Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios,

constituido por múltiples condensadores (1) interconectados que presentan unas bornas (2) para establecer conexión eléctrica con una única placa (7) de conexiones común a todos los condensadores (1) y amarre mecánico con una placa (6) soporte que va dispuesta entre las bornas (2) y la placa (7) de conexiones; y porque las bornas (2) están sobredimensionadas de modo que definen un canal de refrigeración entre la placa (6) soporte y los condensadores (1), quedando la placa (7) de conexiones aislada de dicho canal de refrigeración mediante la placa (6) de soporte.

Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica mediante el uso de condensadores de alta capacidad, proponiendo un módulo compacto de almacenamiento de energía para la alimentación eléctrica de los equipos de tracción y sistemas auxiliares de vehículos ferroviarios como tranvías, metros, o trenes.

Estado de la técnica

La reducción de las emisiones de carbono relacionadas con el transporte, en la búsqueda de un futuro sostenible, ha dado como resultado que la propulsión eléctrica se haya convertido en una de las soluciones más eficientes para impulsar medios de transporte público, como puede ser el caso de los tranvías, trenes, metro, autobuses, etc.

Habitualmente, en el caso de los transportes urbanos o interurbanos electrificados, como pueden ser los tranvías, la alimentación eléctrica a los equipos de tracción se hace mediante un sistema articulado de barras situado en el techo del tranvía, que toma la corriente por contacto con una línea aérea (catenaria). Estas líneas aéreas tienen cada vez menos aceptación en las ciudades debido al impacto visual que generan sobre el entorno, aparte del alto coste económico en infraestructura que implica su utilización.

Para la eliminación de la catenaria se han desarrollado diversas soluciones, una de ellas consiste en la alimentación eléctrica del tranvía a través de un tercer raíl situado en el suelo entre los raíles de guiado, el cual está segmentado en pequeños tramos que son alimentados independientemente, de modo que sólo disponen de corriente eléctrica los tramos por donde circula el tranvía. Estos sistemas pueden ser realizados con contacto directo entre el tranvía y el tercer raíl, o sin contacto, en donde la electricidad no pasa a través de las vías de forma directa, sino que pasa convertida mediante un campo magnético.

Otras soluciones para la eliminación de la catenaria se basan en la utilización de volantes de inercia, sin embargo, el gran desarrollo que han tenido los condensadores y las baterías en los últimos tiempos, han hecho de los acumuladores de energía basados en condensadores y baterías una de las soluciones más significativas para la propulsión de vehículos eléctricos.

Los acumuladores se constituyen por varios módulos de almacenamiento de energía interconectados entre sí para la alimentación de los equipos de tracción y sistemas auxiliares del tranvía, estos módulos suelen ir dispuestos en el techo del tranvía y se recargan en parte mediante la energía cinética recuperada de las frenadas, de manera que no es necesario establecer una conexión continua con la catenaria.

Los módulos de almacenamiento de energía convencionales están formados por múltiples condensadores de alta capacidad, conocidos como supercondensadores, condensadores de doble capa, o ultracondensadores, los cuales pueden ir apoyados por un conjunto de baterías. En los módulos convencionales los condensadores están relacionados con una electrónica de potencia y una electrónica de control que se disponen en contacto directo, es decir, las bornas de cada condensador del módulo se conectan directamente con una placa de conexiones que se dispone inmediatamente contigua en su parte superior. Está disposición es contraproducente, ya que en las bornas de los condensadores se alcanzan elevadas temperaturas, lo que puede afectar al comportamiento de la electrónica de control.

En este caso, para refrigerar las bornas una corriente de aire forzado pasa por el espacio definido entre la parte superior del condensador y la placa de conexiones, pero la superficie de refrigeración que se establece es muy pequeña debido al reducido tamaño de la borna del condensador, y además, el comportamiento de la electrónica de control puede verse afectado por la humedad que pueda portar el aire, ya que las bornas a refrigerar están en contacto directo con la placa de conexiones.

Existen soluciones de módulos de almacenamiento de energía en donde la electrónica de potencia y la electrónica de control se encuentran separadas, en estos casos en un lateral del módulo y apartada de este se dispone una placa de conexiones a la cual se llevan una multiplicidad de cables provenientes de las bornas de los condensadores, en este caso se resuelve el problema asociado a la temperatura en la placa de conexiones pero no en el cableado entre ésta y las bornas. Esta solución implica una problemática de montaje e instalación, posibles fallos en la conexión del cableado, así como un aumento del tamaño del módulo asociado con problemas de espacio, lo cual es contradictorio con las necesidades actuales, ya que al ir montado el módulo en el propio tranvía, debe ocupar poco espacio y ser lo más ligero y compacto posible.

Se hace por tanto necesario disponer un módulo de almacenamiento de energía para el uso en aplicaciones ferroviarias que sea compacto y ligero, en donde la electrónica de potencia (las bornas de los condensadores) y la electrónica de control (la placa de conexiones) se encuentren separadas para evitar posibles fallos asociados a la temperatura o a la humedad del aire, y que no presente cables ni conectores intermedios para poder optimizar el espacio.

Objeto de la invención

De acuerdo con la presente invención se propone un módulo de almacenamiento de energía para la alimentación eléctrica de equipos de tracción y sistemas auxiliares de vehículos ferroviarios, que presenta una estructura ligera y compacta, y en donde la electrónica de control se encuentra aislada de la electrónica de potencia.

El módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios objeto de la invención está constituido por una pluralidad de condensadores interconectados en serie, en donde cada condensador del módulo presenta una pareja de bornas que establecen una conexión eléctrica con una única placa de conexiones común a todos los condensadores, y establecen igualmente un amarre mecánico con una placa soporte que va dispuesta entre las bornas y la placa de conexiones. Las bornas de los condensadores están sobredimensionadas de modo que definen un canal de refrigeración entre la placa soporte y los condensadores, quedando la placa de conexiones aislada de dicho canal de refrigeración mediante la placa de soporte.

Con esta configuración estructural se consiguen solucionar los problemas relacionados con las soluciones convencionales, puesto que al estar la placa de conexiones aislada de las bornas del condensador no se producen problemas asociados con la temperatura ni con la posible humedad que porte el aire de la refrigeración, así mismo, al estar las bornas sobredimensionadas en longitud se aumenta la sección del canal de refrigeración y se mejoran las condiciones de refrigeración de las bornas. Por otro lado, al disponer una única placa de conexiones directamente conectada con las bornas de los condensadores, se elimina todo el cableado y con ello sus problemas asociados.

Según un ejemplo de realización preferente de la invención, el sobredimensionamiento de las bornas se determina mediante un alargamiento longitudinal de las propias bornas de los condensadores. Según otro ejemplo de realización de la invención, el sobredimensionamiento de las bornas se determina mediante una pieza supletoria que va a asociada a cada borna de los condensadores.

El canal de refrigeración del módulo de almacenamiento de energía de la invención presenta una sección superior a 1,5 centímetros por donde se realiza una circulación de aire forzado, y en donde está sección es de un tamaño sensiblemente igual al tamaño de las bornas sobredimensionadas, con lo que se consigue mejorar las condiciones de refrigeración de las bornas de los condensadores.

Se ha previsto la posibilidad de que la refrigeración de las bornas se realice mediante un fluido, en donde el fluido refrigerante circula por el canal de refrigeración sin llegar a entrar en contacto directo con las bornas de los condensadores.

Sobre el conjunto de los condensadores y a la altura de la base de las bornas se dispone una lámina orificada de material aislante, la cual realiza unas funciones de aislamiento eléctrico entre condensadores colindantes. Por otro lado, esta lámina orificada y la placa soporte presentan un apoyo en sus costados laterales con unas tablas que aportan una mayor rigidez a todo el conjunto estructural, a la vez que hacen de...

1. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, que está constituido por múltiples condensadores (1) interconectados por medio de pletinas (4), en donde cada condensador (1) presenta unas bornas (2) que están conectadas a una placa (3) de conexiones a donde llegan las señales eléctricas del módulo, caracterizado porque mediante las bornas (2) de los condensadores (1) se establece conexión eléctrica con una única placa (7) de conexiones común a todos los condensadores (1) y amarre mecánico con una placa (6) soporte que va dispuesta entre las bornas (2) y la placa (7) de conexiones; y porque las bornas (2) están sobredimensionadas de modo que definen un canal (8) de refrigeración entre la placa (6) soporte y los condensadores (1), quedando la placa (7) de conexiones aislada de dicho canal (8) de refrigeración mediante la placa (6) de soporte.

2. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sobredimensionamiento de las bornas (2) se determina mediante un alargamiento (2.1) longitudinal de las propias bornas del condensador (1).

3. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sobredimensionamiento de las bornas (2) se determina mediante una pieza supletoria (11) que va asociada a la borna.

4. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el canal (8) de refrigeración presenta una sección superior a 1,5 centímetros por donde se realiza una circulación de aire forzado, y en donde dicha sección es sensiblemente igual al tamaño de las bornas (2) sobredimensionadas.

5. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el canal (8) de refrigeración está provisto de una refrigeración mediante un fluido refrigerante.

6. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque a la altura de la base de las bornas (2) y sobre los condensadores (1) se dispone una lámina (9) orificada de material aislante que hace las funciones de aislamiento eléctrico entre condensadores (1) colindantes y aporta cohesión estructural al conjunto de condensadores (1).

7. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera y sexta reivindicaciones, caracterizado porque la placa (6) soporte y la lámina (9) orificada apoyan por sus costados laterales en unas tablas (10) que dan rigidez al conjunto y hacen de cierre lateral del canal (8) de refrigeración.

8. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el amarre mecánico y la conexión eléctrica se determinan mediante un elemento de sujeción que se inserta en un agujero (12) que atraviesa la placa (7) de conexiones, la placa (6) soporte, la pletina (4) y que se adentra en la borna (2).

9. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el amarre mecánico se determina mediante un elemento de sujeción que se inserta en un agujero (12) que atraviesa la placa (6) soporte, la pletina (4) y que se adentra en la borna (2), mientras que la conexión eléctrica se determina mediante un elemento que se inserta en un agujero (13) que atraviesa la placa (7) de conexiones, la placa (6) soporte, y la pletina (4).

10. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque todos los condensadores (1) de un mismo módulo se conectan en serie, determinándose una única entrada (14) y una única salida (15) eléctrica para todo el módulo.

11. Módulo de almacenamiento de energía para vehículos ferroviarios, de acuerdo con la décima reivindicación, caracterizado porque los condensadores (1) de una misma fila se conectan en línea recta, mientras que una fila de condensadores (1) se conecta con la siguiente en forma de zig-zag.