Комбинированная энергоустановка

Авторы патента:

7 B60L11/14 -

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована при создании транспортных средств (ТС) с комбинированной энергоустановкой (КЭУ).

Из известных КЭУ наиболее близким по совокупности существенных признаков является установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания (ДВС), генератор электроэнергии (ГЭ) и устройство передачи вращательного момента от ДВС к ГЭ (см. заявку Японии 9-084210, Кл. B 60 L 11/14, 1997).

Недостатком указанной КЭУ заключается в том, что изготовление такой установки требует большого количества денежных средств; большая трудоемкость и как следствие высокая дороговизна, установки ее на серийные автомобили различных типов; проектирование ТС специально под КЭУ.

Задачей полезной модели является создание КЭУ, отличающейся простотой и дешевизной изготовления; универсальностью использования ее с различными типами тяговых источников энергии (ТИЭ); возможность установки ее на любые серийные ТС без значительных финансовых затрат, а также возможность использования ее в качестве источника энергии с нулевым выбросом вредных веществ в окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что КЭУ, содержит (см.фиг.1), накопитель энергии (НЭ) 1, ТИЭ 2, электродвигатель-генератор 3, устройство заряда-разряда НЭ 4, дополнительный источник электрической энергии 5 и контроллер 6 согласования работы устройства заряда-разряда НЭ с контроллером ТИЭ и дополнительным источником.

Наличие НЭ обеспечивает подачу энергии при пиковых нагрузках и накопление ее при их снижении и регенеративном торможении. Процесс работы НЭ обеспечивается устройством заряда-разряда.

Наличие электродвигателя-генератора обеспечивает привод колес для преодоления пиковых нагрузок (трогание с места, разгон, обгон и др.), выработку энергии при их снижении и при регенеративном торможении.

Наличие дополнительного источника электрической энергии позволяет использовать КЭУ в ТС с нулевым выбросом вредных веществ в окружающую среду, а также заряжать НЭ.

Наличие контроллера согласования работы устройства заряда-разряда НЭ с контроллером ТИЭ и дополнительным источником обеспечивает определенную последовательность взаимодействия между элементами КЭУ.

Целесообразно, чтобы в качестве НЭ был взят конденсатор с двойным электрическим слоем (КДЭС), преимущественно конденсатор с угольными электродами и щелочным электролитом. Использование в качестве НЭ КДЭС, преимущественно с угольными электродами и щелочным электролитом позволяет существенно снизить массогабаритные характеристики КЭУ за счет использования КДЭС с высокими удельными электрическими характеристиками.

Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать устройство заряда-разряда (см. фиг.2), состоящее из: 2-х аналоговых датчиков положения ротора электродвигателя - генератора 7 и частоты его вращения 8, источника питания 9, сумматора 10, пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД)-регулятора 11, компаратора 12, фазочувствительного выпрямителя 13, делителя напряжения 14, устройства взаимокоммутации между собой элементов КДЭС, выполненного на базе ключей 15; контроллера 16, частотомера-счетчика сигналов 17 и цифро-аналогового - аналого-цифрового преобразователя 18.

Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе ШИМ - регулятора.

Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе IGBT транзисторов.

Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе МОП транзисторов.

Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, преобразующий постоянный ток в переменный и обратно.

Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель асинхронного типа.

Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель вентильного типа.

Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель синхронного типа.

Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора была взята электрическая машина (см. заявку РФ 2170487, К 7 Н 02 К 19/22, 2001).

Целесообразно, чтобы в качестве ТИЭ был взят ДВС, совместно с вариатором для обеспечения бесступенчатой передачи крутящего момента к колесам, совместно с системой пуска (см. фиг.3), состоящей из КДЭС 19, АБ 20, коммутирующего ключа 21 и элемента управления 22.

Целесообразно, чтобы в качестве вариатора был взят торовый вариатор.

Целесообразно, чтобы в качестве вариатора был взят клиноременный или цепной вариаторы.

Целесообразно, чтобы в качестве вариатора был взят редуктор-подшипник (см. заявки РФ на изобретения №№2169869, 2171526, 2179272, 2179671).

Целесообразно, чтобы в качестве ТИЭ был взят электрохимический генератор (ЭХГ).

Целесообразно, чтобы в качестве дополнительного источника электрической энергии, была взята АБ.

Целесообразно, чтобы в качестве дополнительного источника электрической энергии, был взят метало-воздушный источник энергии.

Целесообразно, чтобы в качестве дополнительного источника электрической энергии, был взят стационарный зарядный источник НЭ.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».

Работу заявленной КЭУ рассмотрим на примере использования ее в качестве источника электроэнергии в серийном переднеприводным/ полноприводным автомобиле, переоборудованным в полноприводный гибридный.

После пуска ТИЭ 2 подключенного к переднему ведущему мосту, через механическую передачу, и выведения его на номинальный режим, происходит разгон транспортного средства одновременно за счет разряда НЭ 1, выполненного в виде КДЭС, через устройство заряда-разряда НЭ 4 на электродвигатель-генератор 3 подключенный к заднему ведущему мосту. После разгона автомобиля НЭ 1 отключается от электродвигателя-генератора 3 и движение обеспечивается за счет ТИЭ 2. При торможении автомобиля ТИЭ 2 отключается и электродвигатель-генератор 3 переходит в генераторный режим, обеспечивая регенеративное торможение с накоплением энергии в НЭ 4 через устройство заряда-разряда НЭ 4. Возможность подключения дополнительного источника электрической энергии 5, например, в виде металло-воздушного источника тока позволяет временно отключить ТИЭ 2 в виде ДВС и продолжить движение автомобиля в парковых и др. зонах. Координацию совместной работы элементов автомобиля обеспечивает контроллер 6. В случае если в качестве ТИЭ 2 используется двигатель внутреннего сгорания (ДВС) серийного автомобиля, то целесообразно его использовать с системой пуска (система стоп-старт) позволяющей снизить нагрузку от пусковых токов на АБ 20 за счет параллельного подключения к ней КДЭС 19 через коммутирующий ключ 21 управляемый элементом управления 22. Чем достигается возможность отключения ДВС в начале торможения (на светофоре и др.) и гарантированный его пуск в момент строгания с места. Кратковременный

режим использования НЭ 1 (разгон -10-15 с) и использование в качестве НЭ 1 - КДЭС, позволяет использовать в качестве зарядно-разрядного устройства - устройство 4, где 2 аналоговых датчика 7 и 8 определяют ускорение вращения вала электродвигателя-генератора 3 при разгоне и торможении и через сумматор 10, ПИД-регулятор 11, компаратор 12, фазочувствительный выпрямитель 13 и делитель напряжения 14, при питании источником 9 получаем сигналы поступающие на контроллер 16 и частотомер-счетчик сигналов 17 алгоритм работы которых позволяет выдавать полученные сигналы, с частотой зависящей от условий движения, на устройство взаимо-коммутации между собой элементов КДЭС выполненного на базе ключей 15, через цифро-аналоговый - аналого-цифровой преобразователь 18.

1. Комбинированная энергоустановка, содержащая накопитель энергии, тяговый источник энергии, электродвигатель-генератор, устройство заряда-разряда накопителя энергии, дополнительный источник электрической энергии и контроллер согласования работы устройства заряда-разряда накопителя энергии с контроллером тягового источника энергии и дополнительным источником, отличающаяся тем, что в качестве устройства заряда-разряда накопителя энергии используется устройство заряда-разряда, состоящее из 2-х аналоговых датчиков положения ротора электродвигателя-генератора и частоты его вращения, источника питания, пропорционально интегрирующего дифференциального регулятора, компаратора, фазочувствительного выпрямителя и делителя напряжения, устройства взаимо-коммутации между собой элементов конденсатора с двойным электрическим слоем, выполненного на базе ключей, контроллера, частотомера-счетчика сигналов и цифро-аналогового - аналого-цифрового преобразователя.

2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тягового источника энергии был взят двигатель внутреннего сгорания, совместно с вариатором для обеспечения бесступенчатой передачи крутящего момента к колесам, совместно с системой пуска, состоящей из конденсатора с двойным электрическим слоем, аккумуляторной батареи, коммутирующего ключа и элемента управления.

3. Энергоустановка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве коммутирующего ключа был взят МОП транзистор.

4. Энергоустановка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве коммутирующего ключа был взят IGBT транзистор.

5. Энергоустановка по п.2, отличающаяся тем, что в качестве вариатора был взят торовый вариатор.

6. Энергоустановка по п.2, отличающаяся тем, что в качестве вариатора был взят клиноременный вариатор.

7. Энергоустановка по п.2, отличающаяся тем, что в качестве вариатора был взят цепной вариатор.

8. Энергоустановка по п.2, отличающаяся тем, что в качестве вариатора был взят редуктор-подшипник.

9. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тягового источника энергии был взят электрохимический генератор.

10. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

11. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель асинхронного типа.

12. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель вентильного типа.

13. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель синхронного типа.

14. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электродвигателя-генератора была взята бесщеточная электрическая машина.

15. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе широтно-импульсного регулятора.

16. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе IGBT транзисторов.

17. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе МОП транзисторов.

18. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, преобразующий постоянный ток в переменный и обратно.

19. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного источника электрической энергии использовать аккумуляторную батарею.

20. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного источника электрической энергии использовать металловоздушный источник энергии.

21. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного источника электрической энергии использовать стационарный зарядный источник накопителя энергии.