Комбинированная (гибридная) энергоустановка транспортного средства на базе мотор-генераторной установки


 


Владельцы патента RU 2478047:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (RU)

Заявленное техническое решение относится к области транспортного машиностроения, а именно к транспортным средствам с электрической тягой. Установка включает в себя тяговый электродвигатель, представляющий собой обратимую асинхронную электромашину, первичный источник электрической энергии, представляющий собой многотопливную мотор-генераторную установку, термокаталитический реактор для получения синтез-газа на борту транспортного средства, буферный накопитель энергии и модульную систему управления. Мотор-генераторная установка включает в себя ДВС, работающий на синтез-газе, механически соединенный с электрическим генератором. Подачу топлива в термокаталитический реактор обеспечивает система хранения и подачи топлива. Тяговый электродвигатель подключен к буферному накопителю энергии через электрический инвертор. Отдельные модули системы управления имеют связь с объектами управления и контроля и непосредственно с электронной системой автоматического управления и контроля верхнего уровня. Технический результат заключается в повышении надежности и снижении вредных веществ в отработавших газах ДВС. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Заявленное техническое решение относится к области транспортного машиностроения, а именно к транспортным средствам с электрической тягой.

Рост численности автомобильного парка, сокращение запасов топлива нефтяного происхождения, рост цен на нефть предопределяют поиск новых и нестандартных решений в области сокращения расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу автотранспортом. В настоящее время получили большое распространение работы по созданию комбинированных (гибридных) энергоустановок транспортных средств.

Среди существующих разработок одним из направлений является создание комбинированных энергоустановок, первичным источником энергии в которых служит двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Так, например, из патента РФ №17690 U1, МПК В60L 11/12, опубл. 20.04.2001, известна гибридная тяговая установка, содержащий ходовое шасси с ведущими колесами и тяговую энергетическую установку, включающую ДВС, мотор-генератор, тяговые электродвигатели, связанные с ведущими колесами, буферную аккумуляторную и конденсаторную батареи, блок управления. Подобная энергоустановка в сравнении с непосредственным механическим приводом колес транспортного средства от ДВС позволяет значительно сократить расход топлива и улучшить экологические показатели в результате увеличения времени работы ДВС на установившихся режимах, а также в результате рекуперации энергии торможения транспортного средства.

Однако применение ДВС обуславливает использование жидких или газообразных углеводородных топлив, обычно нефтяного происхождения, что, в свою очередь, не может не вызывать загрязнения окружающей среды.

Альтернативным вариантом является применение в составе комбинированной энергоустановки ДВС, работающего на синтез-газе, который можно получать непосредственно на борту транспортного средства в термокаталитическом реакторе из различных первичных топлив как нефтяного происхождения, так и ненефтяного - бензина, дизельного топлива, биоэтанола, этанола, метанола и др.

Комбинированная энергетическая установка для автотранспортного средства является совокупностью разноплановых элементов, имеющих различные принципы действия и выходные параметры. В результате при общем блоке управления для всех элементов комбинированной энергетической установки в нем происходит решение множества различных задач одновременно, что снижает его быстродействие. Кроме того, расположение отдельных элементов комбинированной энергетической установки на некотором удалении друг от друга вызывает рассогласование управляющих воздействий и контрольных сигналов вследствие искажения передаваемых сигналов и появления в них шумов из-за наводки электрических помех в проводах большой длины.

Технический результат, на достижение которого направлено данное техническое решение, заключается в обеспечении многотопливности транспортной установки, т.е. способности работать на различных видах топлива: как нефтяного, так и ненефтяного происхождения при значительном снижении содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС. Кроме того, техническим результатом также является повышение надежности и точности управления комбинированной энергетической установкой транспортного средства, что повышает эффективность ее работы.

Согласно заявленному техническому решению гибридная (комбинированная) энергоустановка (КЭУ) транспортного средства (ТС), платформа которого преимущественно представляет собой унифицированную автотранспортную платформу (УАТП), включает в себя механически связанный с ведущими колесами ТС тяговый электродвигатель, первичный источник электрической энергии для зарядки буферного накопителя энергии (БНЭ), представляет собой двигатель-генераторную установку (ДГУ), состоящую из двигателя внутреннего сгорания (ДВС), использующего в качестве топлива синтез-газ, и приводимого им электрогенератора, с системой подготовки топлива, и систему управления КЭУ. Тяговый электродвигатель подключен к БНЭ, представляющему собой несколько последовательно соединенных блоков аккумуляторных батарей, с возможностью потребления его энергии в процессе движения ТС и рекуперации энергии в процессе торможения ТС. Тяговый электродвигатель представляет собой обратимую асинхронную электромашину частотного управления с короткозамкнутым ротором, подключенную к БНЭ через преобразователь напряжения (инвертор). Первичный источник электрической энергии, обеспечивающий зарядку БНЭ, представляет собой двигатель-генераторную установку с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), использующий в качестве топлива высоконасыщенный водородом синтез-газ, и приводимым им электрогенератором (ЭГ), с системой подготовки топлива, главным элементом которой является термокаталитический реактор, в котором подаваемое углеводородное топливо за счет тепловой энергии выпускных газов ДВС преобразуется в синтез-газ. Использование в качестве топлива для ДВС синтез-газа позволяет достичь значительного снижение содержания вредных веществ в отработавших газах. ДГУ соединена с БНЭ через преобразователь напряжения (инвертор), преобразующий вырабатываемую ДГУ электрическую энергию до параметров, необходимых для зарядки БНЭ, и имеет электрический выход для питания электрифицированных агрегатов ТС (например, электроусилитель руля, электропривод компрессора и т.д.). Параметры подачи топлива в термокаталитический реактор устанавливаются с учетом режимов работы ДВС системой хранения и подачи топлива (СХиПТ). При этом каждый из элементов КЭУ имеет собственную систему управления и контроля (СУиК). Система управления КЭУ дополнительно включает в себя электронную систему автоматического управления и контроля верхнего уровня (САУиКВУ), собирающую информацию с индивидуальных СУиК, на основании которой САУиКВУ в зависимости от внешних управляющих сигналов от органов управления ТС (ОУ) координирует работу всех элементов КЭУ. При этом, по меньшей мере, одна из систем СУиК и/или система САУиКВУ являются микропроцессорными.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображена принципиальная функциональная схема комбинированной энергоустановки автотранспортного средства.

КЭУ имеет в своем составе тяговый асинхронный электродвигатель (ТАЭД) (2) с коротко замкнутым ротором, представляющий собой обратимую электромашину, принципиальным условием применения которой является обеспечение ей высокого КПД во всем рабочем диапазоне частот вращения и нагрузок. ТАЭД (2) механически, посредством шарнирных валов и редуктора, соединен с ведущими колесами (1) ТС и развивает максимальную мощность, необходимую для динамичного движения ТС, а также рекуперации энергии в буферный накопитель энергии (БНЭ) (4) при торможении ТС. Для обеспечения согласования электрических параметров между ТАЭД (2) и БНЭ (4) применен преобразователь напряжения (инвертор) (3) частотного регулирования.

Одним из узловых элементов комбинированных энергетических установок являются БНЭ (4). К ним предъявляются жесткие требования по характеристикам удельной мощности как заряда, так и разряда. Требования по емкости накопителей энергии в составе комбинированных энергоустановок по сравнению с требованиями, предъявляемыми к накопителям электромобилей, снижены. Это обусловлено наличием первичного источника энергии в составе комбинированных энергоустановок, который обеспечивает дальность хода автотранспортного средства, в то время как в конструкции электромобиля запас хода обеспечивается единственным накопителем энергии.

КЭУ ТС работает следующим образом. В термокаталитический реактор (16) из системы хранения и подачи топлива (СХиПТ) (8) поступает первичное топливо. В термокаталитическом реакторе (16) за счет энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (9) первичное топливо преобразуется в синтез-газ, который поступает в ДВС (9). ДВС (9) приводит электрогенератор (ЭГ) (7), вырабатывающий электроэнергию для заряда БНЭ (4), состоящего из четырех блоков аккумуляторных батарей. Заряд БНЭ (4) осуществляется через преобразователь напряжения (инвертор) (6). Энергия, накопленная в БНЭ (4), расходуется на питание ТАЭД (2) через преобразователь напряжения (инвертор) (3), преобразующий постоянное напряжение БНЭ (4) в переменное изменяемой частоты и амплитуды и наоборот, что необходимо для рекуперации энергии при торможении. ТАЭД (2) механически соединен с ведущими колесами транспортного средства (1).

Система управления КЭУ в предлагаемой схеме является многоуровневой и выполнена в модульном исполнении. Отдельные модули этой системы выполнены в виде индивидуальных систем управления и контроля (СУиК) (10), (11), (12), (13) и (14), осуществляющих управление и контроль такими узлами схемы, как: СХиПТ (8), ДВС (9), ЭГ (7), Инвертор (6), БНЭ (4) и Инвертор (3). Описанные модули системы управления имеют связь с объектами управления и контроля и непосредственно с электронной системой автоматического управления и контроля верхнего уровня (САУиК ВУ).

САУиК ВУ служит для координирования действий всех элементов энергоустановки КЭУ, обеспечения наиболее эффективной их работы и обеспечения управления всей энергоустановкой по сигналам органов управления (ОУ) (15) транспортным средством.

1. Гибридная (комбинированная) энергоустановка (КЭУ) транспортного средства (ТС), включающая в себя механически связанный с ведущими колесами ТС тяговый электродвигатель, подключенный к буферному накопителю энергии (БНЭ) с возможностью потребления его энергии в процессе движения ТС и рекуперации энергии в процессе торможения ТС, первичный источник электрической энергии для зарядки БНЭ, представляющий собой двигатель-генераторную установку с системой подготовки топлива, и систему управления КЭУ, отличающаяся тем, что тяговый электродвигатель представляет собой обратимую асинхронную электромашину частотного управления с короткозамкнутым ротором, подключенную к БНЭ через преобразователь напряжения (инвертор), первичный источник электрической энергии, обеспечивающий зарядку БНЭ, представляет собой двигатель-генераторную установку, состоящую из двигателя внутреннего сгорания (ДВС), использующего в качестве топлива синтез-газ, и приводимого им электрогенератора (ЭГ), система подготовки топлива представляет собой термокаталитический реактор, в котором за счет энергии отработавших газов произвольное углеводородное топливо преобразуется в синтез-газ, параметры подачи топлива в термокаталитический реактор устанавливаются с учетом режимов работы ДВС бортовой системой хранения и подачи топлива (СХиПТ), первичный источник энергии электрически соединен с БНЭ через преобразователь напряжения (инвертор), преобразующий вырабатываемую первичным источником электрическую энергию до параметров, необходимых для зарядки БНЭ, при этом система управления КЭУ включает в себя индивидуальные для каждого из инверторов, БНЭ, ЭГ, ДВС и СХиПТ системы управления и контроля (СУиК), информацию с которых обрабатывает система автоматического управления и контроля верхнего уровня (САУ и КВУ), получающая управляющие сигналы от органов управления ТС (ОУ), в зависимости от которых на основании информации с индивидуальных СУиК система САУ и КВУ управляет индивидуальными СУиК, координируя работу всех элементов КЭУ.

2. КЭУ по п.1, отличающаяся тем, что БНЭ, служащий для накопления электроэнергии, представляет собой несколько последовательно соединенных блоков аккумуляторных батарей.

3. КЭУ по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из систем СУиК и/или система САУ и КВУ являются микропроцессорными.

4. КЭУ по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ДВС используемого для привода электрогенератора используется ДВС с изменяемой степенью сжатия.

5. КЭУ по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что установлена на платформе ТС, представляющей собой унифицированную автотранспортную платформу (УАТП).



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в транспорте. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных объектах, в частности автомобилях, для генерирования электрической энергии и запуска приводного двигателя.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источнике тока или источнике напряжения. .

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.

Изобретение относится к рабочим машинам, в частности таким, как бульдозеры погрузчики и другие машины, имеющие гусеницы и приводимые электрической силовой передачей.

Изобретение относится к системе для накопления энергии, которая предназначена для привода транспортного средства. .

Изобретение относится к транспортным системам и, в частности, к транспортному средству, которое может быть использовано как в автономной транспортной системе, так и на автомобильных дорогах.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных объектах, в частности в автомобилях для генерирования электрической энергии и запуска приводного двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронной электрической машиной, когда ее индуцированное напряжение холостого хода при высоких скоростях вращения становится выше напряжения источника питания постоянного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на транспорте. Техническим результатом является уменьшение массогабаритных показателей. Электрическая машина содержит корпус, в котором в непосредственной близости от ротора установлены статорные обмотки. Имеется также схема, содержащая транзисторы и диоды и подключенная к указанным обмоткам. Схема коммутации входит в состав инвертора тока, который содержит также пару индукторов, установленных на шинах питания, и коммутирующие конденсаторы. Инвертор тока, как и обмотки, находится внутри корпуса. Энергосистема транспортного средства содержит источник постоянной мощности, подключенный к электрическим машинам посредством интегрированных электроприводов. Каждый из электроприводов содержит, по меньшей мере, три обмотки, установленные в непосредственной близости от роторов двигателей, ассоциированных с данными электроприводами. Схема коммутации накопительного контура, электрически связанная с каждой из обмоток, находится в замкнутом состоянии для приведения роторов во вращение или в разомкнутом состоянии для подачи энергии в локальный накопитель энергии. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

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.

Изобретение относится к области электротранспорта и может найти применение при конструировании электромобилей. Электромобиль содержит кузов, ходовую часть с элементами подвески, аккумуляторные батареи, механизмы управления, электродвигатель постоянного тока, гидромотор. Вал электродвигателя соединен с лопастным насосом. Гидромотор соединен с ведущим мостом электромобиля. Гидромотор содержит цилиндрический корпус. Корпус разделен внутренней перегородкой с центральным отверстием и уплотняющими элементами на две камеры. Камеры имеют впускные и выпускные штуцеры, закрытые соответственно передней и задней крышками. Внутрь корпуса вставлен общий вал. В каждой камере размещен ротор, установленный на валу. Каждый ротор содержит диски с центральными отверстиями. Каждый диск в камере прямого вращения имеет канал, выполненный в форме полуокружности прямоугольного сечения. Открытой частью каналы в дисках обеих камер направлены в сторону передней крышки. Каналы последующего диска в обеих камерах смещены относительно предыдущего диска на 90 градусов. Технический результат заключается в увеличении пробега электромобиля без подзарядки. 15 ил.

Группа изобретений относится к гибридному транспортному средству и способу управления им. Гибридное транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, аккумуляторную батарею, блок подсоединения/отсоединения передачи энергии, блок изменения отношения электрической передачи к механической передаче выходной величины двигателя внутреннего сгорания, блок управления подсоединением/отсоединением, блок вычисления требуемой выходной величины, блок управления двигателем внутреннего сгорания. Способ управления включает вычисление требуемой выходной величины, необходимой гибридному транспортному средству. Когда вычисленная требуемая выходная величина превышает сумму выходной величины электродвигателя и выходной величины двигателя внутреннего сгорания, увеличивается отношение электрической передачи к механической передаче выходной величины двигателя внутреннего сгорания. Блок подсоединения/отсоединения отсоединяется в момент времени, когда механически переданная выходная величина двигателя внутреннего сгорания становится равной нулю при подсоединенном блоке подсоединения/отсоединения. Двигатель внутреннего сгорания управляется так, что он остается на линии оптимального показателя потребления топлива. Электродвигатель управляется так, что он выдает величину, которая представляет собой недостающую часть выходной величины двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в обеспечении требуемой выходной величины для движения транспортного средства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к электромеханической силовой передаче трактора, предпочтительно, с гусеничными движителями. Электромеханическая трансмиссия содержит двигатель внутреннего сгорания, мотор-генератор, электрически связанный с оппозитно расположенными относительно продольной оси трактора тяговыми электродвигателями (4). Один конец вала каждого электродвигателя связан с механической передачей соответствующего ведущего движителя трактора. Трактор имеет соединительные силовые кабели, системы электроуправления, охлаждения, гидросистему технологического оборудования исполнительных рабочих органов, используемых в составе оборудования трактора. Валы электродвигателей (4) параллельны продольной оси трактора и связаны с механической передачей соответствующего движителя посредством карданных валов (10) для смещения центра масс электродвигателей к центру масс трактора, расположенного на середине опорной поверхности движителей или вблизи нее. Свободные концы валов электродвигателей соединены с насосами (11) гидросистемы технологического оборудования, названные концы валов электродвигателей соединены с карданными валами (10) и насосами гидросистемы посредством управляемых гидравлических муфт (12,13). Достигается возможность использования многофункционального технологического оборудования без изменения конструктивных параметров трактора. 4 ил.

Изобретение относится к работе гибридного транспортного средства. В способе управления работой гибридного транспортного средства при неисправности энергетической системы высокое напряжение преобразуют в низкое напряжение для питания по меньшей мере одного блока управления гибридного транспортного средства. При выявлении неисправности в высоковольтной энергетической системе ее отсоединяют от электрического приводного агрегата. После отсоединения высоковольтной энергетической системы электрический приводной агрегат переводят в состояние, предназначенное для генерирования некритичного в отношении безопасности пользователя напряжения, которое для питания, по меньшей мере, одного блока управления преобразуют в низкое напряжение. Устройство для реализации вышеописанного способа управления содержит по меньшей мере два приводных агрегата, один электрический приводной агрегат, высоковольтную и низковольтную энергетическую систему и блоки управления гибридного транспортного средства. Также имеются средства перевода электрического приводного агрегата в состояние, предназначенное для генерирования некритичного напряжения. Достигается возможность движения ТС на аварийном ходу без высокого напряжения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления инверторным генератором, оснащенным двигателем. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей. Инверторный генератор (10) содержит обмотку (22а, 22b), намотанную вокруг узла (14) генератора, приводимого двигателем (12), преобразователь (24, 26), соединенный с обмоткой и выполненный с возможностью преобразования переменного тока с выхода обмотки в постоянный ток, инвертор (36), соединенный с преобразователем и выполненный с возможностью преобразования постоянного тока с выхода преобразователя в переменный ток и выдачи его в качестве выходного сигнала, и контроллер (42), выполненный с возможностью управления работой преобразователя и инвертора. С указанным двигателем соединен аккумулятор (20). Обмотка включает первую обмотку (22а) и вторую обмотку (22b). Контроллер подает выход аккумулятора на одну из обмоток - первую или вторую, чтобы раскрутить узел генератора для запуска двигателя. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к регулированию температуры батареи гибридного транспортного средства. Способ регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем включает обеспечение первого контура регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания; обеспечение второго контура регулирования температуры для тяговой батареи; осуществление нагрева тяговой батареи нагревателем, установленным во втором контуре регулирования температуры последовательно с насосом, радиатором и тяговой батареей. Дополнительно способ содержит этап передачи электрической мощности в нагреватель через преобразователь в первом контуре регулирования температуры от электродвигателя, когда температура батареи ниже заданного диапазона. Система для реализации способа содержит два контура регулирования температуры. Нагреватель первого контура является частью второго контура. Нагреватель обеспечивается электрической мощностью через преобразователь от электродвигателя. Достигается упрощение конструкции системы регулирования температуры. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропитания и электроуправления. Технический результат - увеличение времени вращения вала электродвигателя при отключенном источнике постоянного тока без использования громоздких стабилизационных узлов. В электромеханическое устройство введен автоматический расцепитель, фиксирующий напряжение между минимальным и максимальным значениями, имеющий вход, соединенный с выходом трехфазного выпрямителя, и выход, соединенный с третьим входом автоматического расцепителя и с входом тороидального потенциометра. 1 ил.
Наверх