RU183969U1 - Энергетический модуль транспортной машины - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники. Энергетический модуль предназначен для параллельного подключения к бортовой сети транспортной машины и содержит конденсаторную батарею, обратимый преобразователь, включенный между конденсаторной батареей и бортовой сетью, устройство управления, содержащее усилитель переменного тока, пороговое устройство и микроконтроллер; вход усилителя переменного тока связан с бортовой сетью, а выход, через пороговое устройство, - со входом микроконтроллера; выход микроконтроллера связан с управляющим входом обратимого преобразователя. Полезная модель обеспечивает автоматическое включение и отключение обратимого преобразователя, что уменьшает расход электроэнергии во время длительной стоянки транспортной машины. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к автономным системам электроснабжения, и может быть использована преимущественно на автомобилях для облегчения пуска ДВС в условиях низких температур, в системах СТАРТ-СТОП и на микрогибридах.

Известен источник питания (Источник питания / Соляник Д.В. И др. // Свидетельство на полезную модель РФ № 17579, 10.04.2001), который содержит электрический аккумулятор, связанный через клеммы и проводящую сеть с нагрузкой и параллельно подсоединенный к конденсатору большой емкости.

Конденсатор большой емкости (энергетический модуль), при существующем уровне техники может быть выполнен в виде батареи последовательно соединенных электрохимических конденсаторов (именуемых также суперконденсаторами). Выравнивание напряжения последовательно соединенных суперконденсаторов может осуществляться с помощью резисторов либо активных схем выравнивания. Суперконденсаторы, как и схемы выравнивания, обладают током утечки, который суммируется с током утечки электрического аккумулятора. В случае применения на транспортной машине это ведет к ускоренному разряду электрического аккумулятора во время стоянки.

Известно микрогибридное устройство для транспортной машины (Micro-hybrid device for motor vehicle / Masson et al. // U.S. Pat. № 7,952,223 B2,May 31, 2011), в котором используется энергетический модуль, содержащий конденсаторную батарею, обратимый преобразователь с управляющим входом, включенный между конденсаторной батареей и бортовой сетью транспортной машины и устройство управления с выходом, подключенным к управляющему входу обратимого преобразователя.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа к заявляемой полезной модели.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- включение обратимого преобразователя может осуществляться по сигналу, поступающему в устройство управления энергетического модуля от информационно-управляющей сети транспортной машины, то есть, энергетический модуль в этом случае не может использоваться автономно, что сужает его функциональные возможности;

- обратимый преобразователь может быть включен постоянно, что обеспечивает возможность автономного использования энергетического модуля, однако ведет к дополнительному расходу электроэнергии во время стоянки транспортной машины и сокращению срока службы аккумулятора.

Задачей заявляемой полезной модели является уменьшение расхода электроэнергии во время длительной стоянки транспортной машины.

Техническим результатом, позволяющим решить поставленную задачу, является автоматическое включение и выключение обратимого преобразователя в автономном режиме работы энергетического модуля (без связи с информационно-управляющей сетью транспортной машины).

Поставленная задача достигается тем, что в энергетическом модуле транспортной машины, содержащем конденсаторную батарею, обратимый преобразователь с управляющим входом, включенный между конденсаторной батареей и бортовой сетью транспортной машины, и устройство управления с выходом, подключенным к управляющему входу обратимого преобразователя, согласно полезной модели устройство управления содержит усилитель переменного тока, пороговое устройство и микроконтроллер, причем вход усилителя переменного тока связан с бортовой сетью, а выход, через пороговое устройство, - со входом микроконтроллера, выход которого является выходом устройства управления.

Обратимый преобразователь может содержать драйвер со входом включения питания, который является управляющим входом обратимого преобразователя, дроссель и два полумоста с плюсовым, минусовым и коммутируемым выводами. Каждый полумост представляет собой два последовательно соединенных электронных ключа, выполненных на основе полевых транзисторов, затворы которых соединены с драйвером, причем первый полумост плюсовым и минусовым выводами соединен с конденсаторной батареей, минусовой вывод первого полумоста соединен с минусовым выводом второго полумоста, коммутируемый вывод первого полумоста через дроссель соединен с коммутируемым выводом второго полумоста, плюсовой и минусовой выводы которого соединены с бортовой сетью.

Усилитель переменного тока может содержать стабилизированный источник питания, имеющий общий с бортовой сетью минусовой провод, первый биполярный n-p-n транзистор, четыре резистора и три конденсатора. Первый и второй резисторы образуют делитель напряжения, подключенный к выходу стабилизированного источника питания; выход делителя напряжения связан с базой первого n-p-n транзистора и, через первый конденсатор, - с плюсовым выводом бортовой сети. Эмиттер первого n-p-n транзистора связан через параллельно соединенные третий резистор и второй конденсатор с общим минусовым проводом. Коллектор первого n-p-n транзистора связан через четвертый резистор с выходом стабилизированного источника питания и, через третий конденсатор, - с выходом усилителя переменного тока.

Пороговое устройство может содержать второй биполярный n-p-n транзистор, пятый и шестой резисторы. Вход порогового устройства связан через пятый резистор с общим минусовым проводом и, через шестой резистор, - с базой второго n-p-n транзистора, эмиттер которого связан с общим минусовым проводом, а коллектор является выходом порогового устройства.

Заявляемый энергетический модуль может быть изготовлен на любом электротехническом предприятии, так как для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, то есть, соответствует критерию «промышленная применимость».

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что заявляемый энергетический модуль неизвестен из изученного уровня техники, то есть, соответствует критерию «новизна».

Существенные признаки предлагаемого решения влияют на достижение технического результата следующим образом:

- включение обратимого преобразователя между конденсаторной батареей и бортовой сетью и подключение выхода устройства управления к управляющему входу обратимого преобразователя позволяют прекращать работу обратимого преобразователя и отсоединять конденсаторную батарею от бортовой сети.

- выполнение устройства управления в виде усилителя переменного тока, порогового устройства и микроконтроллера, подключение входа усилителя переменного тока к бортовой сети, а выхода, через пороговое устройство, - ко входу микроконтроллера, выход которого является выходом устройства управления, позволяют осуществлять прекращение работы обратимого преобразователя и отсоединение конденсаторной батареи от бортовой сети автоматически, уменьшая расход электроэнергии во время длительной стоянки транспортной машины.

Сущность полезной модели поясняется чертежом (Фиг.), на котором показаны:

- конденсаторная батарея 1;

- обратимый преобразователь 2 с управляющим входом 3;

- бортовая сеть 4;

- устройство управления, которое содержит усилитель 5 переменного тока, пороговое устройство 6 и микроконтроллер 7;

- обратимый преобразователь 2 включен между конденсаторной батареей 1 и бортовой сетью 4;

- вход усилителя 5 переменного тока связан с плюсовым проводом бортовой сети 4, а выход 8, через пороговое устройство 6, - со входом 9 микроконтроллера 7;

- выход микроконтроллера 7 является выходом устройства управления и подключен к управляющему входу 3 обратимого преобразователя 2.

Обратимый преобразователь 2 содержит:

- драйвер 10 со входом включения питания, который является управляющим входом 3 обратимого преобразователя 2;

- дроссель 11;

- первый полумост, который выполнен на основе полевых транзисторов 12, 13;

- второй полумост, который выполнен на основе полевых транзисторов 14, 15.

Каждый полумост представляет собой два последовательно соединенных электронных ключа и имеет плюсовой вывод (стоки транзисторов 12, 14), минусовой вывод (истоки транзисторов 13, 15) и коммутируемый выход (точка соединения истока транзистора 12 со стоком транзистора 13; точка соединения истока транзистора 14 со стоком транзистора 15).

Затворы транзисторов 12, 13, 14, 15 соединены с драйвером 10. Первый полумост на транзисторах 12, 13 плюсовым и минусовым выводами соединен с конденсаторной батареей 1. Минусовой вывод первого полумоста на транзисторах 12, 13 соединен с минусовым выводом второго полумоста на транзисторах 14, 15. Коммутируемый вывод первого полумоста на транзисторах 12, 13 через дроссель 11 соединен с коммутируемым выводом второго полумоста на транзисторах 14, 15. Плюсовой и минусовой выводы второго полумоста на транзисторах 14, 15 соединены с бортовой сетью 4.

Усилитель 5 переменного тока содержит:

- стабилизированный источник 16 питания, имеющий общий с бортовой сетью минусовой провод;

- первый биполярный n-p-n транзистор 17;

- резисторы 18, 19, 22, 24;

- конденсаторы 21, 23, 25.

Первый резистор 18 и второй резистор 19 образуют делитель напряжения, подключенный к выходу 20 стабилизированного источника 16 питания; выход указанного делителя напряжения связан с базой первого n-p-n транзистора 17 и, через первый конденсатор 21, - с плюсовым выводом бортовой сети 4. Эмиттер первого n-p-n транзистора 17 связан через параллельно соединенные третий резистор 22 и второй конденсатор 23 с общим минусовым проводом. Коллектор первого n-p-n транзистора 17 связан через четвертый резистор 24 с выходом 20 стабилизированного источника 16 питания и, через третий конденсатор 25, - с выходом 8 усилителя 5 переменного тока.

Пороговое устройство 6 содержит:

- второй биполярный n-p-n транзистор 26;

- пятый резистор 27;

- шестой резистор 28.

Вход порогового устройства 6 связан через пятый резистор 27 с общим минусовым проводом и, через шестой резистор 28, - с базой второго n-p-n транзистора 26. Эмиттер второго n-p-n транзистора 26 связан с общим минусовым проводом, а коллектор является выходом порогового устройства 6.

Бортовая сеть 4 содержит:

- аккумуляторную батарею 29;

- коммутируемые нагрузки, одной из которых является электромагнитный механизм 30 центрального замка автомобиля.

В исходном состоянии (во время длительной стоянки автомобиля) сигнал на управляющем входе 3 обратимого преобразователя 2 соответствует выключенному состоянию последнего. При этом питание драйвера 10 отключено, транзисторы 12, 13, 14, 15 находятся в закрытом состоянии - конденсаторная батарея 1 отключена от бортовой сети 4. Данному состоянию соответствует минимальное потребление тока от бортовой сети 4 - энергия расходуется на питание входящих в состав устройства управления усилителя 5 переменного тока и микроконтроллера 7, который при этом находится в «спящем» режиме. Принцип работы микроконтроллера в «спящем» режиме известен для специалистов в данной области техники (см. например: описание Atmega 16А на сайте http://www.atmel.com).

Собираясь в поездку, водитель дистанционно разблокирует центральный замок автомобиля; в этот момент происходит кратковременное включение электромагнитного механизма 30, которое приводит к ступенчатому потреблению тока от аккумуляторной батареи 29, и вызывает, в свою очередь, ступенчатый перепад напряжения в бортовой сети 4.

Перепад напряжения в бортовой сети 4, поступает на вход усилителя 5 переменного тока. Принцип работы усилителя переменного тока с использованием стабилизированного источника 16 питания, биполярного n-p-n транзистора 17, резисторов 18, 19, 22, 24 и конденсаторов 21, 23, 25 общеизвестен для специалистов в данной области техники.

В случае разблокирования центрального замка амплитуда усиленного сигнала на выходе 8 усилителя переменного тока 5 превышает величину порога срабатывания порогового устройства 6, и с его выхода на вход 9 микроконтроллера 7 поступает сигнал, который выводит микроконтроллер 7 из «спящего» режима.

После выхода из «спящего» режима микроконтроллер 7 подает на вход 3 сигнал включения питания драйвера 10 - обратимый преобразователь 2 начинает работать, осуществляя заряд конденсаторной батареи 1. Принцип работы обратимого преобразователя, построенного на основе драйвера 10, дросселя 11 и транзисторов 12, 13, 14, 15 известен для специалистов в данной области техники (см. например: Bidirectional buck-boost converter / Esser // U.S. Pat. №5,734,258 - Mar. 31, 1998). Для заряда конденсаторной батареи 1, используемой в системах зимнего пуска ДВС и системах СТАРТ-СТОП достаточно нескольких секунд. Таким образом, подготовка энергетического модуля к пуску ДВС происходит практически незаметно для водителя.

Микроконтроллер 7 запрограммирован таким образом, чтобы через несколько минут после выхода из «спящего» режима вновь вернуться в него. Если после возврата в «спящий» режим в ботовой сети 4 не будет происходить процессов, вызывающих кратковременные перепады напряжения (коммутация нагрузок, или работа автомобильного генератора при заведенном ДВС), то энергетический модуль будет находиться в исходном состоянии, которому соответствует минимальное потребление тока от бортовой сети 4.

Потребление тока заявляемого энергетического модуля во время длительной стоянки автомобиля не превышает 1 миллиампера, что существенно ниже собственной утечки аккумуляторной батареи и практически не влияет на срок ее службы.

Claims (4)

1. Энергетический модуль транспортной машины, содержащий конденсаторную батарею, обратимый преобразователь с управляющим входом, включенный между конденсаторной батареей и бортовой сетью транспортной машины, и устройство управления с выходом, подключенным к управляющему входу обратимого преобразователя, отличающийся тем, что устройство управления содержит усилитель переменного тока, пороговое устройство и микроконтроллер, причем вход усилителя переменного тока связан с бортовой сетью, а выход, через пороговое устройство, - со входом микроконтроллера, выход которого является выходом устройства управления.

2. Энергетический модуль по п. 1, отличающийся тем, что обратимый преобразователь содержит драйвер со входом включения питания, который является управляющим входом обратимого преобразователя, дроссель и два полумоста с плюсовым, минусовым и коммутируемым выводами; каждый полумост представляет собой два последовательно соединенных электронных ключа, выполненных на основе полевых транзисторов, затворы которых соединены с драйвером, причем первый полумост плюсовым и минусовым выводами соединен с конденсаторной батареей, минусовой вывод первого полумоста соединен с минусовым выводом второго полумоста, коммутируемый вывод первого полумоста через дроссель соединен с коммутируемым выводом второго полумоста, плюсовой и минусовой выводы которого соединены с бортовой сетью.

3. Энергетический модуль по п. 1, отличающийся тем, что усилитель переменного тока содержит стабилизированный источник питания, имеющий общий с бортовой сетью минусовой провод, первый биполярный n-p-n транзистор, четыре резистора и три конденсатора, причем первый и второй резисторы образуют делитель напряжения, подключенный к выходу стабилизированного источника питания; выход делителя напряжения связан с базой первого n-p-n транзистора и, через первый конденсатор, - с плюсовым выводом бортовой сети; эмиттер первого n-p-n транзистора связан через параллельно соединенные третий резистор и второй конденсатор с общим минусовым проводом; коллектор первого n-p-n транзистора связан через четвертый резистор с выходом стабилизированного источника питания и, через третий конденсатор, - с выходом усилителя переменного тока.

4. Энергетический модуль по п. 3, отличающийся тем, что пороговое устройство содержит второй биполярный n-p-n транзистор, пятый и шестой резисторы, причем вход порогового устройства связан через пятый резистор с общим минусовым проводом и, через шестой резистор, - с базой второго n-p-n транзистора, эмиттер которого связан с общим минусовым проводом, а коллектор является выходом порогового устройства.

Images