BG112037A - Метод и устройство за контрол и управление работата на съставна акумулаторна батерия - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до метод и устройство за управление и контрол работата на съставна акумулаторна батерия, приложими в електротранспорта, строителството и морския транспорт. Чрез метода и устройството се осигурява неограничен пробег на автомобила при намалени емисии на вредни газове. Експлоатационният живот на батериите се увеличава, поради равномерното зареждане и има увеличена надеждност при опростена схема. Методът осигурява постоянно зареждане на неработещия клон (7.1 или 7.2) на съставната акумулаторна батерия (7). Устройството включва маломощен източник на електрическо напрежение (4 и 6) и съставна акумулаторна батерия (7), оформена в два равни еднакви клона (7.1 и 7.2) и блок за управление (11), свързан по подходящ начин към елементите на устройството.

Description

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Съвременният електромобил получава захранване от намиращата се на борда съставна акумулаторна батерия, поради което, неговият пробег и приложение за момента са силно ограничени от количеството на съхранената в батерията енергия. Допълнителните консуматори, като климатик или отопление през зимата, както и всички аксесоари допълнително натоварват и намаляват и без това ограничения енергоресурс на съставната батерия. Всичко това налага търсенето на нови решения, които да подобрят енерго запасеността на съвременния електромобил. За осигуряване на необходимите параметри, някои производители залагат на допълнителен (спомагателен) акумулатор (стандартен автомобилен стартов акумулатор), който покрива определена част от нуждите от енергия на аксесоарите на електромобила.

Всички изброени по-горе методи, обаче осигуряват ограничено количество енергия, и от там ограничен пробег на съвременните електромобили. Като цяло, това е общ проблем за преодоляване на недостига на енергия, което в крайна сметка ограничава ресурса на предвижване и комфорта на използване на съвременния електромобил. Ето защо се осъществява строг контрол на консумацията на енергия в електромобила. По-специално, зареждането, потреблението и съхранението на енергия се наблюдават и контролират от сложни електронни блокове отчитащи напрежение, ток, температура, степен на зареденост/разреденост-характерни състояния за съвременната батерия, като се дават и предвиждания на оставащата енергия и възможния изминат път.

Известена е метод и устройство за контрол и управление работата на хибриден автомобил, състоящ се от двигател с вътрешно горене задвижващ ходовите колела, и свързан чрез ремък с генератор на ток зареждащ бордова батерия, стартерна и тягова, като последната е с малък капацитет от l.lkWh до около 3.5kWh осигуряваща предвижване на колата в рамките на 5-30 км само от електродвигател, като последния е с мощност от 20 - 50kW в зависимост от модела и предназначението. Чрез сложна електронна схема се управляват ходовите колела, а спирачния педал е свързан през електронен блок към датчици за скорост поставени на всички колелата. Електродвигателят е свързан през токов сензор и ключ към акумулаторната батерия.Батерията е свързана чрез датчик,който контролира нейното състояние.Л 1 US7407027

Характерно за известният метод и схема ниската енергийна ефективност и голямата сложност, която обуславя ниска надеждността при експлоатация. При акумулаторните батерии нарастването на работното напрежение се получава за сметка на последователно свързване на отделни елементи, като капацитета на получената батерия се запазва. Основна и много съществена разлика в полза на батерията.Л1

Характерно за известния метод и устройство е отделянето на замърсяващи газове, съотвествуаващи на изгореното гориво.Електрическата енергия получена от рекуперацията и движение по инерция е сравнително малко спрямо движението осъществено чрез бензиновия двигател. Устройството има сложна схема има понижена надеждност, и обуславя трудна поддръжка изискваща специализирани сервизи със съответните специалисти.

Известно, е че литиево-йони батерии намират широко приложими при мобилни телефони, преносими компютри, ръчни инструменти, и др. устройства изискващи високи отношения на енергия - тегло, с други думи високи тегловни/обемни специфични характеристики, енергийни и мощности.

Използването на литиево-йоните батерии в съвременните електромобили представлява ключова технология за съхранение на енергията и увеличаване на пробега с едно зареждане на енергосистемата. В зависимост от изискванията на клиента могат да бъдат създадени различни конфигурации на акумулаторни батерии свързани паралелно и/или последователно в зависимост от необходимите параметри на задвижващата система - електродвигателя. Основно изискване в прилагането на тази ключова технология включва и експлоатационната безопасност на литиево-йонни акумулаторни батерии, както и тяхното управление.

Известна е устройство за управление на електрически автомобил, включваща електрически двигател свързан към диференциала на една от з

осите на автомобила към която е свързана през скоростна кутия генератор.Генераторът е свързан през акумулаторна батерия и инвертор към електрическият двигател.Генераторът, акумулаторната батерия, инвертора и електрическият двигател са свързани към контролер.Л2

Характерно за известното устройство,е че получената енергия за задвижване се получава от акумулаторната батерия и от генератора,който произвежда енергия при рекуперативно спиране и при движение по наклонен път.

Известно е устройство за генериране на електроенергия в автомобил, състоящо се от резервоар свързан с двигател с вътрешно горене към който е свързан генератор. Генераторът е свързан през трансформатор към електрически двигател с възможност за предаване на въртеливото движение на първа полуос. Електрическият двигател е свързан през скоростна кутия към диференциала разположен на втора полуос. Електрическият генератор е свързан към панелен блок към който е свързан двигателя с вътрешно горене, електрическия генератор,трансформатора, акумулаторна батерия за аксесоари, и буферна акумулаторна батерия. Буферната акумулаторна е свързана към електродвигателя и към батерията за аксесоари.Устройството работи по следния начин:след включване на двигателя с вътрешно горене се завърта генератора и напрежението се подава на първата батерия.Втората батерия е свързана към електродвигателя предаващ движението през скоростна кутия към диференциала задвижващ автомобила. ЛЗ

Характерно за известното устройство ,е че има ниска ефективност по време на преходните процеси, ускорение и спиране, като буферната акумулаторна батерия е подложена на резки претоварвания, токови и топлинни, като при ускорение (протичат силни токове и настъпва вътрешно прегряване така и при внезапно спиране когато цялата кинетична енергия на автомобила бива трансформирана в електрическа и за броени секунди е подадена на буферната батерия за рекуперация. В този случай отново се отделя голямо количество Джаулова топлина, което предизвиква деструктивни процеси в активните материали на самата батерия, което рязко намаляват живота и капацитета на цялата буферната батерия.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Електрическите автомобили са задвижват от електрически двигатели, който черпят електрическа енергия единствено от наличната на борда батерия.Тяхната автономност е ограничена от количеството енергия,която може да се намира и запаси в тази батерия.Именно за това батерията на съвременният автомобил се явява ключов елемент от цялата система на електротранспорта и ограничава, както пробега така и широкото му приложение.Наличието на батерия с подходящ капацитет, който да гарантира необходимият пробег ще предоставя ключово решение за модерен екологичен и евтин електромобил.За да се определи необходимата енергия за придвижването на 1000 kg. товар по равен път, без ускорения с постоянна равномерна скорост е lKWh. На тази база лесно може да се пресметнете за един електромобил с тегло 1000 кг. ще са необходими 10 KWh за да измине 10 км с пробег с едно зареждане. Като цяло, количеството на енергия запасена в батерията е общ проблем за преодоляване,което в крайна сметка ограничава ресурса на предвижване и комфорта на използване на електромобила.

Задачата на изобретението е да се създаде метод и устройство за управление и контрол на работата на съставна акумулаторна батерия с повишена надеждността и енергийната ефективност, удължено време на експлоатация да се подобрят цялостните енергийни характеристики на електромобила, а именно, да се увеличи пътния пробег или неговата товароносимост и да се повиши комфорта на пътниците.

Тази задача е решена чрез метод за контрол и управление работата на съставна акумулаторна батерия, при който се зарежда първата батерия, а втората е включена към електрическия двигател. Методът се отличава от известните по това, че батерите са свързани в два еднакви клона, а енергията от рекуперация се съхранява и моментната и стойност се сравнява с , капацитета на батерите.Енергията от рекуперация се подава към клона, който е разредена от 68% до 32% от собствения си капацитета, като към него след това се подава и зарядно напрежение от генератора. При сигнал за форсирано задвижване на автомобила генератора се изключва ,а всички паралелни клонове се включват след времезакъснение .

За по добра работа времезакъснението е с константна стойност.

За увеличавана на бързодействието времезакъснението е от 0.02 до 0,028 сек.

Тази задача е решена чрез устройство за контрол и управление на работата на съставна акумулаторна батерия, включващо включващо електрически мотор с възможност за задвижване на първото и второто колело на автомобила, двигател с вътрешно горене свързан към резервоар и към генератор, съставна акумулаторни батерия , инвертор , акумулаторна батерия свързана към аксесоарите на автомобила и към бордово табло свързано към блок за управление към първия му вход . Устройството се отличава от известните по това , че към втория вход на блока за управление е свързан блок за определяне на скоростта на автомобила към който са свързани първи и втори датчик на скоростта на трето и четвъртото колело на автомобила. Към третия и четвъртият вход на блока за управление съответно е свързан двупосочно двигателя с вътрешно горене и генератора , който е свързан към първи контакт , свързан към първия изход на блока за управление. Съставната акумулаторна батерия има най-малко два паралелни равни и еднакви клона първи и втори клона. Входът на всеки е свързан съответно през втори и трети контакт към първия контакт. Вторият и третият контакт са свързани съответно към втория и третия изход на блока за управление .Изходът на първия и втория паралелен клон на съставната акумулаторна батерия са свързани през съответен четвърти и пети контакт към първия и втория вход на инвертора . Изходът на инвертора е свързан през шести контакт към суперкондензатор , който през седми контакт е свързан към първи и втори клон на съставната акумулаторната батерия. Четвъртият, петият, шестият и седмият контакт са свързани съответно към четвърти, пети, шести и седми изход на блока за управление . Изходът на първия и втория паралелен клон на съставната акумулаторна батерия е свързан съответно през осми и девети контакт към акумулаторната батерия .Осмият и деветият контакт са свързани съответно към осмия и девети изход на управляващия блок . Петият вход на управляващият блок е свързан към педала за газта , Шестият вход на управляващия блок е свързан към блока за контрол на тока I, напрежението U,съпротивлението

R, температурата C°, и времето на разряд или заряд на първия , втория паралелен клон на съставната акумулаторна батерия .

Предимства на изобретението, е че се постига удължен пробег на автомобила при намалени емисии на вредни газове. Експлоатационния живот на батерите се увеличава, има увеличена надеждност при опростена схема. При движение по хоризонтален участък се реализира до 70 % по нисък разход в сравнение с автомобилите със стандартен двигател.

ОПИСАНИЕ НА ФИГУРАТА

Изобретението се пояснява с едно примерно изпълнение, показано на приложената фигура, която представлява блокова схема на устройство за контрол и управление на работата на съставна акумулаторна батерия .

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Съгласно изобретението устройството за контрол и управление на работата на съставна акумулаторна батерия, включва електрически мотор 1 с възможност за задвижване на първото 2 и второто колело 3 на автомобила, двигател с вътрешно горене 4 свързан към резервоар 5 и към генератор 6 , съставна акумулаторни батерия 7 , инвертор 8 , акумулаторна батерия 9 свързана към аксесоарите на автомобила и към бордово табло 10 свързано към блок за управление 11 към първия му вход 11.1. Вторият вход 11.2 на блока за управление 11 е свързан блок 12 за определяне на скоростта на автомобила към който са свързани първи 13 и втори 14 датчик на скоростта на трето и 15 и четвъртото 16 колело на автомобила. Към третия 11.3 и четвъртият 11.4 вход на блока за управление 11 съответно двупосочно е свързан двигателя с вътрешно горене 4 и генератора 6,,който е свързан към първи контакт 17 , свързан към първия изход 11.5 на блока за управление 11. Съставната акумулаторна батерия 7 има най-малко два паралелни равни и еднакви първи 7.1 и втори 7.2 клона, като входът на всяка е свързан съответно през втори 18 и трети 19 контакт към първия контакт 17. Вторият 18 и третият 19 контакт са свързани съответно към втория 11.6 и третия 11.7 вход на блока за управление 11. Изходът на първия 7.1 и втория 7.2 паралелен клон на съставната акумулаторна батерия 7 са свързани през съответен четвърти 20 и пети контакт 21 към първия и втория вход на инвертора 8. Изходът на инвертора 8 е свързан през шести контакт 22 към суперкондензатор 23, който през седми контакт 24 е свързан към първи 7.1 и втори 7.2 клон на съставната акумулаторната батерия7.Четвъртият 20, петият 21, шестият 22 и седмият 24 контакт са свързани съответно към четвърти 11.8, пети 11.9, шести 11.10 и седми 11.11 изход на блока за управление 11. Изходът на първия 7.1 и втория 7.2 паралелен клон на съставната акумулаторна батерия 7 е свързан съответно през осми 25 и девети 26 контакт към акумулаторната батерия 9. Осмият 25 и деветият 26 контакт са свързани съответно към осмия 11.12 и деветия 11.13 изход на управляващия блок 11. Петият вход 11.14 на управляващият блок е свързан към педала за газта 27, Шестият вход 11.15 на управляващия блок 11 е свързан към блока за контрол 28 на тока I, напрежениетои, съпротивлениетоК, температурата С°,и времето на разряд или заряд на първия 7.1, втория 7.2 паралелен клон на съставната акумулаторна батерия 7.

ИЗПОЛЗВАНЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

В начално състояние двата клона 7.1 и 7.2 на съставната акумулаторна батерия са заредени. Контактите са транзисторни и без да е подадено напрежение от блока за управление 11 са в изключено състояние.

При подаване на сигнал от педала 27 блока за управление 11 включва четвъртия контакт 20, при което се подава напрежение от първия клон 7.1 на съставната акумулаторната батерия 7 през инвертора 8 към електрическия двигател 1 и електромобила започва да се движи. При желание на рязко ускорение или преодоляване на наклон педала 27 се натиска с по-голямо усилие при което управляващия блок 11 включва четвърти 20 и пети 21 контакт и двата клона 7.1 и 7.2 са включени през инвертора 8. Генератора 6 не е включен за зареждане. При това положение токовото натоварване се разпределя равномерно между двата клона на тяговата батерия. Включването на двата клона 7.1 и 7.2 на съставната батерия 7 довежда до двойно понижаване на вътрешното съпротивление на съставната батерия, което подобрява рязко работата на цялата система. Изравняването на напрежението на двата клона става чрез управляващия блок 11 който включва и изключва електроните контакти. От блока за контрол 28 постъпва информация за тока и времето за което е бил включен втория клон 7.2 В този момент генератора 6 не е включен. След преодоляване на препятствието блока за управление 11 изключва втория клон 7.2 на батерия 7 и включва двигателя с вътрешно горене 4 който задвижва генератора б. При работа на единия клон на съставната батерия 7 и се наложи да се преодолее височина или има екстремна ситуация при натискане на педала 27 се изключва генератора 6 в интелвал от 0.01 до 0.028 s. И след това се включва необходимият контакт за включване на втория клон на съставната батерия7.

Генераторът 6 който може да е от първичната батерия ,турбина, горивната клетка , слънчев панел, вятърна турбина, или генератора на ток е маломощен и неговата мощност и параметри зависят от типа на използваната батерия и са съобразени със изискванията на производителя на батерии. Тъй като цялата батерия е разделена на две половини в общия случай, то мощността на зареждащия генератор 6 е минимална и е в рамките на 0,01 до 10 от мощността на единия клон на батерия.

От блока за контрол 28 се измерва стойностите на тока I, напрежениетои, съпротивлениетоИ, капацитетаС°,и се подават на блока за управление 11. Блокът за управление 11 изчислява стойноста на напрежението в зависимост от необходимия ток, като се контролира температурата и се включва охлаждане на батерията при необходимост. .Вторият клон 7.2 се подръжа зареден до разреждане на първия клон 7.1 препоръчано от производителя в рамките от 68% до 32% на капацитета на батерията. След зареждането на вторият клон 7.2 се спират двигателя 4 и генератор 6 След, като се разреди напълно първия клон 7.1 блока за управление11 изключва четвъртия контакт 20 и включва петия контакт 21 към инвертора 8. Блокът за управление 11 е получил информация от блока за контрол 28 и я съхранил в памет не показана на чертежа. Блокът за управление 11 включва двигателя с вътрешно горене 4 и генератора 6 след, което в зависимост от необходимото напрежение се включва първия 17 и втория 18 контакт. Процесът на зареждена на първия клон 7.1 на съставната акумулаторна батерия 7 продължава като се контролират тока I, напрежението U, съпротивлението R, капацитета С°, необходими до пълното и зареждена. Количеството на изразходвана енергия от електрическия двигател 1 от втория клон 7.2 се контролира от блока за контрол 28 и нейните стойности за тока напрежението температурата се записват и съхраняват в ламета на блока за управление 11. Температурата се подържа в оптимални граници за дадената батерия, конструкция, режим на експлоатация и климатична зона. Това става по известен начин и не е показано на схемата. Стойностите на разрядния ток и напрежение се записват в памет и се изчислява разрядния и заряден цикъл на всяка батерия.

Сигнала от датчиците 13,14 се преобразуват в блока 12 за определяне на скоростта на автомобила и при скорост на автомобила по голяма от скоростта на електрическия мотор 1, блока за управление 11 включва шестия контакт 22 и получената енергия от рекуперация се подава на супер кондезатора 23.Същият процес се наблюдава при натискане на спирачките на автомобила. Енергията получена от рекуперация се съхранява в суперкондензатора 23 и се предава за зареждане на съставната батерия 7 само в момент когато генератора 6 не работи.

Claims (3)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ ₍jZ Метод за контрол и управление работата на съставна акумулаторна батерия, при който се зарежда първата батерия, а втората е включена към електрическия двигател, характеризиращсе с това, че акумулаторните батерите са свързани в два еднакви клона , а енергията от рекуперация се съхранява и моментната и стойност се сравнява, с капацитета на батерите, като енергията от рекуперация се подава към клона, който е разредена от 68% до 32% от собствения си капацитета, като към него след това се подава и зарядно напрежение от генератора,като при сигнал за форсирано задвижване на автомобила, генераторът се изключва ,а всички паралелни клонове се включват след време закъснение .
2. 2 .Метод съгласно претнция 1 характеризиращ се с това,че времезакъснението е с константна стойност.
3. 3 .Метод съгласно претнция 1 характеризиращ се с това,че времезакъснението е от 0.02 до 0,028 сек.

   Устройство за контрол и управление работата на съставна акумулаторна батерия, включващо електрически мотор с възможност за задвижване на първото и второто колело на автомобила, двигател с вътрешно горене свързан към резервоар и към генератор , съставна акумулаторни батерия , инвертор , акумулаторна батерия свързана към аксесоарите на автомобила и към бордово табло свързано към блок за управление на първия му вход, характеризиращо се с това, че към втория вход (11.2) на блока за управление (11) е свързан блок (12) за определяне на скоростта на автомобила към който са свързани първи (13) и втори (14) датчик на скоростта на трето и (15) и четвъртото (16) колело на автомобила, като към третия (11.3) и четвъртият (11.4) вход на блока за управление (11) съответно е свързан двупосочно двигателя с вътрешно горене (4) и генератора (6), който е свързан към първи контакт (17) , свързан към първия изход (11.5) на блока за управление (11), при което съставната акумулаторна батерия (7) има най-малко два паралелни равни и еднакви първи (7.1) и втори (7.2) клона, като входът на всеки е свързан съответно през втори (18) и трети (19) контакт към първия контакт (17), като вторият (18) и третия (19) контакт са свързани съответно към втория (11.6) и третия (11.7) изход на блока за управление (11), като изходът на първия (7.1) и втория (7.2) паралелен клон на съставната акумулаторна батерия (7) са свързани през съответен четвърти (20) и пети контакт (21) към първия и втория вход на инвертора (8), като изходът на инвертора (8) е свързан през шести контакт (22) към суперкондензатор (23), който през седми контакт (24) е свързан към първи (7.1) и втори (7.2) клон на съставната акумулаторната батерия(7), като четвъртият (20), петият (21) , шестият (22) и седмият (24) контакт са свързани съответно към четвърти (11.8), пети (11.9), шести (11.10) и седми (11.11) изход на блока за управление (11), изходът на първия (7.1) и втория (7.2) паралелен клон на съставната акумулаторна батерия (7) е свързан съответно през осми (25) и девети (26) контакт към акумулаторната батерия (9), осмият (25) и деветият (26) контакт са свързани съответно към осмия (11.12) и деветия (11.13) изход на управляващия блок (11), при което петият вход (11.14) на управляващият блок 11 е свързан към педала за газта (27), а шестият вход (11.15) на управляващия блок (11) е свързан към блока за контрол (28) на тока I, напрежението U, съпротивлението R, температурата С°,и времената на разряд или заряд на първия (7.1), втория (7.2) паралелен клон на съставната акумулаторна батерия (7).