectados eletricamente ao terminal a ser recarregado no local. Com esses sistemas estacionários, os tempos de recarga são longos: várias horas para recarregar completamente as baterias de um veículo leve, como um carro de passageiros. Consequentemente, o veículo está indisponível por várias horas. Por conseguinte, é parado durante a recarga, na medida em que o seu motor está desligado e não está em condições de funcionamento imediato. As potências de suprimento providas por tais sistemas estacionários são relativamente baixas, uma vez que a energia necessária para recarregar o veículo é capturada durante um longo tempo de recarga.

[007] Se a parada for curta, aproximadamente várias dezenas de segundos, será feita referência a um sistema de recarga estacionário. Tal sistema é capaz de transferir, do solo para o veículo elétrico, uma potência relativamente significativa, em comparação com sistemas dinâmicos ou sistemas estáticos fixos. A recarga é rápida e a parada é curta, o veículo permanece em condições de operação: sua velocidade é nula, mas está pronta para acelerar imediatamente para deixar a posição de captura de corrente elétrica.

[008] Entre sistemas estacionários, são conhecidos sistemas de recarga por indução. O veículo é provido com um induzido que é colocado, quando o carro chega em um local de captura, sobre um enrolamento, provido abaixo da superfície terrestre. O fluxo magnético gerado pelo enrolamento é então capaz de gerar, no induzido, uma corrente que permite recarregar as baterias do veículo.

[009] No entanto, tais sistemas de recarga estacionários por indução não permitem prover potência suficiente para recarregar um veículo elétrico pesado, como um bonde, um caminhão, etc., ou garantir um curto intervalo de tempo para a recarga completa dos meios de armazenamento de energia de um veículo leve.

[010] Além disso, os sistemas de indução criam campos magnéticos significativos perto do veículo durante a recarga. Os efeitos sobre a saúde dos campos magnéticos ainda não são bem conhecidos.

[011] Por conseguinte, a invenção pretende propor um sistema de recarga estacionária por condução, como alternativa aos sistemas conhecidos, em particular permitindo uma maior transferência de potência do que os sistemas de recarga estacionária por indução, tendo um custo de implantação reduzido e tendo um alto nível de segurança para pessoas localizadas ao redor do veículo enquanto ele está recarregando.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[012] A invenção refere-se, portanto, a um conjunto constituído por um veículo elétrico de um sistema de recarga estacionária por condução para recarregar o dito veículo elétrico quando é parado em uma primeira posição predeterminada, permitindo a captação de energia do sistema de recarga, o sistema de recarga incluindo um contato de fonte de alimentação, posicionado no solo e associado a um meio de retorno de corrente e um dispositivo de comutação capaz de levar o contato de fonte de alimentação a uma tensão de suprimento fornecida por uma fonte elétrica à qual o sistema de recarga está conectado, o veículo inclui uma sapata de contato conectada eletricamente a meios de armazenamento de energia a bordo, sendo a sapata de contato colocada abaixo de uma carroceria do veículo e móvel entre uma posição alta, longe do contato de fonte de alimentação e uma posição baixa, em contato com o contato de fonte de alimentação, o veículo incluindo um dispositivo de controle capaz de comandar o movimento da sapata de contato da posição alta para a posição baixa, de modo que esta seja colocada em contato com o contato de fonte de alimentação, somente quando o veículo é parado na dita posição predeterminada, posição de captura na qual a área de ocupação do veículo cobre o contato de fonte de alimentação.

[013] De acordo com modalidades particulares, o conjunto inclui uma ou mais das seguintes características, consideradas isoladamente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis: - o conjunto inclui equipamento de comunicação bidirecional entre o sistema de recarga e o veículo, incluindo um módulo transceptor no solo conectado a uma antena terrestre, situado perto do contato de fonte de alimentação, e um módulo transceptor a bordo conectado a uma antena a bordo, suportada pela sapata de contato, podendo o dispositivo transceptor terrestre transmitir um primeiro sinal continuamente em uma faixa significativa, sendo o módulo transceptor integrado capaz de detectar o primeiro sinal na posição alta e posição baixa da sapata de contato, o primeiro quando é recebido, indicando que a sapata de contato está sobre um contato de fonte de alimentação, o módulo transceptor a bordo sendo capaz de transmitir um segundo sinal em uma faixa reduzida, o módulo transceptor terrestre sendo capaz de detectar o segundo sinal apenas na posição baixa da sapata de contato, o segundo sinal, quando ele é recebido, indicando que a sapata de contato está em contato com o contato de fonte de alimentação; - o dispositivo de controle é capaz de detectar que a sapata de contato, colocada em contato com o contato de fonte de alimentação, é trazida para um potencial de fonte de alimentação e, consequentemente, conectar eletricamente a sapata de contato aos meios de armazenamento de energia por comandar o fechamento de um comutador a bordo; - o veículo é um veículo guiado ao longo de uma via que inclui pelo menos um trilho de metal e os meios de retorno de corrente são constituídos pelo dito trilho conectado a um potencial de referência, ou o veículo é um veículo não guiado e o meio de retorno de corrente é constituído por um contato de referência conectado a um potencial de referência; - o dispositivo de comando inclui, em série entre a fonte e o contato de fonte de alimentação, um contator principal e um comutador de desconexão, permitindo colocar o contato de fonte de alimentação exclusivamente, quer no potencial da fonte de alimentação, quer no potencial de referência; - o dispositivo de comando inclui um contator em paralelo com o conjunto formado pelo contator principal e o comutador de desconexão; - um contato de fonte de alimentação inclui uma via condutora, com a qual a sapata de contato de um veículo pode entrar em contato e uma placa de apoio isolante para fixar o contato de fonte de alimentação no solo da via, sendo a placa de apoio isolante provida de um canal periférico para receber a antena terrestre, e - o conjunto é capaz de fornecer uma potência de cerca de 1 MW, sendo o potencial da fonte de alimentação entre 600 V e 1000 V, de preferência igual a 760 V.

[014] A invenção também se refere a um sistema de recarga estacionária por condução destinado a ser integrado no conjunto anterior.

[015] A invenção também se refere a uma instalação para alimentar um veículo elétrico que inclui uma pluralidade de sistemas de recarga de acordo com o sistema anterior.

[016] De preferência, a instalação inclui, uma posição predeterminada do veículo elétrico que permite a recarga deste último, pelo menos dois sistemas de recarga estacionários por condução.

[017] A invenção também se refere a um veículo ferroviário destinado a ser integrado no conjunto anterior.

[018] A invenção também se refere a um método para usar o conjunto anterior incluindo as seguintes etapas: transmitir pelo solo um primeiro sinal de longo alcance; detectar a bordo o primeiro sinal transmitido pelo solo, indicativo do fato de que a sapata de contato está localizada sobre um contato de fonte de alimentação de um sistema de recarga; comandar a redução da sapata de contato para que ela entre em contato com o contato de fonte de alimentação; transmitir a bordo um segundo sinal de curto alcance; receber pelo solo um segundo sinal indicativo da colocação de uma sapata de contato em contato com o contato de recarga; e comandar o contator de potência no solo e o contator de potência a bordo, possibilitando o contato de fonte de alimentação com o potencial da fonte de alimentação e permitir a conexão da sapata de contato com os meios de armazenamento de energia a bordo para iniciar a recarga.

[019] De preferência, o método compreende ainda as seguintes etapas no final da recarga: comandar a abertura do contator a bordo para isolar eletricamente a sapata de contato do meio de armazenamento de energia; interromper a transmissão do segundo sinal transmitido a bordo; detectar o fim da transmissão do segundo sinal pelo solo e comandar a abertura do contator de potência para colocar o contato de fonte de alimentação no potencial de referência; detectar que a sapata de contato está no potencial de referência e comandar o movimento da sapata de contato longe do contato de fonte de alimentação; e permitir que o veículo elétrico reinicie.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[020] A invenção será melhor compreendida e outras características, objetivos e vantagens dela aparecerão mais claramente à luz da descrição a seguir de uma modalidade particular da invenção, proporcionada apenas como exemplo e não limitativo a ele, sendo feita esta descrição em referência aos desenhos anexos, nos quais: - a Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma linha de circulação de um bonde, cujas diferentes estações estão equipadas com sistemas de recarga estacionários por condução de acordo com a invenção; - a Figura 2 é uma ilustração esquemática de um par de sistemas estacionários de recarga de acordo com a invenção equipando uma das plataformas de uma estação da Figura 1, sendo um bonde parado em uma posição predeterminada permitindo a transferência de eletricidade do solo para bordo; - a Figura 3 é uma ilustração esquemática em corte do bonde da Figura 2, no contato de fonte de alimentação de um dos dois sistemas de recarga estacionários; e - a Figura 4 é uma ilustração esquemática das diferentes etapas do método de recarga de um veículo elétrico usando o sistema de recarga estacionário de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[021] A Figura 1 mostra esquematicamente uma linha de bonde 1, por exemplo, incluindo uma primeira via 2, para a viagem de partida e uma segunda via 3, para a viagem de retorno, que permitem que os bondes circulem entre as estações terminais S0 e S5, passando por estações intermediárias. Na Figura 1, são mostradas quatro estações intermediárias S1, S2, S3 e S4.

[022] Na modalidade da Figura 1, cada estação inclui duas plataformas. A primeira plataforma 4 de uma estação permite a transferência de passageiros com um bonde que viaja na primeira via 2 e parou na estação em questão. A segunda plataforma 5 de uma estação permite a transferência de passageiros com um bonde que viaja na segunda via 3 e parou na estação em questão.

[023] A Figura 1 está equipada com uma instalação de recarga terrestre 10, incluindo uma pluralidade de sistemas de recarga estacionários por condução, situada na estação e permitindo que os bondes captem eletricidade quando parados na estação. A instalação 10 também inclui uma rede elétrica 15 e uma ou mais subestações de potência 18, 19, constituindo uma fonte de eletricidade para os sistemas de recarga.

[024] Na modalidade descrita aqui em detalhes, a instalação de recarga terrestre permite o suprimento de potência aos bondes em toda a linha. Alternativamente, a instalação de recarga terrestre é dedicada a suprir alimentação aos bondes em apenas uma seção da linha. Esta seção é enquadrada por seções equipadas com sua própria instalação de fonte de alimentação, por exemplo, uma instalação de recarga terrestre, ou uma instalação de recarga de catenária, ou uma instalação de recarga mista, ou seja, por catenária e pelo solo.

[025] A plataforma para cada estação está equipada com um par de sistemas de recarga estacionários por condução. Cada sistema permite a transferência de eletricidade do solo em direção a um bonde parado ao longo da plataforma em questão, durante uma duração substancialmente correspondente ao tempo de transferência para passageiros, isto é, tipicamente entre cinco e cinquenta segundos.

[026] A presença de dois sistemas de recarga por plataforma permite a redundância, de modo a garantir, se um dos dois sistemas de recarga falhar, que o bonde possa ser recarregado usando o outro sistema de recarga. Garantindo assim a alta disponibilidade da instalação 10, ao longo de todo o movimento dos bondes.

[027] Assim, como mostrado na Figura 1, por exemplo para a estação S1, a primeira plataforma 4 é equipada com um primeiro sistema de recarga dianteiro 11 e um primeiro sistema de recarga traseira 12 e a segunda plataforma 5 está equipada com um segundo sistema de recarga dianteiro 13 e um segundo sistema de recarga traseira 14. Os qualificadores dianteiros e traseiros são definidos em relação à direção de viagem dos bondes na via em questão.

[028] Os sistemas de recarga são idênticos um ao outro, a menos que seja mencionado de outra forma, a descrição será feita omitido os qualificadores de primeiro e segundo ou dianteiro e traseiro e se referindo mais particularmente ao primeiro sistema de recarga dianteiro 11.

[029] A rede de fonte de alimentação 15, na modalidade descrita aqui em detalhe, é monofásica. Isso inclui um cabo de fase no potencial da fonte de alimentação.

[030] A rede de fonte de alimentação 15 está, por exemplo, conectada a duas subestações de fonte de alimentação 18 e 19. A primeira subestação 18 é provida na estação S0, enquanto a segunda subestação 19 é provida na estação S4. Uma subestação constitui uma interface de conexão para conectar a instalação 10 à rede geral do provedor de eletricidade. Uma subestação permite moldar a corrente necessária para recarregar os bondes.

[031] Enquanto um dos terminais de cada subestação está conectado à rede 15, o outro terminal está conectado a pelo menos um dos trilhos de rolamento da via, isto é, em um potencial de referência, chamado "trilho zero volt" ou 0 VR no seguinte. O potencial de referência é próximo ao potencial terrestre.

[032] O cabo de referência 16 também está no potencial de referência. Para esse fim, é regularmente conectado a pelo menos um trilho de rolamento da via, conectando os cabos 17.

[033] A instalação 10 é capaz de aplicar uma tensão entre 600 e 1000 V, de preferência 750 V, correspondente à separação entre a fonte de alimentação e os potenciais de referência. Considerando um tempo de parada de várias dezenas de segundos, um sistema de recarga oferece uma potência de aproximadamente 1 MW.

[034] Muitas alternativas da rede de fonte de alimentação e fontes da instalação podem ser consideradas.

[035] Em referência agora às Figuras 2 e 3, um sistema de recarga e um veículo elétrico capaz de operar com este sistema serão descritos.

[036] Em geral, um sistema de recarga estacionária por condução inclui um contato de fonte de alimentação, instalado no solo da via, entre as linhas de trilhos.

[037] O sistema também inclui, em um alojamento na parte lateral da via, um dispositivo de comutação, permitindo conectar o contato de fonte de alimentação ao potencial de fonte de alimentação fornecido pela rede elétrica 15 ou ao potencial de referência do cabo de referência 16 e um dispositivo de monitoramento, permitindo isolar o dispositivo de comutação da fonte em caso de mau funcionamento.

[038] Assim, na Figura 2, o sistema dianteiro 11 inclui um contato de fonte de alimentação 21, um dispositivo de comutação 31 e um dispositivo de monitoramento 71 e o sistema traseiro 12 inclui um contato de fonte de alimentação 22, um dispositivo de comutação 32 e um dispositivo de monitoramento 72.

[039] Um trilho 40 inclui duas sapatas de contato, dianteira 41 e traseira 42, respectivamente, montadas movendo-se abaixo da carroceria do bonde 40 e capazes de entrar em contato, respectivamente, com o contato de fonte de alimentação 21 do sistema de recarga dianteira 11 e o contato de fonte de alimentação 22 do sistema de recarga traseiro 12, quando o bonde 40 é parado ao longo da plataforma, em uma posição predeterminada que permite capturar a corrente.

[040] Durante a recarga do veículo elétrico, a área de ocupação do último cobre o contato de fonte de alimentação. Portanto, não há risco para as pessoas ao se movimentarem ao redor do veículo elétrico de serem eletrocutadas.

[041] Mais detalhadamente, o dispositivo de comutação 31 do sistema de recarga dianteira 11 incorpora, em série entre a rede elétrica 15 e um cabo de conexão 26 para conectar ao contato de fonte de alimentação 21, um comutador de desconexão 33 e um contator principal 34. Da mesma forma, o dispositivo de comutação 32 do sistema de recarga traseiro 12 incorpora, em série entre a rede elétrica 15 e um cabo de conexão 27 para se conectar ao contato de fonte de alimentação 22, um comutador de desconexão 33 e um contator principal 34.

[042] O contator principal 34 inclui um terminal de entrada conectado a um primeiro terminal de saída do comutador de desconexão 33 e um terminal de saída conectado ao cabo de conexão 26. No estado fechado do contator principal 34, há uma continuidade elétrica entre sua entrada e saída. Em um estado aberto do contator principal 34, existe uma descontinuidade elétrica entre a entrada e a saída.

[043] O comutador de desconexão 33 tem um primeiro terminal de entrada conectado à rede 15, um segundo terminal de entrada conectado ao cabo de referência 16, um primeiro terminal de saída conectado ao terminal de entrada do contator principal 34 e um segundo terminal de saída conectado diretamente ao cabo de conexão 26 para o contato de fonte de alimentação 21. Em um estado fechado do comutador de desconexão 33, há continuidade elétrica entre os primeiros terminais de entrada e saída e descontinuidade elétrica entre os segundos terminais de entrada e saída. Em um estado aberto do comutador de desconexão 33, existe uma descontinuidade elétrica entre os primeiros terminais de entrada e saída e a continuidade elétrica entre os segundos terminais de entrada e saída.

[044] O dispositivo de comutação 31 também inclui um módulo de controle 35 que incorpora um módulo transceptor terrestre 36 e um contator secundário 37.

[045] O contator secundário 37 inclui um terminal de entrada conectado ao cabo de referência 16 e um terminal de saída conectado ao cabo de conexão 26 para se conectar ao contato de fonte de alimentação 21. Em um estado fechado do contator secundário 37, há continuidade elétrica entre sua entrada e saída. Em um estado aberto do contator 37, existe uma descontinuidade elétrica entre sua entrada e saída.

[046] O estado do comutador de desconexão 33, o do contator principal 34 e o do contator de segurança secundário 37 são comandados pelo módulo de controle 35 de modo a colocar o contato de fonte de alimentação 21 no potencial de fonte de alimentação ou no potencial de referência, excluindo qualquer outro estado possível.

[047] Na posição fechada do comutador de desconexão 33, o fechamento do contator principal 34 e a abertura do contator secundário 37 permitem conectar o contato de fonte de alimentação 21 à rede 15 e, portanto, levá-lo ao potencial de fonte de alimentação.

[048] Na posição fechada do comutador de desconexão 33, abrir o contator principal 34 e fechar o contator secundário 37 permite conectar o contato de fonte de alimentação 21 ao cabo de referência 16 e, portanto, levá- lo ao potencial de referência.

[049] O módulo 36 do transceptor terrestre está conectado a uma antena terrestre 38 provida no contato de fonte de alimentação 21. De modo semelhante, para o sistema traseiro 12, o módulo transceptor terrestre 36 está conectado a uma antena terrestre 39 provida no contato 22 de fonte de alimentação.

[050] O módulo transceptor terrestre 36 é capaz de transmitir, de forma contínua e periódica, um primeiro sinal que incorpora um código, que é característico da função de recarga. Vantajosamente, o código transmitido por uma antena terrestre permite distinguir o sistema dianteiro 11 do sistema traseiro 12.

[051] O módulo e a antena terrestre são tais que o primeiro sinal é transmitido com uma potência relativamente alta, de modo a ter uma faixa relativamente substancial de aproximadamente várias dezenas de centímetros. A frequência utilizada é, de preferência, vários kHz, por exemplo, 38 kHz.

[052] O módulo e a antena terrestre permitem a recepção de um segundo sinal transmitido pelo bonde, indicando que a sapata de contato está na vizinhança imediata do contato de fonte de alimentação correspondente.

[053] O dispositivo de controle 35 é capaz de manter o contator principal 34 fechado e manter o contator 37 aberto enquanto o módulo transceptor terrestre 36 estiver recebendo um segundo sinal.

[054] Como mostrado esquematicamente na Figura 3, o contato de fonte de alimentação, assim como o contato de fonte de alimentação 21, está instalado no solo de concreto da via, entre as duas linhas dos trilhos de rolamento, substancialmente no meio da plataforma ao longo da qual o bonde para.

[055] O contato de fonte de alimentação 21 é constituído por uma via condutora 23 mantida por uma placa de apoio isolante 25. De modo semelhante, um contato de fonte de alimentação 22 é constituído por uma via condutora 24 mantida por uma placa de apoio isolante 25.

[056] A via condutora 23 é feita a partir de um material eletricamente condutor. Tem uma forma de paralelepípedo com uma seção substancialmente retangular. A face superior da via condutora é exposta, de modo a permitir o contato com uma sapata de contato do bonde.

[057] A placa de apoio isolante 25 é feita a partir de um material eletricamente isolante. Isso permite a fixação do contato de fonte de alimentação 21, 21, respectivamente, no avental de concreto que compõe o solo da via. A placa de apoio isolante 25 é provida de um canal periférico destinado a receber a antena terrestre 38, 39, a última formando, então, um circuito em torno da via condutora 23, 24.

[058] As passagens fornecidas abaixo do contato de fonte de alimentação 21, 22, respectivamente, no avental de concreto permitem o transporte de um cabo de antena, um cabo de conexão 26, 27, de se conectarem à via condutora 23 e, opcionalmente, um cabo de conexão 17, ao alojamento contendo o dispositivo de comutação. Os cabos são assim embutidos.

[059] O dispositivo de monitoramento 71 do sistema 11 inclui um módulo 73 para medir a tensão do segmento 23 do contato 21 e um módulo de alarme 74.

[060] Em particular, dependendo da medida de tensão fornecida pelo módulo 73, o módulo de alarme 74 é capaz de gerar um sinal de alarme local destinado ao módulo de controle 35 de modo que o último abra o comutador de desconexão 33 se for detectado um mau funcionamento.

[061] Em particular dependendo da medida de tensão fornecida pelo módulo 73, o módulo de alarme 74 é capaz de gerar um sinal de alarme geral destinado a um meio de curto-circuito 80 da ou de cada fonte de alimentação da instalação 10.

[062] Mais especificamente, os meios de curto-circuito 80 incluem uma primeira linha piloto 81 que conecta, em série, os relés 83 equipando cada par de sistemas de recarga das estações S2, S1 e S0, e um comutador de curto-circuito 88 na primeira subestação 18 e uma segunda linha piloto 82 que conecta, em série, relés 83 equipando cada par de sistemas de recarga das estações S3, S4 e S5 e um comutador de curto circuito 89 na segunda subestação 19.

[063] Um comutador de curto-circuito, quando fechado, permite curto-circuito nos terminais da subestação correspondente, de modo que nenhuma potência possa ser transmitida pela subestação sobre a rede elétrica 15.

[064] Durante o funcionamento normal da instalação 10, os comutadores de curto-circuito 88, 89 ficam abertos. Se uma grande falha for detectada, os comutadores de curto-circuito 88, 89 são fechados.

[065] Assim, por exemplo, quando um módulo de alarme 74 transmite um sinal de alarme geral, o relé 83 associado ao sistema de recarga em questão deixa de enviar um sinal piloto ao longo da linha piloto 81 ou 82. O comutador de curto-circuito situado no fim da linha piloto fecha, deixando de receber o sinal piloto. A fonte é, portanto, isolada do resto da instalação. Um sinal de fechamento também é enviado para o comutador de curto-circuito de cada uma das outras subestações da seção de modo a garantir que nenhum contato de fonte de alimentação da seção possa ser trazido para o potencial de fonte de alimentação.

[066] Na presente modalidade, os meios de retorno de corrente são constituídos por um dos trilhos metálicos da via, sendo o bonde equipado com rodas metálicas. No caso de um veículo guiado em pneus ou um veículo não guiado, os meios de retorno de corrente podem, por exemplo, ser constituídos por um segundo contato, trazido ao potencial de referência através do cabo de referência. Este segundo contato de fonte de alimentação é, por exemplo, posicionado em paralelo com o contato de fonte de alimentação.

[067] O bonde 40 pode opcionalmente ser equipado com um dispositivo de retroalimentação 50 para a sua posição de parada capaz de detectar a presença de um sinalizador de posicionamento, colocado na via, por exemplo no começo de uma plataforma, em uma posição de referência predeterminada. A bordo do bonde, o dispositivo de retroalimentação 50 inclui uma antena de localização capaz de detectar um sinal de localização transmitido pelo sinalizador. Em função do sinal recebido, o dispositivo de retroalimentação 50 controla a parada do bonde de modo que, quando o bonde 40 é completamente parado, a antena de localização está situada sobre o sinalizador. Tais dispositivos de retroalimentação são conhecidos pelos especialistas na técnica. Eles permitem garantir a parada do veículo em uma posição predeterminada, dentro de uma tolerância de posicionamento. Por exemplo, para um bonde, os dispositivos de retroalimentação conhecidos têm uma tolerância de posicionamento de cerca de +/- 10 cm em relação a uma posição de referência associada ao sinalizador, possibilitando, nos casos em que seja necessário a parada, que as portas do bonde fiquem opostas às portas de desembarque providas na plataforma. Alternativamente, quando a parada é realizada pelo condutor, a precisão de posicionamento acima do contato é menos precisa, por exemplo +/- 75 cm. O comprimento das vias condutoras 23 e 24 permite aceitar esta tolerância de posicionamento.

[068] Garantir a posição de parada do bonde em relação à plataforma permite posicionar cada contato de fonte de alimentação na via e cada sapata de contato no bonde, de modo a ter certeza de que cada sapata de contato pode ser colocada em contato com um contato de fonte de alimentação correspondente quando o trem é parado na posição de parada predeterminada. Isso torna possível que o bonde capte a corrente do sistema de recarga.

[069] O comprimento da via condutora de um contato de fonte de alimentação depende, portanto, da tolerância de posicionamento oferecida pelo dispositivo de retroalimentação usado. Para uma tolerância de +/- 75 cm, a via condutora tem, portanto, um comprimento de cerca de 1,5 m.

[070] O bonde 40 inclui um meio de armazenamento de energia 45. Este pode ser qualquer tipo de meio conhecido, em particular supercapacitores (tornando possível armazenar eletricidade recebida do solo sob a forma de eletricidade), um volante (tornando possível armazenar eletricidade recebida do solo sob a forma de energia mecânica), etc.

[071] Uma sapata de contato é controlada por um dispositivo de controle. A sapata de contato dianteira 41 é controlada pelo dispositivo de controle 43, enquanto a sapata de contato traseira 42 é controlada pelo dispositivo de controle 44.

[072] Uma sapata de contato, por exemplo, a sapata de contato dianteira 41, posicionado abaixo da carroceria do veículo elétrico, é móvel entre uma posição alta, separada da superfície superior da via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21 e uma posição baixa, em contato com a superfície superior da via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21.

[073] A sapata de contato 41 é movida por um atuador 62 adaptada ao dispositivo de controle 43.

[074] O dispositivo de controle 43 inclui um módulo transceptor 64 a bordo, conectado a uma antena a bordo 66 suportada pela sapata de contato 41.

[075] O módulo transceptor a bordo 64 e a antena a bordo 66 podem receber o primeiro sinal enviado pelo módulo transceptor terrestre 36 e a antena terrestre 38, independentemente da posição alta ou baixa da sapata de contato 41 que suporta a antena a bordo, a potência de transmissão do primeiro sinal sendo suficientemente alta. O módulo transceptor a bordo 64 é capaz de extrair o código característico contido no primeiro sinal recebido.

[076] O módulo transceptor a bordo 64 e a antena a bordo 66 são capazes de transmitir um segundo sinal. O segundo sinal é transmitido com uma potência relativamente baixa, mas ligeiramente superior ao limiar de detecção da antena terrestre 38 e do módulo do transceptor terrestre 36 de tal modo que a antena terrestre 38 e o módulo transceptor terrestre 36 detectam apenas o segundo sinal quando a sapata de contato 41 que suporta a antena a bordo 66 está na proximidade imediata do contato de fonte de alimentação 21, isto é, quando está na posição baixa, em contato com o último.

[077] O dispositivo de controle 43 inclui um dispositivo para medir a tensão 67, possibilitando a determinação da tensão instantânea da sapata de contato 41, em particular se estiver em contato com o contato de fonte de alimentação 21 trazido ao potencial de fonte de alimentação.

[078] O dispositivo de controle 43 inclui um módulo de computação 68, capaz de comandar o atuador 62 para mover a sapata de contato 41 da posição alta para a posição baixa, de modo que a sapata de contato seja colocada em contato com o contato de fonte de alimentação e vice-versa, desde a posição baixa até a posição alta de modo que a sapata de contato seja separada do contato de fonte de alimentação.

[079] O módulo de computação 68 é capaz de verificar diferentes restrições antes de comandar o posicionamento da sapata de contato.

[080] O módulo de computação 68 verifica se o bonde 40 está parado em uma estação. Esta informação é, por exemplo, provida pelo dispositivo 50 indicando se a velocidade do bonde é nula. Caso afirmativo, o módulo de computação 68 é capaz de transmitir uma ordem que inibe a tração do bonde, a fim de evitar qualquer aceleração do bonde enquanto a sapata de contato deixou sua posição dobrada na posição alta.

[081] O módulo de computação 68 verifica se o módulo transceptor a bordo 64 recebe um primeiro sinal transmitido por uma antena terrestre. Mais especificamente, o módulo de computação 68 verifica o valor do código extraído do primeiro sinal recebido. Isso torna possível garantir que a posição de parada predeterminada seja alcançada e a sapata de contato esteja, de fato, sobre um sistema de recarga.

[082] O módulo de computação 68 é capaz de comandar o módulo transceptor a bordo 64 de modo que transmite periodicamente o segundo sinal.

[083] Quando o módulo de computação 68 detecta a presença de tensão na sapata de contato, ele é capaz de comandar um comutador a bordo 69 que, quando fechado, conecta eletricamente a sapata de contato 41 a um primeiro terminal dos meios de armazenamento de energia 45. Outro terminal dos meios de armazenamento de energia 45 está conectado aos meios de retorno de corrente, no caso em questão, a roda de metal do bonde.

[084] O método 100 para utilizar os meios descritos acima será agora descrito em relação à Figura 4.

[085] Na etapa 110, o módulo transceptor terrestre 36 gera periodicamente e continuamente um primeiro sinal, incorporando um código característico. A via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21 está no potencial de referência do trilho (trilho 0 V), sendo o contator 37 fechado e o contator de potência 34 aberto. A instalação 10 funcionando corretamente, os comutadores de curto-circuito 88 e 89 das subestações de fonte de alimentação ficam abertos e os comutadores de desconexão 33 dos diferentes sistemas ficam fechados.

[086] Na etapa 120, quando o bonde 40 chega a uma estação, o condutor do bonde leva o bonde 40 a uma parada em uma posição predeterminada, o que também permite a captura de corrente.

[087] Esta posição é confirmada pelo fato do módulo transceptor a bordo 64, associado com a sapata de contato dianteira 41, receber o primeiro sinal transmitido pelo módulo transceptor terrestre 36 e pela antena terrestre 38 do sistema de recarga dianteiro 11. O módulo transceptor a bordo 64 extrai o código característico do mesmo, indicativo do fato de que a sapata de contato 41 está, de fato, sobre o contato de fonte de alimentação 21.

[088] Na etapa 130, o dispositivo de controle 43 associado com a sapata de contato dianteira 41 do bonde 40 transmite uma tração de inibição de ordem que impede qualquer reinício do bonde 40. O dispositivo de controle 43 também comanda ao atuador 62 para posicionar a sapata de contato 41 de modo que entre em contato com a via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21. O dispositivo de controle 43 em seguida comanda a transmissão periódica pelo módulo transceptor a bordo 64 e a antena a bordo 66 de um segundo sinal.

[089] Na etapa 140, o segundo sinal é capturado pelo módulo transceptor terrestre 36 e pela antena terrestre 38. O dispositivo de comando 31 detecta assim a presença do bonde 40.

[090] Consequentemente, na etapa 150, o módulo de comando 35 comanda simultaneamente a abertura do contator 37 e o fechamento do contator de potência 34. A via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21 é então trazida para o potencial de fonte de alimentação.

[091] Na etapa 160, o dispositivo a bordo para medir a tensão 67 detecta que a sapata de contato 41, em contato com a via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21, é levada ao potencial de referência. Isso informa ao módulo de computação 68.

[092] Consequentemente, na etapa 170, o módulo de computação 68 fecha o contator a bordo 69, permitindo a ligação elétrica da sapata de contato 41 e dos meios de armazenamento 45.

[093] Durante a etapa 180, a eletricidade é transmitida do solo ao bonde, permitindo a recarga do último.

[094] Na etapa 190, quando o módulo de computação 68 decide pelo fim da recarga, por exemplo, quando a recarga atingiu um limiar predeterminado, ele comanda a abertura do contator a bordo 69 de modo a interromper a corrente que circula entre a sapata de contato 41 e o meio de armazenamento 45.

[095] Na etapa 190, o módulo de computação 68 em seguida comanda o módulo do transceptor a bordo 64 de tal modo que deixa de transmitir o segundo sinal.

[096] Na etapa 200, o módulo transceptor terrestre 36 cessa a recepção do segundo sinal, o dispositivo de comando 35 comanda a abertura do contator de potência 34 e fecha o contator 37 para colocar a via condutora 23 do contato de fonte de alimentação 21 no potencial de referência.

[097] Na etapa 210, o dispositivo a bordo para medição da tensão 67 permite detectar se a sapata de contato está agora no potencial de referência. O módulo de computação 68 comanda o atuador 62 de modo a elevar a sapata de contato 41 para longe do contato de fonte de alimentação 21, para colocá-la de volta na posição alta, permitindo a circulação do bonde.

[098] Na etapa 220, o módulo de computação 68 cancela suas instruções para inibir a tração.

[099] Na etapa 230, o bonde acelera para deixar a estação.

[0100] Quando o dispositivo de monitoramento 71 detecta qualquer falha do dispositivo de comando 31, por exemplo quando a medição do potencial do segmento 23 é diferente do potencial de referência, enquanto nenhum trator está presente sobre o contato de fonte de alimentação de energia 21, ele gera um sinal de alarme local destinado ao módulo de comando 35. O último comando então comuta para o estado aberto do comutador de desconexão 33, de modo a abrir a conexão entre o cabo de conexão 26 e a rede 15 e fechar a conexão entre o cabo de conexão 26 e o cabo de referência 16.

[0101] Uma vez que esta operação local [é realizada] para proteger a instalação, o dispositivo de monitoramento 71 continua a verificar periodicamente o potencial do contato 21.

[0102] Se a falha detectada persistir, o dispositivo de monitoramento 71 gera um sinal de alarme geral destinado ao relé 83 ao qual o sistema de recarga está conectado. O último interrompe a transmissão do sinal piloto, o que imediatamente resulta em fechamento dos comutadores de curto- circuito 88 e 89 das subestações de alimentação 18 e 19.

[0103] Esta operação geral para proteger a instalação permite evitar qualquer fonte de alimentação dos contatos da seção em questão.

[0104] Assim, a segurança da instalação se baseia na detecção da presença de um bonde sobre um contato de fonte de alimentação através da detecção, pelo solo, de um sinal emitido pelo bonde, o monitoramento em todos os momentos do potencial para o qual cada contato de fonte de alimentação é trazido, com, se necessário, segurança local e/ou segurança geral da instalação se uma falha ou um mau funcionamento for detectado.

Claims

1. CONJUNTO CONSTITUÍDO POR UM VEÍCULO ELÉTRICO (40) E UM SISTEMA DE RECARGA (11, 12) de um tipo de condução estacionária para recarregar o veículo elétrico quando ele é parado em uma posição predeterminada permitindo a captura de energia do sistema de recarga, caracterizado pelo sistema de recarga (11, 12) incluir um contato de fonte de alimentação (21, 22), posicionado no solo e associado a um meio de retorno de corrente, e um dispositivo de comutação (31, 32) capaz de levar o contato de fonte de alimentação (21, 22) para uma tensão de suprimento fornecida por uma fonte de alimentação elétrica à qual o sistema de recarga (11, 12) está conectado, e em que o veículo elétrico (40) inclui uma sapata de contato (41, 42) conectada eletricamente a um meio de armazenamento de energia a bordo (45), sendo a sapata de contato (41, 42) colocada abaixo de uma carroceria do veículo elétrico e móvel entre uma posição alta, longe do contato de fonte de alimentação (21, 22) e uma posição baixa, em contato com o contato de fonte de alimentação (21, 22), sendo que o veículo elétrico (40) inclui um dispositivo de controle (43, 44) capaz de comandar o movimento da sapata de contato (41, 42) desde a posição alta até a posição baixa de modo que ele seja colocado em contato com o contato de fonte de alimentação (21, 22), somente quando o veículo (40) é parado na posição predeterminada, que é uma posição de captura de energia na qual a área de ocupação do veículo elétrico (40) cobre o contato de fonte de alimentação (21, 22), e em que o conjunto inclui um equipamento de comunicação bidirecional entre o sistema de recarga (11, 12) e o veículo elétrico (40), incluindo um módulo transceptor terrestre (36) conectado a uma antena terrestre (38, 39) situada perto do contato de fonte de alimentação (21, 22) e um módulo transceptor a bordo (64) conectado a uma antena a bordo (66, 67), sustentada pela sapata de contato (41, 42), podendo o dispositivo transceptor terrestre (36) transmitir um primeiro sinal continuamente em uma faixa significativa, sendo o módulo transceptor a bordo capaz de detectar o primeiro sinal na posição alta e na posição baixa da sapata de contato (41, 42), sendo que o primeiro sinal, quando recebido, indica que a sapata de contato está sobre um contato de fonte de alimentação, sendo o módulo transceptor a bordo (64) capaz de transmitir um segundo sinal em uma faixa reduzida, sendo o módulo transceptor terrestre capaz de detectar o segundo sinal somente na posição baixa da sapata de contato (41, 42), sendo que o segundo sinal, quando recebido, indica que a sapata de contato está em contato com o contato de fonte de alimentação.

2. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dispositivo de controle (43) ser capaz de detectar que a sapata de contato (41, 42), colocada em contato com o contato de fonte de alimentação (21, 22), é levada a um potencial de fonte de alimentação e, consequentemente, capaz de conectar eletricamente a sapata de contato (41, 42) aos meios de armazenamento de energia (45) comandando-se o fechamento de um comutador a bordo (69).

3. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 2, caracterizado pelo veículo elétrico ser um veículo (40) guiado ao longo de uma via (3, 4) incluindo pelo menos um trilho de metal e o meio de retorno de corrente é constituído pelo trilho conectado a um potencial de referência, ou o veículo (40) é um veículo não guiado e o meio de retorno de corrente é constituído por um contato de referência conectado a um potencial de referência.

4. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo dispositivo de comando (31, 32) incluir, em série entre o contato de fonte de alimentação (21, 22) e a fonte, um contator principal (34) e um comutador de desconexão (33), tornando possível colocar o contato de fonte de alimentação (21, 22) exclusivamente no potencial da fonte de alimentação ou no potencial de referência.

5. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo dispositivo de comando (31, 32) incluir um contator (37) em paralelo com o conjunto formado pelo contator principal (34) e o comutador de desconexão (33).

6. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo contato de fonte de alimentação (21, 22) incluir uma via condutora (23, 24), com a qual a sapata de contato (21, 22) de um veículo elétrico (40) é capaz de entrar em contato e uma placa de apoio isolante (25) para fixar o contato de fonte de alimentação (21, 22) no solo da via, sendo que a placa de apoio isolante (25) é dotada de um canal periférico para receber a antena terrestre (38, 39).

7. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por ser capaz de fornecer uma potência de 1 MW, sendo o potencial de fonte de alimentação entre 600 V e 1000 V, preferencialmente igual a 760 V.

8. SISTEMA DE RECARGA DO TIPO DE CONDUÇÃO ESTACIONÁRIA (11, 12, 13, 14) caracterizado por, para cooperar com um veículo elétrico (40) de modo a formar um conjunto, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, o sistema de recarga permitindo recarregar o veículo elétrico (40) quando ele estiver parado em uma posição predeterminada, permitindo a captura de energia do sistema de recarga, o sistema de recarga (11, 12) incluindo: - um contato de fonte de alimentação (21, 22), posicionado no solo e associado a um meio de retorno de corrente, - um dispositivo de comutação (31, 32) capaz de levar o contato de fonte de alimentação a uma tensão de suprimento fornecida por uma fonte elétrica à qual o sistema de recarga (11, 12) está conectado, sendo que o veículo (40) inclui uma sapata de contato (41, 42) conectada eletricamente a um meio de armazenamento de energia a bordo (45), sendo a sapata de contato (41, 42) colocada abaixo de uma carroceria do veículo e móvel entre uma posição alta, longe do contato de fonte de alimentação (21, 22) e uma posição baixa, em contato com o contato de fonte de alimentação (21, 22), sendo que o veículo (40) inclui um dispositivo de controle (43, 44) capaz de comandar o movimento da sapata de contato (21, 22) desde a posição alta até a posição baixa, de modo que seja colocada em contato com o contato de fonte de alimentação (21, 22), somente quando o veículo estiver parado na posição predeterminada, que é uma posição de captura na qual a área de ocupação do veículo cobre o contato de fonte de alimentação (21, 22).

9. INSTALAÇÃO DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (10) para um veículo elétrico (40) caracterizada por incluir uma pluralidade de sistemas de recarga (11, 12, 13, 14), conforme definido na reivindicação 8.

10. INSTALAÇÃO DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por incluir, pela posição predeterminada do veículo elétrico (40) permitindo a recarga deste último, pelo menos dois sistemas de recarga estacionários por condução (11, 12).

11. VEÍCULO FERROVIÁRIO (40) caracterizado por se destinar a ser incorporado em um conjunto, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 7.

12. MÉTODO PARA USAR UM CONJUNTO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado por incluir as seguintes etapas: - transmitir, a partir do solo, um primeiro sinal de longo alcance; - detectar, a bordo, o primeiro sinal transmitido a partir do solo, indicativo do fato de que a sapata de contato (41, 42) está sobre um contato de fonte de alimentação (21, 22) de um sistema de recarga (11, 12); - comandar o abaixamento da sapata de contato (41, 42) de modo que entre em contato com o contato de fonte de alimentação (21, 22); - transmitir, a bordo, um segundo sinal de curto alcance; - receber, pelo solo, o segundo sinal, indicativo da colocação de uma sapata de contato (41, 42) em contato com o contato de recarga (21, 22); - comandar, do contator de potência terrestre (34) e do contator de potência a bordo (69), de modo a permitir que o contato de fonte de alimentação (21, 22) seja levado o potencial de fonte de alimentação e a conexão da sapata de contato (41, 42) com os meios de armazenamento de energia a bordo (45) para começar a recarregar.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda as seguintes etapas no final da recarga: - comandar a abertura do contator a bordo (69) para isolar eletricamente a sapata de contato (41, 42) dos meios de armazenamento de energia (45); - interromper a transmissão do segundo sinal transmitido a bordo; - detectar o fim da transmissão do segundo sinal pelo solo e comandar a abertura do contator de potência (34) para colocar o contato de fonte de alimentação (21, 22) no potencial de referência; - detectar que a sapata de contato (41, 42) está no potencial de referência e comandar o movimento da sapata de contato (41, 42) longe do contato de fonte de alimentação (21, 22); e - permitir que o veículo elétrico (40) reinicie.