Sistema de accionamiento híbrido para vehículos ferroviarios.

Sistema de accionamiento con

- una máquina dinamoeléctrica (1),

- un motor de combustión (2) para el accionamiento de la máquina dinamoeléctrica (1),

- un acumulador de energía eléctrica (3) para el almacenamiento de una energía eléctrica cedida por la máquina dinamoeléctrica en una operación de generación, y

- un acumulador de presión (4),

caracterizado porque el sistema de accionamiento está configurado de tal forma que la máquina dinamoeléctrica (1) se puede accionar tanto con la energía acumulada en el acumulador de energía eléctrica (3) como también con una energía almacenada en el acumulador de presión (4).

Sistema de accionamiento híbrido para vehículos ferroviarios

La invención se refiere a un sistema de accionamiento con una máquina dinamo-eléctrica, con un motor de combustión, con un acumulador de energía eléctrica y con un acumulador de presión, en el que la máquina dinamoeléctrica puede ser accionada desde el motor de combustión, para cargar el acumulador de energía eléctrica. A través del acumulador de energía se pueden alimentar entonces uno o varios motores de accionamiento con energía eléctrica para accionar, por ejemplo, un vehículo ferroviario.

Un sistema de accionamiento de este tipo se conoce a partir del documento US 2008/0083576 A1.

Tales sistemas de accionamiento híbridos se emplean, por ejemplo, en vehículos ferroviarios diesel eléctricos. El mismo concepto de accionamiento se conoce también para vehículos ferroviarios como turismos y autobuses. En general, en este caso, el acumulador de energía está realizado como condensador de circuito intermedio, que está conectado en el lado de entrada a través de un rectificador la mayoría de las veces trifásico acoplado con la máquina dinamoeléctrica y está acoplado a través de un inversor la mayoría de las veces igualmente trifásico con los motores de accionamiento del vehículo correspondiente. Un sistema del tipo indicado al principio se basa en la ¡dea de crear un vehículo accionado eléctricamente, de tal manera que su energía se obtiene a partir de combustibles fósiles y de esta manera no está ligado a la electrificación del recorrido.

Una ventaja de los accionamientos eléctricos frente a los accionamientos con motores de combustión es, además de la dinámica comparativamente alta, que presentan estos accionamientos también sin engranaje mecánico, su capacidad de realimentación, Estos sistemas de accionamiento diesel eléctricos han sido desarrollados, sin embargo, en primer término con la finalidad de poder ser accionados también sin electrificación. De esta manera, en tales sistemas no se tiene en cuenta la posibilidad de realimentar energía de frenado a un sistema de alimentación.

Para posibilitar un frenado recuperativo se conoce acondicionar paralelamente al condensador de circuito intermedio un acumulador de energía eléctrica mucho más grande, con respecto a su capacidad, que puede almacenar temporalmente una energía eléctrica generada por generador durante el frenado por medio de los motores de accionamiento. Como acumulador de energía eléctrica se emplean para esta finalidad condensadores de doble capa (designados en inglés también como "SuperCaps". Tales sistemas de energía eléctrica son muy caro y pesados especialmente n el caso de las altas capacidades de almacenamiento requeridas. Sin embargo, en el caso de un sistema de accionamiento previsto para un vehículo, se pretende un peso total lo más bajo posible.

La invención tiene el cometido de proponer un sistema de accionamiento híbrido lo más económico posible con la posibilidad de un frenado recuperativo.

Este cometido se soluciona a través de un sistema de accionamiento con las características de la reivindicación 1, es decir, a través de un sistema de accionamiento con

- una máquina dinamoeléctrica,

- un motor de combustión para el accionamiento de la máquina dinamoeléctrica,

- un acumulador de energía eléctrica para el almacenamiento de una energía eléctrica cedida por la máquina dinamoeléctrica en una operación de generación, y

- un acumulador de presión,

en el que el sistema de accionamiento está configurado de tal forma que la máquina dinamoeléctrica se puede accionar tanto con la energía acumulada en el acumulador de energía eléctrica como también con una energía almacenada en el acumulador de presión.

Las formas de realización ventajosas de la invención se pueden deducir a partir de las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en el reconocimiento de que se puede reforzar un sistema de accionamiento híbrido a través de la incorporación del acumulador de presión ligero y económico, constituido de forma comparativamente sencilla de una forma especialmente eficiente para una recuperación de energía de frenado. La máquina dinamoeléctrica está acoplada a tal fin tanto con el acumulador de energía eléctrica como también con el acumulador de presión, de manera que el flujo de energía para el accionamiento de la máquina se puede realizar a través de los dos acumuladores. Si se acciona la máquina dinamoeléctrica con la ayuda de la energía almacenada en el acumulador de energía eléctrica, entonces trabaja como motor. Por lo tanto, convierte la energía eléctrica en energía mecánica, que se puede utilizar para comprimir un medio dispuesto en el acumulador de presión. Esto se realiza, por ejemplo, durante un frenado de un vehículo, que está equipado con el sistema de accionamiento de acuerdo con la invención. En tal caso, los motores de accionamiento del vehículo generarían energía eléctrica por generador. Esta energía

eléctrica es utilizada para el accionamiento de la máquina dinamoeléctrica, que comprime de nuevo el medio en el acumulador de presión.

En el acumulador de energía eléctrica se puede tratar aquí especialmente de un condensador de circuito intermedio de un convertidor. Éste sirve en primer término para la filtración de la tensión del circuito intermedio y es alimentado en el accionamiento eléctrico descrito anteriormente de la máquina dinamoeléctrica de manera permanente por los motores de accionamiento. De esta manera, la energía fluye hacia el accionamiento de la máquina dinamoeléctrica desde los motores de accionamiento a través del condensador de circuito Intermedio, que funciona aquí como acumulador de energía eléctrica en el sentido de la reivindicación 1, hacia la máquina dinamoeléctrica.

La energía acumulada de esta manera en el acumulador de presión está disponible de nuevo, por ejemplo, para un proceso de aceleración. Por lo tanto, se puede utilizar para accionar la máquina dinamoeléctrica, de manera que ésta trabaja como generador y carga el acumulador de energía eléctrica.

En el funcionamiento normal de un sistema de accionamiento híbrido de este tipo se acciona la máquina dinamoeléctrica desde un motor de combustión, que obtiene su energía a partir de un portador de energía móvil, Especialmente en fases de aceleración, a través del acumulador de presión de acuerdo con la invención se puede reducir extremadamente al mínimo el consumo de combustible. El acumulador de presión está en condiciones de proporcionar casi sin demora la energía necesaria para la aceleración. Los picos de potencia, como se necesitan durante un proceso de aceleración, no tienen que ser preparados ya sólo a través del motor de combustión, sino que pueden ser suministrados, al menos parcialmente, a través de la energía almacenada en el acumulador de presión.

En configuración ventajosa de la invención, el motor de combustión se puede accionar a través de la energía almacenada en el acumulador de presión. En tal configuración de la Invención se acelera en primer lugar el motor de combustión con la energía almacenada en el acumulador de presión, que acciona a continuación la máquina dinamo eléctrica a través de un árbol de accionamiento.

Una forma de realización especialmente ventajosa de la invención desde puntos de vista de la eficiencia se caracteriza porque el motor de combustión está realizado como motor Diesel. Los motores Diesel tienen en comparación con los motores de gasolina un rendimiento más elevado. Además, la densidad de la energía del combustible Diesel es relativamente alta, de modo que se pueden conseguir alcances altos con un vehículo accionado con medios diesel eléctricos.

En configuración ventajosa de la invención, el sistema de accionamiento comprende una máquina de energía de fluido acoplada con el motor de combustión a través de un árbol de accionamiento, de manera que la máquina de energía de fluido está configurada para convertir la energía acumulada en el acumulador de presión en energía mecánica para el accionamiento del motor de combustión. La máquina de energía de fluido, en la que se trata especialmente de una unidad de moto-bomba, es accionada durante un proceso de frenado delante del motor de combustión, de manera que se comprime un medio que se encuentra en el acumulador de presión. La energía obtenida de esta manera se puede utilizar en un proceso de aceleración, siendo accionada la máquina de energía de fluido como motor y apoyando al motor de combustión. En este caso es ventajoso que la máquina de energía d efluido puede ser accionada a través del árbol de accionamiento... [Seguir leyendo]

1.- Sistema de accionamiento con

- una máquina dinamoeléctrica (1),

- un motor de combustión (2) para el accionamiento de la máquina dinamoeléctrica (1),

- un acumulador de energía eléctrica (3) para el almacenamiento de una energía eléctrica cedida por la máquina dinamoeléctrica en una operación de generación, y

- un acumulador de presión (4),

caracterizado porque el sistema de accionamiento está configurado de tal forma que la máquina dinamoeléctrica (1) se puede accionar tanto con la energía acumulada en el acumulador de energía eléctrica (3) como también con una energía almacenada en el acumulador de presión (4).

2.- Sistema de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el motor de combustión (2) puede ser accionado a través de la energía almacenada en el acumulador de presión (4).

3.- Sistema de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el motor de combustión (2) está realizado como motor Diesel.

4.- Sistema de accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores con una máquina de energía de fluido (6) acoplada con el motor de combustión (2) a través de un árbol de accionamiento (5), en el que la máquina de energía de fluido (6) está configurada para convertir la energía almacenada en el acumulador de presión (4) en energía mecánica para el accionamiento del motor de combustión (2).

- Sistema de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la máquina de energía de fluido (6) puede ser accionada a través del árbol de accionamiento (5) para la compresión de un medio almacenado en el acumulador de presión (4) a través del motor de combustión (2).

6 - Sistema de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, en el que la máquina de energía de fluido (6) está embridada en el motor de combustión (2).

7.- Sistema de accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el motor de combustión (2) está instalado como compresor para la compresión y expansión de un medio almacenado en el acumulador de presión (4).

8.- Sistema de accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de accionamiento presenta

- un primer convertidor (7), a través el cual la máquina dinamoeléctrica (1) está conectada con el acumulador de energía eléctrica (3),

- al menos un motor de accionamiento (8) y

- un segundo convertidor (9), a través del cual el al menos un motor de accionamiento (8) está conectado con el acumulador de energía eléctrica (3).

9.- Sistema de accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el acumulador de energía eléctrica (3) está realizado como condensador de circuito intermedio.

10.- Sistema de accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores con medios para el arranque del motor de combustión (2) a través de la energía acumulada en el acumulador de presión (4).

11.- Vehículo ferroviario con un sistema de accionamiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.