Brevet FR2780684A1 — publié le 20000107

Réseau de transport en commun avec véhicules électriques La présente invention concerne un réseau de transport en commun constitué de véhicules à propulsion électrique circulant sur des itinéraires définis et bordés de stations d'arrêt. Il est de plus en plus fréquent de réaliser des réseaux ou des lignes de transport en commun urbains constitués de véhicules type tramway ou trolleybus fonctionnant grâce à un mode électrique de o0 propulsion du type par exemple moteur asynchrone. Les moteurs électriques de tels véhicules sont alimentés par liaison avec une infrastructure fixe composée de caténaires ou de rails sous tension électrique. L'avantage en exploitation de tels réseaux ou lignes réside dans une réduction de la pollution atmosphérique et des nuisances sonores par rapport aux modes de propulsion diesel ou essence. Or, cette solution présente de nombreux inconvénients dont le coût prohibitif de la pose et de l'entretien des caténaires ou des rails d'alimentation électrique. Une infrastructure type caténaire, pesante, génère une pollution autre qu'atmosphérique ou sonore mais de type visuel cette fois. On peut envisager une captation d'électricité par le sol en utilisant des rails associés avec des frotteurs en caniveau par exemple. Mais mettre en place une déviation de la ligne entre deux stations par exemple lors de l'intervention sur la chaussée des services techniques des réseaux de gaz ou d'électricité est difficilement envisageable pour des raisons de coûts et de délais que soit dans le cas de l'utilisation de rails ou même de caténaires car dans ces cas, il faudrait reporter l'ensemble des installations d'alimentation électrique précité sur le nouvel itinéraire. On a déjà proposé d'embarquer des batteries d'accumulateurs à bord des véhicules comme source d'énergie de traction mais on se heurte alors aux problèmes de rechargement lent et fastidieux de ces accumulateurs, à leur lourdeur ainsi qu'à leur capacité limitée. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet à la fois de limiter la pollution visuelle entraînée par l'infrastructure tout en diminuant sensiblement ses coûts de pose et d'entretien. Ainsi, le réseau de transport en commun selon l'invention est constitué par un ensemble de véhicules de transport en commun circulant sur une ou plusieurs lignes, ces véhicules ayant au moins un moyen de propulsion électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs d'énergie électrique, le réseau de transport étant constitué également par des stations d'arrêt bordant les lignes au voisinage desquelles lesdits véhicules de transport sont susceptibles de s'arrêter; caractérisé en ce que certaines des o0 stations comportent un dispositif d'alimentation électrique, en ce que les accumulateurs embarqués sont constitués par des super-capacités et en ce que chaque véhicule comporte des moyens de coopération avec le dispositif d'alimentation des stations d'arrêt pour la recharge rapide totale ou partielle des accumulateurs. En ce qui concerne les super-capacités, on peut se référer en particulier aux articles de M. Xavier Andrieu: "Les super-capacités, état des réalisations et applications aux transmissions hybrides" paru lors de la journée spécialisée INRETS du 14 mai 1998 et "Principe, caractéristiques et applications des super-capacités" paru à l'EPF'96- Grenoble, ainsi qu'au texte du brevet US 2 800 616 A de M. H.J.Becker. Les super-capacités se comportent d'une manière générale comme de très gros condensateurs et sont capables par exemple d'emmagasiner 47 Wh avec une capacité de 18 Farads sous 135 Volts. A volume égal, la capacité d'une super-capacité est ainsi avantageusement bien supérieure à celle des condensateurs diélectriques traditionnels. La constitution d'une super-capacité peut être voisine de celle d'un accumulateur électrochimique et comporte deux électrodes et un électrolyte. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les dispositifs d'alimentation de ce réseau de transport comprennent des super- capacités alimentées par le réseau électrique afin de permettre une restitution rapide de leur énergie emmagasinée. De préférence, les moyens de coopération comprennent avantageusement au niveau des véhicules un ou plusieurs organes conducteurs de liaison avec le ou les rails ou caténaires placés au niveau de certaines stations d'arrêt, ces organes conducteurs de liaison étant adaptés pour entrer en contact électrique et physique avec le ou lesdits rails ou caténaires placés au niveau de certaines stations d'arrêt. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les organes conducteurs de liaison appartenant aux moyens de coopération sont du type pantographe ou frotteur. Selon une autre caractéristique de la présente invention, chaque dispositif d'alimentation électrique offre une puissance correspondant à l'énergie dissipée par chaque véhicule, en particulier sous forme d'énergie de traction, sur une durée d'un tiers du temps de trajet entre les deux stations io d'arrêt précédentes équipées de tels dispositifs d'alimentation électrique. Ainsi, l'énergie électrique transférée par le dispositif d'alimentation vers les super-capacités d'un véhicule vient compenser la perte en énergie électrique de ces super-capacités lors du parcours dudit véhicule entre la station précédente et la station en cours si le temps de charge est d'au moins un tiers du temps de parcours entre la station précédente et la station en cours. La charge des super-capacités du véhicule se maintient alors avantageusement à un niveau sensiblement constant sur son trajet. Selon une autre caractéristique de la présente invention, il est prévu en cas de panne d'une alimentation à poste fixe, un dispositif de génération d'énergie électrique complémentaire et autonome, du type groupe électrogène, embarqué à bord de certains des véhicules pour permettre une recharge des super-capacités indépendamment des dispositifs d'alimentation électrique aux stations d'arrêt. De préférence, chaque dispositif de génération d'énergie électrique embarqué précité offre une puissance correspondant sur quelques minutes de charge à l'énergie utilisée pour parcourir une distance sensiblement plus importante que celle séparant les stations d'arrêt équipées de dispositifs fixes d'alimentation électrique. Chaque véhicule emmagasine donc de l'énergie électrique à certaines stations d'arrêt pour la consommer lors de son parcours ultérieur. Cette solution évite la pose de caténaires ou de rails conducteurs et donc les coûts et la pollution visuelle induits. Les véhicules sont également affranchis de la nécessité d'emprunter un itinéraire fixe entre deux stations. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant à titre d'exemple une forme de réalisation d'un réseau de transport en commun. D'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de ces dessins. La figure 1 est une vue de deux véhicules de transport en commun à propulsion électrique se succédant sur une ligne comportant deux stations d'arrêt, l'un à l'arrêt en station, l'autre hors station. La figure 2 est un schéma électrique simplifié du matériel électrique embarqué à bord du véhicule de transport en commun selon l'invention. La figure 3 est un schéma électrique simplifié du matériel électrique embarqué à bord du véhicule selon l'invention. Le passage du courant électrique est indiqué sur les schémas électriques par l'utilisation de flèches. Le réseau de transport en commun est constitué de véhicules de transport en commun à propulsion électrique et de stations d'arrêt. On entend par station d'arrêt tout emplacement ou zone géographique o les véhicules sont susceptibles de s'arrêter que ce soit une station d'arrêt à vocation commerciale, un arrêt à simple vocation d'exploitation, un terminus ou même encore un feu tricolore sans que ces exemples soient limitatifs. La figure 1 représente deux véhicules de transport en commun 1 et 2 à propulsion électrique se succédant sur une ligne L comportant deux stations d'arrêt A et B, le premier véhicule 1 étant à l'arrêt en station A le second 2 à l'approche de la station B. Cette figure 1 montre aussi des dispositifs d'alimentation 3 et 4 respectivement associés à chaque station A et B, le premier en décharge le second en charge, ces dispositifs étant représentés sous forme de schémas électriques simplifiés. Toujours selon la figure 1, les dispositifs d'alimentation électrique 3 et 4 sont composés d'une super-capacité 5 alimentée en courant électrique par un réseau de distribution d'électricité ou fournisseur d'électricité 6 qui peut aussi bien être un générateur autonome de courant électrique du type groupe électrogène. Cette super-capacité 5 met sous tension électrique une caténaire 8 présente au niveau de la station lorsque l'interrupteur 9 est en position fermée. Selon les figures 2 et 3, le matériel électrique embarqué comporte une super-capacité 10 venant alimenter un moyen de propulsion électrique sous la forme d'un moteur électrique 11 noté M à travers un adaptateur de courant 12 et un onduleur 13, ces quatre éléments étant reliés à la masse. Les moyens de coopération comprennent un organe conducteur de liaison constitué sur la figure I par un pantographe 7 sur le toit du véhicule en liaison électrique avec la super-capacité 10 du véhicule. Le véhicule de transport en commun représenté sur la partie o0 gauche de la figure 1 se situe en position immobilisée à une station d'arrêt A. La caténaire 8 sous tension se présente alors en contact électrique et physique avec le pantographe 7 pour charger la super-capacité 10 du véhicule, l'interrupteur 9 du dispositif d'alimentation 3 étant en position fermée Ainsi, la super-capacité 5 de la station se décharge dans la super- s15 capacité 10 du véhicule qui se charge presque instantanément comme indiqué sur la figure 2. Le véhicule 2 représenté sur la partie droite de la Figure 1 est lui en mouvement à l'approche d'une autre station d'arrêt B. Comme indiqué sur la figure 3, l'énergie électrique issue de la super-capacité 5 est alors convertie, par l'intermédiaire de l'adaptateur de courant 12 et de l'onduleur 13, en énergie de traction produite par un moteur électrique 1 1 noté M. L'énergie de freinage peut également être récupérée en étant transformée en énergie électrique pour charger la super-capacité 10 du véhicule également à travers l'adaptateur 12 et l'onduleur 13. Pendant ce temps, la super- capacité 5 de la station se charge en énergie électrique provenant du réseau de distribution d'électricité 6, l'interrupteur 9 du dispositif d'alimentation 4 étant en position ouverte. On peut également prévoir un dispositif de génération d'énergie électrique complémentaire et autonome, non représenté sur les figures, du type groupe électrogène, embarqué à bord de certains véhicules qui vient alimenter la super-capacité de ces véhicules pour que ceux-ci puissent se rendre en des zones éloignées des dispositifs de rechargement au sol par exemple pour rejoindre un dépôt en dehors des aires géographiques desservies ou pour pallier le dysfonctionnement d'un dispositif d'alimentation d'une station d'arrêt. La puissance d'un tel groupe électrogène 6 2780684 doit être environ de 50 kW ce qui donne la possibilité de charger la super- capacité du véhicule en 4 minutes. A titre d'exemple et selon la figure 1, la charge de la super- capacité du véhicule s'effectue à la station d'arrêt sur une durée T1 d'environ 10 secondes. Cette période peut en effet avantageusement être comprise dans la durée classique d'arrêt d'un véhicule de transport en commun en ligne à une station pour le ramassage de voyageurs. Les énergies de transfert entre le dispositif d'alimentation de la station étant très élevées pendant ce temps de charge court, de l'ordre de 1200 kW pendant 10 secondes, les dimensionnements des conducteurs et du dispositif doivent être choisis en conséquence. Le type de contact en particulier caténaires / pantographes soumis à 1600 A sous 800 V doit également être convenablement dimensionné. De préférence, les caténaires ou les rails conducteurs sont en position haute et habilement confondus dans l'architecture de la station par souci de sécurité et également d'esthétisme. En évaluant à 5 minutes l'intervalle de passage entre deux véhicules à une station donnée, la puissance de l'installation nécessaire pour recharger la super-capacité d'une station pendant ce laps de temps est avantageusement bien plus faible, de l'ordre de 40 kW. Outre le temps d'arrêt, le temps de parcours entre deux arrêts successifs distants d'une longueur D de 500 mètres et équipés d'un dispositif de rechargement équivaut alors environ à I minute, composé d'une phase d'accélération T2 de 30 secondes et d'une phase de marche sans accélération T3 de 10 secondes durant lesquelles la super-capacité produit de l'énergie électrique destinée à être transformée en énergie de traction par le moteur électrique. A ces phases, succède une phase de freinage T4 de 20 secondes avant l'approche à une station, durant laquelle l'énergie de traction peut être partiellement reconvertie en énergie électrique par le moteur dans son fonctionnement en alternateur pour la recharge de la super-capacité du véhicule. Les valeurs numériques des durées TI, T2, T3 et T4 et de la longueur D sont uniquement données à titre d'exemple. La durée de vie des super-capacités usuellement commercialisées est d'environ 300 000 cycles soit dans le cadre de l'invention de 3 ans pour les capacités embarqués et de 7 ans pour les capacités fixes. Cette invention s'applique en particulier aux tramways sur rails ou sur pneus ou bien encore aux trolley bus. 8 2780684 REVENDICATIONS 1. Réseau de transport en commun constitué par - un ensemble de véhicules de transport en commun (1) et (2) circulant sur une ou plusieurs lignes (L), lesdits véhicules (1) et (2) ayant chacun au moins un moyen de propulsion électrique (11) alimenté par une batterie d'accumulateurs d'énergie électrique (10), - des stations d'arrêt (A) et (B) bordant ces lignes au voisinage desquelles les véhicules de transport sont susceptibles de s'arrêter, caractérisé en ce que certaines des stations (A) et (B) comportent un dispositif d'alimentation électrique (3) et (4), en ce que ces accumulateurs (10) sont constitués des super-capacités et en ce que chaque véhicule comporte des moyens de coopération avec le dispositif d'alimentation (3) et (4) des stations d'arrêt pour la recharge rapide totale ou partielle des accumulateurs (10). 2. Réseau de transport en commun selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dispositifs d'alimentation (3) et (4) comprennent une ou plusieurs super-capacités (5) alimentées par le réseau électrique (6). 3. Réseau de transport en commun selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de coopération comprennent au niveau des véhicules un ou plusieurs organes conducteurs de liaison (7) avec le ou les rails ou caténaires (8) placés au niveau de certaines stations d'arrêt (A) et (B), ces organes conducteurs de liaison (7) étant adaptés pour entrer en contact électrique et physique avec le ou lesdits rails ou caténaires (8). 4. Réseau de transport en commun selon la revendication 4 caractérisé en ce que les organes conducteurs de liaison (7) appartenant aux moyens de coopération sont du type pantographe. 5. Réseau de transport en commun selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque dispositif d'alimentation électrique (3) et (4) offre une puissance correspondant environ à l'énergie dissipée par chaque véhicule, en particulier sous forme d'énergie de traction, sur une durée d'un tiers du temps de trajet entre les deux stations d'arrêt précédentes équipées de tels dispositifs d'alimentation électrique. 6. Réseau de transport en commun selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de génération d'énergie électrique complémentaire et autonome, du type groupe électrogène, embarqué à bord de certains véhicules pour permettre une recharge des super-capacités (10) indépendamment des dispositifs d'alimentation électrique aux stations d'arrêt. 7. Réseau de transport en commun selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque dispositif de génération d'énergie électrique embarqué précité offre une puissance correspondant sur quelques minutes de charge à l'énergie utilisée pour parcourir une distance sensiblement plus importante que celle séparant les stations d'arrêt équipées de dispositifs fixes d'alimentation électrique.