ES2645838T3

ES2645838T3 - Carga de vehículos eléctricos a batería

Info

Publication number: ES2645838T3
Application number: ES14755051.1T
Authority: ES
Inventors: Ulrich Bolik; Martin LINNHÖFER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2017-12-11
Anticipated expiration: 2034-08-18
Also published as: US20160200205A1; EP3003774A2; EP3003774B1; WO2015024900A3; WO2015024900A2; DE102013216700B4; RU2016110091A; CN105473374A; RU2633423C2; CN105473374B; DE102013216700A1; PL3003774T3

Abstract

Método de carga para un vehículo (1) eléctrico a batería, que tiene al menos una máquina eléctrica (3) que, en el modo de conducción, alimenta un acumulador de energía (6) del vehículo (1) por medio de un conversor de corriente de tracción del mismo, donde: el vehículo (1) va hasta una estación de carga (2); mediante el control de un correspondiente dispositivo (8) colocado en el vehículo (1), se ponen en contacto entre sí un conjunto (11) dispuesto en la cara superior (12) del vehículo (1) y los elementos de contacto (10) de la estación de carga (2) también dispuestos sobre el vehículo (1); el dispositivo de control (8) del vehículo (1) transmite un comando de conmutación (S) de manera inalámbrica a otro dispositivo de control (9) dispuesto en la estación de carga (2); como resultado del comando de conmutación (S), el dispositivo de control (9) de la estación de carga (2) aplica una tensión a los elementos de contacto (10), de manera que una corriente de carga (I) se alimenta de un sistema de suministro de tensión alterna (13) a un acumulador de energía (6) del vehículo (1) por medio de los elementos de contacto (10) de la estación de carga (2), el conjunto de contacto (11) del vehículo (1) y un conversor de corriente de carga (14); el conversor de corriente de carga (14) fija una tensión de salida (U) provista por él y/o la corriente de carga (I) de acuerdo con los valores de punto de referencia (U*, I*) predeterminados por el dispositivo de control (8) del vehículo (1); en el modo de carga del vehículo (1), el conversor de corriente de tracción (5) se usa como un conversor de corriente de carga (14); en el modo de carga, se usa un bobinado (W) de la máquina eléctrica (3) como una inductancia operativa del conversor de corriente de carga (14); y la red del sistema de suministro de tensión alterna (13) es una red trifásica con una pluralidad de fases (16) y, en cada caso, hay presente un elemento de contacto (10) para cada fase (16).

Description

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DESCRIPCION

Carga de vehlcuios electricos a baterla

La presente invention se refiere a un metodo de carga para un vehlcuio electrico a baterla.

La presente invencion se refiere ademas a un vehlcuio electrico a baterla y a una estacion de carga para el mismo.

La presente invencion se refiere ademas a un sistema vehicular, que consta de una cantidad de vehlculos electricos a baterla y una cantidad de estaciones de carga.

El termino "a baterla" ya se conoce por los tranvlas electricos y los trolebuses. Por ellos se hace referencia a dicho termino, pues en caso de averiarse el suministro de energla electrica, en general alimentada por cable aereo, en condiciones limitadas y rutas muy cortas es posible un funcionamiento de emergencia lento, por ejemplo, del vehlculo hacia una salida en zona de cruce. En la presente invencion, se hace referencia al termino "a baterla", en un marco similar aunque no con el mismo sentido. Se trata mas bien de que el vehlculo en efecto recargue de tiempo en tiempo y segun sea necesario su acumulador de energla, comunmente una baterla, y este accionar de los vehlculos en modo de conduction normal, alimentados por sus acumuladores de energla, resulta totalmente efectivo.

En las ciudades ya existe y es cada vez mayor la necesidad de reducir las emisiones de carbono. Por eso hay en marcha esfuerzos para implementar en el transporte publico, tambien parcialmente en el trafico marltimo y en las zonas centricas de las ciudades con circulation de vehlculos, la conduccion de unidades tanto puramente electricas como al menos hlbridas y, por lo tanto, tambien es factible una unidad a baterla pura.

La capacidad de las baterlas y otros acumuladores de energla, al menos actualmente, no es suficiente para almacenar la cantidad de carga electrica necesaria en los respectivos vehlculos a fin de que operen durante dla, es decir todo el dla (o al menos varias horas a la vez) y para que recarguen sus acumuladores de energla en intervalos de tiempo mayores, por ejemplo de noche. Se requiere por lo tanto que los acumuladores de energla se recarguen varias veces durante el dla. Por eso es necesario contar con estaciones de carga para tales vehlculos en un numero suficiente de lugares en las areas centricas de las ciudades.

Para que sea factible el proceso de carga, debe haber condiciones de entorno diferentes. El proceso deberla ser lo mas breve posible, por ejemplo. Se requiere para ello una alta capacidad de carga. Tal capacidad a menudo supera los 100 kW, en parte incluso esta claramente por encima de los 100 kW. Preferentemente, el conductor no deberla manejar las conexiones de enchufe conectadas por cable que podrlan esperarse. Por ejemplo, el correspondiente conector del cable y las necesarias altas tensiones, corrientes y servicios son relativamente pesados y voluminosos. Ademas, los transeuntes presentes en la zona de los vehlculos no deberlan exponerse a riesgos y tampoco deberla obstaculizarse su paso. Otro aspecto es que el peso total de los vehlculos representa un factor crltico. Por lo tanto, deberla optarse en el proceso de carga por el principio subyacente de que en el vehlculo se instale la menor cantidad posible de componentes adicionales.

Se conoce un sistema constituido por estaciones de carga disponibles, que suministran energla electrica a los vehlculos por medio de la transmision de energla inductiva. Ese sistema implica sin embargo riesgos en el area de la radiation interferente. No se descarta que los campos magneticos activados provoquen posibles danos en las personas a largo plazo. Ademas este sistema requiere el agregado de componentes pesados en el vehlculo.

En el documento tecnico "Osterreich steht unter Strom" (Austria bajo corriente electrica), aparecido en "Pictures of the Future" (Imagenes del futuro), primavera de 2013, paginas 106 y 107, Viena (Austria) es el lugar donde esta instalado el sistema mediante el cual se cargan las baterlas de los vehlculos por las llneas aereas de la red de tranvlas existente. En este caso, el vehlculo presenta un conversor cc/cc, por medio del cual se alimenta la tension del cable aereo a la tension de los vehlculos. Asimismo, este sistema requiere componentes relativamente pesados en el vehlculo. Por ejemplo, presenta ya mediante una potencia de carga de solo 60 kW del conversor cc/cc, una masa de aproximadamente 230 kg. Este concepto ya es factible, si esta disponible ahora en la red de tranvlas. Se conoce una solution al problema precedentemente mencionado por la Patente de Estados Unidos No. US2013/113279 A1 (Hatanaka). Desde hace poco hay operando experimentalmente en Ginebra un sistema que incluye el metodo de carga para un vehlculo electrico a baterla, donde: el vehlculo va a la estacion de carga correspondiente; mediante el control de un respectivo dispositivo colocado en el vehlculo, se ponen en contacto entre si un conjunto dispuesto en la cara superior y los elementos de contacto de la estacion de carga tambien dispuestos sobre el vehlculo; la corriente proveniente de los elementos de contacto situados en la estacion de carga, alimenta los contactos configurados en los vehlculos y una baterla de los mismos. La Patente de Estados Unidos No. US2013/193918 A1 (Sarkar y colaboradores) revela una estacion de carga similar para un vehlculo. El objetivo de la presente invencion en esto es crear posibilidades por medio de condiciones marginales de los procedimientos de carga y cumplir con ello de manera simple.

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El objetivo se cumple mediante un metodo de carga, tal como se expone en la reivindicacion 1. Las ventajosas formas de realizacion de los procedimientos de carga adecuados son objeto de las reivindicaciones dependientes 2 a 9.

Se exponen las apropiadas caracterlsticas del proceso de carga, donde: el vehlculo va a una estacion de carga; controlado por un correspondiente dispositivo situado en el se ponen en contacto entre si un conjunto dispuesto en su cara superior y los elementos de contacto de la estacion de carga tambien colocados sobre el vehlculo; el dispositivo de control del vehlculo transmite un comando de conmutacion de manera inalambrica a otro dispositivo de control dispuesto en la estacion de carga; como resultado del comando de conmutacion, el dispositivo de control de la estacion de carga aplica una tension a los elementos de contacto, de manera que se alimenta una corriente de carga, de un sistema de suministro de tension alterna a un acumulador de energla del vehlculo a traves de los elementos de contacto de la estacion de carga, el conjunto de contacto del vehlculo y un conversor de corriente de carga; y el conversor de corriente de carga fija una tension de salida provista por el y/o la corriente de carga de acuerdo con los valores de punto de referencia predeterminados por el dispositivo de control del vehlculo

Con esta configuracion se logra practicamente anular cualquier peligro u obstaculo para los transeuntes. Porque los elementos de contacto de la estacion de carga estan dispuestos a cierta altura, claramente arriba de los vehlculos. Especialmente, los elementos de contacto pueden disponerse a cierta altura, en general mediante sistemas de cables aereos, tlpicamente a aproximadamente entre 4 m a 5 m sobre el nivel de la calle o carretera. En virtud de la transmision en llnea de las corrientes de carga, se generan campos electromagneticos de alta frecuencia mas pequenos, de manera que tambien se excluyen tales perturbaciones y peligros. En virtud de la transmision en llnea de las corrientes resulta factible de manera simple la provision de una alta corriente de carga y un alto rendimiento de la misma. Tambien puede constituirse as! la distribution de los contactos del vehlculo, como el tomacorriente de los tranvlas electricos, ferrocarriles y en general vehlculos similares. En particular, puede aplicarse la configuracion de contactos completa o semiautomatica (es decir, unida a los elementos de contacto de la estacion de carga) y autonoma (es decir, separada de los elementos de contacto de la estacion de carga). Tambien es posible el caso opuesto, que sea fija la configuracion de los contactos de los vehlculos, de manera que esten permanentemente en contacto con los elementos de la estacion de carga. Asimismo, son posibles formas mixtas. Por ejemplo, la configuracion de los contactos de los vehlculos puede moverse en direction vertical y no obstante tener lugar un movimiento de equilibrio horizontal para un posicionamiento preciso, en caso necesario, del lado de la estacion de carga. En funcionamiento totalmente automatico, no es necesaria ninguna action de parte de los vehlculos y en funcionamiento semiautomatico, por ejemplo, solo se pulsa en ellos un boton o se confirma el pedido. En adelante, sera necesario, con exception de dispositivos de luz relativamente pequenos y posiblemente algunas protecciones, eliminar en gran medida de los vehlculos los componentes adicionales.

Es posible disponer el conversor de corriente electrica en la estacion de carga. En ese caso, se transmite preferentemente el control de los vehlculos de los puntos de referencia inalambricos predefinidos al dispositivo de control de la estacion de carga. El dispositivo de control de la respectiva estacion dirige el acumulador de energla para hacerlo.

Resulta preferido que la corriente de carga este en los elementos de contacto y la configuracion de estos sea tanto de la estacion de carga al vehlculo como del vehlculo a la estacion de carga. No es por tanto necesaria una barra omnibus o una instalacion ubicada en el suelo comparable. Preferentemente funciona de tal modo en conjunto la configuracion de los contactos de los vehlculos con los elementos de contacto de la estacion de carga, que durante los procesos de carga el vehlculo esta conectado a masa respectivamente con un potencial de protection inherente. Por ejemplo, por eso puede estar disponible un elemento de contacto propio de la estacion de carga, interactuando con un correspondiente contacto de la configuracion.

Es posible en forma alternativa que este dispuesto el acumulador de energla del vehlculo. En este caso, a el se transmite el control de los vehlculos.

El vehlculo presenta, por supuesto, al menos una maquina electrica. La maquina electrica, en el modo de conduction del vehlculo, alimenta habitualmente el acumulador de energla por medio de un conversor de potencia de traction de los vehlculos. En el modo de carga de los vehlculos, el conversor de potencia de traccion se alimenta en cambio preferentemente como el acumulador de energla utilizado. Asimismo, puede emplearse un componente existente de todas maneras disponible, a saber el conversor de potencia de traccion. No es necesario un acumulador de energla autonomo mas pesado. En el peor de los casos, es necesario que se dimensione un poco mas grande el conversor de potencia de traccion. No obstante, eso no implica altos costos considerables ni ampliation significativa del peso o volumen de la construction.

En el modo de carga, se requiere habitualmente inductancia operativa para los acumuladores de energla. Preferentemente, en el modo de carga se requiere por lo menos un bobinado de la maquina electrica como inductancia operativa de los acumuladores de energla utilizados. De tal manera, tambien puede ahorrarse inductancia operativa. Al menos puede dimensionarse un acelerador preciso mas pequeno.

La red de corriente alterna es normalmente un sistema trifasico con varias fases, en particular por lo menos tres fases.

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Preferentemente, en este caso es necesario el acumulador de energla del vehlculo, para que cada fase interactue respectivamente con un elemento de contacto. Por consiguiente, se expone la configuracion de los contactos de los vehlculos para que cada fase interactue con cada contacto propio.

Son posibles, pero no necesarios los disenos especiales avanzados de la estacion de carga. En particular, no es necesario que una red electrica autonoma con generador de energla provea a la estacion de carga. Puede mas bien conectarse la estacion de carga a la red publica de suministro electrico con generador de energla.

Preferentemente, puede hacerse por medio de los transformadores adaptados de la estacion de carga una potencial separacion de sus elementos de contacto respecto del suministro de energla.

El objetivo puede lograrse con un vehlculo electrico a baterla que tenga las caracterlsticas de la reivindicacion 10. Las ventajosas formas de realization de los apropiados vehlculos electricos a baterla son objeto de las reivindicaciones dependientes 11 a 16.

Se ha creado un adecuado vehlculo electrico a baterla, que tiene un acumulador de energla electrico; con un configuracion dispuesta en su parte superior de contactos controlados por un dispositivo configurado para que los elementos de control dispuestos en los vehlculos se conecten a la estacion de carga; donde el dispositivo de control transmite un comando de conmutacion, en virtud de esos elementos de contacto y el dispositivo de control de la estacion de carga que se controlan conjuntamente y una corriente de carga de la red de corriente alterna sobre los elementos de contacto de la estacion de carga, la configuracion de los contactos de los vehlculos y un acumulador de energla; donde puede especificarse el sistema de control de vehlculos con valores nominales; donde el acumulador de energla se ajusta a puntos de referencia de la salida de tension de un conversor de corriente y/o de la corriente de tension.

Las ventajosas formas de realizacion de los vehlculos electricos a baterla corresponden sustancialmente a los procedimientos de carga.

El objetivo se implementa a traves de una estacion de carga para un vehlculo electrico a baterla con las caracterlsticas de la reivindicacion 17. Las ventajosas formas de realizacion de la ingeniosa estacion de carga son objeto de las reivindicaciones dependientes 18 a 24.

Se crea una apropiada estacion de carga para un vehlculo electrico a baterla, donde: se presentan los elementos de contacto de la estacion de carga, controlados por un dispositivo configurado para que los elementos de control dispuestos en los vehlculos se conecten con la estacion de carga; el dispositivo de control transmite un comando de conmutacion, en virtud de esos elementos de contacto y el dispositivo de control de la estacion de carga controlados conjuntamente y una corriente de carga de la red de corriente alterna sobre los elementos de contacto de la estacion de carga, la configuracion de los contactos de los vehlculos y un acumulador de energla; puede especificarse el sistema de control de vehlculos con valores nominales; y el acumulador de energla se ajusta a puntos de referencia de la salida de tension de un conversor de corriente y/o de la corriente de tension.

Las ventajosas formas de realizacion de la estacion de carga corresponden sustancialmente a los procedimientos de carga. Por lo tanto son posibles formas de realizacion adicionales.

De manera que es en particular posible, por ejemplo, que haya elementos de contacto alargados paralelos entre si. Los elementos de contacto pueden asimismo ser similares a los cables aereos de contacto de un tranvla electrico. Esa configuracion puede, en caso de que los elementos de contacto coexistan o esten uno encima del otro, ofrecer la ventaja segun sea necesario, de que el generador de energla cargue varios vehlculos simultaneamente por los mismos elementos de contacto. Ademas, esta configuracion proporciona la ventaja de que solo debe efectuarse el posicionamiento de los vehlculos a traves de los elementos de contacto. En la direction de extension de los elementos de contacto, el posicionamiento de los vehlculos es relativamente poco crltico.

Ademas es posible que la estacion de carga presente una cubierta techada sobre los elementos de contacto. De esta manera, los elementos de contacto estan en gran medida protegidos, por ejemplo de la nieve y la lluvia.

El objetivo de la presente ademas resuelve la creation de un sistema vehicular, que consta de una cantidad de adecuados vehlculos electricos a baterla y una cantidad de oportunas estaciones de carga.

Las propiedades, caracterlsticas y ventajas precedentemente descritas de la invention, as! como la manera en que se logra, aclara y amplla la comprension con la siguiente description de las formas de realizacion ejemplificativas, en conexion con las figuras que siguen a continuation. En tal sentido, muestran en representaciones esquematicas:

La FIGURA 1, un sistema vehicular;

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Las FIGURAS 2 y 3, un diagrama de bloques de una estacion de carga y vehlcuios electricos;

La FIGURA 4, la estacion de carga y el vehlculo de la FIGURA 2 de frente;

La FIGURA 5, la estacion de carga y el vehlculo de la FIGURA 2 de lado;

La FIGURA 6, la estacion de carga y el vehlculo de la FIGURA 3 de frente;

La FIGURA 7, la estacion de carga y el vehlculo de la FIGURA 3 de lado;

La FIGURA 8, una modificacion de la estacion de carga de la FIGURA 2; y La FIGURA 9 una modificacion de la estacion de carga de la FIGURA 3.

De acuerdo con la FIGURA 1, hay un sistema vehicular con una cantidad de vehlculos electricos 1 y una cantidad de estaciones de carga 2. Tanto la cantidad de vehlculos 1 como la cantidad de estaciones de carga 2 son en principio arbitrarias. Ademas una y otra cantidades son independientes entre si. Es posible que solo uno, unos pocos o muchos vehlculos electricos 1 sean parte del sistema. De manera analoga, tambien puede variar la cantidad de las estaciones de carga 2. Los vehlculos electricos 1 son preferentemente comerciales, por ejemplo camiones, furgonetas, autobuses y similares.

A continuacion, se muestra en detalle, con cada figura, solo un vehlculo electrico individual 1 y solo una estacion de carga individual 2. Sin embargo, las expresiones tambien son validas para otros vehlculos 1 y estaciones de carga 2 que no se explican en detalle.

El vehlculo electrico 1 es a baterla. Por ello se presenta, veanse las FIGURAS 2 y 3, por lo menos una maquina electrica 3, que en el modo de conduccion del vehlculo 1, acciona el eje motor 4. La maquina electrica 3 presenta por lo menos un bobinado W en el estator. El bobinado W es por lo general multifasico, por ejemplo trifasico. La maquina electrica 3, en el modo de conduccion del vehlculo 1, acciona mediante un conversor de potencia de traccion 5 un acumulador de energla 6 de los vehlculos 1. Ademas estan disponibles diferentes dispositivos que funcionan electricamente 7, como accionamientos auxiliares, de iluminacion y similares. Los diferentes dispositivos que funcionan electricamente 7, en el marco de la presente invencion, son de importancia subordinada y por eso no se explican.

El acumulador de energla 6 puede constituirse en principio arbitrariamente, por ejemplo como baterla de plomo, de iones de litio, de hidruro metalico de litio y otras baterlas similares. Tambien es concebible una configuracion basada en carga capacitiva. Sin embargo, independientemente de su configuracion concreta, se presenta el acumulador de energla 6 que tiene una capacidad limitada. Por eso debe recargarse de tiempo en tiempo. Para recargar los acumuladores de energla 6 va el vehlculo electrico 1 a una de las estaciones de carga 2. Las FIGURAS 2 a 7 muestran el vehlculo electrico 1 y la estacion de carga 2 en cuestion. Los comentarios siguientes, en tanto no se relacionen expresamente con alguna otra accion, se refieren a la circunstancia precedentemente descrita, en cuyo caso el vehlculo 1 ha ido a la estacion de carga 2 en cuestion.

De acuerdo con las FIGURAS 2 y 3 para cargar los acumuladores de energla 6 se procede como sigue: cuando se acerca el vehlculo electrico 1 a la estacion de carga 2 o despues de posicionar (correctamente) los vehlculos electricos 1 en la estacion de carga 2, un dispositivo de control del vehlculo 1 transmite a un dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2 un comando de conmutacion S. El dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2 esta dispuesto en ella. Se responde al comando de conmutacion S. La transmision del dispositivo de control 8 de los vehlculos electricos 1 al dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2 es inalambrica, por ejemplo se lleva a cabo por radio. La comunicacion inalambrica entre ambos dispositivos de control 8, 9 se aplica tambien a mas intercambio de information entre los dispositivos de control 8, 9.

En virtud de los comandos de conmutacion S, el dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2 somete a tension los elementos de contacto 10 de la estacion de carga 2. Por ejemplo, el dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2, segun sea necesario y con tal finalidad, coloca una protection S1. Despues de posicionar (correctamente) los vehlculos electricos 1 en la estacion de carga 2, un dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 pone bajo control ademas los elementos de contacto 10 de la estacion de carga 2 y una colocation de los contactos 11 de los vehlculos 1 los mantiene en contacto uno con otro. Los elementos de contacto 10 estan dispuestos por encima de los vehlculos electricos 1. La colocacion de los contactos 11 esta dispuesta en el lado superior 12 del vehlculo electrico 1. En virtud del control del dispositivo 8 de los vehlculos electricos 1, la colocacion de los contactos 11, vease en las FIGURAS 2 y 3 una flecha correspondiente, puede por ejemplo acercarse a la cima de los elementos de contacto 10. En ese caso, los elementos de contacto 10 estan despues debajo. No obstante, son posibles otras configuraciones. Por ejemplo, en inversion cinematica los elementos de contacto 10, con o sin posicionamiento en la direction horizontal, pueden descender a la colocacion de los contactos 11.

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En virtud de las circunstancias, se proporcionan los elementos de contacto 10 sometidos a tension y la colocacion 11 y los elementos 10 se mantienen en contacto, se transmite una corriente de carga I desde alguna red de corriente alterna 13 sobre los elementos de contacto 10 de la estacion de carga 2, la colocacion de los contactos 11 de los vehlculos 1 y un acumulador de energla 14 del acumulador de energla 6 de los vehlculos 1. As! se recarga el acumulador de energla 6. El acumulador de energla 14 representa uno del acumulador de energla 14 de la salida de tension U y/o de la corriente de carga I dependientes de los valores nominales U* y/o I*. Los valores nominales U* y/o I* se establecen a partir del dispositivo de control 8 de los vehlculos 1. El dispositivo de control 8 se incluye con tal finalidad, es decir para la especificacion significativa de los valores nominales U* y/o I*, entre otros el sistema de gestion de las baterlas de los acumuladores de energla 6.

La carga de los acumuladores de energla 6 se efectua en una respectiva operacion de los vehlculos electricos 1. La conmutacion entre las operaciones de conduccion y carga puede acoplarse por la fuerza, por ejemplo con la elevacion y el descenso de la colocacion de los contactos 11 (respectivamente general para mantener en contacto entre si los elementos de contacto 10 y la colocacion de los contactos 11 y respectivamente separados unos de otros). El modo de carga y el modo de conduccion del vehlculo 1 pueden bloquearse entre si. En ese caso, el vehlculo fijo 1 solo puede pasar de la operacion de conduccion a la de carga y hacerlo en sentido inverso. Como alternativa, tambien es posible la operacion de conduccion, mientras se mantengan en contacto los elementos 10 y la colocacion 11. En ese caso, tambien se mueve el vehlculo 1 durante los procesos de carga.

Es posible que sobre los elementos de contacto 10 y la colocacion de los contactos 11 fluya una corriente continua. Ese caso se presenta en las FIGURAS 2, 4 y 5 y se explica en conexion con esta figura. Es posible como alternativa, que sobre los elementos de contacto 10 y la colocacion de los contactos 11 fluya una corriente alterna. Ese caso se presenta en las FIGURAS 3, 6 y 7 y se explica en conexion con esta figura.

Segun la configuration de las FIGURAS 2, 4 y 5 se dispone el acumulador de energla 14 en la estacion de carga 2. En ese caso, el dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 transmite sus valores nominales predeterminados U*, I* primero al dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2. El dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2 toma los valores nominales U*, I* en respuesta y dirige luego el acumulador de energla 14. Aparte de los casos de la estacion de carga 2, que registran la tension de salida U y/o la corriente de carga I, ademas se transmiten preferentemente al dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2 los valores grabados U, I del dispositivo de control 8 de los vehlculos 1. Preferentemente, en el marco de la configuracion de las FIGURAS 2, 4 y 5 se conduce ademas la corriente de carga I sobre los elementos de contacto 10 y la colocacion de los contactos 11, tanto de la estacion de carga 2 al vehlculo 1 como tambien del vehlculo 1 a la estacion de carga 2. En particular, se presenta as! la estacion de carga 2 en ambas direcciones actuales cada una con por lo menos su propio elemento de contacto 10. Tambien la colocacion de los contactos 11 se presenta en ambas direcciones actuales cada uno con al menos su propio contacto 15. Preferentemente, hay conectado y disponible ademas un elemento de contacto protector 10', con un dispositivo a prueba de choques 15' de la colocacion de los contactos 11. Sobre el elemento de contacto protector 10' y el dispositivo a prueba de choques 15' esta conectado el vehlculo 1 con un potencial de protection, usualmente a masa.

Segun la configuracion de la FIGURA 2 preferentemente el acumulador de energla 14 opera primero con una corriente de carga I de 0. La tension de salida U de los acumuladores de energla 14 asciende en esa fase preferentemente tambien a 0. En un primer momento, la colocacion de los contactos 11 y los elementos de contacto 10 comunican un valor nominal I* diferente de 0 al dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 para la corriente de carga I del dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2.

Segun la configuracion de las FIGURAS 3, 6 y 7 se dispone el acumulador de energla 14 del vehlculo 1. En ese caso, el dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 controla directamente el acumulador de energla 14. Teoricamente es posible prever para el conversor de potencia de traction 5 su propio acumulador de energla 14 adicional. Preferentemente, sin embargo, se utiliza la representation de la FIGUrA 3 en el modo de carga de los vehlculos 1 del conversor de potencia de traccion 5 como acumulador de energla 14. En el modo de carga, as! se conecta electricamente la colocacion de los contactos 11 con el conversor de potencia de traccion 5. Por ejemplo, pueden disponerse con tal finalidad las protecciones S2 y S3 del vehlculo 1. Por lo demas, se abre la proteccion S2 del dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 que esta cerrada en el modo de carga, en particular en el modo de conduccion. La proteccion S3, complementaria de la proteccion S2, controla el dispositivo de control 8 de los vehlculos 1.

Para el modo de carga a veces es necesaria una inductancia. Por ejemplo, puede usarse por consiguiente la representacion de la FIGURA 3 del bobinado W de la maquina electrica 3 como induction de los acumuladores de energla 14. En particular, pueden estar disponibles con tal finalidad las protecciones S4 y S5, del dispositivo de control 8 de los vehlculos 1, cerradas en el modo de carga y abiertas en el modo de conduccion.

Segun la configuracion de la FIGURA 3, el dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 comunica preferentemente en un primer momento el comando de conmutacion S sobre los contactos de la colocacion 11 y los elementos de contacto 10 al dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2. Como alternativa o ademas, pueden preverse los elementos de contacto 10 con resistencia en serie V, despues de lo cual se puentean los contactos de la colocacion 11 y los

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elementos de contacto 10, por ejemplo por medio de una protection S6.

Como regla, la red de corriente alterna 13 es un sistema trifasico con varias fases 16, por ejemplo tres fases 16. Preferentemente segun el diseno de la FIGURA 3 para cada fase 16 hay disponible un elemento de contacto propio 11. Por la presente, se muestra de manera correspondiente la colocation de los contactos 11 de cada fase 16, preferentemente por lo menos con un contacto propio 15. Analoga a la configuration de la FIGURA 2, hay disponible tambien, segun la configuracion de la FIGURA 3, un elemento de contacto protector 10', con el que esta conectado un contacto de masa 15' de la colocacion 11. Sobre el elemento de conexion a masa 10' y el contacto de masa 15' esta disponible el vehlculo 1 que tiene el potencial de proteccion.

Tanto segun la configuracion de las FIGURAS 2, 4 y 5 como segun la configuracion de las FIGURAS 3, 6 y 7, el suministro electrico de la estacion de carga 2 preferentemente proviene de la red publica de energla electrica 13. Tambien puede funcionar por la tension nominal de las redes de corriente alterna 13, por ejemplo por corriente alterna trifasica de 400 V o 690 V y 50 Hz o 60 Hz. Tambien son posibles otras tensiones. Segun sea necesario, puede haber una conversion de tension por medio de los transformadores 17. En particular, segun la configuracion de las FIGURAS 3, 6 y 7, puede - pero no debe - haber una conversion de tension del sistema trifasico de 300 V de tension nominal.

Preferentemente, siempre estan disponibles los transformadores 17, as! tambien entonces cuando no es necesaria una conversion de tension. Porque en particular los transformadores 17 provocan una posible separation de los elementos de carga 10 de la estacion de carga 2 respecto del suministro de energla de la misma.

Segun la configuracion de la FIGURA 3, esta disponible el transformador 17 previsto como transformador trifasico constituido. Tambien segun la configuracion de la FIGURA 2 esta disponible el transformador 17 previsto como el transformador trifasico constituido.

Segun ambas configuraciones, tanto la de las FIGURAS 2, 4 y 5 como la de las FIGURAS 3, 6 y 7, los elementos de contacto 10, 10' de acuerdo con las FIGURA 5 y 7 preferentemente estan constituidos como los elementos de contacto 10, 10' alargados y paralelos uno al otro. Los elementos de contacto 10, 10' cuando son relativamente cortos constituyen, por decirlo asl, un sector del sistema aereo. Con esta configuracion puede lograrse mejor que el posicionamiento de los vehlculos 1 en esta direction sea relativamente poco crltico. Los elementos de contacto 10, 10' pueden constituirse en yuxtaposicion igualmente altos, uno tras otro igualmente altos o disponerse uno encima del otro.

Como en particular se deduce de la representation de las FIGURAS 4 a 7, la estacion de carga 2 presenta ademas preferentemente un techado 18, mediante el cual estan cubiertos los elementos de contacto 10, 10'. Es posible que esten integrados los elementos de contacto 10, 10' del techado 18.

La presente invention puede ademas ajustarse en varios aspectos adicionales.

Asl puede por ejemplo, veanse las FIGURAS 2 y 3, el acumulador de energla 14 tener intercalado un filtro 19. Ademas, vease la FIGURA 2, el acumulador de energla 14 puede tener un filtro 20 subordinado. El filtro 20 tambien puede estar disponible segun la configuracion de acuerdo con la FIGURA 3. Es all! solamente donde no se muestra con claridad.

Segun la configuracion de acuerdo con la FIGURA 2, el acumulador de energla 14 se conecta directamente o sobre el filtro 20 con los elementos de contacto 10. Como alternativa, es posible por consiguiente la representacion de la FIGURA 8, donde el acumulador de energla 14 esta dispuesto delante del transformador 17 y se ha corregido la tension de salida de los transformadores 17 mediante un rectificador 21. En ese caso, el transformador 17 se constituye como transformador monofasico. El rectificador 21 como alternativa puede constituirse como rectificador controlado o rectificador de diodos.

Segun la configuracion de la estacion de carga 2 de acuerdo con la FIGURA 3 el bobinado W conmuta en el modo de carga entre el conversor de potencia de traction 5 y el acumulador de energla 6. En cambio, entre los contactos 15 de la colocacion de los contactos 11 y el conversor de potencia de traccion 5 no conmuta ningun inductor. Preferentemente, segun la configuracion de acuerdo con la FIGURA 3, ahl se intercalan los elementos de contacto 10 y el acelerador 22.

La FIGURA 9 muestra una modification de la configuracion de la FIGURA 3. La configuracion de acuerdo con la FIGURA 9 corresponde en gran parte a la configuracion de la FIGURA 3. En adelante, se considerara la diferencia mas proxima.

De acuerdo con la FIGURA 9, en el modo de carga conmuta el bobinado W (mas bien los bobinados de fase individuales) entre los contactos 15 y el conversor de potencia de traccion 5. Mediante una adecuada y conocida division del bobinado W puede garantizarse que a pesar de los flujos de corriente ocasionados por el bobinado W no opere ningun par de torsion en el eje motriz 4. Como alternativa, un freno mecanico puede evitar un movimiento de

los vehlcuios 1. Segun la configuracion de acuerdo con la FIGURA 9, no es necesario que esten intercalados los elementos de contacto 10 y el acelerador. Pero pueden estar disponibles.

Ademas es posible hacer referencia tanto al vehlculo 1 como a las estaciones de carga 2, para configurar mas apto este sistema. Por ejemplo, en los casos en que otros vehlculos del sistema son mas aptos que el vehlculo 1 puede 5 dependerse de la configuracion de la estacion de carga 2 como alternativa; por consiguiente se configuran la representacion de la FIGURA 2 u 8 o la representacion de la FIGURA 3 o 9. A la inversa, en el caso en que tambien sea posible que una estacion de carga 2 resulte mas apta para el sistema que la estacion de carga 2, segun las configuraciones de los vehlculos 1 alternativos, se comunica la representacion de las FIGURAS 2 y 8 de una corriente continua sobre dos elementos de contacto 10 o la representacion de las FIGURAS 3 y 9 de una corriente trifasica 10 sobre tres elementos de contacto 10 del vehlculo 1.

Ademas es posible que de parte de la estacion de carga 2 se efectue una deteccion automatizada de los vehlculos 1, de manera que pueda producirse una facturacion automatizada. Como alternativa, es por ejemplo un pago directo factible, con efectivo o tarjetas de credito.

Ademas es posible, para la estacion de carga 2 y/o el vehlculo 1 combinar uno y otro medios cooperativos de deteccion 15 de posicion. De esta manera, puede efectuarse un posicionamiento totalmente automatico en ciertas circunstancias de los vehlculos 1 y de la estacion de carga 2. Como alternativa, los conductores de vehlculos 1 pueden administrar instrucciones en forma automatizada para la correccion de la posicion de los vehlculos 1. Tambien es posible que dentro de ciertos llmites se efectue un posicionamiento horizontal o transversal automatico de los elementos de contacto 10 y/o de la colocacion de los contactos 11.

20 La estacion de carga 2 puede constituir mucho ahorro de espacio. Deben disponerse elementos unicos, obligatoriamente por encima del carril, que son los elementos de contacto 10. Todos los demas componentes disponibles, por ejemplo la proteccion S1, el transformador 17, el filtro 19 y, los casos de parte de la estacion de carga 2, el acumulador de energla 14 y el filtro 20, pueden disponerse segun sea necesario sobre el suelo o debajo de el.

La presente invencion presenta muchas ventajas. Algunas de ellas se enumeran a continuacion.

25 As! pueden construirse en particular las estaciones de carga 2, sin que sobre ellas como tales deba haber hacia fuera una infraestructura adicional. Porque algunos requisitos necesarios del sistema son provistos por la red publica de suministro de energla 13 que de todas maneras esta disponible en las ciudades. Ademas las estaciones de carga 2 pueden, por ejemplo, coincidir con la ultima parada o cabecera de las llneas de autobuses. All! en particular los autobuses (omnibus) que a menudo hacen una pausa de varios minutos en las terminales, pueden aprovechar mas la 30 pausa para cargar al mismo tiempo los vehlculos 1. Ademas pueden disponer para el proceso de carga de todos los componentes pesados necesarios excepto los vehlculos 1. Esos componentes ademas no deben centrarse en mayores requisitos, sino prevalecer lo usual en el vehlculo 1. As! no son necesarios por ejemplo una proteccion antichoque, antivibracion y artlculos similares. La elevacion y descenso de la colocacion de los contactos 11 (= tomacorriente) o los elementos de contacto 10 pueden efectuarse en forma totalmente automatica o con solo presionar 35 un boton. No es necesaria la intervencion adicional de otros conductores o cualquier otra persona. Las partes electricamente activas de la estacion de carga 2 (= elementos de contacto 11) pueden disponerse en cables aereos a la altura habitual, de manera que no sean accesibles para los transeuntes. En virtud de los detalles, que en la presente invencion la colocacion de los contactos 11 (= tomacorriente) solo se pone en contacto en un punto muerto de los vehlculos 1 con los elementos de contacto 10, la colocacion 11 puede construirse ademas de forma simple.

40 Esencialmente la presente invencion se refiere por lo tanto a las siguientes circunstancias: un vehlculo electrico a baterla 1 va a una estacion de carga 2. En el vehlculo 1, dispuesto en el dispositivo de control 8, se pone en contacto una parte superior 12 del mismo dispuesta en la colocacion de los contactos 11 con los elementos de contacto 10 de la estacion de carga 2. El dispositivo de control 8 de los vehlculos 1 transmite en forma inalambrica un comando de conmutacion S al dispositivo de control 9 de la estacion de carga 2. El dispositivo de control 9 de la estacion de carga 45 2 muestra los elementos de contacto 10 en virtud de los comandos de conmutacion S bajo tension, de manera que

una corriente de carga I se alimenta de la red de corriente alterna 13 sobre los elementos de contacto 10 de la estacion de carga 2, la colocacion de los contactos 11 de los vehlculos 1 y un acumulador de energla 14 de un acumulador de energla 6 de los vehlculos 1. El acumulador de energla 14 proporciona, segun el dispositivo de control 8 de los vehlculos 1, los valores nominales predeterminados U*, I* de la salida de tension U del acumulador de energla 14 y/o 50 de la corriente de carga.

Aunque la invencion se ha ilustrado y descrito en detalle respecto de una forma de realizacion preferida, no esta restringida a los ejemplos divulgados y un experto en la tecnica puede derivar de esto otras variaciones, sin abandonar el alcance de la invencion.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Metodo de carga para un vehlcuio (1) electrico a baterla, que tiene al menos una maquina electrica (3) que, en el modo de conduccion, alimenta un acumulador de energla (6) del vehlculo (1) por medio de un conversor de corriente de traccion del mismo, donde:

el vehlculo (1) va hasta una estacion de carga (2);

mediante el control de un correspondiente dispositivo (8) colocado en el vehlculo (1), se ponen en contacto entre si un conjunto (11) dispuesto en la cara superior (12) del vehlculo (1) y los elementos de contacto (10) de la estacion de carga (2) tambien dispuestos sobre el vehlculo (1);

el dispositivo de control (8) del vehlculo (1) transmite un comando de conmutacion (S) de manera inalambrica a otro dispositivo de control (9) dispuesto en la estacion de carga (2);

como resultado del comando de conmutacion (S), el dispositivo de control (9) de la estacion de carga (2) aplica una tension a los elementos de contacto (10), de manera que una corriente de carga (I) se alimenta de un sistema de suministro de tension alterna (13) a un acumulador de energla (6) del vehlculo (1) por medio de los elementos de contacto (10) de la estacion de carga (2), el conjunto de contacto (11) del vehlculo (1) y un conversor de corriente de carga (14);

el conversor de corriente de carga (14) fija una tension de salida (U) provista por el y/o la corriente de carga (I) de acuerdo con los valores de punto de referencia (U*, I*) predeterminados por el dispositivo de control (8) del vehlculo (1);

en el modo de carga del vehlculo (1), el conversor de corriente de traccion (5) se usa como un conversor de corriente de carga (14);

en el modo de carga, se usa un bobinado (W) de la maquina electrica (3) como una inductancia operativa del conversor de corriente de carga (14); y

la red del sistema de suministro de tension alterna (13) es una red trifasica con una pluralidad de fases (16) y, en cada caso, hay presente un elemento de contacto (10) para cada fase (16).
2. El metodo de carga de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque a la estacion de carga (2) se le suministra energla electrica proveniente de la red electrica principal.
3. El metodo de carga de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque por medio de un transformador (17) dispuesto en la estacion de carga (2), se produce una separacion del potencial de los elementos de contacto (10) de la estacion de carga (2) respecto de un suministro de energla de la misma.
4. Vehlculo electrico a baterla,

que tiene un acumulador de energla (6);

que tiene al menos una maquina electrica (3) que, en el modo de conduccion, funciona con un acumulador de energla (6) del vehlculo (1) por medio de un conversor de corriente de traccion (5) del mismo;

en donde un conjunto de contacto (11) esta dispuesto en una cara superior (12) del vehlculo, y el control de un dispositivo (8) dispuesto en el, lo pone en contacto con los elementos de contacto (10) de una estacion de carga (2) dispuesta sobre el vehlculo (1) electrico a baterla;

que se transmite de manera inalambrica un comando de conmutacion (S) a un dispositivo de control (9) dispuesto en la estacion de carga (2), desde el dispositivo de control (8) del vehlculo, como resultado de lo cual el dispositivo de control (9) de la estacion de carga (2) aplica tension a los elementos de contacto (10) y alimenta una corriente de carga (I) de un sistema de suministro de tension alterna (13) al acumulador de energla (6) del vehlculo por los elementos de contacto (10) de la estacion de carga (2), el conjunto de contacto (11) del vehlculo y un conversor de corriente de carga (14);

en donde los valores de punto de referencia (U*, I*) estan predeterminados por el dispositivo de control (8) del vehlculo; y

en donde en el conversor de corriente de carga (14) fija una tension de salida (U) provista por el conversor de corriente

de carga y/o la corriente de carga (I), de acuerdo con los valores predeterminados de punto de referenda (U*, I*):

en donde en el modo de carga del vehiculo, el conjunto de contacto (11) esta conectado electricamente con el conversor de corriente de traccion (5), de manera que este se usa como conversor de corriente de carga (14);

en donde en el modo de carga, un bobinado (W) de la maquina electrica (3) se usa como una inductancia operativa 5 del conversor de corriente de carga (14); y

en donde el sistema de suministro de tension alterna (13) es una red trifasica con una pluralidad de fases (16), y el conjunto de contacto (11) tiene en cada caso al menos un contacto separado (10) para cada fase (16) de la red trifasica (13).