BR112016010830B1 - Sistema de carga/descarga - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE CARGA/DESCARGA. A presente invenção se refere a um sistema de carga/descarga incluindo um controlador para controle do conversor de energia elétrica colocado entre um capacitor e uma bateria secundária conectada em paralelo. Em concordância com a presente invenção, o controlador inclui: - uma unidade de cálculo de energia requisitada configurada para calcular a energia de entrada/saída requisitada para o motor gerador elétrico fundamentada sobre corrente e voltagem do capacitor e corrente de entrada/saída do conversor de energia elétrica; - um mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor configurado para especificar uma relação de energia elétrica a ser suprida a partir do capacitor para o motor gerador elétrico para a energia de entrada requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada, fundamentada sobre o SOC do capacitor; - um mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor configurado para especificar uma relação de energia elétrica a ser armazenada a partir do motor gerador elétrico para a energia de saída requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada, fundamentada sobre o SOC do capacitor; e: - uma unidade de subtração configurada para calcular energia de carga/descarga da bateria secundária por subtração, a partir da (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a um sistema de carga/descarga que tem capacidade de suprimento de energia elétrica para um motor gerador elétrico e que tem capacidade de carregamento com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador elétrico.

PANORAMA E ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Baterias convencionais têm sido utilizadas para suprir energia elétrica para um motor elétrico como uma fonte de tração-energia (tração-força) para um veículo ou para os assemelhados. Exemplos da bateria utilizada incluem baterias secundárias, tais como uma bateria de armazenamento de chumbo e uma bateria de íon de lítio. Outros dispositivos, outros do que baterias, também são conhecidos para energia elétrica de carga/descarga utilizando um capacitor de dupla camada elétrico ou os assemelhados.

[0003] Baterias possuem grande capacidade armazenável, mas suas vidas úteis irão ser encurtadas se a carga/descarga for desempenhada freqüentemente ou com uma grande profundidade de carga/descarga. Ao contrário, capacitores são robustos ao longo de tal freqüente carga/descarga ou uma grande profundidade de carga/descarga e possuem uma longa vida útil, mas possuem capacidade armazenável relativamente pequena. Desta maneira, baterias e capacitores são diferentes em suas características e, conseqüentemente, quando uma bateria e um capacitor são montados juntamente, é necessário controlar os mesmos em concordância com suas respectivas características.

[0004] O pedido de patente japonês número JP 2008-035670 A apresenta um aparelho de suprimento de energia elétrica para um veículo proporcionado com uma pluralidade de mecanismos de carregamento incluindo uma bateria e um capacitor que é configurado para manter a suficiente quantidade de carregamento do capacitor cujo desempenho de saída é superior para o da bateria.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0005] O aparelho de suprimento de energia elétrica descrito no pedido de patente japonês número JP 2008-035670 A é configurado para, se a voltagem de capacitor é menor do que a voltagem de impulsão (amplificada) obtida por aumento da tensão nominal por um conversor de impulsão (de amplificação), carga do capacitor com energia elétrica suprida a partir da bateria. Isto pode conduzir para o risco de deterioração em eficiência de energia devido para o fato de que carga/descarga é desempenhada entre a bateria e o capacitor.

[0006] Em vista dos problemas anteriormente mencionados, a presente invenção almeja em aperfeiçoar a eficiência de energia de um sistema de carga/descarga incluindo um capacitor e uma bateria secundária.

[0007] Em concordância com um aspecto da presente invenção, um sistema de carga/descarga que tem capacidade de suprimento de energia elétrica para um motor gerador elétrico e que tem capacidade de carregamento com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador elétrico é proporcionado, o sistema de carga/descarga incluindo: um capacitor conectado para o motor gerador elétrico; uma bateria secundária conectada em paralelo para o capacitor; um conversor de energia elétrica colocado entre o capacitor e a bateria secundária para aumentar/diminuir voltagem de carga/descarga da bateria secundária; e um controlador para controlar o conversor de energia elétrica. O controlador inclui: uma unidade de cálculo de energia requisitada configurada para calcular a energia de entrada/saída requisitada para o motor gerador elétrico fundamentada sobre corrente e voltagem do capacitor e corrente de entrada/saída do conversor de energia elétrica; um mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor configurado para especificar uma relação de energia elétrica a ser suprida a partir do capacitor para o motor gerador elétrico para a energia de entrada requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada, fundamentada sobre o SOC do capacitor; um mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor configurado para especificar uma relação de energia elétrica a ser armazenada a partir do motor gerador elétrico para a energia de saída requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada, fundamentada sobre o SOC do capacitor; e uma unidade de subtração configurada para calcular energia de carga/descarga da bateria secundária por subtração, a partir da energia de entrada/saída requisitada, a energia de carga/descarga do capacitor obtida a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor ou do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA INVENÇÃO

[0008] A seguir, a presente invenção irá ser descrita em maiores detalhes em referência aos desenhos, nos quais: A Figura 1 mostra a configuração de um veículo incluindo um sistema de carga/descarga em concordância com uma concretização da presente invenção; A Figura 2 é um diagrama de blocos de um controlador no sistema de carga/descarga; A Figura 3A descreve um exemplo de um mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor; A Figura 3B descreve um exemplo de um mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor; A Figura 4A descreve um exemplo de um mapa de carga/descarga de uma bateria secundária; A Figura 4B descreve um exemplo de um mapa de carga/descarga de uma bateria secundária; A Figura 5A descreve operação do sistema de carga/descarga durante descarregamento, mostrando o caso onde o SOC do capacitor está na faixa a partir de x4 para x3; A Figura 5B descreve operação do sistema de carga/descarga durante descarregamento, mostrando o caso onde o SOC do capacitor está na faixa a partir de x3 para x2; A Figura 5C descreve operação do sistema de carga/descarga durante descarregamento, mostrando o caso onde o SOC do capacitor está na faixa a partir de x2 para x1; A Figura 6A descreve operação do sistema de carga/descarga durante carregamento, mostrando o caso onde o SOC do capacitor está na faixa a partir de x1 para x2; A Figura 6B descreve operação do sistema de carga/descarga durante carregamento, mostrando o caso onde o SOC do capacitor está na faixa a partir de x2 para x3; e: A Figura 6C descreve operação do sistema de carga/descarga durante carregamento, mostrando o caso onde o SOC do capacitor está na faixa a partir de x3 para x4.

MODOS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[0009] Referindo-se para os desenhos, o texto a seguir descreve uma concretização da presente invenção.

[0010] Em primeiro lugar, a configuração de um sistema de carga/descarga (1) em concordância com uma concretização da presente invenção é descrito posteriormente, com referência para a Figura 1.

[0011] O sistema de carga/descarga (1) inclui: um motor gerador (2) como um motor gerador elétrico; um inversor (3) para tracionar o motor gerador (2); um capacitor (10) conectado para o motor gerador (2) por intermédio do inversor (3); uma bateria secundária (20) conectada em paralelo para o capacitor (10); um conversor de energia elétrica (30) colocado no capacitor (10) e a bateria secundária (20); um controlador (50) para controlar o conversor de energia elétrica (30); e uma ECU [Electronic Control Unit] (Unidade de Controle Eletrônico) (100) para controlar o veículo como uma integridade incluindo o sistema de carga/descarga (1). O sistema de carga/descarga (1) pode suprir energia elétrica para o motor gerador (2) e pode ser carregado com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2).

[0012] O capacitor (10) inclui um capacitor de dupla camada elétrico para carga/descarga de energia elétrica. A bateria secundária (20) inclui uma bateria secundária de hidreto de níquel ou uma bateria secundária de íon de lítio, por exemplo, para carga/descarga de energia elétrica.

[0013] O capacitor (10) e a bateria secundária (20) suprem a energia elétrica armazenada para o motor gerador (2) por intermédio do inversor (3). Então, o capacitor (10) e a bateria secundária (20) são carregados com energia elétrica gerada pelo motor gerador (2), por intermédio do inversor (3). O inversor (3) desempenha conversão de AC-DC entre o capacitor (10) ou a bateria secundária (20) e o motor gerador (2).

[0014] O conversor de energia elétrica (30) inclui um conversor de DC/DC, por exemplo. O conversor de energia elétrica (30) aumenta a voltagem de energia elétrica descarregada a partir da bateria secundária (20), e supre a mesma para o motor gerador (2). O conversor de energia elétrica (30) diminui a voltagem de energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2) e carrega a bateria secundária (20) com a mesma. Desta maneira, o conversor de energia elétrica (30) aumenta/diminui a voltagem de carga/descarga da bateria secundária (20).

[0015] Auxiliares elétricos (9) são conectados para a bateria secundária (20), e a bateria secundária (20) supre energia elétrica para os auxiliares elétricos (9). Os auxiliares elétricos (9) incluem uma bomba de um condicionador de ar ou de um circuito de arrefecimento, um ventilador de radiador, e outras unidades tracionadas eletricamente, por exemplo.

[0016] O motor gerador (2) funciona como uma fonte de energia de tração de veículo para rotacionar as rodas de tração (5). Quando o veículo é desacelerado, o motor gerador (2) funciona como um gerador, e a energia é recuperada como energia elétrica regenerativa. Um motor (4) funciona como uma fonte de energia de tração de veículo unicamente ou juntamente com o motor gerador (2). Adicionalmente, o motor (4) pode tracionar o motor gerador (2) para fazer com que o motor gerador (2) venha a gerar energia elétrica.

[0017] A ECU (100) controla a operação do inversor (3) e do motor (4). A ECU (100) é eletricamente conectada para o controlador (50) comunicavelmente. Quando uma requisição é emitida (solicitada) para movimentar o veículo a partir do estado de parada, a ECU (100) supre energia elétrica armazenada no capacitor (10) e na bateria secundária (20) para o motor gerador (2) por intermédio do inversor (3), por conseqüência, dando partida para movimentar o veículo. Se o SOC de ambos do capacitor (10) e da bateria secundária (20) é baixo ou se grande energia é requisitada, por exemplo, a ECU (100) faz com que o motor (4) venha a operar para deslocamento híbrido de maneira tal que o veículo se desloca com a força de tração do motor (4) e a força de tração do motor gerador (2).

[0018] Depois disso, quando desaceleração do veículo no estado de deslocamento é requisitada, a ECU (100) traciona o motor gerador (2) como um gerador, e a energia elétrica gerada é armazenada no capacitor (10) e na bateria secundária (20) por intermédio do inversor (3).

[0019] A seguir, a operação do assim configurado sistema de carga/descarga (1) é descrita abaixo.

[0020] A bateria secundária (20) inclui uma bateria secundária de íon de lítio. A vida útil da bateria secundária (20) é significativamente encurtada se carga/descarga for desempenhada freqüentemente com alta energia ou com uma grande profundidade de carga/descarga. Conseqüentemente, é necessário controlar a bateria secundária (20) de uma maneira tal que venha a evitar tal carga/descarga. Embora o capacitor (10) possua capacidade de carregamento menor do que aquela da bateria secundária (20), o mesmo é resistente para o encurtamento da vida útil resultante a partir da carga/descarga desempenhada freqüentemente com alta energia ou com uma grande profundidade de carga/descarga.

[0021] Devido para o fato de tais características, é preferível que a energia elétrica armazenada no capacitor (10) venha a ser utilizada quando alta energia elétrica é para ser suprida para o motor gerador (2) dentro de um curto período de tempo, de maneira tal como no caso aonde o veículo começa a se movimentar. Entretanto, a energia elétrica armazenável no capacitor (10) é limitada e, conseqüentemente, é preferível que um mecanismo possibilitando utilização da energia elétrica armazenada na bateria secundária (20) na medida em que necessitada venha a ser proporcionada.

[0022] Desta maneira, o controle de carga/descarga de energia elétrica que é adequado para cada uma das características do capacitor (10) e da bateria secundária (20) é desempenhado, por intermédio do que a eficiência de energia pode ser aperfeiçoada sem encurtamento da vida útil da bateria secundária (20), e dessa maneira a eficiência de combustível do veículo pode ser aperfeiçoada.

[0023] No sistema de carga/descarga (1) configurado como aquele na Figura 1, a ECU (100) controla quanto ao fato de tracionar o motor gerador (2) ou quanto ao fato de fazer o motor gerador (2) gerar energia elétrica fundamentada no estado do veículo. O controlador (50) controla o conversor de energia elétrica (30) para determinar a relação de voltagens de entrada/saída de cada um do capacitor (10) e da bateria secundária (20) durante carga/descarga. Tal controle pelo controlador (50) é descrito aqui mais tarde em mais detalhes.

[0024] Fundamentada sobre a requisição a partir do motorista em aceleração/desaceleração, a velocidade de veículo e o SOC do capacitor (10), por exemplo, a ECU (100) controla a tração e a geração de energia no motor gerador (2) e bem como a operação do motor (4).

[0025] A seguir, o controlador (50) é descrito abaixo se referenciando para as Figuras 2 até 4B.

[0026] Como é mostrado na Figura 2, o controlador (50) inclui: uma unidade de detecção de SOC de capacitor (51) para detectar o SOC [State of Charge] (Estado de Carga) [%] do capacitor (10); uma unidade de detecção de corrente de capacitor (52) para detectar a corrente Ic [A] de entrada/saída com respeito para o capacitor (10); uma unidade de detecção de voltagem de capacitor (53) para detectar voltagem Vc [V] do capacitor (10); uma unidade de detecção de corrente de entrada/saída (54) para detectar corrente de entrada/saída [A] no conversor de energia elétrica (30) entre o motor gerador (2) e o conversor de energia elétrica; e uma unidade de detecção de SOC de bateria secundária (55) para detectar o SOC [%] da bateria secundária (20). O controlador (50) controla a operação do conversor de energia elétrica (30).

[0027] A configuração não é limitada para isto, e o capacitor (10) pode ser proporcionado com um detector de SOC para detectar o SOC, um detector de corrente para detectar um valor de corrente de entrada/saída, e um detector de voltagem para detectar voltagem. Similarmente, a bateria secundária (20) pode ser proporcionada com um detector de SOC para detectar o SOC, e o conversor de energia elétrica (30) pode ser proporcionado com um detector de corrente para detectar a corrente de entrada/saída. A unidade de detecção de SOC de capacitor (51) pode ser configurada para calcular o SOC fundamentado sobre a voltagem do capacitor (10) que é detectada pela unidade de detecção de voltagem de capacitor (53).

[0028] O controlador (50) inclui: uma unidade de cálculo de energia requisitada (61) para calcular energia de entrada/saída requisitada para o motor gerador (2) fundamentada sobre a corrente e a voltagem do capacitor (10) e a corrente de entrada/saída do conversor de energia elétrica (30); um mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) para especificar a relação de energia elétrica a ser suprida a partir do capacitor (10) para o motor gerador (2) para a energia de entrada requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61), fundamentada sobre o SOC do capacitor (10); e um mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) para especificar a relação da energia elétrica a ser armazenada no capacitor (10) a partir do motor gerador (2) para a energia de saída requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61), fundamentada sobre o SOC do capacitor (10).

[0029] A unidade de cálculo de energia requisitada (61) calcula energia de entrada/saída requisitada Preq [W] a partir da corrente Ic [A] e da voltagem Vc [V] do capacitor (10) e corrente de entrada/saída Ibref [A] do conversor de energia elétrica (30) entre o motor gerador (2) e o conversor de energia elétrica (30) por Vc x (Ic + Ibref). A requisição de energia de entrada/saída Preq [W] é a energia elétrica requerida quando o motor gerador (2) opera como um motor, ou é saída de energia elétrica regenerativa quando o motor gerador (2) opera como um gerador. A corrente de entrada/saída Ibref [A] flui a partir do conversor de energia elétrica (30) para o motor gerador (2) quando a energia elétrica é suprida para o motor gerador (2), e flui a partir do motor gerador (2) para o conversor de energia elétrica (30) quando o carregamento com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2) é desempenhado.

[0030] Como é mostrado na Figura 3A, o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (62) determina o fator de polarização em concordância com o SOC do capacitor (10) que é introduzido a partir da unidade de detecção de SOC de capacitor (51). Quando o SOC do capacitor (10) é igual a ou maior do que x2 + α [%] que é um primeiro valor de ajustamento pré-ajustado, o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (62) emite 1,0.

[0031] O mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) é configurado de maneira tal que, na medida em que o SOC do capacitor (10) cai abaixo de x2 [%] e diminui, a quantidade de energia elétrica descarregada a partir do capacitor (10) diminui, e quando a mesma diminui para ser x1 [%], a quantidade de energia elétrica alcança 0 (zero). Neste período de tempo, a quantidade de energia elétrica descarregada a partir da bateria secundária (20) aumenta pela quantidade de uma diminuição em energia elétrica descarregada a partir do capacitor (10). Aqui, x1 [%] é ajustada no SOC correspondendo para a voltagem obtida por adição de uma margem para a voltagem operável mínima do inversor (3), x2 [%] é ajustada no SOC por adição, para x1 [%], de cerca de 5 % para 10 % da faixa a partir de x1 [%] para x4 [%] de maneira tal a evitar cinegética.

[0032] Desta maneira, o mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) é configurado de maneira tal que, quando energia elétrica é suprida para o motor gerador (2), se o SOC do capacitor (10) é igual a ou maior do que x2 [%], energia elétrica é suprida a partir do capacitor (10) unicamente, e se o SOC do capacitor (10) cai abaixo de x2 [%], uma parte ou a integridade da energia elétrica é suprida a partir da bateria secundária (20).

[0033] Similarmente, como é mostrado na Figura 3B, o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) determina o fator de polarização em concordância com o SOC do capacitor (10) que é introduzido a partir da unidade de detecção de SOC de capacitor (51). Quando o SOC do capacitor (10) é igual para ou menor do que x3 [%] que é um terceiro valor de ajustamento pré-ajustado, o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) emite 1,0.

[0034] O mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) é configurado de maneira tal que, na medida em que o SOC do capacitor (10) excede x3 [%] e aumenta, a quantidade de energia elétrica armazenada no capacitor (10) diminui, e quando a mesma aumenta para ser x4 [%], a quantidade de energia elétrica alcança 0 (zero). Neste período de tempo, a quantidade de energia elétrica armazenada na bateria secundária (20) aumenta pela quantidade de uma diminuição em energia elétrica armazenada no capacitor (10). Aqui, x4 [%] é ajustado no SOC correspondendo para a voltagem quando o capacitor (10) está completamente carregado, e x3 [%] é ajustado no SOC por subtração, a partir de x4 [%], cerca de 5 % até 10 % da faixa a partir de x1 [%] para x4 [%] de maneira tal a evitar cinegética.

[0035] Desta maneira, o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) é configurado de maneira tal que, quando carregamento com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2) é desempenhado, se o SOC do capacitor (10) é igual a ou menor do que x3 [%], a energia elétrica regenerativa é armazenada no capacitor (10) unicamente, e se o SOC do capacitor (10) excede x3 [%], uma parte ou a integridade da energia elétrica regenerativa é armazenada na bateria secundária (20).

[0036] Como é mostrado na Figura 2, o controlador (50) inclui: uma unidade de multiplicação (64) para multiplicar o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) pela requisição de energia de entrada; uma unidade de multiplicação (65) para multiplicar o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) e o fator de carregamento obtido a partir do mapa de fator de carregamento de capacitor (63) pela energia de saída requisitada; um permutador (interruptor) de mudança de carga/descarga (66) para mudar entre a descarga a partir do capacitor (10) e a carga no capacitor (10) em concordância com a energia de entrada/saída requisitada; e uma unidade de subtração (67) para calcular energia de carga/descarga da bateria secundária (20) por subtração, a partir da energia de entrada/saída requisitada, a energia de carga/descarga do capacitor (10) obtida a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) ou do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63).

[0037] A unidade de multiplicação (64) multiplica o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) pela energia de entrada/saída requisitada Preq [W] calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61). Neste período de tempo, o fator de polarização é um valor a partir de 0 (zero) até 1,0. Conseqüentemente, a unidade de multiplicação (64) calcula a magnitude da saída de capacitor alvo a ser suprida a partir do capacitor (10) para o motor gerador (2) fora da energia de entrada/saída requisitada Preq [W].

[0038] Similarmente, a unidade de multiplicação (65) multiplica o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) pela energia de entrada/saída requisitada Preq [W] calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61). Neste período de tempo, o fator de polarização é um valor a partir de 0 (zero) até 1,0. Conseqüentemente a unidade de multiplicação (65) calcula a magnitude da saída de capacitor alvo a ser armazenada a partir do motor gerador (2) para o capacitor (10) fora da energia de entrada/saída requisitada Preq [W].

[0039] O permutador (interruptor) de mudança de carga/descarga (66) determina se a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61) é um valor positivo ou é um valor negativo. Quando a energia entrada/saída requisitada Preq [W] é um valor positivo, o permutador de mudança de carga/descarga (66) muda de maneira tal que o capacitor (10) desempenha descarga (saída de capacitor alvo é positiva), e quando a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] é um valor negativo, o mesmo muda de maneira tal que o capacitor (10) desempenha carga (saída de capacitor alvo é negativa).

[0040] A unidade de subtração (67) subtrai a saída de capacitor alvo do capacitor (10) a partir da energia de entrada/saída requisitada Preq [W] calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61). Em conseqüência disso, a saída de bateria secundária alvo da bateria secundária (20) é calculada.

[0041] O controlador (50) inclui: um mapa de carga/descarga (71) para especificar o limite superior da faixa de SOC que a bateria secundária (20) pode utilizar; um mapa de carga/descarga (72) para especificar o limite inferior da faixa de SOC que a bateria secundária (20) pode utilizar; e um limitador de carga/descarga (73) para limitar a saída da bateria secundária (20) fundamentada sobre o limite superior e sobre o limite inferior da saída da bateria secundária (20) obtida a partir dos mapas de carga/descarga (71, 72).

[0042] Os mapas de carga/descarga (71, 72), SOC [%] da bateria secundária (20) são introduzidos a partir da unidade de detecção de SOC de bateria secundária (55). Como é mostrado na Figura 4A e na Figura 4B, se o SOC da bateria secundária (20) é maior do que um valor pré-determinado x4, a saída para a lateral positiva é limitada. Ou seja, carga a partir do motor gerador (2) para a bateria secundária (20) é limitada. Se o SOC da bateria secundária (20) é menor do que um valor pré-determinado x1, a saída para a lateral negativa é limitada. Ou seja, descarga a partir da bateria secundária (20) para o motor gerador (2) é limitada.

[0043] Na Figura 4A, o mapa de carga/descarga (71) é configurado de maneira tal a fim de prevenir uma mudança abrupta da energia elétrica de carga/descarga da bateria secundária (20) provocada por uma mudança do SOC, a saída diminui com aumento em SOC entre um valor pré- determinado x3 e x4 que é maior do que x3, e a saída não é desempenhada, isto é, carga a partir do motor gerador (2) para a bateria secundária (20) não é desempenhada no período de tempo quando o SOC alcança o valor pré- determinado x4.

[0044] Similarmente, na Figura 4B, o mapa de carga/descarga (72) é configurado de maneira tal que a saída sobre a lateral negativa diminui com aumento em SOC entre um valor pré-determinado x2 e x1 que é menor do que x2, e a saída não é desempenhada, isto é, descarregamento a partir da bateria secundária (20) para o motor gerador (2) não é desempenhado no período de tempo quando o SOC alcança o valor pré-determinado x1.

[0045] O limite superior da quantidade de carga/descarga nestes mapas de carga/descarga (71, 72) é ajustado como a saída máxima do conversor de energia elétrica (30).

[0046] A seguir, se descreve a operação do sistema de carga/descarga (1), com referência para as Figuras 5A até 6C.

[0047] Em primeiro lugar, primordialmente se referindo para as Figuras 5A até 5C, a operação do sistema de carga/descarga (1) durante suprimento de energia elétrica a partir do capacitor (10) e da bateria secundária (20) para o motor gerador (2) é descrita.

[0048] Como é mostrado na Figura 5A, quando o SOC do capacitor (10) está na faixa a partir de x4 para x3, na medida em que o SOC do capacitor (10) possui suficiente margem, o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) é de 1,0. Conseqüentemente, na medida em que a saída de energia elétrica a partir do capacitor (10) se torna igual para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W], a energia elétrica é suprida a partir do capacitor (10) unicamente para o motor gerador (2).

[0049] Como é mostrado na Figura 5B, similarmente no caso onde o SOC do capacitor (10) está bem como na faixa a partir de x3 para x2, na medida em que o SOC do capacitor (10) possui suficiente margem, a energia elétrica é suprida a partir do capacitor (10) unicamente para o motor gerador (2).

[0050] Como é mostrado na Figura 5C, quando o SOC do capacitor (10) está na faixa a partir de x2 para x1, o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) é um valor de 0 (zero) ou de mais e de menos do que 1,0. Conseqüentemente, a unidade de multiplicação (64) multiplica o fator de polarização e a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] juntamente, por intermédio do que a magnitude da energia elétrica a ser suprida a partir do capacitor (10) para o motor gerador (2) é calculada.

[0051] Então, a unidade de subtração (67) subtrai a saída de energia elétrica a partir do capacitor (10) a partir da energia de entrada/saída requisitada Preq [W] calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61). Em conseqüência disso, a magnitude da energia elétrica a ser suprida a partir da bateria secundária (20) para o motor gerador (2) é calculada.

[0052] Conseqüentemente, quando o SOC do capacitor (10) está na faixa a partir de x2 para x1, a magnitude de energia elétrica é determinada de maneira tal que a soma da saída de energia elétrica a partir do capacitor (10) e da saída de energia elétrica a partir da bateria secundária (20) se iguala para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W]. Neste período de tempo, na medida em que o SOC do capacitor (10) diminui a partir de x2 para x1, a magnitude da saída de energia elétrica a partir da bateria secundária (20) gradualmente aumenta. Então, quando o SOC do capacitor (10) alcança x1, a energia elétrica é suprida a partir da bateria secundária (20) unicamente para o motor gerador (2).

[0053] Desta maneira, a relação de energia elétrica de descarregamento a partir do capacitor (10) para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] do motor gerador (2) calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61) pode ser obtida a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62). Então, a unidade de subtração (67) subtrai a energia elétrica de descarregamento do capacitor (10) obtida a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) a partir da energia de entrada/saída requisitada Preq [W], por intermédio do que a relação de energia elétrica de descarregamento a partir da bateria secundária (20) é determinada. Desta maneira, a soma da energia elétrica de descarregamento a partir do capacitor (10) e a partir da bateria secundária (20) se iguala para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W].

[0054] A seguir, primordialmente se referindo para as Figuras 6A até 6C, a operação do sistema de carga/descarga (1) durante carregamento do capacitor (10) e da bateria secundária (20) com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2) é descrita.

[0055] Como é mostrado na Figura 6A, quando o SOC do capacitor (10) está na faixa a partir de x1 para x2, na medida em que o SOC do capacitor (10) possui suficiente espaço livre, o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) é de 1,0. Conseqüentemente, na medida em que a energia elétrica armazenada no capacitor (10) se torna igual para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W], a energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2) é armazenada no capacitor (10) unicamente.

[0056] Como é mostrado na Figura 6B, no caso onde o SOC do capacitor (10) está bem como na faixa a partir de x2 para x3, na medida em que o SOC do capacitor (10) possui suficiente espaço livre e o SOC da bateria secundária (20) também venha a ser suficiente, a energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador (2) é armazenada no capacitor (10) unicamente.

[0057] Como é mostrado na Figura 6C, quando o SOC do capacitor (10) está na faixa a partir de x3 para x4, o fator de polarização obtido a partir do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) é um valor de 0 (zero) ou de mais e de menos do que 1,0. Conseqüentemente, a unidade de multiplicação (65) multiplica o fator de carregamento pela energia de entrada/saída requisitada Preq [W], por intermédio do que a magnitude da energia elétrica regenerativa a ser armazenada a partir do motor gerador (2) no capacitor (10) é calculada.

[0058] Então, a unidade de subtração (67) subtrai a energia elétrica a ser armazenada no capacitor (10) a partir da energia de entrada/saída requisitada Preq [W] calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61). Em conseqüência disso, a magnitude da energia elétrica a ser armazenada a partir do motor gerador (2) na bateria secundária (20) é calculada.

[0059] Conseqüentemente, quando o SOC do capacitor (10) está na faixa a partir de x3 para x4, a magnitude de energia elétrica é determinada de maneira tal que a soma da energia elétrica a ser armazenada no capacitor (10) e a energia elétrica a ser armazenada na bateria secundária (20) se iguala para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W]. Neste período de tempo, na medida em que o SOC do capacitor (10) aumenta a partir de x3 para x4, a magnitude da energia elétrica a ser armazenada na bateria secundária (20) gradualmente aumenta. Então, quando o SOC do capacitor (10) alcança x4, a energia elétrica regenerativa é armazenada a partir do motor gerador (2) na bateria secundária (20) unicamente.

[0060] Desta maneira, a relação de energia elétrica a ser carregada a partir do capacitor (10) para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] do motor gerador (2) calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61) pode ser obtida a partir do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) e do mapa de fator de carregamento de capacitor (68). Então, a unidade de subtração (67) subtrai a energia elétrica de carregamento do capacitor (10) obtida a partir do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) a partir da energia de entrada/saída requisitada Preq [W], por intermédio do que a relação de energia elétrica a ser carregada a partir da bateria secundária (20) é determinada. Desta maneira, a soma da energia elétrica a ser carregada a partir do capacitor (10) e a partir da bateria secundária (20) se iguala para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W].

[0061] Como descrito anteriormente se referindo para as Figuras 5A até 6C, o capacitor (10) desempenha carga/descarga com o motor gerador (2) unicamente, e nenhuma carga/descarga é desempenhada entre o capacitor (10) e a bateria secundária (20). Conseqüentemente, perda de energia devida para o fato da desnecessária carga/descarga pode ser suprimida, por intermédio do que a capacidade do capacitor (10) pode ser utilizada maximamente. Isto pode conduzir para aperfeiçoamento em eficiência de energia do sistema de carga/descarga (1) incluindo o capacitor (10) e a bateria secundária (20).

[0062] Similarmente, a bateria secundária (20) também desempenha carga/descarga com o motor gerador (2) unicamente. Conseqüentemente, freqüência de carga/descarga da bateria secundária (20) pode ser diminuída, e assim a vida útil da bateria secundária (20) pode ser tornada mais longa. Adicionalmente, a capacidade da bateria secundária (20) também pode ser tornada menor, e o tamanho e o peso da bateria secundária (20) podem ser diminuídos. Alternativamente, ao invés de fazer com que a capacidade da bateria secundária (20) venha a ser menor, uma bateria de armazenamento de chumbo de baixo custo pode ser utilizada como a bateria secundária (20), por exemplo. Isto pode reduzir os custos da bateria secundária (20).

[0063] O controle anteriormente estabelecido pode ser implementado simplesmente por controle para distribuição de energia elétrica entre o capacitor (10) e a bateria secundária (20) utilizando o controlador (50) sem dependência de um sistema de alta ordem (ordem superior) que é controlado pela ECU (100). Conseqüentemente, o sistema de carga/descarga (1) incluindo o capacitor (10) e a bateria secundária (20) pode ser utilizado como se o referido sistema de carga/descarga (1) fosse uma bateria de armazenamento única.

[0064] As concretizações da presente invenção anteriormente estabelecidas apresentam os efeitos vantajosos a seguir.

[0065] No sistema de carga/descarga (1), a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] do motor gerador (2) é calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61). Então, a relação de energia elétrica de carga/descarga pelo capacitor (10) é determinada a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) e do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) que são especificados fundamentados sobre o SOC do capacitor (10). Então, a unidade de subtração (67) subtrai a energia elétrica de carregamento/descarregamento do capacitor (10) obtida a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) ou do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) a partir da energia de entrada/saída requisitada Preq [W], por intermédio do que a relação de energia elétrica de carregamento/descarregamento pela bateria secundária (20) é determinada. Desta maneira, a soma da energia elétrica de carregamento/descarregamento pelo capacitor (10) e pela bateria secundária (20) se iguala para a energia de entrada/saída requisitada Preq [W] e, conseqüentemente, nenhuma carga/descarga é desempenhada entre o capacitor (10) e a bateria secundária (20). Isto pode conduzir para aperfeiçoamento em eficiência de energia do sistema de carga/descarga (1) incluindo o capacitor (10) e a bateria secundária (20).

[0066] Embora concretizações da presente invenção tenham sido descritas anteriormente, as concretizações anteriormente da presente invenção são meramente uma parte de exemplos da aplicação da presente invenção, e o escopo técnico da presente invenção não é limitado para as constituições específicas das concretizações da presente invenção anteriormente apresentadas.

[0067] Por exemplo, embora a bateria secundária (20) venha a ser uma bateria secundária de íon de lítio na descrição das concretizações da presente invenção, este não é um exemplo de limitação, e outros tipos de baterias secundárias, tais uma como bateria de armazenamento de chumbo ou uma bateria de níquel hidrogênio, podem ser utilizados. O capacitor (10) também não é limitado para o capacitor de dupla camada elétrico, e outros tipos de capacitores, tal como um capacitor de íon de lítio pode ser utilizado.

Claims (5)

1. Sistema de carga/descarga (1) capaz de suprir energia elétrica para um motor gerador elétrico (2) e de carregar com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador elétrico (2), compreendendo: - um capacitor (10) conectado ao motor gerador elétrico (2); - uma bateria secundária (20) conectada em paralelo ao capacitor (10); - um conversor de energia elétrica (30) colocado entre o capacitor (10) e a bateria secundária (20) para aumentar/diminuir voltagem de carga/descarga da bateria secundária (20); e: - um controlador (50) para controlar o conversor de energia elétrica (30); - em que o controlador (50) inclui: - uma unidade de cálculo de energia requisitada (61) configurada para calcular a energia de entrada/saída requisitada para o motor gerador elétrico (2) fundamentada sobre corrente e voltagem do capacitor (10) e corrente de entrada/saída do conversor de energia elétrica (30); - um mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) configurado para especificar uma relação de energia elétrica a ser suprida a partir do capacitor (10) para o motor gerador elétrico (2) para a energia de entrada requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61), fundamentada sobre o SOC do capacitor (10); - um mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) configurado para especificar uma relação de energia elétrica a ser armazenada no capacitor (10) a partir do motor gerador elétrico (2) para a energia de saída requisitada calculada pela unidade de cálculo de energia requisitada (61), fundamentada sobre o SOC do capacitor (10); e: - uma unidade de subtração (67) configurada para calcular energia de carga/descarga da bateria secundária (20) por subtração, a partir da energia de entrada/saída requisitada, a energia de carga/descarga do capacitor (10) obtida a partir do mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) ou do mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63), caracterizado pelo fato de que o capacitor (10) realiza carga/descarga somente com o motor gerador elétrico (2), sem realizar carga/descarga entre o capacitor (10) e a bateria secundaria (20).

2. Sistema de carga/descarga, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: - o mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) é configurado de maneira tal que, quando energia elétrica é suprida para o motor gerador elétrico (2), se o SOC do capacitor (10) é igual a ou maior do que um primeiro valor de ajustamento pré- ajustado, energia elétrica é suprida a partir do capacitor (10) unicamente, e se o SOC do capacitor (10) cai abaixo do primeiro valor de ajustamento, uma parte ou uma integridade de energia elétrica é suprida a partir da bateria secundária (20).

3. Sistema de carga/descarga, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: - o mapa de fator de polarização de descarregamento de capacitor (62) é configurado de maneira tal que, na medida em que o SOC do capacitor (10) cai abaixo do primeiro valor de ajustamento pré-ajustado e diminui, a quantidade de energia elétrica descarregada a partir da bateria secundária (20) aumenta.

4. Sistema de carga/descarga, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que: - o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) é configurado de maneira tal que, quando carga com energia elétrica regenerativa a partir do motor gerador elétrico (2) é desempenhada, se o SOC do capacitor (10) é igual a ou menor do que um segundo valor de ajustamento pré-ajustado, energia elétrica regenerativa é armazenada no capacitor (10) unicamente, e se o SOC do capacitor (10) excede o segundo valor de ajustamento, uma parte ou uma integridade de energia elétrica regenerativa é armazenada na bateria secundária (20).

5. Sistema de carga/descarga, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: - o mapa de fator de polarização de carregamento de capacitor (63) é configurado de maneira tal que, na medida em que o SOC do capacitor (10) excede o segundo valor de ajustamento e aumenta, a quantidade de energia elétrica armazenada na bateria secundária (20) aumenta.

Images