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WO2020002820A1 - Système de stockage d'énergie embarqué - Google Patents

Système de stockage d'énergie embarqué Download PDF

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Publication number
WO2020002820A1
WO2020002820A1 PCT/FR2019/051552 FR2019051552W WO2020002820A1 WO 2020002820 A1 WO2020002820 A1 WO 2020002820A1 FR 2019051552 W FR2019051552 W FR 2019051552W WO 2020002820 A1 WO2020002820 A1 WO 2020002820A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy storage
energy
storage system
storage
branch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2019/051552
Other languages
English (en)
Inventor
Alain CROSET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centum Adetel Transportation
Original Assignee
Centum Adetel Transportation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centum Adetel Transportation filed Critical Centum Adetel Transportation
Publication of WO2020002820A1 publication Critical patent/WO2020002820A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/02—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using DC motors
    • B60L9/04—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using DC motors fed from DC supply lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an energy storage system intended to be carried on a railway vehicle, the energy storage system being adapted to be electrically connected to an external source of electrical energy to receive energy to be stored, as well as 'to a propulsion system of the vehicle, for restoring the stored energy or storing energy, the energy storage system comprising a plurality of energy storage modules.
  • Railway vehicles intended for surface urban transport are generally connected to a catenary or a collector rail for supplying their propulsion system with electrical energy.
  • the vehicle cannot connect to the catenary on part of the route, and must make the journey without connection from electrical energy stored on an on-board system.
  • the batteries have a high energy storage capacity, but are limited by a low charge and restitution power.
  • the super-capacitors benefit from a very satisfactory charge and discharge power, but a limited storage capacity.
  • An object of the invention is therefore to provide an energy storage system for a surface urban rail vehicle, having improved energy performance while being more compact and less complex to use and maintain.
  • each energy storage module comprises a plurality of energy storage cells each comprising at least one capacitor of the lithium-ion type.
  • the system according to the invention has one or more of the characteristics below, taken independently or according to any technically feasible combination:
  • the storage modules are arranged to form a plurality of independent storage branches, connected parallel to each other;
  • each storage branch includes a power converter connected upstream of the storage modules
  • each storage branch has an energy storage capacity of between 1 kWh and 2 kWh, using for example cells of 2.300 F to achieve a storage capacity of 1.5 kWh;
  • each storage branch has an energy storage capacity of between 2 kWh and 2.5 kWh; for example 2.1 12 kWh using cells of 3.300 F;
  • the plurality of storage branches comprises exactly three storage branches
  • the number of branches can be variable and is not necessarily equal to three;
  • each storage module is removable independently of the other storage modules
  • each storage module is capable of delivering a nominal voltage lower than a safety voltage
  • the storage system further comprises a control module configured to monitor at least one temperature in the energy storage system, at least one intensity of electric current and / or an electric voltage in the energy storage system;
  • each storage branch is adapted to be recharged when the energy storage system is in electrical contact with an external source, a total recharging time of the storage branch being less than 60 seconds and preferably 50 seconds;
  • the energy storage system is also suitable for being connected to auxiliary circuits, to restore the stored energy to them.
  • the invention also relates to a rail vehicle comprising at least one energy storage system as described above, each energy storage system being electrically connected to a device for capturing the rail vehicle and to a rail vehicle propulsion system, the rail vehicle being adapted to store electrical energy in each energy storage system when the rail vehicle is in electrical contact with an external energy source and to restore the energy stored in each energy storage system or store energy from the propulsion system when the rail vehicle is isolated from the external energy source.
  • FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of a rail vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 is a diagram of an energy storage system of the rail vehicle of Figure 1.
  • the rail vehicle 10 represented in FIG. 1 comprises at least one body 12, mounted on bogies 14 provided with wheels 16, so as to run on a railway track.
  • the propulsion of the rail vehicle 10 is ensured by electric motors 18 driving the wheels 16, each electric motor 18 being fixed to one of the respective bogies 14, in particular in a suspended manner.
  • the rail vehicle 10 is for example an urban and interurban surface transport vehicle, of the "tramway" type, intended to travel on a route extending, for example, in an agglomeration.
  • the railway vehicle 10 is suitable for running on a route on which an external source of energy, for example a catenary or a collector rail, extends in the vicinity of the railway on at least part of the route. , and is absent on at least one other part of the route.
  • the rail vehicle 10 comprises at least one capture device 20, fixed to the body 12, suitable for coming into contact with the external energy source.
  • the capture device 20 is capable of collecting electrical energy delivered by the external source to power the rail vehicle 10.
  • the capture device 20 is a pantograph coming into contact with a catenary.
  • the external source is a stationary power supply system
  • the capture device 20 is capable of collecting energy when the rail vehicle 10 is stationary, in particular at the stops provided for on the journey.
  • the rail vehicle comprises a power conversion chain 22 electrically connected to each capture device 20, as well as at least one traction trunk 24, an energy storage system 26 for each traction trunk 24, and auxiliary circuits 28, electrically connected to the power conversion chain 22.
  • the power conversion chain 22 is suitable for converting the electrical energy received from the external source into a form usable by each of the devices to which it is connected.
  • the power conversion chain 22 comprises at least one safety module (not shown) capable of isolating the rail vehicle 10 from the external source in the event of an accident.
  • each traction trunk 24 On each part of the route on which the external source is present, each traction trunk 24, each energy storage system 26 and each auxiliary circuit 28 is supplied with energy from the external source, through the capture device 20 and the power conversion chain 22.
  • Each traction box 24 is connected to at least one electric motor 16, which it controls and supplies with energy, so as to propel the rail vehicle 10.
  • Each traction box 24 thus forms a propulsion system for the rail vehicle 10.
  • auxiliary circuits 28, represented grouped together in FIG. 1 for simplicity, include for example air conditioning, ventilation, lighting and sound systems of a passenger compartment of the rail vehicle 10, as well as a light display system and / or a charging supply circuit for an auxiliary battery.
  • Each energy storage system 26 is capable of storing electrical energy and of restoring it later.
  • Each storage system 26 is connected to one of the respective traction boxes 24, which it is able to supply with energy when the rail vehicle is on a part of the route where the external source is absent.
  • Each energy storage system 26 is also electrically connected to the auxiliary circuits 28, to supply them with energy when the external source is absent.
  • each energy storage system 26 is also electrically connected to at least one other car of the rail vehicle 10 by a link 29, in order to supply the other car with energy when the external source is absent.
  • the rail vehicle 10 is thus adapted to store the electrical energy supplied by the external source in the energy storage systems 26 when the rail vehicle 10 is in electrical contact with the external source, and to consume the electrical energy stored in energy storage systems 26 when the rail vehicle 10 is isolated from the external source.
  • the energy storage system 26 is also suitable for recovering energy generated by the traction boxes 24.
  • An electrical energy storage system 26 is shown in more detail in FIG. 2.
  • the storage system 26 is contained in an enclosure 30 playing a role of protection and isolation of the energy storage system 26.
  • the enclosure 30 is in particular separated into two compartments, comprising an interface compartment 31 and a storage compartment 33.
  • the storage system 26 comprises a plurality of energy storage modules 32, suitable for storing and restoring electrical energy, and arranged to form a plurality of independent storage branches 34.
  • the storage modules 32 are contained in the storage compartment 33.
  • Each energy storage module 32 comprises a plurality of energy storage cells 36 each comprising at least one lithium-ion type capacitor.
  • Each storage module 32 is advantageously removable from the storage branch 34 independently, without interrupting or disturbing the operation of the branch 34. Thus, it is easy for an operator to dismantle one of the storage modules 32 for maintenance operations and replacement, without having to wait for an interruption in the operation of the rail vehicle 10.
  • each storage module 32 is capable of delivering a nominal voltage lower than a safety voltage, during the return of stored energy, so that the module 32 can be dismantled by an operator with reduced risks.
  • the safety voltage is for example equal to 60 V.
  • Each storage branch 34 further comprises a power converter 38 connected upstream of the storage modules 32.
  • connected upstream it is meant that the storage modules 32 of the branch 34 are connected in series between the power converter 38 and the mass.
  • This power converter 38 is of the reversible DC / DC type, that is to say it is suitable for converting a direct input current having an input voltage into a direct output current having an output voltage different from the input voltage and this in a reversible way, that is to say that the input in turn becomes the output and the output the input.
  • the power converter 38 is contained in the interface compartment 31.
  • Each storage branch 34 is adapted to be recharged when the storage system 26 is in electrical contact with the external source, and to discharge when the rail vehicle 10 is isolated from the external source. The charging and discharging of each of the branches 34 is done independently of the other branches 34.
  • the storage system 26 advantageously comprises exactly three storage branches 34 independent of one another and connected in parallel to each other.
  • Each storage branch 34 has a respective energy storage capacity, in particular between 1 kWh and 2 kWh, for example substantially equal to 1.5 kWh, for example using cells of 2,300 F.
  • the storage system 26 then has a total energy storage capacity substantially equal to 4.5 kWh.
  • each storage branch 34 has a respective energy storage capacity, in particular between 2 kWh and 2.5 kWh, for example substantially equal to 2.1 12 kWh by using for example cells of 3.300 F.
  • the storage system 26 then has a total energy storage capacity substantially equal to 6.336 kWh.
  • the number of branches can be variable and is not necessarily equal to three.
  • the total recharging time of the storage branch 34 is less than 60 seconds, preferably 50 seconds, that is to say that the branch is adapted to be recharged, in contact with the external source, from a state of full discharge to its full storage capacity in a time less than or equal to 50 seconds.
  • the control module 40 is suitable for implementing centralized management of the branches 34, to ensure that the branches 34 all simultaneously follow the same behavior, either discharge or recharge, in order to avoid pumping phenomena, that is to say ie energy transfer between two branches 34.
  • the control module 40 controls the modules 38, to distribute the energy entering the storage system 26 equally between the branches 34 to be stored there.
  • the input module 39 includes a manually controlled sectioning system for disconnecting the storage system 26 and the branches 34 with improved security.
  • the storage system 26 further comprises a control module 40 configured to drive the input module 41, as well as to monitor at least one temperature in the energy storage system 26 and at least one intensity of electric current in the energy storage system 26.
  • the control system 40 is in particular configured to monitor the temperatures in the interface compartment 31 and in the storage compartment 33, in order to detect any overheating, and is configured to stop the operation of the storage system 26 during a such overheating.
  • the control system 40 is advantageously configured to monitor the temperature in each of the storage branches 34, and is configured to isolate one of the branches 34 independently in the event of local overheating.
  • the control system 40 is capable of monitoring the intensity of electric current passing through each of the branches 34, and is configured to isolate one of the branches 34 in the event of an overcurrent, or of a differential current fault.
  • the control system 40 is further able to monitor the electrical voltages in each of the branches 34, and is configured to isolate one of the branches 34 in the event of faults, for example in the event of undervoltage or overvoltage.
  • the energy storage system 26 is simpler in design than the systems of the prior art, because it uses only lithium-ion capacitors, rather than requiring the use of both standard batteries and super-capacitors.
  • this energy storage system makes it possible to use standardized components, by varying the number of storage modules 32 of each branch 34 to obtain the required energy storage capacity.
  • the storage system 26 has improved practicality of use and maintenance, as well as greater security.

Landscapes

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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne unsystème de stockage d'énergie (26), destiné à être embarqué sur un véhicule ferroviaire, le système de stockage d'énergie (26) étant propre à être relié électriquement à une source extérieure d'énergie électrique pour recevoir une énergie à stocker, ainsi qu'à un système de propulsion du véhicule, pour lui restituer l'énergie stockéeou emmagasiner de l'énergie, le système de stockage d'énergie (26) comprenantune pluralité de modules de stockage d'énergie (32). Chaque module de stockage d'énergie (32) comprend une pluralité de cellules de stockage (36) d'énergie comprenant chacune au moins un condensateur de type lithium- ion.

Description

Système de stockage d’énergie embarqué
La présente invention concerne un système de stockage d’énergie destiné à être embarqué sur un véhicule ferroviaire, le système de stockage d’énergie étant propre à être relié électriquement à une source extérieure d’énergie électrique pour recevoir une énergie à stocker, ainsi qu’à un système de propulsion du véhicule, pour lui restituer l’énergie stockée ou emmagasiner de l’énergie, le système de stockage d’énergie comprenant une pluralité de modules de stockage d’énergie.
Les véhicules ferroviaires destinés au transport urbain de surface sont généralement connectés à une caténaire ou un rail de captage pour l’alimentation de leur système de propulsion en énergie électrique.
Dans certains cas, le véhicule ne peut pas se connecter à la caténaire sur une partie de l’itinéraire, et doit effectuer le trajet sans connexion à partir d’énergie électrique stockée sur un système embarqué.
Pour cela, il est connu de munir les véhicules ferroviaires urbains de surface d’un système de stockage d’énergie comprenant à la fois des batteries standard et des super- condensateurs.
En effet, les batteries présentent une haute capacité de stockage énergétique, mais sont limitées par une puissance de charge et de restitution faible. A l’inverse, les super- condensateurs bénéficient d’une puissance en charge et en décharge très satisfaisante, mais d’une capacité de stockage limitée.
La combinaison des deux technologies de stockage permet de pallier les désavantages de chacune et d’obtenir une capacité de stockage et une puissance de charge et de restitutions suffisantes.
Cependant, ces systèmes de stockage peuvent encore être améliorés. En effet, la combinaison des deux technologies nécessite un équilibre qui ne peut pas être adapté à toutes les situations. De plus, ces systèmes sont complexes et encombrants, et il est désirable d’améliorer encore leurs performances énergétiques.
Un but de l’invention est donc de fournir un système de stockage d’énergie pour véhicule ferroviaire urbain de surface, présentant des performances énergétiques améliorées tout en étant plus compact et moins complexe d’utilisation et d’entretien.
A cet effet, l’invention a pour objet un système du type précité, dans lequel chaque module de stockage d’énergie comprend une pluralité de cellules de stockage d’énergie comprenant chacune au moins un condensateur de type lithium-ion. Selon des modes de réalisation particuliers, le système selon l’invention présente l’une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prise(s) indépendamment ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
- les modules de stockage sont arrangés pour former une pluralité de branches de stockage indépendantes, connectées parallèlement les unes aux autres ;
- Selon une alternative, un système de stockage avec une seule branche est aussi réalisable ;
- chaque branche de stockage comprend un convertisseur de puissance connecté en amont des modules de stockage ;
- selon une possibilité, chaque branche de stockage présente une capacité de stockage d’énergie comprise entre 1 kWh et 2 kWh, en utilisant par exemple des cellules de 2.300 F pour réaliser une capacité de stockage de 1 ,5kWh ;
- selon une autre possibilité, chaque branche de stockage présente une capacité de stockage d’énergie comprise entre 2 kWh et 2,5 kWh ; par exemple 2,1 12 kWh en utilisant des cellules de 3.300 F ;
- la pluralité de branches de stockage comprend exactement trois branches de stockage,
- Selon un autre mode de réalisation, le nombre de branches peut être variable et n’est pas nécessairement égal à trois ;
- chaque module de stockage est amovible de manière indépendante des autres modules de stockage ;
- chaque module de stockage est propre à délivrer une tension nominale inférieure à une tension de sécurité ;
- le système de stockage comprend de plus un module de contrôle configuré pour surveiller au moins une température dans le système de stockage d’énergie, au moins une intensité de courant électrique et/ou une tension électrique dans le système de stockage d’énergie ;
- chaque branche de stockage est adaptée pour être rechargée lorsque le système de stockage d’énergie est en contact électrique avec une source externe, un temps de recharge totale de la branche de stockage étant inférieur à 60 secondes et de préférence à 50 secondes ;
- le système de stockage d’énergie est également propre à être relié à des circuits annexes, pour leur restituer l’énergie stockée.
L’invention a également pour objet un véhicule ferroviaire comprenant au moins un système de stockage d’énergie comme décrit plus haut, chaque système de stockage d’énergie étant relié électriquement à un dispositif de captage du véhicule ferroviaire et à un système de propulsion du véhicule ferroviaire, le véhicule ferroviaire étant adapté pour stocker une énergie électrique dans chaque système de stockage d’énergie lorsque le véhicule ferroviaire est en contact électrique avec une source d’énergie externe et à restituer l’énergie stockée dans chaque système de stockage d’énergie ou emmagasiner de l’énergie provenant du système de propulsion lorsque le véhicule ferroviaire est isolé de la source d’énergie externe.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un véhicule ferroviaire selon l’invention, et
- la figure 2 est un schéma d’un système de stockage d’énergie du véhicule ferroviaire de la figure 1 .
Le véhicule ferroviaire 10 représenté sur la figure 1 comprend au moins une caisse 12, montée sur des bogies 14 munis de roues 16, de manière à circuler sur une voie ferrée. La propulsion du véhicule ferroviaire 10 est assurée par des moteurs électriques 18 entraînant les roues 16, chaque moteur électrique 18 étant fixé à un des bogies 14 respectif, notamment de manière suspendue.
Le véhicule ferroviaire 10 est par exemple un véhicule de transport urbain et interurbain de surface, de type « tramway », destiné à circuler sur un itinéraire s’étendant par exemple dans une agglomération. Notamment, le véhicule ferroviaire 10 est adapté pour circuler sur un itinéraire sur lequel une source d’énergie externe, par exemple une caténaire ou un rail de captage, s’étend au voisinage de la voie ferrée sur au moins une partie de l’itinéraire, et est absente sur au moins une autre partie de l’itinéraire.
Le véhicule ferroviaire 10 comprend au moins un dispositif de captage 20, fixé à la caisse 12, propre à venir en contact avec la source d’énergie externe. Le dispositif de captage 20 est propre à recueillir une énergie électrique délivrée par la source externe pour alimenter le véhicule ferroviaire 10. Dans l’exemple représenté, le dispositif de captage 20 est un pantographe venant en contact avec une caténaire.
En variante, la source externe est un système d’alimentation stationnaire, et le dispositif de captage 20 est propre à recueillir l’énergie lorsque le véhicule ferroviaire 10 est à l’arrêt, notamment aux arrêts prévus sur le trajet.
Le véhicule ferroviaire comprend une chaîne de conversion de puissance 22 connectée électriquement à chaque dispositif de captage 20, ainsi qu’au moins un coffre de traction 24, un système de stockage d’énergie 26 pour chaque coffre de traction 24, et des circuits annexes 28, connectés électriquement à la chaîne de conversion de puissance 22. La chaîne de conversion de puissance 22 est propre à convertir l’énergie électrique reçue depuis la source externe sous une forme utilisable par chacun des dispositifs auxquels elle est reliée. Par ailleurs, la chaîne de conversion de puissance 22 comprend au moins un module de sécurité (non représenté) propre à isoler le véhicule ferroviaire 10 de la source externe en cas d’accident.
Sur chaque partie de l’itinéraire sur laquelle la source externe est présente, chaque coffre de traction 24, chaque système de stockage d’énergie 26 et chaque circuit annexe 28 est alimenté en énergie depuis la source externe, à travers le dispositif de captage 20 et la chaîne de conversion de puissance 22.
Chaque coffre de traction 24 est relié à au moins un moteur électrique 16, qu’il contrôle et alimente en énergie, de façon à propulser le véhicule ferroviaire 10. Chaque coffre de traction 24 forme ainsi un système de propulsion du véhicule ferroviaire 10.
Les circuits annexes 28, représentés regroupés sur la figure 1 pour simplifier, comprennent par exemple des systèmes de climatisation, de ventilation, d’éclairage et de sonorisation d’un habitacle du véhicule ferroviaire 10, ainsi qu’un système d’affichage lumineux et/ou un circuit d’alimentation de charge d’une batterie auxiliaire.
Chaque système de stockage d’énergie 26 est propre à stocker l’énergie électrique et à la restituer ultérieurement. Chaque système de stockage 26 est relié à un des coffres de traction 24 respectif, qu’il est propre à alimenter en énergie lorsque le véhicule ferroviaire est sur une partie de l’itinéraire où la source externe est absente.
Chaque système de stockage d’énergie 26 est également relié électriquement aux circuits annexes 28, pour les alimenter en énergie lorsque la source externe est absente.
Avantageusement, chaque système de stockage d’énergie 26 est également relié électriquement à au moins une autre voiture du véhicule ferroviaire 10 par une liaison 29, pour alimenter l’autre voiture en énergie lorsque la source externe est absente.
Le véhicule ferroviaire 10 est ainsi adapté pour stocker l’énergie électrique fournie par la source externe dans les systèmes de stockage d’énergie 26 lorsque le véhicule ferroviaire 10 est en contact électrique avec la source externe, et à consommer l’énergie électrique stockée dans les systèmes de stockage d’énergie 26 lorsque le véhicule ferroviaire 10 est isolé de la source externe.
Avantageusement, le système de stockage d’énergie 26 est également adapté pour récupérer une énergie générée par les coffres de traction 24.
Un système de stockage d’énergie électrique 26 est représenté plus en détails sur la figure 2.
Le système de stockage 26 est contenu dans une enceinte 30 jouant un rôle de protection et d’isolation du système de stockage d’énergie 26. L’enceinte 30 est notamment séparée en deux compartiments, comprenant un compartiment d’interface 31 et un compartiment de stockage 33.
Le système de stockage 26 comprend une pluralité de modules de stockage d’énergie 32, propres à stocker et à restituer une énergie électrique, et arrangés pour former une pluralité de branches de stockage 34 indépendantes.
Les modules de stockage 32 sont contenus dans le compartiment de stockage 33.
Chaque module de stockage d’énergie 32 comprend une pluralité de cellules de stockage d’énergie 36 comprenant chacune au moins un condensateur de type lithium-ion.
Chaque module de stockage 32 est avantageusement amovible depuis la branche de stockage 34 de manière indépendante, sans interrompre ou perturber le fonctionnement de la branche 34. Ainsi, il est facile pour un opérateur de démonter un des modules de stockage 32 pour des opérations de maintenance et de remplacement, sans nécessiter d’attendre une interruption du fonctionnement du véhicule ferroviaire 10.
Avantageusement, chaque module de stockage 32 est propre à délivrer une tension nominale inférieure à une tension de sécurité, lors de la restitution d’énergie stockée, de sorte que le module 32 est démontable par un opérateur avec des risques réduits. La tension de sécurité est par exemple égale à 60 V.
Chaque branche de stockage 34 comprend de plus un convertisseur de puissance 38 connecté en amont des modules de stockage 32. Par « connecté en amont », on entend que les modules de stockage 32 de la branche 34 sont connectés en série entre le convertisseur de puissance 38 et la masse.
Ce convertisseur de puissance 38 est de type DC/DC réversible, c’est-à-dire qu’il est propre à convertir un courant d’entrée continu présentant une tension d’entrée en un courant continu de sortie présentant une tension de sortie différente de la tension d’entrée et cela de façon réversible, c’est-à-dire que l’entrée devient à son tour la sortie et la sortie l’entrée.
Le convertisseur de puissance 38 est contenu dans le compartiment d’interface 31 .
Chaque branche de stockage 34 est adaptée pour être rechargée lorsque le système de stockage 26 est en contact électrique avec la source externe, et pour se décharger lorsque le véhicule ferroviaire 10 est isolé de la source externe. La charge et la décharge de chacune des branches 34 se fait indépendamment des autres branches 34.
Le système de stockage 26 comprend avantageusement exactement trois branches de stockage 34 indépendantes les unes des autres et connectées parallèlement les unes aux autres.
Chaque branche de stockage 34 présente une capacité de stockage d’énergie respective, notamment comprise entre 1 kWh et 2 kWh, par exemple sensiblement égale à 1 ,5 kWh en utilisant par exemple des cellules de 2.300 F. Le système de stockage 26 présente alors une capacité totale de stockage d’énergie sensiblement égale à 4,5 kWh.
Selon une variante, chaque branche de stockage 34 présente une capacité de stockage d’énergie respective, notamment comprise entre 2 kWh et 2,5 kWh, par exemple sensiblement égale à 2,1 12 kWh en utilisant par exemple des cellules de 3.300 F. Le système de stockage 26 présente alors une capacité totale de stockage d’énergie sensiblement égale à 6,336 kWh.
Selon d’autres modes de réalisation, le nombre de branches peut être variable et n’est pas nécessairement égal à trois.
Avantageusement, le temps de recharge totale de la branche de stockage 34 est inférieur à 60 secondes, de préférence 50 secondes, c’est-à-dire que la branche est adaptée pour être rechargée, en contact avec la source externe, depuis un état de décharge complète jusqu’à sa pleine capacité de stockage en un temps inférieur ou égal à 50 secondes.
Le module de contrôle 40 est propre à mettre en oeuvre une gestion centralisée des branches 34, pour assurer que les branches 34 suivent toutes simultanément le même comportement, soit décharge, soit recharge, afin d’éviter les phénomènes de pompage, c’est-à-dire de transfert d’énergie entre deux branches 34.
Le module de contrôle 40 pilote les modules 38, pour répartir l’énergie entrant dans le système de stockage 26 à part égale entre les branches 34 pour y être stockée.
Le module d’entrée 39 comprend un système de sectionnement à commande manuelle permettant de déconnecter le système de stockage 26 et les branches 34 avec une sécurité améliorée.
Le système de stockage 26 comprend en outre un module de contrôle 40 configuré pour piloter le module d’entrée 41 , ainsi que pour surveiller au moins une température dans le système de stockage d’énergie 26 et au moins une intensité de courant électrique dans le système de stockage d’énergie 26.
Le système de contrôle 40 est notamment configuré pour surveiller les températures dans le compartiment d’interface 31 et dans le compartiment de stockage 33, afin de détecter une éventuelle surchauffe, et est configuré pour stopper le fonctionnement du système de stockage 26 lors d’une telle surchauffe.
Le système de contrôle 40 est avantageusement configuré pour surveiller la température dans chacune des branches de stockage 34, et est configuré pour isoler une des branches 34 de manière indépendante en cas de surchauffe locale. De plus, le système de contrôle 40 est apte à surveiller l’intensité de courant électrique traversant chacune des branches 34, et est configuré pour isoler une des branches 34 en cas de sur-courant, ou de défaut de courant différentiel.
Le système de contrôle 40 est en outre apte à surveiller les tensions électriques dans chacune des branches 34, et est configuré pour isoler une des branches 34 en cas de défauts, par exemple en cas de sous-tensions ou surtensions.
Le système de stockage d’énergie 26 est plus simple de conception que les systèmes de l’état de la technique, car il met en oeuvre uniquement des condensateurs lithium-ion, plutôt que de nécessiter la mise en oeuvre à la fois de batteries standard et de super-condensateurs.
Ceci permet de plus de réduire l’espace occupé et la masse du système de stockage d’énergie 26, ce qui est critique pour un véhicule ferroviaire.
De plus, ce système de stockage d’énergie permet d’utiliser des composants standardisés, en faisant varier le nombre de modules de stockage 32 de chaque branche 34 pour obtenir la capacité de stockage d’énergie requise.
Enfin, le système de stockage 26 présente une praticité d’utilisation et d’entretien améliorée, ainsi qu’une plus grande sécurité.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Système de stockage d’énergie (26), destiné à être embarqué sur un véhicule ferroviaire (10), le système de stockage d’énergie (26) étant propre à être relié électriquement à une source extérieure d’énergie électrique pour recevoir une énergie à stocker, ainsi qu’à un système de propulsion (24) du véhicule (10), pour lui restituer l’énergie stockée, ou emmagasiner de l’énergie, le système de stockage d’énergie (26) comprenant une pluralité de modules de stockage d’énergie (32),
caractérisé en ce que chaque module de stockage d’énergie (32) comprend une pluralité de cellules de stockage (36) d’énergie comprenant chacune au moins un condensateur de type lithium-ion.
2.- Système de stockage d’énergie (26) selon la revendication 1 , dans lequel les modules de stockage (32) sont arrangés pour former une pluralité de branches de stockage (34) indépendantes, connectées parallèlement les unes aux autres.
3.- Système de stockage d’énergie (26) selon la revendication 2, dans lequel chaque branche de stockage (34) comprend un convertisseur de puissance (38) connecté en amont des modules de stockage (36).
4.- Système de stockage d’énergie (26) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque branche de stockage présente une capacité de stockage d’énergie comprise entre
1 kWh et 2 kWh.
5.- Système de stockage d’énergie (26) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel chaque branche de stockage présente une capacité de stockage d’énergie comprise entre
2 kWh et 2,5 kWh.
6.- Système de stockage d’énergie (26) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel la pluralité de branches de stockage (34) comprend exactement trois branches de stockage (34)
7.- Système de stockage d’énergie (26) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque module de stockage (32) est amovible de manière indépendante des autres modules de stockage (32).
8.- Système de stockage d’énergie (26) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque module de stockage (32) est propre à délivrer une tension nominale inférieure à une tension de sécurité.
9.- Système de stockage d’énergie (26) selon l’une quelconque des revendications
1 à 8, comprenant de plus un module de contrôle (40) configuré pour surveiller au moins une température dans le système de stockage d’énergie (26), au moins une intensité de courant électrique et/ou au moins une tension électrique dans le système de stockage d’énergie (26).
10.- Système de stockage d’énergie (26) selon l’une quelconque des revendications
2 à 4, dans lequel chaque branche de stockage (34) est adaptée pour être rechargée lorsque le système de stockage d’énergie (26) est en contact électrique avec une source d’énergie électrique, un temps de recharge totale de la branche de stockage (34) étant inférieur à 50 secondes.
1 1 .- Système de stockage d’énergie selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le système de stockage d’énergie (26) est également propre à être relié à des circuits annexes (28), pour leur restituer l’énergie stockée.
12.- Véhicule ferroviaire (10) comprenant au moins un système de stockage d’énergie (26) selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque système de stockage d’énergie (26) étant relié électriquement à un dispositif de captage (20) du véhicule ferroviaire (10) et à un système de propulsion (24) du véhicule ferroviaire (10), le véhicule ferroviaire (10) étant adapté pour stocker une énergie électrique dans chaque système de stockage d’énergie (26) lorsque le dispositif de captage (10) est en contact électrique avec la source extérieure d’énergie et à restituer l’énergie stockée dans chaque système de stockage d’énergie (26) ou emmagasiner de l’énergie provenant du système de propulsion lorsque le véhicule ferroviaire (10) est isolé de la source extérieure d’énergie.
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