УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ МОЩНОСТИ УСТРОЙСТВА ЭНЕРГОПИТАНИЯ В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ ПОСРЕДСТВОМ КОНДЕНСАТОРА ВЫСОКОЙ ЕМКОСТИ
DEVICE AND METHOD FOR POWER COMPENSATION IN VEHICLE BY MEANS OF CAPACITOR WITH HIGH CAPACITANCE

Область техники
Изобретение относится к устройству и способу компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве посредством конденсатора высокой емкости.
Уровень техники
Хотя современные автомобили показывают превосходные рабочие характеристики, особенно, почти идеальное сгорание вследствие усовершенствования различных деталей и технологии управления посредством программного обеспечения, использующего электронный блок управления, все еще необходимы технические усовершенствования, направленные на увеличение коэффициента передачи по мощности и устранение факторов, воздействующих на устойчивость работы электронного блока управления.
Будущие усилия должны быть в большей степени сосредоточены на развитии технических способов и приспособлений, способных улучшить к.п.д. по топливу (то есть, пробег на единицу расхода горючего) и рабочие характеристики транспортного средства посредством использования должным образом мощности двигателя в зависимости от дорожной ситуации при перемещении транспортного средства.
Например, пробег на единицу расхода горючего, как ожидают, будет увеличен на 15% или больше при использовании экологического вождения, то есть при устранении неэффективного поведения при вождении, например, внезапного ускорения, внезапного старта, внезапного торможения и вождения с большой скоростью. Однако такой способ увеличения пробега на единицу расхода горючего неэффективен, поскольку влияние поведения, максимизирующего экономию топлива, очень зависит от водителя, и эффективность этого подхода не всегда высока.
Таким образом, увеличение пробега на единицу расхода горючего посредством изменения манеры вождения, возможно, неэффективно, поскольку неприемлемо просить водителей использовать такие режимы вождения независимо от транспортных ситуаций, например, в центре города.
Для разрешения таких затруднений была разработана технология, где суперконденсатор присоединен к аккумулятору в транспортном средстве и напряжение аккумулятора стабилизировано посредством зарядного напряжения конденсатора.
Двухслойные электрохимические конденсаторы, представляющие собой конденсаторы высокой емкости, имеют преимущество над обычными аккумуляторами в том, что они подают мгновенную пиковую мощность в течение очень малого времени (в 100 раз меньшего, чем обычные аккумуляторы), хотя они способны накапливать меньше энергии, чем аккумуляторы.
Если такое преимущество применено к аккумулятору, оно позволяет эффективно справиться с кратковременным падением напряжения аккумулятора, происходящим в течение нескольких секунд, посредством подачи высококачественного энергоснабжения на воспринимающую нагрузку. Это не только приводит к стабилизации мощности, но также содействует аккумулятору, увеличивая продолжительность его эксплуатации.
Однако, поскольку конденсатор высокой емкости обладает большой емкостью от нескольких фарад до тысяч фарад (Ф), ток в диапазоне от десятков до тысяч ампер (А) течет при заряженном конденсаторе высокой емкости, приводя к кратковременному уменьшению напряжения. Кроме того, конденсатор высокой емкости также воздействует на зарядное напряжение аккумулятора вследствие перегрузки генератора, что препятствует увеличению пробега на единицу расхода горючего, хотя увеличена выходная мощность и улучшено шумоподавление.
Поскольку устройство стабилизации мощности, просто использующее обычный конденсатор высокой емкости, приводит к перегрузке аккумулятора или генератора, оказывая отрицательное влияние на величину пробега на единицу расхода горючего, устройства стабилизации мощности, главным образом, используют конденсатор малой емкости, а не конденсатор высокой емкости. Однако было обнаружено, что конденсатор малой емкости не дает почти никакого увеличения пробега на единицу расхода горючего и никакого улучшения рабочих характеристик при кратковременном понижении напряжения аккумулятора, так как расход топлива определен после того, как электронный блок управления транспортным средством выполняет операцию обучения.
Раскрытие изобретения
Таким образом, настоящее изобретение было сделано в связи с вышеуказанными затруднениями, и задача настоящего изобретения состоит в создании устройства и способа компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве, использующих конденсатор высокой емкости, где конденсатор высокой емкости быстро разряжает ток для компенсации мощности, когда выходное напряжение от генератора и аккумулятора в транспортном средстве временно падает при движении транспортного средства, а конденсатор высокой емкости заряжен при использовании способа зарядки импульсом постоянной мощности для предотвращения нестабильности напряжения аккумулятора вследствие перегрузки генератора при заряженном конденсаторе высокой емкости и, кроме того, конденсатор высокой емкости временно прекращает свое заряженное состояние и подает ток разрядки для компенсации мощности электрической нагрузки в транспортном средстве в случае уменьшения напряжения на клеммах аккумулятора вследствие электрической нагрузки транспортного средства, когда конденсатор высокой емкости заряжен, причем при этом преимущество состоит в том, что нестабильность подачи мощности, например уменьшение напряжения, компенсирована в режиме реального времени, что увеличивает выходную мощность транспортного средства и предотвращает временное замедление, улучшая, тем самым, не только характеристики вождения транспортного средства, но также значительно увеличивая к.п.д. по топливу, рабочие характеристики и продолжительность эксплуатации различных электрических деталей.
Согласно настоящему изобретению вышеупомянутая и другие задачи могут быть решены посредством создания устройства компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве посредством конденсатора высокой емкости, причем устройство энергопитания содержит генератор для транспортного средства, аккумулятор, присоединенный параллельно к генератору, и электрическую нагрузку, питаемую от генератора и аккумулятора, причем устройство содержит первый модуль двухслойного электрохимического конденсатора, присоединенный параллельно к аккумулятору для выполнения операций зарядки и разрядки и компенсации мощности посредством конденсатора низкой емкости, второй модуль двухслойного электрохимического конденсатора, присоединенный параллельно к аккумулятору для выполнения операций зарядки и разрядки и компенсации мощности посредством конденсатора высокой емкости, контроллер, получающий значение рабочей мощности от генератора и аккумулятора и управляющий всей работой устройства, датчик напряжения аккумулятора, измеряющий напряжение аккумулятора, блок переключения соединений для зарядки и разрядки, расположенный между вторым модулем двухслойного электрохимического конденсатора и землей и предназначенный для управления операциями зарядки и разрядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, блок переключения на зарядку при постоянной мощности, которым управляют для обеспечения возможности проведения зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности при выполнении операции зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, датчик напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, измеряющий зарядное напряжение второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и датчик разряда, обнаруживающий операцию разрядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, где при увеличении напряжения на клеммах аккумулятора с предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на первую заранее определенную величину или больше или быстром уменьшении напряжения на клеммах аккумулятора от предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на вторую заранее определенную величину или больше, когда напряжение аккумулятора, измеренное датчиком напряжения аккумулятора, равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, контроллер переходит в режим ожидания зарядки, в котором контроллер подает сигнал низкого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга с целью временного прекращения операций зарядки и разрядки и, кроме того, когда напряжение на клеммах аккумулятора равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки, и напряжение на клеммах аккумулятора находится в нормальном состоянии, при котором значение напряжения на клеммах аккумулятора не увеличилось с предыдущего значения на клеммах аккумулятора на первую заранее определенную величину или больше или напряжение на клеммах аккумулятора не уменьшилось резко с предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на вторую заранее определенную величину или больше, контроллер работает в режиме зарядки и разрядки, при котором контроллер сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора и зарядное напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, измеренное датчиком напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и подает после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и измеренным зарядным напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна нулю, сигнал высокого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блоку переключения на зарядку при постоянной мощности для присоединения друг к другу аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора с возможностью выполнения нормальных операций зарядки и разрядки и, кроме того, когда напряжение на клеммах аккумулятора равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки, и напряжение на клеммах аккумулятора находится в нормальном состоянии, при котором значение напряжения на клеммах аккумулятора не увеличилось с предыдущего значения на клеммах аккумулятора на первое заранее определенное значение или больше или напряжение на клеммах аккумулятора не уменьшилось резко с предыдущего значения напряжения на клеммах аккумулятора на второе заранее определенное значение или больше, или устройство находится в режиме ожидания зарядки, контроллер выполняет операции режима зарядки с постоянной мощностью, в котором контроллер сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора и зарядное напряжения второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора, измеренное датчиком напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и подает после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора и измеренным зарядным напряжением второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора равна третьему заранее определенному значению или больше, сигнал низкого состояния на блок переключения соединений для зарядки и разрядки и блок переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения друг от друга аккумулятора и второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора и подает импульсный сигнал постоянной мощности к блоку переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной измеренной разности напряжений.
Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые и другие задачи, особенности и другие преимущества настоящего изобретения будут более понятными из последующего подробного описания изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 показана принципиальная схема устройства компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве, использующего конденсатор высокой емкости согласно настоящему изобретению;
На фиг.2 показана принципиальная схема модуля двухслойного электрохимического конденсатора согласно настоящему изобретению;
На фиг.3 показана принципиальная схема защитной цепи по фиг.2;
На фиг.4 показана временная диаграмма, поясняющая основные части устройства компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве, использующего конденсатор высокой емкости согласно настоящему изобретению;
На фиг.5 показана блок-схема способа компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве, использующего конденсатор высокой емкости согласно настоящему изобретению;
На фиг.6 показана блок-схема режима предварительной зарядки по фиг.5; и
На фиг.7 показана блок-схема режима зарядки с постоянной мощностью по фиг.5.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показана принципиальная схема устройства компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве, использующего конденсатор высокой емкости согласно настоящему изобретению.
Как показано, устройство для компенсации мощности устройства энергопитания, содержащего генератор 10, аккумулятор 20 и электрическую нагрузку 30, содержит первый модуль 40 двухслойного электрохимического конденсатора, второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, модуль 60 предотвращения мгновенного уменьшения напряжения, контроллер 70, датчик 80 напряжения аккумулятора, блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки, блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, датчик 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, датчик 120 разряда, датчик 130 температуры, блок 140 регулировки и блок 150 дисплея. Аккумулятор 20 присоединен параллельно генератору 10. Электрическая нагрузка 30 получает энергоснабжение от генератора 10 и аккумулятора 20. Первый модуль 40 двухслойного электрохимического конденсатора присоединен параллельно аккумулятору 20 для выполнения операций зарядки и разрядки и компенсации мощности посредством конденсатора низкой емкости. Второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора присоединен параллельно аккумулятору 20 для выполнения операций зарядки и разрядки и компенсации мощности посредством конденсатора высокой емкости. Модуль 60 предотвращения мгновенного уменьшения напряжения блокирует протекание обратного тока, вызванное мгновенным уменьшением напряжения, когда транспортное средство начинает надежно (или устойчиво) подавать рабочую мощность на контроллер 70. Контроллер 70 получает рабочую мощность от генератора 10 и аккумулятора 20 и управляет всей работой устройства компенсации мощности. Датчик 80 напряжения аккумулятора измеряет напряжение аккумулятора 20. Блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки расположен между вторым модулем 50 двухслойного электрохимического конденсатора и землей и предназначен для управления операциями зарядки и разрядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора. Блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности управляем посредством переключения и дает возможность проводить зарядку второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, когда второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора выполняет операцию зарядки. Датчик 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора измеряет зарядное напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора. Датчик 120 разряда обнаруживает операцию разрядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора. Датчик 130 температуры измеряет температуру среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора. Блок 140 регулировки содержит различные ключи установки функций. Блок 150 дисплея подает на экран сообщения об ошибках, установочных значениях и т.п.
В частности, первый модуль 40 двухслойного электрохимического конденсатора и второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора присоединены к выходной клемме аккумулятора 20 через элемент PS1 защиты от сверхтоков, диоды D0 и D1 и конденсатор С1 из металлизированного полипропилена.
Здесь элемент PS1 защиты от сверхтоков использован для временного отключения электрической схемы при протекании сверхтоков во время зарядки и разрядки первого модуля 40 двухслойного электрохимического конденсатора и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, диод D0 использован для предотвращения появления импульсного напряжения, диод D1 использован для предотвращения появления обратного напряжения, а конденсатор С1 из металлизированного полипропилена использован для высокочастотной фильтрации.
Как показано на фиг.2, каждый модуль из первого модуля 40 двухслойного электрохимического конденсатора и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора содержит несколько соединенных последовательно конденсаторов высокой емкости (от EDLC 1 до EDLC n), схемы Р защиты, присоединенные параллельно к конденсаторам высокой емкости от EPLC 1 до EPLC n, и электролитический конденсатор ЕС, присоединенный между обоими концами модуля двухслойного электрохимического конденсатора.
Схемы защиты Р предназначены для защиты конденсаторов высокой емкости, предотвращая превышение напряжением, до которого заряжены конденсаторы высокой емкости, номинального напряжения (подробное описание этого приведено ниже).
Зарядка первого модуля 40 двухслойного электрохимического конденсатора и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора выполнена напряжением генератора 10 и аккумулятора 20, а операция их разрядки происходит при компенсации мощности. Здесь первый модуль 40 двухслойного электрохимического конденсатора, представляющий собой элемент низкой емкости, ответственен за такие операции, происходящие в течение от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд, а второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, представляющий собой элемент высокой емкости, ответственен за такие операции, происходящие в течение от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.
Как показано на фиг.3, каждая из схем Р защиты содержит компаратор СОМ, третий, четвертый и пятый транзисторы Q3, Q4, и Q5, диод D8 Зенера, конденсатор С5, резисторы от десятого до семнадцатого (от R10 до R17) и разрядный резистор R18, где десятый и одиннадцатый резисторы R10 и R11 присоединены к компаратору СОМ таким образом, что разделенное напряжение между десятым и одиннадцатым резисторами R10 и R11 подано в качестве напряжения сравнения на первую клемму (+) компаратора СОМ, диод D8 Зенера и двенадцатый резистор R12 присоединены к компаратору СОМ таким образом, что разделенное напряжение между диодом D8 Зенера и двенадцатым резистором R12 подано в качестве напряжения сравнения на вторую клемму (-) компаратора СОМ, выход компаратора СОМ присоединен к базе третьего транзистора Q3 через тринадцатый резистор R13, коллектор третьего транзистора Q3 присоединен к первой клемме (+) первого конденсатора высокой емкости (EDLC 1) через четырнадцатый резистор R14 и пятнадцатый резистор R15, а также присоединен к базе пятого транзистора Q5 через базу четвертого транзистора Q4 и шестнадцатый резистор R16, коллекторы четвертого и пятого транзисторов Q4 и Q5 присоединены к первой клемме (+) первого конденсатора высокой емкости (EDLC 1) через разрядный резистор R18, и эмиттер пятого транзистора Q5 присоединен ко второй клемме первого конденсатора высокой емкости (EDLC 1).
Здесь семнадцатый резистор R17 работает в качестве уравновешивающего резистора.
Каждая из схем Р защиты, выполненная как описано выше, работает следующим образом. Сначала, когда первый конденсатор высокой емкости EDLC 1 заряжен до номинального напряжения (например, когда напряжение, меньшее 2,5 B, приложено к первому конденсатору высокой емкости EDLC 1 или когда первый конденсатор высокой емкости EDLC 1 заряжен до напряжения, меньшего 2,5 B), разделенное напряжение между десятым резистором R10 и одиннадцатым резистором R11 превышает эталонное напряжение двенадцатого резистора R12 и диода Z8 Зенера. В соответствии с этим компаратор подает сигнал высокого уровня, открывающий, тем самым, третий транзистор Q3.
При открытом третьем транзисторе Q3 четвертый и пятый транзисторы закрыты, так что ток первого конденсатора высокой емкости EDLC 1 течет между коллектором и эмиттером третьего транзистора Q3 через пятнадцатый резистор R15 и четырнадцатый резистор R14.
Когда избыточное напряжение (например, напряжение, превышающее 2,5 В) подано на первый конденсатор высокой емкости EDLC 1 в нормальном состоянии, происходит открытие диода D8 Зенера таким образом, что эталонное напряжение, образованное на двенадцатом резисторе R12, превышает разделенное напряжение между десятым резистором R10 и одиннадцатым резистором R11. В соответствии с этим компаратор СОМ подает сигнал низкого уровня, закрывая, тем самым, третий транзистор Q3.
При закрытом третьем транзисторе Q3 высокое напряжение приложено к базам четвертого и пятого транзисторов Q4 и Q5, открывая, посредством этого, четвертый и пятый транзисторы Q4 и Q5.
При открытых четвертом и пятом транзисторах происходит быстрый разряд избыточного напряжения, приложенного к первому конденсатору высокой емкости EDLC 1, через разрядный резистор R17.
В соответствии с этим электрическая схема предотвращает приложение избыточного напряжения, превышающего номинальное напряжение, к конденсаторам высокой емкости от EPLC 1 до EPLC n, предотвращая, тем самым, повреждение конденсаторов высокой емкости и увеличивая продолжительность их эксплуатации.
Модуль 60 предотвращения мгновенного уменьшения напряжения присоединен к выходной клемме аккумулятора 20 и содержит диоды D2 и D3 блокировки противотока и зарядный конденсатор C6.
Модуль 60 предотвращения мгновенного уменьшения напряжения предотвращает приложение напряжения, до которого был заряжен зарядный конденсатор С6, назад к аккумулятору 20 (или предотвращает протекание заряда, накопленного в зарядном конденсаторе С6, назад в аккумулятор 20), вследствие мгновенного уменьшения напряжения аккумулятора 20, когда транспортное средство начинает надежно (или устойчиво) подавать управляющее напряжение на контроллер 70.
В частности, диоды D2 и D3 блокировки противотока предотвращают приложение напряжения, до которого был заряжен конденсатор С6, назад к аккумулятору 20 при начале движения транспортного средства.
Датчик 80 напряжения аккумулятора содержит резисторы R8 и R9, измеряет напряжение на клеммах аккумулятора 20 и вводит измеренное значение напряжения на клеммах в контроллер 70.
Блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки содержит первый полевой транзистор Q1.
Первый полевой транзистор Q1 расположен между одной клеммой (-) второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и землей и открыт, когда второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора завершает зарядку или выполняет разрядку, что обеспечивает возможность аккумулятору 20 и второму модулю 50 двухслойного электрохимического конденсатора образовывать замкнутую цепь.
Блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности содержит резистор R3 и второй полевой транзистор Q2, соединенные последовательно.
Резистор R3 и второй полевой транзистор Q2 расположены между клеммой (-) второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и землей. Когда второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора заряжен, второй полевой транзистор Q2 открыт, что дает возможность аккумулятору 20 и второму модулю 50 двухслойного электрохимического конденсатора образовывать замкнутую цепь. Здесь, когда второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора заряжен, второй полевой транзистор Q2 работает в режиме переключения на импульс постоянной мощности, что дает возможность второму модулю 50 двухслойного электрохимического конденсатора быть надежно (или устойчиво) заряженным, при учете разности напряжений между напряжением аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора.
Для обеспечения работы второго полевого транзистора Q2 в режиме переключения на импульс постоянной мощности импульсный переключающий сигнал для зарядки при постоянной мощности, дающий возможность уменьшения зарядного тока пропорционально разности напряжений между напряжением аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатор, приложен ко второму полевому транзистору Q2.
В соответствии с этим, когда второй полевой транзистор открыт согласно импульсному переключающему сигналу, ток аккумулятора 20 течет во второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора через второй полевой транзистор Q2 и резистор R3 таким образом, что второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора заряжен при постоянной мощности.
Элемент PS2 защиты от сверхтоков расположен между блоком 100 переключения на зарядку при постоянной мощности 100 и вторым модулем 50 двухслойного электрохимического конденсатора и предназначен для отсоединения блока 100 переключения на зарядку при постоянной мощности и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга при протекании сверхтока во втором модуле двухслойного электрохимического конденсатора 50 для предотвращения перегрузки при зарядке второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и перегрузки генератора 10.
Датчик 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора содержит резистор R4 и резистор R5, измеряет напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и подает сигнал об измеренном напряжении на контроллер 70.
Датчик 120 разрядки содержит два резистора R6 и R7, три диода от D5 до D7 и конденсатор С4, обнаруживает сигнал, образуемый при разрядке второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, и вводит обнаруженный сигнал в контроллер 70.
Датчик разряда 120 работает следующим способом. Сначала, когда блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности выключены, так что электрическая схема не находится в состоянии зарядки или разрядки, сигнал напряжением 0,5 В попадает на вход контроллера 70 согласно прямому напряжению диода D5. Однако, когда второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора производит разряд в состоянии, в котором блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности выключены, или в состоянии, в котором операция зарядки выполнена (то есть, генерируется импульсный переключающий сигнал) посредством блока 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, отрицательное (-) напряжение приложено к катоду диода D5, а напряжение 0,5 В или меньше приложено к контроллеру 70. Здесь контроллер 70 обнаруживает, что в настоящее время происходит разряд второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора.
Здесь диоды D6 и D7 представляют собой элементы защиты от перенапряжения, а конденсатор С4 представляет собой элемент для подавления помех.
Согласно настоящему изобретению диод D4 и резистор R1 расположены между вторым модулем 50 двухслойного электрохимического конденсатора и землей. Здесь диод D4 представляет собой элемент, обеспечивающий возможность прохождения тока разрядки из второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, когда второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора дает большой ток разрядки, а резистор R1 представляет собой элемент, обеспечивающий возможность прохождения тока разрядки во втором модуле 50 двухслойного электрохимического конденсатора, когда выполняемая с малым током операция зарядки или разрядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора происходит в состоянии, где блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности выключены.
Неописанные выше конденсаторы С2 и C3 представляют собой элементы для подавления помех.
Далее следует описание конфигурации контроллера 70.
Контроллер 70 представляет собой элемент, содержащий программу для управления всей работой устройства компенсации мощности и выполняющий операции управления, например, такие как описанные ниже «режим ожидания зарядки», «режим зарядки и разрядки» и «режим зарядки при постоянной мощности».
Режим ожидания зарядки
Когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 увеличилось по сравнению с предыдущим напряжением на клеммах на первую заранее определенную величину (например, от 0,2 до 0,3 B) или больше (то есть, текущее напряжение на клеммах ≤ предыдущее напряжение на клеммах+первая заранее определенная величина) или когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 быстро уменьшилось с предыдущего напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину (например, 0,5 В) или больше (то есть, текущее напряжение на клеммах ≤ предыдущее напряжение на клеммах - вторая заранее определенная величина), в то время, как напряжение аккумулятора 20, измеренное датчиком 80 напряжения аккумулятора равно обычному опорному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, контроллер 70 работает в режиме ожидания зарядки, при котором контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для закрытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2 для отсоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга, чтобы временно предотвратить выполнение операций зарядки и разрядки.
Когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 увеличилось с предыдущего напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше или когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 быстро уменьшилось с предыдущего напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, выполняют операции режима ожидания зарядки для отделения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга, чтобы препятствовать мгновенному выполнению операций чрезмерной зарядки и разрядки, предотвращая, тем самым, перегрузку генератора 10.
Здесь, когда указано, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, это означает, что напряжение аккумулятора 20 не представляет собой напряжение перегрузки, превышающее номинальное напряжение, или что напряжение аккумулятора 20 не представляет собой напряжение, меньшее напряжения при завершении разрядки. Таким образом, утверждают, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, когда аккумулятор 20 можно использовать обычным способом.
Кроме того, термин «предыдущее напряжение на клеммах» аккумулятора 20 относится к напряжению на клеммах аккумулятора 20, которое имело место ранее, еще до измерения текущего напряжения на клеммах аккумулятора 20. Таким образом, термин «предыдущее напряжение на клеммах» относится к тому напряжению на клеммах аккумулятора 20, которое накоплено непосредственно перед измеренным текущим напряжением на клеммах аккумулятора 20 и попадает в диапазон значений напряжения на клеммах аккумулятора, начинающийся с напряжения на клеммах аккумулятора, измеренного при первоначальном приложении энергопитания.
Режим зарядки и разрядки
Когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки, а напряжение на клеммах аккумулятора 20 находится в нормальном состоянии, при котором напряжение на клеммах аккумулятора 20 не увеличено по сравнению с предыдущим напряжением на клеммах на первую заранее определенную величину или больше или в котором напряжение на клеммах аккумулятора 20 не уменьшилось быстро с предыдущего напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, контроллер 70 переходит в режим зарядки и разрядки, в котором контроллер 70 сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора 20 и зарядное напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, измеренное датчиком 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и подает, после установления, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и измеренным зарядным напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора меньше третьей заранее определенной величины, сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, для открытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2 с целью соединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг с другом, что дает возможность выполнения нормальных операций зарядки и разрядки.
Режим зарядки при постоянной мощности
Когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность зарядки, и напряжение на клеммах аккумулятора 20 находится в нормальном состоянии, в котором напряжение на клеммах аккумулятора 20 не увеличено по сравнению с предыдущим напряжением на клеммах на первую заранее определенную величину или больше, напряжение на клеммах аккумулятора 20 не уменьшилось быстро с предыдущего напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, или устройство компенсации мощности находится в режиме ожидания зарядки, контроллер 70 переходит в режим зарядки при постоянной мощности, в котором контроллер 70 сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора 20 и зарядное напряжения второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, измеренное датчиком 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и подает, после установления, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и измеренным зарядным напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора модуля 50 равна третьей заранее определенной величине или больше его, сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки для закрытия первого полевого транзистора Q1 с целью отсоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подает импульсный сигнал постоянной мощности на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной измеренной разности напряжений, с целью открытия и закрытия, соответственно, второго полевого транзистора Q2.
Здесь, после установления, что разность напряжений между аккумулятором 20 и вторым модулем 50 двухслойного электрохимического конденсатора после выполнения операции зарядки при постоянной мощности, контроллер 70 подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для открытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2 с целью присоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг к другу, что дает возможность выполнения нормальных операций зарядки и разрядки.
Кроме того, контроллер 70 измеряет значение, подаваемое на контроллер 70 через датчик 120 разрядки. Когда на основании измеренного значения контроллер 70 обнаруживает операцию разрядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, контроллер 70 определяет, что второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора был заряжен до напряжения, превышающего напряжение, до которого был заряжен аккумулятор 20, и подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для открытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2 с целью присоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг к другу, что дает возможность выполнения нормальных операций зарядки и разрядки.
На фиг.4 показана временная диаграмма, поясняющая способ управления, когда напряжение аккумулятора 20 быстро уменьшилось на вторую заранее определенную величину или больше.
Как показано на фиг.4, в промежутке между временем t0 и временем t1 напряжение V1 на клеммах аккумулятора 20 и зарядное напряжение V2 второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора находятся в нормальном состоянии (то есть, в состоянии завершения зарядки), при котором напряжение V1 на клеммах и зарядное напряжение V2 равны друг другу, контроллер 70 подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для удержания первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2 открытыми (см. форму сигнала на фиг.4 (А) и (В)). Это называют «режимом зарядки и разрядки».
В соответствии с этим аккумулятор 20 и второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора образуют замкнутую цепь, так что зарядное напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора создает среду, способную компенсировать мощность при изменении напряжения аккумулятора 20.
В этом состоянии, когда напряжение V1 на клеммах аккумулятора 20 быстро уменьшилось на вторую заранее определенную величину или больше, то есть когда значение, получаемое от датчика 80 напряжения аккумулятора, уменьшено, контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для закрытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2. В соответствии с этим аккумулятор 20 и второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора отсоединены друг от друга, поддерживая, таким образом, состояние ожидания зарядки. Это называют «режимом ожидания зарядки».
Здесь, хотя формы сигналов по фиг.4 показывают только один пример, в котором напряжение на клеммах аккумулятора 20 быстро спадает на вторую заранее определенную эталонную величину или больше, контроллер 70 осуществляет ту же самую операцию управления с целью входа в режим ожидания зарядки, когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 увеличилось на первую заранее определенную величину или больше.
Режим ожидания зарядки предназначен для временного предотвращения операции зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, когда напряжение аккумулятора 20 быстро увеличилось или уменьшилось вследствие возникающей из окружения электрической нагрузки 30, предотвращая, тем самым, перегрузку генератора 10.
В соответствии с этим после закрытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2 в момент времени t1, второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора слегка разряжен через разрядный резистор R1.
После этого, когда зарядное напряжение V2 второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора начинает уменьшение в момент времени t3, контроллер 70 снова подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для открытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2. Это называют «режимом зарядки и разрядки».
После этого второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора быстро разряжает ток в аккумулятор 20, так что зарядное напряжение V2 второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора быстро спадает и напряжение аккумулятора 20 снова начинает увеличение в момент времени t4, когда генератор 10 подает напряжение (или мощность).
Когда напряжение аккумулятора 20 начинает, таким образом, увеличение в момент времени t4, контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для закрытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2.
При достижении момента времени t5, при котором напряжение аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению после повторного начала увеличения напряжения аккумулятора 20, контроллер 70 снова заряжает второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора.
Здесь, при одном способе зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, блоком 100 переключения на зарядку при постоянной мощности управляют посредством импульсного переключения при постоянной мощности в интервале между моментами времени t5 и t6 для обеспечения возможности зарядки второго модуля двухслойного электрохимического конденсатора 50 стабильной (или надежной) постоянной мощностью при учете разности напряжений между напряжением V1 на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением V2 второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора. Здесь контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки с целью закрытия первого полевого транзистора Q1 и подает на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, импульсный сигнал переключения для зарядки при постоянной мощности, обеспечивающий возможность пропорционального уменьшения зарядового тока при увеличении разности напряжений между напряжением V1 на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением V2 второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, так что происходит зарядка второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при устойчивой постоянной мощности, а не быстрая зарядка. Это называют «режимом зарядки при постоянной мощности».
После этого, в момент времени t6, при котором зарядное напряжение V2 второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора равно напряжению V1 аккумулятора 20, контроллер 70 подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для открытия первого полевого транзистора Q1 и второго полевого транзистора Q2.
На фиг.5 показана блок-схема способа компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве при использовании конденсатора высокой емкости согласно настоящему изобретению.
Как показано, способ компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве, использующий конденсатор высокой емкости согласно настоящему изобретению включает первую последовательность S10, включающую операции измерения напряжения на клеммах аккумулятора 20 датчиком 80 напряжения аккумулятора и занесения этого значения в контроллер 70, вторую последовательность S20, включающую операции измерения зарядного напряжения второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора датчиком 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора и занесения этого значения в контроллер 70, третью последовательность S30, включающую операции измерения температуры среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, посредством датчика 130 температуры и занесения этого значения в контроллер 70, четвертую последовательность S40, включающую операцию определения контроллером 70, работает ли двигатель транспортного средства, датчиком 80 напряжения аккумулятора, пятую последовательность S50, включающую операцию определения контроллером 70, равна ли температура среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, допустимому значению температуры или меньше его, причем эту операцию проводят после определения в четвертой последовательности S40, что двигатель транспортного средства работает, шестую последовательность S60, включающую операцию подачи контроллером 70 на устройство 150 дисплея сообщения о соответствующей ошибке, причем эту операцию проводят после определения в пятой последовательности S50, что температура среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, не равна допустимому значению температуры или меньше его, седьмую последовательность S70, включающую операцию определения контроллером 70, равно ли напряжение на клеммах аккумулятора 20 нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, причем эту операцию проводят после определения в пятой последовательности S50, что температура среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, равна допустимому значению температуры или меньше его, восьмую последовательность S80, включающую операцию подачи контроллером 70 на устройство 150 дисплея сообщения о соответствующей ошибке, причем эту операцию проводят после определения в седьмой последовательности S70, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, девятую последовательность S90, включающую операцию определения контроллером 70, соответствия текущего режима режиму ожидания зарядки, причем эту операцию проводят после определения в седьмой последовательности S70, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, десятую последовательность S100, включающую операцию определения контроллером 70, увеличилось ли напряжение на клеммах аккумулятора 20 с предыдущего напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше (то есть, текущее напряжение на клеммах ≥ предыдущего напряжения на клеммах+первую заранее определенную величину), причем эту операцию проводят после определения в девятой последовательности S90, что текущий режим не представляет собой режим ожидания зарядки, одиннадцатую последовательность S110, включающую операцию определения контроллером 70, не уменьшилось ли быстро напряжение на клеммах аккумулятора 20 с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше (то есть, текущее напряжение на клеммах ≥ предыдущее напряжение на клеммах - второе заранее определенное значение), причем эту операцию проводят после определения в десятой последовательности S100, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не увеличилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше, двенадцатую последовательность S120, включающую операцию выполнения контроллером 70 режима ожидания зарядки, в котором контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, для отключения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга для временного предотвращения операций зарядки и разрядки, причем эту операцию проводят после определения в десятой последовательности S100, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 увеличено по сравнению с предыдущим напряжением на клеммах на первую заранее определенную величину или больше или после определения в одиннадцатой последовательности S110, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 быстро упало с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, тринадцатую последовательность S130, включающую выполнение контроллером 70 операцию сравнения напряжения на клеммах аккумулятора 20 и зарядного напряжения второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и определение, равна ли разность напряжений между ними третьей заранее определенной величине или больше ее, причем эту операцию проводят после определения в девятой последовательности S90, что текущий режим представляет собой способ ожидания зарядки, после определения в десятой последовательности S100, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не увеличено с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше, или после определения в одиннадцатой последовательности S110, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не упало быстро с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, четырнадцатую последовательность S140, включающую операцию выполнения контроллером 70 режима зарядки и разрядки, в котором контроллер 70 подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, чтобы присоединить аккумулятор 20 и второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг к другу для обеспечения возможности выполнения нормальных операций зарядки и разрядки, причем эту операцию проводят после определения в тринадцатой последовательности S130, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора равна нулю, и пятнадцатую последовательность S150, включающую операцию выполнения контроллером 70 режима зарядки при постоянной мощности, при которой контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки, чтобы отключить аккумулятор 20 и второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подает импульсный сигнал постоянной мощности на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, чтобы заряжать второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений, причем эту операцию проводят после определения в тринадцатой последовательности S130, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора равна третьей заранее определенной величине или больше ее, и подает, когда разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора упала до нуля, после подачи импульсного сигнала постоянной мощности, сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности, чтобы соединить аккумулятор 20 и второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг с другом для обеспечения возможности выполнения нормальных операций зарядки и разрядки.
Кроме того, четвертая последовательность S40 содержит шестнадцатую последовательность S160, включающую вход в режим предварительной зарядки, выполняемый после определения, что двигатель транспортного средства не работает.
В четвертой последовательности S40 контроллер 70 определяет датчиком 80 напряжения аккумулятора, работает ли двигатель транспортного средства. Когда работа двигателя еще не началась, напряжение на клеммах аккумулятора 20 примерно равно произведению количества элементов аккумулятора на 2,1 В. Когда двигатель начал работу, аккумулятор 20 подвержен нестабильности напряжения, например, уменьшению напряжения, в течение определенного начального периода. Однако после запуска двигателя происходит активация генератора 10 для увеличения зарядного напряжения аккумулятора 20 на величину, составляющую от 7 до 15% от произведения примерно 2,1 В на количество элементов. Таким образом, генератор 10 подает напряжение в диапазоне от примерно 0,9 до 2 В.
Контроллер 70 обнаруживает такие разности напряжений для определения, работает ли двигатель в настоящее время или еще не запущен.
Как показано на фиг.6, шестнадцатая последовательность S160, представляющая собой последовательность выполнения операций режима предварительной зарядки, включает следующие операции: S161) определение контроллером 70, равно ли напряжение на клеммах аккумулятора 20 нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки; S162) подача на блок дисплея 150 соответствующего сообщения об ошибке, причем эту операцию проводят после определения на шаге S161, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки; S163) сравнение напряжения на клеммах аккумулятора 20 и зарядного напряжения второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и определение, действительно ли разность напряжений между ними равна третьей заранее определенной величине или больше ее, причем эту операцию проводят после определения на шаге S161, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки; S164) подача сигнала низкого уровня на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для отключения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга, причем эту операцию проводят после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора не равна третьей заранее определенной величине или больше; и S165) подача сигнала низкого уровня на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки для отключения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подача импульсного сигнала постоянной мощности на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений, причем эту операцию проводят после определения на шаге S163, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора равна третьей заранее определенной величине или больше, и подача, когда разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного i электрохимического конденсатора упала до нуля после подачи импульсного сигнала постоянной мощности, сигнала низкого уровня на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для отключения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга.
Как показано на фиг.7, пятнадцатая последовательность S150, представляющая собой последовательность операций выполнения режима зарядки при постоянной мощности, содержит следующие операции: S151) подача контроллером 70 сигнала низкого уровня на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки для закрытия первого полевого транзистора; S152) подача импульсного сигнала постоянной мощности на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений между аккумулятором 20 и вторым модулем 50 двухслойного электрохимического конденсатора с целью закрытия второго полевого транзистора Q2; S153) определение датчиком разрядки 120, происходит ли разряд второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора; S154) определение, полностью ли заряжен второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, причем эту операцию проводят после определения на шаге S153, что не происходит разряд второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора; и S155) подача сигнала высокого уровня на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для присоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг к другу, причем эту операцию проводят после определения на шаге S153, что происходит разряд второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, или после определения на шаге S154, что второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора полностью заряжен.
Далее приведено описание полной работы устройства компенсации мощности устройства энергопитания в транспортном средстве при использовании конденсатора высокой емкости, выполненного так, как описано выше.
Сначала, когда мощность аккумулятора 20 приложена к устройству компенсации мощности, мощность приложена к первому модулю 40 двухслойного электрохимического конденсатора и второму модулю 50 двухслойного электрохимического конденсатора через элемент защиты от сверхтоков PS1, диоды D0 и D1 и конденсатор из металлизированного полипропилена С1, а также приложена в качестве управляющего напряжения к контроллеру 70 через модуль 60 предотвращения мгновенного уменьшения напряжения и регулятор REG1.
В соответствии с этим, когда контроллер 70 инициализирован, контроллер 70 измеряет датчиком 80 напряжения аккумулятора 80 значение напряжения на клеммах аккумулятора 20 и сохраняет это значение (S10).
Контроллер 70 затем измеряет зарядное напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора датчиком 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора (S20). Здесь контроллер 70 измеряет и сохраняет значение зарядного напряжения второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, используя разность между напряжением, поданным на вход через датчик 80 напряжения аккумулятора, и напряжением, поданным на вход через датчик 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора.
Контроллер 70 затем измеряет и сохраняет значение температуры среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, посредством датчика 130 температуры.
Когда такое измерение завершено, контроллер 70 определяет, работает ли двигатель транспортного средства в настоящее время, рассматривая напряжение на клеммах аккумулятора 20, измеренное датчиком 80 напряжения аккумулятора. Таким образом, контроллер 70 определяет, запущен ли двигатель (S40).
Здесь, после определения, что двигатель в настоящее время работает, контроллер 70 определяет, равна ли температура среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, измеренная датчиком 130 температуры, допустимому значению температуры, или она меньше. После определения, что температура среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, измеренная датчиком 130 температуры, не равна допустимому значению температуры или меньше его, контроллер 70 определяет, что затруднительно выполнить нормальные операции зарядки и разрядки, подает на блок дисплея 150 соответствующее сообщение об ошибке и останавливает работу устройства компенсации мощности (S50, S60).
После определения, что температура среды, окружающей второй модуль 50 двухслойного электрохимического конденсатора, измеренная датчиком 130 температуры, равна допустимому значению температуры или меньше его, контроллер 70 определяет, равно ли напряжение на клеммах аккумулятора 20 нормальному эталонному напряжению, обеспечивающему возможность выполнения зарядки (S70).
Здесь, когда указано, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, обеспечивающему возможность выполнения зарядки, это означает, что напряжение аккумулятора 20 не равно напряжению перегрузки, превышающему номинальное напряжение, или что напряжение аккумулятора 20 не меньше напряжения при завершении разрядки.
В соответствии с этим, когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 не равно обычному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, контроллер 70 определяет, что затруднительно выполнить нормальные операции зарядки и разрядки, подает на блок дисплея 150 соответствующее сообщение об ошибке и останавливает работу устройства компенсации мощности (S80).
Однако, когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, контроллер 70 определяет, представляет ли собой текущий режим режим ожидания зарядки (S90).
Здесь, когда текущий режим не представляет собой режим ожидания зарядки, контроллер 70 определяет, увеличилось ли напряжение на клеммах аккумулятора 20 с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше (то есть, текущее напряжение на клеммах ≥ предыдущее напряжение на клеммах+первую заранее определенную величину) или быстро уменьшилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше (то есть, текущее напряжение на клеммах ≤ предыдущее напряжение на клеммах - второе заранее определенное значение). После определения, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 увеличилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше или быстро уменьшилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для отключения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга с целью входа в режим ожидания зарядки, который временно предотвращает выполнение операций зарядки и разрядки (от S100 до S120).
Однако, после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не увеличилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на первую заранее определенную величину или больше или быстро не уменьшилось с предыдущего значения напряжения на клеммах на вторую заранее определенную величину или больше, контроллер 70 сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора 20 и зарядное напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и определяет, есть ли разность напряжений между ними (S130).
Здесь, после определения, что нет разности напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, контроллер 70 подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности.
В соответствии с этим контроллер 70 выполняет операции режима зарядки и разрядки, при котором первый полевой транзистор Q1 и второй полевой транзистор Q2 открыты для соединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора с целью выполнения нормальных операций зарядки и разрядки (S140).
С другой стороны, после определения, что существует разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора (которая равна третьей заранее определенной величине или больше его), контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки для закрытия первого полевого транзистора Q1 с целью отсоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подает импульсный сигнал постоянной мощности на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений.
В соответствии с этим второй полевой транзистор Q2 открывают/закрывают посредством импульсного переключающего сигнала постоянной мощности для начала зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора. После этого, когда зарядное напряжение второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора и напряжение на клеммах аккумулятора 20 равны друг другу, контроллер 70 подает сигнал высокого состояния и в блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки, и в блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для присоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг к другу, что обеспечивает возможность выполнения нормальных операций зарядки и разрядки.
После этого контроллер 70 переходит в режим зарядки при постоянной мощности, при котором, когда разность напряжений между аккумулятором 20 и вторым модулем 50 двухслойного электрохимического конденсатора спадает до нуля, контроллер 70 подает сигнал высокого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для соединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг с другом, что обеспечивает возможность выполнения нормальных операций зарядки и разрядки (S150).
В ходе такой операции после определения с помощью напряжения на клеммах аккумулятора 20, измеряемого датчиком 80 напряжения аккумулятора, что двигатель транспортного средства не начал работу, контроллер 70 выполняет операции режима предварительной зарядки (S160).
Режим предварительной зарядки включает операцию зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора до напряжения аккумулятора 20 до начала работы двигателя транспортного средства.
Выполнение операций режима предварительной зарядки проводят следующим образом.
После определения, что двигатель не работает, контроллер 70 определяет, равно ли напряжение на клеммах аккумулятора 20 нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки (S161).
Здесь после определения, что напряжение на клеммах аккумулятора 20 не равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, контроллер 70 определяет, что затруднительно выполнить нормальные операции зарядки и разрядки, подает на блок дисплея 150 соответствующее сообщение об ошибке и останавливает работу устройства компенсации мощности (S162).
Однако, когда напряжение на клеммах аккумулятора 20 равно нормальному эталонному напряжению, при котором обеспечена возможность выполнения зарядки, контроллер 70 сравнивает напряжение на клеммах аккумулятора 20, измеряемое датчиком 80 напряжения аккумулятора, и зарядное напряжения второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора, измеряемое датчиком 110 напряжения модуля двухслойного электрохимического конденсатора, и определяет разность напряжений между ними (S163).
Здесь, после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора не равна третьей заранее определенной величине или не больше его, контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга с целью поддержания состояния ожидания (S164).
С другой стороны, после определения, что разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора равна третьей заранее определенной величине или больше его, контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки для отсоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга и подает импульсный сигнал постоянной мощности на блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для зарядки второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора при постоянной мощности, пропорциональной разности напряжений. После этого, когда разность напряжений между напряжением на клеммах аккумулятора 20 и зарядовым напряжением второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора спадает до нуля, контроллер 70 подает сигнал низкого состояния на блок 90 переключения соединений для зарядки и разрядки и блок 100 переключения на зарядку при постоянной мощности для отсоединения аккумулятора 20 и второго модуля 50 двухслойного электрохимического конденсатора друг от друга с целью поддержания состояния ожидания (S165).
Как очевидно из вышеупомянутого описания, в соответствии с настоящим изобретением, когда выходное напряжение от генератора и аккумулятора в транспортном средстве временно упало при движении транспортного средства, конденсатор высокой емкости быстро разряжает ток для компенсации мощности.
Кроме того, конденсатор высокой емкости заряжают при использовании импульса постоянной мощности для предотвращения нестабильности напряжения аккумулятора вследствие перегрузки генератора, возникающей при заряженном конденсаторе высокой емкости.
Кроме того, в случае, когда напряжение на клеммах аккумулятора уменьшилось вследствие электрической нагрузки в транспортном средстве при зарядке конденсатора высокой емкости, зарядку конденсатора высокой емкости временно прекращают и проводят его разрядку для компенсации мощности электрической нагрузки транспортного средства.
В соответствии с этим преимущество настоящего изобретения состоит в том, что при движении транспортного средства нестабильность энергопитания, например уменьшение напряжения, компенсирована в режиме реального времени с целью увеличения мощности транспортного средства и предотвращения временного замедления, что, тем самым, не только улучшает характеристики управления транспортным средством, но также значительно увеличивает к.п.д. и рабочие характеристики по топливу, а также продолжительность эксплуатации различных электрических частей.
Хотя предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения были описаны для иллюстративных целей, специалистам в данной области техники ясно, что возможны различные модификации, добавления и варианты, не выходящие за пределы области действия и технической сущности настоящего изобретения, описанных в сопровождающих пунктах формулы изобретения.