RU2596807C1 - Система электроснабжения транспортной машины - Google Patents

Система электроснабжения транспортной машины Download PDF

Info

Publication number
RU2596807C1
RU2596807C1 RU2015127182/07A RU2015127182A RU2596807C1 RU 2596807 C1 RU2596807 C1 RU 2596807C1 RU 2015127182/07 A RU2015127182/07 A RU 2015127182/07A RU 2015127182 A RU2015127182 A RU 2015127182A RU 2596807 C1 RU2596807 C1 RU 2596807C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reversible converter
current
input
capacitor bank
electric network
Prior art date
Application number
RU2015127182/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Александрович Швед
Андрей Вениаминович Велин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Смартер"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Смартер"
Priority to RU2015127182/07A priority Critical patent/RU2596807C1/ru
Priority to US15/574,152 priority patent/US10556515B2/en
Priority to PCT/RU2016/000242 priority patent/WO2017007369A1/ru
Priority to EP16821719.8A priority patent/EP3321136A4/en
Priority to CN201680030416.5A priority patent/CN107614328B/zh
Application granted granted Critical
Publication of RU2596807C1 publication Critical patent/RU2596807C1/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
    • B60L15/2072—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 drive off
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • 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
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • 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
    • B60L50/52—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by DC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/10—Safety devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/75—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/757—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/7575—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only for high voltage direct transmission link
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0862—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery
    • F02N11/0866—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by the electrical power supply means, e.g. battery comprising several power sources, e.g. battery and capacitor or two batteries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N2011/0881—Components of the circuit not provided for by previous groups
    • F02N2011/0885—Capacitors, e.g. for additional power supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N2011/0881—Components of the circuit not provided for by previous groups
    • F02N2011/0888—DC/DC converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/06—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/063—Battery voltage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/06—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/064—Battery temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2300/00—Control related aspects of engine starting
    • F02N2300/10—Control related aspects of engine starting characterised by the control output, i.e. means or parameters used as a control output or target
    • F02N2300/106—Control of starter current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • 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
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение ресурса работы электростартера и надежности системы электроснабжения. Система электроснабжения транспортной машины содержит электрическую сеть 1 с минусовым и плюсовым проводами, к которым подключены аккумуляторная батарея 2 и электростартер 3; конденсаторную батарею 4; обратимый преобразователь 5, включенный между конденсаторной батареей и электрической сетью; регулятор 6; термодатчик 11. На вход 10 регулятора подано напряжение конденсаторной батареи, дополнительный вход 12 регулятора подключен к термодатчику, выходы регулятора связаны с управляющими входами 7, 8, 9 обратимого преобразователя, который выполнен так, что по сигналу на управляющих входах может изменять параметры своей вольт-амперной характеристики на выводах со стороны электрической сети. Регулятор выполнен так, что величина максимального тока, протекающего от обратимого преобразователя в электрическую сеть, является убывающей функцией от температуры термодатчика. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам электроснабжения транспортных машин.
Известна система электроснабжения, в состав которой входит преобразователь, выполненный на полупроводниковых вентилях, содержащий систему регулирования и датчик тепловой перегрузки, связанный с системой регулирования так, что при достижении определенной температуры обеспечивается снижение тока преобразователя (Авторское свидетельство РФ №864421, кл. H02H 7/10, H02M 1/18. Устройство для тепловой защиты преобразователя. Опубл. 15.09.1981 г.).
Недостаток данного решения заключается в том, что ток нагрузки зависит от температуры. Это приводит к сужению функциональных возможностей системы.
Известна система электроснабжения, в состав которой входит пусковой модуль двигателя внутреннего сгорания, содержащий конденсаторную батарею и преобразователь, вход которого подключен к аккумуляторной батарее, а выход - к конденсаторной батарее, соединенной с цепью питания электростартера (Maxwell Technologies, Inc. Ultracapasitor Engine Start Module ESM. http://www.maxwell.com/esm/).
Недостатком данной системы является динамическая перегрузка, возникающая в момент включения электростартера, что приводит к ускоренному износу щеточно-коллекторного узла и приводного механизма электростартера.
Известна система электроснабжения, содержащая аккумуляторную батарею и устройство плавного пуска, силовой вход которого соединен с аккумуляторной батареей, а силовой выход - с цепью питания электростартера (Патент РФ на изобретение №2447314, кл. F02N 11/08, F02N 11/14, B60W 10/06. Система электростартерного пуска. Опубл. 10.04.2012 г.).
Данная система, по сравнению с предыдущим аналогом, позволяет исключить динамическую перегрузку электростартера, однако обладает повышенной массой и габаритами, так как:
- в устройстве плавного пуска происходит коммутация полной мощности, необходимой для питания электростартера, что обуславливает существенные потери энергии и требует соответствующего теплоотвода;
- внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи при понижении температуры возрастает в 2÷3 раза по сравнению с нормальными климатическими условиями, что должно компенсироваться соответствующим увеличением аккумуляторной батареи.
В качестве прототипа выбрана наиболее близкая по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению система электроснабжения, содержащая электрическую сеть с минусовым и плюсовым проводами, к которым подключены аккумуляторная батарея и электростартер, конденсаторную батарею, обратимый преобразователь, включенный между конденсаторной батареей и электрической сетью, регулятор по меньшей мере с одним выходом и с входом, на который подано напряжение конденсаторной батареи, причем обратимый преобразователь имеет управляющий вход, связанный с выходом регулятора, и выполнен так, что по сигналу на управляющем входе может изменять параметры своей вольт-амперной характеристики на выводах со стороны электрической сети (Патент РФ на изобретение №2513025, кл. H02J 1/00. Система электроснабжения. Опубл. 20.04.2014 г.).
По сравнению с предыдущим аналогом прототип позволяет разгрузить аккумуляторную батарею и уменьшить ее размеры, так как от конденсаторной батареи через обратимый преобразователь в электрическую сеть протекает часть тока нагрузки. Недостатки прототипа проявляются при повышении температуры окружающего воздуха:
- возникает динамическая перегрузка электростартера из-за уменьшения внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи и соответствующего увеличения пускового тока;
- повышается вероятность отказа конденсаторной батареи и обратимого преобразователя от тепловых перегрузок.
Задачами заявляемого изобретения являются увеличение ресурса работы электростартера и повышение надежности системы электроснабжения, что расширит ее функциональные возможности, в частности, обеспечит возможность эксплуатации в режиме «Старт-Стоп» (с короткими интервалами между включениями электростартера).
Технические результаты, позволяющие решить поставленную задачу:
- уменьшение зависимости пускового тока электростартера от температуры, что предотвращает динамическую перегрузку электростартера;
- предотвращение тепловых перегрузок конденсаторной батареи и обратимого преобразователя.
Поставленная задача достигается тем, что в систему электроснабжения транспортной машины, содержащую электрическую сеть с минусовым и плюсовым проводами, к которым подключены аккумуляторная батарея и электростартер, конденсаторную батарею, обратимый преобразователь, включенный между конденсаторной батареей и электрической сетью, регулятор по меньшей мере с одним выходом и с входом, на который подано напряжение конденсаторной батареи, причем обратимый преобразователь имеет по меньшей мере один управляющий вход, связанный с выходом регулятора, и выполнен так, что по сигналу на управляющем входе может изменять параметры своей вольт-амперной характеристики на выводах со стороны электрической сети, согласно изобретению введен термодатчик, регулятор снабжен дополнительным входом, подключенным к термодатчику, и выполнен так, что величина максимального тока, протекающего от обратимого преобразователя в электрическую сеть, является убывающей функцией от температуры термодатчика.
Обратимый преобразователь может иметь: вольт-амперную характеристику на выводах со стороны электрической сети с участком стабилизации тока i(v)=I- при значениях напряжения v>V0, участком стабилизации тока i(v)=I+ при значениях напряжения v<V0, участком стабилизации напряжения v(i)=V0 при значениях тока I-<i<I+; первый, второй и третий управляющие входы для задания параметров I-, I+ и V0 соответственно.
Регулятор может содержать: первый измеритель рассогласования, выход которого связан с первым управляющим входом обратимого преобразователя, а прямой вход является входом регулятора; второй измеритель рассогласования, выход которого связан со вторым управляющим входом обратимого преобразователя, а инверсный вход является дополнительным входом регулятора; источник опорного напряжения, которое подано на третий управляющий вход обратимого преобразователя.
Обратимый преобразователь может содержать: четыре ключа, выполненные на полевых транзисторах с изолированным затвором; дроссель с датчиком тока дросселя; схему управления ключами, первый, второй и третий входы которой являются соответствующими управляющими входами обратимого преобразователя, четвертый вход связан с выходом датчика тока дросселя, а на пятый подано напряжение электрической сети. В этом случае минусовой вывод конденсаторной батареи соединен с минусовым проводом электрической сети, плюсовой и минусовой выводы конденсаторной батареи связаны между собой через последовательно соединенные первый и второй ключи, плюсовой и минусовой провода электрической сети связаны между собой через последовательно соединенные третий и четвертый ключи, точка соединения первого и второго ключей связана через дроссель и датчик тока дросселя с точкой соединения третьего и четвертого ключей.
Обратимый преобразователь может иметь цифровой управляющий вход. В этом случае регулятор выполнен в виде микропроцессорного устройства.
Конденсаторная батарея, обратимый преобразователь, регулятор и термодатчик могут быть размещены в общем корпусе, установленном вблизи аккумуляторной батареи.
Для изготовления заявляемой системы требуются известные материалы и стандартное оборудование. Таким образом, она соответствует критерию «промышленная применимость».
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что заявляемая система электроснабжения неизвестна из изученного уровня техники и соответствует критерию «новизна».
Из существующего уровня техники выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемой системы: регулятор и термодатчик выполнены так, что при увеличении температуры снижается ток преобразователя.
Известно влияние указанных отличительных признаков на предотвращение тепловых перегрузок, что достигается за счет снижения тока нагрузки и соответствующего сужения функциональных возможностей системы.
Не подтверждена известность влияния указанных отличительных признаков на уменьшение зависимости пускового тока электростартера от температуры. При этом в отличие от известных решений, ток нагрузки (электростартера) стабилизируется, и функциональные возможности системы расширяются.
Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как содержит известную систему, дополненную известной частью, но обеспечивает сверхсуммарный технический результат, который обусловлен взаимосвязью известных частей и не следует явным образом из уровня техники.
Существенные признаки предлагаемого решения влияют на достижение технического результата следующим образом:
- включение обратимого преобразователя между конденсаторной батареей и электрической сетью позволяет использовать суммарный ток конденсаторной и аккумуляторной батарей для питания электростартера;
- возможность по сигналу регулятора изменять параметры вольт-амперной характеристики обратимого преобразователя на выводах со стороны электрической сети позволяет управлять током конденсаторной батареи;
- подключение термодатчика к регулятору и выполнение регулятора так, что величина максимального тока, протекающего от обратимого преобразователя в электрическую сеть, является убывающей функцией от температуры термодатчика, позволяет компенсировать температурную зависимость тока аккумуляторной батареи за счет соответствующего изменения тока конденсаторной батареи. Таким образом, снижается зависимость пускового тока электростартера от температуры. Одновременно предотвращаются тепловые перегрузки конденсаторной батареи и обратимого преобразователя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
- фиг. 1 - блок-схема системы в аналоговом варианте;
- фиг. 2 - вольт-амперные характеристики элементов системы.
На блок-схеме показаны:
- электрическая сеть 1 с минусовым и плюсовым проводами, к которым подключены аккумуляторная батарея 2 и электростартер 3;
- конденсаторная батарея 4;
- обратимый преобразователь 5, включенный между конденсаторной батареей 4 и электрической сетью 1;
- регулятор 6 с выходами, подключенными к управляющим входам 7, 8, 9 обратимого преобразователя;
- вход 10 регулятора, на который подано напряжение конденсаторной батареи 4;
- термодатчик 11, подключенный к дополнительному входу 12 регулятора.
Регулятор 6 содержит:
- первый измеритель 13 рассогласования, выход которого связан с первым управляющим входом 7 обратимого преобразователя, а прямой вход является входом 10 регулятора;
- второй измеритель 14 рассогласования, выход которого связан со вторым управляющим входом 8 обратимого преобразователя, а инверсный вход является дополнительным входом 12 регулятора;
- источник 15 опорного напряжения, которое подано на третий управляющий вход 9 обратимого преобразователя.
Обратимый преобразователь 5 содержит:
- ключи 16, 17, 18, 19, на полевых транзисторах с изолированным затвором;
- дроссель 20 с датчиком 21 тока дросселя;
- схему 22 управления ключами.
Минусовой вывод конденсаторной батареи 4 соединен с минусовым проводом электрической сети 1. Плюсовой и минусовой выводы конденсаторной батареи 4 связаны между собой через последовательно соединенные первый ключ 16 и второй ключ 17. Плюсовой и минусовой провода электрической сети 1 связаны между собой через последовательно соединенные третий ключ 18 и четвертый ключ 19. Точка соединения первого и второго ключей связана с точкой соединения третьего и четвертого ключей через дроссель 20 и датчик 21 тока дросселя. Выход датчика 21 тока дросселя, плюсовой и минусовой провода электрической сети 1 и управляющие входы 7, 8, 9 обратимого преобразователя связаны со схемой 22 управления ключами, принципы построения которой общеизвестны (см., например: Linear Technology. 4-switch buck-boost controller LTC 3789. http://www.linear.com/product/ltc3789).
Расчетные вольт-амперные характеристики элементов системы электроснабжения для легковых автомобилей приведены в нормальных климатических условиях (фиг. 2а) и при пониженной температуре окружающего воздуха (фиг. 2b):
- характеристика 23 обратимого преобразователя на выводах со стороны электрической сети;
- характеристика 24 аккумуляторной батареи (12V, 40Ah);
- характеристика 25, полученная путем суммирования токов обратимого преобразователя и аккумуляторной батареи (соответственно характеристик 23 и 24);
- характеристика 26 электростартера в момент включения;
- характеристика 27 электростартера в режиме прокрутки.
В нерабочем состоянии аккумуляторная батарея 2 отключена от электрической сети 1, напряжение последней равно нулю, конденсаторная батарея 4 разряжена, питание обратимого преобразователя 5 отсутствует, ключи 16, 17, 18, 19 закрыты.
После подключения аккумуляторной батареи 2 к электрической сети 1 ее напряжение v поступает на выводы обратимого преобразователя 5. Обратимый преобразователь 5, коммутируя ключи 16, 17, 18, 19 (принцип управления ключами известен и в данном описании не приводится) обеспечивает протекание тока i между конденсаторной батареей 4 и электрической сетью 1 через дроссель 20 и датчик 21 тока дросселя. Величина указанного тока задается схемой 22 управления ключами так, чтобы обеспечить формирование вольт-амперной характеристики 23 на выводах обратимого преобразователя 5, подключенных к электрической сети 1. В рассматриваемом примере параметры I-, I+ и V0 вольт-амперной характеристики 23 задаются регулятором 6 следующим образом:
- первый измеритель 13 рассогласования увеличивает параметр I- в пределах от -70 ампер до нуля при увеличении напряжения конденсаторной батареи 4 от нуля до значения ref V;
- второй измеритель 14 рассогласования уменьшает параметр I+ в пределах от 250 до 80 ампер при увеличении температуры термодатчика 11 от -40°C до значения ref Т;
- источник 15 опорного напряжения задает параметр V0=10,5 вольт.
Суммарному току обратимого преобразователя 5 и аккумуляторной батареи 2 соответствует вольт-амперная характеристика 25. Если электрическая сеть 1 не нагружена, то суммарный ток обратимого преобразователя 5 и аккумуляторной батареи 2 равен нулю и, в соответствии с характеристикой 25, напряжение электрической сети составляет 11,5 вольт в нормальных климатических условиях (фиг. 2а) или 10,5 вольт при пониженной температуре окружающего воздуха (фиг. 2b). Данному напряжению согласно характеристикам 23, 24 соответствует отрицательный ток I- обратимого преобразователя 5, равный по абсолютной величине положительному току аккумуляторной батареи 2. Указанный ток, протекая через обратимый преобразователь 5, заряжает конденсаторную батарею 4. В процессе заряда напряжение конденсаторной батареи 4 увеличивается до значения ref V, при котором параметр I- вольт-амперной характеристики 23 становится равным нулю, то есть, заряд конденсаторной батареи 4 завершается, когда ее напряжение достигает значения ref V. После этого обратимый преобразователь 5 и аккумуляторная батарея 2 переходят в режим холостого хода, напряжение электрической сети 1 составляет 12÷12,5 вольт, система готова к подключению нагрузки.
В режиме пуска двигателя внутреннего сгорания заявляемая система работает следующим образом. В момент подключения электростартера 3 к электрической сети 1 вал электростартера неподвижен, ток и напряжение определяются точкой пересечения характеристик 25, 26. Затем скорость прокрутки вала электростартера 3 увеличивается, ток и напряжение определяются точкой пересечения характеристик 25, 27. В рассмотренном примере ток электростартера изменяется в нормальных климатических условиях (фиг. 2а) в диапазоне от 500A до 300A; при пониженной температуре окружающего воздуха (фиг. 2b) - в диапазоне от 450A до 350A. Ток электростартера складывается из токов обратимого преобразователя (характеристика 23) и аккумуляторной батареи (характеристика 24) следующим образом:
- в нормальных климатических условиях (фиг. 2а) ток обратимого преобразователя составляет 80A, ток аккумуляторной батареи изменяется от 420A до 220A;
- при пониженной температуре окружающего воздуха (фиг. 2b) ток обратимого преобразователя составляет 250A, ток аккумуляторной батареи изменяется от 200A до 100A.
Таким образом, в режиме пуска двигателя внутреннего сгорания влияние температуры на пусковой ток электростартера несущественно. Кроме того, с ростом температуры снижается ток обратимого преобразователя и конденсаторной батареи, предотвращая их перегрев. Указанные технические результаты повышают ресурс работы электростартера и надежность системы электроснабжения, что обеспечивает возможность их эксплуатации в режиме «Старт-Стоп» (с короткими интервалами между включениями электростартера).
Для наилучшей взаимной компенсации температурно-зависимых токов обратимого преобразователя и аккумуляторной батареи желательно, чтобы конденсаторная батарея, обратимый преобразователь, регулятор и термодатчик размещались в общем корпусе, установленном вблизи аккумуляторной батареи.
В цифровом варианте системы обратимый преобразователь имеет цифровой управляющий вход, а регулятор выполнен в виде микропроцессорного устройства. Цифровой вариант работает по такому же принципу, что и описанный выше аналоговый вариант, и на чертежах не представлен.

Claims (6)

1. Система электроснабжения транспортной машины, содержащая электрическую сеть с минусовым и плюсовым проводами, к которым подключены аккумуляторная батарея и электростартер, конденсаторную батарею, обратимый преобразователь, включенный между конденсаторной батареей и электрической сетью, регулятор по меньшей мере с одним выходом и с входом, на который подано напряжение конденсаторной батареи, причем обратимый преобразователь имеет по меньшей мере один управляющий вход, связанный с выходом регулятора, и выполнен так, что по сигналу на управляющем входе может изменять параметры своей вольт-амперной характеристики на выводах со стороны электрической сети, отличающаяся тем, что в систему введен термодатчик, регулятор снабжен дополнительным входом, подключенным к термодатчику, и выполнен так, что величина максимального тока, протекающего от обратимого преобразователя в электрическую сеть, является убывающей функцией от температуры термодатчика.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вольт-амперная характеристика обратимого преобразователя на выводах со стороны электрической сети имеет участок стабилизации тока i(v)=I- при значениях напряжения v>V0, участок стабилизации тока i(v)=I+ при значениях напряжения v<V0, участок стабилизации напряжения v(i)=V0 при значениях тока I-<i<I+, причем обратимый преобразователь имеет первый, второй и третий управляющие входы для задания параметров I-, I+и V0 соответственно.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что регулятор содержит: первый измеритель рассогласования, выход которого связан с первым управляющим входом обратимого преобразователя, а прямой вход является входом регулятора; второй измеритель рассогласования, выход которого связан со вторым управляющим входом обратимого преобразователя, а инверсный вход является дополнительным входом регулятора; источник опорного напряжения, которое подано на третий управляющий вход обратимого преобразователя.
4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что обратимый преобразователь содержит четыре ключа, выполненные на полевых транзисторах с изолированным затвором, дроссель, датчик тока дросселя и схему управления ключами, первый, второй и третий входы которой являются соответствующими управляющими входами обратимого преобразователя, четвертый вход связан с выходом датчика тока дросселя, а на пятый подано напряжение электрической сети, причем минусовой вывод конденсаторной батареи соединен с минусовым проводом электрической сети, плюсовой и минусовой выводы конденсаторной батареи связаны между собой через последовательно соединенные первый и второй ключи, плюсовой и минусовой провода электрической сети связаны между собой через последовательно соединенные третий и четвертый ключи, точка соединения первого и второго ключей связана через дроссель и датчик тока дросселя с точкой соединения третьего и четвертого ключей.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что обратимый преобразователь имеет цифровой управляющий вход, а регулятор выполнен в виде микропроцессорного устройства.
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что конденсаторная батарея, обратимый преобразователь, регулятор и термодатчик размещены в общем корпусе, который установлен вблизи аккумуляторной батареи.
RU2015127182/07A 2015-07-06 2015-07-06 Система электроснабжения транспортной машины RU2596807C1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015127182/07A RU2596807C1 (ru) 2015-07-06 2015-07-06 Система электроснабжения транспортной машины
US15/574,152 US10556515B2 (en) 2015-07-06 2016-04-26 Electricity supply system for transport vehicle
PCT/RU2016/000242 WO2017007369A1 (ru) 2015-07-06 2016-04-26 Система электроснабжения транспортной машины
EP16821719.8A EP3321136A4 (en) 2015-07-06 2016-04-26 Electricity supply system for transport vehicle
CN201680030416.5A CN107614328B (zh) 2015-07-06 2016-04-26 运输车辆的供电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015127182/07A RU2596807C1 (ru) 2015-07-06 2015-07-06 Система электроснабжения транспортной машины

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2596807C1 true RU2596807C1 (ru) 2016-09-10

Family

ID=56892539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015127182/07A RU2596807C1 (ru) 2015-07-06 2015-07-06 Система электроснабжения транспортной машины

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10556515B2 (ru)
EP (1) EP3321136A4 (ru)
CN (1) CN107614328B (ru)
RU (1) RU2596807C1 (ru)
WO (1) WO2017007369A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018097743A1 (ru) * 2016-11-24 2018-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Способ управления накопителем энергии транспортной машины
RU183969U1 (ru) * 2017-12-25 2018-10-11 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Энергетический модуль транспортной машины
RU2687246C1 (ru) * 2018-07-04 2019-05-08 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Система электроснабжения транспортной машины

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109552084A (zh) * 2018-12-30 2019-04-02 宁波中车新能源科技有限公司 一种混合动力电车启停系统及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4563732A (en) * 1984-08-24 1986-01-07 Asea Aktiebolag Static converter for HVDC power transmission
EA001441B1 (ru) * 1996-05-29 2001-04-23 Абб Аб Электрическая приводная система для транспортных средств
DE102004039401A1 (de) * 2004-08-13 2006-03-09 Siemens Ag Transceiver-Transponder-System
RU2314215C2 (ru) * 2002-05-03 2008-01-10 Альстом Способ и система для контроля и регулирования мощности, расходуемой транспортной системой
RU2335055C1 (ru) * 2007-08-02 2008-09-27 Федеральное государственное учреждение 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Автономная система электроснабжения передвижных объектов
RU2513025C2 (ru) * 2012-08-21 2014-04-20 Андрей Александрович Швед Система электроснабжения

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US864421A (en) * 1907-02-05 1907-08-27 John Hall Sap pail or bucket.
SU864421A1 (ru) * 1980-01-21 1981-09-15 Предприятие П/Я А-7992 Устройство дл тепловой защиты преобразовател
DE10116463A1 (de) * 2001-04-03 2002-10-10 Isad Electronic Sys Gmbh & Co System zur Speicherung von elektrischer Energie, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiespeichersystems
US6830650B2 (en) * 2002-07-12 2004-12-14 Advanced Energy Industries, Inc. Wafer probe for measuring plasma and surface characteristics in plasma processing environments
JP4337848B2 (ja) * 2006-07-10 2009-09-30 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備える車両、ならびに温度管理方法
US8086355B1 (en) * 2007-02-28 2011-12-27 Global Embedded Technologies, Inc. Method, a system, a computer-readable medium, and a power controlling apparatus for applying and distributing power
US7857509B2 (en) * 2007-08-22 2010-12-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Temperature sensing arrangements for power electronic devices
WO2009083747A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Renault Trucks Dual battery electrical system for engine vehicles
DE102010031640A1 (de) * 2010-07-22 2012-01-26 Robert Bosch Gmbh Energieversorgungseinheit für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
DE102011007874A1 (de) * 2011-04-21 2012-10-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Starten eines in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotors
JP5907236B2 (ja) * 2013-12-11 2016-04-26 株式会社デンソー 温度検出装置
JP6102841B2 (ja) * 2014-06-30 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 電源システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4563732A (en) * 1984-08-24 1986-01-07 Asea Aktiebolag Static converter for HVDC power transmission
EA001441B1 (ru) * 1996-05-29 2001-04-23 Абб Аб Электрическая приводная система для транспортных средств
RU2314215C2 (ru) * 2002-05-03 2008-01-10 Альстом Способ и система для контроля и регулирования мощности, расходуемой транспортной системой
DE102004039401A1 (de) * 2004-08-13 2006-03-09 Siemens Ag Transceiver-Transponder-System
RU2335055C1 (ru) * 2007-08-02 2008-09-27 Федеральное государственное учреждение 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Автономная система электроснабжения передвижных объектов
RU2513025C2 (ru) * 2012-08-21 2014-04-20 Андрей Александрович Швед Система электроснабжения

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018097743A1 (ru) * 2016-11-24 2018-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Способ управления накопителем энергии транспортной машины
RU183969U1 (ru) * 2017-12-25 2018-10-11 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Энергетический модуль транспортной машины
RU2687246C1 (ru) * 2018-07-04 2019-05-08 Общество с ограниченной ответственностью "Смартер" Система электроснабжения транспортной машины

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017007369A1 (ru) 2017-01-12
US20180126870A1 (en) 2018-05-10
US10556515B2 (en) 2020-02-11
EP3321136A4 (en) 2018-11-21
CN107614328A (zh) 2018-01-19
CN107614328B (zh) 2020-09-18
EP3321136A1 (en) 2018-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2596807C1 (ru) Система электроснабжения транспортной машины
CN106463989B (zh) 引擎启动与电池支持模块
US10065521B2 (en) System and method for using solar power to supplement power in a DC electrical system
RU2696539C2 (ru) Бортовая сеть для автомобиля
US10000168B2 (en) Vehicle electrical system and method for operating a vehicle electrical system
RU2688930C2 (ru) Устройство и способ управления зарядкой и разрядкой суперконденсаторов
US9163600B2 (en) Charging in multiple voltage start/stop bas system
EP2912747B1 (en) Vehicular power supply apparatus
JP5301036B2 (ja) 車両用の搭載電気系統および搭載電気系統の制御装置
JP2007336698A (ja) ２次電池の充放電回路および電池パック
CN102957371B (zh) 用于避免机动车的车用电路中的过电压的方法
CN102474124A (zh) 充电控制电路、电池组件以及充电系统
JP2013126313A (ja) キャパシタ装置
US20150377203A1 (en) Multiple voltage system and method
JP2005204421A (ja) 電源装置
US10910875B2 (en) Vehicle backup device
US9397493B2 (en) Switching device
JP2014024535A (ja) 車両用電源装置
US11791653B2 (en) Power supply control apparatus
JP6665719B2 (ja) 電源制御装置、及び電源システム
US20220173588A1 (en) Topology of a solid state power controller with two mid-capacitors
US20180309434A1 (en) Semiconductor device and control device
JP2015171254A (ja) 補助蓄電器充電制御装置
WO2019219530A1 (fr) Circuit de protection d&#39;un interrupteur
JP2020054161A (ja) 電源装置