Система электроснабжения электрической железной дороги

Система электроснабжения электрической железной дороги

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе электроснабжения электрической железной дороги, предназначенной для подачи электроэнергии в линии электропередачи электрической железной дороги.

Уровень техники

Обычно подстанция для электрической железной дороги преобразует электроэнергию переменного тока, подаваемого компанией-производителем электроэнергии, или электроэнергию переменного тока, подаваемую из электростанции, принадлежащей компании электрической железной дороги, в электроэнергию постоянного тока и подает ее в линии питания. Энергия постоянного тока, подаваемая в линии питания, проходит по воздушным линиям электропередачи и поступает в электрические транспортные средства через пантографы. Или энергию постоянного тока подают из линии питания в электрические транспортные средства через контактный рельс. Электрическое транспортное средство подает переданную электроэнергию в тяговый двигатель (электродвигатель вращения или линейный двигатель), используя устройство управления электроэнергией, установленное в транспортном средстве, и электроэнергию преобразуют в энергию тяги, которая приводит в движение транспортное средство.

Количество энергии, потребляемое электрическим транспортным средством, изменяется в зависимости от состояния движения транспортного средства. В частности, электрическое транспортное средство потребляет большое количество электроэнергии в течение короткого времени во время ускорения. В результате напряжение в линии электропередачи или в контактном рельсе и, кроме того, напряжение в линии питания временно понижается. В таких случаях железнодорожные технические средства, которые обслуживают электрические транспортные средства, имеющие регенеративную функцию, используют во время замедления вращающийся двигатель или линейный двигатель для тяги как генератор и преобразуют кинетическую энергию электрического транспортного средства в электроэнергию для восстановления электроэнергии. Восстановленную электроэнергию обычно используют для компенсации временного падения напряжения электроснабжения.

Патентный документ 1: JP 2000-341874 А

Патентный документ 2: JP 2001-260719 А

Патентный документ 3: JP 2002-2334 А

Раскрытие изобретения

Техническая задача

Восстановленную электроэнергию, генерируемую двигателями во время замедления электрического транспортного средства, имеющего регенеративную функцию, передают по силовой линии или по контактному рельсу в линию питания, используя устройство управления электроэнергией электрического транспортного средства. В это время в случае, если присутствует любое другое электрическое транспортное средство, получающее электроснабжение на железнодорожном пути, восстановленная энергия потребляется этим электрическим транспортным средством. Однако если на железнодорожном пути отсутствует ускоряющееся электрическое транспортное средство, восстановленную электроэнергию используют для временного повышения напряжения в силовой линии или на контактном рельсе от электрической сети электрического транспортного средства. В это время не возникает проблема, когда повышение напряжения мало, но если повышение напряжения велико, могут возникнуть неполадки в работе оборудования электроснабжения электрического транспортного средства или другого электрического оборудования, установленного на железнодорожных объектах. В частности, если повышенное напряжение превышает предельное напряжение электрического оборудования, может произойти повреждение этого оборудования.

Для решения этой проблемы устройство управления электроснабжением электрического транспортного средства выполняет управление для предотвращения превышения определенного напряжение из-за регенерируемой энергии, то есть для ограничения регенерации. Кроме того, если напряжение силовой линии или в линии чрезвычайно высокое, устройство управления электроснабжением выполняет управление для прекращения регенерации электроэнергии. В результате происходит отказ от регенерации. Однако в случае ограничения или прекращения регенерации электрические транспортные средства используют механические тормоза для требуемого снижения скорости и кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию, которая расточительно теряется. В это же время происходит износ тормозных колодок и повышается стоимость технического обслуживания.

В соответствии с этим для предотвращения отказа от регенерации было предложено использовать прерыватель для преобразования восстановленной электроэнергии в тепловую энергию с использованием резисторов. Также было предложено устанавливать обратный преобразователь, выполненный с возможностью преобразования регенерируемой энергии в энергию переменного тока на подстанции и преобразования регенерируемой энергии в энергию переменного тока коммерческой частоты, для возврата в систему электроснабжения от подстанции, или для использования в оборудовании железнодорожной станции.

В патентном документе 1 раскрыто устройство заряда-разряда для электрической железной дороги, имеющее свинцовую аккумуляторную батарею, подключенную к питающей сети, используемую для сглаживания нагрузки электроснабжения.

Кроме того, в патентных документах 2 и 3 раскрыта система электроснабжения электрической железной дороги (оборудование источника питания), установленная на подстанции, в которой устройство-накопитель электроэнергии, имеющее вторичную батарею или вторичный конденсатор с двойным слоем, подключено к питающей сети с использованием устройства управления зарядом-разрядом, такого как повышающий и понижающий прерыватель.

Однако при таком способе использования прерывателя для преобразования регенерируемой энергии в тепловую энергию с использованием резисторов регенерируемая энергия расточительно теряется. Действительно, в способе возврата регенерируемой энергии в систему электроснабжения или ее использования оборудованием, установленным на станции, применяя обратный преобразователь, установленный на подстанции, регенерируемую энергию эффективно используют, но требуется дорогостоящий обратный преобразователь, и, таким образом, повышаются капитальные затраты.

Свинцовая аккумуляторная батарея, раскрытая в патентном документе 1, однако не пригодна для использования в системах электроснабжения электрической железной дороги. Причина этого состоит в следующем. Электрическое транспортное средство потребляет большое количество электроэнергии в начальный период его ускорения, в то время как электрическое транспортное средство, имеющее регенеративную функцию, генерирует большое количество регенерируемой энергии в начальный период своего замедления. Поэтому накопительная батарея, которая должна быть подключена к системе электроснабжения, должна иметь достаточную емкость заряда и разряда, чтобы справиться с быстрыми флуктуациями нагрузки. Однако свинцовая аккумуляторная батарея не имеет такой достаточной емкости заряда и разряда, чтобы справиться с быстрыми флуктуациями нагрузки. В соответствии с этим при использовании свинцовой аккумуляторной батареи для хранения регенерируемой энергии требуется использовать множество свинцовых аккумуляторных батарей. Таким образом, требуется значительная площадь для их установки.

Устройство управления зарядом-разрядом, используемое в системе электроснабжения электрической железной дороги (объект источника питания), раскрытое в патентных документах 2 и 3, является очень дорогостоящим. Кроме того, поскольку устройство управления зарядом-разрядом обладает плохим откликом, резкое увеличение регенерируемой мощности не может быть эффективно сохранено (преобразовано в заряд). Кроме того, повышающий и понижающий прерыватель, используемый как устройство управления зарядом-разрядом, может генерировать гармонический шум, который может создавать помехи для сигнального устройства. Более того, если мощность, подаваемая в линию питания из подстанции для напряжения электрической железной дороги, будет иметь флуктуации из-за вариаций принимаемого напряжения, подаваемого от компании электроснабжения, невозможно гарантировать нормальную работу устройства управления зарядом-разрядом.

Кроме того, линия питания, имеющая собственное сопротивление, создает значительное падение напряжения по мере увеличения расстояния от подстанции для электрической железной дороги. Поэтому, когда электрическое транспортное средство, расположенное на удалении от подстанции электрической железной дороги, ускоряется, на работу транспортного средства может влиять падение напряжения.

Также во время регенерации электроэнергии электрическим транспортным средством в местоположении, удаленном от подстанции электрической железной дороги, напряжение в линии может внезапно подняться из-за электроэнергии, восстановленной замедляющимся транспортным средством, и может возникнуть ограничение регенерации или отказ регенерации.

Настоящее изобретение разработано для решения упомянутых выше задач, и, следовательно, его целью является представить систему снабжения энергией электрической железной дороги, которая обладала бы отличными характеристиками, обеспечивающими емкость для быстрого заряда и разряда с малыми затратами, для которой не требуется много места для установки. Также цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы представить систему электроснабжения электрической железной дороги, позволяющую поддерживать стабильные рабочие характеристики электрического транспортного средства даже в местоположении, удаленном от подстанции, без расточительной потери динамической энергии, из-за отказа регенерации или тому подобное.

Техническое решение

Для достижения этих целей система электроснабжения электрической железной дороги, имеющая никель-гидридную батарею в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя никель-гидридную батарею, используемую как источник электроснабжения постоянного тока, установленную на подстанции электрической железной дороги, имеющей трансформатор для приема электроэнергии из электросети переменного тока, устройство выпрямления, подключенное к трансформатору, и линию питания, подключенную к устройству выпрямления, непосредственно к которой подключена никель-гидридная батарея, соединенная с линиями питания. Здесь "непосредственно подключена" означает, что она подключена прямо, без использования устройства управления зарядом-разрядом.

В настоящем изобретении, предпочтительно, используется никель-гидридная батарея. Никель-гидридная батарея имеет малое внутреннее сопротивление, обладает небольшими вариациями напряжения из-за вариации SOC (состояние заряда) и обладает высокой емкостью, следовательно, может быть подключена непосредственно к линии питания, используя батарею с малой емкостью по сравнению с другими вторичными батареями, и не требует значительного места для установки. Кроме того, никель-гидридная батарея обладает малыми вариациями напряжения, и для нее не требуется устройство управления зарядом-разрядом, и при этом не нужно выделять место для установки устройства управления зарядом-разрядом. Поскольку дорогостоящее устройство управления зарядом-разрядом не используется, общая стоимость оборудования является низкой. Кроме того, поскольку никель-гидридная батарея обладает высокой объемной плотностью энергии, для ее установки не требуется много места. Кроме того, никель-гидридная батарея, в отличие от устройства управления зарядом-разрядом, не обладает задержками при работе и имеет отличные характеристики быстрого заряда-разряда. Кроме того, если исключить повышающий и понижающий прерыватель, используемый как устройство управления зарядом-разрядом, отсутствует риск возникновения гармонического шума, который может создавать помехи для сигнального устройства. Никель-гидридная батарея имеет малое внутреннее сопротивление и имеет малые вариации напряжения из-за вариации SOC, и в большей степени, чем другие батареи, пригодна для предотвращения падения напряжения путем разряда никель-гидридной батареи, если большой ток требуется в течение очень короткого времени во время ускорения электрического транспортного средства. В случае режима регенерации электрического транспортного средства, когда генерируется большой ток за чрезвычайно короткое время, никель-гидридная батарея в большей степени, чем другие батареи, пригодна для подавления повышения напряжения благодаря заряду. Поэтому напряжение в линии питания загрузочного устройства может быть стабилизировано, что способствует эффективности работы электрического транспортного средства.

Предпочтительно, никель-гидридная батарея включает в себя, по меньшей мере, один модуль батареи. Предпочтительно, модуль батареи построен таким образом, что между парой противоположных пластин коллекторов тока расположено множество элементов батареи, имеющих положительные электроды и отрицательные электроды, разделенные с помощью перегородок, которые встроены как слои так, что положительный электрод одного из соседних элементов батареи и отрицательный электрод другого из соседних элементов батареи расположены противоположно друг другу между соседними элементами батареи, при этом предусмотрена общая пластина коллектора тока, используемая как разделительная стенка между положительным электродом одного элемента батареи и отрицательным электродом другого элемента батареи, и общий коллектор тока имеет канал для пропускания теплопередающей среды, которая является газообразной или жидкой.

В соответствии с такой конфигурацией можно эффективно подавлять генерирование тепла никель-гидридной батареи, что позволяет предотвратить ухудшение характеристик батареи и продлить срок службы батареи. Кроме того, в результате формирования модуля батареи, благодаря построению многослойных элементов батареи, как описано выше, эквивалентное внутреннее сопротивление модуля батареи можно сделать намного меньшим. Благодаря изготовлению никель-гидридной батареи, используя модули батареи, составленные путем укладки многослойных элементов батареи, дополнительно уменьшается размер, и можно сэкономить место для установки.

Общий коллектор тока может быть изготовлен из пористой металлической пластины.

Общий коллектор тока может быть изготовлен из металлической пластины, в которой предусмотрено множество проходных отверстий, используемых как проходной канал для носителя передачи тепла. Когда в качестве металлической пластины используют алюминиевую пластину, улучшается теплопроводность и реализуется превосходная теплопроводность.

Предпочтительно, никель-гидридная батарея включает в себя, по меньшей мере, один модуль батареи, и

модуль батареи включает в себя множество элементов батареи,

каждый элемент батареи включает в себя коллекторы тока положительного и отрицательного электродов в форме пластины, которые предусмотрены противоположно друг к другу, перегородка, расположенная между коллектором тока положительного электрода и коллектором тока отрицательного электрода, и положительный электрод, находящийся в контакте с коллектором тока положительного электрода, и отрицательный электрод, находящийся в контакте с коллектором тока отрицательного электрода,

множество элементов батареи расположены в виде слоев таким образом, что коллектор тока положительного электрода одного из соседних элементов батареи расположен противоположно коллектору тока отрицательного электрода другого элемента батареи, и

проходной канал теплопередающей среды, которая представляет собой газ или жидкость, предусмотрен между взаимно соседними элементами батареи.

В соответствии с такой конфигурацией генерирование тепла никель-гидридной батареи может быть эффективно подавлено, может быть предотвращено ухудшение характеристик батареи, и может быть продлен срок службы батареи. Кроме того, благодаря формированию модуля батареи путем укладки многослойных элементов батареи, как описано выше, эквивалентное внутреннее сопротивление модуля батареи может быть установлено намного ниже. Благодаря построению никель-гидридной батареи, используя модули батареи, которые получают в результате многослойной укладки элементов батареи, размер дополнительно уменьшается, и можно сэкономить место для установки.

Предпочтительно, никель-гидридная батарея включает в себя, по меньшей мере, один модуль батареи, и

модуль батареи включает в себя множество элементов батареи,

каждый элемент батареи имеет структуру, в которой пространство между коллекторами тока положительного и отрицательного электродов в форме пластины, которые расположены противоположно друг другу, заполнено раствором электролита, множество листов положительного электрода расположены от коллекторов тока положительного электрода в направлении к коллектору тока отрицательного электрода, и множество листов отрицательного электрода расположены от коллектора тока отрицательного электрода в направлении коллектора тока положительного электрода таким образом, что лист положительного электрода, имеющий активный материал положительного электрода, и лист отрицательного электрода, имеющий активный материал отрицательного электрода, могут быть собраны с чередованием, и перегородка расположена между каждым листом положительного электрода и каждым листом отрицательного электрода,

множество элементов батареи построено многослойно таким образом, что коллектор тока положительного электрода одного из соседних элементов батареи расположен противоположно коллектору тока отрицательного электрода другого элемента батареи, и

проходной канал для теплопередающей среды, которая представляет собой газ или жидкость, предусмотрен между взаимно соседними элементами батареи.

В соответствии с такой конфигурацией генерирование тепла никель-гидридной батареей можно эффективно подавлять, можно предотвратить ухудшение характеристик батареи и можно продлить срок службы батареи. Кроме того, благодаря формированию модуля батареи путем многослойной укладки элементов батареи, как описано выше, эквивалентное внутреннее сопротивление модуля батареи можно в значительной степени понизить. Благодаря составлению никель-гидридной батареи с использованием модулей батареи, составленных таким образом, путем многослойной укладки элементов батареи, размер дополнительно уменьшается, и место для установки может быть сэкономлено.

В качестве альтернативы, электропроводная теплопередающая пластина, имеющая проходные отверстия в проходном канале теплопередающей среды, может быть установлена между одним из взаимно соседних элементов батареи и другим элементом батареи таким образом, что теплопередающая пластина находится в контакте с коллектором тока положительного электрода одного элемента батареи и коллектором тока отрицательного электрода другого элемента батареи.

Теплопередающая пластина может быть выполнена из алюминиевой пластины. Алюминиевая пластина имеет малое электрическое сопротивление и обладает отличной теплопроводностью. Более предпочтительно, при нанесении на алюминиевую пластину покрытия из никеля можно снизить сопротивление контакта.

Кроме того, между одним из соседних элементов батареи и другим элементом батареи может быть вставлено множество электропроводных элементов таким образом, что каждый электропроводный элемент находится в контакте с коллектором тока положительного электрода одного элемента батареи и коллектором тока отрицательного электрода другого элемента батареи и что проходной канал сформирован между одним из соседних элементов батареи и другим элементом батареи.

Электропроводный элемент может представлять собой алюминиевую пластину, имеющую поверхность, покрытую никелем. Алюминиевая пластина имеет малое электрическое сопротивление, и благодаря покрытию никелем сопротивление контакта дополнительно понижается, и она является предпочтительной для использования в качестве электропроводного элемента.

Для достижения этой цели система электроснабжения электрической железной дороги в соответствии с настоящим изобретением включает в себя линию питания, которая соединена с подстанцией для электрического транспортного средства и принимает энергию постоянного тока от подстанции, и устройство электроснабжения и накопления электроэнергии, имеющее никель-гидридную батарею, причем никель-гидридная батарея непосредственно подключена к линии питания, а устройство электроснабжения и накопления электроэнергии установлено в месте, находящемся вне площадки подстанции.

В частности, путем построения устройства электроснабжения и накопления электроэнергии с непосредственным подключением никель-гидридной батареи к линии питания в местоположении, удаленном от подстанции, например, к линии питания рядом с промежуточной точкой между подстанцией и другой подстанцией, или к оконечной точке линии питания, соответствующей конечной точке или исходной точке железнодорожного пути; в местоположении, удаленном от подстанции, можно исключить значительное падение напряжения в линии питания, и рабочие характеристики электрического транспортного средства могут проявляться в достаточной степени благодаря исключению значительного падения напряжения в линии питания, при этом могут быть исключены расточительные затраты динамической энергии электрического транспортного средства, из-за невозможности регенерации или тому подобного. Кроме того, устройство электроснабжения и накопления электроэнергии, имеющее никель-гидридную батарею, непосредственно подключенную к линии питания, является недорогостоящим по сравнению с подстанцией.

Здесь "площадка" означает требуемое место, включающее в себя место использования электричества, и всю область использования электричества. Площадка также включает в себя область, отделенную забором, барьером, ограждением, каналом или тому подобным, ограничивающим доступ другим лицам, кроме работников или персонала, и подобные области с географической, социальной или других точек зрения.

Кроме того, "место, находящееся вне площадки подстанции" представляет собой место, называемое точкой или объектом электроснабжения в системе электроснабжения электрической железной дороги. В такой точке электроснабжения обычно не устанавливают трансформатор, но устанавливают вторичную батарею или другое оборудование для электроснабжения и накопления электроэнергии.

Предпочтительные эффекты

Настоящее изобретение предусматривает систему электроснабжения электрической железной дороги, для установки которой не требуется много места, которая обладает исключительными характеристиками быстрого заряда и разряда и является недорогостоящей при изготовлении. Система электроснабжения электрической железной дороги в соответствии с изобретением используется для экономии энергии, предотвращая отказ регенерации, которая сглаживает пики, и стабилизирует напряжение в силовой линии.

Кроме того, изобретение обеспечивает систему электроснабжения электрической железной дороги, которая позволяет в достаточной степени использовать рабочие характеристики движения электрического транспортного средства в местах, удаленных от подстанции, и которая исключают расточительные потери динамической; энергии электрического транспортного средства из-за отказа регенерации или тому подобного. Если электроэнергия не может быть передана из-за отказа цепи питания или неполадок на подстанции, никель-гидридная батарея, установленная на подстанции, накопитель электроэнергии и устройство электроснабжения, составляющие никель-гидридную батарею, используются для обеспечения движения транспортного средства до ближайшей железнодорожной станции, без остановки вспомогательного оборудования транспортного средства. Кроме того, в течение короткого времени никель-гидридную батарею, установленную на подстанции, устройство накопления и устройство подачи электроэнергии, содержащие никель-гидридную батарею, можно использовать вместо подстанции, что позволяет в значительной степени улучшить эксплуатационные характеристики подстанции.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана общая структурная схема системы электроснабжения электрической железной дороги, в которой предусмотрена никель-гидридная батарея в соответствии с первым предпочтительным вариантом воплощения изобретения.,

На фиг.2 показана принципиальная схема, представляющая примерный вариант выполнения никель-гидридной батареи в первом предпочтительном варианте воплощения изобретения.

На фиг.3 показан характерный график SOC (состояние заряда), представляющий изменения напряжения в соответствии с SOC в различных батареях.

На фиг.4 показана схема, представляющая никель-гидридную батарею и участок подстанции, с которого была удалена никель-гидридная батарея, по сравнению с фиг.1.

На фиг 5А-5D показаны схемы, представляющие результаты демонстрационных испытаний системы электроснабжения электрической железной дороги, имеющей никель-гидридную батарею в первом предпочтительном варианте воплощения изобретения.

На фиг.6А показана общая структурная схема модуля батареи в первом конструктивном примере, и на фиг.6В показан вид в перспективе, представляющий часть модуля батареи.

На фиг.7 показан обобщенный вид в перспективе, представляющий цилиндрическую батарею с частичным разрезом.

На фиг.8 показан общий структурный вид в разрезе обычной квадратной батареи.

На фиг.9 показан вид в перспективе, представляющий конфигурацию охлаждения модуля батареи во втором конструктивном примере, используя вентиляторы принудительного охлаждения и теплоотводы.

На фиг.10А показан вид в продольном разрезе модуля батареи во втором структурном примере.

На фиг.10В показан вид в разрезе, представляющий электропроводный элемент, расположенный между пластиной положительного электрода и пластиной отрицательного электрода модуля батареи.

На фиг.10С показан вид в перспективе электропроводного элемента, расположенного за пределами пластины положительного электрода элемента батареи.

На фиг.11 показан вид в перспективе теплопередающей пластины.

На фиг.12 показан вид в поперечном разрезе модуля батареи в третьем конструктивном примере.

На фиг.13 показана схема, представляющая направление потока воздуха в теплопередающей пластине в модуле батареи по фиг.12.

На фиг.14 показана схема, представляющая направление передачи тепла в модуле батареи на фиг.12.

На фиг.15 показан общий вид в разрезе структурной схемы элемента батареи с увеличенным сроком службы.

На фиг.16 показана общая структурная схема системы электроснабжения электрической железной дороги, в которой предусмотрена никель-гидридная батарея во втором предпочтительном варианте воплощения изобретения.

На фиг 17А-17D показаны схемы, представляющие результаты демонстрационных испытаний системы электроснабжения электрической железной дороги во втором предпочтительном варианте воплощения изобретения.

Пояснение номеров ссылочных позиций

1 источник электроснабжения переменного тока

2 линия питания переменного тока

3 трансформатор

4 выпрямительное устройство

5 линия питания

7 обратный провод

8 никель-гидридная батарея

9 подстанция для электрической железной дороги

9а, 9b подстанция для электрической железной дороги

10а, 10b устройство накопления и подачи электроэнергии

11, 11a, 11b, 11с электрическое транспортное средство

40 модуль батареи

41 элемент батареи

42 проницаемая для ионов перегородка

43 положительный электрод

44 отрицательный электрод

45 коллектор тока положительного электрода

46 коллектор тока отрицательного электрода

47 элемент коллектора тока

48 кислородный баллон

49 клапан регулирования давления

50 путь

51а, 51b, 51с, 51d, 51e, 51f клапан

52а, 52b, 52с, 52-й, 52e, 52f клапан

53 вентилятор

61 лист активного материала положительного электрода

62 проницаемая для ионов перегородка

63 лист активного материала отрицательного электрода

64 вывод отрицательного электрода

65 вывод положительного электрода

71 лист активного материала положительного электрода

72 проницаемая для ионов перегородка

73 лист активного материала отрицательного электрода

74 вывод положительного электрода

75 вывод отрицательного электрода

76, 77 изолятор

81 модуль батареи

82, 84 пространство для прохода воздуха

83а, 83b входной вентилятор (вентилятор принудительного охлаждения)

85 пластина положительного электрода

85S положительный электрод

86 пластина отрицательного электрода

86S отрицательный электрод

87 проницаемая для ионов перегородка

88 проходной канал для воздуха

89 электропроводный элемент

90, 91, 92, 93 изолятор

94 вывод положительного электрода

95 вывод отрицательного электрода

96 теплопередающая пластина

97 проходной канал для воздуха

98 модуль батареи

99 коллектор тока положительного электрода

100 коллектор тока отрицательного электрода

101 проницаемая для ионов перегородка

102 раствор электролита

103 лист положительного электрода

104 лист отрицательного электрода

105 объединяющий коллектор тока положительного электрода

106 объединяющий коллектор тока отрицательного электрода

107, 108 изолятор

111 коллектор тока положительного электрода

112 коллектор тока отрицательного электрода

113 изолятор

114 проницаемая для ионов перегородка

115 положительный электрод

116 отрицательный электрод

117 нетканый материал из полипропиленового волокна

118 формованная деталь из пеноникеля

119 нетканый материал из полипропиленового волокна

120 формованная деталь из пеноникеля

Подробное описание изобретения

Ниже описаны предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения, в частности, со ссылкой на приложенные чертежи.

Первый предпочтительный вариант воплощения

1. Конфигурация и работа системы электроснабжения электрической железной дороги

На фиг.1 показана общая конструктивная схема системы электроснабжения электрической железной дороги, в которой предусмотрена никель-гидридная батарея в первом предпочтительном варианте воплощения изобретения.

Как показано на фиг.1, подстанция 9 для электрической железной дороги (ниже называется "подстанцией") включает в себя трансформатор 3 для приема электроэнергии переменного тока из источника 1 электроснабжения переменного тока, подключенного к системе электроснабжения через линию 2 электропередачи переменного тока, выпрямительное устройство 4, подключенное к трансформатору 3, и никель-гидридную батарею (подробно описана ниже) 8, параллельно подключенную к выпрямительному устройству 4. Вывод положительной стороны выпрямительного устройства 4 подключен к линии 5 питания, и вывод отрицательной стороны подключен к обратному проводу 7 через провод 14. Никель-гидридная батарея 8 непосредственно подключена к линии 5 питания и проводу 15. Более конкретно, внешний вывод стороны положительного электрода никель-гидридной батареи 8 подключен к линии 5 питания, и внешний вывод стороны отрицательного электрода подключен к обратному проводу (рельсы) 7 по проводам 15. Другими словами, никель-гидридная батарея 8 подключена к линии 5 питания без использования устройства управления зарядом-разрядом, которое предназначено для управления напряжением заряда-разряда, или током заряда-разряда, или напряжением заряда-разряда и током заряда-разряда.

В системе электроснабжения электрической железной дороги, построенной таким образом, выпрямительное устройство 4 преобразует напряжение переменного тока, поступающее из трансформатора 3, в напряжение постоянного тока и выводит его в линию 5 питания. Напряжение постоянного тока, выводимое из выпрямительного устройства 4, подают в электрические транспортные средства 11а и 11b по электрическим проводам, то есть по линиям электропередачи, через линию 5 питания. В электрических транспортных средствах 11а и 11b подаваемую электроэнергию постоянного тока преобразуют в переменный ток, например, используя устройство 12 управления питанием на транспортном средстве, и подают в двигатель 13 для его работы и во вспомогательное оборудование. Регенерируемую энергию, генерируемую в электрических транспортных средствах 11а и 11b, подают в никель-гидридную батарею 8 по линии 5 питания, и никель-гидридная батарея 8 заряжается. Электроэнергию, накапливаемую в никель-гидридной батарее 8, затем подают в электрические транспортные средства 11а и 11b в зависимости от уровня напряжения в линии 5 питания.

Например, если электрическое транспортное средство 11а представляет собой регенерирующее транспортное средство в состоянии торможения и электрическое транспортное средство 11b представляет собой ускоряющееся транспортное средство в режиме ускорения, регенерируемый ток из регенерирующего транспортного средства подают в ускоряющееся транспортное средство, а избыток регенеруемого тока протекает в никель-гидридную батарею 8, и никель-гидридная батарея 8 заряжается. С другой стороны, когда оба электрических транспортных средства 11а и 11b представляют собой ускоряющиеся транспортные средства, разрядный ток из никель-гидридной батареи 8 подается в ускоряющиеся транспортные средства из линии 5 питания по электрическим проводам. Это представляет собой операцию заряда и разряда никель-гидридной батареи 8, и эта операция не ограничивается приведенным выше примером.

Вкратце, никель-гидридная батарея 8 заряжается, когда напряжение между линией 5 питания и обратным проводом 7 (ниже называется "напряжением линии питания") выше, чем электродвижущая сила никель-гидридной батареи 8 (ниже называется "напряжением батареи"), и разряжается, когда оно ниже. Таким образом, в никель-гидридной батарее 8 происходит плавающий заряд и плавающий разряд. Здесь никель-гидридная батарея 8 построена таким образом, что она имеет напряжение батареи, эквивалентное напряжению подстанции без нагрузки.

Как описано выше, в системе электроснабжения электрической железной дороги в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения, на подстанции 9 никель-гидридная батарея 8 прямо соединена с линией 5 питания и с проводами 15. Следовательно, может быть построена энергетическая система электроснабжения, имеющая простую общую структуру, обладающая отличными характеристиками быстрого заряда и разряда и имеющая малую стоимость.

Выпрямительное устройство 4 может представлять собой либо двухполупериодный выпрямитель или однополупериодный выпрямитель или может представлять собой преобразователь электроэнергии или так называемый преобразователь DC-DC (постоянного тока в постоянный ток), построенный с использованием элемента управления, такого как IGBT. Источник 1 энергии переменного тока обычно представляет собой коммерческую систему электроснабжения, но не ограничивается этим, и может представлять собой систему электроснабжения, такую как подстанция электроснабжения, не входящую в систему общего пользования. Электрическое транспортное средство не ограничивается электропоездом, который движется по земле, но может включить в себя поезда метрополитена, трамваи или LRV (вагон легкого наземного метро). В подстанции 9, показанной на фиг.1, предусмотрены трансформатор 3, выпрямительное устройство 4 и никель-гидридная батарея 8, и также в ней может быть предусмотрен обратный преобразователь для возврата регенерируемой электроэнергии в линию электропередач переменного тока или устройство управления зарядом-разрядом, такое как повышающий и понижающий прерыватель, как в конструктивном примере предшествующего уровня техники.

Никель-гидридная батарея 8 может состоять из одного модуля батареи, имеющего напряжение батареи, эквивалентное напряжению по