ЭЛЕКТРОПРИВОД КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.
Известны гибридные автомобили на топливных элементах, содержащие аккумуляторную батарею, присоединенную через управляемый преобразователь к приводному двигателю колес (1). В устройстве предусмотрена организация цепей для использования энергии торможения колес. Однако установка имеет недостаточную энергетическую эффективность. Это объясняется тем, что при рекуперационном торможении генерируемое напряжение падает, а накопленный заряд в батарее растет, в результате чего по мере выравнивания потенциалов батареи и генератора темп зарядки батареи замедляется, а затем и вовсе прекращается.
Наиболее близким к полезной модели устройством является электропривод колес автомобиля (2), содержащий аккумуляторную батарею, которая подключена к приводному двигателю через управляемый преобразователь напряжения. Для повышения эффективности гибридной силовой установки и улучшения ее энергетических характеристик управляемый преобразователь выполнен с возможностью передачи электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения, а рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении - с повышающим коэффициентом преобразования напряжения. В известном устройстве роль накопительного элемента, «принимающего» энергию рекуперации, выполняет аккумуляторная батарея. Однако батарея не способна за короткое время процесса рекуперации принять соответствующую порцию энергии, а при резком увеличении напряжения может просто выйти из строя, результатом чего является снижение надежности и КПД.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является повышение КПД и надежности устройства.
Технический результат достигается за счет того, что в электроприводе колес автомобиля, содержащем источник электроэнергии, предназначенный для зарядки аккумуляторной батареи, которая присоединена к приводному двигателю колес через управляемый преобразователь напряжения, обеспечивающий передачу электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении с повышающим
коэффициентом преобразования напряжения (2), параллельно входу управляемого преобразователя напряжения подключен блок накопительных элементов, присоединенный к аккумуляторной батарее через диод, включенный в прямом направлении относительно направления передачи электроэнергии на приводной двигатель, причем блок накопительных элементов может быть выполнен в виде молекулярных конденсаторов.
На чертеже представлена конструктивная схема электропривода колес автомобиля.
Устройство содержит источник электроэнергии 1, предназначенный для зарядки аккумуляторной батареи 2. Источник электроэнергии 1 может быть выполнен на топливных элементах, паре «двигатель внутреннего сгорания - генератор» или в виде автономного блока питания, подсоединяемого на время к аккумуляторной батарее 2. Аккумуляторная батарея 2 через разделительный диод 3 подключена к блоку накопительных элементов 4, которые могут быть выполнены в виде молекулярных конденсаторов. Блок накопительных элементов 4 подключен параллельно входу управляемого преобразователя напряжения 5, обеспечивающего передачу электроэнергии на приводной двигатель 6 с понижающим коэффициентом преобразования напряжения и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя 6 при его торможении с повышающим коэффициентом преобразования напряжения (функцией понижения напряжения при движении автомобиля и повышения напряжения при рекуперационном торможении).
Преобразователь постоянного напряжения может быть выполнен по любой из известных схем, см., например, B.C.Моин « Стабилизированные транзисторные преобразователи» М., Энергоатомиздат, 1986 г.
Приводной двигатель может быть выполнен по схеме электрической машины постоянного тока или переменного тока с преобразователем постоянного тока в переменный. Двигатель может приводить колеса во вращение непосредственно либо через редуктор.
Устройство работает следующим образом.
2
От источника электроэнергии 1, размещенного на автомобиле либо вне его, заряжается аккумуляторная батарея 2. Одновременно через разделительный диод 3 энергия поступает в блок молекулярных конденсаторов 4, при этом напряжение на аккумуляторе U примерно равно напряжению на конденсаторах 4.
При включении преобразователя 5 электроэнергия поступает на приводной двигатель 6, и колеса 7 автомобиля начинают движение. Регулирование скорости вращения осуществляется путем изменения выходного напряжения преобразователя 5.
4
При торможении передача энергии от аккумулятора 2 к двигателю 6 с помощью преобразователя 5 прекращается (путем подачи на его блок управления внешнего сигнала) и двигатель переходит в режим генератора, при этом на колеса передается тормозящий момент, пропорциональный току, отдаваемому генератором 6. Преобразователь 5 функционирует в режиме повышения напряжения от двигателя - генератора 6, которое поступает в накопительный блок 4, причем, если напряжение на нем увеличится, например, в два раза, то запасенная им энергия W увеличится в четыре раза. Напряжение на блоке конденсаторов U возрастает, превышая напряжение на аккумуляторной батарее 2. После того, как основная энергия движения автомобиля поступила в блок 4 конденсаторов, могут включаться тормозные колодки.
2
4
При дальнейшем движении подача энергии на преобразователь 5 осуществляется от блока молекулярных конденсаторов 4, причем этот процесс будет длиться до момента достижения равенства напряжений на аккумуляторе (U) и блоке конденсаторов (U), которое фиксируется разделительным диодом 3, после чего питание электропривода реализуется от аккумуляторной батареи.
Далее процессы повторяются.
В электроприводе можно использовать обычные аккумуляторные батареи, которые работают без токовых перегрузок при относительно стабильном напряжении, что повышает надежность их работы.
Устройство позволяет рекуперировать не менее 70% энергии торможения, что значительно повышает КПД силовой установки.
Высокий КПД и надежность данного устройства позволяют ему быть наиболее предпочтительным при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
Ж.«Автомир» №1, 2007 г., с.9.
Ж.«Автомир» №48, 2007 г., с.8.