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