RU196346U1 - Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях - Google Patents

Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях Download PDF

Info

Publication number
RU196346U1
RU196346U1 RU2019116515U RU2019116515U RU196346U1 RU 196346 U1 RU196346 U1 RU 196346U1 RU 2019116515 U RU2019116515 U RU 2019116515U RU 2019116515 U RU2019116515 U RU 2019116515U RU 196346 U1 RU196346 U1 RU 196346U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vehicle
controller
solar panels
energy
driving mode
Prior art date
Application number
RU2019116515U
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Анатольевич Захлебаев
Иван Игоревич Касаткин
Иван Андреевич Селин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Priority to RU2019116515U priority Critical patent/RU196346U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU196346U1 publication Critical patent/RU196346U1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L8/00—Electric propulsion with power supply from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60L8/003—Converting light into electric energy, e.g. by using photo-voltaic systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электрическим тяговым системам транспортных средств, в частности к электрическим системам, имеющим в составе систему генерации электроэнергии на солнечных панелях.Полезная модель описывает электрическую тяговую систему транспортного средства, в которой используются солнечные панели, расположенные на кузовных элементах транспортного средства, и модуль расчета оптимального режима движения для эффективного использования энергии. Модуль расчета оптимального режима движения на основе текущих параметров транспортного средства, данных об окружающей среде и математической модели движения транспортного средства способен автоматически поддерживать оптимальный режим движения транспортного средства, при котором заданный участок пути транспортное средство преодолевает с минимальными затратами энергии.

Description

Полезная модель относится к электрическим тяговым системам транспортных средств, в частности к электрическим системам, имеющим в составе систему генерации электроэнергии на солнечных панелях. Основные элементы такой электрической системы – электропривод, аккумуляторная батарея и солнечные панели (фотоэлектрические модули). Отличительной особенностью данной модели является наличие модуля расчета оптимального режима движения для прохождения транспортным средством предполагаемого маршрута.
В последнее время солнечная энергетика получает широкое распространение. Вместе с этим, развивается идея создания электромобиля с возможностью использования энергии солнечного излучения с помощью фотоэлектрических элементов, и накопления полученной энергии в аккумуляторной батарее, способного передвигаться на значительные расстояния, используя исключительно энергию Солнца.
Известна тяговая электрическая система электромобиля, включающая в себя аккумуляторную батарею; электропривод; солнечные панели. Во время стоянки возможно увеличение использования солнечной энергии за счет применения дополнительных солнечных панелей (патент CN108284742).
Недостатком этого аналога является повышенная стоимость системы из-за применения дополнительных солнечных панелей, использующихся только при стоянке транспортного средства.
Известна тяговая электрическая система электромобиля на солнечных панелях, включающая в себя аккумуляторную батарею; солнечные панели; электропривод, контроллер солнечных панелей, контроллер аккумуляторной батареи. Массив солнечных модулей разделен на часть высокого и низкого напряжения (патент CN207059794).
В качестве прототипа выбрана электрическая система электромобиля на солнечных панелях, описанная в патенте «Solar car electricity supply system and method». Система включает в себя аккумуляторную батарею, солнечные панели, электропривод, контроллер солнечных панелей (патент CN107901768).
Недостатком вышеперечисленных аналогов и прототипа является отсутствие эффективного контроля за режимом движения транспортного средства с целью снижения энергопотребления.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является относительно небольшой запас хода электромобиля на солнечных панелях – расстояния, которое способно преодолеть транспортное средство без заряда тяговой аккумуляторной батареи от сети.
Решение указанной технической проблемы достигается тем, что в состав электрической тяговой системы, содержащей систему генерации электроэнергии на солнечных панелях, включается модуль расчета оптимального режима движения, который на основе текущих параметров транспортного средства, данных об окружающей среде и математической модели движения транспортного средства способен автоматически поддерживать оптимальный режим движения транспортного средства, при котором заданный участок пути транспортное средство преодолевает с минимальными затратами энергии.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в использовании в составе электрической тяговой системы транспортного средства солнечных панелей, расположенных на кузовных элементах транспортного средства и модуль расчета оптимального режима движения для эффективного использования энергии. Солнечные панели обеспечивают дополнительной энергией тяговую аккумуляторную батарею и электропривод при солнечной погоде. Таким образом, достигается увеличение запаса хода транспортного средства.
На фиг. 1 представлена структурная схема энергоэффективной системы с тяговым электрическим приводом, имеющей в составе систему генерации электроэнергии на солнечных панелях. Сплошными линиями указаны линии питания электрических устройств, пунктиром указаны линии, передающие информационные и управляющие сигналы. На схеме представлены низковольтные устройства 1, понижающий преобразователь напряжения 2, тяговая аккумуляторная батарея 3, панель управления 4, контроллер защиты батареи 5, главное реле 6, педали газа и тормоза 7, контроллер телеметрии 8, реле разряда 9, реле заряда 10, контроллер двигателя (инвертор) 11, контроллер отслеживания точки максимальной мощности солнечных панелей (MPPT) 12, модуль расчета оптимального режима движения 13, тяговый электродвигатель 14, солнечные панели 15.
На фиг. 2 представлена функциональная схема энергоэффективной системы с тяговым электрическим приводом, имеющей в составе систему генерации электроэнергии на солнечных панелях. Схема включает в себя контроллер отслеживания точки максимальной мощности солнечных панелей, реле заряда, реле разряда, токоограничительный резистор 16, главное реле, понижающий преобразователь напряжения, кнопка включения питания 17, реле 18, двигатель, датчик тока 19, предохранитель 20, солнечные панели, тяговую аккумуляторную батарею, вентилятор охлаждения батареи 21, контроллер двигателя (инвертор), панель управления, световые сигналы и гудок 22, педали газа и тормоза, контроллер телеметрии, контроллер защиты батареи и модуль расчета оптимального режима движения, CAN-шина 23. Контроллер телеметрии и контроллер защиты батареи являются аппаратно-программными комплексами на базе программируемых микроконтроллеров.
Тяговая аккумуляторная батарея в электрической системе позволяет сглаживать колебания генерируемой электроэнергии в солнечных панелях.
В целях безопасности используются нормально открытые реле (контакторы), способные при длительной остановке транспортного средства или в аварийном состоянии разомкнуть цепь высокого напряжения и изолировать друг от друга солнечные панели, двигатель и аккумуляторную батарею. Контроллер защиты батареи следит за параметрами аккумуляторной батареи (ток, напряжение, температура) и управляет реле в зависимости от значения этих параметров.
На схеме на фиг.1 представлено главное реле, при отключении которого основная аккумуляторная батарея полностью отключается от всех источников и потребителей электроэнергии. Реле заряда и разряда могут раздельно управлять питанием соответствующих контуров при условии замкнутого главного реле.
Все низковольтные устройства получают питание от понижающего преобразователя напряжения.
Солнечные панели преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую энергию. Если мощность, генерируемая солнечными панелями больше расходуемой, то избыток энергии накапливается в тяговой аккумуляторной батарее. Если мощность солнечных панелей меньше расходуемой, то недостаток энергии компенсируется за счет тяговой аккумуляторной батареи.
Для наиболее эффективной работы солнечных панелей необходимо использование контроллера для отслеживания точки максимальной мощности солнечных панелей (MPPT – Maximum power point tracker) на вольт-амперной характеристике.
Для преобразования постоянного напряжения батареи в переменное и управления двигателем используется инвертор. При торможении двигатель может работать в режиме генератора (рекуперативное торможение).
Контроллер телеметрии получает параметры батареи, солнечных панелей и электропривода в режиме реального времени, наиболее важные параметры отображаются на панели управления. Контроллер телеметрии также определяет текущее местоположение транспортного средства при помощи gps-трекера.
Скорость движения транспортного средства может регулироваться вручную, с помощью электронной педали газа, или автоматически с помощью модуля расчета оптимального режима движения. В этом режиме автоматически поддерживается такая скорость, при которой предполагаемый участок пути транспортное средство преодолевает с минимальными затратами энергии. Включение и выключение режима оптимального движения осуществляется водителем с помощью панели управления.
Модуль расчета оптимального режима движения обрабатывает данные, полученные от контроллера телеметрии, и рассчитывает оптимальную скорость движения для заданного участка пути. Параметры участка пути задаются на панели управления.
Для вычисления оптимального плана использования энергии, осуществляется подбор скорости для каждого из участков маршрута таким образом, чтобы потребление энергии в течение всего маршрута было минимальным.
Оптимальная скорость вычисляется на основе математической модели, построенной на основе энергетического баланса генерируемой и потребляемой энергии. Модель движения транспортного средства, на основе которой рассчитывается оптимальный режим движения, учитывает различные факторы, такие как характеристики маршрута (профиль, протяженность), внешней среды (температура, солнечная активность, ветер) и транспортного средства (масса, коэффициент аэродинамического сопротивления, коэффициент сопротивления качению и т.д.).
Для моделирования приходящей энергии берутся в расчёт следующие характеристики: дата; временной промежуток получения энергии; географическая широта; эффективность солнечных панелей, площадь массива солнечных панелей; погодные условия (температура, затенённость, осадки); рельеф маршрута. Моделирование может быть осуществлено на основе данных об окружающей среде, получаемых в реальном времени, или же на основе заранее собранных статистических данных.
Для моделирования расходуемой энергии используется информация о маршруте и физических характеристиках самого транспортного средства, то есть: рельеф маршрута (длина участка, его наклон, высота); скорость движения транспортного средства; масса; лобовая площадь; коэффициент аэродинамического сопротивления; эффективность тягового компонента (без трансмиссии); коэффициент сопротивления качению.
Расчёт расходуемой энергии сводится к вычислению работы, которую необходимо совершить транспортному средству для преодоления заданного участка трассы. Для этого вычисляются отдельные компоненты работы, в их числе: работа по преодолению аэродинамического сопротивления; работа по преодолению силы сопротивления качения; работа по передвижению транспортного средства в пространстве, в зависимости от профиля маршрута.
Для уменьшения энергопотребления помимо применения наиболее эффективных компонентов (электропривода, солнечных панелей, тяговой аккумуляторной батареи) и облегчения корпуса транспортного средства с системой солнечной генерации, важно использование оптимальной аэродинамической формы транспортного средства для уменьшения аэродинамического сопротивления.

Claims (1)

  1. Электрическая тяговая система транспортного средства, имеющая в составе систему генерации электроэнергии на солнечных панелях, отличающаяся тем, что содержит контроллер защиты батареи, контроллер телеметрии, контроллер двигателя, контроллер отслеживания точки максимальной мощности солнечных панелей и модуль расчета оптимального режима движения, при этом контроллер телеметрии соединен с контроллером защиты батареи, с контроллером отслеживания точки максимальной мощности солнечных панелей, с контроллером двигателя и с педалями газа и тормоза, модуль расчета оптимального режима движения соединен с контроллером телеметрии и с контроллером двигателя, контроллер защиты батареи соединен с тяговой аккумуляторной батарей, с реле разряда и с реле заряда, при этом модуль расчета оптимального режима движения на основе текущих параметров транспортного средства, данных об окружающей среде и математической модели движения транспортного средства способен автоматически поддерживать режим движения, при котором заданный участок пути транспортное средство преодолевает с минимальными затратами энергии.
RU2019116515U 2019-05-28 2019-05-28 Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях RU196346U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116515U RU196346U1 (ru) 2019-05-28 2019-05-28 Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116515U RU196346U1 (ru) 2019-05-28 2019-05-28 Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU196346U1 true RU196346U1 (ru) 2020-02-26

Family

ID=69630834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019116515U RU196346U1 (ru) 2019-05-28 2019-05-28 Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU196346U1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064937A (en) * 1996-10-29 2000-05-16 Hyundai Motor Company Compound cruise control system and method for solar cars
US9682624B1 (en) * 2005-11-17 2017-06-20 Invent.Ly, Llc Power management using route information for a hybrid electric vehicle
RU181426U1 (ru) * 2017-04-17 2018-07-13 Юрий Алексеевич Стекачёв Электромобиль

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064937A (en) * 1996-10-29 2000-05-16 Hyundai Motor Company Compound cruise control system and method for solar cars
US9682624B1 (en) * 2005-11-17 2017-06-20 Invent.Ly, Llc Power management using route information for a hybrid electric vehicle
RU181426U1 (ru) * 2017-04-17 2018-07-13 Юрий Алексеевич Стекачёв Электромобиль

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Birnie III Analysis of energy capture by vehicle solar roofs in conjunction with workplace plug-in charging
CN113608571B (zh) 一种光伏发电单元的灵活功率跟踪控制方法及其应用
CN103991387B (zh) 一种小功率光氢电混合动力车的能量流控制系统
CN101100172B (zh) 电动汽车
CN107685635A (zh) 用于选择电动车辆充电源的系统和方法
CN202669517U (zh) 多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统
CN204956133U (zh) 一种智能环保电动车
US20130061902A1 (en) Solar power system
RU196346U1 (ru) Энергоэффективная электрическая тяговая система электромобиля на солнечных панелях
Becherif et al. Hybridization of solar panel and batteries for street lighting by passivity based control
CN202130324U (zh) 太阳能风力互补电动车
Ashrafee et al. Design and fabrication of a solar powered toy car
CN211456710U (zh) 一种多功能集成的一体化分布式电源
CN113364020A (zh) 一种基于气象信息实时调控的光储充能源控制方法
Kothari et al. Hybrid bicycle
CN201656540U (zh) 一种油电混合动力车风能太阳能电力补偿系统
Lan et al. Photovoltaic technology and electricity saving strategies for fixed-velocity-measuring system
CN201825208U (zh) 太阳能自行车
CN102352697A (zh) 风光互补立体车库系统
CN202123940U (zh) 一种新型的风力发电充电和太阳能充电的电动观光车
CN2920799Y (zh) 简易自发电电动自行车
Merin et al. Hybrid MPPT solar-wind electric vehicle with automatic battery switching
Sim A Carge-discharge System of a Solar-Electric Vehicle
CN2897790Y (zh) 全功能电动自行车
Tazay Design and Implementation of Solar Powered Electric Vehicle for on campus University Application