Электропривод колес автомобиля
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей. Устройство содержит источник электроэнергии 1, предназначенный для зарядки аккумуляторной батареи 2, которая через разделительный диод 3 подключена к блоку молекулярных конденсаторов 4, присоединенному параллельно входу управляемого преобразователя напряжения 5. Регулирование скорости вращения осуществляется путем изменения выходного напряжения преобразователя 5, который обеспечивает передачу электроэнергии на приводной двигатель 6 с понижающим коэффициентом преобразования напряжения и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя 6 при его торможении с повышающим коэффициентом преобразования напряжения. При торможении передача энергии от аккумулятора 2 к двигателю 6 прекращается и двигатель переходит в режим генератора, при этом на колеса передается тормозящий момент, пропорциональный току, отдаваемому генератором 6, а преобразователь 5 функционирует в режиме повышения напряжения от двигателя - генератора 6. При дальнейшем движении подача энергии на преобразователь 5 осуществляется от блока молекулярных конденсаторов 4, причем этот процесс будет длиться до момента равенства напряжений на аккумуляторе и блоке конденсаторов 4, после чего питание электропривода реализуется от аккумуляторной батареи. В устройстве можно использовать обычные аккумуляторные батареи, которые работают при относительно стабильном напряжении, что повышает надежность их работы, при этом появилась возможность рекуперации не менее 70% энергии торможения, что значительно повышает КПД установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.
Известны гибридные автомобили на топливных элементах, содержащие аккумуляторную батарею, присоединенную через управляемый преобразователь к приводному двигателю колес (1). В устройстве предусмотрена организация цепей для использования энергии торможения колес. Однако установка имеет недостаточную энергетическую эффективность. Это объясняется тем, что при рекуперационном торможении генерируемое напряжение падает, а накопленный заряд в батарее растет, в результате чего по мере выравнивания потенциалов батареи и генератора темп зарядки батареи замедляется, а затем и вовсе прекращается.
Наиболее близким к полезной модели устройством является электропривод колес автомобиля (2), содержащий аккумуляторную батарею, которая подключена к приводному двигателю через управляемый преобразователь напряжения. Для повышения эффективности гибридной силовой установки и улучшения ее энергетических характеристик управляемый преобразователь выполнен с возможностью передачи электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения, а рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении - с повышающим коэффициентом преобразования напряжения. В известном устройстве роль накопительного элемента, «принимающего» энергию рекуперации, выполняет аккумуляторная батарея. Однако батарея не способна за короткое время процесса рекуперации принять соответствующую порцию энергии, а при резком увеличении напряжения может просто выйти из строя, результатом чего является снижение надежности и КПД.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является повышение КПД и надежности устройства.
Технический результат достигается за счет того, что в электроприводе колес автомобиля, содержащем источник электроэнергии, предназначенный для зарядки аккумуляторной батареи, которая присоединена к приводному двигателю колес через управляемый преобразователь напряжения, обеспечивающий передачу электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении с повышающим
коэффициентом преобразования напряжения (2), параллельно входу управляемого преобразователя напряжения подключен блок накопительных элементов, присоединенный к аккумуляторной батарее через диод, включенный в прямом направлении относительно направления передачи электроэнергии на приводной двигатель, причем блок накопительных элементов может быть выполнен в виде молекулярных конденсаторов.
На чертеже представлена конструктивная схема электропривода колес автомобиля.
Устройство содержит источник электроэнергии 1, предназначенный для зарядки аккумуляторной батареи 2. Источник электроэнергии 1 может быть выполнен на топливных элементах, паре «двигатель внутреннего сгорания - генератор» или в виде автономного блока питания, подсоединяемого на время к аккумуляторной батарее 2. Аккумуляторная батарея 2 через разделительный диод 3 подключена к блоку накопительных элементов 4, которые могут быть выполнены в виде молекулярных конденсаторов. Блок накопительных элементов 4 подключен параллельно входу управляемого преобразователя напряжения 5, обеспечивающего передачу электроэнергии на приводной двигатель 6 с понижающим коэффициентом преобразования напряжения и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя 6 при его торможении с повышающим коэффициентом преобразования напряжения (функцией понижения напряжения при движении автомобиля и повышения напряжения при рекуперационном торможении).
Преобразователь постоянного напряжения может быть выполнен по любой из известных схем, см., например, B.C.Моин « Стабилизированные транзисторные преобразователи» М., Энергоатомиздат, 1986 г.
Приводной двигатель может быть выполнен по схеме электрической машины постоянного тока или переменного тока с преобразователем постоянного тока в переменный. Двигатель может приводить колеса во вращение непосредственно либо через редуктор.
Устройство работает следующим образом.
От источника электроэнергии 1, размещенного на автомобиле либо вне его, заряжается аккумуляторная батарея 2. Одновременно через разделительный диод 3 энергия поступает в блок молекулярных конденсаторов 4, при этом напряжение на аккумуляторе U 2 примерно равно напряжению на конденсаторах 4.
При включении преобразователя 5 электроэнергия поступает на приводной двигатель 6, и колеса 7 автомобиля начинают движение. Регулирование скорости вращения осуществляется путем изменения выходного напряжения преобразователя 5.
При торможении передача энергии от аккумулятора 2 к двигателю 6 с помощью преобразователя 5 прекращается (путем подачи на его блок управления внешнего сигнала) и двигатель переходит в режим генератора, при этом на колеса передается тормозящий момент, пропорциональный току, отдаваемому генератором 6. Преобразователь 5 функционирует в режиме повышения напряжения от двигателя - генератора 6, которое поступает в накопительный блок 4, причем, если напряжение на нем увеличится, например, в два раза, то запасенная им энергия W увеличится в четыре раза. Напряжение на блоке конденсаторов U4 возрастает, превышая напряжение на аккумуляторной батарее 2. После того, как основная энергия движения автомобиля поступила в блок 4 конденсаторов, могут включаться тормозные колодки.
При дальнейшем движении подача энергии на преобразователь 5 осуществляется от блока молекулярных конденсаторов 4, причем этот процесс будет длиться до момента достижения равенства напряжений на аккумуляторе (U2) и блоке конденсаторов (U4), которое фиксируется разделительным диодом 3, после чего питание электропривода реализуется от аккумуляторной батареи.
Далее процессы повторяются.
В электроприводе можно использовать обычные аккумуляторные батареи, которые работают без токовых перегрузок при относительно стабильном напряжении, что повышает надежность их работы.
Устройство позволяет рекуперировать не менее 70% энергии торможения, что значительно повышает КПД силовой установки.
Высокий КПД и надежность данного устройства позволяют ему быть наиболее предпочтительным при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
Ж.«Автомир» №1, 2007 г., с.9.
Ж.«Автомир» №48, 2007 г., с.8.
1. Электропривод колес автомобиля, содержащий источник электроэнергии, предназначенный для зарядки аккумуляторной батареи, которая присоединена к приводному двигателю колес через управляемый преобразователь напряжения, обеспечивающий передачу электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении с повышающим коэффициентом преобразования напряжения, отличающийся тем, что параллельно входу управляемого преобразователя напряжения подключен блок накопительных элементов, присоединенный к аккумуляторной батарее через диод, включенный в прямом направлении относительно направления передачи электроэнергии на приводной двигатель.
2. Электропривод автомобиля по п.1, отличающийся тем, что блок накопительных элементов выполнен в виде молекулярных конденсаторов.
