CA2713264A1 - Method of operating a hybrid motor including external combustion engine, a source of energy made for solid biomass and accumulators - Google Patents
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Abstract
Cette invention consiste en une méthode pour faire fonctionner un véhicule hybride formé d'un moteur à combustion externe, d'un réservoir de granules de biomasse solide et d'un accumulateur(s); de façon à répondre à la demande en énergie. Selon les principes de la présente invention, la demande en énergie est planifiée et l'énergie circule dans le système selon un mode de fonctionnement prédéterminé dans le but de maximiser l'efficacité. Lorsque le conducteur veut effectuer un parcours, la demande en énergie pour effectuer ce parcours est planifiée en fonction de différents paramètres qui influencent la consommation. La production, le stockage et l'utilisation de l'énergie sont modulées en temps réel selon la position du véhicule par rapport à l'ensemble du parcours. Lorsque le conducteur fait une demande en énergie, le véhicule est préparé pour faire face à cette demande. L'énergie peut provenir des accumulateurs et/ou du moteur à combustion externe. Ce type de gestion permet d'optimiser chaque composants en fonction de l'utilisation du véhicule et d'éviter un surdimensionnement, un sous dimensionnement, une sur production d'énergie, une sous production d'énergie, un sur stockage d'énergie, un sous stockage d'énergie.This invention consists of a method for operating a hybrid vehicle formed by an external combustion engine, a solid biomass pellet tank and an accumulator (s); in order to meet the demand for energy. According to the principles of the present invention, the energy demand is planned and the energy flows through the system according to a predetermined operating mode in order to maximize efficiency. When the driver wants to make a journey, the energy demand to make this journey is planned according to various parameters which influence consumption. The production, storage and use of energy are modulated in real time according to the position of the vehicle in relation to the entire route. When the driver makes a demand for energy, the vehicle is prepared to meet this demand. Energy can come from the accumulators and / or from the external combustion engine. This type of management makes it possible to optimize each component according to the use of the vehicle and to avoid oversizing, undersizing, over-production of energy, under-production of energy, over-storage of energy, an energy storage.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
L'efficacité des moteurs à combustion interne est d'environ 15%. Cela signifie que seulement 15% de l'énergie contenu dans le carburant sert à faire avancer le véhicule.
L'énergie est majoritairement perdue sous forme de chaleur par le système d'échappement, le système de refroidissement et le système de freinage.
Les moteurs électriques ont une efficacité élevée. Les pertes sont de l'ordre de 10%. Les pertes sont de 5% pour les moteurs électriques à haute efficacité. Aussi, les moteurs électriques peuvent être contrôlés par des composants électroniques. Il existe différents types de contrôle comme par exemple le contrôle de la vitesse de rotation.
Les véhicules électriques fonctionnant uniquement avec une batterie comme source d'énergie ont la réputation d'avoir un rayon d'action limité, un temps de recharge lent.
Aussi le coût des batteries est élevé. Le nombre de recharge est limitée. Les matières premières pour la fabrication des batteries sont des ressources non renouvelables.
L'expression moteur hybride désigne un moteur utilisant plus d'une source d'énergie et/ou plus d'un type de moteur. Par exemple, la Toyota Prius utilise une motorisation essence et électricité. Le but d'un moteur hybride est de gérer le fonctionnement pour obtenir une efficacité
améliorer. Cela permet au véhicule hybride d'avoir une consommation en carburant qui est inférieure en conduite urbaine par rapport à la conduite sur route.
Généralement, la principale source d'énergie permettant le mouvement d'un véhicule hybride est un moteur à combustion interne alimenté par un réservoir qui contient un carburant liquide et un moteur électrique alimenté par des batteries. Le moteur électrique permet de récupérer une partie de l'énergie de freinage et de la dirigée vers un dispositif de stockage comme les batteries électriques.
Il est possible de produire des bio carburant solide aussi appelé granules de bois en utilisant des plantes à croissance rapide. Le saule arbustif (Salix), le panic érigé
(Panicum), le peuplier hybride (Populus) sont quelques plantes qui peuvent servir à la production de bio carburant solide.
En conservant le carburant sous forme solide, on évite les pertes entraînées par la transformation d'un produit solide en un produit liquide. Pour transformer des plantes en bio carburant liquide (éthanol), il faut des procédés complexes, qui consomment des grandes quantités d'énergie. La production de bio carburant solide demande des équipements modestes qui consomme peu d'énergie. Cela permet d'être neutre sur le plan du carbone. Les plantes fixes le carbone pendant leur croissance et le carbone est libéré pendant la combustion.
L'énergie provenant des granules de bio masse solide et l'énergie provenant de l'accumulateur se complètent. Les accumulateurs ont un temps de réponse rapide et le moteur à
combustion externe permet une autonomie élevée. FIELD OF THE INVENTION
The efficiency of internal combustion engines is about 15%. That means that only 15% of the energy in the fuel is used to drive the vehicle.
Energy is mostly lost as heat through the exhaust system, the system of cooling and braking system.
Electric motors have a high efficiency. Losses are of the order 10%. The loss are 5% for high efficiency electric motors. Also, the engines electric can be controlled by electronic components. There are different types of control as per example the control of the speed of rotation.
Electric vehicles running only with a battery like source of energy have the reputation of having a limited range, a slow cooldown.
Also the cost of batteries is high. The number of refills is limited. Raw materials for the manufacture batteries are non-renewable resources.
Hybrid motor refers to a motor that uses more than one source energy and / or more than one type of engine. For example, the Toyota Prius uses a petrol engine and electricity. The purpose of a hybrid engine is to manage the operation for get an efficiency improve. This allows the hybrid vehicle to have a consumption in fuel that is lower in urban driving compared to driving on the road.
Generally, the main source of energy allowing the movement of a hybrid vehicle is an internal combustion engine powered by a tank which contains a liquid fuel and a electric motor powered by batteries. The electric motor allows recover a part of braking energy and directed to a storage device like The batteries electric.
It is possible to produce solid bio fuel also called granules of using wood fast growing plants. Willow shrub (Salix), switchgrass (Panicum), the hybrid poplar (Populus) are some plants that can be used for organic production solid fuel.
Keeping the fuel in solid form avoids the losses incurred by transformation from a solid product to a liquid product. To transform plants into organic liquid fuel (ethanol) requires complex processes that consume large quantities of amounts of energy. The bio solid fuel production requires modest equipment that consumes little energy. This helps to be carbon neutral. Fixed plants the carbon during their growth and carbon is released during combustion.
Energy from solid bio mass pellets and energy from the accumulator complete. Accumulators have a fast response time and the engine to external combustion allows a high autonomy.
2 Donc, il existe un besoin pour une méthode nouvelle et améliorée qui produit des résultats supérieurs pour contrôler un moteur hybride alimenté avec un bio carburant solide dans le but de propulser un véhicule.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Cette invention consiste en une méthode nouvelle et améliorer de contrôle pour un moteur hybride alimenté avec un bio carburant solide dans le but de maximiser l'efficacité énergétique et de rendre la conduite d'un véhicule fiable.
Selon les principes de la présente invention, lorsqu'il y a une demande en énergie à la sortie du moteur hybride, l'énergie électrique dirigée vers la sortie peut provenir de différentes sources.
L'énergie peut provenir de l'accumulateur(s) et/ou du moteur à combustion externe. Le choix de la source dépend de différents facteurs. Cela dépend de l'énergie disponible, de l'estimation de l'énergie qui sera nécessaire pour une durée déterminée et du temps de réponse des sources d'énergie. Dans le cas d'un véhicule, l'estimation de l'énergie est basée sur la distance à
parcourir, la vitesse, la charge à remorquer, la position du véhicule (Système de Positionnent).
Des données comme le type de parcours (urbain, autoroute), la topographie (relief), la densité de la circulation, les conditions climatiques, qualité de la route, route en réparation, ainsi que d'autres conditions qui pourraient influencer la gestion de la consommation sont placées dans un serveur internet. Ces données ne sont pas influencées par le type de véhicule mais elles influences la gestion de l'énergie.
La principale source d'énergie provient du moteur à combustion externe, il est important de bien planifier l'utilisation de la chambre de combustion. Au départ, la chambre de combustion est froide il faut envoyer du carburant à l'intérieur et procéder à allumage. Cela peut ce faire avec des électrodes ou des résistances ou d'autres dispositifs (non montré sur le dessin). Une fois la chambre de combustion réchauffée, la chambre de combustion doit être conservée chaude pour toute la durée du parcours.
Un litre d'essence contient 9,7 kWh d'énergie.(évalué en pouvoir calorifique supérieur) Un kilogramme de granule de bio masse solide contient 5 kWh d'énergie.
Donc l'énergie contenue dans un réservoir d'essence de 51 litres correspond à
environ 100 kg de bio carburant solide.
Le fait de connaître la position en temps réel et la demande en énergie pour les prochaines étapes permet de préparer la production et le stockage de l'énergie en fonction des temps de réponses et des niveaux de stockage actuels.
Si le système planifie avoir une faible consommation d'énergie pour une distance déterminée, le système envoi la quantité de carburant minimum dans la chambre de combustion pour que le moteur à combustion externe et l'accumulateur(s) puissent répondre à la demande planifiée.
Si le système planifie avoir une consommation d'énergie élevée pour une distance déterminée, le système envoi une quantité de carburant plus élevée dans la chambre de combustion pour que le moteur à combustion externe et l'accumulateur(s) puissent répondre à la demande planifiée.
j Si nécessaire, le moteur à combustion externe doit produire des surplus qui sont dirigés vers l'accumulateur(s).
Le niveau de charge des accumulateurs doit être maintenu au-dessus d'une limite minimum pour ne pas endommager les batteries. Les accumulateurs sont utilisés au maximum pour améliorer l'efficacité et permettre la recharge pendant les périodes d'arrêts. Par exemple, a l'approche du point d'arrivée, le système peut diminuer la température de la chambre de combustion et utiliser au maximum les accumulateurs.
La gestion de l'énergie se fait en deux niveaux. Le premier niveau consiste en une gestion sur l'ensemble du trajet. Le second niveau consiste en une gestion des événements ponctuels comme par exemple des freinages et des accélérations non planifiés.
Dans le cas d'un nouveau parcours. L'usager indique le point d'arriver. Le système de positionnement détermine la position initiale. L'ordinateur reçoit les données du serveur sur la forme de la route et les autre facteurs variables. L'ordinateur trace un itinéraire dans le but de faire une évaluation optimale de la gestion de l'énergie.
Dans le cas d'un parcours exécuté à répétition, par exemple pour des véhicules de transport en commun, des véhicules de livraisons. Le parcours est enregistré et le système fait une évaluation de la performance dans le but d'améliorer l'efficacité. L'ordinateur reçoit les données extérieurs qui influences la consommation.
Dans le cas d'imprévus, le système doit être capable d'une autonomie suffisante pour qu'il n'y ait pas d'interruption et avoir le temps de réajuster les niveaux d'énergie en fonction de sa nouvelle position.
Pendant le freinage, l'énergie peut être récupérée. Cette énergie peut être dirigée vers l'accumulateur(s) ou vers un échangeur(s) de chaleur. C'est le système de gestion qui détermine ce qui est le plus efficace selon le niveau d'énergie des accumulateurs, de l'utilisation du moteur à combustion externe et de la demande en énergie pour le reste du parcours.
Pour un véhicule conventionnel, l'accélération et le freinage représentent environ 6% de l'énergie consommée en conduite urbaine et 2% en conduite sur route. Lorsque que le conducteur fait une demande de freinage, c'est le frein conventionnel qui débute le freinage. Un pourcentage ou la totalité du freinage est transféré au système de récupération de façon sécuritaire.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
FIG. 1 est un diagramme schématique d'un véhicule hybride alimenter au bio carburant solide.
FIG. 2 est un diagramme logique pour le contrôle du système d'opération d'un véhicule propulsé
par moteur hybride.
FIG. 3 est une représentation graphique de la répartition de la demande en énergie planifiée.
FIG. 4 est un diagramme logique de la gestion du fonctionnement de la chambre de combustion et du moteur à combustion externe en fonction de la demande planifiée à la FIG. 3.
FIG. 5 est un diagramme logique de la gestion de l'accélération pour un véhicule hybride alimenter avec un bio carburant solide.
FIG. 6 est un diagramme logique de la gestion du freinage d'un véhicule hybride alimenter avec un bio carburant solide.
FIG.7 est un diagramme schématique d'un exemple d'accumulateur hydraulique.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Dans la description qui suit, le terme bio carburant solide désigne des granules formés avec des plantes aussi appelé granules de bois.
Le terme moteur à combustion externe désigne un moteur qui utilise un fluide moteur et un cycle thermodynamique. Le fluide moteur évolue selon un cycle puis revient à son état initial. Un exemple de ce type de cycle est le cycle de puissance à vapeur appelé cycle de Rankine. Pour rendre le dessin plus clair, le cycle de régénération n'est pas représenté.
Le terme accumulateur désigne des dispositifs de stockage tel que les batteries électriques, les super-condensateurs, les volants d'inertie, les accumulateurs hydrauliques, les batteries oléopneumatiques, batteries hydropneumatiques ainsi que des systèmes semblables.
Le terme système de positionnement mondiale désigne un système capable de déterminer l'endroit où se situe le véhicule. Il permet de connaître la position en temps réel.
Le terme moteur électrique désigne un moteur qui entraîne la roue et permet la récupération de l'énergie cinétique pendant le freinage.
Le terme charge à remorquer représente la charge fixe et les charges variables.
Le terme facteurs variables représente l'ensemble des facteurs extérieurs tel que les facteurs climatiques (température, vents), la forme de la route (intensité des pentes), qualité de la route, fluidité de la circulation.
Le terme énergie disponible représente l'énergie emmagasinée dans les accumulateurs électriques, mécaniques et thermiques.
Le terme temps de réponse désigne le temps qui s'écoule entre le moment de la demande en énergie et le moment où cette énergie est délivrée.
Application Selon les principes de la présente invention, si une personne veut faire un parcours avec un véhicule propulsé par le moteur hybride 1O(FIG.1), un ensemble d'informations sont entrées dans l'unité de contrôle centrale 12, pour permettre la gestion de l'énergie.
L'usager doit fournir le point d'arrivée et la charge remorquée (la charge remorquée peu être mesurée par des capteurs).
Le système de positionnement mondiale 14 indique la position en temps réel. Le serveur 16 transmet un ensemble d'informations (facteurs variables) provenant de l'extérieur. Des exemples de facteurs variables sont la distance, la vitesse autorisée, les conditions climatiques (température, direction et intensité du vent, pluie, neige, glace), le type de trajet(ville, route), la topographie (localisation des pentes positives et négatives, intensité des pentes, courbes), qualité de la route, densité de la circulation (position des bouchons), ainsi que d'autres conditions qui pourraient influencer la gestion de la consommation comme par exemple les besoins en chauffage et en climatisation.
La FIG.1 montre les éléments qui forment l'ensemble du moteur hybride 10.
Lorsque le conducteur fait une demande en énergie, l'énergie provient de l'accumulateur(s) 42 et/ou du moteur à combustion externe 26. Le fluide moteur est transformé en vapeur par la chambre de combustion 20. La chambre de combustion est alimentée par un réservoir de bio masse solide 18.
La vapeur peut être stocké dans un réservoir 22. La valve 24 permet d'actionner le moteur 26.
Après sa sortie du moteur 26, le fluide passe par le condenseur 28. Le fluide peut alors être pompé par la pompe 30 et le cycle recommence. L'air qui entre dans la chambre de combustion est réchauffé par les gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur 34. Les gaz d'échappement passent par un système antipollution 36. Les cendres sont récupérées par un réservoir 38. Le moteur 26 entraîne l'alternateur/générateur 40 en actionnant l'embrayage 54.
Le moteur à
combustion externe peut aussi entraîner la roue 60 en actionnant l'embrayage 56.
Pour déterminer combien d'énergie provient de l'accumulateur(s) 42 et combien d'énergie provient du moteur 26, l'unité de contrôle centrale 12 fait une gestion basée sur la connaissance de l'ensemble du trajet à parcourir. Le système de positionnement 14 indique la position en temps réel. Le serveur 16 indique des changements qui pourraient influencer la consommation. Le commutateur 48 permet de diriger l'énergie vers le contrôle de vitesse 44 ou vers l'accumulateur(s) 42. Le commutateur 50 permet de diriger l'énergie de l'accumulateur(s) 42 vers le contrôle de vitesse 44. Le moteur électrique 58 convertit l'énergie électrique provenant du contrôle de vitesse 44 en mouvement de rotation de la roue 60.
Dans le cas du freinage, l'énergie cinétique est convertie en énergie électrique par le moteur/frein 58. L'énergie est transformée par le contrôle de frein 46 pour être dirigée vers l'accumulateur(s) 42 ou vers l'échangeur de chaleur 32 en passant par le commutateur 52.
La FIG.2 montre une caractéristique de ce système de gestion. En connaissant le point d'arrivée (étape 201), l'unité de contrôle 12(FIG.1), fait une évaluation (étape 203) pour déterminer si le trajet est nouveau. Si le trajet n'est pas nouveau alors l'estimation de l'énergie est basée sur les données antérieures comparables (étape 204). Cette estimation prend en compte les facteurs variables à l'étape 202. Si le trajet est nouveau (étape 203), l'unité de contrôle 12(FIG.1) fait une recherche pour déterminer si le point d'arrivée est connu (étape 206). Si le point est inconnu, alors l'unité de contrôle 12 fait une interpolation basée le point connu le plus rapproché (étape 207). Si le point d'arrivée est nouveau et connu, alors l'unité de contrôle 12(FIG.1) fait une estimation de l'énergie nécessaire (étape 208).
La FIG.3 représente un exemple d'une estimation de l'énergie consommée pour l'ensemble d'un trajet. L'équation de la courbe 301 indique l'estimation de l'énergie consommée en fonction de la position. L'unité de contrôle centrale 12(FIG.1) doit préparer la production et la distribution de l'énergie en fonction des temps de réponses. Par exemple si le véhicule est situé au point A, alors l'unité de contrôle centrale 12 FIG.1 doit planifier la gestion de l'énergie pour répondre à la demande planifier pour l'intervalle AB. Il s'agit d'un processus continu sur toute la durée du parcours parce que la consommation n'est pas linéaire.
Il y 2 types de gestion.
La gestion à long terme.
C'est la gestion sur l'ensemble du trajet, ce type de gestion est représenté
par un exemple à la FIG.3. Il est basé sur le maximum d'information. Les temps de réponses sont différents.
L'accumulateur électrique possède un temps de réponse rapide. De façon générale, les batteries électriques ont la capacité de fournir un fort courant électrique pendant une courte période de temps. Le temps de réponse du moteur à combustion externe est relativement lent car le fluide moteur doit parcourir l'ensemble du circuit pour actionner le moteur à
combustion externe. C'est pourquoi il est important d'avoir une bonne planification. Les accumulateurs mécaniques ont un temps de réponse intermédiaire.
La FIG.4 représente la gestion du moteur à combustion externe. La température de la chambre de combustion est ajustée (étape 401) selon de demande planifiée à la FIG.2 et FIG.3. La vapeur peut-être stockée dans un réservoir(s) (étape 402) selon le niveau de pression optimum et sécuritaire. Le moteur à combustion externe est actionné pour répondre à la demande planifiée en respectant les temps de réponse à l'étape 403. Le moteur à combustion externe doit produire des surplus pour ajuster le niveau d'énergie des accumulateurs (404) et minimiser les charges et les décharges des accumulateurs.
Dans le cas d'une accélération, la FIG.5 représente une stratégie pour la gestion de l'énergie. Si l'on démarre de la position arrêt (vitesse égale à zéro), l'énergie provient de l'accumulateur électrique (étape 501) (42 FIG.1). Cela permet de débuter la propulsion du véhicule. Dès que l'énergie provenant de l'accumulateur mécanique est disponible (étape 503) (42 FIG.1), c'est l'accumulateur mécanique qui prend la relève. La transition doit se faire graduellement pour éviter les secousses. Une fois que l'accumulateur mécanique a terminé de fournir l'énergie, le moteur à combustion externe prend la relève (étape 506) (26 FIG.1). La transition doit se faire graduellement. C'est la position des contacts sur les commutateurs 48 et 50 FIG. 1 qui permet de choisir la circulation de l'énergie électrique. Le passage de l'accumulateur électrique à
l'accumulateur mécanique puis au moteur à combustion externe est déterminé, en partie, par l'estimation de l'énergie qui sera consommée (FIG.2 et 3). C'est en actionnant l'embrayage (56 FIG. 1) que le moteur à combustion externe vient appuyer et remplacer le moteur électrique (58 FIG.1). L'embrayage (54 FIG.1) permet au moteur à combustion externe (26 FIG.1) d'actionner l'alternateur/générateur (40 FIG.1). L'alternateur/générateur peut acheminer l'énergie électrique vers l'accumulateur(s) (42 FIG.1) ou vers le moteur (58 FIG.1) en sélectionnant la position des commutateur (48 et 50 FIG.1). Les surplus d'énergie produit par le moteur à
combustion externe (26 FIG. 1) sont dirigés vers l'accumulateur(s) (42 FIG. 1). Cette évaluation est préparée de façon continue, de sorte que si le conducteur appui sur l'accélérateur, le système est prêt à réagir.
Dans le cas d'une accélération à partir d'une vitesse constante différente de 0, alors la FIG.5 s'applique. Cependant, le moteur à combustion externe 26 est déjà en opération. Le moteur électrique 58 vient alors en support, le temps que le moteur à combustion externe s'ajuste en fonction de la vitesse demandée et des prévisions de consommation pour les prochaines étapes.
Dans le cas d'une reprise (après un freinage), la vitesse du véhicule est différente de 0. La FIG.5 s'applique. C'est le moteur électrique 58 qui est le premier à répondre à la demande. La charge est graduellement transférée au moteur à combustion externe 26.
Dans le cas où le véhicule doit monté une forte pente, les deux moteurs 26 et 58 peuvent fonctionner ensemble pour une courte période de temps afin de répondre à la demande. Il faut garder en tête que le véhicule sait avant de débuter une montée qu'il doit avoir une certaine quantité d'énergie dans les accumulateurs 42 et qu'il doit aussi préparer la production d'énergie du moteur à combustion externe 26 en fonction de l'énergie qu'il devra fournir.
Dans le cas du freinage (FIG.6), la stratégie consiste à transférer le freinage conventionnel (étape 601) vers le freinage capable de récupérer l'énergie cinétique. L'accumulateur mécanique permet d'absorber l'énergie de freinage et de la retourner rapidement. Si l'accumulateur mécanique n'est pas disponible pour stocker l'énergie alors il faut vérifier si l'accumulateur électrique est disponible pour recevoir de l'énergie (étape 603). Généralement, les batteries ont un temps de charge qui est relativement lent. Une charge rapide pourrait endommager les batteries. Si les accumulateurs sont chargés ou que la vitesse de freinage est trop élevée(trop d'énergie disponible pendant un court moment), alors l'énergie cinétique provenant du freinage est dirigée vers l'échangeur de chaleur (étape 604). Le courant électrique généré par le moteur/frein électromagnétique (58 FIG. 1) est acheminé vers l'échangeur de chaleur (32 FIG. 1). Cet échangeur consiste en des résistances qui vont transformer l'énergie électrique en chaleur. Cette chaleur est récupérée en réchauffant le fluide qui est diriger vers la chambre de combustion (20 FIG.1) (régénération). Si aucun des dispositifs de récupération d'énergie n'est disponible, alors c'est le système de freinage conventionnel qui est actionné à l'étape 605 (système non montré).
Cette évaluation est préparée de façon continue, de sorte que si le conducteur appui sur le frein, le système est prêt à réagir. Les systèmes peuvent fonctionner simultanément, par exemple, la répartition du freinage pourrait être 20% freinage conventionnel, 80% freinage régénératif.
Il y a aussi la gestion à court terme.
C'est la gestion des arrêts, des départs, des accélérations, des décélérations non planifiés. Ces variations sont amorties par l'accumulateur(s) (42 FIG. 1). Il existe différent type d'accumulateurs mécaniques comme par exemple les volants d'inertie, les batteries oléopneumatiques, les accumulateurs hydropneumatiques, les accumulateurs hydrauliques.
L'accumulateur privilégié
pour ce type de variation est l'accumulateur mécanique. Cela permet de réduire l'utilisation des accumulateurs électriques comme les batteries chimiques et d'augmenter leur durée de vie. La FIG.7 représente un exemple schématique d'un accumulateur hydraulique. En actionnant l'embrayage 82 et la valve 74, le contrôle 12 permet à la pompe de transférer le fluide contenu dans le réservoir 70 vers le cylindre 76. Le pompage terminé, la valve 74 est fermée pour conservée l'énergie. Pour récupérer l'énergie emmagasinée, la valve 74 est ouverte. Le ressort 78 placé dans le cylindre 76 retourne le fluide vers le réservoir 70 en passant par la pompe 72. La pompe entraîne la roue 60 en actionnant l'embrayage 82.
Le fait de connaître la distance et le temps de recharge permet de concevoir un système avec des dimensions optimum pour les différents composants comme le moteur à combustion externe, les accumulateurs, les moteurs électriques. C'est donc dire que la configuration pourrait être très différente selon le type de véhicule et son utilisation.
Une personne compétente dans le domaine va remarquer que des étapes peuvent être retirées, ajoutées et/ou exécutées dans un ordre différent.
Plusieurs modifications peuvent être effectuées sans dévier de l'esprit de la présente invention. 2 So, there is a need for a new and improved method that produces results to control a hybrid engine powered with a bio fuel solid for the purpose of propel a vehicle.
SUMMARY OF THE INVENTION
This invention consists of a new method and improve control for a motor hybrid fueled with a solid bio fuel in order to maximize energy efficiency and to make the driving of a vehicle reliable.
According to the principles of the present invention, when there is a demand for energy out of the hybrid engine, the electrical energy directed to the output may come from different sources.
The energy can come from the accumulator (s) and / or the combustion engine external. The choice of the source depends on different factors. It depends on the energy available, of the estimate of the energy that will be needed for a fixed duration and the response time sources energy. In the case of a vehicle, the energy estimate is based on the distance to browse, speed, load to tow, vehicle position (System of Positionnent).
Data such as route type (urban, highway), topography (relief), the density of traffic, weather conditions, road quality, road in repair, as well as other conditions that could influence the management of consumption are placed in a Internet server. These data are not influenced by the type of vehicle but they influences energy management.
The main source of energy comes from the external combustion engine, it is important of good plan the use of the firebox. Initially, the chamber of combustion is cold it is necessary to send fuel inside and proceed to ignition. it can do this with electrodes or resistors or other devices (not shown on the drawing). Once heated combustion chamber, the combustion chamber must be kept hot for the entire duration of the course.
One liter of gasoline contains 9.7 kWh of energy (evaluated in calorific value superior) One kilogram of solid bio mass pellets contains 5 kWh of energy.
So the energy contained in a 51-liter gas tank corresponds to about 100 kg of bio solid fuel.
Knowing the position in real time and the energy demand for the next steps allows to prepare the production and storage of energy according to response time and current storage levels.
If the system plans to have low power consumption for a determined distance, the system sending the minimum amount of fuel into the combustion chamber for the external combustion engine and the accumulator (s) can meet the planned request.
If the system plans to have a high energy consumption for a determined distance, the system sending a higher amount of fuel into the chamber of combustion so that the external combustion engine and the accumulator (s) can meet the planned request.
j If necessary, the external combustion engine must produce surpluses are directed to the accumulator (s).
The charge level of the accumulators must be maintained over a minimum limit for do not damage the batteries. Accumulators are used to the maximum to improve efficiency and allow charging during periods of downtime. By example, as we approach end point, the system may decrease the temperature of the chamber of combustion and use at the maximum accumulators.
Energy management is done in two levels. The first level consists of management on the whole journey. The second level consists of event management punctual as for example unplanned braking and accelerations.
In the case of a new course. The user indicates the point of arrival. The system of positioning determines the initial position. The computer receives the data of the server on the shape of the road and other variables. The computer traces a route in order to make an optimal assessment of energy management.
In the case of a repeated journey, for example for vehicles transportation common delivery vehicles. The course is recorded and the system make an evaluation performance in order to improve efficiency. The computer receives external data which influences consumption.
In the case of unforeseen events, the system must be capable of sufficient for there to be no interruption and have time to readjust the energy levels in according to his new position.
During braking, the energy can be recovered. This energy can be directed to the accumulator (s) or to a heat exchanger (s). This is the system of management that determines which is the most efficient according to the energy level of the accumulators, the use of the engine external combustion and energy demand for the rest of the course.
For a vehicle conventional, acceleration and braking account for about 6% of the energy consumed urban driving and 2% driving on the road. When the driver does a request of braking is the conventional brake that starts braking. A percentage or the whole Braking is transferred to the recovery system safely.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG. 1 is a schematic diagram of a hybrid vehicle fueling organic solid fuel.
FIG. 2 is a logic diagram for the control of the operating system of a powered vehicle by hybrid engine.
FIG. 3 is a graphical representation of the distribution of demand in planned energy.
FIG. 4 is a logic diagram of the management of the operation of the chamber of combustion and the external combustion engine according to the planned demand at the FIG. 3.
FIG. 5 is a logic diagram of the acceleration management for a hybrid vehicle feed with a solid bio fuel.
FIG. 6 is a logic diagram of the braking management of a vehicle hybrid feed with a solid bio fuel.
FIG. 7 is a schematic diagram of an exemplary hydraulic accumulator.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following description, the term solid bio-fuel refers to granules formed with plants also called wood pellets.
The term external combustion engine refers to an engine that uses a fluid motor and a cycle thermodynamic. The working fluid evolves according to a cycle then returns to its initial state. A
example of this type of cycle is the steam power cycle called cycle of Rankine. For make the drawing clearer, the regeneration cycle is not shown.
The term accumulator refers to storage devices such as electric batteries, super-capacitors, flywheels, accumulators hydraulic, batteries oleopneumatic, hydropneumatic batteries as well as systems similar.
The term global positioning system refers to a system capable of determine where the vehicle is. It allows to know the position in time real.
The term electric motor refers to a motor that drives the wheel and allows the recovery of kinetic energy during braking.
The term load to tow represents the fixed load and the loads variables.
The term variable factors represents all the external factors such as that the factors climate (temperature, winds), the shape of the road (slope intensity), quality of the road, flow of traffic.
The term available energy represents the energy stored in the Accumulators electrical, mechanical and thermal.
The term response time refers to the time that elapses between the time of the request in energy and the moment that energy is delivered.
Application According to the principles of the present invention, if a person wants to make a course with a vehicle powered by the hybrid engine 1O (FIG. 1), a set of information have entered the central control unit 12, to enable the management of energy.
The user must provide the point of arrival and the towed load (the towed load can be measured by sensors).
The global positioning system 14 indicates the position in real time. The server 16 transmits a set of information (variable factors) from outside. Examples variable factors are distance, speed, conditions climate (temperature, direction and intensity of the wind, rain, snow, ice), type of trip (city, road), topography (location of positive and negative slopes, slope intensity, curves), quality of the road, traffic density (position of the traffic jams), as well as other conditions that could influence the management of consumption such as the need for heating and air conditioner.
FIG. 1 shows the elements that make up the entire hybrid engine 10.
When the driver makes a demand for energy, the energy comes from accumulator (s) 42 and / or external combustion engine 26. The working fluid is converted into steam by the room combustion 20. The combustion chamber is fed by a bio tank solid mass 18.
Steam can be stored in a tank 22. The valve 24 allows to operate the engine 26.
After leaving the motor 26, the fluid passes through the condenser 28. The fluid can then be pumped by the pump 30 and the cycle starts again. The air that enters the room of combustion is heated by the exhaust gases in the heat exchanger 34.
exhaust gas pass through an anti-pollution system 36. The ashes are recovered by a tank 38. The motor 26 drives alternator / generator 40 by actuating clutch 54.
The engine to External combustion can also drive the wheel 60 by operating the clutch 56.
To determine how much energy comes from the accumulator (s) 42 and how much energy comes from the engine 26, the central control unit 12 makes a management based on knowledge of the whole journey to go. The positioning system 14 indicates the position in time real. The server 16 indicates changes that could influence the consumption. The switch 48 makes it possible to direct the energy towards the speed control 44 or towards the accumulator (s) 42. The switch 50 makes it possible to direct the energy of the accumulator (s) 42 to the speed control 44. The electric motor 58 converts the energy electric from speed control 44 in rotational movement of the wheel 60.
In the case of braking, kinetic energy is converted into energy electric by motor / brake 58. The energy is transformed by brake control 46 to be directed to the accumulator (s) 42 or to the heat exchanger 32 via the switch 52.
FIG. 2 shows a characteristic of this management system. By knowing the point of arrival (step 201), the control unit 12 (FIG. 1), makes an evaluation (step 203) to determine if the trip is new. If the journey is not new then the estimate of energy is based on comparable prior data (step 204). This estimate takes into account factors variables at step 202. If the path is new (step 203), the unit of control 12 (FIG.1) makes a research to determine if the end point is known (step 206). If the point is unknown, then the control unit 12 does an interpolation based the known point the closer (step 207). If the point of arrival is new and known, then the control unit 12 (FIG.1) makes a estimating the energy required (step 208).
FIG. 3 represents an example of an estimate of the energy consumed for all of one path. The equation of curve 301 indicates the energy estimate consumed according to the position. The central control unit 12 (FIG. 1) must prepare the production and the distribution of the energy according to the response times. For example if the vehicle is located at point A, then the central control unit 12 FIG.1 must plan the energy management to answer the request scheduling for the AB interval. This is a continuous process on the entire duration of course because consumption is not linear.
There are 2 types of management.
Long-term management.
It's management over the entire journey, this type of management is represented by an example to the FIG.3. It is based on the maximum of information. The response times are different.
The electric accumulator has a fast response time. In a way general, the batteries electrical appliances have the ability to provide a strong electrical current during a short period of time. The response time of the external combustion engine is relatively slow because the fluid motor must travel the entire circuit to power the motor to external combustion. It is why it is important to have good planning. Accumulators have a intermediate response time.
FIG. 4 represents the management of the external combustion engine. Temperature of the room combustion is adjusted (step 401) according to the planned demand in FIG.
FIG.3. Steam may be stored in a tank (s) (step 402) depending on the pressure level optimum and safe. The external combustion engine is operated to meet the planned request in respecting the response times at step 403. The external combustion engine must produce surplus to adjust the energy level of the accumulators (404) and minimize the charges and discharges of accumulators.
In the case of acceleration, FIG. 5 represents a strategy for the Energy management. Yes we start from the stop position (speed equal to zero), the energy comes from of the accumulator electrical (step 501) (FIG.1). This allows to begin the propulsion of the vehicle. As soon as the energy from the mechanical accumulator is available (step 503) (42 FIG.1) is the mechanical accumulator that takes over. The transition must be done gradually to avoid shaking. Once the mechanical accumulator has finished provide energy, external combustion engine takes over (step 506) (FIG.1). The transition must be done gradually. This is the position of the contacts on switches 48 and 50 FIG. 1 which allows choose the flow of electrical energy. The passage of the accumulator electric to the mechanical accumulator then to the external combustion engine is determined, in part, by the estimate of the energy that will be consumed (FIGS. 2 and 3). It is by operating the clutch (56 FIG. 1) that the external combustion engine supports and replace the electric motor (58 FIG.1). The clutch (54 FIG.1) allows the external combustion engine (26 FIG.1) to operate the alternator / generator (40 FIG.1). Alternator / generator can route electrical energy to the accumulator (s) (42 FIG.1) or to the motor (58 FIG.1) in selecting the position of switch (48 and 50 FIG. The surplus energy produced by the engine to external combustion (Fig. 1) are directed to the battery (42). This evaluation is prepared so continuous, so that if the driver presses on the accelerator, the system is ready to react.
In the case of an acceleration from a constant speed different from 0, then FIG.5 apply. However, the external combustion engine 26 is already in surgery. Engine electrical 58 then comes in support, the time that the combustion engine external adjusts according to the speed required and the consumption forecasts for next steps.
In the case of a recovery (after braking), the speed of the vehicle is different from 0. FIG.5 apply. It is the electric motor 58 that is the first to answer the request. Load is gradually transferred to the external combustion engine 26.
In the case where the vehicle has to climb a steep slope, the two engines 26 and 58 can work together for a short period of time in order to meet the request. It is necessary keep in mind that the vehicle knows before starting a climb it must to have some amount of energy in the accumulators 42 and that it must also prepare the energy production of the external combustion engine 26 according to the energy that it will have provide.
In the case of braking (FIG. 6), the strategy is to transfer the conventional braking 601) to braking capable of recovering kinetic energy. The battery mechanical allows absorb the braking energy and return it quickly. Yes the mechanical accumulator is not available to store energy so check if the accumulator electric is available to receive energy (step 603). Generally, batteries have a time of load that is relatively slow. A quick charge could damage the batteries. If the accumulators are charged or the braking speed is too high (too much available energy for a short time), then the kinetic energy from braking is directed to the heat exchanger (step 604). The electric current generated by the motor / brake Electromagnetic (58 FIG.1) is routed to the heat exchanger (32).
FIG. 1). This exchanger consists of resistors that will transform the energy electric heat. This heat is recovered by warming the fluid that is directed to the chamber of combustion (20 FIG. 1) (regeneration). If none of the energy recovery devices is not available, so it is the conventional braking system that is actuated at step 605 (system not shown).
This assessment is prepared on an ongoing basis, so that if the driver press on the brake, system is ready to react. The systems can operate simultaneously, by example, the Breakdown distribution could be 20% conventional braking, 80% braking regenerative.
There is also short-term management.
It's the management of stops, starts, accelerations, decelerations not planned. These variations are damped by the accumulator (s) (42 FIG 1). It exists different type of accumulators mechanical devices such as flywheels, batteries oleopneumatics, hydropneumatic accumulators, hydraulic accumulators.
The privileged accumulator for this type of variation is the mechanical accumulator. This reduces the use of electric accumulators like chemical batteries and to increase their lifetime. The FIG. 7 is a schematic example of a hydraulic accumulator. In pressing the clutch 82 and the valve 74, the control 12 allows the pump to transfer the fluid contained in the tank 70 to the cylinder 76. The pumping completed, the valve 74 is closed for conserved energy. To recover stored energy, valve 74 is opened. The spring 78 placed in the cylinder 76 returns the fluid to the tank 70 while passing by the pump 72. The pump drives the wheel 60 by actuating the clutch 82.
Knowing the distance and the recharge time makes it possible to design a system with optimum dimensions for the different components like the combustion engine external accumulators, electric motors. This means that the configuration could be very different depending on the type of vehicle and its use.
A skilled person in the field will notice that steps can to be withdrawn, added and / or executed in a different order.
Several modifications can be made without deviating from the spirit of the present invention.
Claims (9)
La méthode inclus;
Un système capable de mesurer les niveaux d'énergie disponible en temps réel.
Un système capable de faire une estimation de la demande en énergie nécessaire pour effectuer un parcours déterminer.
Un système capable d'anticiper la demande en énergie en tenant compte de sa position en temps réel.
Un système capable de faire une planification de la production de l'énergie basée sur l'estimation de la demande en énergie, la vitesse de production de l'énergie et la capacité
de stockage.
Un système capable de choisir la distribution optimale de l'énergie basée sur l'estimation de la demande en énergie.
Un système capable de choisir la récupération optimale de l'énergie en tenant compte de sa position en temps réel.
Un système capable d'évaluer le temps de réponse de différentes sources d'énergie. 1. Method for operating a hybrid engine comprising a combustion engine external, a energy source formed of solid bio mass and accumulator (s).
The method included;
A system capable of measuring available energy levels in real time.
A system capable of estimating the required energy demand for make a course determine.
A system capable of anticipating energy demand by taking into account its position in real time.
A system capable of planning the production of energy based on estimating energy demand, speed of energy production and the ability storage.
A system capable of choosing the optimal distribution of energy based on the estimate of the demand for energy.
A system able to choose the optimal recovery of energy by holding account of his real time position.
A system able to evaluate the response time of different sources energy.
de différents dispositifs comme 1) des batteries chimiques 2) des ultra condensateurs 3) des roues d'inerties 4) des accumulateurs hydrauliques 5) des accumulateurs oléopneumatiques 6) des accumulateurs hydropneumatiques. 8.The method of claim 1, wherein the accumulator is constituted different devices like 1) chemical batteries 2) ultra capacitors 3) wheels of inertia 4) hydraulic accumulators 5) oleopneumatic accumulators 6) Accumulators hydropneumatic.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA2713264A CA2713264A1 (en) | 2010-08-27 | 2010-08-27 | Method of operating a hybrid motor including external combustion engine, a source of energy made for solid biomass and accumulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA2713264A CA2713264A1 (en) | 2010-08-27 | 2010-08-27 | Method of operating a hybrid motor including external combustion engine, a source of energy made for solid biomass and accumulators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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CA2713264A1 true CA2713264A1 (en) | 2012-02-27 |
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ID=45773596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CA2713264A Abandoned CA2713264A1 (en) | 2010-08-27 | 2010-08-27 | Method of operating a hybrid motor including external combustion engine, a source of energy made for solid biomass and accumulators |
Country Status (1)
Country | Link |
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CA (1) | CA2713264A1 (en) |
-
2010
- 2010-08-27 CA CA2713264A patent/CA2713264A1/en not_active Abandoned
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FZDE | Discontinued |
Effective date: 20130827 |