СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
SYSTEM CONTROLLING OPERATION OF ELECTRIC VEHICLE

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании китайской патентной заявки 201210015386.4, поданной 18 января 2012 г. в Государственное ведомство по интеллектуальной собственности КНР. Все содержание указанной заявки включается в материалы настоящей заявки путем отсылки.
Область техники
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и, в частности, к системе контроля работы электромобиля.
Предшествующий уровень техники
Поскольку электромобилям приходится функционировать в сложных дорожных условиях и условиях окружающей среды, бортовой аккумулятор как источник питания электромобиля должен быть приспособлен к этим условиям. В частности, когда электромобиль эксплуатируется при низких окружающих температурах, бортовому аккумулятору требуется эффективно работать на зарядку и разрядку при низкой окружающей температуре и обеспечивать входную/выходную мощность. Вообще сопротивление и поляризация бортового аккумулятора могут возрастать при низкой температуре, что может уменьшить емкость бортового аккумулятора. Поэтому, чтобы сохранить емкость бортового аккумулятора при низкой температуре, электромобили снабжают контуром обогрева бортового аккумулятора.
На Фиг. 1 представлена известная схема системы контроля работы электромобиля. Как показано на Фиг. 1, обогревательный контур F соединен с бортовым аккумулятором F для образования замкнутой цепи обогрева. Управляя потоком энергии между бортовым аккумулятором Е и обогревательным контуром F, нагревают демпфирующий элемент в обогревательном контуре F, а через него - бортовой аккумулятор Б, что повышает эффективность работы бортового аккумулятора Е при зарядке и разрядке.
F
C
Однако, если бортовому аккумулятору необходим обогрев при движении электромобиля в условиях низкой окружающей температуры, а нагрузочному конденсатору С также нужна непрерывная подача энергии для рабочего контура R, обогревательный контур F и нагрузочный конденсатор С будут работать одновременно. Тогда, работа обогревательного контура F может вызвать значительные колебания напряжения бортового аккумулятора Е (напряжение даже может становиться отрицательным). В связи с этим обогревательный контур не может нормально работать из-за мешающего воздействия нагрузочного контура, как показано на Фиг. 2. Фиг. 2 показывает график изменения напряжения обогревательного контура F и нагрузочного конденсатора С на Фиг. 1, где V - напряжение обогревательного контура F, V - выходное напряжение нагрузочного конденсатора С.
Краткое описание изобретения
Предлагаемое изобретение направлено на решение, по крайней мере, одной из проблем, в частности недостатка, заключающегося в том, что обогревательный контур не может нормально работать из-за мешающего воздействия между обогревательным контуром и нагрузочным конденсатором, вызванного нагреванием во время движения.
Согласно настоящему изобретению предложена система контроля работы электромобиля. Система содержит: обогревательный контур, соединенный с бортовым аккумулятором для образования замкнутой цепи обогрева бортового аккумулятора; нагрузочный конденсатор; и первый элемент удерживания тока, соединенный с нагрузочным конденсатором и обогревательным контуром соответственно для уменьшения мешающего воздействия между обогревательным контуром и нагрузочным конденсатором.
В одном из вариантов обогревательный контур содержит демпфирующий элемент, реверсивное распределительное устройство, второй элемент удерживания тока и первый накопитель заряда. Демпфирующий элемент и второй элемент удерживания тока соединены последовательно, образуя первый участок цепи. Реверсивное распределительное устройство и первый накопитель заряда соединены последовательно, образуя второй участок цепи. Один конец первого участка соединен с положительной клеммой бортового аккумулятора, другой конец первого участка соединен с одним концом второго участка и одним выводом первого элемента удерживания тока соответственно, а другой конец второго участка соединен с нагрузочным конденсатором и отрицательной клеммой бортового аккумулятора.
Система также может содержать модуль управления обогревательным контуром, выполняющий функции подключения или отключения обогревательного контура от бортового аккумулятора путем включения или выключения реверсивного распределительного устройства.
В одном из вариантов демпфирующим элементом выступает паразитное внутреннее сопротивление бортового аккумулятора, а вторым элементом удерживания тока служит паразитная внутренняя индуктивность бортового аккумулятора. В другом конструктивном варианте демпфирующим элементом является резистор, первым и вторым элементами удерживания тока являются катушки индуктивности, а первым накопителем заряда является конденсатор.
Обогревательный контур может также содержать блок суммирования энергии для суммирования энергии обогревательного контура и энергии бортового аккумулятора после того, как реверсивное распределительное устройство выключается из включенного состояния. Блок суммирования энергии содержит блок изменения полярности для изменения полярности напряжения первого накопителя заряда после того, как выключается реверсивное распределительное устройство.
Далее обогревательный контур может содержать блок переноса энергии для переноса энергии обогревательного контура к накопителю энергии после того, как выключается реверсивное распределительное устройство. Блок переноса энергии содержит блок подзарядки электроэнергии для переноса энергии обогревательного контура к накопителю энергии после того, как выключается реверсивное распределительное устройство.
Еще в одном варианте обогревательный контур может содержать блок суммирования и переноса энергии для переноса части энергии обогревательного контура к накопителю энергии после того, как выключается реверсивное распределительное устройство, и последующего суммирования остальной части энергии обогревательного контура и энергии бортового аккумулятора.
Блок суммирования и переноса энергии может содержать блок суммирования энергии и блок переноса энергии. Блок переноса энергии выполняет функцию передачи части энергии обогревательного контура к накопителю энергии после того, как реверсивное распределительное устройство выключается из включенного состояния. Блок суммирования энергии выполняет функцию сложения оставшейся части энергии обогревательного контура и энергии бортового аккумулятора после того как часть энергии передана блоком переноса энергии. Блок переноса энергии содержит блок подзарядки электроэнергии для переноса части энергии обогревательного контура к накопителю энергии после того, как выключается реверсивное распределительное устройство. Блок суммирования энергии содержит блок изменения полярности для смены полярности напряжения первого накопителя заряда после того как часть энергии передана блоком подзарядки электроэнергии.
В одном из вариантов блок изменения полярности содержит: первый однополюсный переключатель на два направления, подсоединяющийся к обоим выводам первого накопителя заряда и второй однополюсный переключатель на два направления, подсоединяющийся к обоим выводам первого накопителя заряда. Ввод первого однополюсного двунаправленного переключателя соединен с обогревательным контуром. Первый вывод первого однополюсного двунаправленного переключателя соединен с первой пластиной первого накопителя заряда, а его второй вывод соединен со второй пластиной первого накопителя заряда. Ввод второго однополюсного двунаправленного переключателя соединен с обогревательным контуром. Первый вывод второго однополюсного двунаправленного переключателя соединен со второй пластиной первого накопителя заряда, а его второй вывод соединен с первой пластиной первого накопителя заряда. Модуль управления обогревательным контуром соединен соответственно с обоими однополюсными двунаправленными переключателями для изменения полярности напряжения первого накопителя заряда путем изменения соответствующих связей между вводами и выводами однополюсных двунаправленных переключателей.
В другом варианте блок изменения полярности содержит: первый полупроводниковый элемент, третий элемент удерживания тока и первый переключатель. Первый накопитель заряда, третий элемент удерживания тока и первый переключатель соединены последовательно для образования замкнутой цепи. Первый полупроводниковый элемент также соединен последовательно либо между первым накопителем заряда и третьим элементом удерживания тока, либо между третьим элементом удерживания тока и первым переключателем. Модуль управления обогревательным контуром соединен с первым переключателем, для изменения полярности напряжения первого накопителя заряда путем включения первого переключателя.
Еще в одном варианте, блок изменения полярности содержит: второй накопитель заряда и первый DC-DC модуль, в котором модуль управления обогревательным контуром соединен с первым DC-DC модулем для переноса энергии первого накопителя заряда ко второму накопителю заряда, а затем обратного переноса энергии от второго накопителя заряда к первому, управляя первым DC-DC модулем так, чтобы изменить полярность напряжения первого накопителя заряда.
В одном из вариантов, блок подзарядки электроэнергии содержит второй DC-DC модуль, и модуль управления обогревательным контуром соединен со вторым DC-DC модулем для переноса энергии первого накопителя заряда к бортовому аккумулятору, путем управления вторым DC-DC модулем.
Блок суммирования и переноса энергии в одном из вариантов содержит третий DC-DC модуль. Модуль управления обогревательным контуром соединен с третьим DC-DC модулем для переноса части энергии первого накопителя заряда к накопителю энергии и последующего суммирования остальной энергии в первом накопителе заряда и энергии в бортовом аккумуляторе, путем управления третьим DC-DC модулем.
В одном из вариантов, система также содержит контур ограничения энергии, лимитирующий силу тока, протекающего от обогревательного контура к бортовому аккумулятору
Реверсивное распределительное устройство в одном из вариантов, содержит: первую однонаправленную ветвь для передачи энергии от бортового аккумулятора к обогревательному контуру; и вторую однонаправленную ветвь для передачи энергии обогревательного контура к бортовому аккумулятору. Модуль управления обогревательным контуром соединен с первой однонаправленной ветвью и/или второй однонаправленной ветвью для их подсоединения или отсоединения.
Контур ограничения энергии в одном из вариантов содержит четвертый элемент удерживания тока, соединенный последовательно со второй однонаправленной ветвью.
Реверсивное распределительное устройство в одном из вариантов содержит второй переключатель, второй и третий полупроводниковые элементы. Второй переключатель и второй полупроводниковый элемент соединены последовательно, образуя первую однонаправленную ветвь. Третий полупроводниковый элемент образует вторую однонаправленную ветвь. Модуль управления обогревательным контуром соединен со вторым переключателем для управления включением и выключением первой однонаправленной ветви. Четвертый элемент удерживания тока соединен с третьим полупроводниковым элементом последовательно.
В другом варианте реверсивное распределительное устройство содержит во второй однонаправленной ветви третий переключатель, который соединен с третьим полупроводниковым элементом последовательно. Между третьим полупроводниковым элементом и третьим переключателем соединен последовательно четвертый элемент удерживания тока. Модуль управления обогревательным контуром соединен с третьим переключателем, при помощи которого включает и отключает вторую однонаправленную ветвь.
Обогревательный контур в одном из вариантов содержит четвертый полупроводниковый элемент, пятый полупроводниковый элемент, четвертый переключатель и пятый переключатель. Катод пятого полупроводникового элемента подсоединен между третьим переключателем и четвертым элементом удерживания тока. Анод пятого полупроводникового элемента соединен с одним выводом пятого переключателя, а другой вывод пятого переключателя соединен с отрицательной клеммой бортового аккумулятора. Анод четвертого полупроводникового элемента подсоединен между третьим полупроводниковым элементом и четвертым элементом удерживания тока. Катод четвертого полупроводникового элемента соединен с одним выводом четвертого переключателя, а другой вывод четвертого переключателя соединен с отрицательной клеммой бортового аккумулятора. Модуль управления обогревательным контуром соединен с четвертым и пятым переключателями соответственно для управления их включением и выключением.
Модуль управления обогревательным контуром в одном из вариантов включает второй и третий переключатели для передачи энергии от бортового аккумулятора к первому накопителю заряда и от первого накопителя заряда к бортовому аккумулятору; выключает третий переключатель и включает пятый переключатель когда напряжение, прилагаемое к первому накопителю заряда больше чем первое заданное напряжение бортового аккумулятора; и выключает пятый переключатель и, когда ток, протекающий через четвертый элемент удерживания тока, снижается до нуля, включает третий и четвертый переключатели, давая возможность изменить полярность напряжения первого накопителя заряда.
В другом варианте модуль управления обогревательным контуром включает второй и третий переключатели для передачи энергии от бортового аккумулятора к первому накопителю заряда и от первого накопителя заряда к бортовому аккумулятору; выключает третий переключатель и включает пятый переключатель когда напряжение, прилагаемое к первому накопителю заряда, меньше или равно второму заданному напряжению бортового аккумулятора и выключает пятый переключатель и включает третий и четвертый переключатели, когда ток, протекающий через четвертый элемент удерживания тока, достигает второго заданного значения; и выключает четвертый переключатель, когда ток, протекающий через четвертый элемент удерживания тока, достигает первого заданного значения, что позволяет передавать энергию четвертого элемента удерживания тока бортовому аккумулятору; и включает третий и четвертый переключатели, когда ток, протекающий через четвертый элемент удерживания тока снижается до нуля, давая возможность изменить полярность напряжения первого накопителя заряда.
В системе контроля работы электромобиля согласно предлагаемому изобретению первый элемент удерживания тока соединен с нагрузочным конденсатором, образуя фильтрующий контур. Когда бортовой аккумулятор нагревается при движении электромобиля, фильтрующий контур может сгладить произвольные колебания напряжения, вызываемые обогревательным контуром и уменьшает пульсацию выходного напряжения нагрузочного конденсатора. Это стабилизирует выходное напряжение нагрузочного конденсатора и позволяет избежать мешающего воздействия нагрузочного конденсатора на обогревательный контур. Таким образом, обогревательный контур и нагрузочный конденсатор могут работать одновременно без мешающего воздействия одного на другой.
Другие особенности и преимущества конструктивных вариантов предлагаемого изобретения частично будут даны в дальнейшем описании, или будут видны из описания, или могут быть установлены при осуществлении предлагаемого изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие особенности и преимущества предлагаемого изобретения будут более понятны и наглядны из последующего описания с отсылками к прилагаемым чертежам, на которых представлены:
Фиг. 1 - схема известной системы контроля работы электромобиля;
Фиг. 2 - график изменения напряжения обогревательного контура и нагрузочного конденсатора в схеме на Фиг. 1;
Фиг. 3 - схема системы контроля работы электромобиля согласно одному из вариантов предлагаемого изобретения;
Фиг. 4 - схема обогревательного контура в системе контроля работы электромобиля согласно одному из вариантов предлагаемого изобретения;
Фиг. 5 - график изменения напряжения и тока обогревательного контура и нагрузочного конденсатора в схеме на Фиг. 4;
Фиг. 6 - схема системы контроля работы электромобиля согласно одному из предпочтительных вариантов предлагаемого изобретения;
Фиг. 7 - схема одного из вариантов блока суммирования энергии на Фиг. 6;
Фиг. 8 - схема одного из вариантов блока изменения полярности на Фиг. 7;
Фиг. 9 - схема другого варианта блока изменения полярности на Фиг. 7;
Фиг. 10 - схема еще одного из вариантов блока изменения полярности на Фиг. 7;
Фиг. 11 - схема одного из вариантов первого DC-DC модуля на Фиг. 10;
Фиг. 12 - схема системы контроля работы электромобиля согласно второму предпочтительному варианту предлагаемого изобретения;
Фиг. 13 - схема системы контроля работы электромобиля согласно третьему предпочтительному варианту предлагаемого изобретения;
Фиг. 14 - схема варианта блока подзарядки электроэнергии на Фиг. 13;
Фиг. 15 - схема одного из вариантов второго DC-DC модуля на Фиг. 14;
Фиг. 16 - схема системы контроля работы электромобиля согласно еще одному предпочтительному варианту предлагаемого изобретения;
Фиг. 17 - схема предпочтительного варианта блока суммирования и передачи энергии на Фиг. 16;
Фиг. 18 - схема варианта обогревательного контура в системе контроля работы электромобиля согласно предлагаемому изобретению;
Фиг. 19 - схема предпочтительного варианта обогревательного контура в системе контроля работы электромобиля согласно предлагаемому изобретению;
Фиг. 20 - схема другого предпочтительного варианта обогревательного контура в системе контроля работы электромобиля согласно предлагаемому изобретению;
Фиг. 21 - схема системы контроля работы электромобиля согласно предпочтительному варианту предлагаемого изобретения; и
Фиг. 22 - график изменения напряжения и тока обогревательного контура и нагрузочного конденсатора на Фиг. 21.
Подробное описание изобретения
Детали изобретения будут раскрыты при описании конструктивных вариантов, представленных на прилагаемых чертежах, где одни и те же или аналогичные элементы и элементы, имеющие те же или такие же функции, обозначены одинаковыми числовыми позициями по всему описанию. Описанные конструктивные варианты со ссылками на чертежи являются иллюстративными, пояснительными и используются для общего понимания предлагаемого изобретения. Они не должны рассматриваться как ограничивающие данное изобретение.
Следует отметить, что в последующем описании, если не оговорено иное, термин "модуль управления обогревательным контуром" означает любое управляющее устройство, которое может выдавать управляющие команды (такие как пульсирующую форму волны) согласно заданным условиям или в заданное время для управления подключением или отключением обогревательного контура соответственно, такое как PLC (Контроллер с программируемой логикой); термин "реверсивный переключатель" означает любой реверсивный переключатель, который может осуществлять управляемое включение-выключение по электрическому сигналу или автоматически, такой как MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) или IGBT (Биполярный транзистор с изолированным затвором) с реверсным шунтирующим диодом; термин "накопитель заряда" означает любое устройство, способное накапливать заряды, такое как конденсатор; термин "элемент удерживания тока" означает любое устройство, способное удерживать ток, такое как катушка индуктивности; термин "прямое направление" означает направление, когда энергия передается от бортового аккумулятора к обогревательному контуру, термин "обратное направление" означает направление, когда энергия передается от обогревательного контура к бортовому аккумулятору; термин "бортовой аккумулятор" включает батарею гальванических элементов (такую как сухая батарея или щелочной аккумулятор) и аккумуляторную батарею (такую как ионно-литиевый аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор, никель-металлогидридный аккумулятор или свинцово-кислотный аккумулятор); термин "демпфирующий элемент" означает любое устройство, которое потребляет энергию, задерживая течение тока, такое как резистор; термин "замкнутая цепь обогрева" означает замкнутую цепь, образуемую бортовым аккумулятором и обогревательным контуром.
Далее система контроля работы электромобиля согласно предлагаемому изобретению будет подробно описана со ссылками на прилагаемые чертежи.
На Фиг. 3 представлена схема системы контроля работы электромобиля согласно одному из вариантов предлагаемого изобретения. Как показано на Фиг. 3, система содержит обогревательный контур 11 и нагрузочный конденсатор С12. Обогревательный контур 11 выполнен с возможностью соединения с бортовым аккумулятором 5 с образованием замкнутой цепи обогрева. Нагрузочный конденсатор С12 выполняет функцию подвода энергии к рабочему контуру 6 электромобиля. Система также содержит элемент L11 удерживания тока. Элемент L11 удерживания тока соединен с нагрузочным конденсатором С12 и обогревательным контуром 11 соответственно.
Чтобы продлить срок службы бортового аккумулятора 5, обогревательный контур 11 при низких температурах соединяют с бортовым аккумулятором 5 с тем, чтобы он мог обогреваться обогревательным контуром 11. Когда необходимость подогрева отпадает, обогревательный контур 11 отсоединяется от бортового аккумулятора 5.
Элемент L11 удерживания тока и нагрузочный конденсатор С12 соединены последовательно, образуя контур LC фильтра. Когда бортовой аккумулятор 5 обогревается в процессе движения электромобиля, контур LC фильтра может сглаживать произвольные колебания напряжения создаваемые обогревательным контуром 11 и уменьшать пульсацию выходного напряжения нагрузочного конденсатора С12. Это стабилизирует выходное напряжение нагрузочного конденсатора С12 и позволяет избежать мешающего воздействия на обогревательный контур 11, вызываемого нагрузочным конденсатором С12. Таким образом, обогревательный контур 11 и нагрузочный конденсатор С12 могут работать одновременно без мешающего воздействия одного на другой.
На Фиг. 4 дана схема обогревательного контура 11 в системе контроля работы электромобиля согласно одному из вариантов предлагаемого изобретения. Как показано на схеме, обогревательный контур 11 содержит демпфирующий элемент R1, реверсивное распределительное устройство 1, элемент L1 удерживания тока и накопитель заряда С1. Демпфирующий элемент R1 и элемент L1 удерживания тока соединены последовательно, образуя первый участок цепи. Реверсивное распределительное устройство 1 и накопитель заряда С1 соединены последовательно, образуя второй участок. Один конец первого участка соединен с положительной клеммой бортового аккумулятора 5, другой конец первого участка соединен с одним концом второго участка и одним выводом элемента L11 удерживания тока соответственно, а другой конец второго участка соединен с нагрузочным конденсатором С12 и отрицательной клеммой бортового аккумулятора 5 соответственно. Более подробно, один вывод демпфирующего элемента R1 соединен с положительной клеммой бортового аккумулятора 5, другой вывод демпфирующего элемента R1 соединен с одним выводом элемента L1 удерживания тока. Другой вывод элемента L1 удерживания тока соединен с одним контактом реверсивного распределительного устройства 1 и одним выводом элемента L11 удерживания тока соответственно. Другой вывод элемента L11 удерживания тока соединен с одним выводом нагрузочного конденсатора С12. Другой вывод нагрузочного конденсатора С12 соединен с одним выводом накопителя заряда С1 и отрицательной клеммой бортового аккумулятора 5 соответственно. Следует также понимать, что пример на Фиг. 4 является только иллюстративным и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. В других вариантах, демпфирующий элемент R1 и элемент L1 удерживания тока могут меняться местами, и/или могут меняться местами реверсивное распределительное устройство 1 и накопитель заряда С1.
Более того, следует отметить, что, принимая во внимание различные характеристики разных типов бортовых аккумуляторов, в настоящем описании "бортовой аккумулятор" может относиться к идеальному аккумулятору, у которого отсутствует внутреннее паразитное сопротивление или внутренняя паразитная индуктивность, или к идеальному аккумулятору у которого и внутреннее паразитное сопротивление, и внутренняя паразитная индуктивность очень малы. "Бортовой аккумулятор" также может означать аккумуляторную батарею которая имеет внутреннее паразитное сопротивление и внутреннюю паразитную индуктивность. Поэтому, специалистам следует понимать, что когда "бортовой аккумулятор" - это идеальный аккумулятор, который не имеет внутреннего паразитного сопротивления или внутренней паразитной индуктивности, или идеальный аккумулятор, у которого и внутреннее паразитное сопротивление, и внутренняя паразитная индуктивность очень малы, демпфирующий элемент R1 является внешним демпфирующим элементом бортового аккумулятора, элемент L1 удерживания тока является внешним элементом удерживания тока бортового аккумулятора. Когда "бортовой аккумулятор" относится к аккумуляторной батарее, имеющей внутреннее паразитное сопротивление и внутреннюю паразитную индуктивность, демпфирующий элемент R1 может быть внешним демпфирующим элементом аккумуляторной батареи или внутренним паразитным сопротивлением аккумуляторной батареи, и аналогично, элемент L1 удерживания тока может быть внешним элементом удерживания тока аккумуляторной батареи или внутренней паразитной индуктивностью аккумуляторной батареи.
Действие системы контроля работы электромобиля согласно настоящему изобретению будет описано далее со ссылками на Фиг. 4 и 5.
Как показано на Фиг. 4, система может включать модуль 100 управления обогревательным контуром, который соединен с реверсивным распределительным устройством 1, и выполняет функцию контроля обогревательного контура 11 для подключения или отключения от бортового аккумулятора 5 путем включения или выключения реверсивного распределительного устройства 1.
Так в условиях, требующих обогрева, модуль 100 управления обогревательным контуром включает реверсивное распределительное устройство 1, и бортовой аккумулятор 5 соединяется с обогревательным контуром 11, образуя замкнутую цепь. Бортовой аккумулятор 5 разряжается через замкнутую цепь, то есть, накопитель заряда С1 заряжается бортовым аккумулятором 5. Когда ток прямого направления в замкнутой цепи снижается от максимального значения к нулю, накопитель С1 заряда начинает разряжаться через замкнутую цепь, то есть, бортовой аккумулятор 5 заряжается накопителем С1 заряда. Во время зарядки и разрядки бортового аккумулятора 5, как прямой, так и обратный ток в замкнутой цепи может протекать через демпфирующий элемент R1, и таким образом бортовой аккумулятор 5 нагревается за счет нагревания демпфирующего элемента R1. Когда достигается заданный уровень нагрева, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает реверсивное распределительное устройство 1, прекращая работу обогревательного контура 11.
C1
C12
L11
1
C12
L11
1
L11
1
C12
L11
1
C12
L11
1
C12
Фиг. 5 показывает график изменения напряжения и тока обогревательного контура 11 и нагрузочного конденсатора С12 на Фиг. 4. На графике Т обозначает единичный рабочий период системы контроля работы электромобиля, V - напряжение накопителя С1 заряда в обогревательном контуре 11, V - напряжение нагрузочного конденсатора С12, I - сила тока, идущего в элемент L11 удерживания тока, I - сила тока, идущего из нагрузочного конденсатора С12 в рабочий контур 6 электромобиля. Следует отметить, что повышение и падение напряжения V зависит от соотношения силы тока I (т.е., тока, идущего в нагрузочный конденсатор С12) и силы тока I. Если сила тока I больше, чем сила тока I, то напряжение V растет. Если сила тока I меньше, чем сила тока I, то напряжение V падает; и если сила тока I равна силе тока I, то напряжение V остается постоянным. Далее описывается процесс работы системы контроля работы электромобиля на Фиг. 4 во время единичного периода Т.
C1
L11
1
C12
а) Во время движения электромобиля, если бортовому аккумулятору 5 требуется обогрев, модуль 100 управления обогревательным контуром включает реверсивное распределительное устройство 1, и обогревательный контур 11 соединяется с бортовым аккумулятором 5, образуя замкнутую цепь обогрева. Бортовой аккумулятор 5 разряжается через обогревательный контур 11, и напряжение V накопителя заряда С1 растет. При этом бортовой аккумулятор 5 также заряжает нагрузочный конденсатор С12 через элемент L11 удерживания тока, и рабочий контур 6 электромобиля питается энергией с нагрузочного конденсатора С12. В это время, поскольку сила тока I поступающего в элемент L11 удерживания тока меньше, чем сила тока I, идущего от нагрузочного конденсатора С12 в рабочий контур 6 электромобиля, выходное напряжение V нагрузочного конденсатора С12 падает в период времени t1, показанный на Фиг. 5.
C1
L11
1
C12
b) Когда ток прямого направления в замкнутой цепи начинает снижаться от максимального значения, накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11 начинает заряжать бортовой аккумулятор 5 через замкнутую цепь обогрева, и напряжение V накопителя С1 заряда падает. При этом накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11 также заряжает нагрузочный конденсатор С12 через элемент L11 удерживания тока, и рабочий контур 6 получает энергию с нагрузочного конденсатора С12. В это время, поскольку сила тока I, поступающего в элемент L11 удерживания тока, больше силы тока I, идущего от нагрузочного конденсатора С12 в рабочий контур 6 электромобиля, выходное напряжение V нагрузочного конденсатора С12 возрастает, в период времени t2, показанный на Фиг. 5.
C1
L11
1
C12
c) Когда накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11 разряжается до минимального напряжения, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает реверсивное распределительное устройство 1 для отсоединения обогревательного контура 11 от бортового аккумулятора 5, и величина напряжения V накопителя С1 заряда остается постоянной. В это время рабочий контур 6 электромобиля питается энергией с нагрузочного конденсатора С12. Поскольку сила тока I входящего в элемент L11 удерживания тока равна силе тока I, идущего от нагрузочного конденсатора С12 в рабочий контур 6 электромобиля, величина выходного напряжения V нагрузочного конденсатора С12 остается постоянной в показанный на Фиг. 5 период времени t3.
Как показано на Фиг. 5, график напряжения имеет тенденцию к стабильности, благодаря тому, что элемент L11 удерживания тока соединен с нагрузочным конденсатором С12 образуя контур LC фильтра, который может сглаживать произвольную пульсацию напряжения, вызываемую обогревательным контуром 11, и снижает колебания напряжения нагрузочного конденсатора С12.
В системе контроля работы электромобиля согласно описанному варианту предлагаемого изобретения, при использовании элемента L11 удерживания тока и нагрузочного конденсатора С12, образующих контур LC фильтра, когда бортовой аккумулятор обогревается при движении электромобиля, контур LC фильтра может сглаживать отрицательное напряжение, создаваемое обогревательным контуром 11 и снижать колебания выходного напряжения нагрузочного конденсатора С12. Это придает стабильность выходному напряжению нагрузочного конденсатора С12 и устраняет мешающее влияние на обогревательный контур 11, вызываемое нагрузочным конденсатором С12. Таким образом, обогревательный контур 11 и нагрузочный конденсатор С12 могут работать одновременно без мешающего влияния одного на другой.
Во время вышеописанного обогрева, когда ток течет обратно к бортовому аккумулятору 5 от обогревательного контура 11, энергия накопителя С1 заряда не полностью возвращается бортовому аккумулятора 5, и часть энергии остается в накопителе С1 заряда, что в конечном итоге делает напряжение накопителя С1 заряда приближающимся или равным напряжению бортового аккумулятора 5, приводя к тому, что энергия не может поступать от бортового аккумулятора 5 к накопителю С1 заряда, что неблагоприятно для циклической работы обогревательного контура 11.
В связи с этим в предпочтительном варианте предлагаемого изобретения, система далее снабжена дополнительными блоками, которые суммируют энергию накопителя С1 заряда и энергию бортового аккумулятора 5 и переносят энергию накопителя С1 заряда к другим накопителям энергии. В определенное время реверсивное распределительное устройство 1 отключается, и энергия накопителя С1 заряда суммируется и/или переносится.
На Фиг. 6 представлена схема системы контроля работы электромобиля согласно предпочтительному варианту предлагаемого изобретения. Как показано на Фиг. 6, обогревательный контур 11 содержит блок 300 суммирования энергии, который соединен с ветвью, образованной элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда, и выполняет функцию суммирования энергии обогревательного контура 11 и энергии бортового аккумулятора 5 после того, как реверсивное распределительное устройство 1 выключается из включенного состояния. Блок 300 суммирования энергии дает возможность бортовому аккумулятору 5 заряжаться энергией накопленной накопителем С1 заряда после того, как реверсивное распределительное устройство 1 включается снова, что повышает эффективность работы обогревательного контура 11.
На Фиг. 7 показана схема одного из вариантов блока 300 суммирования энергии, который содержит блок 102 изменения полярности. Блок 102 изменения полярности соединен с ветвью, образованной элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда, и выполняет функцию изменения полярности напряжения накопителя С1 заряда после выключения реверсивного распределительного устройства 1. Так как полярность напряжения накопителя С1 заряда после изменения полярности и полярность напряжения бортового аккумулятора 5 становятся одинаковыми, то, когда реверсивное распределительное устройство 1 снова включается, энергия накопителя С1 заряда может складываться с энергией бортового аккумулятора 5.
На Фиг. 8 показана схема одного из вариантов блока 102 изменения полярности, который содержит однополюсные двунаправленные переключатели J1 и J2. Однополюсный двунаправленный переключатель Л находится около обоих выводов накопителя С1 заряда. Ввод однополюсного двунаправленного переключателя J1 соединен с обогревательным контуром 11, первый вывод однополюсного двунаправленного переключателя J1 соединен с первой пластиной накопителя С1 заряда, а второй вывод однополюсного двунаправленного переключателя J1 соединен со второй пластиной накопителя С1 заряда. Однополюсный двунаправленный переключатель J2 находится около обоих выводов накопителя С1 заряда. Ввод однополюсного двунаправленного переключателя J2 соединен с обогревательным контуром 11. Первый вывод однополюсного двунаправленного переключателя J2 соединен со второй пластиной накопителя С1 заряда, а второй вывод - с первой пластиной накопителя С1 заряда. Модуль 100 управления обогревательным контуром соединен с однополюсным двунаправленным переключателем J1 и однополюсным двунаправленным переключателем J2 соответственно, для смены полярности напряжения накопителя С1 заряда путем изменения соответствующих связей между вводом и выводами однополюсных двунаправленных переключателей J1 и J2.
Согласно вышеописанному варианту, соответствующие связи между вводом и выводами однополюсных двунаправленных переключателей J1 и J2 могут быть заданы следующим образом: когда реверсивное распределительное устройство 1 включено, ввод однополюсного двунаправленного переключателя Л соединен с первым выводом однополюсного двунаправленного переключателя J1, а ввод однополюсного двунаправленного переключателя J2 соединен с первым выводом однополюсного двунаправленного переключателя J2; а когда реверсивное распределительное устройство 1 выключено модулем 100 управления обогревательным контуром, ввод однополюсного двунаправленного переключателя J1 переключен на соединение со вторым выводом однополюсного двунаправленного переключателя J1, и ввод однополюсного двунаправленного переключателя J2 переключен на соединение со вторым выводом однополюсного двунаправленного переключателя J2. Таким образом достигается изменение полярности напряжения накопителя заряда С1.
На Фиг. 9 представлена схема другого варианта блока 102 изменения полярности, который содержит полупроводниковый элемент D3, элемент L2 удерживания тока и переключатель K9. Накопитель С1 заряда, элемент L2 удерживания тока и переключатель K9 соединены последовательно, образуя замкнутую цепь. Полупроводниковый элемент D3 соединен последовательно между накопителем С1 заряда и элементом L2 удерживания тока или между элементом L2 удерживания тока и переключателем K9. Обогревательный контур 11 также соединен с переключателем K9 для изменения полярности напряжения накопителя заряда С1 путем включения переключателя K9.
Согласно описанному выше варианту изобретения, когда реверсивное распределительное устройство 1 выключено, переключатель K9 включается модулем 100 управления обогревательным контуром. Соответственно, накопитель С1 заряда образует LC колебательный контур с полупроводниковым элементом D3, элементом L2 удерживания тока и переключателем K9. Накопитель С1 заряда разряжается через элемент L2 удерживания тока, и смена полярности напряжения накопителя С1 заряда достигается, когда сила ток в колебательном контуре возвращается к нулю после прохождения положительного полупериода.
Фиг. 10 представляет схему еще одного из вариантов блока 102 изменения полярности, содержащего первый DC-DC модуль 2 и накопитель С2 заряда. Первый DC-DC модуль 2 соединен с накопителем С1 заряда и накопителем С2 заряда соответственно. Модуль 100 управления обогревательным контуром также соединен с первым DC-DC модулем 2 для переноса энергии накопителя С1 заряда к накопителю С2 заряда, а затем для обратного переноса энергии накопителя С2 к накопителю С1 заряда путем управления первым DC-DC модулем 2 так, чтобы изменить полярность напряжения накопителя С1 заряда.
Первый DC-DC модуль 2 является обычным DC-DC преобразователем (постоянный ток в постоянный ток) для изменения полярности напряжения. Схема первого DC-DC модуля 2 не ограничивает предлагаемое изобретение. Для достижения смены полярности напряжения накопителя С1 заряда специалист может дополнить, заменить или удалить элементы в контуре в соответствии с текущими требованиями.
На Фиг. 11 показана схема одного из вариантов первого DC-DC модуля 2, который содержит реверсивные переключатели Q1, Q2, Q3, и Q4, первый трансформатор Т1, полупроводниковые элементы D4 и D5, элемент L3 удерживания тока, реверсивный переключатель Q5, реверсивный переключатель Q6, второй трансформатор Т2 и полупроводниковые элементы D6, D7 и D8.
В этом варианте все реверсивные переключатели Q1 - Q4 являются переключателями MOSFET, а реверсивные переключатели Q5 и Q6 - переключателями IGBT. Вывод 1, вывод 4 и вывод 5 первого трансформатора Т1 являются точечными выводами, и вывод 2 и вывод 3 второго трансформатора Т2 также являются точечными выводами.
Анод полупроводникового элемента D7 соединен с выводом а конденсатора С1, а катод полупроводникового элемента D7 соединен со стоками реверсивного переключателя Q1 и реверсивного переключателя Q2 соответственно. Исток реверсивного переключателя Q1 соединен со стоком реверсивного переключателя Q3. Исток реверсивного переключателя Q2 соединен со стоком реверсивного переключателя Q4. Истоки и реверсивного переключателя Q3, и реверсивного переключателя Q4 соединены с выводом b конденсатора С1, образуя этим полную мостовую схему, в которой полярность напряжения на выводе а конденсатора С1 является положительной, а полярность напряжения на выводе b является отрицательной.
Далее в полной мостовой схеме реверсивный переключатель Q1 и реверсивный переключатель Q2 образуют верхние плечи моста, реверсивный переключатель Q3 и реверсивный переключатель Q4 образуют нижние плечи моста. Полная мостовая схема соединена с накопителем С2 заряда через первый трансформатор Т1. Вывод 1 первого трансформатора Т1 соединен с первым узлом N1, вывод 2 первого трансформатора Т1 соединен со вторым узлом N2, а выводы 3 и 5 первого трансформатора Т1 соединены с анодами полупроводниковых элементов D4 и D5 соответственно. Катоды полупроводникового элемента D4 и полупроводникового элемента D5 соединены с одним выводом элемента L3 удерживания тока. Другой вывод элемента L3 удерживания тока соединен с выводом d накопителя С2 заряда. Вывод 4 первого трансформатора Т1 соединен с выводом с накопителя С2 заряда. Анод полупроводникового элемента D8 соединен с выводом d накопителя С2 заряда, а катод полупроводникового элемента D8 - с выводом b накопителя С1 заряда. В это время полярность напряжения на выводе с накопителя С2 заряда является отрицательной, а полярность напряжения на выводе d является положительной.
На Фиг. 11, вывод с накопителя С2 заряда соединен с эмиттером реверсивного переключателя Q5, а коллектор реверсивного переключателя Q5 соединен выводом 2 второго трансформатора Т2. Вывод 1 второго трансформатора Т2 соединен с выводом а накопителя С1 заряда. Вывод 4 второго трансформатора Т2 соединен с выводом а накопителя С1 заряда. Вывод 3 второго трансформатора Т2 соединен с анодом полупроводникового элемента D6, катод которого соединен с коллектором реверсивного переключателя Q6, а эмиттер реверсивного переключателя Q6 соединен с выводом b накопителя С2 заряда.
Затем включением и выключением реверсивных переключателей Q1 - Q6 управляет соответственно модуль 100 управления обогревательным контуром.
Далее будет описана работа первого DC-DC модуля 2.
1. После выключения реверсивного распределительного устройства 1, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает реверсивный переключатель Q5 и реверсивный переключатель Q6, и одновременно включает реверсивный переключатель Q1 и реверсивный переключатель Q4, формируя фазу А, и одновременно включает реверсивный переключатель Q2 и реверсивный переключатель Q3, формируя фазу В. Затем модуль 100 управления обогревательным контуром управляет фазой А и фазой В, включая их попеременно, так что образуется полная мостовая схема.
2. Когда полная мостовая схема работает, энергия накопителя С1 заряда передается накопителю С2 заряда через первый трансформатор Т1, полупроводниковый элемент D4, полупроводниковый элемент D5 и элемент L3 удерживания тока. В это время полярность напряжения на выводе с накопителя С2 заряда отрицательная, а полярность напряжения на выводе d - положительная.
3. Модуль 100 управления обогревательным контуром включает реверсивный переключатель Q5, и накопитель С1 заряда образует ветвь с накопителем С2 заряда через второй трансформатор Т2 и полупроводниковый элемент D8. Таким образом энергия из накопителя С2 заряда передается в обратном направлении накопителю С1 заряда, при этом часть энергии аккумулируется во втором трансформаторе Т2. В это время, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает реверсивный переключатель Q5 и включает реверсивный переключатель Q6. Далее энергия, накопленная во втором трансформаторе Т2 переносится к накопителю С1 заряда через второй трансформатор Т2 и полупроводниковый элемент D6, снова заряжая накопитель С1 заряда. В это время полярность напряжения на выводе а накопителя С1 заряда меняется на отрицательную, а полярность напряжения на выводе b накопителя С1 заряда меняется на положительную. Изменение полярности напряжения накопителя С1 заряда достигнуто.
Специалисту должно быть понятно, что описанные выше варианты не исчерпывают способы изменения полярности напряжения накопителя С1 заряда. Специалисты могут использовать и другие схемы изменения полярности напряжения накопителя С1 заряда, такие как подкачку зарядов.
На Фиг. 12 представлена схема системы контроля работы электромобиля согласно второму предпочтительному варианту предлагаемого изобретения. Как показано на схеме система содержит блок 400 переноса энергии, который соединен с ветвью, образованной элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда. Блок 400 переноса энергии передает энергию обогревательного контура 11 накопителю 500 энергии после того, как реверсивное распределительное устройство 1 выключается из включенного состояния. Блок 400 переноса энергии для возвращения в оборот энергии обогревательного контура 11. Накопителем 500 энергии может служить внешний конденсатор, низкотемпературный аккумулятор, энергосистема или любое другое электротехническое оборудование.
Предпочтительным накопителем 500 энергии является бортовой аккумулятор 5, при этом блок 400 переноса энергии содержит блок 103 подзарядки электроэнергии, который соединен с ветвью, образованной элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда, для переноса энергии обогревательного контура 11 к бортовому аккумулятору 5 после того, как реверсивное распределительное устройство 1 выключается из включенного состояния, как показано на Фиг. 13.
Согласно предлагаемому изобретению, когда энергия обогревательного контура 11 передается бортовому аккумулятору 5 блоком 103 подзарядки электроэнергии после выключения реверсивного распределительного устройства 1, передаваемая энергия может снова использоваться после следующего включения реверсивного распределительного устройства 1, что повышает эффективность работы обогревательного контура 11.
Фиг. 14 показывает схему варианта блока 103 подзарядки электроэнергии, который содержит второй DC-DC модуль 3. Второй DC-DC модуль 3 соединен с накопителем С1 заряда и бортовым аккумулятором 5 соответственно. Модуль 100 управления обогревательным контуром также соединен со вторым DC-DC модулем 3, для переноса энергии накопителя С1 заряда бортовому аккумулятору 5 с помощью управления вторым DC-DC модулем 3.
Второй DC-DC модуль 3 является обычным известным контуром DC-DC преобразователя для передачи энергии. Схема второго DC-DC модуля 3 не ограничивает предлагаемое изобретение. Для цели передачи энергии от накопителя С1 заряда специалист может дополнить, заменить или удалить элементы в контуре в соответствии с текущими требованиями.
На Фиг. 15 представлена схема одного из вариантов второго DC-DC модуля 3. Как показано на схеме второй DC-DC модуль 3 содержит реверсивный переключатель S1, реверсивный переключатель S2, реверсивный переключатель S3, реверсивный переключатель S4, третий трансформатор Т3, элемент L4 удерживания тока и четыре полупроводниковых элемента. В этом варианте все реверсивные переключатели S1, S2, S3 и S4 являются элементами MOSFET.
Вывод 1 и вывод 3 третьего трансформатора Т3 являются точечными выводами. Катоды двух из четырех полупроводниковых элементов соединены, образуя группу и точка их соединения соединена с положительной клеммой бортового аккумулятора 5 через элемент L4 удерживания тока. Аноды двух других полупроводниковых элементов соединены, образуя другую группу, и точка их соединения соединена с отрицательной клеммой бортового аккумулятора 5. Точки соединения между двумя группами соединены с выводом 3 и выводом 4 третьего трансформатора Т3 соответственно. Этим создается контур мостового выпрямителя.
Исток реверсивного переключателя S1 соединен со стоком реверсивного переключателя S3, а исток реверсивного переключателя S2 соединен со стоком реверсивного переключателя 84. Стоки реверсивных переключателей S1 и S2 соединены с положительным выводом накопителя С1 заряда, а истоки реверсивных переключателей S3 и S4 соединены с отрицательным выводом накопителя С1 заряда. Этим создается контур полного мостового выпрямителя.
В контуре полного мостового выпрямителя реверсивный переключатель S1 и реверсивный переключатель S2 образуют верхнее плечо моста, а реверсивный переключатель S3 и реверсивный переключатель S4 образуют нижнее плечо моста. Вывод 1 третьего трансформатора Т3 соединен с узлом между реверсивным переключателем S1 и реверсивным переключателем S3. Вывод 2 третьего трансформатора Т3 соединен с узлом между реверсивным переключателем S2 и реверсивным переключателем S4.
Реверсивные переключатели S1, S2, S3 и S4 включаются и выключаются модулем 100 управления обогревательным контуром.
Далее будет описана работа второго DC-DC модуля 3.
1. После того, как реверсивное распределительное устройство 1 выключается, модуль 100 управления обогревательным контуром одновременно включает реверсивные переключатели S1 и S4, формируя фазу А, и одновременно включает реверсивные переключатели S2 и S3, формируя фазу В. Далее модуль 100 управления обогревательным контуром управляет фазой А и фазой В, включая их попеременно, так что образуется полная мостовая схема.
2. Когда полная мостовая схема работает, энергия накопителя С1 заряда передается бортовому аккумулятору 5 через третий трансформатор Т3 и контур выпрямителя, который преобразует входящий переменный ток в постоянный ток, а затем направляет постоянный ток к бортовому аккумулятору 5 для подзарядки электроэнергии.
Специалисту должно быть понятно, что описанные выше варианты не исчерпывают способы передачи энергии обогревательного контура 11 к накопителям энергии. Специалисты могут использовать и другие схемы переноса энергии обогревательного контура 11 к накопителям энергии, такие как подкачку зарядов или трансформатор.
На Фиг. 16 показана схема системы контроля работы электромобиля согласно предпочтительному варианту предлагаемого изобретения, которая содержит блок 600 суммирования и передачи энергии. Блок 600 суммирования и передачи энергии соединен с участком цепи, образованным элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда для передачи части энергии из обогревательного контура 11 к накопителю 500 энергии после выключения реверсивного распределительного устройства 1, и дальнейшего сложения оставшейся энергии в обогревательном контуре 11 и энергии бортового аккумулятора 5. Блок 600 суммирования и передачи энергии может не только повысить эффективность работы обогревательного контура 11, но и возвращает энергию обогревательного контура 11.
Сложение оставшейся энергии в обогревательном контуре 11 и энергии бортового аккумулятора 5 достигается путем изменения полярности напряжения накопителя С1 заряда. Так как полярность напряжения накопителя С1 заряда после изменения полярности и полярность напряжения бортового аккумулятора 5 становятся одинаковыми, то, когда реверсивное распределительное устройство 1 снова включается, энергия накопителя С1 заряда может складываться с энергией бортового аккумулятора 5.
Фиг. 17 показывает схему предпочтительного варианта блока 600 суммирования и передачи энергии. Как показано на схеме блок 600 суммирования и передачи энергии содержит третий DC-DC модуль 4. Третий DC-DC модуль 4 соединен с накопителем С1 заряда и бортовым аккумулятором 5 соответственно. Модуль 100 управления обогревательным контуром также соединен с третьим DC-DC модулем 4 и управляет им для переноса части энергии накопителя С1 заряда к накопителю 500 энергии, и последующего суммирования оставшейся энергии в накопителе С1 заряда и энергии бортового аккумулятора 5.
Третий DC-DC модуль 4 является обычным известным контуром DC-DC преобразователя для передачи энергии и изменения полярности. Схема третьего DC-DC модуля 4 не ограничивает предлагаемое изобретение. Для цели передачи энергии и изменения полярности напряжения накопителя С1 заряда специалист может дополнить, заменить или удалить элементы в контуре в соответствии с текущими требованиями.
Как показано на Фиг. 17, третий DC-DC модуль 4 содержит реверсивный переключатель S1, реверсивный переключатель S2, реверсивный переключатель S3, а реверсивный переключатель S4, реверсивный переключатель S5, реверсивный переключатель S6, четвертый трансформатор Т4, полупроводниковый элемент D13, полупроводниковый элемент D14, элемент L4 удерживания тока и четыре других полупроводниковых элемента. В этом варианте реверсивный переключатель S1, реверсивный переключатель S2, реверсивный переключатель S3 и реверсивный переключатель S4 являются элементами MOSFET, а реверсивный переключатель S5 и реверсивный переключатель S6 являются элементами IGBT.
Вывод 1 и вывод 3 четвертого трансформатора Т4 являются точечными выводами. Катоды двух из четырех полупроводниковых элементов соединены и образуют группу, а точка их соединения соединена с положительной клеммой бортового аккумулятора 5 через элемент L4 удерживания тока. Аноды двух других полупроводниковых элементов соединены, образуя группу, и точка их соединения соединена с отрицательной клеммой бортового аккумулятора 5. Точки соединения между двумя группами соединены с выводом 3 и выводом 4 третьего трансформатора Т3 соответственно через реверсивный переключатель S5 и реверсивный переключатель S6. Так образуется контур мостового выпрямителя.
Далее, исток реверсивного переключателя S1 соединен со стоком реверсивного переключателя S3, исток реверсивного переключателя S2 соединен со стоком реверсивного переключателя S4, стоки реверсивного переключателя S1 и реверсивного переключателя S2 соединены с положительным выводом накопителя С1 заряда через полупроводниковый элемент D13, а истоки реверсивного переключателя S3 и реверсивного переключателя S4 соединены с отрицательным выводом накопителя С1 заряда через полупроводниковый элемент D14. Так образуется полный мостовой контур.
В полном мостовом контуре, реверсивный переключатель S1 и реверсивный переключатель S2 составляют верхнее плечо моста, реверсивный переключатель S3 и реверсивный переключатель S4 составляют нижнее плечо моста. Вывод 1 четвертого трансформатора Т4 соединен с узлом между реверсивным переключателем S1 и реверсивным переключателем S3, а вывод 2 четвертого трансформатора Т4 соединен с узлом между реверсивным переключателем S2 и реверсивным переключателем S4.
Управление включением и выключением реверсивных переключателей S1, S2, S3, S4, S5 и S6 осуществляется модулем 100 управления обогревательным контуром.
Далее будет описана работа третьего DC-DC модуля 4.
1. После того, как реверсивное распределительное устройство 1 выключается, и требуется перенос энергии для подзарядки накопителя С1 заряда модуль 100 управления обогревательным контуром включает реверсивные переключатели S5 и S6, и одновременно включает реверсивные переключатели S1 и S4, формируя фазу А, и одновременно включает реверсивные переключатели S2 и S3, формируя фазу В. Далее модуль 100 управления обогревательным контуром управляет фазой А и фазой В, включая их попеременно, обеспечивая работу полной мостовой схемы.
2.. Когда полная мостовая схема работает, энергия накопителя С1 заряда передается бортовому аккумулятору 5 через четвертый трансформатор Т4 и контур выпрямителя, который преобразует входящий переменный ток в постоянный ток, а затем направляет постоянный ток к бортовому аккумулятору 5 для подзарядки электроэнергии.
3. Когда полярность накопителя С1 заряда необходимо поменять для последующего суммирования энергии, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает реверсивный переключатель S5 и реверсивный переключатель S6, и включает реверсивный переключатель S1 и реверсивный переключатель S4 (или же включает реверсивный переключатель S2 и реверсивный переключатель S3). В это время энергия из накопителя С1 заряда перетекает в обратном направлении к отрицательному выводу через положительный вывод, реверсивный переключатель S1, первичную обмотку четвертого трансформатора Т4 и реверсивный переключатель S4, или энергия из накопителя С1 заряда перетекает в обратном направлении к отрицательному выводу через положительный вывод, реверсивный переключатель S2, первичную обмотку четвертого трансформатора Т4 и реверсивный переключатель S3, при этом полярность напряжения накопителя С1 заряда изменяется магнитной индуктивностью первичной обмотки четвертого трансформатора Т4.
В другом варианте блок 600 суммирования и передачи энергии может содержать блок суммирования энергии и блок переноса энергии. Блок переноса энергии соединен участком цепи, образованным элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда для переноса части энергии обогревательного контура 11 в накопитель 500 энергии после выключения реверсивного распределительного устройства 1. Блок суммирования энергии также соединен участком цепи, образованным элементом L1 удерживания тока и накопителем С1 заряда для суммирования оставшейся энергии обогревательного контура 11 и энергии бортового аккумулятора 5 после того как сработал блок переноса энергии.
Следует отметить, что любой блок 300 суммирования энергии и блок 400 переноса энергии, описанные выше, могут использоваться в данном случае для переноса и суммирования энергии в накопителе С1 заряда.
Специалисту должно быть понятно, что описанные выше варианты не исчерпывают способы передачи и последующего суммирования энергии в обогревательном контуре 11. Специалисты могут использовать и другие устройства для переноса и суммирования энергии в обогревательном контуре 11, например, генератор подкачки заряда.
Согласно другому варианту предлагаемого изобретения, система может содержать контур ограничения энергии, лимитирующий силу тока от обогревательного контура 11 к бортовому аккумулятору 5. Реверсивное распределительное устройство 1 может содержать первый однонаправленный участок цепи для передачи энергии от бортового аккумулятора 5 к обогревательному контуру 11 и второй однонаправленный участок цепи для передачи энергии от обогревательного контура 11 к бортовому аккумулятору 5. Модуль 100 управления обогревательным контуром соединен с первым однонаправленным участком цепи и/или вторым однонаправленным участком цепи для управления их подключением или отключением. Контур ограничения энергии может содержать элемент L111 удерживания тока, который соединен последовательно со вторым однонаправленным участком цепи для ограничения силы тока, идущего к бортовому аккумулятору 5.
На Фиг. 18 показана схема одного из вариантов реверсивного распределительного устройства 1, которое содержит переключатель K6, полупроводниковый элемент D11 и полупроводниковый элемент D12. Переключатель K6 и полупроводниковый элемент D11 соединены последовательно, образуя первый однонаправленный участок цепи, полупроводниковый элемент D12 образует второй однонаправленный участок цепи. Элемент L111 удерживания тока соединен с полупроводниковым элементом D12 последовательно. Модуль 100 управления обогревательным контуром соединен с переключателем K6, осуществляющим подключение или отключение первой однонаправленной ветви. В реверсивном распределительном устройстве, показанном на Фиг. 18, нагревание запускается только включением переключателя К6, и прекращается только выключением переключателя К6.
Хотя реверсивное распределительное устройство 1 на Фиг. 18 пропускает потоки энергии в прямом и обратном направлениях по относительно независимым участкам цепи, оно не может осуществить отключение обратного потока энергии. Для этого случая в настоящем изобретении представлен другой вариант реверсивного распределительного устройства 1.
На Фиг. 19 представлена схема другого варианта реверсивного распределительного устройства 1, которое может содержать переключатель К7 во второй однонаправленный участок цепи. Переключатель К7 соединен с полупроводниковым элементом D12 последовательно. Модуль 100 управления обогревательным контуром также соединен с переключателем К7 с помощью которого подключается или отключается второй однонаправленный участок цепи. Таким образом, имея переключатели (т.е. переключатель K6 и переключатель К7) на каждой из двух однонаправленных участков цепи, реверсивное распределительное устройство 1 на Фиг. 19 может отключить перенос энергии, как в прямом, так и в обратном направлении.
На Фиг. 19, элемент L111 удерживания тока соединен последовательно между полупроводниковым элементом D12 и переключателем К7, для ограничения силы тока, идущего к бортовому аккумулятору 5.
Согласно изобретению, когда бортовому аккумулятору нужен обогрев, модуль 100 управления обогревательным контуром включает реверсивное распределительное устройство 1. Бортовой аккумулятор 5 соединяется с обогревательным контуром 11, образуя замкнутую цепь, и заряжает накопитель С1 заряда. Когда ток замкнутой цепи снижается до нуля, накопитель С1 заряда начинает разряжаться, и ток течет в обратном направлении к бортовому аккумулятору 5 от накопителя С1 заряда. Ток как в прямом, так и в обратном направлении протекает через демпфирующий элемент R1, и бортовой аккумулятор 5 подогревается за счет нагревания демпфирующего элемента R1. Упомянутые зарядка и разрядка осуществляются попеременно. Когда температура бортового аккумулятора 5 заданного уровня, модуль 100 управления обогревательным контуром отключает реверсивное распределительное устройство 1 и прекращает работу обогревательного контура 11.
Для экономии элементов и уменьшения размеров обогревательного контура 11, в предпочтительном случае, элемент L111 удерживания тока может также использоваться в блоке 102 изменения полярности, ограничивая таким образом силу тока от обогревательного контура 11 к бортовому аккумулятору 5, когда меняется полярность напряжения накопителя С1 заряда.
На Фиг. 20 представлена схема обогревательного контура 11 согласно предпочтительному варианту предлагаемого изобретения. Как показано на Фиг. 20, реверсивное распределительное устройство 1 может использовать схему реверсивного распределительного устройства на Фиг. 19, элемент L111 удерживания тока соединен последовательно между полупроводниковым элементом D12 и переключателем К7 во втором однонаправленном участке цепи реверсивного распределительного устройства 1. Обогревательный контур 11 comprises полупроводниковый элемент D15, полупроводниковый элемент D16, переключатель K10, и переключатель K11. Катод полупроводникового элемента D16 подсоединен между переключателем K7 и элементом L111 удерживания тока. Анод полупроводникового элемента D16 соединен с одним выводом переключателя K11, а другой вывод переключателя K11 соединен с отрицательной клеммой бортового аккумулятора 5. Анод полупроводникового элемента D15 подсоединен между полупроводниковым элементом D12 и элементом L111 удерживания тока, а катод полупроводникового элемента D15 соединен с одним выводом переключателя K10, а другой вывод переключателя K10 соединен с отрицательной клеммой бортового аккумулятора 5. Модуль 100 управления обогревательным контуром также соединен с переключателями K10 и K11 соответственно для управления их включением или выключением.
В предпочтительном варианте модуль 100 управления обогревательным контуром может управлять переключателем K6, переключателем K7, переключателем K10 и переключателем K11 многими разными сочетаниями включено/выключено, которые позволяют осуществлять как перенос энергии между бортовым аккумулятором 5 и накопителем С1 заряда, так и изменение полярности напряжения накопителя С1 заряда.
Например, в случае, когда бортовой аккумулятор 5 нуждается в обогреве, модуль 100 управления обогревательным контуром включает переключатель K6 и переключатель K7 для подачи энергии от бортового аккумулятора 5 к накопителю С1 заряда, а затем - от накопителя С1 заряда к бортовому аккумулятору 5 (в котором переключатель K6 и переключатель K7 могут быть включены одновременно, или переключатель K7 может быть включен после выключения переключателя K6). Когда напряжение, прилагаемое к накопителю С1 заряда больше, чем первое заданное напряжение бортового аккумулятора 5, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает переключатель К7, включает переключатель К11, и затем выключает переключатель K11 до тех пор, пока сила тока, протекающего через элемент L111 удерживания тока, равна нулю. Также модуль 100 управления обогревательным контуром включает переключатель K7 и переключатель К10, чтобы сделать возможным изменение полярности напряжения накопителя С1 заряда.
В другом случае, когда бортовому аккумулятору 5 нужен обогрев, модуль 100 управления обогревательным контуром включает переключатель K6 и переключатель K7 для подачи энергии от бортового аккумулятора 5 к накопителю С1 заряда, а затем - от накопителя С1 заряда к бортовому аккумулятору 5. Когда напряжение, прилагаемое к накопителю С1 заряда, меньше или равно второму заданному напряжению бортового аккумулятора 5, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает переключатель K7 и включает переключатель K11. Когда ток, протекающий через элемент L111 удерживания тока, достигает второго заданного значения, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает переключатель K11 и включает переключатели K7 и K10. Когда ток, протекающий через элемент L111 удерживания тока, достигает первого заданного значения, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает переключатель K10, обеспечивая возможность передачи энергии из элемента L111 удерживания тока к бортовому аккумулятору 5. Когда ток, протекающий через элемент L111 удерживания тока, снижается до нуля, модуль 100 управления обогревательным контуром включает переключатель K7 и переключатель K10, давая возможность изменить полярность напряжения накопителя С1 заряда.
Далее, действие системы контроля работы электромобиля, включающей блок 300 суммирования энергии, будет описано со ссылками на Фиг. 21 и Фиг. 22.
В системе контроля работы электромобиля, изображенной на Фиг. 21, обогревательный контур 11 содержит соединенные последовательно демпфирующий элемент R1, элемент L1 удерживания тока, реверсивное распределительное устройство 1 и накопитель С1 заряда. Обогревательный контур 11 соединен с бортовым аккумулятором 5, образуя замкнутую цепь. Нагрузочный конденсатор С12 параллельно соединен с рабочим контуром 6 электромобиля и обеспечивает его энергией. Элемент L11 удерживания тока соединен с нагрузочным конденсатором С12 и обогревательным контуром 11 соответственно. Модуль 100 управления обогревательным контуром соединен с реверсивным распределительным устройством 1, подключающим или отключающим обогревательный контур 11 от бортового аккумулятора 5. Полупроводниковый элемент D3, элемент L2 удерживания тока и переключатель K9 образуют блок 102 изменения полярности. Модуль 100 управления обогревательным контуром может включать и выключать переключатель K9.
C1
C12
L11
1
C12
L11
1
L11
1
C12
L11
1
C12
L11
1
C12
На Фиг. 22 представлены график изменения напряжения и тока обогревательного контура 11 и нагрузочного конденсатора С12, показанных на Фиг. 21, на котором Т - один рабочий период системы контроля работы электромобиля, V - напряжение накопителя С1 заряда в обогревательном контуре 11, V - напряжение нагрузочного конденсатора С12, I - ток, входящий в элемент L11 удерживания тока, a I - ток, идущий от нагрузочного конденсатора С12 к рабочему контуру 6 электромобиля. Следует отметить, что возрастание и падение напряжения V зависит от соотношения между силой тока I (т.е. тока, питающего нагрузочный конденсатор С12) и силой тока I. Если I больше I, напряжение V растет; если I меньше I, то напряжение V падает; и если сила тока I равна силе тока I, напряжение V остается постоянным. Система контроля работы электромобиля, показанная на Фиг. 21, в течение единичного периода Т действует следующим образом:
C1
L11
1
C12
a) Во время движения электромобиля, если бортовому аккумулятору нужен обогрев, модуль 100 управления обогревательным контуром включает реверсивное распределительное устройство 1, и обогревательный контур 11 соединяется с бортовым аккумулятором 5, образуя замкнутую цепь обогрева. Бортовой аккумулятор 5 разряжается через обогревательный контур 11, то есть бортовой аккумулятор 5 заряжает накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11, и напряжение V накопителя С1 заряда растет. При этом бортовой аккумулятор 5 также заряжает нагрузочный конденсатор С12 через элемент L11 удерживания тока, и рабочий контур 6 электромобиля получает энергию с нагрузочного конденсатора С12. В это время, поскольку ток I поступающий в элемент L11 удерживания тока меньше тока I идущего от нагрузочного конденсатора С12 к рабочему контуру 6 электромобиля, выходное напряжение V нагрузочного конденсатора С12 падает в период t1 на графике Фиг. 22.
C1
L11
1
C12
b) Когда сила тока в замкнутой цепи обогрева возвращается к нулю от максимального значения тока, накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11 начинает заряжать бортовой аккумулятор 5 через замкнутую цепь обогрева, и напряжение V накопителя С1 заряда падает. При этом накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11 также заряжает нагрузочный конденсатор С12 через элемент L11 удерживания тока, и рабочий контур 6 электромобиля питается энергией от нагрузочного конденсатора С12. В это время, поскольку сила тока I, идущего в элемент L11 удерживания тока, больше, чем сила тока I, идущего от нагрузочного конденсатора С12 к рабочему контуру 6 электромобиля, выходное напряжение V нагрузочного конденсатора С12 растет в период времени t2, показанный на Фиг. 22.
C1
L11
1
C12
c) Когда накопитель С1 заряда в обогревательном контуре 11 разряжается до минимального напряжения, модуль 100 управления обогревательным контуром выключает реверсивное распределительное устройство 1, отсоединяя таким образом обогревательный контур 11 от бортового аккумулятора 5. При этом модуль 100 управления обогревательным контуром включает переключатель K9, давая возможность работать блоку 102 изменения полярности, то есть, накопитель С1 заряда разряжается через замкнутую цепь, образованную полупроводниковым элементом D3, элементом L2 удерживания тока и переключателем K9 для изменения полярности напряжения. В это время напряжение V накопителя С1 заряда падает до отрицательной величины, и затем модуль 100 управления обогревательным контуром выключает переключатель K9. В это время, поскольку рабочий контур 6 питается энергией с нагрузочного конденсатора С12, сила тока I, идущего в элемент L11 удерживания тока, равна силе тока I, идущего от нагрузочного конденсатора С12 к рабочему контуру 6, и, таким образом, выходное напряжение V нагрузочного конденсатора С12 остается постоянным, в период времени t3, показанный на Фиг. 22.
На графике Фиг. 22 можно четко видеть, что напряжение и ток сохраняют стабильность, благодаря тому, что элемент L11 удерживания тока соединен с нагрузочным конденсатором С12, образуя контур LC фильтра, который может сглаживать произвольные колебания напряжения, вызываемые обогревательным контуром 11, и уменьшает пульсацию выходного напряжения нагрузочного конденсатора С12.
Хотя были представлены и описаны поясняющие примеры, специалисту должно быть понятно, что в конструктивных вариантах, не отклоняясь от духа и смысла изобретения, могут присутствовать изменения, варианты и модификации. Такие изменения, варианты и модификации попадают в объем испрашиваемой защиты, определяемый формулой изобретения и ее эквивалентами.