RU157032U1 - Комбинированная энергетическая установка транспортного средства - Google Patents

Abstract

1. Энергетическая установка для транспортного средства, содержащая бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии, преобразователь электрической энергии и электрический привод колес, соединенные по сигнальным и управляющим входам/выходам через блок управления с пультом управления автомобиля, отличающаяся тем, что бортовой источник электрической энергии выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания, снабженного топливным баком и регулятором топлива, вал двигателя внутреннего сгорания механически связан с генератором трехфазного переменного тока, преобразователь электрической энергии выполнен в виде выпрямителя, подключенного к генератору трехфазного переменного тока, и инверторов, выполненных с возможностью преобразования частоты по сигналам блока управления, выходы инверторов соединены с приводами колес, выполненными в виде обратимых электрических машин переменного тока, механически соединенных с валами колес транспортного средства, и зарядно-разрядного обратимого инвертора, выполненного с возможностью обеспечения рекуперации энергии при торможении, включенного между накопителем электрической энергии и выпрямителем, при этом преобразователь электрической энергии, инверторы и зарядно-разрядный обратимый инвертор соединены с блоком управления.2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопитель электрической энергии выполнен в виде химического аккумулятора электрической энергии или конденсатора большой емкости, например ионистора.3. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что электронный преобразователь электрической энергии сна

Description

Заявляемое техническое решение относится к области транспортного машиностроения, а именно к транспортным средствам, использующим в качестве силового привода колес электродвигатели, с электропитанием от силовых аккумуляторных батарей, подзаряжаемых от бортового источника электроэнергии.

Уровень техники.

Известен привод гибридного автомобиля (пат. US №5865263), содержащий двигатель внутреннего сгорания (ДВС), служащий в качестве источника механической энергии, две электрических машины, одна из которых выполнена обратимой, аккумуляторную батарею в качестве источника-накопителя электрической энергии, планетарный механизм и центральную систему управления. Выходной вал ДВС соединен с водилом планетарного механизма. Солнечная шестерня планетарного механизма соединена с валом обратимой электрической машины, а кольцевая шестерня через ряд зубчатых колес связана с валом второй электрической машины и с дифференциалом ведущих колес.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: двигатель внутреннего сгорания, служащий в качестве источника энергии, электрические машины, одна из которых выполнена обратимой, аккумуляторная батарея, используемая в качестве источника-накопителя электрической энергии, устройство управления.

Причинами, препятствующими достижению технического результата такого привода являются небольшая величина его максимально возможного вращающего момента, передаваемого на ведущие колеса транспортного средства, определяемая только вращающим моментом ДВС, передаточным отношением планетарного механизма и значением вращающего момента электрической машины, соединенной с кольцевой шестерней. Вторым существенным его недостатком является низкий КПД, обусловленный потерями энергии в механизмах передачи вращающего момента на колеса транспортного средства. Другим недостатком является малая величина вращающего момента привода при выключенном двигателе внутреннего сгорания. Движение транспортного средства при этом осуществляется с помощью электрической машины, соединенной с кольцевой шестерней планетарного механизма, тогда как электрическая машина, соединенная с его солнечной шестерней, выключена, и ее вал свободно вращается.

Недостатком известных способов рекуперации энергии с помощью механизмов накопителей, высокоскоростных маховиков, высокоскоростных гиромоторных рекуператоров энергии является сложность механического и электрического преобразования, передачи и реверсирования рекуперируемой энергии, а также низкая надежность при реализации в конкретных технических устройствах, связанных с работой механических редукторов и гиромоторных рекуператоров энергии на высоких скоростях. Развитие в автомобилестроении комбинированных гибридных систем электротрансмиссии с мотор-колесами, электроавтомобилей на аккумуляторах и топливных элементах с тяговым электродвигателем предполагает использование электрических систем накопления кинетической энергии, когда торможение автомобиля осуществляется в режиме генерации электрической энергии мотор-колесами или тяговым двигателем. Схема рекуперативного торможения с электродвигателями постоянного тока, работающими в генераторном режиме, когда выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть или используется для заряда аккумуляторных батарей, не позволяет использовать всю электрическую энергию рекуперативного торможения, так как тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от положения органов управления и напряжения контактной сети или номинального напряжения аккумуляторных батарей.

Известна система привода транспортного средства (пат. Рф №109055, МПК B60L 11/00, опубл. 10.10.2011 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, имеющий привод от двигателя внутреннего сгорания, силовой преобразователь напряжения генератора, накопитель энергии, бортовое зарядное устройство, выполненное в виде обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя, привод ведущих колес, содержащий электродвигатель, систему управления режимами, осуществляющую режимы движения, зарядки накопителя электроэнергии, принудительного тренировочного разряда накопителя в виде аккумуляторных батарей при их наличии или без нее, генерации электроэнергии для внешнего потребителя, тестирования тягодинамических характеристик транспортного средства. Система привода транспортного средства содержит четырехфазный асинхронный электродвигатель или Русский Параметрический Электродвигатель Яловеги (РПЭДЯ) или включаемый в трехфазную питающую сеть асинхронный электродвигатель с шестифазной однослойной обмоткой статора и/или ротора, в котором обмотка представляет из себя составную композицию из двух частей в виде сравнимых по мощности двух трехфазных обмоток, при этом одна часть составной обмотки соединена в треугольник, а другая часть - в звезду, причем одноименные фазы смещены друг относительно друга на 30 эл. град, и вектор индукции каждой из фаз пересекает ось магнитопровода, и/или содержит накопитель энергии в виде сверхъемких конденсаторов с двойным электронным слоем типа КДЭС.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, имеющий привод от двигателя внутреннего сгорания, силовой преобразователь напряжения генератора, накопитель энергии, бортовое зарядное устройство, выполненное в виде обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя, привод ведущих колес, содержащий электродвигатель, и устройство зарядки накопителя электроэнергии в виде аккумуляторных батарей.

Причинами, препятствующими достижению технического результата являются низкий КПД, обусловленный потерями энергии в механизмах передачи вращающего момента на колеса транспортного средства и отсутствием регулирования подачи топлива в зависимости от нагрузки, недостаточная величина максимально возможного вращающего момента, передаваемого на ведущие колеса транспортного средства и низкая надежность, обусловленная наличием единственного электродвигателя, обеспечивающего привод всех колес транспортного средства.

Известна комбинированная (гибридная) установка транспортного средства на базе мотор-генераторной установки (пат. РФ №2478047, МПК B60L 11/12, опубл. 10.06.2010 г.). Установка включает в себя тяговый электродвигатель, представляющий собой обратимую асинхронную электромашину, первичный источник электрической энергии, представляющий собой многотопливную мотор-генераторную установку, термокаталитический реактор для получения синтез-газа на борту транспортного средства, буферный накопитель энергии и модульную систему управления. Мотор-генераторная установка включает в себя ДВС, работающий на синтез-газе, механически соединенный с электрическим генератором. Подачу топлива в термокаталитический реактор обеспечивает система хранения и подачи топлива. Тяговый электродвигатель подключен к буферному накопителю энергии через электрический инвертор. Отдельные модули системы управления имеют связь с объектами управления и контроля и непосредственно с электронной системой автоматического управления и контроля верхнего уровня.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: тяговый электродвигатель, представляющий собой обратимую асинхронную электромашину, первичный источник электрической энергии, представляющий собой мотор-генераторную установку, накопитель энергии и систему управления. Мотор-генераторная установка включает в себя ДВС, механически соединенный с электрическим генератором, система подачи топлива. Тяговый электродвигатель подключен к накопителю энергии через электрический инвертор. Система управления имеет связь с объектами управления и контроля и непосредственно с электронной системой автоматического управления и контроля верхнего уровня.

Причинами, препятствующими достижению технического результата является низкая эффективность системы рекуперации, обусловленная использованием силовых аккумуляторов в качестве накопителей электрической энергии, низкий КПД, обусловленный потерями энергии в механизмах передачи вращающего момента на колеса транспортного средства и отсутствием регулирования подачи топлива в зависимости от нагрузки, недостаточная величина максимально возможного вращающего момента, передаваемого на ведущие колеса транспортного средства и низкая надежность, обусловленная наличием единственного электродвигателя, обеспечивающего привод всех колес транспортного средства.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением является принятый за прототип привод гибридного автомобиля (пат. РФ №2481969, МПК B60L 11/18, H02K 44/00, H05H 1/00, опубл. 27.11.2012 г.), содержащий последовательно соединенные бортовой источник электрической энергии магнитогидродинамический генератор с каталитическим аккумулятором, накопитель электрической энергии в виде химического или конденсаторного аккумулятора, электронный преобразователь электрической энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и электрический привод колес, соединенные по сигнальным и управляющим входам/выходам через бортовую электронно-вычислительную машину (ЭВМ) с пультом управления автомобиля. Бортовой источник электрической энергии содержит плазмохимический реактор импульсивного действия, на плазменном выходе которого последовательно установлены магнитогидродинамический (МГД) генератор и каталитический аккумулятор, соединенные по выходному напряжению с накопителем электрической энергии, электрический привод колес содержит электронный коммутатор питающего трехфазного напряжения и блок асинхронных электрических двигателей для вращения колес автомобиля, статорные обмотки которых по питающему трехфазному напряжению соединены с выходом электронного преобразователя через электронный коммутатор, управляющий вход которого через бортовую машину ЭВМ соединен с пультом управления автомобиля.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии в виде химического или конденсаторного аккумулятора, электронный преобразователь электрической энергии накопителя в трехфазное переменное напряжение и электрический привод колес, соединенные по сигнальным и управляющим входам/выходам через бортовую электронно-вычислительную машину (ЭВМ) с пультом управления автомобиля. Электрические двигатели для вращения колес автомобиля соединены с выходом электронного преобразователя через электронный коммутатор, управляющий вход которого через бортовую машину ЭВМ соединен с пультом управления автомобиля.

Существенный недостаток известного решения - низкая надежность - выявляется при движении транспортного средства вниз по наклонной плоскости, когда масса транспортного средства предает дополнительное ускорение, а магнитные поля роторов электродвигателей опережают магнитные поля статоров. В результате электродвигатели переходят в режим рекуперативного торможения без нажатия педали тормоза, которая обеспечивает выдачу ЭВМ команд на коммутатор для переключения обмоток статора двигателей на обратное движение и команду на преобразователь для изменения частоты напряжения, пропорционально силе нажатия на педаль тормоза, электронный коммутатор при этом не получает команду на переключение адаптера в режим использования электроэнергии торможения для заряда силовых аккумуляторов. При этом происходит повышение напряжения промежуточной цепи постоянного тока электронного преобразователя выше номинального, вследствие чего электронный преобразователь отключится защитой от перенапряжения, в результате транспортное средство теряет управление при передвижении, что недопустимо.

Другим фактором, значительно снижающим надежность привода прототипа, является общий выход трехфазного переменного напряжения электронного преобразователя, который по питающему напряжению через электронный коммутатор обеспечивает электроэнергией блок электропривода колес, состоящий из четырех параллельно соединенных электродвигателей. При передвижении транспортного средства отсутствует возможность контроля каждого электродвигателя в отдельности. Неисправность одного из электродвигателей ведет к отключению преобразователя частоты и аварийной остановке транспортного средства.

Вторым существенным недостатком прототипа является низкий КПД, обусловленный малой эффективностью системы рекуперации и использованием силовых аккумуляторов в качестве накопителей электрической энергии. Система рекуперации энергии при торможении транспортных средств с аккумуляторными батареями характеризуется сложностью изготовления, медленным зарядным циклом, небольшим ресурсом эксплуатации, ограниченным числом зарядно-разрядных циклов и ухудшением характеристик при низких температурах. Тормозной путь транспортных средств очень мал по сравнению с проезжаемой дистанцией и составляет от нескольких метров до нескольких десятков метров. За столь короткое время аккумуляторы не успевают значительно зарядиться рекуперативным током, даже в городском цикле при частых торможениях. Так как аккумуляторные батареи не могут аккумулировать всю электрическую энергию рекуперативного торможения, момент торможения электродвигателей недостаточен для полной остановки транспортного средства, в результате остается необходимость в использовании дополнительных механических средств торможения. Экономия энергии с аккумуляторными батареями за счет рекуперативного торможения в лучшем случае составляет несколько процентов.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание комбинированной энергетической установки, обеспечивающей высокие коэффициент полезного действия и надежность транспортного средства.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении КПД уменьшением расхода топлива путем применения регулятора подачи топлива, управляемого блоком управления, обеспечивающего оптимальный расход топлива, за счет исключения механической трансмиссии транспортного средства, утилизации тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в использовании энергии рекуперативного торможения электродвигателей транспортного средства, управляемых преобразователем частоты, с последующим ее аккумулированием в накопителе электрической энергии - конденсаторе большой емкости, регулированием величины потребляемой электрической энергии при помощи преобразователя частоты с регулируемой широтно-импульсной модуляции и в повышении надежности путем исключения механической трансмиссии, путем применения рекуперативного торможения, позволяющего системе управления преобразователя частоты использовать оптимальные режимы торможения для каждого колеса транспортного средства, обеспечить постоянное сцепление колес с дорожным покрытием и исключить их блокирование.

Технический результат достигается тем, что в комбинированной энергетической установке транспортного средства, содержащей бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии, преобразователь электрической энергии и электрический привод колес, соединенные по сигнальным и управляющим входам/выходам через блок управления с пультом управления автомобиля, бортовой источник электрической энергии выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания, снабженного топливным баком и регулятором топлива, соединенным с блоком управления, вал двигателя внутреннего сгорания механически связан с генератором трехфазного переменного тока, преобразователь электрической энергии выполнен в виде выпрямителя, подключенного к генератору трехфазного переменного тока, и инверторов, выполненных с возможностью преобразования частоты по сигналам блока управления, выходы инверторов соединены с приводами колес, выполненными в виде обратимых электрических машин переменного тока, механически соединенных с валами колес транспортного средства, и зарядно-разрядного обратимого инвертора, выполненного с возможностью обеспечения рекуперации энергии при торможении, включенного между накопителем электрической энергии и выпрямителем, при этом преобразователь электрической энергии, инверторы и зарядно-разрядный обратимый инвертор соединены с блоком управления.

Рационально в комбинированной энергетической установке транспортного средства накопитель электрической энергии выполнять преимущественно в виде химического аккумулятора электрической энергии, или конденсатора большой емкости, например, ионистора.

Целесообразно в комбинированной энергетической установке транспортного средства электронный преобразователь электрической энергии снабжать блоком датчиков тока, соединенных с блоком управления.

Рекомендуется в комбинированной энергетической установке транспортного средства преобразователь электрической энергии снабжать фильтром, подключенным к выходу выпрямителя.

Рационально в комбинированной энергетической установке транспортного средства двигатель внутреннего сгорания снабжать теплообменником, соединенным с ним через трубопровод выхлопных газов.

Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена упрощенная электрическая схема комбинированной энергетической установки транспортного средства;

Комбинированная энергетическая установка транспортного средства, содержит бортовой источник электрической энергии, включающий топливный бак 1, который через топливопровод 2 и регулятор подачи топлива 3 соединен с двигателем внутреннего сгорания 4. Через трубопровод выхлопных газов 5 двигатель внутреннего сгорания 4 соединен с теплообменником 6, в котором происходит утилизация тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания 4, используемого для обогрева салона. При помощи механической связи 7 двигатель внутреннего сгорания 4 соединен с источником электрической энергии - генератором трехфазного переменного тока 8, энергия которого посредством трехфазной сети питания 9 подается на преобразователь электрической энергии 10, содержащий блок датчиков тока 11 и выпрямительный мост 14. Выпрямительный мост 14 через шины постоянного тока 15, фильтр, содержащий реакторы постоянного тока 16 и конденсатор 17, соединен с входами/выходами инверторов 18, 23, 28, и 33, выполненных с возможностью преобразования частоты по сигналам блока управления 12. Выходы инверторов 18, 23, 28, 33 через трехфазные соединители 19, 24, 29, 34 подключены к электрическим приводам колес, выполненным в виде обратимых электрических машин переменного тока 20, 25, 30, 35, например, синхронных машин или асинхронных двигателей с постоянными магнитами, механически соединенных через валы 21, 26, 31, 36 с колесами транспортного средства 22, 27, 32, 37. Управляющие входы инверторов 18, 23, 28, 33 соединены с соответствующими выходами блока управления 12. Блок управления 12 связан с пультом управления транспортным средством 13.

К входам/выходам инверторов 18, 23, 28, 33 подключен выпрямительный мост 54, и выполненный с возможностью обеспечения рекуперации энергии при торможении, зарядно-разрядный инвертор 40, содержащий группы транзисторов 41, 42, 43, плюсового полюса, 44, 45, 46 минусового полюса и, соответственно, группы транзисторов 47, 48, 49 и 50, 51, 52. Зарядно-разрядный инвертор 40 через вход/выход 39 подключен к накопителю электрической энергии 38, выполненному в виде химического или конденсаторного аккумулятора электрической энергии, например, ионистора, и к блоку управления 12. Зарядно-разрядный инвертор 40 через трансформатор 53 соединен с выпрямительным мостом 54.

Комбинированная энергетическая установка транспортного средства работает следующим образом.

При запуске установки с пульта управления 13 транспортного средства топливо из топливного бака 1 через регулятор подачи топлива 3 поступает в двигатель внутреннего сгорания 4, от которого посредством механической связи 7 вращение передается генератору трехфазного переменного тока 8. Нагретые до высокой температуры выхлопные газы через трубопровод выхлопных газов 5 передаются в теплообменник 6 и используются для обогрева салона. В устройство памяти блока управления 12 предварительно заносится табличная зависимость необходимого объема топлива от величины мощности, вырабатываемой генератором трехфазного переменного тока 8. Блок управления 12 осуществляет управление регулятором подачи топлива в зависимости от величины потребляемого переменного тока, контролируемого блоком датчиков тока И.

Неуправляемый выпрямительный мост 14 преобразует напряжение трехфазного переменного тока в пульсирующее постоянное, которое через промежуточную цепь шины постоянного тока 15 поступает на реакторы постоянного тока 16 и конденсатор 17, фильтрующие промежуточное напряжение, снижающие содержание гармоник и обеспечивающие защиту от скачков при краткосрочной потере мощности, одновременно выравнивая пульсацию напряжения при зарядно-разрядном цикле накопителя электрической энергии - конденсатора 38. Инверторы 18, 23, 28, 33 преобразуют постоянный ток в переменный трехфазный ток, регулируемый широтно-импульсной модуляцией для управления электрическими машинами переменного тока 20, 25, 30, 35, вращение от которых через валы 21, 26, 31, 36 передаются колесам транспортного средства 22, 27, 37, 32. Блок управления 12 через управляющие входы инверторов 18, 23, 28, 33 осуществляет индивидуальное управление каждым приводом колес 22, 27, 32, 37 транспортного средства.

При торможении транспортного средства, осуществляемое с пульта управления 13, обратимые электрические машины 20, 25, 30, 35 переходят в режим генерации электрической энергии, при этом повышается напряжение шины постоянного тока 15 и уменьшается ток в цепи сетевого питания 9 преобразователя электрической энергии 10. Заряд накопителя электрической энергии, выполненного в одном из вариантов исполнения в виде конденсатора 38 или ионистора, осуществляется с помощью регулируемых широтно-импульсной модуляцией IBGT транзисторов зарядно-разрядного инвертора 40, через группу транзисторов 41, 42, 43 полюса плюс, группу транзисторов 44, 45, 46 полюса минус, включение которых происходит при снижении потребляемой мощности преобразователем частоты переменным током трехфазной сети питания 9, ниже, чем номинальная мощность, производимая генератором 8. При этом величина регулирования широтно-импульсной модуляции зависит от необходимой компенсации потребляемой мощности преобразователем до номинальной, производимой генератором трехфазного переменного тока 8 и стабилизации номинального напряжения шины постоянного тока 15.

Разряд накопителя электрической энергии 38 осуществляется с помощью IBGT транзисторов через группу транзисторов 47, 48, 49 полюса плюс, группу транзисторов 50, 51, 52 полюса минус зарядно-разрядного инвертора путем преобразования постоянного емкостного тока конденсатора 38 в регулируемое широтно-импульсной модуляцией переменное трехфазное напряжение, которое через трансформатор 53 подается на неуправляемый выпрямительный мост 54.

Включение разрядных транзисторов 47, 48, 49, 50, 51, 52 происходит при работе привода от емкостного тока источника-накопителя 38, при понижении напряжения шины постоянного тока 15, при превышении потребляемой мощности преобразователем выше номинальной мощности производимой источником электрической энергии - генератором переменного тока 8.

Поочередная цикличная работа IBGT транзисторов в каждой группе зарядно-разрядного инвертора 40, снижает пульсацию токов выравнивания напряжения в промежуточной цепи шины постоянного тока 15 и конденсатора 38 при зарядно-разрядных циклах.

Конденсатор большой емкости (ионистор) как накопитель электрической энергии, выдерживает большое количество зарядно-разрядных циклов, обеспечивает большие токи отдачи, быстрый заряд, низкую токсичность материалов, высокую эффективность, широкий диапазон температур, малую деградацию. Его ресурс зависит только от сохранения физических свойств используемого в конденсаторе диэлектрика. Энергия в конденсаторах (ионисторах) запасается за счет физического накопления заряда, в отличие от аккумуляторов, работа которых основана на химических реакциях, поэтому количество циклов перезаряда конденсаторов (ионисторов) практически неограничено.

При передвижении транспортного средства величина момента на валах электродвигателей 20, 25, 30, 35 непостоянна, вследствие чего меняется и мощность, потребляемая преобразователем частоты от генератора переменного тока 8. Компенсация недостающей или отбор избыточной потребляемой мощности преобразователем частоты до номинального значения мощности установки двигатель внутреннего сгорания 4 -генератор трехфазного переменного тока 8, осуществляется с помощью зарядно-разрядного цикла конденсатора (ионистора) 38. При приближении значения напряжения заряда конденсатора 38 к номинальному напряжению промежуточной цепи шины постоянного тока 15 величина зарядного тока снижается, снижается также мощность, потребляемая преобразователем частоты 10 через трехфазную сеть питания 9 от генератора трехфазного переменного тока 8. Регулятор подачи топлива 3, управляемый блоком управления 12, позволяет, в зависимости от мощности, потребляемой преобразователем электрической энергии 10, обеспечить оптимальный расход топлива и требуемое быстродействие работы энергетической установки

Выравнивание напряжения между промежуточной цепью шины постоянного тока 15 и зарядно-разрядным входом-выходом 39 указывает на полный заряд конденсатора 38, после чего происходит отключение двигателя внутреннего сгорания 4 и генератора трехфазного переменного тока 8. При этом питание преобразователя электрической энергии 10 и обратимых электрических машин переменного тока 20, 25, 30, 35 осуществляется за счет емкостного постоянного тока накопителя электрической энергии - конденсатора 38. Это достигается включением разрядных IBGT транзисторов 47, 48, 49 полюса плюс, 50, 51, 52 полюса минус, в соответствии с принципом широтно-импульсной модуляции в зависимости от величины потребляемой электрической энергии преобразователем электрической энергии 10. Количество электрической энергии накопителя электрической энергии 38 от зарядных циклов превышает количество электрической энергии от разрядных циклов, поскольку разрядный цикл необходим для компенсации недостающей мощности источника электрической энергии, вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания 4 - генератором трехфазного переменного тока 8 только при увеличении скорости и преодолении подъемов транспортным средством.

Электрическая схема привода в прототипе позволяет без дополнительного преобразования коммутировать всю электрическую энергию рекуперативного торможения в емкостной заряд конденсатора - ионистора. Это условие допускает использование для снижения скорости транспортных средств только рекуперативного торможения, а механические средства торможения используются для аварийного торможения и стояночного тормоза. В отличие от прототипа, в предлагаемой энергетической установке рекуперативное торможение позволяет системе управления преобразователя электрической энергии использовать оптимальные режимы торможения транспортного средства, при резком снижении скорости обеспечить постоянное сцепление колес с дорожным покрытием и исключить блокирование колес, что значительно повышает коэффициент полезного действия энергетической установки и надежность транспортного средства.

Инверторы 18, 23, 28, 33, преобразуют постоянный ток промежуточной цепи преобразователя частоты в регулируемые трехфазные выходы переменного тока, соединенные по выходному напряжению с четырьмя обратимыми электрическими машинами 20, 25, 30, 35, при этом устройство управления 12 ведет постоянный контроль всех параметров каждой из них. Неисправность одного из электродвигателей приводит к отключению одного из одноименных инверторов, без остановки транспортного средства, с возможностью продолжения движения.

В предлагаемой комбинированной энергетической установке при передвижении транспортного средства с постоянной скоростью, без резких изменений скорости, возможно отключение задних или передних колес, для дополнительной экономии топлива и увеличения пробега с последующим автоматическим включением при превышении номинального момента на валах работающих электродвигателей и снижении скорости транспортного средства. В результате контроля устройством управления 12 величины крутящих моментов на валах обратимых электрических машин 20, 23, 28, 33, осуществляется постоянный контроль сцепления каждого колеса транспортного средства с дорожным покрытием. В системе управления преобразователя частоты использованы программы всех существующих систем стабилизации транспортных средств при передвижении. Время реакции системы в преобразователях частоты в среднем составляет от 2 до 5 мс.

В отличие от комбинированных гибридных систем, где вращающий момент передается с помощью промежуточных механизмов путем включения совместно или поочередно двигателя внутреннего сгорания и обратимой машины постоянного или переменного тока, в предлагаемой комбинированной энергетической установке вращающий момент на колеса передается только от электродвигателей переменного тока, без промежуточных механизмов.

В предлагаемой полезной модели возможна замена источника электрической энергии - генератора переменного тока, на генератор постоянного тока, электрически связанный непосредственно с шиной постоянного тока 15 преобразователя электрической энергии 10. Возможно использование источника электрической энергии с меньшей номинальной мощностью, чем суммарная номинальная мощность обратимых электрических машин 20, 25, 30, 35, а также использование транспортного средства как передвижного автономного источника электрической энергии.

Заряд накопителя электрической энергии 38 может осуществляться от внешней сети переменного тока с использованием выпрямительного моста 14 через шины постоянного тока 15 и зарядно-разрядный инвертор 40.

Повышение КПД энергетической установки достигается уменьшением расхода топлива путем применения регулятора подачи топлива 3, управляемого блоком управления 12, обеспечивающего оптимальный расход топлива, за счет исключения механической трансмиссии транспортного средства, утилизации тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания при помощи теплообменника 6, в использовании энергии рекуперативного торможения обратимых электрических машин 20, 25, 30, 35 транспортного средства, управляемых преобразователем частоты, с последующим ее аккумулированием в накопителе электрической энергии 38 - конденсаторе большой емкости, регулированием величины потребляемой электрической энергии при помощи преобразователя частоты с регулируемой широтно-импульсной модуляцией.

Повышение надежности достигается путем исключения механической трансмиссии, путем применения рекуперативного торможения, позволяющего системе управления 12 преобразователя частоты использовать оптимальные режимы торможения для каждого колеса 22, 27, 37, 32 транспортного средства, обеспечить постоянное сцепление колес с дорожным покрытием и исключить их блокирование.

Комбинированная энергетическая установка транспортного средства может быть использована в различных электрифицированных транспортных средствах, таких как троллейбус, трамвай, электропоезд, которые в режимах движения имеют частые разгоны и торможения, и обеспечивают рекуперацию энергии торможения непосредственно в контактную сеть.

Предлагаемая полезная модель способствует повышению коэффициента полезного действия энергетической установки и надежности транспортного средства.

Claims (5)

1. Энергетическая установка для транспортного средства, содержащая бортовой источник электрической энергии, накопитель электрической энергии, преобразователь электрической энергии и электрический привод колес, соединенные по сигнальным и управляющим входам/выходам через блок управления с пультом управления автомобиля, отличающаяся тем, что бортовой источник электрической энергии выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания, снабженного топливным баком и регулятором топлива, вал двигателя внутреннего сгорания механически связан с генератором трехфазного переменного тока, преобразователь электрической энергии выполнен в виде выпрямителя, подключенного к генератору трехфазного переменного тока, и инверторов, выполненных с возможностью преобразования частоты по сигналам блока управления, выходы инверторов соединены с приводами колес, выполненными в виде обратимых электрических машин переменного тока, механически соединенных с валами колес транспортного средства, и зарядно-разрядного обратимого инвертора, выполненного с возможностью обеспечения рекуперации энергии при торможении, включенного между накопителем электрической энергии и выпрямителем, при этом преобразователь электрической энергии, инверторы и зарядно-разрядный обратимый инвертор соединены с блоком управления.

2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопитель электрической энергии выполнен в виде химического аккумулятора электрической энергии или конденсатора большой емкости, например ионистора.

3. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что электронный преобразователь электрической энергии снабжен блоком датчиков тока, соединенным с блоком управления.

4. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что преобразователь электрической энергии снабжен фильтром, подключенным к выходу выпрямителя.

5. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания снабжен теплообменником, соединенным с ним через трубопровод выхлопных газов.

Images