Электротранспортное средство с зарядным устройством на борту



Электротранспортное средство с зарядным устройством на борту
Электротранспортное средство с зарядным устройством на борту

 


Владельцы патента RU 2486074:

Общество с ограниченной ответственностью "ТОВАРИЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМОБИЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ (RU)

Электротранспортное средство с автономным источником питания в виде аккумуляторной батареи содержит, по меньшей мере, один электродвигатель, связанный с колесами транспортного средства через механическую передачу и систему управления, включающую в себя один или несколько обратимых преобразователей, обеспечивающих регулирование скорости и/или момента указанного электродвигателя, конденсатор большой емкости и балластный резистор с разрядным ключом, один реверсивный преобразователь постоянного тока в постоянный ток повышающего/понижающего типа с системой управления, два датчика тока, два датчика напряжения. Первый датчик тока определяет величину и направление тока источника питания; второй датчик тока контролирует ток индуктивности, входящей в состав реверсивного преобразователя; первый датчик напряжения измеряет напряжение на зажимах источника питания; второй датчик напряжения измеряет напряжение на зажимах суперконденсатора. Выходы указанных датчиков подключены ко входам системы управления реверсивного преобразователя, выходы которой подключены к управляющим входам реверсивного преобразователя и разрядного ключа. Для заряда от внешнего источника при эксплуатации в него введены трехфазный выпрямитель, входы которого подключены к разъему подключения внешнего источника питания, выход через введенный контактор подключен к зажимам суперконденсатора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, повышении уровня безопасности при эксплуатации и снижении массогабаритных показателей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к транспортным средствам с электрическим или гибридным приводом.

Уровень техники

В последние годы все заметнее тенденция «электрификации» автомобилей - растет в процентном отношении количество выпускаемых «чистых» электромобилей и, как промежуточного решения, гибридных автомобилей.

Существенной проблемой массового применения электротранспортных средств (ЭТС) является подзарядка аккумуляторной батареи (АБ), ее технические и экономические аспекты, тесно связанные с продолжительностью этого процесса. Общеизвестно, что повышение мощности применяемого для зарядки батарей электротока может многократно сократить ее продолжительность. Это особенно ярко проявляется при переходе от использования применяемой в домашних хозяйствах США электроэнергии (напряжение 110 вольт) к использованию мощных «промышленных» зарядных устройств. Возможен промежуточный вариант, предусматривающий установку в домашних гаражах подключаемого к имеющейся электросети специального устройства, позволяющего сократить время зарядки батарей (например, для гибридного автомобиля «Chevrolet Volt», с 6-8 ч при использовании стандартного напряжения в 110 В до 3-4 ч при увеличении напряжения до 240 В). Но приобретение и установка такого устройства требует определенных дополнительных затрат (Эткин Д.М. «Некоторые технико-экономические аспекты электрификации массовых автомобилей в США», ААИ №2(61) и №4(63), 2010).

Идет работа над зарядными устройствами: со временем они должны стать столь же распространенными, как бензозаправки, и восстанавливать мощность батарей на 80% за 15-30 минут. Кроме того, возможной становится зарядка АБ от домашней розетки. (А.МИЛОВЗОРОВ «Заправляться из розетки становится модно» http://www.utro.ru/articles/2010/11/24/939328.shtml)

Одним из возможных направлений решения задачи быстрого и экономичного восстановления мощности АБ является размещение зарядных устройств непосредственно на борту транспортного средства.

Известно техническое решение (патент US 5418437), где в состав приводной системы ЭТС, содержащей электрическую моторную систему (двигатели и преобразователи), систему управления, органы управления и АБ введено зарядное устройство (ЗУ), имеющее вход для подключения к источнику переменного тока и выход, подключенный к выходу указанной АБ. Указанное ЗУ содержит также управляющее устройство, отслеживающее состояние и управляющее работой ЗУ.

Недостатками известного устройства являются:

- ограниченные функциональные возможности - оно создано для работы от одного напряжения питающей сети и обеспечивает один уровень тока заряда;

- увеличение массы и стоимости электрооборудования ЭТС вследствие установки преобразователя и управляющего устройства ЗУ на борту ЭТС;

- недостаточный уровень безопасности - отсутствует блокировка (запрет) движения ТС при подключенном к источнику переменного тока ЗУ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является решение, по заявке на патент US 2007/0068714 А1. Указанное устройство содержит двигатель внутреннего сгорания с мотор-генератором; два электродвигателя, связанные соответственно с колесами передней и задней оси и управляемые соответствующими преобразователями, аккумуляторную батарею и накопитель (суперконденсатор с двойным электрическим слоем и/или маховик), связанные с общими шинами через соответствующие преобразователи; модуль управления и зарядное устройство, вход которого через согласующий трансформатор может быть подключен к внешнему источнику переменного тока, а выходные зажимы подключены к вышеуказанным общим шинам (+) и (-).

Недостатками этого устройства являются:

- ограниченные функциональные возможности - ЗУ может работать только при переменном напряжении питающей сети, согласованном указанным трансформатором, большем по величине, чем напряжение на указанных силовых шинах;

- увеличение массы и стоимости электрооборудования ЭТС вследствие установки трансформатора, преобразователя и управляющего устройства ЗУ на борту ЭТС;

- недостаточный уровень безопасности - отсутствует блокировка (запрет) движения ТС при подключенном к источнику переменного тока ЗУ.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение ряда отмеченных недостатков известных устройств - расширение функциональных возможностей ЭТС в части заряда от внешнего источника, снижение массогабаритных и стоимостных показателей ЭТС, и увеличение уровня безопасности при эксплуатации ЭТС.

Указанные цели достигаются в предлагаемом электротранспортном средстве с зарядным устройством на борту. Оно содержит, по меньшей мере, один электродвигатель, связанный с колесами транспортного средства через механическую передачу или без нее, и систему управления, включающую в себя один или несколько обратимых преобразователей, обеспечивающих регулирование скорости и/или момента указанного электродвигателя, аккумуляторную батарею, конденсатор большой емкости (батарея суперконденсаторов (БСК)), реверсивный преобразователь постоянного тока в постоянный ток повышающего/понижающего типа (рекуператор (РЕ)) с системой управления рекуператором, два датчика тока, два датчика напряжения, причем один или несколько преобразователей подключены непосредственно к зажимам источника питания (АБ); конденсатор подключен к зажимам АБ через указанный реверсивный преобразователь; первый датчик тока определяет величину и направление тока АБ; второй датчик тока контролирует ток индуктивности, входящей в состав реверсивного преобразователя; первый датчик напряжения измеряет напряжение на зажимах АБ; второй датчик напряжения измеряет напряжение на зажимах батареи суперконденсаторов; выходы указанных датчиков подключены ко входам системы управления реверсивного преобразователя, выходы которой подключены к управляющим входам ключей реверсивного преобразователя и разрядного ключа.

В ЭТС введены трехфазный выпрямитель, входы которого подключены к зажимам разъема подключения внешнего источника питания, а выходы через введенный соединитель (контактор, тиристор) подключены к зажимам БСК. Кроме того, к выходу выпрямителя подключен также датчик наличия напряжения с гальванически развязанным выходом (например, оптопара с гасящим резистором), выход которого подключен ко входу введенного блока управления зарядом, к другим входам которого подключены выходы селектора уровня заряда.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого электротранспортного средства.

На фиг.2 отображен алгоритм функционирования указанной электрической схемы. Подробное описание изобретения.

Обратимся к фиг.1. Электрическая схема предлагаемой ЭТС содержит источник питания (АБ) с зажимами 1 и 2, напряжение на которых измеряется датчиком напряжения 1 ДН, а ток измеряется датчиком тока 1ДТ. К зажимам 1 и 2 подключены: последовательно соединенные балластный резистор R (шунтированный обратным диодом D) и разрядный ключ РК; и реверсивные преобразователи ПР1…HPi, обеспечивающие регулирование скорости и/или момента электродвигателей ЭД1…ЭД1, связанных с колесами ЭТС через механическую передачу или без нее (с использованием мотор-колес) - на схеме не показаны.

Схема содержит также батарею суперконденсаторов (БСК), напряжение на которой измеряется датчиком 2ДН, БСК подключена к выходным зажимам реверсивного преобразователя (РЕ) 4 и 2, входные зажимы которого 3 и 2 подключены к зажимам 1 и 2 источника (АБ). РЕ реализован на базе четырех транзисторных ключей K1…K4, зашунтированных обратными диодами D1…D4 индуктивности L, ток которой измеряется датчиком 2ДТ. К системе управления РЕ (СУРЕ) подключены выходы вышеперечисленных датчиков. Выходы СУ подключены к управляющим входам РЕ и РК.

Система управления верхнего уровня (СУВУ) ЭТС связывает сигналы датчика угла поворота руля, положения педалей газа (задания скорости и/или момента электродвигателя) и тормоза (задания момента торможения), ручного (стояночного) тормоза, переключателя режима (вперед, назад и т.п.) (на схеме не показаны) с ПР1…ITPi.

В схему введены также трехфазный выпрямитель В, разъем Р подключения внешнего источника питания ВИП, контактор К, датчик наличия напряжения на выходе В ЗДН, а также блок управлением заряда БУЗ и селектор уровня заряда СУЗ, причем вход В подключен к разъему Р, положительный выход В через контактор К подключен к положительному выводу 4 СК, отрицательный выход В подключен к общей шине (зажим 2). Гальванически отвязанный выход ЗДН (в качестве которого может быть использована оптопара с гасящим резистором) связан со входом БУЗ, к другим входам которого подключены выходы СУЗ. Выходы БУЗ связаны с СУВУ и СУРЕ.

Предлагаемое устройство работает в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.2 следующим образом.

ВИП подключается к схеме электрооборудования ЭТС через разъем Р. В качестве ВИП может быть использована одно- или трехфазная сеть переменного тока; ветрогенератор или солнечная батарея; источник на водородных топливных элементах и т.п., с выходным напряжением 100-380 В постоянного или переменного тока (в зависимости от конкретного исполнения устройства). С помощью СУЗ задается режим заряда (предельный уровень тока заряда) - нормальный, ускоренный, форсированный (Н, У или Ф), в зависимости от текущей ситуации и мощности ВИП.

Появление напряжения U3 на выходе выпрямителя через введенную схему контроля наличия из (3 ДН) запускает схему заряда АБ БУЗ, которая:

1 - через СУВУ включает схему управления ЭТС (аналогично ключу зажигания);

2 - блокирует электропривод ЭТС (запирает по управлению), исключая возможность движения ЭТС при подключенном шнуре ВИП;

3 - дополнительной командой РЕ осуществляет заряд батареи суперконденсаторов (БСК) до максимального напряжения UБСКмакс;

4 - по команде датчика напряжения 2ДН, контролирующего напряжение БСК, включается введенный в схему электрооборудования контактор К, подключающий (+) выход выпрямителя В к (+) зажиму БСК;

5 - по команде указанного контактора РЕ начинается заряд АБ от БСК в режиме Н, У или Ф, задаваемом СУЗ, расположенном на пульте управления ЭТС и/или под крышкой отсека размещения разъема Р подключения ВИП;

6 - при снижении напряжения UБСК до Uз уровня открываются диоды выпрямителя В и начинается заряд АБ от ВИП, при этом БСК играет роль фильтрующего конденсатора;

7 - при достижении напряжения АБ заданного уровня, контролируемого датчиком напряжения АБ 1ДН или уменьшения тока заряда АБ, контролируемого датчиком тока АБ 1 ДТ, ниже заданного уровня, формируется команда окончания заряда АБ;

8 - по указанной команде осуществляется заряд батареи (БСК) до максимального напряжения UБСКмакс от АБ;

9 - по команде датчика напряжения, контролирующего напряжение БСК, отключается контактор, подключающий (+) выход выпрямителя к (+) зажиму БСК, и защелкивается триггер в БУЗ, фиксирующий окончание заряда АБ;

10 - блокировка электроприводов ЭТС (п.2), исключающая возможность движения ЭТС при подключенном шнуре ВИП, не снимается.

Для снятия блокировки и возможности движения ЭТС необходимо отключить от разъема шнур ВИП.

Промышленная применимость

Введение в электрическую схему транспортного средства указанных элементов и использование предложенного алгоритма позволяет создать зарядное устройство на борту ЭТС с широкими возможностями по параметрам ВИП на базе существующей силовой схемы электрооборудования ЭТС и обеспечить высокий уровень безопасности при эксплуатации ЭТС путем блокировки движения ЭТС при подключенном шнуре ВИП.

1. Электротранспортное средство с автономным источником питания в виде аккумуляторной батареи, содержащее по меньшей мере один электродвигатель, связанный с колесами транспортного средства через механическую передачу или без нее, и систему управления, включающую в себя один или несколько обратимых преобразователей, обеспечивающих регулирование скорости и/или момента указанного электродвигателя, суперконденсатор большой емкости и балластный резистор с разрядным ключом, реверсивный преобразователь постоянного тока в постоянный ток повышающего/понижающего типа с системой управления, два датчика тока, два датчика напряжения, причем один или несколько обратимых преобразователей подключены непосредственно к зажимам источника питания; конденсатор подключен к зажимам источника питания через указанный реверсивный преобразователь; первый датчик тока определяет величину и направление тока источника питания; второй датчик тока контролирует ток индуктивности, входящей в состав реверсивного преобразователя; первый датчик напряжения измеряет напряжение на зажимах источника питания; второй датчик напряжения измеряет напряжение на зажимах суперконденсатора; выходы указанных датчиков подключены ко входам системы управления реверсивного преобразователя, выходы которой подключены к управляющим входам реверсивного преобразователя и разрядного ключа, отличающееся тем, что оно снабжено трехфазным выпрямителем, входы которого подключены к разъему подключения внешнего источника питания, а выход через контактор подключен к зажимам суперконденсатора; датчиком наличия напряжения на выходе выпрямителя с выходом, подключенным ко входу введенного блока управления зарядом, к другим входам которого подключены выходы введенного селектора уровня заряда; выходы блока управления зарядом подключены к управляющему входу указанного контактора, входам системы управления реверсивного преобразователя и системы управления электротранспортного средства.

2. Устройство по п.1, в котором датчик наличия напряжения на выходе выпрямителя имеет гальванически отвязанный выход, выполненный на базе оптопары с гасящим резистором.

3. Устройство по п.1, в котором для обеспечения бестоковой коммутации контактора в начале и в конце процесса заряда напряжение суперконденсатора повышается до уровня, превышающего уровень напряжения на выходе выпрямителя.

4. Устройство по п.1, в котором при появлении напряжения на выходе выпрямителя блокируются преобразователи приводов электротранспортного средства для исключения возможности движения электротранспортного средства при подключенном шнуре внешнего источника питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гнездовой конструкции для зарядки транспортного средства. .

Изобретение относится к автомобильному транспорту, использующему в качестве силового привода колес электродвигатели. .

Изобретение относится к электрическому транспортному средству. .

Изобретение относится к буферному накопителю энергии комбинированной энергетической установки транспортного средства. .

Изобретение относится к устройству для выработки энергии и предназначено для транспортного средства. .

Изобретение относится к компоновке автомобильного электронного компонента для электрического двигателя автомобиля

Группа изобретений относится к устройствам подачи энергии для транспортного средства. Каждое из устройств содержит формирователь высокочастотной энергии. Устройство по первому и второму вариантам содержит первичную катушку, первичную работающую на собственной резонансной частоте катушку, устройство связи для приема значения детектирования принимаемой энергии, устройство управления, отражающее средство. Устройство по второму варианту также содержит устройство регулирования. Устройства по третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому вариантам содержат первичный LC-резонатор, устройство управления. Устройство по восьмому варианту содержит формирователь высокочастотной энергии, первичную работающую на собственной резонансной частоте катушку, устройство регулирования резонансной частоты первичной катушки и устройство управления устройством регулирования. Устройство управления осуществляет управление так, чтобы частота высокочастотной энергии приближалась к резонансной частоте первичного LC-резонатора и вторичного LC-резонатора. Первичный LC-резонатор и вторичный LC-резонатор работают на различных частотах до приближения к измененной резонансной частоте. Технический результат заключается в обеспечении электроэнергией транспортного средства беспроводным способом. 8 н. и 16 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к способам преобразования энергии жидкого или газообразного топлива в электрическую и предназначено для гибридных транспортных средств. Способ заключается в том, что электрическую энергию аккумулируют в выбранные моменты времени в аккумуляторной батарее. Осуществляют обогрев аккумуляторной батареи с использованием продуктов сгорания теплового двигателя. Подвод тепла к аккумуляторной батарее осуществляют с помощью циркуляции расплавленного теплоносителя. В качестве теплоносителя используют материал одного из электродов или электролит. Технический результат заключается в снижении расхода топлива и улучшении генерации энергии. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электрическая тяговая цепь (1) для автотранспортного средства содержит бортовой подзаряжаемый источник (2) энергии. Тяговая цепь включает в себя статический преобразователь (5), выполненный с возможностью создания системы трехфазных напряжений, соединенный на входе с указанным подзаряжаемым источником (2) энергии. Трехфазный электрический двигатель (10), питаемый системой трехфазных напряжений, выдаваемых статическим преобразователем (5), содержит обмотку статора, выполненную с возможностью подключения к внешнему источнику (35) электрической энергии для обеспечения зарядки бортового источника энергии через статический преобразователь (5). Двигатель (10) является синхронным двигателем с раздельным возбуждением, в котором питание ротора (23) прерывается во время фаз зарядки. Технический результат заключается в сокращении времени зарядки аккумуляторной батареи и повышении безопасности при эксплуатации транспортного средства. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области регулирования рулевого управления. Устройство улучшения ощущения рулевого управления содержит контроллер электродвигателя, датчик угла руления, аккумуляторную батарею, инвертер, таймер. Осуществляют неоднократное колебание движущей силы у ходового колеса при выявлении операции руления. Достигается улучшение ощущения рулевого управления. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к автомобильной транспортной энергетической системе с принципом периодической зарядки и разрядки. Автомобильная транспортная энергетическая система содержит автомобильную электрическую дорогу, станции зарядки и разрядки электромобилей, транспортное средство. Станции зарядки и разрядки состоят из блока управления и контроля, электрического трансформатора, подземного электрического кабеля питания, шины подачи положительного заряда, шины подачи отрицательного заряда, аварийного генератора. Станции зарядки расположены на подъемах. Станции разрядки расположены на спусках. Транспортное средство является активным элементом. Транспортное средство содержит автомобильную колесную базу, электродвигатели, батареи, энергогенерирующий механизм, систему рекуперации, систему временного хранения и правильного распределения энергии. На днище транспортного средства располагается штанга подачи электрического тока с подъемно-спусковым механизмом. Зарядка и разрядка производится во время движения. Технический результат заключается в увеличении запаса хода электромобиля. 3 ил.

Группа изобретений относится к блоку энергоснабжения, сухопутному транспортному средству, станции замены и способу замены блока энергоснабжения сухопутного транспортного средства. Блок энергоснабжения содержит подзаряжаемый электрический энергоаккумулятор, вторичную катушку. Блок энергоснабжения выполнен в виде сменного узла с соединительным элементом. Соединительный элемент предназначен для соединения с установленным в сухопутном транспортном средстве ответным соединительным элементом. Соединительный элемент представляет собой первичную катушку бортовой сети. Ответный соединительный элемент представляет собой вторичную катушку бортовой сети. Сухопутное транспортное средство содержит вышеуказанный блок энергоснабжения. Станция замены содержит заменяющее устройство. Способ замены блока энергоснабжения включает позиционирование транспортного средства в рабочей зоне заменяющего устройства, присоединение блока энергоснабжения с помощью заменяющего устройства, размыкание механического соединения между блоком энергоснабжения и транспортным средством, извлечение блока энергоснабжения из транспортного средства, транспортировку блока энергоснабжения из рабочей зоны, погрузку на заменяющее устройство второго блока энергоснабжения, установку второго блока энергоснабжения в транспортное средство, замыкание механического соединения между вторым блоком энергоснабжения и транспортным средством. Технический результат заключается в обеспечении быстрой замены электрического энергоаккумулятора. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству управления прекращением медленного передвижения для транспортного средства с электроприводом. Устройство содержит средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении и средство запрещения прекращения медленного передвижения. Средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении определяет движение транспортного средства в направлении, противоположном направлению движения выбранного диапазона переключения передач, в состоянии, в котором крутящий момент для медленного передвижения выводится без выполнения прекращения медленного передвижения. Средство запрещения прекращения медленного передвижения запрещает прекращение медленного передвижения, даже если скорость транспортного средства становится близкой к нулю, чтобы удовлетворять условию разрешения прекращения медленного передвижения после того, как средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении определяет то, что транспортное средство движется в противоположном направлении. Технический результат заключается в эффективном управлении прекращением медленного передвижения транспортного средства с электроприводом. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к узлу электропитания воздушной линии (1), подвешиваемому на неподвижной опоре (2) и включающему неподвижную секцию и подвижную или гибкую секцию (5), содержащую токосъемники (9) для обеспечения электропитания транспортного средства (4) посредством верхней структуры захвата (11) на крыше транспортного средства при прохождении или остановке под узлом питания воздушной линии. Подача питания на токосъемники не осуществляется, когда узел питания (1) находится в исходном положении, и осуществляется, когда узел питания (1) или его подвижная или гибкая секция (5) перемещается с подходом передней части верхней структуры захвата (11) транспортного средства под узел электропитания (1), контактирующий с токосъемниками (9), таким образом, передавая электропитание транспортному средству. После прохождения транспортного средства подвижная секция узла питания (1) автоматически возвращается в исходное положение, при котором не осуществляется подача питания на токосъемники. 21 з.п. ф-лы,17 ил.
Наверх