КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована при создании транспортных средств (ТС) с комбинированной энергоустановкой (КЭУ).
Из известных КЭУ наиболее близким по совокупности существенных признаков является установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания (ДВС), генератор электроэнергии (ГЭ) и устройство передачи вращательного момента от ДВС к ГЭ (см. заявку Японии 9-084210, Кл. B 60 L 11/14, 1997).
Недостатком указанной КЭУ заключается в том, что изготовление такой установки требует большого количества денежных средств; большая трудоемкость и как следствие высокая дороговизна, установки ее на серийные автомобили различных типов; проектирование ТС специально под КЭУ.
Задачей полезной модели является создание КЭУ, отличающейся простотой и дешевизной изготовления; универсальностью использования ее с различными типами тяговых источников энергии (ТИЭ); возможность установки ее на любые серийные ТС без значительных финансовых затрат, а также возможность использования ее в качестве источника энергии с нулевым выбросом вредных веществ в окружающую среду.
Указанный технический результат достигается тем, что КЭУ, содержит (см.фиг.1), накопитель энергии (НЭ) 1, ТИЭ 2, электродвигатель-генератор 3, устройство заряда-разряда НЭ 4, дополнительный источник электрической энергии 5 и контроллер 6 согласования работы устройства заряда-разряда НЭ с контроллером ТИЭ и дополнительным источником.
Наличие НЭ обеспечивает подачу энергии при пиковых нагрузках и накопление ее при их снижении и регенеративном торможении. Процесс работы НЭ обеспечивается устройством заряда-разряда.
Наличие электродвигателя-генератора обеспечивает привод колес для преодоления пиковых нагрузок (трогание с места, разгон, обгон и др.), выработку энергии при их снижении и при регенеративном торможении.
Наличие дополнительного источника электрической энергии позволяет использовать КЭУ в ТС с нулевым выбросом вредных веществ в окружающую среду, а также заряжать НЭ.
Наличие контроллера согласования работы устройства заряда-разряда НЭ с контроллером ТИЭ и дополнительным источником обеспечивает определенную последовательность взаимодействия между элементами КЭУ.
Целесообразно, чтобы в качестве НЭ был взят конденсатор с двойным электрическим слоем (КДЭС), преимущественно конденсатор с угольными электродами и щелочным электролитом. Использование в качестве НЭ КДЭС, преимущественно с угольными электродами и щелочным электролитом позволяет существенно снизить массогабаритные характеристики КЭУ за счет использования КДЭС с высокими удельными электрическими характеристиками.
Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать устройство заряда-разряда (см. фиг.2), состоящее из: 2-х аналоговых датчиков положения ротора электродвигателя - генератора 7 и частоты его вращения 8, источника питания 9, сумматора 10, пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД)-регулятора 11, компаратора 12, фазочувствительного выпрямителя 13, делителя напряжения 14, устройства взаимокоммутации между собой элементов КДЭС, выполненного на базе ключей 15; контроллера 16, частотомера-счетчика сигналов 17 и цифро-аналогового - аналого-цифрового преобразователя 18.
Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе ШИМ - регулятора.
Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе IGBT транзисторов.
Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, выполненный на базе МОП транзисторов.
Целесообразно, чтобы в качестве устройства заряда-разряда использовать преобразователь, преобразующий постоянный ток в переменный и обратно.
Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением.
Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель асинхронного типа.
Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель вентильного типа.
Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора был взят электродвигатель синхронного типа.
Целесообразно, чтобы в качестве электродвигателя-генератора была взята электрическая машина (см. заявку РФ 2170487, К 7 Н 02 К 19/22, 2001).
Целесообразно, чтобы в качестве ТИЭ был взят ДВС, совместно с вариатором для обеспечения бесступенчатой передачи крутящего момента к колесам, совместно с системой пуска (см. фиг.3), состоящей из КДЭС 19, АБ 20, коммутирующего ключа 21 и элемента управления 22.
Целесообразно, чтобы в качестве вариатора был взят торовый вариатор.
Целесообразно, чтобы в качестве вариатора был взят клиноременный или цепной вариаторы.
Целесообразно, чтобы в качестве вариатора был взят редуктор-подшипник (см. заявки РФ на изобретения №№2169869, 2171526, 2179272, 2179671).
Целесообразно, чтобы в качестве ТИЭ был взят электрохимический генератор (ЭХГ).
Целесообразно, чтобы в качестве дополнительного источника электрической энергии, была взята АБ.
Целесообразно, чтобы в качестве дополнительного источника электрической энергии, был взят метало-воздушный источник энергии.
Целесообразно, чтобы в качестве дополнительного источника электрической энергии, был взят стационарный зарядный источник НЭ.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Работу заявленной КЭУ рассмотрим на примере использования ее в качестве источника электроэнергии в серийном переднеприводным/ полноприводным автомобиле, переоборудованным в полноприводный гибридный.
После пуска ТИЭ 2 подключенного к переднему ведущему мосту, через механическую передачу, и выведения его на номинальный режим, происходит разгон транспортного средства одновременно за счет разряда НЭ 1, выполненного в виде КДЭС, через устройство заряда-разряда НЭ 4 на электродвигатель-генератор 3 подключенный к заднему ведущему мосту. После разгона автомобиля НЭ 1 отключается от электродвигателя-генератора 3 и движение обеспечивается за счет ТИЭ 2. При торможении автомобиля ТИЭ 2 отключается и электродвигатель-генератор 3 переходит в генераторный режим, обеспечивая регенеративное торможение с накоплением энергии в НЭ 4 через устройство заряда-разряда НЭ 4. Возможность подключения дополнительного источника электрической энергии 5, например, в виде металло-воздушного источника тока позволяет временно отключить ТИЭ 2 в виде ДВС и продолжить движение автомобиля в парковых и др. зонах. Координацию совместной работы элементов автомобиля обеспечивает контроллер 6. В случае если в качестве ТИЭ 2 используется двигатель внутреннего сгорания (ДВС) серийного автомобиля, то целесообразно его использовать с системой пуска (система стоп-старт) позволяющей снизить нагрузку от пусковых токов на АБ 20 за счет параллельного подключения к ней КДЭС 19 через коммутирующий ключ 21 управляемый элементом управления 22. Чем достигается возможность отключения ДВС в начале торможения (на светофоре и др.) и гарантированный его пуск в момент строгания с места. Кратковременный
режим использования НЭ 1 (разгон -10-15 с) и использование в качестве НЭ 1 - КДЭС, позволяет использовать в качестве зарядно-разрядного устройства - устройство 4, где 2 аналоговых датчика 7 и 8 определяют ускорение вращения вала электродвигателя-генератора 3 при разгоне и торможении и через сумматор 10, ПИД-регулятор 11, компаратор 12, фазочувствительный выпрямитель 13 и делитель напряжения 14, при питании источником 9 получаем сигналы поступающие на контроллер 16 и частотомер-счетчик сигналов 17 алгоритм работы которых позволяет выдавать полученные сигналы, с частотой зависящей от условий движения, на устройство взаимо-коммутации между собой элементов КДЭС выполненного на базе ключей 15, через цифро-аналоговый - аналого-цифровой преобразователь 18.