ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ДЛЯ РАЗРЯДКИ НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
ELECTRIC CIRCUIT FOR DISCHARGE OF VEHICLE ENERGY ACCUMULATOR

Изобретение относится к электрической схеме для разрядки накопителя энергии транспортного средства, в частности, для разрядки накопителя электрической энергии, который предусмотрен для снабжения электрической машины транспортного средства.
В частично гибридных (mild hybrid), гибридных и электрических транспортных средствах, наряду или вместо обычной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, используются дополнительные накопители электрической энергии, которые предусмотрены для снабжения электрической машины в трансмиссии. Такой дополнительный накопитель энергии является часто литий-ионным аккумулятором или высокоемкостным накопителем энергии. Высокоемкостные накопители энергии на основе двухслойных конденсаторов являются особенно предпочтительными относительно емкости на единицу массы. При этом используются предпочтительно так называемые ультраконденсаторы (сокращенно обозначаемые как Ultracap или накопители Ultracap).
При использовании в трансмиссии накопителей энергии с высокой мощностью и небольшой энергоемкостью, таких как, например, ультраконденсаторы, они обычно перед остановкой транспортного средства в последнем процессе торможения заряжаются почти до максимального полезного напряжения. В частности, ультраконденсаторы в состоянии полного напряжения стареют наиболее быстро, так что хранение таких накопителей энергии с высокими напряжениями зарядки, в частности, в полностью заряженном состоянии, вредно для срока службы накопителя энергии.
С другой стороны, автоматическая полная разрядка ультраконденсатора при остановке транспортного средства или в фазе стопа старт-стопного режима является не целесообразной с энергетической точки зрения.
Таким образом, задачей изобретения является создание возможности разрядки накопителя энергии, который предусмотрен для снабжения электрической машины в трансмиссии, с помощью которой состояние зарядки накопителя энергии можно регулировать так, что предотвращается сильное отрицательное влияние на длительность срока службы накопителя энергии при длительных остановках, и одновременно может уменьшаться бесполезная трата энергоемкости накопителя энергии. В частности, в основу изобретения положена задача простого и дешевого выполнения такой возможности разрядки.
Эти задачи решены с помощью электрической схемы с признаками основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и поясняются более подробно в последующем описании частично со ссылками на фигуры.
Изобретение основывается, с одной стороны, на понимании того, что во время длительных фаз остановки транспортного средства разрядка накопителя энергии на средний уровень напряжения представляет хороший компромисс с энергетической точки зрения и с точки зрения срока службы. Представляется возможным разряжать накопитель энергии всегда на средний уровень напряжения, когда распознается остановка транспортного средства за счет размыкания выключателя зажигания – клеммы 15. Однако в рамках изобретения было установлено, что размыкание выключателя зажигания на основании сигналов клеммы 15 не обязательно указывает длительную фазу остановки транспортных средств, в частности, транспортных средств для перевозки грузов и пассажиров. Более того, было установлено, что сигнал «выключатель зажигания выключен» клеммы 15 транспортных средств, в частности, транспортных средств для перевозки грузов и пассажиров, часто возникает 10-15 раз за день, так что запуск процесса разрядки непосредственно после распознавания сигнала клеммы 15, который указывает на остановку транспортного средства, является нецелесообразным с энергетической точки зрения. Предпочтительно после распознавания процесса остановки транспортного средства выждать латентную фазу, прежде чем будет начат процесс разрядки накопителя энергии на средний уровень напряжения.
Таким образом, согласно общему аспекту изобретения, предлагается электрическая схема для разрядки накопителя энергии транспортного средства. Электрическая схема содержит накопитель электрической энергии, который предусмотрен для снабжения электрической машины транспортного средства, которая предпочтительно выполнена в виде тяговой машины или в виде пускового генератора коленчатого вала, и схему разрядки. Схема разрядки снабжается напряжением через накопитель энергии и имеет сопротивление разрядки, элемент сравнения напряжения и переключающее устройство активации, предпочтительно в виде последовательного соединения из сопротивления разрядки, элемента сравнения напряжения и переключающего устройства активации.
При этом с помощью переключающего устройства активации после окончания латентной фазы (фазы задержки) после остановки транспортного средства запускается процесс разрядки накопителя энергии через сопротивление разрядки. При этом переключающее устройство активации может быть предназначено для запуска процесса разрядки накопителя энергии через сопротивление разрядки после окончания латентной фазы (фазы задержки) с момента остановки транспортного средства. Переключающее устройство активации, например, после окончания латентной фазы (фазы задержки) с момента остановки транспортного средства, например, управляющим устройством транспортного средства, может запускаться извне, для запуска процесса разрядки накопителя энергии через сопротивление разрядки. Латентная фаза может быть, например, установлена на значение, которое лежит в диапазоне от 5 минут до 1 часа, более предпочтительно в диапазоне от 10 минут до 30 минут или еще более предпочтительно в диапазоне от 10 минут до 20 минут.
Далее, элемент сравнения напряжения предназначен для проведения сравнения напряжения между фактическим напряжением накопителя энергии и пороговым значением напряжения и завершения процесса разрядки накопителя энергии, когда при сравнении напряжения фактическое напряжение накопителя энергии меньше или равно пороговому значению напряжения.
Таким образом, электрическая схема, согласно изобретению, обеспечивает возможность разрядки накопителя энергии до заданного порогового значения напряжения, которое предпочтительно соответствует среднему уровню напряжения, так что накопитель энергии разряжается не полностью. За счет этого можно предотвращать, с одной стороны, энергетически не эффективную полную разрядку и, с другой стороны, сильное отрицательное влияние на длительность срока службы накопителя энергии при длительных остановках. Далее, особое преимущество изобретения состоит в том, что процесс частичной разрядки происходит не тотчас при остановке транспортного средства, а с задержкой, т.е. лишь после окончания латентной фазы, так что предотвращаются энергетически не эффективные процессы разрядки в процессе остановки транспортного средства, в котором режим движения снова запускается после короткого времени остановки.
Для особенно дешевой реализации схемы разрядки, согласно другому варианту выполнения изобретения предпочтительно, когда элемент сравнения напряжения выполнен в виде пассивного переключателя сравнения напряжения. При этом переключатель сравнения напряжения замкнут, когда фактическое напряжение накопителя энергии больше порогового значения напряжения, и разомкнут, когда фактическое напряжение накопителя энергии меньше или равно пороговому значению напряжения.
Далее, предпочтительно, когда элемент сравнения напряжения имеет гистерезис переключения, с целью предотвращения неопределенного «колебания» режима переключения вокруг порогового значения напряжения на основании эффектов восстановления накопителя энергии.
Согласно одному примеру выполнения изобретения, переключающее устройство активации может содержать реле времени, которое после заданного латентного времени после остановки транспортного средства, предпочтительно после выключения выключателя зажигания, замыкается. Лишь в замкнутом состоянии реле времени возможна разрядка накопителя энергии через сопротивление разрядки. Лишь в качестве примера латентное время может лежать в диапазоне от 10 до 30 минут. Такие реле времени могут быть дешевыми и обеспечивают то преимущество, что латентное время для запуска процесса разрядки может быть просто установлено, и по потребности в зависимости от типа транспортного средства и/или вида использования транспортного средства, предварительно установлено на различные значения.
В одном предпочтительном варианте выполнения этого примера выполнения переключающее устройство активации содержит расположенный последовательно с реле времени выключатель, который соединен с клеммой 15 транспортного средства так, что выключатель замкнут, когда на клемму 15 подают сигнал «выключатель зажигания выключен». Выключатель разомкнут, когда нет сигнала «выключатель зажигания выключен», т.е. при включенном выключателе зажигания. Через клемму 15 устройство зажигания и устройство подачи топлива транспортного средства снабжаются током. При остановке двигателя внутреннего сгорания, с размыканием выключателя зажигания, напряжение на клемме 15 движется к 0 В, что соответствует сигналу «выключатель зажигания выключен». Если появляется этот сигнал, то отключаются соединенные с клеммой 15 потребители. Таким образом, в соответствии с этим вариантом выполнения процесс разрядки возможен лишь тогда, когда как выключатель, который соединен с клеммой 15 транспортного средства, так и реле времени, замкнуты.
Согласно альтернативному примеру выполнения изобретения, переключающее устройство активации может содержать температурный выключатель, который замкнут, когда сигнал температуры становится меньше заданного порогового значения температуры, при этом температурный сигнал указывает изменение температуры конструктивного элемента, который охлаждается после остановки транспортного средства. Лишь в замкнутом состоянии температурного выключателя возможна разрядка накопителя энергии через сопротивление разрядки. Предпочтительно, заданное пороговое значение температуры следует выбирать так, что длительность охлаждения конструктивного элемента с рабочей температуры до порогового значения температуры после остановки транспортного средства лежит в диапазоне желаемого латентного времени для запуска процесса разрядки. Конструктивный элемент, температура которого измеряется для определения условия запуска процесса разрядки, может быть двигателем внутреннего сгорания. В качестве альтернативного решения, можно применять также любой другой конструктивный элемент, который в режиме движения нагревается до рабочей температуры и снова охлаждается в остановленном состоянии, для измерения порогового значения температуры, который указывает, что транспортное средство дольше заданной фазы задержки не включалось снова в работу.
В одном предпочтительном варианте выполнения этого примера выполнения, переключающее устройство активации содержит, аналогично примеру выполнения с реле времени, расположенный последовательно с температурным выключателем выключатель, который соединен с клеммой 15 транспортного средства так, что выключатель замкнут, когда на клемме 15 имеется сигнал «выключатель зажигания выключен».
В особенно предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что накопитель энергии является конденсаторным накопителем энергии, предпочтительно Ultracap-накопителем.
Другой аспект изобретения относится к транспортному средству, в частности, транспортному средству для перевозки грузов и пассажиров, содержащему электрическую схему, согласно данному изобретению.
Указанные выше предпочтительные варианты выполнения и признаки изобретения можно произвольно комбинировать друг с другом. Другие подробности и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания со ссылками на прилагаемую фиг. 1, на которой изображена блок-схема электрической схемы, согласно одному варианту выполнения изобретения.
Электрическая схема содержит ультраконденсатор ( Ultracap-накопитель 2), который через соединительные элементы 8 соединен с электрической машиной, например, в виде пускового генератора коленчатого вала (KSG) (не изображен) транспортного средства, соответственно, с бортовой сетью, частью бортовой сети или высоковольтной сетью транспортного средства, с целью снабжения электрической машины в режиме электродвигателя электрической энергией, и для накопления создаваемой в режиме генератора электрической машины электрической энергии.
Далее, электрическая схема содержит автономную разрядную схему 1 для ультраконденсатора 2, которая сама снабжается из ультраконденсатора 2. Разрядная схема 1 образована из последовательного подключения разрядного сопротивления 3, элемента 4 сравнения напряжения и переключающего устройства 5 активации. Переключающее устройство 5 активации предназначено для запуска после завершения латентной фазы после остановки транспортного средства процесса разрядки накопителя 2 энергии через разрядное сопротивление 3.
Для этого переключающее устройство 5 активации выполнено из последовательного подключения реле 6 времени и выключателя 7, который соединен с клеммой 15 транспортного средства (не изображена). Выключатель 7 замыкается, когда на клемме 15 имеется сигнал «выключатель зажигания выключен», т.е. выключатель 7 замыкается при выключении зажигания, что указывает на процесс остановки. Реле 6 времени в этом момент времени еще разомкнуто и замыкается лишь после заданного латентного времени после остановки транспортного средства, предпочтительно после выключения выключателя зажигания и тем самым после замыкания выключателя 7. Латентное время может иметь, например, значение в диапазоне от 10 до 30 минут.
Как указывалось выше, вместо реле 6 времени можно применять также температурный выключатель, который переключается в зависимости от сигнала температуры, который соответствует температуре двигателя внутреннего сгорания (не изображен). Согласно этому варианту выполнения, температурный выключатель замыкается, когда двигатель внутреннего сгорания охлаждается после остановки до заданного уровня температуры.
Элемент 4 сравнения напряжения выполнен в виде пассивного выключателя 4 сравнения напряжения, который замкнут, когда фактическое напряжение накопителя энергии больше заданного порогового значения напряжения, и который разомкнут, когда фактическое напряжение накопителя энергии меньше или равно заданному пороговому значению напряжения. Заданное пороговое значение напряжения задано средним уровнем напряжения ультраконденсатора 2.
Таким образом, при не остановленном транспортном средстве, т.е. в нормальном режиме движения, выключатели 6 и 7 разомкнуты. При остановке водителем транспортного средства, т.е. размыкании выключателя зажигания, так что напряжение на клемме 15 падает до нуля, соответственно, к клемме подается сигнал «выключатель зажигания выключен», выключатель 7 замыкается. Выключатель 6 сначала еще разомкнут. По истечении латентного времени замыкается также выключатель 6. Если в этот момент времени напряжение зарядки ультраконденсатора 2 лежит выше заданного порогового значения напряжения, то ультраконденсатор 2 разряжается через разрядное сопротивление 3. Процесс разрядки завершается, если фактическое напряжение зарядки ультраконденсатора 2 падает до заданного порогового значения напряжения, поскольку в этом случае размыкается выключатель 4 сравнения напряжения.
Хотя описание изобретения было приведено на основе определенных примеров выполнения, для специалистов в данной области техники понятно, что могут быть выполнены различные изменения, и в качестве замены можно применять эквиваленты, без выхода за объем изобретения. Дополнительно к этому, могут быть выполнены многие модификации, без выхода за соответствующий объем. Следовательно, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами выполнения, а должно охватывать все примеры выполнения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения. В частности, изобретение претендует также на защиту предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от подчиненности.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
1 Схема разрядки
2 Ультраконденсаторный накопитель
3 Сопротивление
4 Выключатель сравнения напряжения
5 Переключающее устройство активации 6 Реле времени
7 Выключатель, соединенный с клеммой 15
8 Соединение с бортовой сетью