Электрическое транспортное средство с комбинированным накопителем энергии

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения. Электрическое транспортное средство с комбинированным накопителем энергии содержит тяговый двигатель, имеющий возможность подключения через тяговый преобразователь к контактной сети или к батареям аккумуляторов, соединительный узел, выполненный с возможностью параллельного и последовательного включения батарей аккумуляторов при заряде и разряде соответственно. При этом соединительный узел содержит две батареи аккумуляторов, последовательно соединенные через первый механический выключатель, первый и второй ограничитель тока, две батареи конденсаторов, последовательно соединенные через второй механический выключатель. Первый диод подключен в последовательную цепь между батареями аккумуляторов. Второй и третий диоды подключены анодами ко второму выводу первого ограничителя тока, а катодами – к плюсовым выводам первого аккумулятора и первого конденсатора соответственно. Четвертый и пятый диоды подключены катодами ко второму выводу второго ограничителя тока, а анодами – к минусовым выводам второго конденсатора и второго аккумулятора соответственно. Технический результат заключается в увеличении срока службы накопителя энергии электрического транспортного средства. 2 ил.

 

Изобретение относится к электрическому транспорту, для движения которого применяется тяговый электродвигатель, подключенный к тяговому преобразователю, который, в свою очередь, может питаться от контактной сети и от комбинированной электроустановки, в состав которой входят батареи аккумуляторов, батареи конденсаторов, устройства для зарядки батарей аккумуляторов и батарей конденсаторов, механические выключатели и диоды.

Известно транспортное средство с автономным ходом, патент на изобретение «Транспортное средство с автономным ходом» RU 2110419 С1, 1997 г. [1]. В данном транспортном средстве тяговый электродвигатель при основном ходовом режиме питается от контактной сети, а при автономном движении от энергоблока, выполненного в виде тяговой аккумуляторной батареи. Недостатком транспортного средства является малая дальность при движении в режиме автономного хода без контактной сети. Соединительный узел в составе транспортного средства выполнен с возможностью параллельного и последовательного включения батарей аккумуляторов для режима заряда и разряда соответственно и содержит в своем составе большое количество силовых полупроводниковых приборов, что приводит к большим потерям мощности в них и снижает эксплуатационную надежность соединительного узла и транспортного средства в целом. Наличие в соединительном узле диодов и тиристоров, включенных последовательно с батареей аккумуляторов в проводящем направлении в режиме протекания разрядного тока, препятствует возврату в батарею аккумуляторов энергии рекуперации, возникающей при торможении и движении под уклон электрического транспортного средства, что, в свою очередь, уменьшает дальность автономного хода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является электрическое транспортное средство с автономным ходом, патент на полезную модель №162500 «Электрическое транспортное средство с автономным ходом», заявка №2015103081, приоритет полезной модели 30 января 2015 г., патентообладатели: ООО НПФ «Арс Терм», RU; ООО НПФ «Ирбис», RU [2], принимаемое за прототип. В данном электрическом транспортном средстве с автономным ходом содержится тяговый двигатель, имеющий возможность подключения через тяговый преобразователь к контактной сети при контактном ходовом режиме и возможность подключения через тяговый преобразователь к батареям аккумуляторов при бесконтактном ходовом режиме. Кроме того, содержится соединительный узел с возможностью параллельного и последовательного включения батарей аккумуляторов при заряде и разряде соответственно. Соединительный узел содержит две последовательно соединенные через механический выключатель батареи аккумуляторов, подключенные к минусовой шине тягового преобразователя минусовым выводом первой батареи аккумуляторов и к плюсовой шине тягового преобразователя плюсовым выводом второй батареи аккумуляторов. Соединительный узел также содержит два ограничителя тока. Первый ограничитель тока первым выводом подключен к плюсовому выводу второй батареи аккумуляторов, а вторым выводом подключен к плюсовому выводу первой батареи аккумуляторов. Второй ограничитель тока первым выводом подключен к минусовому выводу первой батареи аккумуляторов, а вторым выводом подключен к минусовому выводу второй батареи аккумуляторов. Недостатком известного электрического транспортного средства с автономным ходом является малый срок службы аккумуляторных батарей, обусловленный тем, что при движении в автономном режиме при разгоне и торможении транспортного средства в аккумуляторных батареях протекают большие разрядные и большие зарядные токи, значительно превышающие значения среднего тока, необходимого для движения электрического транспортного средства. Величины разрядного и зарядного токов при разгоне и торможении превышают рекомендованные режимы эксплуатации аккумуляторов в составе батарей аккумуляторов, что, в свою очередь, снижает ресурс заряд-разряд аккумуляторных батарей, что приводит к снижению срока службы накопителя энергии электрического транспортного средства.

Целью предлагаемого устройства является увеличение срока службы накопителя энергии электрического транспортного средства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное электрическое транспортное средство с автономным ходом, содержащее тяговый двигатель, имеющий возможность подключения через тяговый преобразователь к контактной сети при контактном ходовом режиме и возможность подключения через тяговый преобразователь к батареям аккумуляторов при бесконтактном ходовом режиме, соединительный узел с возможностью параллельного и последовательного включения батареей аккумуляторов при заряде и разряде соответственно, при этом соединительный узел содержит две последовательно соединенные через первый механический выключатель батареи аккумуляторов, подключенные к минусовой шине тягового преобразователя минусовым выводом первой батареи аккумуляторов и к плюсовой шине тягового преобразователя плюсовым выводом второй батареи аккумуляторов, а также содержит первый ограничитель тока, первым выводом подключенный к плюсовому выводу второй батареи аккумуляторов, и второй ограничитель тока, первым выводом подключенный к минусовому выводу первой батареи аккумуляторов, в соединительный узел дополнительно введено две последовательно соединенные через второй механический выключатель батареи конденсаторов, подключенные к минусовой шине тягового преобразователя минусовым выводом первой батареи конденсаторов и к плюсовой шине тягового преобразователя плюсовым выводом второй батареи конденсаторов, а также первый диод, подключенный в последовательную цепь батарей аккумуляторов и первого механического выключателя между батареями аккумуляторов, при этом проводящее направление первого диода соответствует направлению разрядного тока батарей аккумуляторов, второй и третий диоды, подключенные анодами ко второму выводу первого ограничителя тока, при этом катод второго диода подключен к плюсовому выводу первой батареи аккумуляторов, а катод третьего диода подключен к плюсовому выводу первой батареи конденсаторов, четвертый и пятый диоды, подключенные катодами ко второму выводу второго ограничителя тока, при этом анод четвертого диода подключен к минусовому выводу второй батареи конденсаторов, а анод пятого диода подключен к минусовому выводу второй батареи аккумуляторов.

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние - электрическое транспортное средство (ЭТС) находится в контактном ходовом режиме. Тяговый электродвигатель (ТД) 1 через тяговый преобразователь (ТП) 2 питается от контактной сети 3. Напряжение контактной сети 3 присутствует на плюсовой и минусовой шинах ТП 2. Соединительный узел 4 находится в режиме параллельного включения батарей аккумуляторов (БА1, БА2) 6, 7 и параллельного включения батарей конденсаторов (БК1, БК2) 11, 12. Механический выключатель K1 5 и механический выключатель К2 10 разомкнуты. Батарее аккумуляторов БА1 6 и батарее аккумуляторов БА2 7 требуется дозарядка. Батарея конденсаторов БК1 11 и батарея конденсаторов БК2 12 разряжены до нуля. Ограничители тока (ОТ1, ОТ2) 8, 9 выключены. При включении ограничителя тока ОТ1 8 и ограничителя тока ОТ2 9 происходит заряд БК1 11 и БК2 12 от соответствующих ограничителей тока ОТ1 8 и ОТ2 9, при этом БК1 11 и БК2 12 заряжаются ограниченными, исходно заданными по величине токами. Батарея конденсаторов БК1 11 заряжается по цепи: плюсовая шина ТП 2, ОТ1 8, диод V3 15, БК1 11, минусовая шина ТП 2. Батарея конденсаторов БК2 12 заряжается по цепи: плюсовая шина ТП 2, БК2 12, диод V4 16, ОТ2 9, минусовая шина ТП2. Напряжение на БК1 11 и напряжение на БК2 12 нарастает и сравнивается с напряжениями на БА1 6 и БА2 7 соответственно. Дальнейший заряд БК1 11 и БК2 12 прекращается, диод V3 15 закрывается, диод V4 16 закрывается, диод V2 14 открывается, диод V5 17 открывается. Далее ограничители тока ОТ1 8 и ОТ2 9 заряжают батареи аккумуляторов БА1 6 и БА2 7 ограниченными наперед заданными по величине токами, оптимальными по условиям заряда аккумуляторов. Заряд БА1 6 и БА2 7 осуществляется в режиме параллельного включения аналогично описанному выше режиму для БК1 11 и БК2 12. Электрическое транспортное средство (ЭТС) двигается в контактном режиме, питаясь в контактной сети 3, БА1 6 и БА2 7 заряжаются от контактной сети, оптимальными, рекомендованными токами заряда до уровня полной зарядки. После завершения заряда БК1 Ни БК2 12 механический выключатель К2 10 замыкается. Последовательно соединенные через К2 10 батареи конденсаторов БК1 11 и БК2 12 запасают энергию рекуперации, поступающую от ТД 1 через ТП 2 при торможении ЭТС, и отдают запасенную энергию ТД 1 через ТП 2 при разгоне и движении ЭТС, что повышает энергоэффективность ЭТС в режиме контактного хода.

При бесконтактном ходовом режиме контактная сеть 3 отсутствует, К1 5 замкнут, ЭТС питается от накопителя энергии в виде ранее полностью заряженных, последовательно соединенных через К1 5 батареей аккумуляторов БА1 6 и БА2 7, подключенных к минусовой и плюсовой шинам ТП 2. Батареи конденсаторов БК1 11 и БК2 12 через замкнутый К2 10 включены последовательно и подключены к минусовой и плюсовой шинам ТП 2. При торможении ЭТС энергия рекуперации от ТД 1 через ТП 2 поступает в БК1 11 и БК2 12 в виде большого зарядного тока. Напряжение на последовательно включенных БК1 11 и БК2 12 растет и становится больше напряжения на последовательно включенных БА1 6 и БА2 7, диод V1 13 закрывается. Большой зарядный ток рекуперации протекает только в БК1 11 и в БК2 12. Энергия торможения ЭТС запасается в БК1 11 и БК2 12. Закрытое состояние V1 препятствует протеканию большого зарядного тока в цепи БА1 6 и БА2 7. В этом режиме БА1 6 и БА2 7, при необходимости подзаряда, могут заряжаться от ОТ1 8 и ОТ2 9 соответственно через V2 14 и V5 17 заданным, ограниченным на уровне рекомендуемого, зарядным током.

При движении или разгоне ЭТС ТД 1 через ТП 2 потребляет большой ток, необходимый для разгона ЭТС, из последовательно соединенных БК1 11 и БК2 12, в которых ранее была запасена энергия рекуперации. Большой ток разгона из БА1 6 и БА2 7 не потребляется, так как напряжение на последовательно соединенных БК1 11 и БК2 12 все еще больше напряжения на последовательно соединенных БА1 6 и БА2 7 и диод V1 закрыт.По мере завершения разгона ЭТС напряжение на БК1 11 и БК2 12 снижается, запасенная энергия рекуперации тратится на разгон и движение ЭТС. При снижении напряжения на БК1 11 и БК2 12 до уровня напряжения на БА1 6 и БА2 7 энергия, необходимая для преодоления сил сопротивления движению ЭТС, потребляется преимущественно из батарей аккумуляторов. Таким образом, в бесконтактном ходовом режиме ЭТС большие токи заряда и разряда, обеспечивающие торможение и разгон ЭТС, потребляются преимущественно из батарей конденсаторов. В батареях аккумуляторов большие токи разряда и заряда не протекают. Ток заряда БА1 6 и БА2 7 активно формируется на заданном, рекомендуемом для данного типа аккумуляторов уровне. Ток разряда БА1 6 и БА2 6 определяется средним током, необходимым для осуществления процесса движения ЭТС, который существенно меньше токов при разгоне и торможении ЭТС.

Оценить продолжительность срока службы накопителя энергии можно следующим образом.

На фиг. 2 приведен типовой график потребления тока силовым приводом троллейбуса, характерным для всех электрических транспортных средств.

Начало графика - ток потребления при разгоне троллейбуса, в средней части - движение в режиме «выбег» по инерции без потребления тока, последний участок - торможение с возвратом части энергии торможения в контактную сеть или в накопитель энергии (режим рекуперации).

Накопитель энергии можно эксплуатировать до тех пор, пока он сможет обеспечить максимальное значение тока, требуемое для разгона троллейбуса. В этом случае ограничение по сроку службы накопителя наступает не из-за падения начальной емкости накопителя, а по причине роста в ходе эксплуатации внутреннего сопротивления батарей накопителя.

Допустим, что внутреннее сопротивление накопителя линейно увеличивается в зависимости от времени эксплуатации

где R0 - начальное внутреннее сопротивление батареи,

t - текущее время эксплуатации накопителя,

k - постоянный коэффициент, определяемый из соотношения ,

здесь Rвн1 - внутреннее сопротивление батарей накопителя в конце первого года эксплуатации.

В соответствии с требованиями технических условий производителя батарей накопителя падение напряжения Uп на внутреннем сопротивлении ограничивается. Для нашего случая это величина

где Im - максимальное значение тока, потребляемое от накопителя (см. фиг. 2). Из соотношений (1) и (2) получим время эксплуатации накопителя, состоящего только из аккумуляторных батарей:

Применение в комбинированном накопителе батареи конденсаторов позволяет снизить максимальный ток потребления от батарей накопителя Im до средней величины тока Iср (см. фиг. 2). В этом случае в соответствии с выражением (3) во столько же раз возрастет время эксплуатации комбинированного накопителя. Для приведенных на фиг. 2 значений Im и Iср срок службы комбинированного накопителя может быть увеличен по сравнению с накопителем на аккумуляторных батареях примерно в 4 раза.

Ресурс заряд-разряд батарей конденсаторов практически не ограничен и многократно превышает ресурс заряд-разряд батарей аккумуляторов. В батареях аккумуляторов протекают токи разряда и заряда, соответствующие рекомендуемым, оптимальным значениям, что существенно увеличивает их срок службы и обусловливает выполнение поставленной цели - увеличение срока службы накопителя энергии электрического транспортного средства.

Литература

1. Патент на изобретение «Транспортное средство с автономным ходом» RU 2110419 С1, 1997 г.

2. Патент на полезную модель №162500 «Электрическое транспортное средство с автономным ходом», заявка №2015103081. Приоритет полезной модели 30 января 2015 г. Патентообладатели: ООО НПФ «Арс Терм», RU; ООО НПФ «Ирбис», RU.

Электрическое транспортное средство с комбинированным накопителем энергии, содержащее тяговый двигатель, имеющий возможность подключения через тяговый преобразователь к контактной сети при контактном ходовом режиме и возможность подключения через тяговый преобразователь к батареям аккумуляторов при бесконтактном ходовом режиме, соединительный узел с возможностью параллельного и последовательного включения батарей аккумуляторов при заряде и разряде соответственно, при этом соединительный узел содержит две последовательно соединенные через первый механический выключатель батареи аккумуляторов, подключенные к минусовой шине тягового преобразователя минусовым выводом первой батареи аккумуляторов и к плюсовой шине тягового преобразователя плюсовым выводом второй батареи аккумуляторов, а также содержит первый ограничитель тока, первым выводом подключенный к плюсовому выводу второй батареи аккумуляторов, и второй ограничитель тока, первым выводом подключенный к минусовому выводу первой батареи аккумуляторов, отличающееся тем, что в его соединительный узел дополнительно введены две последовательно соединенные через второй механический выключатель батареи конденсаторов, подключенные к минусовой шине тягового преобразователя минусовым выводом первой батареи конденсаторов и к плюсовой шине тягового преобразователя плюсовым выводом второй батареи конденсаторов, а также первый диод, подключенный в последовательную цепь батарей аккумуляторов и первого механического выключателя между батареями аккумуляторов, при этом проводящее направление первого диода соответствует направлению разрядного тока батарей аккумуляторов, второй и третий диоды, подключенные анодами ко второму выводу первого ограничителя тока, при этом катод второго диода подключен к плюсовому выводу первой батареи аккумуляторов, а катод третьего диода подключен к плюсовому выводу первой батареи конденсаторов, четвертый и пятый диоды, подключенные катодами ко второму выводу второго ограничителя тока, при этом анод четвертого диода подключен к минусовому выводу второй батареи конденсаторов, а анод пятого диода подключен к минусовому выводу второй батареи аккумуляторов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения. Устройство регулирования скорости электроподвижного состава содержит в себя две группы тяговых двигателей постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены по перекрестной схеме.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Преобразовательная система для электроснабжения собственных нужд электровоза содержит блок защиты, статический преобразователь и линия распределения электропитания, к которой подключены входы n-числа преобразователей собственных нужд электровоза.

Изобретение относится к транспортным средствам с комбинированным источником электропитания. Транспортное средство с автономным ходом содержит токоприемники, устройство управления, преобразователь напряжения, подключенный к аккумуляторной батарее и соединенный с тяговым двигателем, зарядное устройство, запитанное от контактной сети и соединенное с аккумуляторной батареей.

Изобретение относится к системам преобразования постоянного напряжения контактной сети в многоканальную систему напряжений электровоза постоянного тока. .

Изобретение относится к средствам управления тяговыми электроприводами постоянного тока электровозов. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование объектов электроподвижного состава постоянного тока с электрическим торможением.

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и направлено на повышение надежности устройства для управления тяговыми электродвигателями по току возбуждения.

Изобретение относится к технике управления тягой и торможением электроподвижных средств переменного тока. .

Изобретение относится к области тягового привода электровоза с двигателями постоянного тока. .

Изобретение относится к области транспорта и направлено на усовершенствование электропривода с плавным регулированием тока возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока.

Изобретение относится к электромобилям. Способ зарядки дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора и электромашиной, начинается с заезда автомобиля в зарядную станцию.

Группа изобретений относится к управлению промышленной сетью для зарядки энергией электрических транспортных средств. Способ обеспечения распределенного интеллекта для отслеживания электроэнергии и выделения электроэнергии включает в себя следующие этапы.

Группа изобретений относится к транспортным средствам с питанием от собственных источников. Автомобиль содержит зарядное устройство для зарядки накопителя энергии на зарядной станции.

Группа изобретений относится к беспроводной зарядке аккумулятора транспортных средств. Система беспроводной подачи энергии содержит устройство приема энергии, установленное в транспортном средстве, и устройство передачи энергии, установленное на земле.

Группа изобретений относится к электрическим схемам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Устройство управления подачей электрической энергии для устройства подачи электрической энергии, включающего в себя множество аккумуляторных батарей и генератор электрической энергии, выполняющий зарядку множества аккумуляторных батарей, причем устройство управления подачей электрической энергии управляет параллельным соединением между множеством аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. В способе управления подзарядкой аккумуляторной батареи гибридного автотранспортного средства на стоянке, в котором двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель обеспечивают одновременно или независимо друг от друга перемещение транспортного средства, исходя из условий движения и уровня заряда батареи, подзарядка батареи включается на стоянке по требованию водителя посредством интерфейса.

Группа изобретений относится к зарядным станциям для электрических транспортных средств. Способ для управления зарядными станциями (2, 8) для электрических транспортных средств (A, B) заключается в том, что используют обмен сообщениями между устройством управления зарядными станциями и устройствами, которые соответственно связаны с электрическим транспортным средством или его водителем.

Использование – в области электротехники. Технический результат – предотвращение снижения производительности батареи.

Использование – в области электротехники. Технический результат – оптимизация ограничения зарядки/разрядки аккумуляторной батареи в низкотемпературном состоянии.

Использование – в области электротехники. Технический результат – предотвращение снижения производительности батареи.
Наверх