ES2299733T3 - Vehiculo de traccion hibrida que incluye un dispositivo de mando de la carga de la bateria. - Google Patents

Vehiculo de traccion hibrida que incluye un dispositivo de mando de la carga de la bateria. Download PDF

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Abstract

Vehículo híbrido que incluye un motor térmico (10) y una máquina eléctrica (14) unidos a un árbol de las ruedas del vehículo, - estando la máquina eléctrica (14) conectada eléctricamente a una batería (16) de potencia mediante un circuito electrónico (18) de potencia que permite por una parte la transferencia de energía de la batería (16) hacia la máquina (14) funcionando como motor y por otra parte, inversamente, la carga de la batería (16) cuando la máquina (14) funciona como generador, caracterizado porque además incluye: - medios para cargar la batería (16) mediante una fuente de energía (46) eléctrica externa al vehículo y de una potencia que permite una carga rápida, del orden de una decena de minutos, y - un conmutador (50, 51, 74, 80) unido a la batería (16), presentando este conmutador (50, 51, 74, 80) una primera posición en la que la batería (16) está unida a la máquina eléctrica (14), y - una segunda posición en la que la batería (16) está unida a la fuente (46) de energía externa, interrumpiéndose entonces la conexión de la batería (16) a la máquina eléctrica (14) para permitir el aislamiento entre el circuito electrónico de potencia y la máquina eléctrica.

Description

Vehículo de tracción híbrida que incluye un dispositivo de mando de la carga de la batería.
La invención se refiere a un vehículo automóvil de tracción híbrida.
Se sabe que los vehículos automóviles de tracción eléctrica sólo se utilizan para recorridos de distancias reducidas debido a la autonomía limitada de las baterías y a la duración de la carga de una batería.
La invención permite la utilización de un vehículo automóvil de tracción eléctrica en recorridos largos.
El vehículo de tracción eléctrica según la invención está caracterizado porque incluye medios para cargar la batería mediante una fuente de energía eléctrica externa al vehículo y de una potencia que permite una carga rápida, por ejemplo del orden de una decena de minutos.
Las fuentes de energía eléctrica externas al vehículo pueden instalarse en las "estaciones de servicio" de distribución de carburante para los vehículos de motor térmico o híbrido. La duración de la carga puede ser del mismo orden de magnitud que la duración de la detención de un vehículo de motor térmico en la estación para llenar el depósito de carburante.
La invención es útil no sólo para los vehículos de tracción puramente eléctrica, sino también en el caso de vehículos de tracción híbrida en los que el usuario puede elegir a voluntad el modo de tracción. En efecto, en ciertos casos, el usuario puede privilegiar la tracción eléctrica, especialmente en los recorridos urbanos u otras zonas en las que los gases de escape pueden ser nocivos, y, en estas situaciones, gracias a la invención el usuario dispone de medios para cargar la batería sin tener que hacer funcionar el motor térmico.
Se recuerda aquí que un vehículo de tracción híbrida incluye, por una parte, un motor térmico clásico y, por otra parte, un motor eléctrico alimentado por una batería de acumuladores. La batería se carga cuando el vehículo está impulsado por el motor térmico. En este caso, el motor térmico acciona el motor eléctrico que entonces funciona como generador y carga la batería.
Un vehículo de esta clase incluye un medio de gestión automática de la tracción que da prioridad a la tracción eléctrica cuando la batería está suficientemente cargada y al motor térmico más allá de una velocidad determinada. En cambio, cuando el estado de la carga de la batería no es suficiente, se pone en marcha sistemáticamente el motor térmico para, por una parte, asegurar la tracción y, por otra parte, cargar la batería.
Se recuerda también que ya ha sido previsto un medio de gestión del modo de tracción para vehículos híbridos que incluye un medio de conmutación accionable por el conductor y que le permite elegir entre un modo de gestión de tipo automático y un modo de gestión de tipo manual que ofrece la elección entre el modo de tracción por el motor térmico y el modo de tracción por el motor eléctrico.
La presencia de este tipo de medio de conmutación permite al conductor privilegiar la tracción eléctrica.
Dado que una red de alimentación de energía eléctrica, por ejemplo trifásica de 380 voltios, de una potencia suficiente para obtener una carga rápida de la batería del vehículo eléctrico o híbrido no está disponible necesariamente en todas partes, en un modo de realización preferido, el vehículo además incluye medios para que la carga pueda efectuarse según una segunda potencia, sensiblemente inferior a la primera. De este modo, la carga puede realizarse a domicilio con una duración del orden de una hora en el caso de un vehículo híbrido.
Estos medios de carga son, por ejemplo, tales que permiten la carga mediante una red monofásica, especialmente de 220 voltios de tensión.
En una realización, el vehículo eléctrico o híbrido es tal que los medios para cargar la batería por medio de una fuente externa incluyen medios de filtrado para aislar la fuente contra los parásitos electromagnéticos generados a bordo del vehículo.
Los medios para cargar la batería por medio de una fuente externa pueden incluir medios de equilibrado de las fases de la fuente de alimentación.
Según una realización, el vehículo incluye un conmutador que presenta una primera posición en la que la máquina eléctrica está conectada a la alimentación por batería y una segunda posición en la que la batería está unida a una fuente externa de carga, interrumpiéndose entonces la conexión del motor a la batería, siendo este conmutador solidario con una toma eléctrica que se encuentra en el vehículo y está destinada a cooperar con una toma complementaria de una red, adoptando este conmutador automáticamente la segunda posición cuando la toma eléctrica del vehículo coopera con la toma complementaria de la red.
En el caso de un vehículo híbrido, en una realización se prevé que los medios para cargar la batería incluyan un medio que funcione como rectificador para la carga y que funcione como ondulador cuando la máquina funcione como motor alimentado por la batería.
Un vehículo híbrido incluye, por ejemplo, un conmutador de accionamiento automático con dos posiciones, que presenta una primera posición en la que la máquina eléctrica está conectada a la alimentación por batería y una segunda posición en la que la batería está unida a una fuente externa de carga, interrumpiéndose entonces la conexión del motor a la
batería.
Los documentos genéricos EP0834977 y EP1201485 describen un vehículo híbrido que incluye una batería apta para ser recargada mediante una fuente exterior. Sin embargo, estos documentos no describen, ni sugieren, la utilización de un conmutador que interrumpa la conexión del motor a la batería cuando une la batería a una fuente externa de carga.
En el caso de un vehículo híbrido que incluye un dispositivo de mando por medio de cálculo para determinar automáticamente el modo de tracción, por motor térmico y/o por motor eléctrico, en función del estado de carga de la batería y del par solicitado al vehículo, incluyendo este dispositivo de mando un medio suplementario de mando accionable desde el interior del vehículo a fin de permitir la elección a voluntad del modo de tracción, el medio suplementario de mando está, por ejemplo, unido al medio de cálculo.
Otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes con la descripción de ciertos modos de realización de la misma, con referencia a los dibujos anejos, en los que:
- la figura 1 es un esquema de principio de un vehículo conocido de tipo híbrido,
- la figura 2 es un esquema que muestra medios de mando de un vehículo híbrido,
- la figura 3 es un esquema de un modo de realización de la invención,
- la figura 4 es un esquema análogo al de la figura 3, pero para una variante,
- la figura 5 es un esquema de un circuito de carga para una variante de la realización mostrada en la figura 3,
- la figura 6 es un esquema de un ondulador para vehículo híbrido,
- la figura 7 es un esquema correspondiente al ejemplo de la figura 4, y
- la figura 8 es un esquema correspondiente a una variante del ejemplo mostrado en la figura 7.
La figura 1 representa el principio de un vehículo híbrido conocido al que se aplica la invención.
Un vehículo híbrido de esta clase incluye un motor térmico 10 clásico, con un depósito de carburante 12. El motor térmico 10 está acoplado a una máquina eléctrica 14 que constituye, por una parte, el motor de tracción eléctrica del vehículo y, por otra parte, un generador para cargar la batería.
La máquina eléctrica 14 está unida a una batería 16 mediante un circuito electrónico 18 de potencia que permite, por una parte, la transferencia de energía de la batería 16 hacia la máquina 14 funcionando como motor, y por otra parte, inversamente, la carga de la batería cuando la máquina 14 funciona como generador.
El árbol de la máquina eléctrica puede estar acoplado directamente al árbol del motor térmico y el árbol de esta máquina eléctrica 14 (o el árbol del motor térmico) puede estar conectado directamente a una transmisión 20 para la impulsión de las ruedas 22, siendo esta transmisión por ejemplo una caja de cambio de velocidades manual o automática.
También es posible prever embragues 24 y 26 para permitir el acoplamiento del árbol del motor térmico al árbol del motor eléctrico y el desacoplamiento del árbol del motor eléctrico del árbol de transmisión.
Por ejemplo, el árbol del motor térmico está acoplado al árbol del motor eléctrico en modo de tracción eléctrica cuando es el árbol del motor térmico el que acciona accesorios tales como el acondicionador de aire del vehículo. En el caso en que se prevé un embrague 24, se puede desacoplar el árbol del motor eléctrico del árbol del motor térmico cuando la batería está débilmente cargada o en el arranque del vehículo, en modo de tracción térmica o eléctrica.
Para el mando del conjunto de estos elementos, se prevén medios de cálculo 28 que comprenden uno o varios calculadores.
De este modo, estos medios de cálculo 28 gobiernan el motor térmico 10, la máquina eléctrica 14, el circuito 18, los embragues 24 y 26, así como la transmisión 20. Estos medios de cálculo están conectados igualmente a la batería 16 para recibir señales de esta última, tales como el nivel de descarga o su temperatura.
Los medios de cálculo permiten especialmente la gestión del modo de tracción para que el vehículo funcione con tracción eléctrica cuando la batería esté suficientemente cargada y con tracción por el motor térmico 10 cuando la carga de la batería llegue a ser insuficiente y para, en este caso, cargar la batería.
Para la tracción a velocidad elevada, el medio de cálculo da prioridad a la tracción por el motor térmico, no obstante, pudiendo intervenir el motor eléctrico en caso de necesidad, especialmente en la fase de aceleración para suministrar un complemento de par.
La invención prevé que el medio de cálculo 28_{1} (figura 2) esté programado para permitir desactivar a voluntad la gestión automática del modo de tracción, pudiendo elegir entonces el conductor privilegiar la tracción eléctrica o la tracción térmica. De este modo, el conductor dispone de dos botones de mando (no mostrados), uno para impulsar el vehículo con tracción eléctrica únicamente y otro para impulsar el vehículo con tracción térmica únicamente.
Estos dos botones envían impulsos a entradas, 32 y 34 respectivamente, del medio de cálculo 28_{1}. Un impulso en la entrada 32 se traduce en una tracción por el motor eléctrico únicamente y un impulso en la entrada 34 se traduce en una tracción de tipo térmico únicamente.
Según un segundo aspecto de la invención, que puede utilizarse independientemente del primer aspecto o en combinación con este último, en el vehículo híbrido se prevén medios que permiten cargar la batería por medio de una red externa de alimentación de energía eléctrica.
Se prevén, por ejemplo, medios que permiten la carga de la batería por medio de una red trifásica de 380 voltios de tensión o por medio de una red monofásica de 220 voltios de tensión.
En el ejemplo representado en la figura 3, el vehículo híbrido incluye conectadores 40 y 42 unidos a la batería y que permiten cooperar con medios externos de recarga. De este modo, el conectador 40 está destinado a cooperar con un conectador complementario de medios externos de carga de gran potencia, por ejemplo que se encuentra en una estación de servicio para la recarga con trifásica de 380 voltios, mientras que el conectador 42 está destinado a ser unido, mediante una simple toma de corriente 47, a medios externos de recarga 46 alimentados con corriente bifásica o monofásica clásica de 220 voltios.
En el ejemplo representado en la figura 4, la carga de muy gran potencia, o carga rápida, se efectúa mediante el circuito 18_{1} de a bordo del vehículo híbrido, en la entrada del cual se prevé, igualmente a bordo del vehículo, un conjunto 50 de conmutador que, por otra parte, está conectado a la máquina 14.
El conjunto 50 permite, con el circuito 18_{1}, una carga de alta potencia. Es del tipo monofásico o trifásico y asegura, por una parte, el aislamiento entre el circuito 18_{1} y la máquina 14 y, por otra parte, mediante filtrado, la protección de la red de alimentación contra las perturbaciones electromagnéticas que pudieran provenir del vehículo. El conjunto 50 también permite mantener el equilibrio de las fases de la red.
En una variante, el conjunto 50 se encuentra, al menos en parte, en el exterior del vehículo, por ejemplo en una estación de distribución de energía.
En la figura 5 se ha representado un modo de realización de un cargador de baja potencia destinado a ser instalado a bordo del vehículo, mientras que el cargador 46 del ejemplo de la figura 3 no está integrado en el vehículo.
En esta realización, el circuito 60 de recarga lenta incluye, por una parte, un rectificador 62 de puente de diodos para transformar en tensión continua la tensión monofásica de 220 voltios y 16 amperios aplicada a la entrada 62. La salida del rectificador 62 está aplicada a las entradas 62_{1} y 62_{2} de un circuito 64 de filtrado y de "boost" de la tensión, permitiendo la función "boost" realizar una corrección del factor de potencia, es decir, una modulación de la corriente en función de la tensión presente en la red.
Este circuito 64 está conectado a la entrada de un circuito 66 que modula la corriente de carga y asegura el aislamiento galvánico, estando conectado este circuito 66 a los bornes de la batería a cargar. El circuito 66 también incluye medios clásicos de regulación de la corriente de carga gobernados por los medios de cálculo (no mostrados en la figura 5).
En la realización representada en la figura 6, la máquina 14 es del tipo trifásica. De este modo, la batería 16 está unida al motor mediante un ondulador 70 que incluye, en el ejemplo, seis pares de transistores T_{1} y de diodos D_{1}, estando gobernada la base de cada transistor por una unidad electrónica 72 que forma parte de los medios de cálculo. El gobierno de los transistores es tal que, cuando el vehículo está con tracción eléctrica o con tracción mixta, la corriente suministrada por la batería se transforma en una corriente trifásica alterna que alimenta el motor 14, y cuando la máquina 14 funciona como generador para cargar la batería 16, los transistores T_{1} y los diodos D_{1} forman un puente rectificador para suministrar a la batería una corriente continua de carga.
La figura 7 es un esquema de un ejemplo de realización de alimentación trifásica de alta potencia para una recarga rápida, del tipo mostrado en la figura 4 y con referencia al ondulador 70 representado en la figura 6. En este ejemplo, el conmutador 74 y el filtro 76, que protegen la red trifásica externa de alimentación contra los parásitos electromagnéticos generados a bordo del vehículo, se encuentran en un conjunto 78 integrado en el vehículo.
El conmutador 74 está gobernado de manera automática por los medios de cálculo. De este modo, en la posición del conmutador representada en la figura 7, la máquina 14 está conectada a la alimentación por batería y al conjunto de transistores y diodos cuando la llave de contacto del vehículo está en posición de marcha. Cuando la llave de contacto está en posición de detención, el conmutador 74 está en la otra posición, preparado para la recarga.
En el ejemplo representado en la figura 8, el conmutador 80 está en mando mecánico. Se encuentra por ejemplo en la toma eléctrica del vehículo y se pone en la posición de carga (y por tanto de desconexión del motor) cuando la toma macho de la red coopera con la toma hembra del vehículo. Además, el circuito de filtrado 82 no se encuentra a bordo del vehículo, sino en una estación de distribución de energía eléctrica simbolizada por el marco 84.
Por supuesto, la invención no se limita a los modos de realización descritos. En particular, no se limita a los vehículos de tracción híbrida. Puede utilizarse igualmente para los vehículos de tracción eléctrica.

Claims (11)

1. Vehículo híbrido que incluye un motor térmico (10) y una máquina eléctrica (14) unidos a un árbol de las ruedas del vehículo,
- estando la máquina eléctrica (14) conectada eléctricamente a una batería (16) de potencia mediante un circuito electrónico (18) de potencia que permite por una parte la transferencia de energía de la batería (16) hacia la máquina (14) funcionando como motor y por otra parte, inversamente, la carga de la batería (16) cuando la máquina (14) funciona como generador,
caracterizado porque además incluye:
- medios para cargar la batería (16) mediante una fuente de energía (46) eléctrica externa al vehículo y de una potencia que permite una carga rápida, del orden de una decena de minutos, y
- un conmutador (50, 51, 74, 80) unido a la batería (16), presentando este conmutador (50, 51, 74, 80) una primera posición en la que la batería (16) está unida a la máquina eléctrica (14), y
- una segunda posición en la que la batería (16) está unida a la fuente (46) de energía externa, interrumpiéndose entonces la conexión de la batería (16) a la máquina eléctrica (14) para permitir el aislamiento entre el circuito electrónico de potencia y la máquina eléctrica.
2. Vehículo según la reivindicación 1, caracterizado porque:
- el conmutador (80) es solidario con una toma eléctrica que se encuentra en el vehículo y está destinada a cooperar con una toma complementaria de una red, adoptando el conmutador automáticamente la segunda posición cuando la toma eléctrica del vehículo coopera con la toma complementaria de la red.
3. Vehículo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los medios para cargar la batería (16) están preparados para permitir una carga mediante una red de alimentación de tipo trifásica, por ejemplo del tipo de 380 voltios.
4. Vehículo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque incluye medios para cargar la batería (16) a una segunda potencia, sensiblemente inferior a la primera.
5. Vehículo según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios para una carga a una segunda potencia son tales que permiten la carga mediante una red de alimentación de tipo monofásica.
6. Vehículo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios para cargar la batería (16) por medio de una fuente externa incluyen medios (64, 82) de filtrado para aislar la fuente contra los parásitos electromagnéticos generados a bordo del vehículo.
7. Vehículo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios para cargar la batería (16) por medio de una fuente (46) externa incluyen medios (50) de equilibrado de las fases de la fuente de alimentación.
8. Vehículo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye un dispositivo de mando por medio (28) de cálculo destinado a determinar automáticamente el modo de tracción, por motor térmico (10) y/o por motor eléctrico (14), en función del estado de carga de la batería (16) y del par solicitado al vehículo.
9. Vehículo según la reivindicación 8, caracterizado porque los medios para cargar la batería incluyen un medio (70) que funciona como rectificador para la carga y que funciona como ondulador cuando la máquina (14) funciona como motor alimentado por la batería.
10. Vehículo según una de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado porque el dispositivo de mando (28_{1}) incluye un medio suplementario de mando accionable desde el interior del vehículo a fin de permitir la elección a voluntad del modo de tracción.
11. Vehículo según la reivindicación 10, caracterizado porque el medio suplementario de mando está unido al medio (28) de cálculo.
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