RU109056U1

RU109056U1 - COMBINED VEHICLE POWER SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: RU109056U1
Application number: RU2011104519/11U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Евсеевич Загорский; Андрей Зиновьевич Жук; Борис Владимирович Клеймёнов
Original assignee: Учреждение Российской Академии Наук Объединенный Институт Высоких Температур Ран (Оивт Ран)
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2011-10-10

Abstract

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована при изготовлении транспортного средства-электромобиля с электрической тягой.The utility model relates to the field of transport engineering and can be used in the manufacture of electric vehicles with electric traction.

Заявляемая в качестве полезной модели система энергопитания направлена на снижение времени разгона транспортного средства, увеличение ресурса аккумуляторов, за счет снижения пиковых нагрузок, повышение эффективности рекуперации энергии торможения и увеличение дальности пробега с одной зарядки воздушно-металлического источника.Declared as a utility model, the power supply system is aimed at reducing the acceleration time of the vehicle, increasing the battery life by reducing peak loads, increasing the efficiency of recovery of braking energy and increasing the range from a single charge of an air-metal source.

Указанный технический результат достигается тем, что система энергопитания транспортного средства, включает химический источник тока в виде воздушно-металлического источника тока, тяговый электродвигатель, накопитель энергии в виде аккумуляторной батареи, блок управления, и снабжена вторым накопителем энергии в виде суперконденсатора с блоком управления его работой. 1 илл. The specified technical result is achieved in that the vehicle’s power supply system includes a chemical current source in the form of an air-metal current source, a traction motor, an energy storage device in the form of a storage battery, a control unit, and is equipped with a second energy storage device in the form of a supercapacitor with a control unit for its operation . 1 ill.

Description

Известна система энергопитания транспортного средства, включающая аккумуляторную батарею, тяговый электродвигатель и блок управления (US 3939935, [1]).A known power system of a vehicle, including a battery, a traction motor and a control unit (US 3939935, [1]).

Недостатком рассматриваемой системы энергопитания является низкие удельные электрические характеристики из-за большой массы аккумуляторной батареи, параметры которой выбираются из условия обеспечения пиковых нагрузок.The disadvantage of this power supply system is the low specific electrical characteristics due to the large mass of the battery, the parameters of which are selected from the conditions for providing peak loads.

Известна система энергопитания транспортного средства, включающая химический источник тока (аккумуляторную батарею), тяговый электродвигатель, накопитель энергии и блок управления (RU 2085413 [2]).A known power system of a vehicle, including a chemical current source (battery), traction motor, energy storage and control unit (RU 2085413 [2]).

Недостатком указанной известной системы энергопитания является недостаточная емкость накопителя энергии, что ограничивает эксплуатационные возможности транспортного средства.The disadvantage of this known energy supply system is the insufficient capacity of the energy storage, which limits the operational capabilities of the vehicle.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой системе энергопитания является известная (RU 40264 U1 [3]) система энергопитания, содержащая химический источник тока, накопитель энергии, тяговый электродвигатель и блок управления. При этом в качестве накопителя энергии используют литий-ионную аккумуляторную батарею, а в качестве химического источника тока металло-воздушный источник тока.Closest in its technical essence to the claimed energy supply system is the well-known (RU 40264 U1 [3]) energy supply system containing a chemical current source, energy storage, traction motor and control unit. Moreover, a lithium-ion battery is used as an energy storage device, and a metal-air current source is used as a chemical current source.

Недостатком указанной известной системы энергопитания является снижение ресурса аккумуляторов, за счет пиковых нагрузок при разгоне и торможении, недостаточная эффективность использования энергии рекуперации, связанная с низкими зарядными токами литий-ионных аккумуляторов. В принципе можно достичь необходимых зарядных токов увеличив емкость литий-ионных аккумуляторов, но при этом масса накопителя существенно возрастет, что ограничит эксплуатационные возможности транспортного средства и снизит дальность пробега с одной заправки металло-воздушного источника.The disadvantage of this known energy supply system is the reduction in battery life due to peak loads during acceleration and braking, the insufficient efficiency of the use of recovery energy associated with low charging currents of lithium-ion batteries. In principle, it is possible to achieve the required charging currents by increasing the capacity of lithium-ion batteries, but the mass of the drive will increase significantly, which will limit the operational capabilities of the vehicle and reduce the range from one refueling of a metal-air source.

Указанный технический результат достигается тем, что система энергопитания транспортного средства, включает химический источник тока в виде воздушно-металлического источника тока, тяговый электродвигатель, накопитель энергии в виде аккумуляторной батареи, блок управления, и снабжена вторым накопителем энергии в виде суперконденсатора с блоком управления его работой.The specified technical result is achieved in that the vehicle’s power supply system includes a chemical current source in the form of an air-metal current source, a traction motor, an energy storage device in the form of a storage battery, a control unit, and is equipped with a second energy storage device in the form of a supercapacitor with a control unit for its operation .

Дополнение существующей системы энергопитания транспортного средства, выбранной за прототип, вторым накопителем энергии в виде суперконденсатора (СК) с блоком управления его работой, позволяет снизить время разгона транспортного средства, увеличить ресурс аккумуляторов, за счет снижения пиковых нагрузок, повысить эффективность рекуперации энергии торможения путем использования блока управления суперконденсатором (СК), который позволяет повысить напряжение СК выше напряжения аккумуляторной батареи (АБ), и разряжать его до минимально допустимого напряжения, тем самым резко увеличить энергию, запасаемую СК в режиме торможения и отдаваемую СК в режиме ускорения. Кроме того, если при рекуперации отключить АБ, вся энергия торможения будет запасаться в СК.Supplementing the existing vehicle energy supply system, selected as a prototype, with a second energy storage device in the form of a supercapacitor (SC) with a control unit for its operation, allows to reduce the vehicle acceleration time, increase battery life by reducing peak loads, and increase the efficiency of braking energy recovery by using supercapacitor control unit (SC), which allows you to increase the voltage of the SC above the voltage of the battery (AB), and discharge it to a minimum permissible voltage, thereby dramatically increasing the energy stored by the SC in braking mode and given to the SC in acceleration mode. In addition, if you turn off the battery during recovery, all the braking energy will be stored in the SC.

Сущность полезной модели поясняется чертежом и примером его реализации.The essence of the utility model is illustrated in the drawing and an example of its implementation.

На чертеже представлена функциональная схема комбинированной системы энергопитания транспортного средства.The drawing shows a functional diagram of a combined power supply system of a vehicle.

Система содержит химический источник тока 1 в виде воздушно-металлического источника тока (ВМ ЭХГ), первый накопитель в виде батареи аккумуляторов 2 (БА), являющийся тяговым источником энергии, второй накопитель энергии 3 в виде суперконденсатора (СК) с блоком 4 управления его работой, блок управления работой устройства 5, тяговый электродвигатель 6.The system contains a chemical current source 1 in the form of an air-metal current source (VM ECG), a first drive in the form of a battery of accumulators 2 (BA), which is a traction energy source, a second energy storage 3 in the form of a supercapacitor (SC) with its operation control unit 4 , control unit for the operation of the device 5, traction motor 6.

Система работает следующим образом. Химический источник тока 1, в качестве которого используется воздушно-металлический источник тока (ВМ ЭХГ), обладающий большим запасом энергии, через блок управления работой устройства 5 заряжает первый накопитель 2 (БА) с малым запасом энергии, но большой мощностью, и второй накопитель энергии 3 (СК), имеющий еще меньший запас энергии и еще большую мощность. Во время движения химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) вместе с первым накопителем 2 (БА) питает тяговый электродвигатель 6, передающий энергию на колеса транспортного средства. Блок управления 5 контролирует заряд первого накопителя 2 (БА) и работу химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ) (поддерживает постоянной его температуру, регулируя работу вентиляторов, и поддерживает постоянной величину генерируемого тока), и при необходимости для обеспечения пиковых нагрузок включает второй накопитель энергии 3 (СК), работа которого контролируется блоком 4.The system operates as follows. The chemical current source 1, which uses an air-metal current source (VM ECG), which has a large energy reserve, charges the first storage device 2 (BA) with a small energy supply, but high power, and a second energy storage through the control unit of the device 5 3 (SC), which has an even smaller supply of energy and even greater power. During movement, the chemical current source 1 (VM ECG) together with the first drive 2 (BA) feeds the traction motor 6, which transmits energy to the wheels of the vehicle. The control unit 5 controls the charge of the first drive 2 (BA) and the operation of the chemical current source 1 (VM ECG) (maintains its temperature constant by regulating the operation of the fans and maintains a constant value of the generated current), and if necessary, to provide peak loads, includes a second energy storage 3 (SK), the operation of which is controlled by block 4.

При стоянке, когда электродвигатель не потребляет энергию, химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый 2 (БА) и второй 3 (СК) накопитель, работа которого контролируется блоком 4, при этом блок управления 5 поддерживает напряжение необходимое для заряда. В случае, когда второй накопитель 3 (СК) полностью заряжен, и ток заряда первого накопителя 2 (БА) снижается, свидетельствуя о конце заряда, блок управления 5 останавливает работу химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ) путем отключения циркуляции (слива) электролита.When parking, when the electric motor does not consume energy, a chemical current source 1 (VM ECG) charges the first 2 (BA) and second 3 (SC) storage, the operation of which is controlled by unit 4, while the control unit 5 maintains the voltage necessary for charging. In the case when the second drive 3 (SC) is fully charged, and the charge current of the first drive 2 (BA) decreases, indicating the end of the charge, the control unit 5 stops the operation of the chemical current source 1 (VM ECG) by turning off the circulation (drain) of the electrolyte.

При подготовке к началу движения с помощью блока управления 5 осуществляется запуск остановленного химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ), путем подачи в него электролита, а после выхода его на режим (т.е. достижения необходимого значения напряжения и температуры) подключает к нему первый накопитель 2 (БА) и второй накопитель 3 (СК), работа которого контролируется блоком 4.In preparation for the start of movement, using the control unit 5, a stopped chemical current source 1 (VM ECG) is started by supplying electrolyte into it, and after it enters the mode (i.e., when the required voltage and temperature are reached), the first one is connected to it drive 2 (BA) and the second drive 3 (SC), the operation of which is controlled by block 4.

При старте транспортного средства со стоянки в режиме ускорения химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ), совместно с первым накопителем и вторым накопителем, работа которого контролируется блоком 4, питают тяговый двигатель 6. После разряда второго накопителя 3 (СК) до минимально допустимого напряжения блок управления 4 отключает егоWhen the vehicle starts from the parking lot in acceleration mode, the chemical current source 1 (VM ECG), together with the first drive and the second drive, the operation of which is controlled by unit 4, feed the traction motor 6. After discharging the second drive 3 (SC) to the minimum allowable voltage, the unit control 4 turns it off

В зависимости от глубины заряда накопителей и условий движения транспортного средства возможны различные алгоритмы работы системы:Depending on the depth of charge of the drives and the driving conditions of the vehicle, various system operation algorithms are possible:

а) в случае если второй накопитель 3 (СК) заряжен, химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый накопитель 2 (БА), который расходует энергию на питание тягового двигателя 6.a) if the second drive 3 (SC) is charged, the chemical current source 1 (VM ECG) charges the first drive 2 (BA), which consumes energy to power the traction motor 6.

б) в случае если второй накопитель 3 (СК) заряжен, а движение транспортного средства идет с потреблением мощности меньшей, чем мощность химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ), то часть генерируемой им энергии идет для питания тягового двигателя 6, а другая затрачивается на заряд первого накопителя 2 (БА).b) if the second drive 3 (SC) is charged, and the vehicle moves with power consumption less than the power of the chemical current source 1 (VM ECG), then part of the energy generated by it is used to power the traction motor 6, and the other is spent on charge of the first drive 2 (BA).

в) в случае если второй накопитель 3 (СК) разряжен, химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый накопитель 2 (БА), расходующий энергию на питание тягового двигателя 6 и на заряд второго накопителя 3 (СК), заряд которого ведется до напряжения первого накопителя 2 (БА).c) if the second drive 3 (SC) is discharged, the chemical current source 1 (VM ECG) charges the first drive 2 (BA), which consumes energy to power the traction motor 6 and the charge of the second drive 3 (SC), which is charged voltage of the first drive 2 (BA).

При торможении энергия, генерируемая тяговым двигателем 6, идет, в основном, на заряд второго накопителя 3 (СК), процесс которого контролируется блоком 4. Некоторая часть энергии поступает в первый накопитель 2 (БА).When braking, the energy generated by the traction motor 6 is mainly used for the charge of the second drive 3 (SC), the process of which is controlled by unit 4. Some of the energy is supplied to the first drive 2 (BA).

Эффективность рекуперации повышается, если при торможении с помощью блока управления 5 отключить первый накопитель 2 (БА) и энергию, генерируемую тяговым двигателем 6, целиком направить на заряд второго накопителя 3 (СК), процесс которого контролируется блоком 4. При этом химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый накопитель 2 (БА).The recovery efficiency is increased if, when braking with the control unit 5, the first drive 2 (BA) is turned off and the energy generated by the traction motor 6 is completely directed to the charge of the second drive 3 (SC), the process of which is controlled by unit 4. In this case, the chemical current source 1 (VM ECG) charges the first drive 2 (BA).

Claims

A combined vehicle power supply system, including a chemical current source in the form of an air-metal current source, a traction motor, an energy storage device in the form of a storage battery and a control unit, characterized in that it is equipped with a second energy storage device in the form of a supercapacitor with a control unit for its operation.