Автотранспортное средство с электрическим приводом

Автотранспортное средство с электрическим приводом

Реферат

 

Изобретение относится к транспортному средству с электрическим приводом, содержащему, по меньшей мере одно ведущее колесо, средство механического торможения этого колеса, по меньшей мере один электрический двигатель, перезаряжаемый электрической энергией аккумулятор, средство передачи и управления энергией, соединенное с аккумулятором и с электрическим двигателем, содержащее средство электрического торможения, обеспечивающее перевод электрического двигателя в режим генератора, а также средство рассеяния электрической энергии, произведенной в ходе электрического торможения, причем средство рассеяния содержит систему охлаждения с циркулирующей текучей средой и резистор рассеяния, взаимодействующий с указанной системой охлаждения. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в улучшении распределения электрического тока, вырабатываемого при торможении. 7 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к транспортному средству с электрическим приводом, содержащему устройство восстановления энергии, а более конкретно к транспортному средству, содержащему устройство для восстановления энергии, производимой во время электрического торможения этого транспортного средства.

Известны автотранспортные средства с электрическим приводом, такие как те, что описаны в документе DE 40 11 291. Транспортное средство такого типа содержит, по крайней мере, ведущее колесо, средство для механического торможения такого колеса, по крайней мере один электродвигатель, механически соединенный с указанным ведущим колесом, аккумулятор, перезаряжаемый электрической энергией, и средство передачи и управления электрической энергией, соединенное с этими аккумулятором и электродвигателем, включая средство электрического торможения, обеспечивающее возможность работы указанного электродвигателя в режиме генератора.

Некоторые из этих транспортных средств содержат систему смешанного торможения, в которой торможение реализуется, во-первых, электрически, принуждением этого электродвигателя работать в режиме генератора, что далее позволяет перезаряжать аккумулятор, и, во-вторых, механически, в классической манере, например, с помощью дисков.

Тем не менее, замечено, что сила тока, производимого таким образом электродвигателем во время электрического торможения, легко достигает повышенных значений, имеющих порядок нескольких сот ампер, что значительно выше токов заряда, которые может выдержать этот аккумулятор, интенсивность максимального тока заряда обычно имеет порядок нескольких десятых от силы тока, которую этот аккумулятор может отдавать в течение часа работы для большинства современных аккумуляторов, используемых в этих приложениях.

Как следствие, для случая, когда этот аккумулятор слабо заряжен, электрическая энергия, производимая во время электрического торможения, приводит к ненадлежащему заряду аккумулятора, что может ухудшить качество аккумулятора и значительно понизить его ожидаемый срок службы.

Далее, когда этот аккумулятор близок к своему максимальному заряду, электрическая энергия, производимая во время электрического торможения, перезаряжает этот аккумулятор, что приводит к ситуации, в которой напряжение на зажимах аккумулятора становится существенно равным напряжению, подаваемому от схемы заряда, или, другими словами, к ограничению или к подавлению циркуляции тока в этом аккумуляторе, и, как следствие, к существенному снижению или даже к прекращению желаемого эффекта электрического торможения.

Одно решение заключается в обеспечении схемы, которая ограничивает силу тока, производимого электрическим двигателем, работающим в режиме генератора. Тем не менее, такое ограничение значительно снижает эффективность электрического торможения, поэтому такой тип торможения теряет большую часть своей привлекательности.

Известны также автотранспортные средства с гибридным приводом, который представляет собой комбинацию из электрического привода и классического привода с двигателем внутреннего сгорания, такие как тот, что описан в US 4306156, и для которых существуют проблемы такого же типа.

Таким образом, главной целью изобретения является преодоление недостатков вышеупомянутого известного уровня техники за счет обеспечения исключительного автотранспортного средства с электрическим приводом, содержащего систему смешанного торможения, и в котором электрическая энергия, создаваемая во время электрического торможения, по крайней мере не причиняет вреда аккумулятора и может быть с успехом использована, например, для заряда аккумулятора.

Задачей этого изобретения является автотранспортное средство с электрическим приводом, содержащее по крайней мере одно ведущее колесо, средство для механического торможения указанного колеса, по крайней мере электродвигатель, механически сопряженный с указанным ведущим колесом, перезаряжаемый электроэнергией аккумулятор, и средство передачи и управления энергией, соединенное с аккумулятором и с электродвигателем, включая средство электрического торможения, позволяющее работу указанного электродвигателя в режиме генератора, отличающееся тем, что оно далее содержит средство для рассеяния электрической энергии, произведенной в ходе электрического торможения, и тем, что указанное средство для рассеяния содержит систему охлаждения циркулирующей текучей среды и сопротивление рассеяния, взаимодействующее, по крайней мере косвенно, с указанной системой охлаждения.

Благодаря этим характеристикам электрическая энергия, создаваемая при торможении, и которая не используется, рассеивается простым и экономичным способом, т.е. с помощью простого сопротивления, которое размещается в тесном тепловом контакте с трубопроводом этой системы охлаждения, без дорогостоящего преобразования этого транспортного средства. Таким образом транспортное средство демонстрирует преимущество способности к использованию электрического торможения в наиболее эффективных условиях, без риска повредить аккумулятор, поскольку избыток электроэнергии, создаваемой этим электрическим торможением, легко рассеивается системой охлаждения.

В соответствии с выигрышной характеристикой этого изобретения эта система охлаждения содержит первый теплообменник с внешней областью транспортного средства и первый насос, соединенные вместе трубопроводами, с резистором, расположенным в ограниченном тепловом контакте с одним из этих трубопроводов.

Таким образом, возможно даже в условиях работающего транспортного средства, приводящих к разогреву этого резистора до высоких температур, иметь возможность быстро и эффективно рассеивать тепловую энергию, создаваемую этим резистором.

В соответствии с предпочтительным воплощением этого изобретения транспортное средство с электрическим приводом далее содержит двигатель внутреннего сгорания, генератор электрической энергии, соединенный по крайней мере косвенно с указанным двигателем внутреннего сгорания для перезаряда этого аккумулятора, а система охлаждения этого двигателя внутреннего сгорания отличается тем, что эта система охлаждения, формирующая часть средства рассеяния, сформирована системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

Это изобретение может таким образом быть приложено особенно успешно к гибридным транспортным средствам с электрическим приводом и приводом от двигателя внутреннего сгорания, так как в этом случае очень просто и экономично использовать систему охлаждения, уже имеющуюся на месте в двигателе внутреннего сгорания, при этом потребуется очень мало переделок.

В соответствии с выигрышной характеристикой этого предпочтительного воплощения изобретения эта система охлаждения далее содержит перепускной трубопровод, присоединенный параллельно к первому теплообменнику, второму теплообменнику и к внутренней области транспортного средства, присоединенной между резистором рассеяния и перепускным трубопроводом.

Так, в условиях городского движения, используя чисто электрическую тягу и когда включен обогрев пассажирского салона, это воплощение обеспечивает значительное увеличение автономии транспортного средства, так как электрическое потребление устройства обогрева может легко достигать значения, близких к значениям потребления двигателя электрической тяги.

В соответствии с выигрышной характеристикой предпочтительного воплощения этого изобретения эта схема охлаждения содержит второй насос, механически соединенный с двигателем внутреннего сгорания.

Далее, первый насос независимо от работы двигателя внутреннего сгорания может вызывать циркуляцию текучей среды охлаждения в этой системе охлаждения, что позволяет без использования дополнительных компонентов осуществлять предварительный нагрев двигателя внутреннего сгорания, когда транспортное средство находится в стационарном состоянии, а также перезаряд аккумулятора.

На фиг. 1 изображена блок-схема, представляющая первое воплощение этого изобретения; на фиг. 2 - блок-схема, представляющая второе воплощение транспортного средства в соответствии с этим изобретением.

Транспортное средство 1 содержит электродвигатель 2, например асинхронный двигатель, ротор которого (не показан) механически соединен с ведущим колесом этого транспортного средства. На этом чертеже двигатель 2 и колесо 4 разделены, их механическое соединение характеризуется двойной прерывистой линией. Двигатель и колесо могут быть установлены бок о бок друг с другом, они могут быть соединены с помощью вела трансмиссии и/или с помощью цепной передачи.

Транспортное средство содержит перезаряжаемый электрической энергией аккумулятор 6, который соединен со статором электрического двигателя 2 с помощью схемы 8 передачи и управления энергией, установленной для подачи энергии, необходимой для работы двигателя 2 в форме напряжения и альтернативного тока от электрической энергии, которую оно принимает от аккумулятора 6, или от схемы.

Транспортное средство содержит схему 10 управления торможением, которая в ответ на нажатие пользователя на педаль 12 управления воздействует, во-первых, на средство 14 механического торможения, например на устройство дискового торможения и, во-вторых, на средство электрического торможения, обеспечивая работу электрического двигателя в режиме генератора через схему 8 передачи и управления энергией.

В соответствии с изобретением транспортное средство содержит средство 16 для рассеяния электрической энергии, вырабатываемой в ходе электрического торможения, включающее в себя систему 18 охлаждения циркулирующей текучей среды и резистор 20 рассеяния, взаимодействующий, по крайней мере, косвенно с этой системой охлаждения.

Эта система 18 охлаждения содержит теплообменник 22 с внешней областью транспортного средства и насос, соединенный между собой с помощью трубопроводов 26.

Резистор 20 рассеяния расположен в тепловом контакте с деталью 28 трубопроводов 26 системы 18 охлаждения. Предпочтительно, чтобы резистор 20 был намотан вокруг детали 28 в конической канавке, предусмотренной для этого во внешней области рассматриваемой детали. Для получения эффективного теплового обмена между резистором 20 и текучей средой охлаждения эта деталь 28, находящаяся в прямом контакте с резистором 20, реализована из материала, обладающего высокой тепловой проводимостью, такого как алюминий или подобный материал. Этот резистор 20 может быть, например, резистором типа DIN 17470.

Этим теплообменником 22 является классический радиатор, который предпочтительно расположен в передней части транспортного средства и который взаимодействует с внешним воздухом с целью удаления тепла, накопленного текучей средой охлаждения. Что касается насоса 24, то он работает в ответ на сигнал управления, приходящий от средства передачи и управления энергией и разрешающий циркуляцию текучей среды охлаждения в трубопроводах 26 и в значительной степени в теплообменнике 22 с тем, чтобы оптимизировать действие схемы охлаждения.

В этом отношении следует заметить, что схема 8 содержит средство, известное специалистам в этой отрасли техники, производящее сигнал, представляющий степень заряда аккумулятора 6, и средство управления, которое в ответ на сигнал измерения, индицирующий, что этот аккумулятор полностью заряжен, ответвляет по крайней мере часть этого тока заряда от средства рассеяния 20 и активирует насос 24.

На фиг. 2 представлено автотранспортное средство в соответствии со вторым воплощением этого изобретения, в котором элементы, идентичные элементам, показанным на фиг. 1, обозначены теми же самыми числами для ссылок.

С точки зрения отличий от транспортного средства, показанного на фиг. 1, это транспортное средство далее содержит двигатель 30 внутреннего сгорания, механически соединенный с ротором (не показан) генератора 32 альтернативного напряжения. Статор (не показан) этого генератора 32 соединен с аккумулятором 6 с помощью 8 передачи и управления энергией так, чтобы получать от альтернативного напряжения, создаваемого генератором 32, напряжение, существенно равное напряжению, создаваемому аккумулятором 6.

Двигатель внутреннего сгорания 30 содержит, кроме этого, схему 34 охлаждения, которая в соответствии с этим изобретением формирует часть средства 16 рассеяния. В этом воплощении система 18 охлаждения содержит теплообменник 22, второй теплообменник 36 с внутренней областью транспортного средства, оба эти теплообменника соединены между собой последовательно.

Этот теплообменник 22 и теплообменник 36 присоединены трубопроводами 26 между входом 38 и выходом 40 схемы охлаждения двигателя внутреннего сгорания 30.

Теплообменник 22 расположен, как и в предыдущем примере, в передней части транспортного средства, а теплообменник 36 соединен с пассажирским салоном и взаимодействует с вентилятором (не показан) для восстановления тепла, аккумулированного средой охлаждения.

Схема 34 охлаждения далее содержит перепускной трубопровод 42, присоединенный параллельно первому теплообменнику 22, ветвь этого трубопровода девиации расположена сбоку от выхода 40 охлаждения и соединена с крыльчаткой 44 девиации, которая как функция температуры среды охлаждения и режима работы транспортного средства предотвращает циркуляцию среды охлаждения через теплообменник 22.

В этом воплощении насос 24 предпочтительно расположен вверх по потоку от входа 38 охлаждения, а двигатель внутреннего сгорания содержит расположенный в направлении потока от его входа охлаждения свой собственный насос 46 среды охлаждения, предназначенный для обеспечения циркуляции этой среды охлаждения от входа 38 охлаждения к выходу 40 охлаждения через двигатель внутреннего сгорания, когда он работает. Этот насос 46, например, механически соединяется с двигателем внутреннего сгорания 30.

Ниже следует описание работы транспортного средства в соответствии с этим изобретением.

Когда транспортное средство 1 неподвижно и соединено с внешним источником тока, вся энергия, приходящая от этого источника, используется для заряда аккумулятора 6.

Когда средство измерения степени заряда индицирует, что аккумулятор полностью заряжен, средство 8 передачи и управления энергией может, в соответствии с программой, либо просто остановить этот заряд, либо остановить заряд и использовать этот ток заряда для активации резистора 20 рассеяния и накопить определенное количество энергии в среде охлаждения. Это средство 8 может активировать вентилятор обогрева пассажирского салона транспортного средства в соответствии со вторым воплощением или запустить предварительное нагревание двигателя внутреннего сгорания, что позволяет не только значительно увеличить его срок службы, но также понизить существенно эмиссию вредных газов, которые выделяются при запуске двигателя.

Когда транспортное средство находится в состоянии движения и его аккумулятор полностью заряжен или, как бывает, перезаряжен, это средство передачи и управления энергией 8 направляет всю электрическую энергию, выработанную в ходе электрического торможения, к резистору 20 рассеяния.

Теперь, когда транспортное средство находится в движении и аккумулятор не полностью заряжен, средство передачи и управления энергией разделяет электрическую энергию, произведенную в ходе электрического торможения, между резистором 20 рассеяния и аккумулятором 6, это разделение зависит как от количества энергии, произведенной во время электрического торможения, так и от степени заряда аккумулятора, при этом степень заряда аккумулятора в каждый момент времени известна устройству управления и передачи энергии 8.

Формула изобретения

1. Автотранспортное средство с электрическим приводом, содержащее по меньшей мере одно ведущее колесо, средство механического торможения колеса, по меньшей мере один электрический двигатель, механически связанный с ведущим колесом, перезаряжаемый электрической энергией аккумулятор и средство передачи и управления энергией, соединенное с аккумулятором и электрическим двигателем, содержащее средство для торможения транспортного средства за счет перевода электрического двигателя в режим генератора, отличающееся тем, что оно содержит средство рассеяния электрической энергии, произведенной в ходе электрического торможения, причем средство рассеяния содержит систему охлаждения с циркуляцией жидкости и резистор рассеяния, взаимодействующий с системой охлаждения.

2. Средство по п.1, отличающееся тем, что система охлаждения содержит первый теплообменник, взаимодействующий с окружающим воздухом, и первый насос, соединенные между собой трубопроводами, причем резистор рассеяния находится в тесном тепловом контакте с частью одного из трубопроводов.

3. Средство по п.2, отличающееся тем, что резистор обернут вокруг части трубопровода.

4. Средство по п.2 или 3, отличающееся тем, что средство передачи и управления энергией содержит средство для выработки сигнала измерения, показывающего степень заряда аккумулятора, средство управления для направления по крайней мере части зарядного тока к резистору рассеяния и для работы первого насоса при поступлении сигнала измерения, показывающего, что аккумулятор полностью заряжен.

5. Средство по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что транспортное средство снабжено двигателем внутреннего сгорания и генератором электрической энергии, соединенным с двигателем внутреннего сгорания для перезарядки аккумулятора, и с системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, а система охлаждения, формирующая часть средства рассеяния электрической энергии, образована системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

6. Средство по п.5, отличающееся тем, что трубопроводы системы охлаждения расположены между входом системы охлаждения и выходом системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, а первый теплообменник расположен между резистором рассеяния и входом системы охлаждения.

7. Средство по п.6, отличающееся тем, что оно содержит второй насос, механически связанный с двигателем внутреннего сгорания.

8. Средство по п.6 или 7, отличающееся тем, что система охлаждения также снабжена перепускным трубопроводом, соединенным параллельно с первым теплообменником и последовательно с вторым теплообменником, связанным с внутренним пространством транспортного средства, и присоединенным между резистором рассеяния и перепускным трубопроводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2