MXPA98009727A

MXPA98009727A - Vehiculo electrico con frenado regenerativo de eficiencia variable dependiendo del estado de carga de la bateria.

Info

Publication number: MXPA98009727A
Application number: MXPA98009727A
Authority: MX
Inventors: Paull Lyons Arthur
Original assignee: Bae Sys Controls Inc
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2002-05-07
Also published as: BR9804724A; US5941328A; EP0917981B1; EP0917981A1; CZ378398A3; CA2254027A1; KR100568728B1; AR017651A1; NO985418L; CA2254027C; JPH11234807A; NO985418D0; CN1225872A; PL329782A1; TR199802397A3; MY114974A; KR19990045485A; TW469233B; CN1191947C; TR199802397A2

Abstract

Un vehiculo electrico se controla para conformar su operacion a aquella de un vehiculo convencional energizado por motor de combustion interna. En algunas modalidades, la carga de las baterias mediante la funete auxiliar de electricidad y a partir del frenado dinamico, hace una rampa en su magnitud cuando las baterias quedan en un estado de carga entre la carga parcial y la carga completa, estando la magnitud de la carga relacionada con el estado de carga relativo de la bateria. La deficiencia entre la demanda del motor de traccion y la energia disponible desde la fuente electrica auxiliar se proporciona desde las baterias por una cantidad que depende del estado de las baterias, de tal manera que se proporciona la cantidad completa de la deficiencia cuando las baterias estan cerca de la carga completa, y las baterias proporcionan poca o ninguna energia cuando estan cerca de una condicion descargada. En los estados de carga de las baterias entre la carga casi completa y la descarga casi completa, las baterias suministran una cantidad de energia que depende monotonicamente del estado de carga. La carga de las baterias desde la fuente auxiliar se reduce durante el frenado dinamico, cuando las baterias estan en una carga casi completa. El control de la cantidad de energia regresada durante el frenado dinamico se puede realizar mediante el control de la eficiencia de transduccion del motor de traccion operado como un generador.

Description

60066736.112197 SOLICITUD PROVISIONAL DE PATENTE NO. DE CASO 52AY1344 21 de Noviembre, 1997 CERTIFICACIÓN DE ACUERDO AL 37 C. R.F. 1.10 Por este medio certifico que esta Nueva Solicitud de Transmisión y los documentos referidos que se adjuntan a la presente están siendo depositados en el Servicio Postal de los Estados Unidos en esta fecha 21 de Noviembre de 1997 en un sobre como "Correo Expreso de la Oficina Postal al Destinatario", No. de etiqueta de envío IB268094871US, dirigido al SubComisionado para Patentes, Washington, D.C. 20231. Firma 21 de Noviembre de 1997 William H. Meise Fecha MÉTODO PARA OPTIMIZAR EL FUNCIONAMIENTO DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO Campo de la Invención Esta invención se refiere a un aparato y a un método con los cuales se hace más simple y efectiva la operación y las características operativas de los vehículos eléctricos híbridos .

Antecedentes de la Invención Los vehículos eléctricos híbridos son visualizados ampliamente como los que están entre los vehículos más prácticos y de menor índice de contaminación. Un vehículo eléctrico híbrido incluye una batería de "tracción" eléctrica la cual proporciona energía eléctrica para un motor de tracción eléctrica, el cual a su vez impulsa las ruedas del vehículo. El aspecto "híbrido" de un vehículo eléatrico híbrido yace en el uso de una fuente secundaria o suplementaria de energía eléctrica para recargar la batería de tracción durante la operación del vehículo. Esta fuente secundaria de energía eléctrica podrían ser paneles solares, una celda de combustible, un generador impulsado por un motor de combustión interna, o generalmente cualquier otra fuente de energía eléctrica. Cuando se utiliza un motor de combustión interna como una fuente secundaria de energía eléctrica, el mismo es comúnmente un motor relativamente pequeño el cual utiliza pequeñas cantidades de combustible, y produce una muy baja polución. Una ventaja concomitante es que este tipo de motores de combustión interna pequeños pueden ser operados dentro de un rango limitado de R.P.M., de modo tal que podría ser optimizada de esta forma el control de polución del motor. El término "primario" y "secundario" cuando es utilizado para describir las fuentes de energía eléctrica está relacionado meramente a la forma o la vía en la que la energía es distribuida durante la operación, y no resulta de fundamental importancia para la invención. Un vehículo impulsado eléctricamente simple energizado únicamente por baterías eléctricas presenta la desventaja de que las baterías podrían tornarse descargadas mientras el vehículo esta muy lejos de una estación de carga de batería, y aún cuando un vehículo de este tipo retorne satisfactoriamente a su depósito luego de un día de uso, las baterías deberán luego ser recargadas . El vehículo eléctrico híbrido presenta la ventaja significativa sobre un vehículo energizable eléctricamente simple que el vehículo eléctrico híbrido recarga sus propias baterías durante su operación, y por lo tanto no requeriría comúnmente de ninguna carga externa de batería. Así, el vehículo eléctrico- híbrido puede ser utilizado en gran medida como si fuese un vehículo ordinario cin.!' <t -¿ci ? oi ii III I'U ti" < i <?ul mst ion interna, requiriendo únicamente la recarga e combustible. Otra ventaja ptinc-iptl del vehículo eléctrico híbrido es su buen rendimiento do combustible . La ventaja en este rendimiento de combustible surge del uso de un sistema de fxeneie dinámico regenerativo, el cual convierte la energía einétj.'a del movimiento en energía eléctrica durante al menos una porción del frenaje y retorna la energía a la batería. Se ha h.illado que las pérdidas por frenaje contabilizan prácticamente la mitad de la totalidad de las pérdidas fi ce i: nares experimentad i por un vehículo en su funcionamiento v ~ ? :'.r j '. u ui aií . í.i t< i u?< í.iiii'n de este O", i > fin-ujia, y el retorno de la misma a las baterías para su uso adicional, permite el uso de un generador eléctrico operado por combustible "secundario" mucho más pequeño que el que resultaría en el caso de que no r,?<>ran utilizadas disposiciones de frenaje regenerativo. A su vez, la fuente de energía eléctiica secundaria más pequeña resulta en una menor cantidad de copbustible utilizado por unidad de tiempo, o por kilómetro (o milla) . Aún otra ventaja de un vehículo eléctrico híbrido es que bajo la mayoría de las condiciones, la energía que está disponible para acelerar el vehículo es la suma de la máxima energía la cual puede ser suministrada por las baterías mas la máxima energía la cual puede ser generada por el generador eléctrico secundario. Cuando el generador eléctrico es un motor de combustión interna tipo diesel, la combinación de la energía de la batería y la energía del motor diesel pueden resultar en una fuerza total de movimiento la cual es casi sustancial, sin importar el buen rendimiento del combustible.

Mientras los vehículos eléctricos híbridos resultan económicamente ventajosos y también desde el punto de vista del medio ambiente, los mismos deben ser de alguna manera "a prueba de impericias o maltrato" , en el hecho de que los mismos deben ser similares a los vehículos que son impulsados por motores convencionales de combustión interna, tanto en su operación como en sus respuestas a los mandos del operador, con el objeto de obtener una aceptación más amplia. Compendio de la Invención Un método para la operación de un vehículo el cual deriva al menos algunos de sus esfuerzos de tracción o energía de movimiento proveniente de una o más baterías eléctricas ("baterías") incluyen la etapa de retornar substancialmente la totalidad de la energía proveniente de un motor de tracción a las baterías durante el frenaje dinámico durante aquellos cuando/ momentos /las baterías están en una primera condición de carga la cual es inferior de la condición de carga completa. Otras etapas del método incluyen el retorno de una cantidad menor a la totalidad de la energía proveniente del motor de tracción a las baterías durante el frenaje dinámico cuando las baterías están en un nivel de carga entre la primera condición de carga y la condición de carga completa, y no retornar substancialmente la energía proveniente del motor de tracción a las baterías durante el frenaje cuando las baterías alcanzan la condición de carga completa. En esta realización, la etapa de retorno inferior que a la totalidad de la energía proveniente del motor de tracción a las baterías incluyen la etapa de retornar una cantidad de la energía de frenaje dinámico disponibbe a las baterías la cual esta relacionada monótonamente a la proporción de la carga de batería en tiempo presente en relación a la condición de carga completa. En una realización preferida de la invención, las etapas anteriormente descritas sufren una transición suave de una a otra dependiendo del estado de carga de las baterías . Debido a que la cantidad de frenaje dinámico cambia gradualmente como una función de la carga de la batería, los frenos de fricción toman cualquier deficiencia en el frenaje, automáticamente como un resultado de la fuerza ejercida por el pedal de freno del operador.

De conformidad con otro aspecto de la invención, un método para operar un vehículo eléctrico híbrido que deriva por lo menos algunos de sus esfuerzos de tracción provenientes de las baterías eléctricas que incluye el paso de proporcionar energía desde una batería de tracción a un motor de tracción en por lo menos un modo de operación del vehículo eléctrico híbrido, y, de tiempo en tiempo, frenar dinámicamente el vehículo. Los pasos del método incluyen regresar a las baterías por lo menos una parte de la energía que se hace disponible por medio del frenaje dinámico, y cargar las baterías a partir de una fuente auxiliar de energía eléctrica durante aquellos intervalos en los cuales el frenado dinámico no se realiza, siendo normal la carga de una cantidad "normal", que puede variar de conformidad con algún patrón de control, en una manera adecuada para la operación normal del vehículo. En este aspecto de la invención, las baterías son cargadas desde la fuente auxiliar de energía eléctrica durante los intervalos en los que se realiza el frenaje dinámico, a una velocidad reducida de la cantidad normal de cargado. En otra mejora de este aspecto de la invención, el paso de cargar las baterías desde una fuente auxiliar de energía eléctrica incluye el paso de cargar las baterías de un generador eléctrico impulsado por un motor de combustión interna, que puede ser un motor diesel. Se puede usar una celda de combustible en lugar de una combinación de motor-generador. De acuerdo con otro aspecto de la invención, un método para operar un vehículo eléctrico incluye un motor de tracción conectado para impulsar por lo menos una rueda para impulsar el vehículo, y convertir el movimiento del vehículo en energía eléctrica durante el frenaje, incluye el paso de regresar substancialmente toda la energía proveniente del motor de tracción a las baterías durante el frenaje, con una eficiencia máxima del motor de tracción operado como un generador, cuando las baterías están en una primera condición de carga que es menor que la carga total . Las etapas adicionales incluyen ajustar la eficiencia del motor de tracción a un nivel intermedio de eficiencia máxima y eficiencia cero, para retornar un poco de toda la energía disponible proveniente del motor de tracción a las baterías durante el frenaje cuando las baterías están a un nivel de carga entre la primera condición de carga y la condición de carga completa, y ajustar la eficiencia del motor de tracción a la eficiencia cercana a cero como pueda ser posible o conveniente, para regresar la mínima cantidad de la energía proveniente del motor de tracción a las baterías cuando las baterías alcanzan la condición de carga completa. En una versión particular de este aspecto de la invención, los pasos de ajustar la eficiencia del motor de tracción operado como un generador incluye el paso de cambiar la frecuencia deslizante del motor de tracción. En otra versión particular de este aspecto de la invención, el paso de ajustar la eficiencia del motor de tracción operado como un generador incluye el paso de cambiar la corriente en un devanado de campo o devanado de campo similar al devanado del motor de tracción. En aún otra versión particular de este aspecto de la invención, el paso de ajustar la eficiencia del motor de tracción operado como un generador incluye el paso de pasar una corriente directa a través de un devanado del motor de tracción. De acuerdo con aún otro aspecto de la invención, un método para operar un vehículo eléctrico híbrido que deriva por lo menos algo de su esfuerzo de tracción proveniente de las baterías eléctricas incluye el paso de, durante los modos de operación del vehículo diferente al estado de frenaje, proporcionar energía a un motor de tracción desde una fuente auxiliar, y también proporcionar, a partir de las baterías, la diferencia entre la demanda de energía de tracción y el suministro desde la fuente auxiliar, hasta la capacidad máxima de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre un primer estado de carga y carga completa. El primer estado de carga es, por supuesto, menor que el estado de carga completa. En el método de conformidad con este aspecto de la invención, en los modos de operación del vehículo diferente al estado de frenaje, el motor de tracción es provisto con energía únicamente desde la fuente auxiliar, cuando las baterías están en un segundo estado de carga, que representa un estado de descarga substancialmente de las baterías. En los modos de operación del vehículo diferentes a un estado de frenaje, la energía es provista al motor de tracción desde la fuente auxiliar, y también es suministrada energía desde las baterías en una cantidad menor que la capacidad total de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre el estado de descarga y el primer estado de carga . En una variante de este último aspecto de la invención, un método para operar un vehículo eléctrico híbrido que deriva por lo menos algo de su esfuerzo de tracción proveniente de las baterías eléctricas, incluye el paso de, en los modos de operación del vehículo diferentes a un estado de frenaje, proporcionar energía a un motor de tracción desde una fuente de energía eléctrica auxiliar, y también proporcionar al motor de tracción, desde las baterías, y hasta la capacidad máxima de las baterías, la diferencia entre la demanda de energía de tracción y el suministro desde la fuente auxiliar, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre la carga completa y un primer estado de carga menor que la carga completa. Otras etapas de conformidad con esta variante del aspecto de la invención incluyen (a) en los modos de operación del vehículo diferente a un estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción únicamente a partir de la fuente auxiliar, cuando las baterías están en un segundo estado de carga, cuyo segundo estado de carga representa un estado substancíalmente descargado de las baterías, y (b) en los modos de operación del vehículo diferentes al estado de frenaje, se proporciona energía al motor de tracción desde la fuente auxiliar, y también suministra energía al motor de tracción desde las baterías en una cantidad que está aproximadamente en la misma proporción que la capacidad total de las baterías como en la cantidad de carga en las baterías con relación a la carga total.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama en bloque simplificado de un vehículo eléctrico de acuerdo con un aspecto de la invención, incluyendo un controlador de comando el cual lleva a cabo el control de acuerdo con la invención, e incluye así mismo un controlador de potencia. La Figura 2 es un diagrama en bloque simplificado que ilustra alguna de las funciones llevadas a cabo dentro del controlador de potencia de la Figura 1; Las Figuras 3a y 3b son diagramas simplificados de regeneración de energía a la batería de tracción versus el estado de carga de la batería de tracción y la tracción debido a la regeneración versus. el estado de carga de la batería de tracción respectivamente; La Figura 4 es un diagrama de flujo simplificado que ilustra el flujo lógico en el controlador de comando de las figuras 1 y 2 para proporcionar las operaciones ilustradas en las Figuras 3a y 3b; La Figura 5 ilustra un diagrama simplificado de la distribución del suministro de potencia de tracción al motor de tracción del vehículo de la Figura 1 como una función de la carga de batería de tracción; La Figura 6 es un diagrama de flujo simplificado que ilustra el flujo lógico en el controlador de comando de las Figuras 1 y 2 para proporcionar las operaciones ilustradas en la Figura 5; La Figura 7a es un diagrama de la potencia del generador o del motor versus la velocidad con el torque como un parámetro, y la Figura 7b es una representación de cómo la potencia del motor/generador es controlada; y La Figura 8 es un diagrama en bloque simplificado que ilustra ciertos circuitos o disposiciones de control para controlar la cantidad de energía eléctrica generada por la fuente de energía auxiliar en respuesta al estado de carga de la batería de tracción. Descripción de la Invención En la Figura 1, un vehículo eléctrico 10 incluye al menos una rueda de impulsión 12 conectada a un motor de tracción eléctrica de voltaje alterno 40, el cual en una realización de la invención es un motor de corriente alterna trifásico. El motor 40 es preferiblemente un motor-generador, como resulta conocido, de modo tal de que la energía cinética de movimiento puede ser traducida en energía eléctrica durante el frenaje dinámico. Un controlador de potencia 14 está conectado por medio de trayectorias de manejo o manipuleo de energía al motor de tracción 40, a una batería de tracción ilustrada como 20 y a una fuente auxiliar de energía eléctrica ilustrada como un bloque 16. Como esta ilustrado en el bloque 16, la fuente auxiliar podría incluir un motor de combustión interna tal como un motor diesel 18 que impulsa un generador eléctrico 11, o éste podría incluir una célula de combustible 24. Un controlador de comando ilustrado como un bloque 50 está conectado por medio de trayectorias de información a los controladores de potencia 14, a la fuente auxiliar 16, y al motor de tracción 40, para controlar la operación del controlador de potencia 14, la fuente auxiliar 16, y el motor de tracción 40 de acuerdo con los patrones o leyes apropiados de control . Uno de los tipos más comunes y menos caros de baterías las cuales son capaces de almacenar relativamente alta cantidad de energía incluye las baterías comunes de plomo/H2S04. Este tipo de batería resulta adecuada para su utilización en un vehículo eléctrico, si se toman algunos cuidados para evitar la aplicación de corriente de carga a la misma cuando la batería está en un estado de carga completo, para evitar la gasificación del electrolito y la generación indeseada de calor, y sí puede ser evitada la sulfatación. Dos solicitudes de Patente copendientes Números de Serie [ ] y [ ] , presentadas [ ] a nombre de Hoffman, Jr. y Gre e, y tituladas MÉTODO PARA IGUALAR EL VOLTAJE DE MÓDULOS DE BATERÍA DE TRACCIÓN DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO y MÉTODO PARA MANTENER LA CAPACIDAD DE CARGA DE MÓDULOS DE BATERÍA DE TRACCIÓN DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO, respectivamente, describen las disposiciones de control mediante las cuales las baterías de plomo-ácido pueden ser mantenidas para optimizar su vida útil y capacidad, y describe varios aspectos del cuidado y uso de dichas baterías . En la Figura 1, están ilustrados la pantalla y los controles del operador del vehículo 10 como un bloque 30. El bloque 30 está ilustrado como que está conectado por medio de una trayectoria de datos bidireccional 31 al bloque de control de comando 50, para aplicar comandos de impulsión al contrclador de comando 50, el cual controlador de comando 50 puede luego convertir en comandos apropiados a los diversos elementos de potencia, tales como el controlador de potencia 14, la fuente auxiliar 16 y el motor de tracción 40. El bloque 30 está así mismo ilustrado como que está conectado por medio _de una trayectoria 32 a los frenos de fricción 36a y 36b, para el control, directo de los frenos de fricción por un sistema de frenaje hidráulico convencional conectado al pedal de freno . La Figura 2 representa la interconexión de algunos de los elementos del controlador de potencia 14 de la Figura 1 con otros elementos de la Figura 1. Mas particularmente, el controlador de potencia 14 incluye una disposición rectificadora 26 conectada a la fuente auxiliar 16, para (si resulta necesario) convertir la salida de corriente alterna de la fuente auxiliar 16 en un voltaje de corriente directa. El controlador de potencia 14 incluye así mismo un sistema de control de propulsión bidireccional, el cual además incluye un convertidor de corriente continua a corriente alterna 28 acoplado por conexiones de energía a las baterías 20, a la disposición rectificadora 26, y al motor de tracción 40. Las operaciones del inversor 28, la fuente auxiliar 16, el motor de tracción 40 están controladas, como está mencionado mas arriba, por el controlador de comando 50. Deberá notarse que además del inversor de corriente continua a corriente alterna 28, el sistema de control de propulsión incluye sensores de voltaje corriente, para sensar los diversos parámetros de operación del motor/generador, la batería y la fuente de energía eléctrica auxiliar. En la operación básica de la disposición de las Figuras 1 y 2, el controlador del comando 50 controla los conmutadores o interruptores individuales (no ilustrados) del inversor 28 con comandos modulados de ancho de pulso, los cuales resultan en la generación, en el puerto 28m del inversor 28 el cual está acoplado al motor de tracción 40, de una aproximación de un voltaje alterno que presenta una frecuencia y magnitud seleccionada. En una realización preferida de la invención, el inversor es del tipo de comando orientado de campo (FOC) , y el motor de tracción es en forma similar aun motor de inducción FOC. La frecuencia y la magnitud de la energía de corriente alterna, dada al motor de tracción 40 están seleccionadas para impulsar el motor con una corriente de tracción seleccionada a una velocidad de un motor seleccionado. En general, el motor de tracción 40 produce una EMF de retorno la cual se incrementa con el incremento de la velocidad del motor, y el inversor debe producir (bajo el control del controlador de comando 50) un voltaje alterno el cual se incrementa en magnitud al incrementarse la frecuencia de voltaje alterno con el objeto de mantener la misma corriente de impulsión del motor de tracción. El motor rota en una frecuencia consistente oon la frecuencia comandada de la salida del inversor. Así mismo en la operación básica de un vehículo eléctrico tal como el de las Figuras 1 y 2, tanto el frenaje dinámico como el frenaje de fricción ouede así mismo ser llevado a cabo. El frenaje dinámico resulta mucho mas preferido, ya que la energía (cinética) inherente en el movimiento del vehículo es recapturada, por el motor de tracción que opera como un generador eléctrico, a medida que el vehículo es frenado. Durante aquellos intervalos en los cuales ocurre el frenaje dinámico, el inversor de corriente continua a corriente alterna 28 de la Figura 2, opera en una segunda dirección o dirección de regeneración, convirtiendo el voltaje alterno producido por el motor de tracción 40 en voltaje continuo el cual carga la batería de tracción 20. Además, cuando el vehículo eléctrico es un vehículo eléctrico híbrido, incluyendo la fuente de energía eléctrica auxiliar 16, la fuente auxiliar puede ser operada durante la operación del vehículo para recargar la batería y/o para proporcionar parte de la energía de tracción, dependiendo de los comandos del controlador de comando 50.

Se ha observado que cuando un vehículo eléctrico es operado en un modo normal utilizando frenaje dinámico, y las baterías están completamente cargadas, el frenaje dinámico tiende a empujar o impulsar la corriente de carga a través de la batería ya cargada. Las características de una batería de plomo-ácido son tales que, en esta situación de aplicación de una corriente de carga a una batería completamente cargada, el voltaje de la batería tiende a elevarse marcadamente, desde un valor no corriente de carga completa de 13 volts en una batería nominal de 12 volts, a una carga próxima a los 16 volts, proporcionando por lo tanto una indicación al controlador de comando que está ocurriendo una condición de sobrecarga. Si el controlador de comando desacopla la energía generada por el frenaje dinámico de la batería, ya que este debe proteger la batería, el voltaje de la batería cae inmediatamente a un valor no corriente de carga completa. Esto, a su vez, permite que el controlador de frenaje dinámico comience nuevamente a proporcionar energía a la batería hasta que toma efecto el control de sobrevoltaje. Esto resulta en la aplicación periódica del frenaje dinámico en un rango de pulso establecido circuito/ por las características del / del controlador de comando, y produce un rechinar del frenaje que resulta perceptible, así como tiende a sobrecargar la batería durante las porciones de intervalo de pulso. Tanto la sobrecarga nomo el rechinar del frenaje resultan indeseables. Las Figuras 3a y 3b ilustran en conjunto un patrón de control de acuerdo con un aspecto de la invención, el cual permite la regeneración completa o el retorno a las baterías de tracción de la energía derivada del frenaje dinámico durante aquellos intervalos durante los cuales las baterías de tracción están en un estado de carga inferior a una cantidad particular de carga, siendo esta cantidad particular de carga inferior a la carga completa, y la cual, en los niveles de carga de batería de tracción yacen entre la carga particular y la carga completa, afinando la proporción de la energía regenerada derivada del frenaje dinámico de forma tal que responda o que sea una función del estado existente luego de la carga relativa a la diferencia de carga entre la carga predeterminada y la carga completa. En una realización de la invención, la relación es monótona, y la relación podría ser lineal. En la Figura 3a, la traza 3ID representa la cantidad de regeneración como una función del estado de carga de la batería de tracción debido a un patrón de control de acuerdo con un aspecto de la invención. Mas particularmente, el diagrama 310 define una porción 312 la cual es constante en un valor de regeneración del frenaje dinámico el cual representa 100% de la regeneración, o tan próximo al 100% como resulte posible. En la carga completa, la cantidad de regeneración de la energía derivada del frenaje dinámico se reduce casi a cero, o tan próximo a cero como resulte convenientemente posible. El patrón de control representado por el diagrama 310 incluye además una segunda porción 314, la cual asciende monótonamente desde 100% de la regeneración en un nivel de carga de batería de tracción predeterminado denominado "primera carga" a regeneración cero en la carga completa de la batería de tracción. El efecto sobre la tracción regenerativa o frenaje regenerativo del vehículo como una función de la condición de carga de la batería de tracción se ilustra por el diagrama 320 en la Figura 3b. La Figura 3b, en el diagrama 320 incluye una primera porción 322, la cual se extiende a un valor constante representante de la tracción regenerativa máxima desde niveles de carga mínimos al "primer" nivel de carga de la batería de tracción. Una segunda porción 324 del diagrama 320 representa la tracción regenerativa la cual se eleva monótonamente desde el 100% en el "primer" nivel de carga a 0% en la carga completa. Mientras las porciones 314 y 324 de los diagramas 310 y 320, respectivamente, están ilustrados como pendientes lineales, es suficiente con el propósito de control que las porciones 314 y 324 sean monótonas. Esta reducción monótona en el frenaje dinámico no debe resultar perceptible para el conductor del automóvil, debido a que el estado de carga de la batería de tracción carga lentamente, por lo tanto la cantidad de frenaje regenerativo cambia lentamente. Debido a que el frenaje regenerativo cambia lentamente, los frenos de fricción toman gradualmente cualquier déficit entre el frenaje dinámico y la fuerza de frenaje deseada. Así, a su vez, debería reducir el rechinar que resulta evidente cuando el patrón de control protege simplemente la batería de tracción de la sobrecarga por medio de detener simplemente la regeneración cuando la batería está con -la carga completa. La Figura 4 es un diagrama de flujo simplificado que ilustra que la porción 400 del patrón de control controla el procesador de control 50 de la Figura 1 el cual resulta en el tipo de luncionamiento representado en las figuras 3a y 3b. En la Figura 4, la lógica comienza en el bloque de PARTIDA 410, y procede al bloque 412, el cual representa el monitoreo de los parámetros del conjunto de batería de tracción (20 de la Figura 1) tales como temperatura, voltaje, y corriente y así mismo indicando tiempo. Muestras de estos parámetros podrían ser tomadas en intervalos de muestreo frecuentes tales como en cada iteración de la lógica a través delcircuito de 1^ Figura 4. A partir, del bloque lógico 412, la lógica fluye al bloque 414, el cual representa una estimación del estado de carga de la batería de tracción, por medio de la determinación de la cantidad de carga la cual ha ingresado a la batería, y se resta la cantidad de carga la cual ha salido de la batería. La medida de esta carga es el amfor ("amphor") . Una vez que se realiza un estimado del estado de carga de la batería de tracción, la lógica fluye a un bloque de decisión 416, el cual compara la corriente o el estado de carga estimado en tiempo presente de la batería de tracción con el valor predeterminado de carga representado por el nivel de "primera carga" de las Figuras 3a y 3b; como se mencionó anteriormente este nivel de carga es inferior al nivel de carga completo. Si el bloque de decisión 416 encuentra que el nivel de carga estimado de la batería de tracción es inferior que el nivel de primera carga, la lógica deja el bloque de decisión 416 por la salida de SI, y procede a un bloque adicional 418, el cual representa la asignación de la potencia o energía de frenaje regenerativa a ser utilizada. La acción tomada en el bloque 418 podría ser, por ejemplo, el ajuste de la corriente de campo en el motor de tracción (operando en su modo generador) durante el frenaje de modo tal de maximizar la salida eléctrica del motor de tracción. Deberá ser ndtado que algunos tipos de generadores/motores no tienen un bobinado de campo distinto, pero presentan en cambio pluralidades de enrollamientos en los cuales un devanado presenta su corriente deseada inducida o inductada por corriente controlada en otro bobinado; para los propósitos de la presente invención, la forma en que se genera la corriente de campo resulta irrelevante, y resulta suficiente que sea generada en la cantidad deseada. A partir del bloque 418, la lógica fluye nuevamente al bloque 412 para comenzar otra iteración alrededor del circuito A medida que el vehículo eléctrico híbrido es impulsado en este estado, la batería de tracción se tornará habitualmente más completamente cargada debido a las inyecciones continuas de energía (por acción del generador/motor de combustión interna auxiliar) dentro del sistema de almacenamiento de energía el cual incluye la batería de tracción y el movimiento del vehículo.

Eventualmente, el estado de carga de la batería de tracción excederá el "primer nivel de carga" ilustrado en las Figuras 3a y 3b. tn este instante, las iteraciones de la lógica del controlador 50 de la Figura 1 alrededor de la porción de su circuito/ lógica pre-programada representada por el / lógico 400 de la Figura 4 cambiará, debido a que el flujo lógico no estará más dirigido hacia la salida de SI del bloque de decisión 416, sino que en cambio estará dirigida a la salida de NO. De la salida de NO del bloque de decisión 416, la lógica fluye a un bloque adicional 420 el cual representa la reducción de la magnitud de la energía o potencia regenerativa disponible en la forma de energía cinética del vehículo, en relación o proporción inversa a la cantidad en tiempo presente de carga relativa a la diferencia entre la carga completa y el primer nivel de carga de las figuras 3a y 3b. Así, si el estado corriente de carga está en 70% del camino entre la primer carga y la carga completa, como está ilustrado por Cc en las Figuras 3a y 3b, la cantidad de energía de movimiento que está asignada a ser reconvertida y a acoplar la batería es del 30%. Cuando el nivel de carga corriente alcanza el 100%, la regeneración disponible es del 0%. Como se mencionó anteriormente, el control de acoplamiento de energía o potencia proveniente del motor de tracción actuando como un generador puede ser logrado simplemente por medio del ajuste del torque de comando de un motor de corriente alterna controlado de campo orientado. En una realización real de la invención, el torque se reduce proporcionalmente a la velocidad con el objeto de controlar la cantidad de potencia producida por el motor actuando como un generador, la cual retorna a la batería de tracción. Tal como fue descrito , la lógica de la Figura 4 controla la regeneración de acuerdo con el estado de carga de la batería de tracción. Esto significa que la fuerza de retardo actuando sobre el vehículo por el motor de tracción actúa como un generador y está reducida durante el frenaje. Una de las ventajas del vehículo eléctrico el cual utiliza el frenaje regenerativo es que los frenos de fricción no son requeridos para que realicen la totalidad del frenaje, y de esa forma su diseño y construcción podría ser tal que tome ventaja de este menor uso, como por ejemplo por medio de hacer los mismos más livianos en su construcción. Tal como fue descrito en conjunto con la lógica de la Figura 4, el frenaje dinámico se reduce bajo ciertas condiciones de carga de la batería de tracción. Con el objeto de proveer un frenaje adicional durante aquellos momentos en donde se reduce el frenaje regenerativo, de acuerdo con otro aspecto de la invención, la lógica fluye del bloque 420 de la Figura 4 a un bloque adicional 422, el cual representa la reducción de la eficiencia del motor de tracción actuando como un generador. Esta reducción de la eficiencia del motor de tracción actúa como un generador y puede ser lograda por medio del ajuste de ya sea la pérdida o deslizamiento o la corriente en el enrollamiento de campo, o preferiblemente ambos. Del bloque 422 de la Figura 4, la lógica retorna al bloque 412, para comenzar otra iteración "alrededor del circuito" o a través de la lógica 400.

Tal como ha sido descrito el funcionamiento disparejo o vibratorio resultó de la protección de cargas adicionales a la batería completamente cargada. Un efecto similar ocurre una vez que se acelera con una batería casi descargada. Durante la aceleración del vehículo 10 de lá Figura 1, tanto la batería de tracción 20 como la fuente de energía eléctrica secundaria o auxiliar 16 (el generador/motor de combustión interna) están disponibles como fuentes de energía eléctrica para el motor de tracción 40. Consecuentemente, el motor de tracción 40 puede proporcionar potencia en un rango el cual es la suma de la potencia máxima la cual puede ser emitida por la batería de tracción 20 conjuntamente con la potencia máxima la cual podría proporcionar la fuente auxiliar 16. Esto resulta conveniente para la operación en la ciudad en donde una aceleración violenta podría requerir una potencia significativa. De cualquier manera, bajo algunas condiciones, los controles de protección de batería de tracción, si los mismos detienen simplemente la emisión de potencia proveniente de la batería de tracción cuando la batería alcanza un estado de carga el cual se considera que es un estado de descarga, provocará así mismo una forma de vibración. Esta forma de vibración ocurre si el vehículo está circulando en una loma durante un período largo de tiempo, tal como cuando se cruzan los montes rocosos. Si el rango de utilización de energía al levantar el vehículo a lo largo del camino excede el rango de liberación de energía por la fuente la fuente auxiliar lß, las baterías se descargarán continuamente y eventualmente alcanzarán el nivel de carga que se considera que es el nivel de "descargado" . Si como en ese de tracción/ momento, el controlador de batería / cortase simplemente la batería de tracción del circuito del motor de tracción, la cantidad de corriente disponible al motor de tracción decrecería súbitamente a un nivel provisto por la fuente auxiliar 16, con un cambio abrupto consecuente en la potencia de tracción, y el vehículo experimentaría una reducción violenta en la velocidad. La remoción de la descarga de la batería de tracción al motor de tracción, de cualquier manera, permite que el voltaje de batería suba abruptamente a su voltaje de descarga. Si el controlador interpreta esta elevación en el voltaje como una indicación de que la batería de tracción tiene carga utilizable, este podría reconectar la batería de tracción al motor de tracción, y por lo tanto proporcionando nuevamente potencia de tracción adicional para la batería de tracción, pero provocando que el voltaje de tracción de la batería caiga. Aquellos expertos en el arte reconocerán esto como una condición oscilatoria, la cual podría causar que el vehículo- experimente una especie de "traqueteo" o un tambaleo repetido durante la subida.

Deberá notarse én este punto que una batería "completamente" descargada, en el contexto de una batería de tracción en la cual se desea una larga vida útil, aún contiene una carga sustancial, debido a que la vida de tales baterías se reduce dramáticamente si la intensidad de la descarga resulta muy grande; así una batería descargada para los propósitos de la discusión de vehículos de impulsión eléctrica es una en la cual la batería está en un estado de carga lo cual se considera es una condición completamente descargada, pero la cual contiene aún una carga sustancial. En un vehículo eléctrico híbrido, la fuente de energía auxiliar proporciona energía continuamente, la cual puede ser utilizada para cargar la batería de tracción si la demanda de tracción es inferior a la de/ salida/ la fuente de energía auxiliar. Los patrones de control permiten tanto que la fuente de energía auxiliar y la batería de tracción proporcionen energía al motor de tracción. Cuando la demanda de motor de tracción excede la salida de la fuente auxiliar, la corriente es extraída o tomada de la batería de tracción, lo cual provoca que se caiga su voltaje. Si la batería de tracción está próxima a la condición de descarga completa, la caída de voltaje debido a esta conducción de corriente podría ser tal como para generar el disparo de la protección de batería por medio de detener el flujo de corriente proveniente de la batería. La eliminación del consumo o drenaje de corriente por los patrones de control, a su vez, provoca que el vehículo sea energizado solamente por la fuente auxiliar, y permite que el voltaje de la batería de tracción se eleve. Cuando la batería de tracción levanta, los patrones de control no reconocen más la batería como que está descargada, y se habilita el consumo o drenaje de corriente nuevamente proveniente de la batería de tracción. El proceso de acoplamiento y desacoplamiento repetido de la batería de tracción al motor de tracción constituye una oscilación del sistema de control. Esta oscilación resulta en una fuerza de tracción la cual varía en el rango de oscilación del sistema del control, el cual podría ser perceptible para el operador del vehículo . De acuerdo con otro aspecto de la invención, el controlador 50 controla la cantidad de potencia la cual puede ser enviada proveniente de la batería de tracción en respuesta al estado de carga de -la batería de tracción. Esto evita la situación antes mencionada de "golpeteo o traqueteo" , y permiten un descenso suave en la velocidad con la cual el vehículo puede subir una montaña a medida que la carga de batería disminuye.

La Figura 5 ilustra un diagrama 500 el cual representa el resultado de control de acuerdo con este aspecto de la invención. En la Figura 5, la potencia de tracción disponible para el vehículo está dibujada contra el estado o nivel de carga de la batería de tracción. El diagrama 500 incluye una porción 510, la cual representa la salida continua de la fuente auxiliar de energía o potencia eléctrica, la cual está en un nivel relativamente bajo. La porción del diagrama 510 se extiende desde un nivel inferior que la condición de descarga punto de/ nominal a un nivel de carga designado como " / carga bajo", el cual es la condición nominal de descarga de la batería de tracción. En una región operativa representada por la porción de diagrama 512, la potencia de tracción disponible para el vehículo está en un nivel relativamente alto, representando la suma de la potencia auxiliar y la potencia de la batería. Este nivel de potencia máximo representado por la porción de diagrama 512 se extiende desde una condición de carga denominada como "primera carga" a una condición de carga completa. Entre la condición de "carga baja" de la batería de tracción y la condición de "primera carga" la cantidad de potencia tractora depende del estado de carga de la batería de tracción, como "está sugerido por la porción de diagrama 514. El efecto de este tipo de control es el de permitir la operación en una potencia tractora completa para un período de tiempo, hasta que la batería de tracción se descarga parcialmente hasta a un "primer" nivel. Mientras la batería de tracción cae justo por debajo del primer nivel, la cantidad de potencia de la batería la cual está disponible para el motor de tracción disminuye levemente, en una cantidad que se espera no resulte perceptible. Esta disminución suave en la potencia en un punto justo por debajo del primer nivel de carga de la figura 5 reduce en alguna medida el rango de descarga de la batería de tracción. Si la loma es larga, la batería de tracción podría descargarse en forma adicional. Como la batería de tracción se torna además descargada en la región entre la condición de carga "baja" y la condición de carga "primera" de la Figura 5, resulta disponible una cantidad relativamente menor de la potencia de la batería para el motor de tracción, resultando en una disminución adicional de la velocidad del vehículo. Para las lomas más largas, la batería de tracción alcanzará últimamente la condición de carga "baja" la cual se considera como nominalmente descargada. Cuando se alcanza este nivel, no se extrae más energía de la batería de tracción, y, en general, el estado de carga de la batería de tracción no puede excederse por debajo del nivel de carga "bajo" en la porción de diagrama 510 , al menos que exista algún otro drenaje sobre la batería de tracción, tal como una sobreimpulsión de emergencia de la protección de batería bajo condiciones de inminente peligro para el vehículo o sus ocupantes. Con el control como está dibujado en la Figura 5, no existe una transición abrupta en la potencia tractora en ningún punto a lo largo de la curva de control. Cuando la carga de la batería está justo por arriba del punto de carga "bajo", y se realiza la transición a la operación completa de la fuente eléctrica auxiliar, la cantidad de potencia tractora provista por la batería de tracción es ya puy pequeña y la transición debería resultar imperceptible para el conductor del vehículo. La Figura 6 es un diagrama de flujo simplificado el cual ilustra que la porción 600 de la lógica del controlador 50 de la Figura 1 proporciona el control de acuerdo con el diagrama 500 de la Figura 5. En la Figura 6, la lógica comienza en el bloque de PARTIDA 610, y procede al bloque 612, el cual representa la lectura de las características de la batería, tal como en el bloque 412 de la Figura 4. Del bloque 512 de la Figura 5, la lógica fluye a un bloque 614, el cual representa una estimación del estado de carga, así mismo como se ha descrito generalmente en la Figura 4. El bloque de decisión 616 de la figura 6 determina si el estado de corriente de carga está por encima del punto de carga " primero" de la Figura 5, y canaliza la lógica por medio de una salida SI del bloque de decisión 616 si el estado de carga es mayor que el punto de carga "primero". De la salida de SI del bloque de decisión 616, la lógica fluye a un bloque 618, el cual representa la realización de la potencia de tracción total disponible para el motor de tracción. Esto se logra por medio de eliminación de los limites de potencia, como está descrito en conjunción con la Figura 7a y b, en el programa de computación que controla al inversor, notándose que la fuente auxiliar es una fuente solamente, mientras que la batería y el motor/generador pueden ser fuentes o pérdidas, dependiendo de la operación del inversor. Del bloque 618, la lógica fluye nuevamente del bloque 612, para comenzar otra iteración a través de la lógica de la Figura 6 . En general, cuando se parte con una batería de tracción casi completamente cargada; la lógica realizará una circuito/ interación alrededor del / incluyendo los bloques 612, 614, 616 y 618 de la Figura 6 hasta tanto la carga de la batería de tracción exceda la carga representada por el "primer" nivel de carga en la Figura 5.

En una loma larga, la carga de batería de tracción podría caer eventualmente a un valor igual o inferior que el "primer" punto de caiga -Jo la íiguia 5, y en una próxima iteración ante la ley de la lógica de la Figura 6, sa'dr? ol bloque de decisión <>L0 ?.ui medro de la sal.r.la ti" Nt.) , y procederá al bloque 620. El bloque 620 representa una reducción en la cantidad de potencia disponible para el motor de tracción proveniente de la batería de tracción en una cantidad que e en e de la magnitud de la carga de la batería de tracción corriente en relación a la diferencia en la carga entre los estados de carga "prirmir?" y "bajo" d ]_a Figura 5. Per ejemplo, sr el nivel presente de carga de la batería de tracción cae por debajo de la "primera" condición de •-ara?: le 1 i í iguta 5 a un r.i'.'el L -. resentado en la Figura 5, (.-orno "carga corriente" la cual es 0/10 del camino entre Lo:.; niveles de carga representados por los niveles de carga "bajos" y "primeros", el controlador 50 controla la cantidad de potencia disponible al motor de tracción proveniente de la batería de tracción que resulta el 90% del componente suministrado por batería, de la potencia completa representada por la porción de diagrama 512. Puesto da. otro modo, debido a que el estado corriente de. carga indicado de la figura 5 como "carga corriente" es del 90% de este componente de la potencia de tracción total designada como que resulta atribuible a La batería, la potencia de la batería proporcionada al motor de tracción se reducirá al 90% de la potencia de la batería. Naturalmente, no existe un requerimiento de que la porción de diagrama 514 de la figura 5 sea una rampa lineal como está ilustrado pero el sistema de control se simplifica si la porción de diagrama 514 es al menos monótona. Del bloque 620 de la figura 6, la lógica fluye a un bloque de decisión 62 el cual compara la demanda de potencia del motor de tracción con l potencia proveniente de la fuente auxiliar de energía eléctrica. Si la demanda de potencia de tracción excede a la potencia proveniente de la fuente auxiliar de electricidad, las baterías se descargan, y la lógica deja el bloque de decisión 622 por medio de la salida de SI. De la salida de SI el bloque de decisión 622, la lógica fluye al bloque 624, el cual representa un incremento de la potencia disponible proveniente de la fuente auxiliar a su valor máximo. Del bloque 624 la lógica fluye a un bloque de decisión 626. El bloque de decisión 626 compara el estado corriente de carga de la batería de tracción con el punto de carga "bajo" de la figura 5. Si el estado de carga esta por debajo del punto de carga "bajo", indicando que la batería de tracción no debería descargarse en forma adicional con el objeto de evitar un daño a la batería de tracción, la lógica deja el bloque de decisión 626 por medio de la salida SI y procede a un bloque de lógica 628. El bloque 628 representa la limitación de la potencia de motor de tracción por medio del control FOC, a una cantidad conocida de potencia disponible proveniente de la fuente auxiliar de energía eléctrica, determinado rápidamente como el producto del voltaje multiplicado por la corriente. Del bloque 628 la lógica fluye por medio de una trayectoria lógica 630 nuevamente al bloque 612 por medio de una trayectoria lógica 630, para comenzar otra iteración a través de la lógica de la figura 6. Si, cuando el bloque de decisión 626 examina el estado de carga de la batería de tracción, el estado corriente de carga es mayor que el punto de carga "bajo" de la figura 5, la lógica deja el bloque de decisión 626 por medio de la salida de NO, y procede sobre la trayectoria lógica 630 nuevamente al bloque 612, sin transitar el bloque 628. Así cuando existe una carga utilizable significativa en la batería de tracción, la lógica de la figura 6 permite su uso. Si, durante el transito 622/ de la lógica en la figura 6, el bloque de decisión/ se encuentra que la potencia de tracción no es mayor que la potencia producida por la fuente auxiliar 16, la lógica deja el bloque de decisión 622 por medio de la salida de NO y procede por medio de una trayectoria lógica 630 al bloque 612, para iniciar otra iteración; esta trayectoria sortea el incremento de potencia de la fuente auxiliar 16 a un máximo.

La figura 7a ilustra un diagrama paramétrico simplificado 710a, 710b, 710c,..., 710N de la potencia del motor (o del generador) versus la velocidad. En la Figura 7a, los diagramas 710a, 710b, 710c,...710N presentan una porción inclinada 712 en común. La potencia para un motor o generador es el producto del torque multiplicado por la velocidad. Consecuentemente, a velocidad 0 la potencia es 0 sin importar el torque. A medida, que la velocidad se incrementa con el torque constante, la potencia se incrementa, como está sugerido por la porción 712 del diagrama de la figura 7a, hasta una velocidad c ^^ . Por encima de frecuencias ?base el diseño del motor/generador es tal que no puede ser manejada mas potencia, por razones térmicas y por otras razones. Consecuentemente, en el torque máximo, la potencia del motor/generador está limitada por los patrones de control del inversor para yacer sobre el diagrama 710a. Si el torque es algo inferior que el torque máximo, la potencia máxima se logra a una velocidad de motor levemente baja que la omega sub base representada por el diagrama. 710b. El diagrama 710c representa una magnitud aun inferior de torque, y el diagrama mas bajo 710N representa el torque mas bajo el cual puede sostener el sistema de control cuantificado. El sistema de control limitará el torque producido por el motor a un valor limitante, dependiendo de la velocidad, para evitar que el motor opere por encima de los limites de potencia máxima deseada. La limitación de torque limitante está determinada simplemente por medio de dividir la potencia máxima por la velocidad corriente del motor Limite de torque = Pmax/velocidad Y el limite resultante sobre el torque provoca que el diagrama de potencia limite en un valor no mayor que el que está representado en la figura 7a por el diagrama 710 y la porción de diagrama 712. Si la potencia ha de ser limitada a un valor inferior que Pmax, el diagrama de potencia el cual sigue el mctor se corresponderá con uno de los diagramas 710b, 710c, ...710N de la figura 7a. La figura 7b es un diagrama en bloque simplificado que ilustra la relación del comando de torque y el limitador de potencia. En la Figura 7b, el comando de torque se aplica a un bloque limitador 714 el cual ajusta la magnitud del comando de torque "Cmd de torque limitado" el cual arriva en el inversor del control orientado de campo (FOC) de forma de limitar la potencia para disponerse bajo una curva 716. La curva 716 es un diagrama de torque versus velocidad determinado por medio de dividir la potencia seleccionada o dispuesta P por la velocidad del motor. Así, el inversor FOC puede controlar la potencia del motor por medio de controlar el torque comandado en vista de la velocidad del mctor. El ter ue en Cuestión podría ser un torque de impulsión a tracción o este podría ser un torque de frenaje c de retardo. Cuando el control del flujo de potencia a las caferías provenientes del motor, actuando como un generador, resulta deseado, los comandos apropiados de FOC resultan en la aplicación del limite. En la figura 8 el torque deseado o el comando de torque esta derivado de un acelerador eléctrico (no ilustrado) y aplicado per medio de una trayectoria 810 a un primer puerto de entrada de un multiplicador 812 el cual recibe la velocidad del vehículo sensada v o la velocidad del motor de tracción si el vehículo esta equipado ccn engranajes cambiables) proveniente de sensores (nc ilustrados) en su segundo puerto de entrada 814. El multiplicador 814 toma el producto de la velocidad del motor y el torque comandado para producir una señal que representa la potencia comandada a ser aplicada al motor de tracción. Un bloque 816 categoriza la potencia comandada por una constante k, si resulta necesario, para convertir la señal a una representación Pe de potencia de motor de tracción comandado en watts . La señal Pe representado la potencia comandada en watts se aplica proveniente del bloque 816 a un bloque adicional 318, el cual representa la división de la potencia comandada en watts por el voltaje de batería de tracción," para obtener una señal que representa la corriente del mctor de tracción comandada Ic=P/E. El voltaje de la batería de tracción es un indicador aceptable del voltaje del motor de tracción, debido a que todos los voltajes del sistema tienden hacia el voltaje de la batería. La señal representando la corriente comandada le es portada por una trayectoria de señal 819 a una porción del controlador de comando 50 de la figura 1 para controlar al inversor FOC 28 y almotor de tracción 40 en una forma la cual produce la corriente de motor deseada. La señal representando la corriente comandada le es aplicada asimismo de la salida de bloque 818 por medio de un circuito de graduación ilustrado como un bloque 820 a un generador de señal de error 822. El,, propósito del circuito de graduación 820 esta explicado mas abajo pero su acción resulta en la conversión de la corriente de motor comandada le en la corriente de generador comandada Ig. El generador de señal de error 822 genera una señal de error por medio de sustraer una señal de retroalimentación proveniente de la trayectoria de señal 824, representando la corriente de salida sensada del motor/generador de combustión interna (generador), de la corriente de generador comandada Ig . La señal de error producida por el generador de señal de error 822 se aplica a un filtro compensador de circui o el cual podría ser un integrador simple, para producir una señal representativa de la velocidad comandada de la fuente auxiliar lc de energía eléctrica, mas específicamente del motor diesel 15. ?l motcr diesel 18 impulsa el generador eléctrico 22 para prodecir u voltaje de salida alterna para la aplicación por medie de conductores de potencia 832 al inversor 28 de la figura 1. Una disposición sensora corriente ilustrada como un circulo 834 esta acoplada a los conductores de salida 832 para senear la corriente del generador. Los bloques 822, 826, 18, 22 y 82-. dé la figura 8 conjuntamente constituyen uncircuito de retrcalimeptacidn cerrado el cual tiende a provocar que la cemente de salida del generador 22 iguale a la magnitud comandada por la señal de control Ig aplicada al generador de circuito/ error. El compensador del / 826 esta seleccionado para evitar que la velocidad del motor diesel cambie muy rápidamente, lo cual puede resultar en un incremento indeseado en la emisión de contaminantes .

Tal como está descrito, la disposición de la figura 8 produce una señal le para comandar la corriente del motor de tracción para controlar el movimiento del vehículo, y asimismo produce una señal Ig la cual comanda la corriente del generador auxiliar 22. En la figura 8, una señal representando un estado 4? deseado de carga- (FOC) de la batería de tracción es recibida en un puerto de entrada no inversor del circuito suma 850. Una señal representando el estado de- carga corriente es recibida en el puerto de entrada inversor del circuito de suma 850 proveniente de un bloque de determinación de estado de carga de batería (SOC) 852. El bloque SOC 852 recibe señales representativas del voltaje de batería, temperatura de batería, corriente de batería. En general, el estado de carga de una batería es simplemente el tiempo integral del neto de entrada y salida de corriente. El bloque SOC 852 integra los amperes netos de corriente para producir horas -ampere de carga. Resumiendo el circuito 850 produce, sobre una trayectoria de señal 854, una señal de error, la cual representa la diferencia entre el estado deseado o comandado de carga de la batería de tracción y su estado real de carga, para identificar por lo tanto una deficiencia de carga o un exceso instantáneo de carga. La señal de error es aplicada a un filtro compensador de ci cuito 856, el cual integra la señal de error, para producir una señal de error integrada. La señal de error integrada cambia lentamente como una fun ón del tiempo. La señal de error integrada actúa sobre el bloque 820 por medio de un limitador 858. Mas particularmente, la señal de error integrada, cuando esta aplicada al bloque de escala 820 selecciona el factor de 4? escala por medio del cual la comente del motor comandada le e graduada para ingresar la misma a la corriente generadora comandada. ?l limitador 855 limita meramente la señal de error integrada proveniente del bloque 656 de modo tal que el rango de factores de graduación o escala del bloque de graduación o escala 820 esta limitado al rango entre 0 y 1 (unidad) . Así, la corriente generadora comandada Ig no puede ser nunca mayor que la corriente del motor de tracción comandada le, pero puede ser inferior de acuerdo con el factor de escala comandado por la señal integrada limitada proveniente del limitador 858, y la corriente de generador comandada Ig puede ser tan bajo como una corriente igual a cero.

El estado deseado de carga de la batería de tracción es un nivel de carga el cual es inferior que la carga completa, de mcdo tal que el frenaje regenerativo puede ser aplicado sin peligro de dañar la batería de tracción debido a la sobrecarga. Así, el punto de disposición de SOC deseado es una carga inferior a la carga completa . La operación de la disposición de la figura 8 puede ser entendida por medio de normal/ asumir que el estado /de carga de la salida del integrador en el circuito/ filtro compensador de / 856 es 0.5 volts a mitad de camino entre 1.0 volts máximo y 0.0 volts mínimo permitido por el limitador 858. El valor de la señal de error integrada (como esta limitada por el limitador 858) puede ser visualizada como un factor de multiplicación por medio del cual el circuito de graduación 820 gradúa la corriente del motor de tracción comandada, de modo tal de que la señal de error integrada presentando un valor de 1.0 provoca que la corriente de motor de tracción comandada le sea transmitida en una amplitud completa por medio del generador de señal de error 822 mientras un valor de 0.5 podría resultar en una magnitud de la corriente de generador comandada Ig que resulte exactamente la mitad de la magnitud de la corriente del motor de tracción comandada le.

En operación del vehículo bajo el control de la disposición de la figura 8, mientras la batería de tracción excede el estado deseado de carga, el generador de señal de error 850 sustrae un valor de señal grande representativo de un estado alto de carga proveniente del valor de punto de disposición, produciendo por lo tanto una señal de error o diferencia presentando una polaridad negativa. El integrador en el filtro compensador de ci cuito 856 integra la señal de polaridad negativa la cual tiende a "reducir" o conducir en forma negativa la señal integrada circuito/ neta en la salida en el filtro compensador de / 856 fuera de su valor "normal" de 0.5 volts, posiblemente por debajo de 0.3 volts, como un ejemplo. Debido a un valor de 0.3 volts de la señal de error integrada yace dentro del rango permitido del liritador 858, la señal de error integrada simplemente fluye a través del limitador 858 para controlar el circuito de graduación 820 en una forma que provoca que la corriente de motor de tracción comandada le sea multiplicada por 0.3 en vez del valor ""normal" 0.5, para producir la corriente generadora comandada Ig. Así, un estado de carga de batería mayor que el punto de disposición deseado resulta en la reducción de la salida promedio del generador. De la misma manera, si el estado de carga de la batería de tracción es inferior que el punto de disposición deseado, la señal aplicada pxoveniente del bloque 852 de la figura 8 al puerto de entrada de inversión del generador de señal de error 850 se torna mas pequeña en magnitud que la señal que representa al SOC deseado, lo cual resulta en un valor positivo de señal de error en la salida del generador de error 850. El integrador asociado con el filtro deci cuito 856 integra su señal de entrada positiva para producir una señal de salida integrada a la cual tiende a incrementar por encima su valor "normal" de 0.5 volts a un valor de, por ejemplo, 0.8 volts. Debido a que este valor esta dentro de los valores aceptables para el limitador 858, la señal de error integrada de 0.8 volts es aplicada al circuito de graduación 820 sin cambios. El voltaje de error integrado de 0.8 volts provoca que el circuito de_ graduación 820 multiplique la señal representando la corriente de motor de tracción comandado le por 0.8, de modo tal que la corriente del generador comandado Ig es mayor que la anterior. El efecto neto de la disminución en la carga de batería de tracción a un valor por debajo del punto de disposición es el de incrementar la potencia de salida promedio del generador 22, lo cual debería tender a incrementar el nivel de carga de la batería de tracción. Aquellos expertos en el arte entenderán que el valor "normal" de la señal de error integrada referida anteriormente no existe realmente y es utilizada únicamente como una ayuda en la comprensión de la operación del sistema de control. Otras modalidades de la invención se harán aparentes a aquellos expertos en la técnica. Así, un método (Figura 3a, 3b y 4) para la operación de un vehículo 10 el cual deriva al menos parte de su esfuerzo tractor o su potencia de movimiento de una o más baterías eléctricas ("baterías") 20 incluye la etapa (312, 418) de retornar substancialmente la totalidad de la energía proveniente de un motor de tracción 40 a las baterías 20 durante el frenaje dinámico durante aquellos momentos en que las baterías 20 están en una primera condición de carga (por debajo del primer nivel de carga) la cual es inferior que la condición de carga completa. Otras etapas (420, 422) del método incluyen el retorno de menos de la totalidad de la energía (314) proveniente del motor de tracción 40 a las baterías 20 curante el frenaje dinámico cuando las baterías están en un nivel de carga entre la primera condición de carga (primera condición de carga de las figuras 3a y 3b) y la condición de carga completa, y no retornar substancialmente la energía v diagrama 314 en el punto de carga completa de la figura 3a) proveniente del motor de tracción 40 a las baterías 20 durante frenaje cuando las baterías 20 alcanzan la condición de carga completa. En otra realización, la etapa 420, 422 de retorno menos que la totalidad de la energía proveniente del motor de tracción 40 a las baterías 20 incluye la etapa del retorno de una cantidad de energía de frenaje dinámico disponible a las baterías 20 cuando está relacionada monótonamente (rampa 314) en la proporción de carga de batería de tiempo presente (Ce) relativo a la condición de carga completa. En una realización preferida de la invención, las etapas antes descritas de transición suave de una a otra dependen del estado de carga de las baterías. Mientras la cantidad de frenaje dinámico cambia gradualmente como una función de la carga de la batería, los frenos de fricción (36a, 36b) toman cualquier deficiencia en el frenaje, automáticamente como un resultado de la fuerza del pedal del freno del operador (30a) .

De conformidad con otro aspecto de la invención, un método (FIGURAS 7a, 7b, 8) para operar un vehículo eléctrico híbrido (10) que deriva por lo menos algo de su esfuerzo de tracción proveniente de las baterías eléctricas (20) incluye el paso (512, 514, 618, 620) de proporcionar energía proveniente de la batería de tracción (20) a un motor de tracción (40) en por lo menos un modo de operación del vehículo eléctrico híbrido (10) , y, de tiempo en tiempo, frenar dinámicamente el vehículo (322, 324, 418, 420) . Los pasos del método incluyen el paso (312, 314) de regresar a las baterías (20) por lo menos una porción de la energía hecha disponible por el frenaje dinámico, y cargar las baterías (20) desde una fuente auxiliar (16) de energía eléctrica durante aquellos intervalos en donde el frenaje dinámico no es realizado, con el cargado estando en una cantidad "normal", cuya cantidad normal puede variar de acuerdo con algún patrón de control, en una manera adecuada para la operación normal del vehículo (10) . En este aspecto de la invención, las baterías (20) son cargadas desde la fuente auxiliar (16) de energía eléctrica durante aquellos intervalos en los que el frenaje dinámico es realizado, a una velocidad reducida proveniente de la cantidad de cargado "normal". En otra mejora de este aspecto de la invención, el paso de cargar las baterías (20) desde una fuente auxiliar (16) de energía eléctrica incluye el paso de cargar las baterías (20) desde un generador eléctrico (22) impulsado por un motor de combustión interna (18) , que puede ser un motor diesel. Una celda de combustible (24) puede ser usada en lugar de una combinación de motor-generador. De acuerdo con otro aspecto de la invención, un método (FIGURAS 3a, 3b, 4) para operar un vehículo eléctrico (10) incluye un motor de tracción (40) conectado para impulsar por lo menos una rueda impulsora (12) del vehículo (10) , y convertir el movimiento del vehículo (10) en energía eléctrica durante el frenaje, incluye el paso (312, 418) de regresar substancialmente toda la energía (energía regenerativa completa) del motor de tracción (40) a las baterías durante el frenaje, con una eficiencia máxima del motor de tracción (40) operado como un generador, cuando las baterías (20) están en una primera condición de carga (entre la carga baja y el primer nivel de carga de la FIGURA 3b) que es por lo menos aquella condición de carga completa) . Los pasos adicionales (324, 422) incluyen ajustar la eficiencia \ del motor de tracción (40) a un nivel intermedio (entre ? máximo y fy reducida significativamente) que es intermedia a la eficiencia máxima y cero eficiencia, para regresar menos que la totalidad de la energía disponible del motor de tracción (40) a las baterías (20) durante el frenaje cuando las baterías están en un nivel de carga (Cc) que queda entre la primera condición de carga y la condición de carga completa, y ajustar la eficiencia del motor de tracción (40) hacia una eficiencia tan cerca a cero que puede ser posible o conveniente (posiblemente una eficiencia tan baja como 80%) , para retornar la cantidad mínima de la energía proveniente del motor de tracción (40) a las baterías (20) cuando las baterías (20) alcanzan la condición de carga completa. En una versión particular de este aspecto de la invención, el paso (422) de ajustar la eficiencia del motor de tracción (40) operado como un generador incluye el paso de cambiar la frecuencia deslizante del motor de tracción. En otra versión particular de este aspecto de la invención, el paso de ajustar la eficiencia del motor de tracción (40) operado como un generador incluye el paso de cambiar la corriente en un devanado de campo (40f) del motor de tracción (40) . En aún otra versión particular de este aspecto de la invención, el paso de ajustar la eficiencia del motor de tracción (40) operado como un generador incluye el paso de pasar una corriente directa a través de un devanado (40a, 40b, 40c ; 40f) del motor de tracción (40) . De acuerdo con aún otro aspecto de la invención, un método (FIGURAS 5 y 6) para operar un vehículo eléctrico híbrido (10) que deriva por lo menos algo de su esfuerzo de tracción de las baterías eléctricas (20) incluye el paso de, en los modos de operación (aceleración, circulación lenta) del vehículo diferente al estado de frenaje, proporcionar energía a un motor de tracción (40) proveniente de una fuente auxiliar (16) , y también proporcionar, desde las baterías (20) , la diferencia entre la demanda de energía de tracción y el suministro desde la fuente, auxiliar, hasta la capacidad máxima de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre un primer estado de carga (primera carga de la FIGURA 5) y la carga completa. El primer estado de carga es, por supuesto, menor que el estado de carga completa . En el método de conformidad con este aspecto de la invención, en los modos de operación - (aceleración, circulación lenta) del vehículo (10) diferente a un estado de frenaje, el motor de tracción (40) es provisto con energía (510) solo desde la fuente auxiliar (16) , cuando las baterías están en un segundo estado de carga (no mayor que el "punto de carga bajo" de la FIGURA 5) , que representa un estado de descargado substancial de las baterías (20) . En los modos de operación del vehículo diferentes a un estado de frenaje, la energía es provista al motor de tracción (40) proveniente de la fuente auxiliar, y el motor de tracción también es suministrado con energía de las baterías (20) en una cantidad menor que la capacidad total de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga ("carga normal" de la FIGURA 5) que queda entre el estado de descarga ("punto de carga bajo") y el primer estado de carga.

"En una variante de este último aspecto de la invención, un método (514, 618) para operar un vehículo eléctrico híbrido (10) que deriva por lo menos algo de su esfuerzo de tracción de las baterías eléctricas (20) , incluye el paso (618) de, en los modos de operación (aceleración, circulación lenta) del vehículo (10) diferente al estado de frenaje, proporcionar energía a un motor de tracción (10) desde una fuente de energía eléctrica auxiliar (16) , y también se proporciona al motor de tracción (40) , desde las baterías (20), y hasta la capacidad máxima de las baterías, la diferencia ("capacidad de energía de tracción completa" menos "energía del generador") entre la demanda de energía de tracción y el suministro de la fuente auxiliar (16) , cuando las baterías (20) están en un estado de carga que queda entre el estado de carga completa y un primer estado de carga menor que el estado de carga completa. Otros pasos (628) de acuerdo con esta variante del aspecto de la invención incluye (a) en los modos de operación (aceleración, circulación lenta) del vehículo (10) diferente a un estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción (40) solo desde la fuente auxiliar (16) , cuando las baterías están en un segundo estado de carga (no mayor que el "punto de carga baja" de la FIGURA 5) , cuyo segundo estado de carga representa un estado substancialmente descargado de las baterías (20) , y (b) en los modos de operación del vehículo diferente al estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción (40) desde la fuente auxiliar (16) , y también suministrar energía al motor de tracción (40) desde las baterías (20) en una cantidad que está aproximadamente en la misma proporción a la capacidad total de las baterías como es la cantidad de carga en las baterías con relación a la carga completa.

Claims

LO QUE SE REIVINDICA ES:

1. Un método para la operación de un vehículo el cual deriva parte de su esfuerzo tractor proveniente de baterías eléctricas que comprende las etapas de: retornar substancialmente la totalidad de la energía proveniente del motor de tracción a dichas baterías durante el frenaje dinámico cuando dichas baterías están en una primera condición de carga la cual es inferior que la carga completa; retornar menos de la totalidad de dicha energía proveniente de dicho motor de tracción a dichas baterías durante el frenaje dinámico cuando dichas baterías están en un nivel de carga entre dicha primera condición de carga y dicha condición de carga completa; no retornar energía alguna de dicho motor de tracción a dichas baterías durante el frenaje cuando dichas baterías alcanzan dicha condición de carga completa.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha etapa de retornar menos de la totalidad de dicha energía proveniente del motor de tracción aludido a dichas baterías incluye la etapa de retornar una cantidad de la energía de frenaje dinámico disponible a dichas baterías la cual está relacionada monótonamente a la proporción de dicha carga en relación a dicha carga completa.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de realizar una transición suave entre dichas etapas de retorno de substancialmente la totalidad de dicha energía y el retorno de menos de la totalidad de dicha energía, y entre dichas etapas de retorno de menos de la totalidad de dicha energía y el retorno de substancialmente ningún tipo de energía.

4. Un método para operar un vehículo eléctrico híbrido que deriva por lo menos alguno de sus esfuerzos de tracción proveniente de las baterías eléctricas, que comprende los pasos de: proporcionar energía proveniente de una batería de tracción a un motor de tracción en por lo menos un modo de operación del vehículo eléctrico híbrido; de tiempo en tiempo, frenar dinámicamente el vehículo; retornar a las baterías por lo menos una porción de la energía hecha disponible mediante el frenaje dinámico; cargar las baterías desde una fuente auxiliar de energía eléctrica durante aquellos intervalos en los que el frenaje dinámico no es realizado, siendo cargado en una cantidad adecuada para la operación normal del vehículo; y cargar las baterías desde la fuente auxiliar de energía eléctrica, durante aquéllos intervalos en los que el frenaje dinámico se lleva a cabo, con una cantidad reducida de velocidad.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el paso de cargar las baterías desde una fuente auxiliar de energía eléctrica incluye el paso de cargar las baterías desde un generador eléctrico impulsado por un motor de combustión interna.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el paso de cargar las baterías desde un generador eléctrico incluye el paso de cargar las baterías desde un generador impulsor por un motor diesel.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el paso de cargar las baterías desde un generador eléctrico incluye el paso de cargar las baterías con una celda de combustible.

8. Un método para operar un vehículo eléctrico que incluye un motor de tracción conectado para impulsar por lo menos una rueda impulsora del vehículo, y convertir el movimiento del vehículo a energía eléctrica durante el frenaje, que comprende los pasos de: retornar substancialmente la totalidad de la energía proveniente del motor de tracción a las baterías durante el frenaje, con una eficiencia máxima del motor de tracción operado como un generador, cuando las baterías están en una primera condición de carga que es menor que la carga completa; ajustar la eficiencia del motor de tracción a un nivel intermedio de eficiencia máxima y eficiencia cero, para retornar menos que la totalidad de la energía del motor de tracción a las baterías durante el frenaje cuando las baterías están a un nivel de carga entre la primera condición de carga y la condición de carga completa; y ajustar la eficiencia del motor de tracción a una eficiencia seleccionada baja, para retornar la mínima cantidad de energía del motor de tracción a las baterías cuando las baterías llegan a una condición de carga completa.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los pasos de ajusfar la eficiencia del motor de tracción operado como un generador incluye el paso de cambiar la frecuencia de deslizamiento del motor de tracción.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los pasos de ajustar la eficiencia del motor de tracción operado como un generador incluye el paso de cambiar la corriente en un devanado de campo del motor de tracción.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los pasos de ajustar la eficiencia del motor de tracción operado como un generador incluye el paso de pasar una corriente directa a través de un devanado del motor de tracción.

12. Un método para operar un vehículo eléctrico híbrido que deriva por lo menos algo de su esfuerzo de tracción proveniente de las baterías eléctricas, que comprende los pasos de : en los modos de operación del vehículo diferentes a un estado de frenaje, proporcionar energía a un motor de tracción desde una fuente auxiliar, y también proporcionar la diferencia entre la demanda de energía de tracción y el suministro de la fuente auxiliar de las baterías, hasta la capacidad máxima de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre un primer estado de carga y la carga completa; en los modos de operación del vehículo diferentes a un estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción únicamente desde la fuente auxiliar, cuando las baterías están en un segundo estado de carga, que representan un estado substancialmente de descarga de las baterías, y en los modos de operación del vehículo diferente al estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción desde la fuente auxiliar, y también suministrar energía al motor de tracción de las baterías en una cantidad menor que la capacidad completa de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre el estado de descarga y el primer estado de carga.

13. Un método para operar un vehículo eléctrico híbrido que deriva por lo menos algunos de sus esfuerzos de tracción de las baterías eléctricas, que comprende los pasos de: en los modos de operación del vehículo diferentes a un estado de frenaje, proporcionar energía a un motor de tracción de una fuente de energía eléctrica auxiliar, y también proporcionar la diferencia entre la demanda de energía de tracción y el suministro desde la fuente auxiliar de las baterías, hasta la capacidad máxima de las baterías, cuando las baterías están en un estado de carga que queda entre la carga completa y un primer estado de carga menor que la carga total; en los modos de operación del vehículo diferente al estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción únicamente desde la fuente auxiliar, cuando las baterías están en un segundo estado de carga, que representa un estado substancialmente de descargado de las baterías; y en los modos de operación del vehículo diferente al estado de frenaje, proporcionar energía al motor de tracción desde la fuente auxiliar, y también suministrar energía al motor de" tracción desde las baterías en una cantidad que está aproximadamente en la misma proporción a la capacidad total de dichas baterías como es la cantidad de carga en las baterías con relación a la carga completa. fin RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un vehículo eléctrico está controlado para conformar su operación como la de un vehículo impulsado por un motor convencional de combustión interna. En algunas realizaciones la carga de las baterías por la fuente auxiliar de electricidad y proveniente del frenaje dinámico es elevada en magnitud cuando las baterías están en un estado de carga entre la carga parcial y la carga total, estando relacionada la magnitud de la carga al estado relativo de la carga de la batería. La deficiencia entre la demanda del motor de tracción y la energía disponible proveniente de la fuente eléctrica auxiliar es provista por las baterías en una cantidad la cual depende del estado de carga de las baterías, de modo tal que la cantidad total de la deficiencia está provista cuando las baterías están casi en la carga completa, y se provee una pequeña cantidad de energía o ninguna cantidad de energía por las baterías cuando las mismas están próximas a una condición descargada . El estado de carga de las baterías entre la carga casi completa y la descarga casi completa las baterías suministran una cantidad de energía la cual depende monótamente del estado de carga. La carga de las baterías proveniente de la fuente auxiliar se reduce durante el frenaje dinámico cuando las baterías están casi completamente llenas. El control de la cantidad de energía retornada durante el frenaje dinámico podría ser llevado a cabo por el control de la eficiencia de trasduccion del motor de tracción operado como un generador. fi?