Пассажирское транспортное средство с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой

Полезная модель относится к области транспортных средств, а именно, к пассажирским транспортным средствам на колесах, приводимым в движение тяговыми электродвигателями, подключенными к ведущим колесам.
Известна конструкция электробуса с тяговой установкой, содержащая ходовое шасси на колесах, тяговые электродвигатели, соединенные с ведущими колесами, аккумуляторную батарею и блок управления, дополнительно оснащенный аккумуляторной батареей для питания собственных нужд и буферную конденсаторную батарею для обеспечения дополнительной мощности (см. патент на полезную модель №80403, опубликовано 10.02.2009г.).
Недостатки этой конструкции заключаются в сравнительно невысоких ходовых характеристиках.
Известна также конструкция электробуса с тяговой установкой, содержащая ходовое шасси на колесах, тяговые электродвигатели, соединенные с ведущими колесами, аккумуляторную батарею, блок управления и дополнительную аккумуляторную батарею для питания собственных нужд, где в качестве тяговой аккумуляторной батареи взята литий-титанатная аккумуляторная батарея (см. патент на полезную модель №198676, опубликовано 21.07.2020г.).
Недостатки этой конструкции заключаются в сравнительно невысоких ходовых характеристиках и экономической эффективности.
Известна конструкция транспортного средства с тяговой аккумуляторной батареей, содержащее ходовое шасси на колесах, тяговые электродвигатели, соединенные с ведущими колесами, аккумуляторную батарею, блок управления и дополнительный источник энергии выполненный в виде электрохимического генератора для питания собственных нужд. В качестве тяговой аккумуляторной батареи взята литий-никель-марганец-кобальтовая аккумуляторная батарея (см. патент на полезную модель №208517, опубликовано 22.12.2021г.).
Недостатки этой конструкции заключаются в сложности применения электрохимического генератора.
За прототип, по совокупности существенных признаков, принимаем конструкцию электробуса КАМАЗ-6282-0000121 содержащего тяговые электродвигатели, соединенные с ведущими колесами, аккумуляторную батарею, где в качестве тяговой аккумуляторной батареи взята литий-титанатная аккумуляторная батарея, блок управления, дополнительную аккумуляторную батарею для питания собственных нужд и систему отопления салона, с применением обогревателя, работающего на жидком топливе(см.https://59.ru/text/transport/2022/02/10/70433390/;https://59.ru/text/transport/2022/04/01/70733810/).
Недостатками этого электробуса являются сравнительно невысокие ходовые качества, а также выбросы продуктов сгорания углеводородного топлива в окружающую среду в результате эксплуатации отопителя салона, что противоречит идеологии использования электробуса.
Была поставлена задача создания пассажирского транспортного средства с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой, обладающего нулевым уровнем выбросов продуктов сгорания углеводородного топлива в окружающую среду.
Поставленная задача решается за счет того, что в пассажирском транспортном средстве с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой,
содержащем тяговую аккумуляторную батарею, ходовое шасси на колесах, тяговые электродвигатели, соединенные с ведущими колесами, аккумуляторную батарею для обеспечения собственных нужд, отопитель салона и блок управления, в качестве тяговой аккумуляторной батареи применена литий-никель-марганец-кобальтовая аккумуляторная батарея, а для обогрева салона используется электрический отопитель.
Совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что «в качестве тяговой аккумуляторной батареи применена литий-никель-марганец-кобальтовая аккумуляторная батарея, а для обогрева салона используется электрический отопитель» позволяет за счет использования тяговой аккумуляторной батареи с собственной системой управления на основе унифицированной оптимизированной схемы цепей управления применить электрический отопитель и, в результате, исключить загрязнение окружающей среды продуктами сгорания углеводородного топлива.
Причина использования топливных обогревателей для отопления салона электробуса с аккумуляторным питанием заключается в том, что энергоаккумулирующая система прототипа не позволяет использовать электрические отопители при сохранении приемлимых ходовых характеристик. В результате, в холодное время года, появляются выбросы продуктов сгорания углеводородного топлива в окружающую среду, что противоречит идеологии использования электробуса.
Предлагаемое техническое решение подразумевает применение тяговых аккумуляторных батарей повышенной ёмкости, содержащее параллельно и последовательно соединенную силовыми электрическими цепями тяговую аккумуляторную батарею (ТАБ) с собственной системой управления на основе унифицированной оптимизированной схемы цепей управления, тяговый электродвигатель (ТЭД), связанный с ведущими колесами, инверторы и блок управления ТЭД, дополнительные аккумуляторные батареи для питания собственных нужд, при этом, в качестве ТАБ взята литий-никель-марганец-кобальтовая батарея, а также применение электрического подогревателя системы отопления.
x
Применение литий-никель-марганец-кобальтовой батареи с унифицированной системой управления позволяет существенно повысить ходовые качества пассажирского транспортного средства с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой в условиях максимальной загрузки по пассажировместимости за счет повышенной емкости и минимального времени полного восстановления ТАБ, а также исключить вредные выбросы группы оксида азота NO, оксида углерода CO и углеводородов CH в окружающую среду за счет использования электрического подогревателя в системе отопления.
Электронные блоки управления контролируют состояние элементов ТАБ с точки зрения общего напряжения, напряжения отдельных ячеек, минимального и максимального напряжения ячейки, температуры, заряда и глубины разряда, токов заряда/разряда и исправности. Система управления защищает ТАБ, предотвращая её выход за пределы безопасной работы, гарантирует безопасность подключения/отключения нагрузки, гибкое управление нагрузкой, защищает ТАБ от перегрузок по току, перенапряжения (во время зарядки), падения напряжения ниже допустимого уровня (во время разряда), перегрева, переохлаждения, утечки тока. Электронные блоки управления принимают участие в контроле параметров режима работы пассажирского транспортного средства с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой и осуществляют соответствующие действия по управлению его электрической мощностью, а также регулируют процесс подзарядки батареи при замедлении и спусках.
В предлагаемом пассажирском транспортном средстве с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой применена унифицированная оптимизированная структурная схема цепей управления электронных блоков управления (далее по тексту архитектура электрооборудования), которая объединяет электронные компоненты, а также подсистемы в единую цифровую систему с возможностью ее наращивания (по принципу модульности) за счёт подключения дополнительных систем/подсистем, датчиков, исполнительных элементов рабочих систем и компонентов, где центральный шлюз служит центральным коммуникационным узлом архитектуры электрооборудования, а также центральной точкой доступа для диагностики через единый диагностический разъём OBD II.
Примененная архитектура электрооборудования обеспечивает взаимодействие различных стандартов/протоколов шины передачи данных, упрощает принципиальную электрическую схему, повышает надёжность всей системы, а также обеспечивает возможность применения и на других пассажирских транспортных средствах с минимальной корректировкой структуры систем/подсистем и эффективного взаимодействия между электронными блоками управления, диагностики состояния и работоспособности агрегатов, систем и их компонентов по протоколу UDS (ISO 14229 Unified Diagnostic Services) системой диагностики через единый диагностический разъём OBD II, что повышает производительность труда сервисной службы.
Данная архитектура электрооборудования обеспечивает переход пассажирского транспортного средства с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой на новый интеллектуальный уровень управления и повышает функциональную безопасность.
Целесообразно, чтобы в пассажирском транспортном средстве с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой был применен электрический подогреватель для отопления салона. Электрический подогреватель осуществляет подогрев жидкости системы отопления с помощью подключения электрических трубчатых нагревательных элементов (ТЭН) определенной мощности. В процессе эксплуатации ТЭНы подключаются в работу и подогревают жидкость до необходимых температур. Повышенная емкость литий-никель-марганец-кобальтовой ТАБ значением до 150А⋅ч позволяет использовать электрический подогреватель и исключает вредные выбросы отработавших газов за счет отсутствия жидкостного дизельного подогревателя в системе отопления.
В результате поиска по патентам и другим источникам научно-технической информации пассажирское транспортное средство с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой, включающее всю предлагаемую совокупность существенных признаков обнаружено не было. Следовательно, можно предположить соответствие предлагаемого технического решение критерию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется изображениями:
Фиг. 1 Унифицированная структурная схема цепей управления электронных блоков управления;
Фиг. 2 Схематичное изображение пассажирского транспортного средства с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой.
Пассажирское транспортное средство с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой содержит тяговую аккумуляторную батарею 1, ходовое шасси 2 на колесах, тяговые электродвигатели 3, соединенные с ведущими колесами, аккумуляторную батарею 4 для обеспечения собственных нужд, отопитель 5 салона и блок 6 управления.
Пассажирское транспортное средство с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой работает следующим образом: тяговая аккумуляторная батарея 1 вырабатывает электроэнергию и обеспечивает питание тяговых электродвигателей 3 и отопителя 5 салона. Тяговые электродвигатели 3 передают крутящий момент ведущим колесам и обеспечивают движение пассажирского транспортного средства. Электрический отопитель 5 обогревает салон, а аккумуляторная батарея 4 обеспечивает собственные нужды пассажирского транспортного средства. Блок 6 управления обеспечивает управление работой всех систем пассажирского транспортного средства.
Пассажирское транспортное средство с перезаряжаемой энергоаккумулирующей системой было изготовлено в условиях действующего производства и, следовательно, соответствует условию промышленной применимости.