Экономичное рекуперативное зарядное устройство аккумуляторов автомобилей

Авторы патента:

H02J7/14 - схемы зарядки батарей от электрических генераторов, вращающихся с переменной скоростью, например на транспортных средствах

Владельцы патента RU 2455744:

Самохвалов Сергей Яковлевич (RU)

Изобретение относится к области электрооборудования автомобилей и направлено на усовершенствование зарядного устройства аккумуляторов автомобилей, обеспечивающего подзарядку аккумуляторных батарей во время движения. Подзарядка аккумуляторной батареи осуществляется преимущественно в те моменты времени, когда автомобиль находится в режиме торможения. Для этого в нем имеется датчик мгновенного потребления топлива двигателем и датчик давления тормозной жидкости в гидравлической тормозной системе, сигналы с которых поступают на дополнительные входы регулятора напряжения, который, в свою очередь, изменяет ток в обмотке возбуждения генератора. Причем с уменьшением потребления топлива (торможение двигателем), а также с увеличением давления жидкости в тормозной системе ток заряда батареи увеличивается. Технический результат заключается в снижении расхода топлива на подзарядку аккумуляторной батареи и увеличении срока службы деталей тормозной системы. 3 ил.

Изобретение относится к области электрооборудования автомобилей, а именно к устройствам для подзарядки аккумуляторных батарей во время движения.

Общеизвестные устройства для подзарядки аккумуляторных батарей (АБ) обладают существенным недостатком: относительно высоким энергопотреблением. В этих устройствах (фигура 1) электроэнергия для подзарядки АБ (5) вырабатывается генератором (2), в результате преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания - ДВС (1), который при этом потребляет значительное количество топлива. Трехфазный диодный выпрямитель (3) преобразует переменное напряжение генератора в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторную батарею (5). Регулятор напряжения (6) измеряет и стабилизирует напряжение на зажимах аккумуляторной батареи. Регулятор напряжения изменяет ток в обмотке возбуждения (4) генератора, осуществляя, таким образом, подзарядку АБ, как только напряжение на ней становится ниже допустимого. Стабилизация напряжения на зажимах аккумуляторной батареи необходима для нормальной работы системы зажигания, освещения, системы «климат - контроль», стеклоподъемников, аудиоаппаратуры и других электроприборов, количество которых увеличивается с каждой новой моделью автомобиля (Вершигора В.А. и др. Автомобили «Спутник ВАЗ 2108-2109», устройство и ремонт. 2-е издание, переработанное и дополненное. М., Транспорт, 1992, Стр.152-162).

Подзарядка АБ осуществляется независимо от того, находится ли автомобиль в режиме разгона, или в режиме торможения, или его двигатель работает в режиме холостого хода. Т.е. в автомобилях с ДВС полностью отсутствуют системы для накопления и полезного использования кинетической энергии при торможении. Этим, в основном, и объясняется большое различие в удельном потреблении автомобилем топлива при движении по трассе и в городском цикле, которое у большинства автомобилей составляет 20-30%, а также при движении в темное и светлое время суток (10-15%), с кондиционером и без него (8-10%). Являясь не только транспортным средством, но и малоэффективной «электростанцией на колесах», автомобиль расходует значительную часть топлива на получение электроэнергии. Именно это и является основной причиной появления сравнительно недавно автомобилей с гибридными двигателями.

Гибридный двигатель представляет собой конструкцию, сочетающую электромашину с рекуперативным торможением (двигатель - генератор) и двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Гибридный двигатель запасает кинетическую энергию в аккумуляторе при торможении автомобиля, преобразуя ее в электрическую, и использует эту энергию, в дальнейшем при разгоне, а не выбрасывает в окружающую среду в виде тепла и стертых тормозных колодок. Он обладает достоинствами каждого из этих двух двигателей и при этом потребляет на 20-25% меньше топлива, чем ДВС. Однако автомобили с гибридными двигателями, существенно отличаясь по конструкции от классических автомобилей с ДВС, требуют значительного переоснащения как производственных мощностей, так и станций технического обслуживания. Поэтому они с трудом продвигаются на рынке, поскольку имеют гораздо большую стоимость и проблематичны в обслуживании (сайты в Интернет: hybridportal.ru/dostoinstva-i-nedostatki…, www.gibridnye-avtomobili.ru/dostoinstva_i…).

В то же время, для использования кинетической энергии (хотя бы частично), вовсе не требуется значительной модернизации классических автомобилей с ДВС, поскольку они уже имеют и генератор, преобразующий механическую энергию в энергию электрическую, и батарею для аккумулирования электрической энергии. Значительная экономия топлива уже может быть достигнута, если подзарядка АБ будет осуществляться не только по мере ее разряжения, а в первую очередь, в моменты времени, когда осуществляется торможение автомобиля, либо двигателем (при сбросе газа), либо при нажатии на тормоз. К примеру, автомобиль «ВАЗ-21» может нормально работать без подзарядки аккумуляторной батареи от одного часа, в темное время, до двух часов, в светлое время суток. Трудно себе представить, что в течение такого времени не понадобится режим торможения, и аккумулятор не получит дополнительной подзарядки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение количества топлива, затрачиваемого автомобилем на выработку электроэнергии для подзарядки аккумуляторной батареи, во время движения. Этот технический результат достигается тем, что заявляемое устройство осуществляет подзарядку АБ преимущественно во время торможения автомобиля. Поэтому дополнительным полезным результатом такого решения является продление срока службы деталей тормозной системы: тормозных колодок, дисков, барабанов и т.п. Для этого в устройстве (фигура 2) имеется два датчика: датчик давления тормозной жидкости (7) в гидравлической тормозной системе (9) и датчик мгновенного расхода топлива двигателем (8). При нажатии на тормоз или при снижении потребления топлива, т.е. при торможении автомобиля двигателем (при сбросе газа), ток в обмотке возбуждения генератора оказывается пропорционален тормозному усилию. Это усилие при нормальном режиме движения создается, в основном, генератором, вырабатывающим электроэнергию для подзарядки АБ. Частое торможение используется при движении автомобиля в городском цикле и по пересеченной местности, именно здесь и проявляется существенная экономия топлива. Если же автомобиль движется по трассе с постоянной скоростью без торможения, то подзарядка АБ осуществляется традиционным способом от преобразования механической энергии ДВС, с потреблением топлива, при снижении напряжения на клеммах АБ, до критического значения.

В качестве датчика мгновенного расхода топлива (8) и датчика давления тормозной жидкости (7) применяются серийно выпускаемые устройства, которые не требуют оригинального исполнения. А вот регулятор напряжения требует существенных изменений. Функциональная схема модернизированного регулятора напряжения, выполненного на аналоговых элементах, представлена на фигуре 3.

Сигнал с датчика мгновенного расхода топлива (8) поступает на инвертирующий вход операционного усилителя (10), поэтому, при снижении расхода топлива в режиме торможения двигателем, на выходе операционного усилителя (ОУ), напряжение будет расти, приоткрывая биполярный n-р-n транзистор (11) и увеличивая ток в обмотке возбуждения генератора (4). На схеме не показана цепь, исключающая подзарядку АБ, при холостом ходе двигателя, когда потребление топлива также мало. Резисторы отрицательной обратной связи (12) и (13) обеспечивают оптимальный диапазон изменения тока в обмотке возбуждения. Сигнал с датчика давления тормозной жидкости (7) поступает на неинвертирующий вход ОУ, поэтому, с ростом давления при нажатии на тормоз, напряжение на выходе операционного усилителя (ОУ) будет также расти. В обоих случаях, при торможении двигателем или тормозом будет заряжаться АБ (5). Более эффективно батарея будет заряжаться, если используются оба способа торможения, одновременно. При этом будет больше и тормозной момент, создаваемый генератором, т.о. генератор участвует в торможении автомобиля, уменьшая износ тормозных колодок. Если автомобиль долго движется с постоянной скоростью без торможения, то АБ не подзаряжается. При снижении напряжения на клеммах батареи, до критического значения, напряжение на инвертирующем входе ОУ (14), создаваемое делителем напряжения на резисторах (15) и (16), становится меньше, чем на неинвертирующем входе (на стабилитроне 18). При этом сравнивающее устройство на ОУ (14) из отрицательного насыщения переходит в насыщение положительное. Стабилитрон (22) проводит ток в базу транзистора (11), и ток в обмотке возбуждения увеличивается, что приводит к подзарядке АБ. Резисторы (19), (20) и (21) выполняют функцию сумматора. Цепи питания и частотной коррекции ОУ на схеме не показаны. Не показана и цепь, исключающая перенапряжение на АБ, приводящее к закипанию электролита.

Габариты устройства не превышают размеров спичечного коробка, а стоимость, в пределах 500 руб., окупается экономией топлива, через 2-3 тысячи километров пробега.

Экономичное рекуперативное зарядное устройство аккумуляторов автомобилей, содержащее электрогенератор с обмоткой возбуждения, трехфазный выпрямитель и регулятор напряжения, отличающееся тем, что устройство содержит датчик мгновенного потребления топлива двигателем и датчик давления тормозной жидкости в гидравлической тормозной системе, сигналы с которых поступают на дополнительные входы регулятора напряжения, который, в свою очередь, изменяет ток в обмотке возбуждения генератора, обеспечивая подзарядку аккумуляторной батареи, преимущественно в те моменты времени, когда автомобиль находится в режиме торможения.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в устройствах управления зарядкой для транспортного средства и транспортном средстве, выполненном с возможностью зарядки устройства накопления энергии от внешнего источника энергии.

Способ и устройство для зарядки энергоаккумулятора // 2417502

Изобретение относится к способу и устройству (1) для зарядки энергоаккумулятора (2) через устройство (3), вырабатывающее электроэнергию, с, по меньшей мере, одним управляющим устройством (6), горелкой (7), которая для снабжения топливом соединена с баком (11), зарядным устройством (4), соединенным с энергоаккумулятором (2), и термоэлементом (8), одна сторона которого соединена с устройством (3), вырабатывающим электроэнергию.

Генераторная установка автомобиля // 2332769

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей и направлено на усовершенствование генераторной установки, используемой в качестве источника электрической энергии.

Импульсный регулятор напряжения // 2292628

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к автомобильной технике. .

Импульсный регулятор напряжения // 2277748

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к автомобильной технике. .

Система электропитания подвижных объектов на два уровня напряжения // 2261512

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания подвижных объектов, требующих два уровня напряжения при одном источнике питания.

Регулятор напряжения генератора // 2244998

Изобретение относится к автотракторному электрооборудованию и может быть использовано для регулирования напряжения генератора. .

Способ оптимизированного по мощности и по кпд регулирования синхронных электрических машин // 2235412

Электрическая схема регулятора напряжения // 2208283

Изобретение относится к классу регуляторов напряжения, используемых совместно с генераторами переменного тока, снабженных диодными выпрямителями, преимущественно в бортовой сети автомобиля.

Импульсный регулятор напряжения // 2188497

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к устройствам регулирования напряжения в генераторных установках транспортных средств. .

Устройство для гашения магнитного поля при отключении обмотки возбуждения синхронной машины от источника питания // 2488940

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в синхронных машинах

Определение продолжительности зарядки // 2496207

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение срока службы стартерных батарей. Описываются усовершенствованные способ и устройство для определения результирующей продолжительности зарядки, используемой для зарядки, по меньшей мере, одной стартерной батареи в двухбатарейной системе. Начальная продолжительность зарядки определяется на основе температуры, по меньшей мере, одной стартерной батареи и показателя характеристики стартера при активации. Дополнительно результирующая продолжительность зарядки, используемая для зарядки, по меньшей мере, одной стартерной батареи, определяется во время зарядки, по меньшей мере, одной стартерной батареи на основе начальной продолжительности зарядки и соотношения между номинальным зарядным напряжением и фактическим зарядным напряжением, используемым для зарядки, по меньшей мере, одной стартерной батареи. Определение результирующей продолжительности зарядки осуществляется во время зарядки, по меньшей мере, одной стартерной батареи. С помощью настоящего изобретения используемая результирующая продолжительность зарядки может быть определена очень точно путем адаптации к фактическим параметрам, оказывающим влияние на качество и эффективность зарядки стартерных батарей. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система зарядки // 2505905

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для зарядки устройства накопления энергии, установленного в транспортном средстве. Техническим результатом является повышение надежности связи накопителя энергии с источником энергии, внешним по отношению к транспортному средству. В системе зарядки транспортное средство (10) снабжено зарядным портом (110), зарядным устройством (130), устройством (140) вывода движущей энергии, PLC-процессором (150) и зарядным ECU (160). Зарядный порт (110) сконфигурирован так, что зарядный кабель (30) может быть подключен к нему. PLC-процессор (150) используется для связи по линии электропередачи с PLC-процессором (220) дома (20) с помощью зарядного порта (110) и зарядного кабеля (30) в качестве канала связи. Зарядный ECU (160) переключает реле в CCID (40) в выключенное состояние, когда связь по линии электропередачи завершилась по окончании внешней зарядки, и сохраняет включенное состояние реле в CCID (40), когда связь по линии электропередачи все еще продолжается по окончании внешней зарядки. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Устройство и способ компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве посредством конденсатора высокой емкости // 2521589

Изобретение относится к устройствам электропитания транспортных средств. Технический результат - увеличение мощности транспортного средства и предотвращения временного замедления, что тем самым не только улучшает характеристики управления транспортным средством, но и значительно увеличивает к.п.д. и рабочие характеристики по топливу, а также продолжительность эксплуатации различных электрических частей. Предложены устройство и способ компенсации мощности электрической нагрузки в транспортном средстве при использовании конденсатора высокой емкости. Конденсатор высокой емкости быстро разряжает ток для компенсации мощности, когда напряжение на выходе генератора и аккумулятора временно упало при движении транспортного средства, а конденсатор заряжен посредством импульса постоянной мощности для предотвращения нестабильности напряжения аккумулятора вследствие перегрузки генератора, происходящей при заряженном конденсаторе. Зарядка конденсатора временно прекращается и он разряжает ток для компенсации мощности электрической нагрузки, если напряжение на клеммах аккумулятора уменьшилось вследствие электрической нагрузки при заряженном конденсаторе, что приводит к компенсации в режиме реального времени нестабильности энергопитания, например уменьшения напряжения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы,7 ил.

Экономичное зарядное устройство для аккумуляторов автомобилей // 2548165

Изобретение относится к области электрооборудования автомобилей и направлено на усовершенствование зарядного устройства аккумуляторов автомобилей, обеспечивающего подзарядку аккумуляторных батарей во время движения. Подзарядка аккумуляторной батареи происходит преимущественно во время торможения автомобиля. Для этого в регуляторе напряжения имеется инерционный датчик ускорения - акселерометр, который управляет величиной тока в обмотке возбуждения электрического генератора. Причем ток в обмотке возбуждения возрастает, и зарядный ток аккумуляторной батареи увеличивается, с ростом тормозящего усилия. Технический результат заключается в снижении расхода топлива, затрачиваемого на выработку электроэнергии для систем зажигания, освещения, климат контроля, и многих других, и увеличении срока службы деталей тормозной системы, при значительном упрощении зарядного устройства, и его монтажа. 2 ил.

Система и способ автоматизированной замены и заряда аккумуляторных батарей // 2551382

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе и способу замены и заряда аккумуляторных батарей (АКБ) в условиях отсутствия стационарной системы электроснабжения. Техническим результатом является возможность дифференцирования режимов замены, выдачи и приема аккумуляторных батарей средств связи и автоматизации для выполнения работ в труднодоступных районах. Результат обеспечивается за счет системы, размещенной в корпусе базовой машины и содержащей блок присоединения, блок привода, ленты крепления, токопроводы, микрокомпьютер, автоматы переключения лент, блок хранения неисправных АКБ, ленту замены. Предложенная система позволяет производить размещение, идентификацию и выбор режима ее работы в зависимости от размещенного в блоке присоединения объекта диагностирования, что, в свою очередь, обеспечивает необходимый уровень и время заряда АКБ. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Устройство бесконтактной подачи электричества // 2554103

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении эффективности. Устройство бесконтактной подачи электричества бесконтактным образом выполняет заряд аккумуляторной батареи (28) транспортного средства, снабжено катушкой (12) для передачи электричества, расположенной на поверхности дороги, и катушкой (22) для приема электричества, расположенной в транспортном средстве. Катушка (13) для обнаружения постороннего объекта предусмотрена на верхней поверхности катушки (12) для передачи электричества, и на основе индуцированного напряжения, возникающего в катушке (13) для обнаружения постороннего объекта во время пробной подачи напряжения, обнаруживаются посторонние объекты между катушкой (12) для передачи электричества и катушкой (22) для приема электричества. 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

Устройство для производства электроэнергии и зарядки для продолжительного движения автомобиля // 2567497

Изобретение относится к зарядке электромобилей. Устройство для производства электроэнергии и зарядки для продолжительного движения электрического автомобиля содержит генераторы, зарядное устройство и аккумуляторную батарею. Генераторы являются генераторами дискового типа и установлены на ободьях колес. Каждый генератор имеет дисковый кожух, в котором имеется центральный вал, снабженный двумя дисками для постоянных магнитов. Окружности двух противоположных внутренних боковых поверхностей двух дисков для постоянных магнитов имеют одинаковые размеры и на них расположены постоянные магниты, которые закреплены в дисках для постоянных магнитов. Между указанными дисками расположен диск для обмотки. Аккумуляторная батарея является такой же, как источник питания, установленный на автомобиле. Генераторы соединены с аккумуляторной батареей через зарядное устройство и преобразователь цепи. Собственная аккумуляторная батарея соединена с клеммами питания электрического автомобиля через преобразователь цепи. Увеличивается продолжительность движения электромобиля. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система зарядки аккумулятора // 2568669

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Система обнаружения неисправностей содержит источник (2) электроэнергии, выполненный с возможностью подачи зарядного напряжения на аккумулятор (3), с использованием одного или более создающих сопротивление блоков (R, RL), подключенных к системе. Система (1) дополнительно содержит регулятор (4), выполненный с возможностью непрерывного приема величины, представляющей зарядное напряжение (Vd), требуемое в данный момент времени, и величины, представляющей напряжение (Vbat) аккумулятора в данный момент времени и использования этих величин в качестве основы для непрерывного вычисления зарядного напряжения (Vcalc), подаваемого от источника (2) электроэнергии и необходимого для достижения требуемого зарядного напряжения (Vd). Регулятор выполнен также с возможностью генерирования управляющего сигнала (S), который содержит управляющую команду на источник (2) электроэнергии для подачи вычисленного зарядного напряжения (Vcalc). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Аккумулятор переменной конфигурации и способ изменения его конфигурации // 2587988

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных системах электрических транспортных средств. Техническим результатом является возможность осуществления в сочетании с электромотором выборочного управления скоростью и восстановления заряда аккумулятора в соответствии с выходными параметрами мотора. Аккумулятор переменной конфигурации содержит по меньшей мере один блок соединенных последовательно аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет положительный и отрицательный полюсы. Полюсы соединены посредством переключателей с соответствующими выходными соединениями. Включение набора переключателей с процессорным управлением изменяет конфигурацию по меньшей мере нескольких аккумуляторных элементов на конфигурацию, в которой напряжение подают на выходные соединения. Выходное напряжение аккумулятора может изменяться от 0 В до максимального напряжения, производимого последовательно соединенными аккумуляторными элементами. Альтернативная конфигурация переключателей разделяет группы последовательно соединенных аккумуляторных элементов на отдельные аккумуляторные блоки, которые позволяют создавать другие конфигурации аккумуляторных элементов. Управление рабочим циклом переключателей позволяет реализовать промежуточное управление выходным напряжением при уменьшенных переходных процессах при переключении. 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 26 ил.