MX2014002161A - Vehiculo electrico hibrido. - Google Patents

Vehiculo electrico hibrido.

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MX2014002161A
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MX
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excited
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MX2014002161A
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Laverne Andrew Caron
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Abstract

Un vehículo eléctrico híbrido incluye un bus DC de alto voltaje y un motor de combustión interna. El motor de combustión interna está acoplado mecánicamente a un generador/motor no autoexcitado el cual es preferiblemente una máquina de reluctancia conmutada. Un inversor de energía eléctricamente y bidireccionalmente acopla el bus DC de alto voltaje al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado. Los inversores DC-AC duales de eje frontal y trasero eléctricamente bidireccionalmente acoplan dos motores/reductores de engranaje de reluctancia conmutada no autoexcitados AC de tracción al bus DC de alto voltaje para mover el vehículo para generar energía. Un ultracondensador acoplado al bus DC de alto voltaje. Un convertidor DC-DC bidireccional interpuesto entre la batería de bajo voltaje y el bus DC de alto voltaje transfiere energía al bus DC de alto voltaje y al ultracondensador para asegurar que el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de motor es capaz de encender el motor.

Description

VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO Esta solicitud reclama el beneficio y la prioridad de la solicitud de patente provisional serie No. 61/769,092 presentada el 25 de Febrero de 2013.
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención está en el campo de vehículos eléctricos híbridos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La tecnología del vehículo eléctrico híbrido mejora la eficiencia de todos los tipos de vehículos. Los cargadores de ruedas, los cargadores de extremo frontal, las excavadoras, las combinadas, las rodadoras y los vehículos utilitarios de todos los tipos requieren una eficiencia ambiental y financiera mejorada.
SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN La cargadora de ruedas es un híbrido eléctrico en serie empleando cuatro generadores/motores de tracción de reluctancia conmutada no autoexcitables AC que impulsan al vehículo y los cuales regeneran potencia desde la energía cinética y potencial de la cargadora de ruedas .
Alternativamente, justo un motor/generador de tracción puede ser usado y éste no necesariamente tiene que ser un generador/motor de tracción de reluctancia conmutada. Además, la cargadora de ruedas incluye un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado el cual proporciona la potencia primaria a la cargadora de ruedas para la operación de la cargadora de ruedas. Un banco de ultra capacitor es usado para almacenar la energía regenerativa ya que las cantidades de energía involucradas son modestas pero el número de ciclos es muy alto (4 a 8 ciclos por minuto) .
La tecnología de reluctancia conmutada (SR) es usada preferiblemente para los motores de tracción AC debido a su rango de potencia constante amplia, a sus modos de falla benignos, al bajo costo, a la robustez y flexibilidad y diseño. Por las mismas razones, es deseable el emplear preferiblemente la tecnología reluctancia conmutada (SR) para el generador/motor que suministra la potencia primaria a la máquina. Sin embargo, a diferencia de los generadores IPM, los generadores de ASR (reluctancia conmutada) no son autoexcitables . Esto es deseable como una característica de tolerancia de falla pero debe ser examinada para el sistema para funcionar adecuadamente. Alguna cantidad inicial de potencia eléctrica debe ser suministrada para iniciar la generación de energía en el generador de reluctancia conmutada o el sistema no operar/generará. Si un sistema contiene una batería de alto voltaje ésta puede ser usada para proporcionarla energía de excitación necesaria para el generador de reluctancia conmutada. Sin embargo, en el caso de los ultracapacitores hay condiciones en donde la energía suficiente no está disponible, por ejemplo, en la instalación inicial, y después del servicio o de periodos prolongados de apagado .
Sin importar la tecnología de generador usada, sería deseable el hacer uso del generador para encender el motor de combustión interna. Esto simplifica el sistema mediante el eliminar el encendedor y los solenoides y alambrados relacionados. También hace práctica la operación de encendido-apagado ya que el motor de encendido de tipo de cepillo DC típico, el solenoide y el engranaje de anillo no están diseñados para un número grande de ciclos necesarios para la operación de encendido-apagado. El generador/motor de reluctancia conmutada es una máquina grande en relación a un encendedor convencional y puede proporcionar velocidades y par de arranque superior. El acoplamiento de tiempo completo también es deseable ya que no hay una necesidad de manejar un acoplamiento de engranaje de anillo-piñón .
El banco de ultracapacitor puede ser usado para proporcionar la energía para el encendido de motor. Sin embargo, hay veces, por ejemplo con la instalación inicial, cuando el banco de ultracapacitor puede ser descargado. Esto no es práctico para directamente "encender de brinco" el banco de ultracapacitor ya que el voltaje muy alto es necesario (>500 voltios) .
La solución (para la excitación de la reluctancia conmutada y para el par) es el proporcionar un convertidor de DC-DC de energía moderadamente inferior (por ejemplo, de 5 kW) para transferir la energía desde las baterías de 12 o de 24 voltios del vehículo al banco ultracapacitor. Si las baterías de 12 o de 24 voltios están descargadas, puede ser aplicado el "encendido de brinco" a dicho sistema de 12 o de 24 voltios. Otra ventaja de este acercamiento es el de que los niveles relativamente bajos de energía sobre un periodo más prolongado de tiempo pueden ser usados para manejar la transferencia de energía. De esta manera en los casos en donde una batería débil no puede proporcionar una potencia suficiente para poner en marcha el motor, esta puede proporcionar energía suficiente para cargar el banco ultracapacitor a un nivel que fácilmente pondrá en marcha el motor. Este acercamiento también proporciona el mecanismo para precargar ambos el banco ultracapacitor y los bancos de capacitor de circuito intermedio de inversor de potencia sin la necesidad del arreglo típico de contactores y los resistores de precarga de limitación de corriente.
Dado que uno o dos minutos pueden requerirse para cargar el banco ultracapacitor en el nivel de energía bajo citado este método para encender el vehículo no es referido y debe solo ser usado bajo circunstancias adversas. La solución es la de asegurar que, bajo circunstancias normales, la batería de ultracapacitor está completamente cargada antes del apagado. Una batería de condensadores completamente cargada generalmente retendrá una carga suficiente para el encendido por varias semanas .
Para un vehículo convencional, la batería de 24 voltios es mantenida cargada por un alternador. Los alternadores son relativamente baratos pero son ineficientes y tienen una conflabilidad pobre. La necesidad para un alternador puede ser eliminada mediante el hacer al convertidor DC-DC bidireccional de manera que la energía es transferida desde dicho circuito intermedio al sistema de 24 voltios para mantener su estado de carga. Esto ayuda a justificar el uso del convertidor DC-DC que gastará la mayoría de su vida cargando el sistema de 24 voltios y solo en raras ocasiones transferida energía para cargar el banco de ultracondensadores.
La invención incluye un proceso de balanceo de energía para aplicaciones fuera del camino. La invención mantiene la energía del sistema híbrido total constante a nivel igual a la capacidad de almacenamiento de energía máxima del banco de ultracondensadores. Por ejemplo, la energía del sistema total es igual a la energía del banco de ultracondensadores más la energía cinética recuperable en el vehículo más la energía accesoria recuperable.
Con el motor de combustión interna y el motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de generador, entonces: si la energía cinética en el vehículo es baja (vehículo no se mueve) y la energía potencial en el sistema hidráulico es baja (cubo en el suelo) , entonces el banco de ultracondensadores debe ser cargado al máximo; y, sí hay energía recuperable en el vehículo el estado de carga en el banco de ultracondensadores deberá ser agotado a la extensión necesaria de que esta energía pueda ser recuperada en el futuro. En otras palabras, la energía de los ultracondensadores real debida a la fuente de energía primaria, del generador, iguala la capacidad máxima de energía de ultracondensadores menos la energía cinética del vehículo menos la energía hidráulica recuperable (energía accesorio) .
La energía cinética de vehículo recuperable = de resistencia de rodado.
La energía hidráulica recuperable = mgH en donde, m es la masa cubo, g es la aceleración de gravedad y H es la altura de cubo.
Usando esta estrategia, el nivel de energía real mantenido en el banco de ultracondensadores estará relacionada al negativo de la velocidad de vehículo cuadrada. Cuando el motor de combustión interna no está corriendo, y con el vehículo no moviéndose, el convertidor DC-DC mantiene el estado de carga del banco de ultracondensadores a un nivel que asegurará que el motor serás encendido cuando sea necesario.
El nivel de energía requerido en el banco ultracapacitor para encender el motor es inferido con base en la temperatura de enfriador del motor, variando desde aproximadamente 14kJ para un motor caliente a 200kJ para un motor frío. La energía disponible en los dos tipos de baterías VDC 31(95AHr) 24 es de aproximadamente de 7MJ. Un banco de ultracondensadores usando capacitores de 1200 Farad a 800 VDC almacena alrededor de 1.3MJ de energía lo cual es más que suficiente para encender un motor de combustión interna frío. Solamente alrededor de 700 kJ de los 1.3 MJ almacenados pueden ser usados ya que el voltaje sobre el bus DC de voltaje alto común cae debajo de 500 VDC después de que 700 kJ son usados. Los 500 VDC son aproximadamente de voltaje más bajo al cual los inversores son operables.
Un vehículo eléctrico híbrido incluye un bus DC de voltaje alto y un motor de combustión interna. El motor de combustión interna es acoplado mecánicamente a un motor/generador a no autoexcitado el cual es preferiblemente una máquina de reluctancia conmutada. Un inversor de energía eléctricamente y bidireccionalmente acopla el bus DC de alto voltaje al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado. Los inversores DC-AC duales de eje frontal y posterior acoplan eléctricamente y bidireccionalmente dos reductores de engrane/motores/generadores de reluctancia conmutada no autoexcitados AC de tracción al bus DC de alto voltaje para mover el vehículo y para regenerar la potencia. Un ultracondensador está acoplado al bus DC de alto voltaje. Como se usó aquí el término ultracondensador y banco de ultracondensadores significa la misma cosa y los términos son intercambiables. Un convertidor DC*DC bidireccional interpuesto entre una batería de bajo voltaje y el bus DC de alto voltaje transfiere energía al bus DC de alto voltaje y el ultracondensador para asegurar que el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de motor es capaz de encender el motor de combustión interna.
Una serie de vehículos híbridos eléctricos incluyen un generador/motor no autoexcitado para proporcionar energía al vehículo para la propulsión y operación del mismo y un bus DC de alto voltaje. Preferiblemente el generador/motor no autoexcitado es un generador/motor de reluctancia conmutada que puede operarse en ya sea el modo de generador o el modo de motor. Una pluralidad de ruedas impulsan el vehículo. Uno o más motores/generadores de tracción AC no autoexcitados impulsan el vehículo. Uno o más inversores duales compactos mandan energía bidireccionalmente entre el bus DC de alto voltaje y el uno o más motores/generadores de tracción AC no autoexcitados los cuales están fijados, respectivamente, a una o más de la pluralidad de ruedas. Los inversores duales compactos asociados con los motores/generadores de tracción AC no autoexcitados están configurados para operar en un modo de generador o en un modo de motor. Los motores/generadores de tracción AC no autoexcitados están configurados en combinación con las ruedas para proporcionar propulsión y frenado regenerativo . Preferiblemente los generadores/motores de tracción AC no autoexcitados son generadores/motores de reluctancia conmutada gue operan en ya sea el modo de generador o el modo de motor. Un motor de combustión interna está acoplado al generador/motor no autoexcitado para proporcionar energía al vehículo para la propulsión y operación del mismo. El generador/motor no autoexcitado está acoplado a un inversor de energía. El inversor de energía proporciona energía bidireccionalmente a y desde el bus DC de alto voltaje. El inversor también proporciona energía al bus DC de alto voltaje cuando el generador/motor no autoexcitado opera en el modo de generador, y el inversor proporciona energía al generador/motor no autoexcitado cuando el generador/motor no autoexcitado opera en el modo de motor. Un banco de ultracondensadores esta acoplado eléctricamente al bus DC de alto voltaje. El banco de ultracondensadores almacena la energía regenerativa desde los motores de tracción AC no autoexcitados cuando opera en el modo de motor, y, el banco de ultracondensadores suministra energía 1 inversor acoplado al generador/motor no autoexcitado operando en el modo de motor para encender el motor. El vehículo híbrido eléctrico en serie también incluye un sistema de voltaje bajo convencional con por lo menos una batería DC de 12 o de 24 voltios. Un convertidor DC-DC bidireccional es usado para proporciona energía entre la batería DC de 12 o de 24 voltios y el banco de ultracondensadores para los propósitos de recargar el banco de ultracondensadores para encender el motor de combustión interna y para mantener el estado de carga de la batería de 12 o de 24 voltios después de que el motor es encendido. Opcionalmente, el vehículo híbrido eléctrico en serie incluye un banco de resistencias en donde el banco de resistencias disipa 1 energía regenerativa en exceso desde los generadores/motores de tracción AC no autoexcitados operando en el modo de generador. Aún además, opcionalmente, el vehículo híbrido eléctrico-en series incluye un generador/motor no autoexcitado que opera en el modo de generador para disipar la energía cinética en exceso desde el vehículo mediante impulsar de regreso el motor de combustión interna mientras que opera un freno de compresión de motor. En el vehículo híbrido eléctrico en series el generador/motor no autoexcitado es la fuente primaria de la energía eléctrica para el vehículo.
Otro ejemplo de la invención incluye un vehículo eléctrico híbrido que comprende un bus DC de alto voltaje y un motor de combustión interna. Preferiblemente el motor/generador no autoexcitado es un motor/generador de reluctancia conmutada que opera en ya sea el modo de generador o el modo de motor. El motor de combustión interna impulsa un generador/motor no autoexcitado que suministra energía al bus DC de alto voltaje. Un inversor DC-AC dual bidireccional compacto de eje trasero impulsa dos motores/generadores/reductores de engranaje de tracción AC para mover el vehículo y para recapturar la energía de frenado regenerativa . Un inversor DC-AC dual bidireccional compacto de eje frontal impulsa dos motores de tracción AC/generadores/reductores de engranaje para mover el vehículo y para recapturar la energía de un frenado regenerativo . Un ultracondensador está acoplado eléctricamente al bus DC de alto voltaje. El convertidor DC-DC bidireccional está interpuesto entre una batería de 12 o de 24 voltios y el bus DC de alto voltaje. El convertidor DC-DC transfiere energía entre la batería DC de 12 o de 24 voltios y el bus DC de alto voltaje y el ultracondensador. Un motor/generador no autoexcitado está acoplado mecánicamente al motor para encender el motor de combustión interna. Preferiblemente el generador/motor no autoexcitado es una máquina de reluctancia conmutada. Los ultracapacitores suministran energía al inversor acoplado al generador para encender el motor de combustión interna, Opcionalmente, este ejemplo de vehículo eléctrico híbrido incluye un banco de resistencias y los inversores DC-AC bidireccionales duales compactos incluyen medios de rectificación para regenerar energía y almacenar la energía en la batería y/o el ultracondensador.
Otro ejemplo del vehículo eléctrico híbrido incluye un motor de combustión interna y un bus DC de alto voltaje. El motor de combustión interna está acoplado mecánicamente a un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado. El motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado opera como un generador que proporciona energía eléctrica en un modo de generador. El motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado opera como un motor que recibe energía eléctrica en un modo de motor. El generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado está acoplado a un inversor de energía. El inversor bidireccionalmente proporciona energía entre el bus DC de alto voltaje y el generador de reluctancia conmutada no autoexcitado. Un primer motor/generador de tracción AC Fontal impulsa una primera rueda frontal y el primer motor/generador de tracción frontal es un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado. El primer motor/generador de tracción AC frontal proporciona propulsión y/o frenado regenerativo . Un segundo motor de tracción AC frontal impulsa una segunda rueda frontal. El segundo motor/generador de tracción frontal es un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado. El segundo motor/generador de tracción frontal proporciona propulsión y/o frenado regenerativo. Un primer motor/generador de tracción AC trasero impulsa una primera rueda trasera. El primer motor/generador de tracción trasera es un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado. El primer motor/generador de tracción trasera proporciona propulsión y/o un frenado regenerativo. Un segundo motor/generador de tracción AC trasero impulsa una segunda rueda trasera. El segundo motor/generador de tracción trasera es un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado. El segundo motor/generador de tracción trasera proporciona propulsión y/o un frenado regenerativo. Un primer inversor dual compacto y un segundo inversor dual compacto están incluidos en este ejemplo. El primer inversor dual está en comunicación eléctrica con el bus DC de alto voltaje. El primer inversor dual compacto convierte la energía DC desde el bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar el primer motor/generador de tracción AC frontal y la primera rueda frontal. El primer inversor dual compacto convierte la energía DC desde el bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar el segundo motor/generador de tracción AC frontal y 1 segunda rueda frontal. El segundo inversor dual compacto está en comunicación eléctrica con el bus DC de alto voltaje. El segundo inversor dual compacto convierte la energía DC del bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar el primer motor/generador de tracción AC trasero y la primera rueda trasera. El segundo inversor dual compacto convierte la energía DC del bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar el segundo motor/generador de tracción AC trasero y la segunda rueda trasera. Un banco ultracapacitor está acoplado eléctricamente al bus DC de alto voltaje. El banco ultracapacitor almacena energía regenerativa desde el primer inversor dual compacto suministrado por los motores/generadores de tracción AC frontal primero y segundo operando en un modo regenerativo . El banco de ultracondensadores almacena energía regenerativa desde el segundo inversor dual compacto suministrado por los motores/generadores de tracción AC traseros primero y segundo operando en un modo regenerativo. El banco de ultracondensadores almacena energía desde el inversor de energía acoplado al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado cuando el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado cuando el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado está operado en el modo de generador. El banco de ultracondensadores suministra energía al inversor de energía acoplado al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado cuando el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado está operando en el modo de motor para encender el motor de combustión interna. Un sistema de bajo voltaje convencional con por lo menos una batería de 12 o de 24 voltios es usada en conjunción con el convertidor DC-DC bidireccional . El convertidor DC-DC bidireccional escalona el voltaje de la batería hacia arriba y lleva la energía entre la batería de 12 o de 24 voltios y el banco de ultracondensadores para pre-cargar el banco de ultracondensadores para encender el motor de combustión interna. El convertidor de DC-DC bidireccional escalona el voltaje del bus DC de alto voltaje hacia abajo para mantener el estado de carga de la batería de 12 o de 24 voltios después de que el motor de combustión interna esta encendido. Opcionalmente, el vehículo eléctrico híbrido incluye un banco de resistencias. El banco de resistencias disipa la energía regenerativa de exceso desde los generadores/motores de tracción AC no autoexcitados operando en el modo de generador. Aún además, opcionalmente, el motor/generador operando en el modo de motor es usado para disipar la energía cinética en exceso desde el vehículo mediante el impulsar de regreso el motor mientras que opera un freno de compresión de motor. En este ejemplo de un vehículo eléctrico híbrido el generador/motor no autoexcitado de reluctancia conmutada acoplado eléctricamente al inversor de energía es la fuente primaria de energía eléctrica para el vehículo .
Otro ejemplo de la invención se establece como un sistema eléctrico híbrido, comprendiendo: un motor de combustión interna y un generador/motor AC no autoexcitado. El generador/motor AC no autoexcitado opera en ya sea un modo de generador o en un modo de motor. Un banco de ultracondensadores está conectado tiempo completo a través del bus DC de alto voltaje. Un inversor AC-DC convierte la energía AC del generador/motor AC no autoexcitado en energía DC para suministrar al bus DC de alto voltaje y al banco de ultracondensadores. Los medios para cargar el banco de ultracondensadores desde una batería DC de vehículo de bajo voltaje convencional para proporcionar la energía de excitación inicial al generador/motor no autoexcitado operando en el modo de motor se proporcionan para encender el motor de combustión interna. El banco de ultracondensadores está cargado con una energía suficiente por la batería de bajo voltaje de manera que el motor/generador no autoexcitado puede ser usado en los modos de motor para encender el motor por tanto reemplazando el encendedor de motor de bajo voltaje convencional. Los medios usados para cargar el ultracondensador es un convertidor DC-DC bidireccional el cual mantiene el estado de carga de la batería de bajo voltaje eliminando por tanto la necesidad de un alternador de bajo voltaje convencional. Además, en este ejemplo de la invención son usados los inversores compactos duales. Una pluralidad de generadores/motores de tracción no autoexcitados cada uno interconectados con una respectiva de una pluralidad de ruedas se proporcionan, Alternativamente, un generador/motor de tracción no autoexcitado único interconectado con una rueda puede ser usado. Excepto para las bicicletas y motocicletas, los impulsores de rueda única no son muy prácticos. El punto de un diseño con un motor de tracción única será usar un eje tradicional con un diferencial para proporcionar torsión a por lo menos dos extremos de rueda.
Los inversores compactos duales son conectados a través del banco de ultracondensadores . Los inversores compactos duales con inversores DC-AC bidireccionales y, los inversores compactos duales transfieren energía a y desde el banco de ultracondensadores y desde los generadores/motores de tracción no autoexcitados. Opcionalmente, en este ejemplo de la invención, el generador/motor no autoexcitado es operado en el modo de motor para impulsar de regreso el motor de combustión interna y un freo de motor asociado a fin de disipar la energía de frenado regenerativa excesiva. En este ejemplo de la invención, el generador/motor no autoexcitado es una máquina de reluctancia conmutada. Diferentes tipos de generadores/motores pueden ser usados diferentes a los generadores/motores no autoexcitados. Aún además en este ejemplo de un sistema eléctrico híbrido el banco de ultracondensadores es impulsado a un estado máximo predeterminado de carga antes del apagado del motor a fin de proporcionar un encendido de motor rápido sin necesidad de confiar en la precarga desde la batería DC de bajo voltaje de vehículo bajo condiciones de operación normales. Aún además en este ejemplo del sistema eléctrico híbrido los inversores compactos duales pueden opcionalmente descargar algo de la energía en el banco de ultracondensadores adentro de los bobinados de los generadores/motores de tracción no autoexcitados sin movimiento ya sea mediante el operar a una energía suficiente baja y suficiente para evitar el movimiento o mediante el operar los generadores/motores de tracción no autoexcitados con esfuerzos de torsión opuestos.
Otro ejemplo de la invención incluye un vehículo eléctrico híbrido teniendo un controlador, un generador/motor no autoexcitado interconectado mecánicamente con el motor de combustión interna, un inversor y el generador/motor no autoexcitado en comunicación eléctrica con el inversor de energía. El generador/motor no autoexcitado es operado en un modo de generador o en un modo de motor. Un ultracondensador está interconectado con el bus DC de alto voltaje y el controlador controla el inversor de energía. El banco de ultracondensadores está cargado a un voltaje de operación utilizable mediante el transferir energía desde la batería de voltaje bajo mediante el uso de un convertidor DC-DC. El generador/motor no autoexcitado es controlado por el controlador e impulsado en el modo de motor por el inversor de energía cuando el ultracapacitor es cargado a un voltaje utilizable para encender el motor de combustión interna. Además, una pluralidad de generadores/motores de tracción no autoexcitados impulsados por los inversores compactos duales primero y segundo están incluidos en el presente ejemplo de la invención. Los inversores compactos primero y segundo son controlados por el controlador. El inversor de energía puede suministrar energía bidireccionalmente . Además, los inversores compactos duales primero y segundo pueden suministrar energía bidireccionalmente.
El convertidor DC-DC es un dispositivo de cuatro lumbreras. Dos de las líneas están conectadas (todo el tiempo) en paralelo a través de las baterías de 12/24 voltios y la otra de las dos líneas están conectadas (todo el tiempo) a través del bus de alto voltaje. Como un alternador, el convertidor DC-DC es un dispositivo corriente. En respuesta a los comandos desde la unidad de control de vehículo (controlador) este toma corriente desde una de las fuentes de voltaje y entrega ésta a la fuente de voltaje opuesta. En este ejemplo, hay ocho interruptores. No más de cuatro interruptores deben tenerse encendidos simultáneamente (o resultar un daño) . En el modo de espera todos los conmutadores estarán apagados.
El control del motor de tracción es estrictamente en respuesta a los . requerimientos del manej ador para tracción o frenado, sin relación a la energía del sistema o al voltaje de circuito intermedio con las siguientes excepciones: 1) los inversores asociados no son capaces de operar abajo de un voltaje mínimo (por ejemplo, 500V) de manera que los motores dejarán de operar sí esto ocurre; 2) el banco de ultracondensadores y los inversores de energía sufrirán daños sí el voltaje de circuito intermedio excede de 900 voltios, de manera que la entrega de energía regenerada debe ser detenida a algún límite de voltaje superior.
El controlador híbrido controlará el inversor girador para proporcionar corriente al bus de circuito intermedio de manera que: 1) el voltaje de circuito intermedio permanece arriba del voltaje de operación del inversor mínimo; 2) el voltaje de banco de ultracondensador es mantenido tan alto como sea posible (justo cerca del límite de 900 V con un margen de seguridad) siempre que este retenga una capacidad de almacenamiento suficiente para volver a capturar cualquier energía potencial o cinética actualmente almacenada en el vehículo. Esto es porque un voltaje de circuito intermedio superior resulta en corrientes de sistema inferior, y por tanto pérdidas más bajas; por tanto la mejor eficiencia del sistema; 3) el banco de ultracapacitor está completamente cargado antes del apagado del motor que, aún si los ultracondensadores se descargan con el tiempo éstos fácilmente retendrán suficiente energía para volver a encender el motor.
Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido incluye el poner el contenido de energía permisible máximo del banco de ultracondensadores y colocar el voltaje de circuito intermedio alto mínimo y entonces determinar si hay una energía suficiente en un banco de ultracapacitor para encender un motor de combustión interna. El método también incluye el transferir energía usando el convertir DC-DC desde una batería DC de bajo voltaje hasta el banco de ultracondensadores sí no hay una energía suficiente en el banco de ultracondensadores para encender el motor de combustión interna. Además, el método incluye el encender el motor de combustión interna usando un generador/motor no autoexcitado operando en un modo de motor para encender el motor de combustión interna sí hay suficiente energía en el banco de ultracondensadores. Los pasos adicionales del método requieren calcular la energía recuperable en el vehículo eléctrico híbrido y calcular la energía en el banco de ultracondensadores del vehículo eléctrico híbrido. Una vez que los cálculos son determinados, el método requiere determinar sí la energía recuperable calculada más la energía del ultracondensador menor que un contenido de energía permitida máxima del banco de ultracondensadores.
El método además requiere el ordenar al motor de combustión interna el marchar en vacío y comandar una generación de energía cero desde el generador/motor no autoexcitado operando en el modo de generador sí la energía recuperable calculada más la energía del ultracondensador no es menor que el contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores y esperando un período de tiempo mientras que el motor de combustión interna está en marcha muerta con una generación de energía cero desde el generador/motor no autoexcitado operando en el modo de generador y volviendo a calcular la energía recuperable calculada más la energía del ultracondensador y determinando si la energía recuperable calculada más la energía del ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores debido al consumo de energía por el vehículo eléctrico híbrido y sí la energía recuperable vuelta a calcular más la energía del ultracondensador no es mayor que un contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores, entonces apagar el motor de combustión interna. Aún además el método requiere el poner la velocidad de motor de combustión interna a la mejor velocidad de consumo de combustible específica de freno y ordenar la energía máxima desde el motor/generador no autoexcitado operando en un modo de generador sí la energía que puede recuperarse calculada más la energía de ultracapacitor es menor que el contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores. El método además incluye el determinar si un comando de freno está presente y enviar un comando de fuerza de torsión negativa a los motores de tracción no autoexcitados proporcional al comando de freno y dentro de los límites de estabilidad sí el comando de freno está presente. El método además requiere determinar sí el voltaje de bus DC de alto voltaje es mayor que el voltaje mínimo de bus DC de alto voltaje sí el comando de freno no está presente.
En seguida, el método requiere enviar un comando de fuerza de torsión cero a los generadores/motores de tracción no autoexcitados si el voltaje de bus DC de alto voltaje no es mayor que el voltaje mínimo de bus DC de alto voltaje y vigilar un comando de acelerador sí el bus DC de alto voltaje es mayor que el voltaje mínimo de bus DC de alto voltaje. Aún además, el método requiere determinar sí la velocidad de vehículo es menor que la velocidad permitida máxima y enviar un comando de fuerza de torsión cero a los generadores/motores de tracción no autoexcitados sí la velocidad del vehículo es no menos que la velocidad permitida máxima y enviar un comando de fuerza de torsión positivo proporcional a la señal de acelerador dentro de los límites de estabilidad a los generadores/motores de tracción no autoexcitados sí el selector de cambio está en el engrane hacia adelante. Después, el método requiere enviar un comando de fuerza de torsión negativo proporcional a la señal del acelerador dentro de los límites de estabilidad los generadores/motores de tracción no autoexcitados sí el selector de cambio no está en el engrane hacia adelante. Aún además, el método prefiere que los generadores/motores de tracción no autoexcitados sean máquinas de reluctancia conmutada. Aún además, el método requiere controlar un vehículo eléctrico híbrido en donde el generador/motor no autoexcitado el cual enciende el motor de combustión interna es preferiblemente una máquina de reluctancia conmutada. Opcionalmente, el método para controlar el vehículo eléctrico híbrido incluye en donde el paso de ordenar al motor de combustión interna a marcha en vacío y el ordenar la generación de energía cero desde el generador/motor no autoexcitado operado en un modo de generador sí la energía recuperable calculad más la energía del ultracondensador no es menos que el contenido de engría permitido máximo del banco de ultracondensadores y esperando un período de tiempo mientras que el motor de combustión interna está en marcha muerta con generación de energía cero desde el generador/motor no autoexcitado operando en un modo de generador y volviendo a calcular la energía recuperable más la energía del ultracondensador y volviendo a ' determinar si la energía recuperable calculada más la energía del ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores debido al consumo de energía por el vehículo eléctrico híbrido y si la energía recuperable recalculada más la energía de ultracondensador no es menor que un contenido de energía permitido máximo de banco de ultracondensadores, entonces se lleva a cabo el apagado del motor de combustión interna .
Aún además, el método para controlar un vehículo eléctrico híbrido en donde el paso de ordenar al motor de combustión interna el estar en marcha en vacío y el ordenar a la generación de energía cero desde el generador/motor no autoexcitado operando en un modo de generador sí la energía recuperable calculada más la energía del ultracondensador no es menor que el contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores y esperar un período de tiempo mientras que el motor de combustión interna está en marcha muerta con una generación de energía cero desde el generador/motor no autoexcitado operando en el modo de generador y volver a calcular la energía recuperable calculada más la energía de ultracondensador y volver determinar sí la energía que puede ser recuperada calculada más la energía de ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores debido al consumo de energía por el vehículo eléctrico híbrido y la energía recuperable recalculada más la energía del ultracondensador no es menor que el contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores, entonces se lleva a cabo el apagado del motor de combustión interna en conjunción con los inversores compactos duales descargando algo de la energía en el banco de ultracondensadores adentro de los bobinados de los generadores/motores de tracción no autoexcitados sin el movimiento ya sea mediante el operar a una energía suficientemente baja para evitar el movimiento o mediante el operar los generadores/motores de tracción no autoexcitados con fuerzas de torsión opuestas.
Aún además, el método para controlar un vehículo eléctrico híbrido generalmente incluye el impulsar el banco de ultracondensadores a un estado máximo predeterminado de carga antes del apagado del motor de combustión interna para un encendido de motor rápido sin necesidad de confiar sobre la precarga de la batería DC de bajo voltaje de vehículo.
En los casos de una condición de falla severa o para servicio y mantenimiento puede ser necesario el descargar rápidamente los dispositivos de almacenamiento de energía de manera que el personal no esté expuesto a voltajes peligrosos. Una manera simple para disipar la energía en una máquina-e es el de impulsar continuamente solo una fase única. El campo E entonces alineará los polos asociados con esa fase y el rotor simplemente permanecerá en el lugar sin un movimiento mecánico. Para esparcir mejor la energía entre las fases, la activación (pulsación) de todas las fases simultáneamente se hace. En este caso una fase está ensayando el producir un movimiento hacia adelante, una está tratando de producir un movimiento en reversa y la tercera están tratando de mantener el rotor en el lugar. Un buena parte de energía está siendo usada pero nada se está moviendo. Esto puede aparecer como una operación severa para los motores y el inversor pero esto sería por períodos de tiempo muy cortos. Como un ejemplo, sí el banco de ultracondensadores está completamente cargado a 1.2 MJ y 2.5 k se disipan en cada uno de los motores de tracción 4, entonces es posible el descargar el banco de ultracondensadores en aproximadamente 1.2 J/ (4X2500J-Seg) = 120 Seg - 2 minutos. En su calificación continua de 45 kW y 95 por ciento de eficiencia cada motor normalmente disipa 2.27 kW en la cubierta de enfriamiento. Los motores también están calificados para disipar 3.25 kW por 1 minuto sí es requerida una descarga ligeramente más rápida. El generador puede ser usado en 1 misma manera.
El generador no autoexcitado, el banco de ultracondensadores y el convertidor DC-DC bidireccional pueden ser usados con un motor de tracción única impulsando ejes equipados de diferencial convencionales. No importa técnicamente que tipo de máquina eléctrica son los motores de tracción, siempre que las máquinas satisfagan los requerimientos de fuerza de torsión, de energía y de velocidad. Estos pueden ser autoexcitantes (por ejemplo, motores IPM) o no autoexcitantes y A/C o DC. Siempre que los motores de tracción operen como generadores el vehículo ya se está moviendo. Por tanto hay bastante energía disponible en alguna parte en el sistema para proporcionar la energía de excitación si es necesaria.
Una razón de que los motores de tracción no autoexcitantes son atractivos es la de que estos tienen una banda de energía constante muy amplia y son, por tanto, más factibles de satisfacer las especificaciones de desempeño requeridas. Los motores que emplean magnetos, en una manera efectiva, generan más y más EMF de regreso al aumentar la velocidad y esto evita que estos logre velocidades superiores al menos que se use en alguna clase de debilitamiento de campo. Los motores de magneto permanente también tienen modos de falla no atractivos y son menos flexibles de lidiar con estos en la fabricación y servicio que las máquinas ACI y SR.
Es un objeto de la invención el usar los inversores de contactos duales para descargar alguna de la energía en el banco de ultracondensadores dentro de los bobinados de los motores/generadores de tracción no autoexcitados sin un movimiento ya sea mediante el operar a una energía suficiente baja para evitar el movimiento o mediante el operar los generadores/motores de tracción no autoexcitados con fuerzas de tracción opuestas.
Es un objeto adicional de la invención el usar un generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado en el modo de motor en combinación con un inversor de energía bidireccional para proporcionar la fuente de energía eléctrica primaria al vehículo eléctrico híbrido.
Es un objeto adicional de la invención el usar una pluralidad de generadores/motores de reluctancia conmutada no autoexcitantes AC de tracción operando en el modo de motor para proporcionar propulsión para las ruedas del vehículo eléctrico híbrido .
Es un objeto adicional de la invención el usar una pluralidad de generadores/motores de reluctancia conmutada no autoexcitados AC de tracción operando en el modo de generador y, en conjunción con los inversores de eje duales compactos frontal y trasero, proporcionar la regeneración de energía eléctrica desde la energía cinética almacenada en el vehículo eléctrico híbrido en movimiento.
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un ultracondensador el cual exhibe energía desde la batería de bajo voltaje en combinación con un convertidor DC-DC cuando el voltaje a través del ultracondensador es muy bajo para encender el motor de combustión interna.
Es un objeto de la invención el proporcionar medios de carga para la batería de bajo voltaje.
Es un objeto adicional de la invención proporcionar un convertidor DC-DC para escalonar hacia abajo voltaje desde el bus DC de voltaje alto hasta el nivel voltaje de batería.
Es un objeto adicional de la invención el controlar el voltaje de bus DC de voltaje alto arriba de un nivel de voltaje mínimo.
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un banco de ultracondensadores con la capacidad para almacenar la energía regenerada mediante el calcular la energía recuperable en el vehículo mediante el calcular la energía en el ultracondensador para mantener la energía total combinada menor que la capacidad deseada del ultracondensador.
Es un objeto de la invención el proporcionar el banco de ultracondensadores con la capacidad para almacenar la energía regenerada mediante el calcular ]a energía recuperable en el vehículo y mediante el calcular la energía en el ultracondensador y controlar la cantidad de energía en el ultracondensador debida a que el motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado está operando en el modo de motor en combinación con un inversor de energía bidireccional .
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar el banco de ultracondensadores con la capacidad para almacenar la energía regenerada mediante el controlar la cantidad de energía en el ultracondensador debida al motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado que está operando en el modo de motor en combinación con un inversor de energía bidireccional.
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un aparto y un método para usar un generador/motor no autoexcitado como un motor de arranque para los sistemas sin paquetes de baterías de alto voltaje.
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un aparato y un método para usar un generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado como un motor de arranque para los sistemas sin paquetes de baterías de alto voltaje .
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un vehículo eléctrico híbrido el cual tiene la capacidad de encender el motor de combustión interna aún si este ha estado asentado y/o inactivo por un período largo de tiempo y/o el motor nunca se ha encendido.
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un vehículo eléctrico híbrido altamente eficiente.
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un ultracondensador y un sistema de control de vehículo eléctrico por el que la cantidad de energía recuperable es almacenado en el ultracondensador y 1 energía atribuible al motor de combustión interna es controlado como para proporcionar capacidad suficiente para almacenar la energía cinética como una función de tiempo.
Es además un objeto de la invención el proporcionar un sistema de control para el vehículo eléctrico híbrido el cual acomode transitorios (estabilidad de vehículo, vibración, velocidad, aceleración, etc.), en la operación del vehículo .
Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un inversor compacto dual teniendo una ventaja sinergística en la que dos inversores comparten la placa fría, un banco de capacitor de circuito intermedio, barras de bus, caja, conector de alto voltaje y alambrado y algunos de los electrónicos de voltaje bajo.
Estos y los objetos adicionales de la invención se entenderán mejor con referencia hecha a los dibujos acompañantes, a la descripción de la invención y las reivindicaciones las cuales siguen aquí abajo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es una ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en donde el capacitor está cargado desde batería de 24 voltio después de un pagado prolongado del vehículo eléctrico híbrido.
La Figura IB es una ilustración es una ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en donde el capacitor está suficientemente cargado y suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado para encender el motor de combustión interna.
La Figura 1C es una ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el motor de combustión interna está suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante operando en el modo de generador proporcionando energía al banco de ultracondensadores, al convertidor DC-DC y a las baterías de 24 voltios.
La Figura ID es una ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el motor de combustión interna está proporcionando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de generador el cual, a su vez, está suministrando energía al banco de ultracondensadores, a los inversores duales los cuales proporcionan energía a los motores de tracción, y al convertidor DC-DC suministrando a las baterías de voltaje bajo.
La Figura 1E es una ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que la energía regenerativa está siendo suministrada al banco de ultracondensadores, al convertidor DC-DC y a las baterías de voltaje bajo.
La Figura 1F es una ilustración esquemática del vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que la energía regenerativa está siendo suministrada al banco de ultracondensadores y 1 generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de motor.
La Figura 1G es una ilustración esquemática de sin vehículo eléctrico híbrido sin un banco de ultracondensadores en donde las baterías de bajo voltaje son usadas con un encendedor de motor para encender el motor de combustión interna.
La Figura 1H es una ilustración esquemática de un inversor compacto dual teniendo una ventaja sinergística en que los inversores son capaces de compartir la placa fría, un banco de condensador de circuito intermedio, barras de bus, caja, conector de alto voltaje y alambrado y algunos de los electrónicos de bajo voltaje.
Las Figuras 2 y 2A son un esquema de la estrategia de control del vehículo eléctrico híbrido.
La Figura 3 es un esquema eléctrico incrementando la estrategia de control de las figuras 2 y 2A.
La Figura 4 es un gráfica que ilustra el voltaje de ultracondensador en contra de la energía almacenada total del ultracondensador .
La Figura 5 es una gráfica que ilustra la energía utilizable de ultracondensador en contra del tiempo de carga.
La Figura 6 es una gráfica que ilustra la velocidad de vehículo en contra de la energía cinética para un vehículo de 30,000 kilogramos y de 40,000 kilogramos.
La Figura 7 es una gráfica que ilustra la velocidad de vehículo, el tiempo y las condiciones para regenerar la energía.
La Figura 8 es una gráfica casi-log de un voltaje de ultracondensador en contra del tiempo para descargar por diferentes niveles de energía.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La figura 1A es una ilustración esquemática 100A de un vehículo eléctrico híbrido que ilustra, entre otros, la condición en donde el banco de ultracondensadores 104 está cargado desde las baterías de 24 voltios 107 después de un apagado prolongado del vehículo eléctrico híbrido. Las figuras 1A-1H, inclusive, usan muchos de los mismos números de referencia y éstos tienen el mismo significado. Una vez que un elemento está descrito en relación con un numeral de referencia dado éste generalmente no será descrito de nuevo en relación con la figura de dibujos subsecuente para evitar repeticiones. El numeral de referencia 161 indica una línea punteada ilustrando el flujo de energía a lo largo de la trayectoria 161 desde las baterías de voltaje bajo 107 a través del convertidor DC-DC 106 hasta el banco de ultracondensadores 104, al inversor de energía bidireccional 103, y al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de motor y al motor de combustión interna 101. El convertidor DC-DC 106 es capaz de manejar 5 kW de energía. Si el banco de ultracondensadores está cargado a un nivel de energía suficiente como se representa para el voltaje a través del ultracondensador/bus DC de alto voltaje, entonces el motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado operando 102 en el modo de motor puede ser operado como para proteger las baterías de bajo voltaje de una situación de sobre-corriente. El banco de ultracondensadores 104 y el bus DC de alto voltaje están al mismo voltaje en todo el tiempo en que éstos están conectados físicamente. El generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de motor está mecánicamente acoplado al motor de combustión interna 101. El número de referencia 163M es una flecha esquemática indicando la energía rotacional aplicada al cigüeñal del motor de combustión interna 101 por el generador/motor de reluctancia conmutada 102 operando en el modo de motor.
Como se usan aquí los términos "banco de ultracondensadores" 104 significa un "ultracondensador" o "ultracondensador" . En la incorporación preferida o ejemplo, los ultracondensadores están arreglados en serie para lograr 1200 Farads de capacitancia. Preferiblemente, el banco de ultracondensadores tiene un rango de operación aceptable sobre el cual la energía es almacenada. Las capacidades en serie no son arregladas, más bien, las capacidades en serie son calculadas como sigue: Se contempla específicamente que los ultracondensadores pueden ser usados en paralelo, en serie o en combinación de paralelos y en serie. Además, se contempla específicamente que las capacidades pueden estar en el rango de entre 1200-3000 F. La figura 4 es una gráfica 400 que ilustre el voltaje de ultracondensador 401 en contra de la energía almacenada total de ultracondensador 402. Una línea que representa 650 F de capacidad 403, una línea que representa 1200 F de capacidad 404, una línea que representa 1500 F de capacidad 405, una línea que representa 2000 F de capacidad, y una línea que representa 3000 F de capacidad están ilustradas en la figura. El número de referencia 408 indica el voltaje operacional de ultracondensador más bajo de 500 VDC y el número de referencia 409 indica el voltaje operacional de ultracondensador superior de 800 VDC.
Aun refiriéndonos a la figura 1A, un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado 102 está lustrado junto con un motor de combustión interna 101. Los términos "no autoexcitados" y "no autoexcitantes" como se usan aquí significan lo mismo. Un inversor de energía bidireccional 103A comunica la energía eléctrica a y desde el bus DC de alto voltaje 105. El generador/motor de reluctancia conmutada 102 produce la energía AC y el inversor bidireccional 103 convierte la energía AC en energía DC y viceversa. El bus DC de alto voltaje 105 está interconectado 104A con un banco ultracondensador 104, el convertidor DC-DC 106 y los inversores duales compactos 108 y 109.
El primer inversor dual compacto 108 impulsa los motores/generadores de reluctancia conmutada AC 110 y 111 los cuales operan en el modo de motor para impulsar las ruedas frontales del vehículo eléctrico híbrido. El primer inversor dual compacto 108 también puede recibir energía desde los motores/generadores de tracción de reluctancia conmutada AC 110 y 111 cuando éstos operan en el modo de generador. Los números de referencia 110A y 111A indican el flujo de energía o de potencia bidireccional entre los motores/generadores de reluctancia conmutada AC 110 y 111 y el primer inversor dual compacto 108. Los números de referencia 112A y 113A indican el flujo de energía o potencia bidireccional entre los motores/generadores de reluctancia conmutada AC 112 y 113 y el segundo inversor dual compacto 109.
El inversor dual compacto segundo 109 impulsa los motores/generadores de reluctancia conmutada AC 112 y 113 operando en el modo de motor para impulsar las ruedas traseras del vehículo eléctrico híbrido. El segundo inversor dual compacto 109 también puede recibir energía desde los motores/generadores de tracción de reluctancia conmutada AC 112 y 113 operando en el modo de generador.
El número de referencia 108A ilustra la interconexión bidireccional entre el bus DC de voltaje alto 105 y el primer inversor dual compacto 108. El número de referencia 109A ilustra la interconexión bidireccional entre el bus DC de voltaje alto 105 y el segundo inversor compacto 109.
La figura IB es una ilustración esquemática 100B de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en donde el capacitor 104 está cargado suficientemente y suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante 102 para encender el motor de combustión interna. El número de referencia 162M es usado para identificar el flujo de carga del banco de ultracondensadores 104 al inversor DC-AC 103 y al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado 102 operando en el modo de motor. El número de referencia 163M ilustra la flecha esquemática indicando la energía rotacional aplicada al cigüeñal del motor de combustión interna 101 mediante el generador/motor de reluctancia conmutada 102 operando en el modo de motor.
La figura 1C es una ilustración esquemática 100C de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el motor de combustión interna 101 está suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutado no autoexcitante 102 operando en el modo generador suministrando energía al banco de ultracondensadores 104, al convertidor DC-DC 105 y a las baterías de 24 voltios 107. El número de referencia 163G es una flecha esquemática indicando la energía rotacional suministrada al cigüeñal del motor de combustión interna 101 hasta el generador/motor de reluctancia conmutada 102 operando en el modo de generador. El motor de combustión interna 101 puede ser un motor diésel de 10.8 litros. El generador/motor de reluctancia conmutado 102 operando en el modo de generador puede ser una máquina de 227 kW. El número de referencia 162G ilustra el fluido de carga desde el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante 102 operando en el modo de generador para: el inversor DC/AC, el banco de ultracondensadores 104, y el convertidor DC-DC 106, las baterías de bajo voltaje 107, los inversores duales compactos 108 y 109, y los reductores de engranaje/motores de tracción no autoexcitados 110, 111 y 112 y 113 para impulsar las ruedas del vehículo híbrido. Los reductores de engranaje/motores de tracción no autoexcitados 110, 111, 112 y 113 para impulsar las ruedas del vehículo híbrido pueden ser . motores de reluctancia conmutada de 65 kW que están ilustrados esquemáticamente en la figura 1C. Vea la figura ID, una ilustración esquemática 100D de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el motor de combustión interna 101 está suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante 102 operando en el modo de generador en el cual, a su vez está suministrando energía al banco de ultracondensadores 104, a los inversores compactos duales 108 y 109 los cuales suministran energía a los motores/generadores de tracción AC no autoexcitantes 110 y 111, 112 y 113 y al convertidor DC-DC 106 suministrando las baterías de voltaje bajo 107. Refiriéndonos la figura ID, el número de referencia 162G ilustra el flujo de energía desde el ultracondensador y/o el bus DC de alto voltaje hasta los inversores duales compactos 108 y 109, y a los reductores de engranaje/motores/generadores de tracción no autoexcitados 110, 111, 112 y 113 para impulsar las ruedas del vehículo híbrido. Los generadores/motores/reductores de engranaje de tracción no autoexcitados están fijados a las ruedas de impulsión del vehículo híbrido. La reducción de engranaje es usada para convertir la energía de fuerza de baja torsión de alta velocidad desde los motores de tracción en la energía de lata torsión de baja velocidad en los extremos de ruedas .
Refiriéndonos a la figura 1H, el inversor compacto dual está ilustrado, el cual tiene una ventaja sinergística en la que dos inversores son capaces de compartir una placa fría, un banco condensador de circuito intermedio, las barras de bus, la caja, el conector de alto voltaje y el alambrado y algunos de los electrónicos de bajo voltaje. Esto resulta en un ahorro de espacio y en una eficiencia incrementada.
Refiriéndonos de nuevo a la figura ID, el número de referencia 163G ilustra la energía rotacional mecánica que fluye desde el motor de combustión interna generando energía AC eléctrica desde el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante 102 por lo que esta es invertida a la energía DC por el inversor de energía bidireccional 103. La energía DC entonces es almacenada en el banco de ultracondensadores 104 y/o es usada por el vehículo. Sí la energía DC es usada por el vehículo, los inversores duales compactos 108 y 109 invierten la energía DC a energía AC para operar los motores/generadores de tracción AC no autoexcitados 110, 111, 112 y 113 y para dar energía al vehículo. Aun cuando no se ilustra específicamente con una línea punteada en la figura ID, también es posible que el convertido DC-DC esté siendo usado para convertir el voltaje superior del bus DC de alto voltaje para cargar las baterías DC de bajo voltaje. Se desea el mantener el bus DC de alto voltaje y el banco de ultracondensadores a un voltaje de entre 500-800 VDC.
La figura 1E es una ilustración esquemática 100E de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que la energía regenerativa está siendo suministrada al banco de ultracondensadores 104, al convertidor DC-DC 106, y a las baterías de bajo voltaje 107. El número de referencia 162R indica las líneas punteadas las cuales son representativas del flujo de energía al ultracondensador desde los motores/generadores de tracción AC no autoexcitantes 110, 11, 112 y 113. Más específicamente, el número de referencia 162R indica el flujo de carga desde los generadores/motores de reluctancia conmutada n o autoexcitantes 110, 11, 112 y 113 actuando en el modo de generador para los inversores AC-DC duales compactos 108 y 109, al bus DC de voltaje alto 105, y al banco de ultracondensador 104. Como se establece en la figura 1A, el motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitada 102 puede ser operado y puede estar en marcha muerta.
El espacio para almacenar la energía regenerativa debe hacerse en el banco de ultracondensadores como se establece en la figura 1E. Un controlador electrónico como se establece en la figura 3 controla la operación del vehículo eléctrico híbrido. La figura 3 es un esquema eléctrico 300 implementando la estrategia de control de la figura 2 y de la figura 2A. La figura 2 y la figura 2A son un esquema 200A de la estrategia de control del vehículo eléctrico híbrido. Refiriéndonos a la figura 2, el número de referencia 203 representa la cuestión: está la clave en la posición de "encendido"?. La "A" encerrada en un círculo es una terminal representando entradas y salidas al controlador 301 las cuales controlan el proceso de operación del vehículo eléctrico híbrido. El convertidor DC-DC es un dispositivo de 4 lumbreras. Dos de las líneas están conectadas (tiempo completo) en paralelo a través de las baterías de 12 voltios y de 24 voltios y las otras dos líneas están conectadas (tiempo completo) a través del bus de alto voltaje. Como un alternador, el convertidor DC-DC es un dispositivo de corriente. En respuesta a los comandos desde la unidad de control de vehículo toma corriente desde una de las fuentes de voltaje y entrega ésta a la fuente de voltaje opuesta. En este ejemplo, hay 8 conmutadores. No más de 4 conmutadores deben ser encendidos simultáneamente (o resultará un daño) en el modo de espera todos los interruptores estarán Apagados. El control de los motores de reacción es estricto en respuesta a los requerimientos del manejador para la tracción o frenado, sin respecto a la energía de sistema o voltaje de circuito intermedio, con las siguientes excepciones: l)los inversores asociados no son capaces de operar debajo de algunos voltajes mínimos (por ejemplo 500V) de manera que los motores dejarán de operar sí esto ocurre; 2) el banco de ultracondensadores y los inversores de energía sufrirán daños sí el voltaje de circuito intermedio excede 900 voltios, de manera que la entrega de energía regenerada debe ser detenida en algún límite de voltaje superior. El controlador híbrido controlará el inversor de generador para proporcionar corriente al bus de circuito intermedio de maneras que: 1) el voltaje de circuito intermedio permanece arriba del voltaje de operación de inversor mínimo; 2) el voltaje de banco de ultracondensadores se mantiene tan alto como sea posible (cerca del límite de 900V con un margen de seguridad) siempre que éste retenga una capacidad de almacenaje suficiente para recapturar cualquier energía cinética potencial actualmente almacenada en el vehículo. Esto es debido a que un voltaje de circuito intermedio superior resulta en corrientes de sistema más bajas, y por tanto en pérdidas de energía; por tanto una eficiencia de sistema mejorada; 3) el banco de ultracondensadores es cargado completamente antes del apagado del motor de manera que, aun cuando los ultracondensadores se descargan con el tiempo, para volver a encender el motor.
Sí el vehículo no está funcionando, el motor de combustión interna debe ser encendido. El controlador pregunta el estado de energía del banco de ultracondensadores para determinar sí hay suficiente energía 205 en el banco de ultracondensadores 104 para encender el motor de combustión interna. Sí no hay una energía suficiente 205 en el banco de ultracondensadores 104 para encender el motor, entonces se procede al paso 210 y la energía de transferencia (carga) para el banco de ultracondensadores 104 para cargar es preferiblemente de por lo menos de 200V DC. El número de referencia 211 indica una línea indicado la comunicación de energía al banco de ultracondensadores en donde la pregunta de si hay o no energía suficiente 205 se hace de nuevo. Más específicamente, sí hay una energía suficiente 205 en el banco de ultracondensadores para encender el motor, entonces se procede al paso 203 y se coloca la llave en la posición de encendido. Una vez que el comando de encendido se ha realizado, la comunicación 203Y se hace con el motor de combustión interna para determinar si este está funcionando 204. Si el motor de combustión interna está funcionando 204Y entonces se hace un cálculo para determinar la energía recuperable en el vehículo 207. Si el motor de combustión interna no está funcionando 204N entonces la llave es de nuevo colocada en la posición de encendido para intentar encender el motor de combustión interna 101.
Una vez que el cálculo se hace para determinar la energía recuperable en el vehículo 207, y se ha comunicado 207A al siguiente paso 208, entonces el controlador agrega la energía recuperable, Er, a la energía en el banco de ultracondensadores para determinar si esa suma es menor que la cantidad permitida máxima de energía en el banco de ultracondensadores 208. Si la comparación de energía del paso 208 satisface la desigualdad requerida, para saber, que la energía recuperable del vehículo, Er, más la energía actualmente almacenada en el banco de ultracondensadores, Euc, es menor que las energía permitida máxima en el banco de ultracondensadores, Euc-max 208Y, entonces el motor de combustión interna 101 es puesto al consumo de combustible específico de freno mejor y la energía de generador máxima 102 es ordenada 214 por el controlador.
Si la comparación de energía del paso 206 no satisface la desigualdad requerida, a saber, que la energía recuperable del vehículo, Er, más la energía actualmente almacenada en el banco de ultracondensadores, Euc, no es menor que la energía permitida máxima en el banco de ultracondensadores, Euc-max, 208N, entonces el motor de combustión interna 101 es ordenado el ponerse en marcha muerta y la salida del generador/motor de reluctancia conmutada 102 operando en el modo de generador es ordenado a una corriente de generador de cero. Entonces, esta condición es comunicada 216Y al controlador 216Y y el vehículo eléctrico híbrido quema (consume/disipa) la energía almacenada en el ultracondensador 104. Un tiempo de espera 217 es iniciado para el quemado de energía. Sí el tiempo de espera expira 217Y y no se ha quemado suficiente energía, entonces el motor de combustión interna es apagado 218. Durante el tiempo de espera, el controlador es verificado periódicamente (muestreo) de los datos y haciendo el paso de comparación de energía 208.
Refiriéndonos a la figura 2A, cuando el motor de combustión interna 101 es puesto al mejor consumo de combustible específico de freno y generador máximo 102 la energía es ordenada 214 por el controlador, el controlador comunica esa condición 215 al siguiente paso 235, y la pregunta: está hecho el comando de freno presente 221. El comando de freno está presente cuando el operador del vehículo está oprimiendo el pedal de freno del vehículo eléctrico híbrido. Sí el comando de freno está presente 221Y, entonces se procede al siguiente paso 227, y envía un comando de fuerza torsional negativo 227 al generador/motores de reluctancia conmutada no autoexcitantes 110, 111, 112 y 113 actuando en el modo de generador a través de los inversores AC/DC duales compactos 108 y 109.
Si el comando de freno no está presente 221, entonces procede al siguiente paso 222, es el voltaje de circuito intermedio > voltaje mínimo de circuito intermedio?. El circuito intermedio es el bus de voltaje alto 105. Y el voltaje de circuito intermedio no es mayor que el voltaje Min de circuito intermedio, entonces comunica esta condición 222N y procede al siguiente paso 228 y envía un comando de fuerza de torsión cero a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112, 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo en proporción a la señal de acelerador y dentro de los límites de estabilidad. El voltaje de circuito intermedio es la misma cosa que el bus DC de voltaje alto.
Si el voltaje de circuito intermedio es mayor que el voltaje mínimo de circuito intermedio 227Y, entonces proceder al siguiente paso 223, y leer el comando de acelerador desde el controlador electrónico. Después, el selector de cambio es leído y la pregunta 225 de: es la velocidad del vehículo menor que la velocidad máxima de la posición de selector?. Si la velocidad del vehículo no es menor que la velocidad máxima para la posición de selector 225N, entonces proceder al siguiente paso 228 y enviar el comando de fuerza de torsión cero a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 y 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo.
Si la velocidad del vehículo es menor que la velocidad máxima para la posición de selector 225Y, entonces proceder al siguiente paso 226, está el vehículo eléctrico híbrido en el engranaje hacia adelante 226?. Si el vehículo no está en el engranaje hacia adelante 226M, entonces proceder al siguiente paso: 230 y enviar un comando de fuerza de torsión negativo a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 y 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo en proporción a la señal de generador y dentro de los límites de estabilidad para impulsar el vehículo en la dirección hacia atrás (trasera) . Si el vehículo está en el engranaje hacia adelante 226Y, proceder al siguiente paso 229 y enviar un comando de fuerza de torsión positivo a los motores/generadores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 y 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo en forma proporcional a la señal de acelerador y dentro de los límites de esta habilidad para impulsar el vehículo en la dirección hacia adelante.
La figura 1F es una ilustración esquemática 100F de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que la energías regenerativa 162R está siendo suministrada al banco de ultracondensadores 104 y el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante 102 opera en el modo de motor. El número de referencia 162M significa flujo de carga desde el banco de ultracondensadores 104 hasta el inversor de energía DC-AC 103y el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado 112 operando en el modo de motor. El número de referencia 163 N es una flecha esquemática indicando la energía rotacional aplicada al cigüeñal del motor de combustión interna 101 por el generador/motor de reluctancia conmutada 102 operado en el modo de motor.
La figura 1F también ilustra esquemáticamente un banco resistor 190 conmutablemente 190S interconectado 190A con el bus DC de alto volteje 105. El banco de resistencias 190 está incluido opcionalmente como para ayudar con la disipación de energía si está mucha presente. Adicionalmente, el banco de Resistencia 190 ayuda con el control y la operación estable del vehículo eléctrico híbrido. La figura 1FR también ilustra los accesorios 180 tal como los sistemas hidráulicos los cuales pueden contribuir a la recaptura de energía. Los inversores de accesorios bidireccionales 185 permiten la conversión de la energía DC a AC y viceversa. Las líneas de comunicación eléctrica 180A y 185A están ilustradas en la figura 1F también.
La Figura 1G es una ilustración esquemática 100G de un vehículo eléctrico híbrido sin un banco de ultracondensadores en donde las baterías de bajo voltaje 107 son usadas con un encendedor de motor para encender el motor de combustión interna 101. El número de referencia 171 es un línea punteada que representa el flujo de energía desde las baterías de voltaje bajo 107 hasta el convertidor de DC-DC 106 a lo largo del bus DC de alto voltaje 105, a través del inversor de energía 103 el cual invierte la energía DC en energía AC para impulsar el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado 102 operando en el modo de motor el cual impulsa mecánicamente y enciende el motor de combustión interna 101. El número de referencia 173 es una flecha esquemática indicando la energía suministrada al motor de combustión interna 101 por medio de un acoplamiento mecánico para encender este.
La figura 1H es una ilustración esquemática de un inversor compacto dual que tiene una ventaja sinergistica en la que dos inversores son capaces de compartir una placa fría, un banco de condensadores de circuito intermedio, las barras de bus, una caja, un conector de alto voltaje y alambrado, y algunos de los electrónicos de bajo voltaje. El compartir permite el empaque eficiente compacto.
El 1/0 físico solo en el controlador de híbrido será un par de enlaces de datos. Todos los controles serán ejercitados a través de éstos enlaces. Todas las clases de conexiones de control pueden mostrarse sobre el flujo de datos y diagramas de control pero todos existen solo sobre los enlaces de datos.
Refiriéndonos a la figura 3, un controlador electrónico 301 como se establece aquí controla la operación del vehículo híbrido eléctrico. La figura 3 es una esquema eléctrico 300 que implementa la estrategia de control de las figuras 2 y 2A. La figura 3 ilustra el generador de reluctancia conmutada no autoexcitado 102 como una fuente de corriente. La figura 3 también ilustra los generadores de reluctancia conmutada no autoexcitados 110, 111, 112 y 113 como fuentes de corriente. La carga 320 está ilustrada en la figura 3 y representa las fuerzas requeridas para la proporción del vehículo y para levantar la carga con la cubeta. La entrada desde el enlace de datos híbridos 310 y la entrada desde el enlace de datos de vehículo 311 están mostradas en la figura 3.
Varios algoritmos pueden ser empleados en el controlador 301. Además, la energía disponible desde la regeneración es continuadamente vigilada y calculada por el controlador y, por tanto, la cantidad de salida de energía desde el generador no autoexcitada 102 puede ser reducida. El controlador 301 incluye ?i de salida el cual controla el generador no autoexcitado 102. El controlador 301 incluye el ?2 de salida el cual controla la pluralidad de generadores de tracción AC no autoexcitados 110, 111, 112 y 113. Además, la energía disponible desde la regeneración es vigilada y calculada continuamente por el controlador, y por tanto, la cantidad de salida de energía desde el generador/motor no autoexcitado 102 puede ser reducida de acuerdo a la salida de señal de control ri . En otras palabras, las salidas del controlador, a saber la salida ri y la salida r2 son salidas dinámicas las cuales pueden ser cambiadas continuamente con base en el estado del vehículo eléctrico híbrido. Por ejemplo, cuando el vehículo se está moviendo y llevando una carga levantada en un cangilón, entonces el vehículo posee energía cinética por virtud de su velocidad y también tiene energía potencial por virtud de la carga elevada. Puede hacerse espacio para almacenar la energía cinética y potencial en el ultracondensador en donde el controlador 301 reduce la salida ri del generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado 102 operando en el modo de generador en anticipación de la recuperación de la energía cinética y potencial desde el vehículo.
Aun refiriéndonos a la figura 3, cuando el vehículo se ha asentado por períodos de tiempo prolongados o cuando el vehículo es nuevo, la batería 107 y el convertidor DC-DC 106 carga el ultracondensador 104 para permitir el encendido del vehículo usando el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado 102. Las baterías de voltaje bajo usadas son capaces de almacenar aproximadamente seis veces la. energía que el ultracondensador puede almacenar. Refiriéndonos a la figura 4, por ejemplo, el número de referencia 409 indica que aproximadamente 1.2 MJ pueden almacenarse a 800 VDC a través de un condensador de 1200 Farad. Si un condensador de 3000 Farad es usado a 800 VDC, pueden almacenarse aproximadamente 2.8 MJ. Las dos baterías de volteje bajo preferidas 107 pueden almacenar aproximadamente 7 MJ a 24 VDC.
La figura 5 es una gráfica 500 que ilustra la energía utilizable de ultracondensador 501 en contra del tiempo de carga 502 con una tasa de carga de 5 k . El número de referencia 504 ilustra el tiempo de carga de una cuerda de condensador de 1000 Farad. Específicamente, 0.2 MJ de energía utilizable son almacenados en el ultracondensador 104 en aproximadamente 120 segundos y esta cantidad de energía es más que suficiente para encender el motor de combustión interna cuando el motor de combustión interna está frío. Si el motor está frío, la energía utilizable de 200 kJ es necesaria para encender el motor. Y el número de referencia 503 ilustra el tiempo de carga de una cuerda de condensador de 650 Farad, el número de referencia 505 ilustra el tiempo de carga de una cuerdas del condensador de 1500 Farad, el número de referencia 506 ilustra el tiempo de carga de una cuerda de condensador de 2000 Farad, y el número de referencia 507 ilustra el tiempo de carga de una cuerda del condensador de 3000 Farad.
La figura 6 es una gráfica 600 que ilustra la velocidad del vehículo 601 en kilómetros por hora en contra de la energía cinética 602 en kJ para un vehículo de 30,000 kilogramos y uno de 40,000 kilogramos. El número de referencia 603 ilustra el esquema para el vehículo de 30,000 kilogramos y el número de referencia 604 ilustra el esquema para el vehículo de 40,000 kilogramos. El número de referencia 605 indica que el límite de almacenamiento de energía cinética es de 700 kJ lo cual es una parte grande de la energía almacenada total del capacitor como se ve en la figura 4.
La figura 7 es una gráfica 700 que ilustra la velocidad de vehículo 702, el tiempo de operación 701 y las condiciones para la regeneración de energía. Los números de referencia 713, 714,715 y 716 representan períodos de tiempo para la regeneración de energía. Específicamente, el número de referencia 706 representa un intervalo de cuatro (4) segundos de tiempo. Durante una parte de este período de tiempo 703, el vehículo acelera y logra la velocidad de 12 kilómetros por hora. Después, el número de referencia 704 representa un intervalo de tiempo de dos (2) segundos cuando el vehículo está desacelerando de desde 12 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. Durante este período de tiempo de dos (2) segundos, la energía es regenerada 710 al ser desacelerado el vehículo de desde 12.0 kilómetros por hora a 0.0 kilómetros por hora. La regeneración de energía ocurre cuando las ruedas impulsan los generadores/motores de tracción Ac no autoexcitados 110, 111, 112, y 113 en el modo de generador. Otros tipos de generadores/motores de tracción pueden ser usados como se indicó anteriormente .
Después, el número de referencia 705 indica una velocidad cero para un período de tres (3) segundos seguido por una aceleración rápida. El número de referencia es un segundo período de tiempo de cuatro (4) segundos 706. Una parte del tiempo 706 es aceleración en la dirección de reversa hasta que el vehículo logra 10 kilómetros por hora. Una vez que el vehículo logra 10 kilómetros por hora en un período de un (1) segundo, este permanece a 10 kilómetros por hora por 3 segundos. Después, hay un intervalo de tiempo de dos (2) segundos 707 cuando el vehículo está desacelerando de 10 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. Durante este período de tiempo de dos (2) segundos 707, la energía es regenerada 713 al ser desacelerado el vehículo de desde 10 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. Después, hay un período de tiempo de cuatro (4) segundos 708, dos (2) segundos de los cuales es un periodo de aceleración a 12 kilómetros por hora. Una vez que el vehículo logra la velocidad de 12 kilómetros por hora este permanece a 12 kilómetros por hora por dos (2) segundos adicionales. El número de referencia 709 es un intervalo de tiempo de dos (2) segundos cuando el vehículo está desacelerando de desde 12 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. Durante este período de tiempo de dos (2) segundos, la energía es regenerada 714 al ser desacelerado el vehículo de desde 12.0 kilómetros por hora a 0.0 kilómetros por hora.
Una vez que el vehículo viene a descansar, este permanece en descanso por dos (dos) segundos adicionales 710. Subsecuentemente, el vehículo acelera rápidamente en la dirección de reversa por 0.5 segundos hasta que logra una velocidad de 10 kilómetros por hora. El número de referencia 710 representa un intervalo de tiempo de dos (2) segundos cuando el vehículo no se está moviendo. El número de referencia 711 es un intervalo de tiempo de cuatro (4) segundos cuando el vehículo se está moviendo en la dirección de reversa a una velocidad de 10 kilómetros por hora. Subsecuentemente, nuevamente, en un intervalo de tiempo de dos (2) segundos 712, el vehículo desacelera de desde 10 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora y la energía es recapturada/regenerada 715.
La figura 8 es una gráfica de semi-log 800 de voltaje de ultracondensador 813 en contra del tiempo de descarga 812 para niveles de energía diferentes. El número de referencia 801 representa el voltaje seguro máximo y el número de referencia 802 es el voltaje de operación normal mínimo al cual el ultracondensador será operado. El número de referencia 803 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 1 kW, el número de referencia 804 ilustra el tiempo de descarga desde 800 VDC a 2 kW, el número de referencia 805 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 4 kW, el número de referencia 806 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 8 kW, el número de referencia 807 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 16 kW, el un número de referencia 808 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 33 kW, el número de referencia 808 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 65 kW, el número de referencia 809 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 BVDC a 65 kW, el número de referencia 810 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 130 kW, y el número de referencia 811 ilustra el tiempo de descarga de desde 800 VDC a 260 kW.
NUMERALES DE REFERENCIA 100A - Ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el condensador está cargado de desde baterías de 24 voltios después de un apagado prolongado del vehículo eléctrico híbrido; 100B - Ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el condensador está cargado suficientemente y suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante para encender el motor de combustión interna. 100C - La ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, ente otros, la condición en la que el motor de combustión interna está suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante operando en el modo de generador proporcionando energía al banco de ultracondensadores, al convertidor DC-DC y a las baterías de 24 voltios. 100D - Ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que el motor de combustión interna está suministrando energía al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante operando en el modo de generador suministrando energía al banco de ultracondensadores, los inversores duales los cuales suministran energía a los motores de tracción y al convertidor DC-DC suministrando las baterías de voltaje bajo. 100E - Ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que la energía regenerativa están siendo suministrada al banco de ultracondensadores , al convertidor DC-DC y a las baterías de bajo voltaje. 100F - Ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido ilustrando, entre otros, la condición en la que la energía regenerativa está siendo suministrada al banco de ultracondensadores y el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante opera en el modo de motor. 100G - Ilustración esquemática de un vehículo eléctrico híbrido sin un banco de ultracondensadores en donde las baterías de voltaje bajo son usadas con un encendedor de motor para encender el motor de combustión interna. 100H - Ilustración esquemática de un inversor compacto dual teniendo una ventaja sinergística en la que dos inversores son capaces de compartir una placa fría, un banco de condensadores de circuito intermedio, barras de bus, una caja, un conector de voltaje bajo y alambrado, y algunos de los electrónicos de voltaje bajo. 101- Motor de combustión interna. 101A- Comunicación eléctrica entre el generador/motor de reluctancia conmutada 102 y el motor de combustión interna 101. 102- Generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante . 103- Inversor AC a DC en el modo de generador y DC a AC en el modo de motor. 103A- Comunicación eléctrica entre un generador/motor no autoexcitante y el inversor AC/DC. 104- Banco de ultracondensadores. 104A- Comunicación eléctrica entre el banco de ultracondensadores 104 y el bus DC de alto voltaje. 105- Un bus DC de alto voltaje. 106- Un convertidor DC-DC de 5 kW interpuesto entre las baterías de voltaje bajo del vehículo y el bus DC de voltaje alto. 106A- Comunicación eléctrica entre las baterías de voltaje bajo de vehículo y el convertidor DC-DC. 107- Baterías de voltaje bajo de vehículo, preferiblemente baterías de 24 voltios. 108- Inversor DC/DC dual compacto impulsando dos motores AC/reductores de engranaje 110 y 111 para impulsar las ruedas frontales del vehículo híbrido. 109- Inversor DC/AC dual compacto impulsando dos reductores de engranaje/motores AC 112 y 113 para impulsar las ruedas traseras del vehículo híbrido. 108A- Comunicación eléctrica entre el bus DC de voltaje alto 105 y el inversor dual compacto 108. 109A- Comunicación eléctrica entre el bus DC de voltaje alto 105 y el inversor dual compacto 109. 110, 111, 111, y 113- Generador/motor/reductores de engranaje de reluctancia conmutada no autoexcitantes para impulsar las ruedas de un vehículo híbrido. 110A- Comunicación eléctrica entre el inversor DC/AC dual compacto 108 y el motor de tracción 110. lllA- Comunicación eléctrica entre el inversor DC/AC dual compacto 108 y el motor de tracción 111. 112A- Comunicación eléctrica entre el inversor DC/AC dual compacto 109 y el motor de tracción 112. 113A- Comunicación eléctrica entre el inversor DC/AC dual compacto 109 y el motor de tracción 113. 161- Flujo de carga desde las baterías de voltaje 107 al convertidor DC-DC 106 al banco ultracondensadores 104. 162G- Flujo de carga desde el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante operando en el modo de generador para: el inversor DC/AC 103, el banco de ultracondensadores 104, el convertidor DC-DC 106, las baterías de bajo voltaje 107, los inversores duales compactos 108 y 109 y los motores de tracción AC/reductores de engranaje 110, 111, 112 y 113 para impulsar las ruedas del vehículo híbrido. 162 - Flujo de carga desde el banco de ultracondensadores 104 hasta el inversor DC/AC 103 y para el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitante 102 operando en el modo de motor. 162R- Flujo de carga desde el generador/motores de reluctancia conmutada no autoexcitantes 110, 111, 112 y 113 actuando en el modo de generador para los inversores AC/DC duales compactos 108 y 109, para el bus DC de alto voltaje y para el banco de ultracondensador 104. 163G- Flecha esquemática indicado la energía rotacional suministrada por el cigüeñal al motor de combustión interna 101 hasta el generador/motor de reluctancia conmutada operando en el modo de generador. 163M- Flecha esquemática indicando la energía rotacional aplicada al cigüeñal del motor de combustión interna 101 por el generador/motor de reluctancia conmutada operando en el modo de motor. 171- Línea punteada que representa el flujo de energía de las baterías de voltaje bajo a través del convertidor DC-DC a lo largo del bus DC de alto voltaje, a través del inversor de energía el cual invierte la energía DC en energía AC para impulsar el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitada operando en el modo de motor el cual mecánicamente impulsa y enciende el motor de combustión interna. 173- Flecha esquemática indicando la energía suministrada al motor de combustión interna 101. 180A- Comunicación eléctrica con accesorio. 180- Accesorio. 185- Inversores de accesorio. 185A- Comunicación eléctrica con los inversores de accesorio. 190- Banco de resistencias. 190A- Linea de comunicación eléctrica entre el bus DC de alto voltaje y el banco de resistor 190. 190A- Conmutador interpuesto en la linea de comunicación eléctrica 190A. 200, 200A- Esquema de la estrategia de control del vehículo eléctrico híbrido. 203- Esta la llave en la posición de "encendido"? 203Y- La llave está en la posición de "encendido" . 204- Esta el motor interno funcionando? 204N- El motor no está funcionando. 204Y- El motor está funcionando. 205- Hay suficiente energía en el banco de ultracondensadores para encender el motor? 205N- Sí no hay una energía suficiente en el banco de ultracondensadores para encender el motor, entonces proceder al paso 210 y transferir energía (carga) al ultracondensador para cargarlo preferiblemente a por lo menos 200V DC. 205Y- Sí hay la energía suficiente en el banco de ultracondensadores encender el motor, y después proceder al paso 203 y colocar la llave en la posición de encendido. 207- Calcular la energía recuperable disponible, Er, con base en la velocidad de la máquina y el estado de operación de la máquina. 207A- Comunicación de la cantidad calculada de energía recuperable para el paso siguiente 208. 208- Es la energía recuperable más la energía del banco de ultracondensadores menor que o igual a la energía permitida máxima almacenada en el banco de ultracondensadores Er + Ec < Euc máxima? 208N- Si la energía recuperable más la energía del banco de ultracondensadores no es menor que o igual a la energía permitida máxima almacenada en el banco de ultracondensadores, en otras palabras, sí la relación Er + Ec < Euc máxima no es satisfecha, entonces proceder al siguiente paso 216, en donde el motor de combustión interna se pone en marcha muerta . 208Y- Sí la energía recuperable más la energía del banco de ultracondensadores es menor que o igual a la energía permitida máxima almacenada en el banco de ultracondensadores, en otras palabras, la relación Er + Ec < Euc máxima es satisfecha, entonces proceder al siguiente paso 214 y poner la velocidad de motor al mejor consumo de combustible específico de freno y comandar la energía máxima desde el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado 102 actuando en el modo de generador. 210- Energía de transferencia desde las baterías de voltaje bajo al ultracondensador sobre el tiempo usando el convertidor DC-DC 106 de manera que el ultracondensador es cargado a 200V DC. 211- Línea indicado la comunicación de energía al banco de ultracondensadores . 214- Poner la energía a la velocidad de consumo de combustible específico de freno mejor (BSFC) y ordenar la energía de generador máxima desde el generador/motor de reluctancia conmutada operando en el modo de generador. 215- Línea de comunicación al paso próximo 235, está presente el comando de freno? 216- Sí la energía recuperable más la energía almacenada en el ultracondensador no es menor que la energía permitida máxima en el ultracondensador, entonces ordenar al motor de combustión interna el ponerse en marcha muerta y ordenar la salida del generador/motor de reluctancia conmutada operando en el modo de generador a una corriente de generador cero . 216A- Línea de comunicación señalando que el motor de combustión interna ha sido ordenado el ponerse en marcha muerta y que el generador/motor de reluctancia conmutada operando en el modo de generador está produciendo una corriente de generador cero. 217- Ha expirado el tiempo de espera, a saber la relación Er + Euc < Euc máxima no se ha satisfecho después del tiempo de espera? 217Y- El tiempo de espera ha expirado, proceder al paso 218 y apagar el motor de combustión interna. 218- Apagar el motor de combustión interna mediante el quitar el combustible. 221- Está presente el comando de freno? 221M- Sí el comando de freno no está presente entonces proceder al siguiente paso 222 y determinar sí circuito intermedio > circuito intermedio Min. 221Y- Sí el comando de freo está presente, entonces proceder al siguiente paso 227, y enviar un comando de fuerza de torsión negativo al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitantes 110, 111, 112 y 113 actuando en el modo de generador a los inversores AC/DC duales compactos 108 y 109. 222- Es circuito intermedio > circuito intermedio Min? 222N- Sí el voltaje de circuito intermedio no es mayor que el voltaje mínimo de circuito intermedio, entonces proceder al siguiente paso 228 y enviar un comando de fuerza torsional cero a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112, 113 los cuales impulsan las ruedas del vehículo en forma proporcional a la señal de acelerador y dentro de los límites de esta habilidad. 222Y- Sí el voltaje de circuito intermedio es mayor que el voltaje mínimo de circuito intermedio entonces proceder al siguiente paso 223 y leer el comando de acelerador desde el controlador electrónico. 223- Leer el comando de acelerador desde el controlador electrónico. 224- Leer el selector de cambio. 225- Es la velocidad del vehículo menor que la velocidad máxima de la posición de selector? 225N- Sí la velocidad del vehículo no es menor que la velocidad máxima para la posición de selector, entonces proceder al siguiente paso 228 y enviar el comando de fuerza de torsión con letra cero a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112, 113 los cuales impulsan las ruedas del vehículo . 225Y- Si la velocidad del vehículo es menor que la velocidad máxima para la posición de selector, proceder al siguiente paso 226, está la máquina en el engranaje para adelante? 226- Esta el vehículo en engranaje para adelante? 226N- Sí la velocidad del vehículo no está en la posición para adelante, entonces proceder al siguiente paso y enviar un comando de fuerza de torsión negativo a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 y 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo en proporción a la señal de acelerador y dentro de los límites de estabilidad para impulsar al vehículo en la dirección de reversa. 226Y- Sí el vehículo está en el engranaje en dirección hacia adelante, proceder al siguiente paso 229 y enviar el comando de fuerza de torsión positivo a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112, 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo en proporción a la señal de acelerador y dentro de los límites de estabilidad para impulsar al vehículo en la dirección hacia adelante. 227- Enviar un comando de fuerza de torsión negativo a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo en proporción al comando de freno 225Y y dentro de los limites de estabilidad. 228- Enviar el comando de fuerza torsional cero a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 y 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo. 229- Enviar un comando de fuerza o torsión positivo a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112, 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo. 230- Enviar un comando de fuerza o torsión negativo a los generadores/motores de reluctancia conmutada 110, 111, 112 y 113 los cuales impulsan las ruedas de vehículo proporcionales a la señal de acelerador y dentro de los límites de estabilidad. 300- Esquema eléctrico implementando la estrategia de control de las figuras 2 y 2A. 301- Controlador. 310- Entrada del enlace de datos híbrido. 311- Entrada desde el enlace de datos de vehículo . 400- Gráfica que ilustra el voltaje de ultracondensador en contra de la energía almacenada total de ultracondensador . 401- Voltaje de ultracondensador. 402- Energía almacenada total de ultracondensador (MJ) . 403- Cuerda de condensador de 650 Farad. 404- Cuerda de condensador de 1200 Farad. 405- Cuerda de condensador de 1500 Farad 406- Cuerda de condensador de 2000 Farad 407- Cuerda de condensador de 3000 Farad. 408- Marca de abscisa de 500 voltios. 409- Marca de abscisa de 800 voltios. 410- Marca de ordenada de 1.3 MJ. 500- Gráfica ilustrando la energía utilizable de ultracondensador en contra de tiempo de carga.
Banco de energía utilizable. 502- Tiempo de carga a 5 kW. 503- Cadena de condensadores de 650 Farad. 504- Cadena de condensadores de 1200 Farad. 505- Cadena de condensadores de 1500 Farad. 506- Cadena de condensadores de 2000 Farad. 507- Cadena de condensadores de 3000 Farad. 600- Gráfica que ilustra velocidad de vehículo en contra de la energía cinética para un vehículo de 30,000 kilogramos y un vehículo de 40,000 kilogramos. 601- Velocidad de vehículo en kilómetros por 602- Energía cinética en kJ. 603- Vehículo de 30,000 kilogramos sin una carga. 604- Vehículo de 40,000 kilogramos incluyendo la carga . 605- Límite de almacenamiento de energía, a 800 V DC. 700- Gráfica que ilustra velocidad de vehículo, tiempo y condiciones para regenerar la energía. 701- Tiempo. 702- Velocidad de vehículo kilómetros por hora. 703- Intervalo de tiempo de 4 segundos en donde el vehículo acelera y logra 12 kilómetros por hora. 704- Intervalo de tiempo de 2 segundos cuando el vehículo está desacelerando de 12 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. 705- Intervalo de tiempo de 2 segundos. 706- Intervalo de tiempo de 4 segundos cuando el vehículo está acelerando en la dirección de reversa. 707- Intervalo de tiempo de 2 segundos cuando el vehículo está desacelerado de menos 10 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. 708- Intervalo de tiempo de 4 segundos en donde el vehículo acelera y logra 12 kilómetros por hora. 709- Intervalo de tiempo de 2 segundos cuando el vehículo está desacelerando de 12 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. 710- Intervalo de tiempo de 2 segundos. 711- Intervalo de tiempo de 4 segundos cuando el vehículo está acelerado en la dirección de reversa. 712- Intervalo de tiempo de 2 segundos cuando el vehículo está desacelerando de menos 10 kilómetros por hora a cero kilómetros por hora. 713, 714, 715, 716- Área oscurecida representando regeneración de energía. 800- Gráfica casi-log de voltaje de ultracondensador en contra de tiempo para diferentes niveles de energía . 801- Voltaje de operación normal mínimo. 802- Voltaje seguro máximo. 803- 1 kW. 804- 2 kW. 805- 4 kW. 806- 8 kW. 807- 16 kW. 808- 33 kW. 808- 65 kW. 809- 130 kW. 810- 130 kW 811- 260 kW. 812- Tiempo en minutos 813- Voltaje DC .
Control de vehículo híbrido.
Aquellos expertos en el arte reconocerán que la invención se ha establecido por vía de ejemplo solamente y que pueden hacerse cambios a la invención sin departir del espíritu y alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (41)

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. Un vehículo eléctrico híbrido en serie que comprende : un generador/motor no autoexcitado para proporcionar energía a dicho vehículo para la propulsión y operación del mismo; un bus DC de alto voltaje; una pluralidad de ruedas que impulsan dicho vehículo; uno más motores/generadores de tracción AC no autoexcitado; uno o más inversores duales compactos que llevan energía bidireccional entre dicho bus DC de alto voltaje y dicho uno o más de los motores/generadores de tracción AC no autoexcitados los cuales están fijados, respectivamente, a una o más de dicha pluralidad e ruedas; dichos inversores duales compactos asociados con dichos motores/generadores de tracción AC no autoexcitados están configurados para operar en un modo de generador o en un modo de motor; dichos motores/generadores de tracción AC no autoexcitados están configurados en combinación con dichas ruedas para proporcionar proporción y frenado regenerativo; un motor de combustión interna; dicho motor de combustión interna acoplado a dicho generador/motor no autoexcitado para proporcionar energía a dicho vehículo para la proporción y operación del mismo; dicho generador/motor no autoexcitado acoplado a un inversor; dicho inversor suministra energía bidireccionalmente a y desde dicho bus DC de alto voltaje, dicho inversor suministra energía a dicho bus DC de alto voltaje cuando dicho generador/motor no autoexcitado opera en dicho modo de generador, y, dicho inversor suministra energía a dicho generador/motor no autoexcitado cuando dicho generador/motor no autoexcitado opera en dicho modo de motor; un banco ultracondensador, dicho banco ultracondensador eléctricamente acoplado a dicho bus DC de alto voltaje; dicho banco de ultracondensador almacena energía regenerativa desde dichos motores de tracción AC no autoexcitados cuando operan en dicho modo de motor; y dicho banco de ultracondensadores almacena y suministra energía a dicho inversor acoplado a dicho generador/motor no autoexcitado operando en dicho modo de motor para encender dicho motor de combustión interna; un sistema de voltaje bajo convencional con por lo menos una batería DC de 12 o de 24 voltios; un convertidor DC-DC bidireccional para llevar energía entre dicha batería DC de 12 o de 24 voltios y dicho banco de ultracondensador para propósitos de precargar dicho banco de ultracondensador para encender dicho motor de combustión interna y mantener el estado de carga de dicha batería de 12 o de 24 voltios después de que dicho motor de combustión interna es encendido.
2. Un vehículo eléctrico híbrido en serie tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado además porque comprende : un banco de resistores, dicho banco de resistores disipa la energía regenerativa en exceso desde dichos generadores/motores de tracción AC no autoexcitados en dicho modo de generador.
3. Un vehículo eléctrico híbrido en serie tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el generador/motor no autoexcitado operando en dicho modo de motor es usado para disipar el exceso de energía cinética desde dicho vehículo mediante el impulsar de regreso dicho motor de combustión interna mientras que opera un freno de compresión de motor .
4. Un vehículo eléctrico híbrido que comprende: un bus DC de alto voltaje; un motor de combustión interna; dicho motor de combustión interna impulsa un generador/motor no autoexcitado proporcionando energía a dicho bus DC de alto voltaje; uh inversor DC-AC dual bidireccional compacto de eje trasero impulsando dos motores/generadores/reductores de engranaje AC para mover dicho vehículo y para recapturar la energía desde dicho frenado regenerativo; un inversor DC-AC dual bidireccional compacto de eje frontal impulsando dos reductores de engranaje/generadores/motores AC para mover dicho vehículo y para recapturar la energía desde el frenado regenerativo; por lo menos una batería DC de 12 voltios o de 24 voltios; un ultracondensador, dicho ultracondensador eléctricamente acoplado a dicho bus DC de alto voltaje; un convertidor DC-DC bidireccional interpuesto entre dicha batería de 12 voltios o de 24 voltios y dicho bus DC de alto voltaje, dicho convertidor DC-DC transfiere energía entre dicha batería DC de 12 voltios o de 24 voltios y dicho bus DC de alto voltaje y dicho ultracondensador; dicho generador/motor no autoexcitado acoplado a dicho motor para encender dicho motor de combustión interna; dicho ultracondensador suministrando energía a dicho inversor acoplado a dicho generador para encender dicho motor de combustión interna.
5. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado además porque comprende : un banco de resistores; y dichos inversores DC-AC bidireccionales duales compactos incluyen medidas de rectificación para regenerar energía y almacenar dicha energía en dicha por lo menos una batería y/o dicho ultracondensador .
6. Un vehículo eléctrico híbrido que comprende: un bus DC de alto voltaje; un motor de combustión interna; dicho motor de combustión interna acoplado mecánicamente a un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado; } dicho motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado opera como un generador que suministra energía eléctrica en el modo de generador; dicho motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado opera como un motor recibiendo energía eléctrica en el modo de motor; dicho generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado acoplado a un inversor, dicho inversor envía bidireccionalmente energía entre dicho bus DC de alto voltaje y dicho generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado; un primer motor/generador de tracción AC frontal para impulsar dicha primera rueda frontal, dicho primer motor/generador de tracción frontal siendo un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado, dicho primer motor/generador de tracción frontal proporciona propulsión y/o frenado regenerativo; un segundo motor de tracción DC frontal para impulsar una segunda rueda frontal, dicho segundo motor/generador de tracción frontal siendo un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado, dicho segundo motor/generador de tracción frontal proporciona propulsión y/o frenado regenerativo; un primer motor/generador de tracción AC trasero para impulsar una primera rueda trasera, dicho primer motor/generador de tracción trasera siendo un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado, dicho primer motor/generador de tracción trasera proporciona propulsión y/o frenado regenerativo; un segundo motor/generador de tracción AC trasero para impulsar una segunda rueda trasera, dicho segundo motor/generador de tracción trasera siendo un motor/generador de reluctancia conmutada no autoexcitado, dicho segundo motor/generador de tracción trasera proporciona propulsión y/o frenado regenerativo; un primer inversor dual compacto y un segundo inversor dual compacto; dicho primer inversor dual compacto en comunicación eléctrica con dicho bus DC de alto voltaje; dicho primer inversor dual compacto convierte la energía DC desde dicho bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar dicho primer motor/generador de tracción AC frontal y dicha primera rueda frontal; dicho primer inversor dual compacto convierte la energía DC desde dicho bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar dicho segundo motor/generador de tracción AC frontal y dicha segunda rueda frontal; dicho segundo inversor dual compacto en comunicación eléctrica con dicho bus DC de alto voltaje; dicho segundo inversor dual compacto convierte la energía DC desde dicho bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar dicho primer motor/generador de tracción AC trasero y dicha primera rueda trasera; dicho segundo inversor dual compacto convierte la energía DC desde dicho bus DC de alto voltaje en energía AC para impulsar dicho segundo motor/generador de tracción AC trasero y dicha segunda rueda trasera; un banco de ultracondensadores , dicho banco de ultracondensadores acoplado eléctricamente a dicho bus DC de alto voltaje; dicho banco de ultracondensadores almacena energía regenerativa desde ducho primer inversor dual compacto suministrado por dichos motores/generadores de tracción AC frontales primero y segundo operando en un modo regenerativo; dicho banco de ultracondensadores almacena energía regenerativa desde dicho segundo inversor dual compacto suministrado por dichos motores/generadores de tracción AC traseros primero y segundo operando en un modo regenerativo; dicho banco de ultracondensadores almacena energía desde dicho inversor acoplado a dicho generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado cuando dicho generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado está operando en dicho modo de generador; dicho banco de ultracondensadores suministra energía a dicho inversor acoplado a dicho generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado cuando dicho generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado está operando en dicho modo de motor para encender dicho motor de combustión interna; un sistema de voltaje bajo convencional con por lo menos una batería de 12 voltios o de 24 voltios; un convertidor DC-DC bidireccional, dicho convertidor DC-DC escalona dicho voltaje de dicha batería hacia arriba y lleva energía entre dicha batería de 12 o de 24 voltios y dicho banco de ultracondensador está para precargar dicho banco de ultracondensadores para encender dicho motor de combustión interna; y dicho convertidor DC-DC bidireccional escalona dicho voltaje de dicho bus DC de alto voltaje hacia abajo para mantener el estado de carga de dicha batería de 1|2 o de 24 voltios después de que dicho motor de combustión interna es encendido .
7. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado además porque comprende : un banco de resistores, dicho banco de resistores consume la energía regenerativa en exceso desde dichos generadores/motores de tracción AC autoexcitados operando en dicho modo de generador.
8. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica e la cláusula 6, caracterizado porque dicho motor/generador operando en dicho modo de motor es usado para disipar la energía cinética en exceso desde el vehículo mediante el impulsar de regreso el motor mientras que opera un freno de compresión de motor.
9. Un vehículo eléctrico híbrido en serie tal y como se reivindica e la cláusula 1, caracterizado porque dicho generador/motor no autoexcitado es una máquina de reluctancia conmutada .
10. Un vehículo eléctrico híbrido en serie tal y como se reivindica e la cláusula 1, caracterizado porque dicho generador/motor no autoexcitado es la fuente primaria de energía eléctrica para el vehículo.
11. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica e la cláusula 6, caracterizado porque dicho generador/motor no autoexcitado de reluctancia conmutada es la fuente primaria de energía eléctrica para el vehículo.
12. Un sistema eléctrico híbrido que comprende: un motor de combustión interna; un generador/motor AC no autoexcitado; dicho generador/motor AC no autoexcitante opera en ya sea el modo de generador o el modo de motor; un bus DC de alto voltaje; un banco de ultracondensadores , dicho banco de ultracondensadores conectado tiempo completo a través de dicho bus DC de alto voltaje; un inversor AC-DC para convertir la energía AC desde dicho generador/motor AC no autoexcitante en energía DC para suministrar a dicho bus DC de alto voltaje y a dicho banco de ultracondensadores; una batería DC de bajo voltaje; medios para cargar dicho banco de ultracondensadores desde dicha batería DC de vehículo de bajo voltaje convencional para proporcionar energía de excitación inicial a dicho generador/motor no autoexcitante operando en dicho modo de motor para encender dicho motor de combustión interna.
13. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho banco de ultracondensadores es cargado con energía suficiente desde dicha batería de bajo voltaje de manera que dicho generador/motor no autoexcitado puede ser usado en dichos modos de motor para encender dicho motor de combustión interna reemplazando por tanto el encendedor de motor de bajo voltaje convencional .
14. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dichos medios usados para cargar dicho ultracondensador son un convertidor DC-DC bidireccional el cual mantiene el estado de carga de dicha batería de najo voltaje eliminando por tanto la necesidad de un alternador de bajo voltaje convencional.
15. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado además porque comprende : inversores compactos duales; una pluralidad de ruedas; una pluralidad de generadores/motores de tracción no autoexcitados cada uno interconectados con una respectiva de dicha pluralidad de ruedas; dichos inversores compactos duales están conectados a través de dicho banco de ultracondensadores ; dichos inversores compactos duales son inversores DC-AC bidireccionales ; y dichos inversores compactos duales transfieren energía a y desde dicho banco de ultracondensadores a y desde dichos generadores/motores de tracción o autoexcitados.
16. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho generador/motor no autoexcitado es operado en dicho modo de motor para impulsar de regreso dicho motor de combustión interna y un freno de motor asociado a fin de disipar la energía de frenado regenerativa excesiva.
17. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho generador/motor no autoexcitado es una máquina de reluctancia conmutada .
18. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho banco de ultracondensadores es impulsado a un estado máximo predeterminado de carga antes del apagado de motor a fin de proporcionar un rápido encendido de motor sin necesidad de confiar en la precarga desde dicha batería DC de bajo voltaje del vehículo bajo condiciones de operación normales.
19. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dichos medios para cargar dicho banco de ultracondensadores desde dicha batería DC de vehículo de bajo voltaje convencional para proporcionar energía de excitación inicial a dicho motor/generador no autoexcitante operando en dicho modo de motor para encender dicho motor de combustión interna.
20. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 15, caracterizado porque uno o más de dichos inversores compactos duales descargan alguna energía en dicho banco de ultracondensadores en los bobinados de dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados ya sea mediante el operar a una energía suficientemente baja para evitar el movimiento o mediante operar dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados con fuerzas de torsión opuestos para permitir la operación segura de dicho sistema.
21. Un sistema eléctrico híbrido que comprende: un generador/motor no autoexcitado; dicho generador/motor no autoexcitado es operado en un modo de generador o en un modo de motor; un inversor de energía; un bus DC de alto voltaje; un ultracondensador interconectado con dicho bus DC de alto voltaje; una batería de bajo voltaje; un convertidor bidireccional DC-DC; un banco de ultracondensadores es cargado con un voltaje de operación utilizable mediante el transferir energía desde dicha batería de bajo voltaje mediante el uso de dicho convertidor DC-DC; dicho generador/motor no autoexcitado es impulsado por dicho inversor de energía cuando dicho ultracondensador es cargado a un voltaje utilizable.
22. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 21, caracterizado porque el convertidor DC-DC carga dicha batería de bajo voltaje una vez que dicho motor de combustión interna está operando.
23. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 21, caracterizado además porque comprende un motor de tracción.
24. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 22, caracterizado además porque comprende una pluralidad de motores de tracción.
25. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 23, caracterizado porque dichos motores de tracción pueden ser seleccionados del grupo de motores de magneto permanente interiores autoexcitantes , motores AC o DC no autoexcitantes.
26. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 24, caracterizado porque dichos motores de tracción pueden ser seleccionados del grupo de motores de magneto permanente interiores autoexcitantes, motores AC o DC no autoexcitantes.
27. Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido que comprende: fijar el contenido de energía permitida máximo de dicho banco de ultracondensadores; fijar el mínimo de voltaje de bus DC de alto voltaje mínimo; determinar sí hay energía suficiente en un banco de ultracondensadores para encender un motor de combustión interna ; transferir energía usando el convertidor DC-DC de una batería DC de bajo voltaje a dicho banco de ultracondensadores si no hay energía suficiente en dicho banco de ultracondensadores para encender dicho motor de combustión interna; encender dicho motor de combustión interna usando un generador/motor no autoexcitado operando en un modo de motor para encender dicho motor de combustión interna si hay energía suficiente en dicho banco de ultracondensadores; calcular la energía recuperable en dicho vehículo eléctrico híbrido; calcular la energía en dicho banco de ultracondensadores de dicho vehículo eléctrico híbrido; determinar si la energía recuperable calculada más la energía de ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores; ordenar a dicho motor de combustión interna en marcha muerta y comandar una generación de energía cero desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en un modo de generador si dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador no es menor que el contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores y esperar un período de tiempo mientras que dicho motor de combustión interna está en marcha muerta con una generación de energía cero desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en dicho modo de motor y recalcular dicha energía recuperable calculada más la energía de ultracondensador y redeterminar si dicha energía recuperada calculada más dicha energía de ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores debido al consumo de energía por dicho vehículo eléctrico híbrido y si dicha energía recuperable recalculada más dicha energía de ultracondensador no es menor que un contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores entonces apagar el motor de combustión interna; fijar dicha velocidad de motor de combustión interna a la mejor velocidad especifica de freno y ordenar energía máxima desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en un modo de generador si dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador es menor que dicho contenido de energía permitida máxima de dicho banco de ultracondensadores; determinar si está presente un comando de frenado; enviar un comando de fuerza de torsión negativo a dichos motores de tracción no autoexcitados proporcional a dicho comando de frenado y dentro de los límites de estabilidad si está presente el comando de frenado; determinar si el voltaje de bus DC de alto voltaje es mayor que dicho voltaje mínimo de bus DC de alto voltaje si está presente dicho comando de freno; enviar un comando de fuerza de torsión cero a dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados y dicho voltaje de bus DC de alto voltaje no es mayor que dicho voltaje mínimo de bus DC de alto voltaje; leer un comando de acelerador si dicho bus DC de alto voltaje es mayor que dicho voltaje mínimo de bus DC de alto voltaje; determinar si la velocidad del vehículo es menor que la velocidad permitida máxima; enviar un comando de fuerza de torsión cero a dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados si dicha velocidad de vehículo no es menor que la velocidad permitida máxima; enviar un comando de fuerza de torsión positivo proporcional a la señal de acelerador dentro de los límites de estabilidad a dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados si dicho selector de cambio está en un engranaje hacia adelante; y enviar un comando de fuerza de torsión negativa proporcional a la señal de acelerador dentro de los límites de estabilidad a dichos generadores de motores de tracción no autoexcitados si dicho selector de cambio está en un engranaje hacia adelante.
28. Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 27, caracterizado porque dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados son máquinas de reluctancia conmutada.
29. Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 27, caracterizado porque dicho generador/motor no autoexcitado operando para encender dicho motor de combustión interna es una máquina de reluctancia conmutada.
30. Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 27, caracterizado porque dicho paso de comandar dicho motor de combustión interna a marcha muerta y comandar dicha generación de energía cero desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en un modo de generador si dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador no es menor que dicho contenido de energía permitida máxima de dicho banco de ultracondensador y esperar un período de tiempo mientras que dicho motor de combustión interna está en marcha muerta con la generación de energía cero desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en dicho modo de generador y volver a calcular dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador y redeterminar si dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores debido al consumo de energía por dicho vehículo eléctrico híbrido y si dicha energía recuperable recalculada más dicha energía de ultracondensador no es menor que un contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores, entonces apagar dicho motor de combustión interna .
31. Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 27, caracterizado porque dicho paso de ordenar a dicho motor de combustión interna a marcha muerta y ordenar la generación de energía cero desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en un modo de generador si dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador no es menor que dicho contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores y esperar un período de tiempo mientras que dicho motor de combustión interna está en marcha muerta con generación de energía cero desde dicho generador/motor no autoexcitado operando en dicho modo de generador y recalcular dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador y volver a determinar si dicha energía recuperable calculada más dicha energía de ultracondensador es menor que un contenido de energía permitido máximo del banco de ultracondensadores debido al consumo de energía por dicho vehículo eléctrico híbrido y si dicha energía recuperable recalculada más dicha energía de ultracondensador no es menor que un contenido de energía permitido máximo de dicho banco de ultracondensadores entonces el apagado de dicho motor de combustión interna es llevado a cabo en conjunción con dichos inversores compactos duales descargando alguna energía en dicho banco de ultracondensadores en los bobinados de dichos generadores/motores de tracción no autoexcitados sin movimiento ya sea mediante el operar a una energía suficientemente baja para evitar el movimiento o mediante el operar dichos motores/generadores de tracción no autoexcitados con fuerzas de torsión opuestas para permitir la operación segura de dicho vehículo .
32. Un método para controlar un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 27, caracterizado porque dicho banco de ultracondensadores es impulsado a un estado máximo predeterminado para cargar antes del apagado de dicho motor de combustión interna para un encendido de motor rápido sin la necesidad de confiar en la recarga de dicha batería DC de bajo voltaje de vehículo.
33. Un vehículo eléctrico híbrido que comprende: un controlador; un generador/motor no autoexcitado interconectado mecánicamente con dicho motor de combustión interna; un inversor de energía; dicho generador/motor no autoexcitado en comunicación eléctrica con dicho inversor de energía; dicho generador/motor no autoexcitado es operado en un modo de generador o en un modo de motor; un bus DC de alto voltaje; un ultracondensador interconectado con dicho bus DC de alto voltaje; dicho controlador en comunicación eléctrica con el inversor de energía controlando dicho inversor de energía; una batería de bajo voltaje; un convertidor bidireccional DC-DC, dicho banco de ultracondensadores está cargado a un voltaje de operación utilizable mediante el transferir energía desde dicha batería de bajo voltaje mediante el uso del convertidor FC-DC; y dicho generador/motor no autoexcitado es controlado por dicho controlador e impulsado en dicho modo de motor por el inversor de energía cuando el ultracondensador es cargado a un voltaje utilizable para encender dicho motor de combustión interna.
34. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 33, caracterizado además porque comprende : un primer inversor compacto dual y un segundo inversor compacto dual; una pluralidad de generadores/motores de tracción no autoexcitados impulsados por dichos inversores compactos duales primero y segundo; dichos inversores compactos primero y segundo controlados por dicho controlador.
35. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 34, caracterizado porque dichos inversores compactos duales primero y segundo pueden suministrar energía bidireccional .
36. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 34, caracterizado porque dicho inversor de energía puede suministrar energía bidireccionalmente .
37. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 34, caracterizado porque dichos inversores compactos duales primero y segundo pueden suministrar bidireccionalmente energía y en donde dicho inversor de energía puede suministrar energía bidireccionalmente.
38. Un vehículo eléctrico híbrido en serie que comprende : un motor de combustión interna que convierte la energía química en energía mecánica; un generador/motor no autoexcitado acoplado a dicho motor de combustión interna para convertir la energía mecánica en energía eléctrica y proporcionar dicha energía eléctrica a dicho vehículo para la propulsión y otras funciones relacionadas ; un bus DC de alto voltaje; un inversor para transferir energía bidireccionalmente entre dicho generador/motor no autoexcitado y dicho bus DC de alto voltaje; un motor/generador de tracción que proporciona energía de propulsión; un inversor para transferir energía eléctrica bidireccionalmente entre dicho motor/generador de tracción y dicho bus DC de alto voltaje; un sistema de bajo voltaje convencional con por lo menos una batería de 12 o de 24 voltios; un banco de ultracondensadores, dicho banco de ultracondensadores acoplado eléctricamente a dicho bus DC de alto voltaje; un convertidor DC-DC bidireccional para llevar energía entre dicha batería de 12 o de 24 voltios y dicho banco de ultracondensadores para propósitos de recargar dicho banco de ultracondensadores cuando sea necesario para proporcionar energía suficiente para excitar dicho generador y después encender dicho motor de combustión interna y después mantener el estado de carga de dicha batería de bajo voltaje una vez que el motor de combustión interna está operando; y un lógico de control, dicho lógico de control maneja el estado de carga de dicho banco de ultracondensadores y la operación propulsiva de dicho vehículo y otras funciones relacionadas .
39. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado además porque comprende un inversor DC-AC para dar energía a un motor de tracción AC para energizar dicho vehículo.
40. Un sistema eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 39, caracterizado porque dicho motor de tracción AC opera como un generador que regenera energía a dicho inversor DC-AC para almacenar en dicho ultracondensador.
41. Un vehículo eléctrico híbrido tal y como se reivindica en la cláusula 33, caracterizado además porque comprende : un primer inversor; un generador/motor de tracción impulsado por dicho primer inversor; y dicho primer inversor controlado por dicho controlador . R E S U M E Un vehículo eléctrico híbrido incluye un bus DC de alto voltaje y un motor de combustión interna. El motor de combustión interna está acoplado mecánicamente a un generador/motor no autoexcitado el cual es preferiblemente una máquina de reluctancia conmutada. Un inversor de energía eléctricamente y bidireccionalmente acopla el bus DC de alto voltaje al generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado. Los inversores DC-AC duales de eje frontal y trasero eléctricamente bidireccionalmente acoplan dos motores/reductores de engranaje de reluctancia conmutada no autoexcitados AC de tracción al bus DC de alto voltaje para mover el vehículo para generar energía. Un ultracondensador acoplado al bus DC de alto voltaje. Un convertidor DC-DC bidireccional interpuesto entre la batería de bajo voltaje y el bus DC de alto voltaje transfiere energía al bus DC de alto voltaje y al ultracondensador para asegurar que el generador/motor de reluctancia conmutada no autoexcitado operando en el modo de motor es capaz de encender el motor.
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