ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА
ELECTRIC VEHICLE AND CORRESPONDING TRANSPORTATION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе общественного транспорта, содержащей, в частности, транспортное средство, предназначенное для перевозки пассажиров, и остановки, на которых должно останавливаться это транспортное средство, и также к транспортному средству указанной системы.
Из уровня техники известна система, содержащая транспортное средство типа трамвая, содержащее электрический двигатель, питаемый от суперконденсаторов, при этом транспортное средство регулярно останавливается на остановках, предусмотренных для посадки или высадки пассажиров, при этом подзарядку суперконденсаторов производят во время такой стоянки, благодаря подключению транспортного средства к остановке. Поскольку суперконденсаторы могут заряжаться очень быстро, то, как правило, времени стоянки транспортного средства для посадки или высадки пассажиров достаточно для подзарядки суперконденсаторов, находящихся в транспортном средстве, чтобы оно могло отправиться к следующей остановке по своему маршруту.
Такая система представляет интерес, поскольку позволяет реализовать электрическое транспортное средство, которое может работать в течение целого дня, не требуя длительной многочасовой зарядки.
Однако такая система требует оборудования остановок для стоянки и подзарядки, соединенных с электрической сетью и являющихся относительно объемными, в частности, когда эти остановки содержат средства накопления электрической энергии, такие как суперконденсаторы, которые позволяют облегчить электрическую сеть. Как правило, эти остановки является громоздкими, что делает их неэстетичными. По этой причине их невозможно оборудовать в любом месте, поскольку это может создать проблемы для движения транспортных средств. Следовательно, такая система не может быть адаптирована для всех случаев.
Настоящее изобретение направлено на создание транспортного средства и системы общественного транспорта, которые позволяют решить эти проблемы, то есть обеспечивают возможность создания сервиса общественного транспорта, в котором решены проблемы оборудования установки.
В связи с этим объектом изобретения является электрическое транспортное средство, содержащее электрический двигатель и бортовые средства накопления электрической энергии, электрически соединенные с двигателем для его питания электрической энергией, в котором средства накопления энергии содержат:
- с одной стороны, первый модуль накопления энергии, содержащий по меньшей мере один суперконденсатор,
- с другой стороны, второй модуль накопления энергии, содержащий по меньшей мере одну батарею,
при этом первый и второй модули накопления энергии расположены на параллельных электрических ветвях, при этом транспортное средство содержит средства внутреннего соединения, расположенные между средствами накопления энергии и двигателем, выполненные с возможностью электрического соединения двух электрических ветвей с двигателем и конфигурированные таким образом, чтобы одновременно соединять с двигателем только одну из двух ветвей.
Следует напомнить, что батарея и суперконденсатор являются средствами накопления энергии, каждое из которых содержит два электрода и электролит, обеспечивающий циркуляцию ионов и электронов между электродами. Однако их состав, их работа и их применение могут различаться.
Электроды суперконденсатора изготовлены на основе активированного угля и, как правило (но не обязательно), являются идентичными. Они обеспечивают накапливание ионов или электронов соответственно на каждом из своих электродов и накопление энергии по типу конденсатора. Батареи выполнены на основе металлического отрицательного электрода (анода), в частности, из лития, и положительного электрода (катода), в частности, выполненного из пластического композита, обеспечивающего проникновение металлических ионов. При этом происходит реакция окисления на уровне анода и другая реакция восстановления на уровне катода. Накопление, обеспечиваемое батареей, является накоплением фарадеевского типа. Батарея, предпочтительно используемая в рамках изобретения, является литий-полимерной батареей.
Суперконденсатор имеет высокую плотность мощности, то есть его можно заряжать очень быстро при помощи сильных токов, и он может очень быстро отдавать накопленную в нем энергию. С другой стороны, батарея характеризуется более высокой энергетической плотностью, то есть может хранить энергию гораздо дольше, чем суперконденсатор, и накапливать гораздо большее количество энергии. Несмотря на то, что зарядка батареи является намного более медленной, чем зарядка суперконденсатора, батарея обеспечивает намного больший пробег.
Таким образом, благодаря изобретению, транспортное средство может работать в режиме «быстрой подзарядки на остановке», как в известных решениях, за счет содержащихся в нем суперконденсаторов, а также независимо от остановок, благодаря своей бортовой батарее. Действительно, батарея позволяет транспортному средству проходить расстояние между двумя зарядками, намного большее длины пути, обеспечиваемой только суперконденсаторами, в частности, в несколько десятков километров. Энергия, накопленная в батарее, может быть использована в течение нескольких десятков часов.
Благодаря такому объединению, можно адаптировать средства накопления энергии, при помощи которых двигатель получает энергию, к разным обстоятельствам. Если использовать зоны, в которых имеется необходимое пространство для оборудования остановок, и/или если остановки не нарушают целостности архитектурного ансамбля, например, в зоне на периферии города, остановки оборудуют соответствующим образом, и транспортное средство питает двигатель при помощи суперконденсаторов, регулярно подзаряжаемых на остановках. Если же зона, выбранная для маршрута транспортного средства, не позволяет оборудовать остановки из соображений недостатка пространства или сохранения городского пейзажа, например, в историческом центре города, остановки не оборудуют средствами подзарядки, и на этом участке маршрута транспортное средство движется при помощи своей батареи.
Эта диверсификация средств накопления энергии позволяет также преодолевать непредвиденные обстоятельства, такие как пробки, которые увеличивают время пути транспортного средства между двумя остановками, или такие как дорожные работы на обычном маршруте транспортного средства, которые вынуждают отклонить маршрут следования от остановки в течение определенного периода. Это позволяет также избежать увеличения размерности суперконденсаторов, что производилось в известных решениях, чтобы учитывать некоторые случаи, в которых могут происходить такие непредвиденные обстоятельства.
Соединение батареи и суперконденсаторов непосредственно с электрическим двигателем обеспечивает лучший КПД транспортного средства. Действительно, можно избегать этапа зарядки/разрядки, который необходимо было бы осуществлять, например, если бы батарея была соединена последовательно с суперконденсаторами и позволяла бы только питать энергией суперконденсаторы и/или наоборот, поскольку такой этап может приводить к потере энергии.
Невозможность питания двигателя одновременно от батареи и от суперконденсаторов позволяет лучше контролировать расход энергии транспортного средства и избегать подачи на него имеющейся в наличии большой мощности, которая в реальности не является необходимой для нормальной работы транспортного средства.
Следует отметить, что средства внутреннего соединения, расположенные между средствами накопления и двигателем, можно, разумеется, разместить в модуле, содержащем средства накопления энергии, и такой модуль содержит также бортовую электронику. Это относится также и к другим описанным в настоящей заявке элементам.
Транспортное средство может также иметь другие указанные ниже факультативные признаки.
Транспортное средство может дополнительно содержать:
- первые средства соединения, выполненные с возможностью соединения первого модуля накопления с соответствующими средствами соединения, находящимися снаружи транспортного средства,
- вторые средства соединения, отличные от первых, выполненные с возможностью соединения второго модуля накопления с другими соответствующими средствами соединения, находящимися снаружи транспортного средства.
Таким образом, суперконденсаторы (соответственно батареи) заряжаются независимо друг от друга, что позволяет применять тип зарядки, адаптированный для разных средств накопления энергии, и, следовательно, обеспечивает оптимальное использование энергии, передаваемой на транспортное средство. Это позволяет также, в случае необходимости, заряжать одновременно два модуля накопления энергии.
Первые средства соединения могут содержать соединительную стойку, в частности, телескопическую стойку, которая может выступать из транспортного средства и содержит соединитель на своем конце, предназначенный для подключения к соответствующему соединителю, в частности, остановки для зарядки. Предпочтительно такая стойка находится в верхней части транспортного средства, чтобы быть недоступной для пользователя. Действительно, это соединение предназначено для автоматического подключения. Вместе с тем, можно применять другие средства соединения, например, средства типа пантографа.
Вторые средства соединения могут содержать соединитель охватываемого или предпочтительно охватывающего типа, находящийся в запираемом лючке транспортного средства. Как правило, этот лючок находится на высоте, доступной для пользователя, который должен сам подключать соединитель к соответствующему соединителю, который может находиться на остановке для зарядки.
Транспортное средство может также содержать преобразователь постоянного тока в постоянный (DC/DC) и/или переменного тока в постоянный ток (AC/DC), установленный между первыми и/или вторыми средствами соединения и соответствующим модулем накопления. Такие средства позволяют адаптировать энергию, поступающую извне, в частности, от источника постоянного тока, такого как средства накопления энергии, или от источника переменного тока, такого как городская сеть, к специфическим потребностям рассматриваемых средств накопления.
Между батареей и средствами соединения для зарядки указанной батареи транспортное средство предпочтительно содержит зарядное устройство, которое представляет собой преобразователь постоянного тока и преобразователь переменного тока в постоянный ток. Таким образом, батарею можно подзаряжать либо от городской электрической сети, либо при помощи зарядных колонок, содержащих интегрированные средства накопления энергии, причем без необходимости адаптации этих зарядных колонок к указанному транспортному средству. Таким образом, транспортное средство может быть совместимым с многочисленными зарядными системами.
Предпочтительно средства соединения содержат выключатель, имеющий несколько положений, при этом одно из положений позволяет, в частности, соединить электрически первый модуль накопления с двигателем, тогда как другое из положений позволяет соединить электрически второй модуль накопления с двигателем. Следует отметить, что выключатель может также факультативно содержать по меньшей мере одно третье положение, называемое выключенным, в котором ни один из модулей накопления энергии не соединен с двигателем.
Транспортное средство может также содержать средства управления средствами внутреннего соединения, выполненные с возможностью управления средствами внутреннего соединения в зависимости от одного или нескольких из следующих параметров:
- параметры, связанные с работой первого и/или второго модуля накопления энергии, в частности, состояние зарядки,
- параметры, связанные с работой транспортного средства, в частности, скорость транспортного средства или состояние двигателя,
- сигнал, поступающий от интерфейса пользователя.
Средства управления средствами внутреннего соединения выполнены с возможностью установления связи с одним или несколькими из следующих элементов:
- средства контроля первого модуля накопления,
- средства контроля второго модуля накопления,
- средства контроля других устройств транспортного средства, в частности, шина CAN транспортного средства.
Средства контроля позволяют получать параметры, связанные с модулями накопления (состояние зарядки, нарушение в работе), и шина CAN собирает все данные, поступающие от устройств транспортного средства (в частности, измеряемые на уровне этих устройств при помощи датчиков). Она позволяет, в частности, получать данные о состоянии двигателя, о скорости транспортного средства или команды, передаваемые при помощи интерфейса пользователя.
Таким образом, средствами внутреннего соединения можно управлять в зависимости от уровня зарядки суперконденсатора или суперконденсаторов. Если уровень зарядки ниже заранее определенного значения, средства внутреннего соединения получают команду на переход в положение, позволяющее соединить батарею с двигателем. Если же уровень зарядки суперконденсатора или суперконденсаторов превышает заранее определенное значение, можно предусмотреть положение, позволяющее соединить электрически суперконденсаторы с двигателем. Этот вариант управления представляет интерес, поскольку суперконденсаторы не хранят накопленную энергию очень долго. Таким образом, как только это возможно, расходуют энергию, получаемую от суперконденсатора или суперконденсаторов, а когда они перестают обеспечивать нормальное питание двигателя, энергия для питания двигателя поступает от батареи.
Разумеется, средствами соединения можно также управлять при помощи интерфейса пользователя и/или при помощи других параметров, связанных с работой транспортного средства (скорость или состояние двигателя, в частности, включенное/выключенное) или с работой батареи. Так, например, можно переходить в нештатный режим работы, если этого требуют обстоятельств (в частности, если обнаруживают нарушение в работе одного из модулей накопления). В случае необходимости, можно также переводить средства внутреннего соединения в выключенное положение при выключении двигателя.
Транспортное средство может содержать преобразователь постоянного тока в постоянный (DC/DC), установленный между двигателем и по меньшей мере одним из модулей накопления энергии, в частности, между средствами внутреннего соединения и двигателем. Для ограничения числа элементов в транспортном средстве преобразователь можно расположить, в частности, на выходе средств внутреннего соединения, поскольку электрическая энергия не поступает от двух электрических ветвей (и, следовательно, в двух разных видах) одновременно. Вместе с тем, можно предусмотреть, чтобы по меньшей мере одна, в частности, каждая электрическая ветвь содержала преобразователь, установленный между средствами накопления и средствами внутреннего соединения.
Преобразователь или по меньшей мере один из преобразователей постоянного тока (или делитель) может работать как регулятор скорости, при этом транспортное средство содержит также средства управления регулятором, управляющие регулятором в зависимости по меньшей мере от одного параметра из следующего списка:
- параметры, связанные с работой первого и/или второго модуля накопления энергии, в частности, состояние зарядки,
- параметры, связанные с работой транспортного средства, в частности, скорость транспортного средства или состояние двигателя,
- сигнал, поступающий от интерфейса пользователя.
Средства управления регулятором могут быть, в частности, выполнены с возможностью установления связи с одним или несколькими из следующих элементов:
- средства контроля первого модуля накопления,
- средства контроля второго модуля накопления,
- средства контроля других устройств транспортного средства, в частности, шина CAN транспортного средства.
Напряжение, подаваемое на двигатель, может, в частности, зависеть от сигнала, связанного с педалью акселератора, и, возможно, с другими элементами, такими как средства измерения состояния суперконденсаторов или батареи, часы, и т.д. В частности, можно предусмотреть, чтобы средства управления могли ограничивать выходное напряжение регулятора, когда с двигателем соединена батарея и/или когда уровень зарядки средств накопления, подключенных к двигателю, ниже порогового уровня, и/или когда обнаруживают аномалию одного из средств накопления, в частности, средства, соединенного с двигателем, чтобы не использовать энергию, бесполезно набирая скорость.
Предпочтительно средства накопления энергии расположены в крыше электрического транспортного средства. Это представляет особый интерес, когда первые средства соединения расположены в верхней части транспортного средства для уменьшения расстояния между остановкой и суперконденсаторами и для повышения КПД накопления энергии. Предпочтительно они расположены в ящике на крыше транспортного средства, в частности, установленном на транспортном средстве. Таким образом, можно более эффективно осуществлять обслуживание средств накопления энергии транспортного средства.
Разумеется, транспортное средство может рекуперировать энергию при торможении. Во время фаз торможения двигатель работает как генератор и позволяет заряжать средства накопления энергии, к которым он подключается в момент рекуперации. Как известно, транспортное средство может также содержать дополнительную систему фрикционного торможения, при этом энергию тоже можно рекуперировать от этой дополнительной системы торможения.
Предпочтительно первый модуль накопления энергии содержит по меньшей мере один блок, содержащий несколько последовательно соединенных суперконденсаторов, в частности, два идентичных параллельно установленных блока.
Что касается батареи, то она может, например, содержать последовательно соединенные аккумуляторные элементы (в частности, 6), каждый из которых состоит из нескольких параллельно соединенных положительных и отрицательных электродов.
Разумеется, конфигурации суперконденсаторов и батарей могут отличаться от того, что было описано выше, при условии, что объединения различных элементов отвечают условиям использования транспортного средства, в частности, с точки зрения напряжения и емкости накопления.
Транспортное средство является, в частности, общественным транспортным средством с большой емкостью. Его можно установить на шины, как автобус, или на рельсы, как трамвай.
Объектом настоящего изобретения является также транспортная система, содержащая:
- по меньшей мере одно вышеупомянутое транспортное средство, содержащее средства соединения, называемые первыми средствами соединения первого модуля накопления с источником, внешним по отношению к транспортному средству, и
- по меньшей мере одну остановку для подзарядки транспортного средства, которая расположена на пути следования транспортного средства и вблизи которой должно останавливаться транспортное средство, соединенную по меньшей мере с одним источником энергии и содержащую третьи средства соединения, дополняющие первые средства соединения транспортного средства и выполненные с возможностью соединения источника энергии или одного из источников энергии с первым модулем накопления.
В первую очередь источником энергии является городская электрическая сеть. В альтернативном варианте или дополнительно остановка или одна из остановок может быть соединена с автономным источником энергии, в частности, возобновляемой энергии (например, солнечной энергии или энергии ветра). В частности, для этого лучше всего подходят фотогальванические панели. Они позволяют получать электрическую энергию из фотонов солнечного излучения и поэтому лучше всего подходят для зон, длительно освещаемых солнцем, или для зон, в которых трудно оборудовать доступ к электрической сети. Панели можно расположить на крыше остановки или на расстоянии от остановки.
В варианте выполнения первые средства соединения транспортного средства содержат стойку, в частности, телескопическую стойку, выполненную с возможностью выхода из транспортного средства и содержащую на своем конце соединитель, при этом третьи средства соединения содержат соединитель, соответствующий соединителю на конце стойки и расположенный на уровне остановки таким образом, что два соединителя транспортного средства и остановки могут входить в контакт во время стоянки транспортного средства на остановке.
Остановка или по меньшей мере одна из остановок может тоже иметь средства накопления энергии, содержащие по меньшей мере третий модуль накопления, включающий в себя один или несколько суперконденсаторов, электрически соединенных, с одной стороны, с источником энергии или по меньшей мере с одним из источников энергии и, с другой стороны, с третьими средствами соединения. Этот суперконденсатор или эти суперконденсаторы позволяют лучше регулировать электричество, получаемое из электрической сети. Так, вместо того, чтобы отбирать большое количество энергии из сети за ограниченное время, соответствующее времени стоянки транспортного средства на остановке, суперконденсатор или суперконденсаторы заряжаются с умеренной скоростью между прохождением двух транспортных средств, создавая меньшую нагрузку на электрическую сеть, затем суперконденсатор или суперконденсаторы остановки очень быстро отдают энергию транспортному средству, поскольку средства накопления этого типа могут очень быстро разряжаться.
Остановка или по меньшей мере одна из остановок содержит по меньшей мере один преобразователь постоянного тока в постоянный (DC/DC), установленный между третьим модулем накопления и третьими средствами соединения.
Остановка или по меньшей мере одна из остановок соединена электрически с городской сетью, являющейся источником энергии или одним из источников энергии, и содержит преобразователь переменного тока в постоянный (AC/DC), установленный между сетью и третьими средствами соединения, в частности, между сетью и третьим модулем накопления. Действительно, средства накопления (бортовые или находящиеся на остановке) накапливают энергию в виде постоянного тока, тогда как в сети энергия находится в виде переменного тока. Преобразователь постоянного тока можно также установить между каждым источником энергии, в частности, сетью и третьим модулем накопления.
Остановка или по меньшей мере одна из остановок может также содержать четвертые средства соединения, дополняющие вторые средства соединения транспортного средства, выполненные с возможностью соединения источника или одного из источников энергии с вторым модулем накопления. Эти четвертые средства соединения отличаются от третьих средств соединения.
Следует также отметить, что, если остановка соединена с автономным источником энергии, то указанная остановка предпочтительно содержит также четвертый модуль накопления, содержащий по меньшей мере одну батарею, электрически соединенную с автономным источником энергии с целью накопления энергии от этого источника. Этот четвертый модуль накопления энергии может питать третий модуль накопления и/или напрямую третьи и/или четвертые средства соединения. Один или несколько преобразователей можно также установить между источником энергии и четвертым модулем накопления или между четвертыми модулем и средствами соединения, с которыми он соединен. Необходимо отметить, что четвертый модуль наиболее подходит для питания четвертых средств соединения, так как время зарядки этого четвертого модуля является относительно большим и он не может отдавать много энергии в первый модуль во время стоянки на остановке.
Далее следует описание транспортного средства и системы согласно варианту выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, которые представлены исключительно в качестве примера и сами по себе не ограничивают объема изобретения и на которых:
Фиг. 1 - принципиальная схема системы в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - электрическая схема транспортного средства и соответствующей остановки.
На фиг. 1 показана система 10 согласно частному варианту выполнения изобретения, содержащая несколько транспортных средств 100А-100С, перемещающихся в населенном пункте, в данном случае по разным маршрутам, и остановки 200A-200D, расположенные на маршрутах разных транспортных средств, причем эти остановки являются остановками для стоянки транспортных средств, где пассажиры транспортного средства производят посадку в транспортное средство или высадку из транспортного средства. Эти остановки являются также пунктами зарядки для транспортного средства, где оно может подзаряжать свои бортовые средства накопления энергии. Для этого оно подключается к остановке во время стоянки, как схематично показано в случае транспортного средства 100А (на остановке 200D) и транспортного средства 100В (на остановке 200С).
Транспортное средство выполнено таким образом, что ему нет необходимости останавливаться на каждой остановке. Например, в случае, представленном на фигурах, транспортное средство 100А останавливается на остановке 200D, затем проходит, не останавливаясь на остановке 200С, в частности, поскольку ни один из пассажиров не затребовал остановки, и опять останавливается на уровне остановки 200В.
Транспортное средство может быть автобусом, движущимся на шинах, или может двигаться по рельсам, установленным на дороге. Независимо от способа перемещения, транспортное средство движется автономно между остановками при помощи бортовой энергии.
Теперь, после описания общего принципа изобретения следует более подробное описание со ссылками на фиг. 2 архитектуры транспортного средства 100 и остановки 200 для зарядки, принадлежащих к системе в соответствии с вариантом выполнения изобретения. На этой фигуре тонкими линиями показаны соединения типа силовой электроники, тогда как соединения, предназначенные для связи между элементами, показаны при помощи двойной стрелки.
Транспортное средство 100 согласно этому варианту выполнения содержит, как показано на фиг. 2, электрический двигатель 102, питаемый, с одной стороны, первыми средствами 104 накопления энергии, содержащими один или несколько модулей суперконденсаторов, и, с другой стороны, вторыми средствами 106 накопления, образующими батарею, такую как литий-полимерная батарея, содержащая твердый электролит. Можно напомнить, что суперконденсаторы могут заряжаться и разряжаться очень быстро и обеспечивают таким образом большое количество энергии за очень короткое время. Что касается батарей, то они не могут заряжаться так быстро, но могут хранить накопленную энергию дольше и в большем количестве, чем суперконденсатор.
Таким образом, транспортное средство, оборудованное этими двумя средствами накопления энергии, может двигаться в течение многих часов в окружающей среде, содержащей расположенные близко друг от друга остановки, и останавливаться всего на несколько секунд каждый раз, чтобы подзарядить средства накопления энергии (при помощи своего модуля суперконденсаторов). С другой стороны, при движении в зоне, где такие остановки не могут быть оборудованы, например, в самом центре, по причинам отсутствия свободного пространства или из эстетических соображений, транспортное средство может перемещаться на короткой части своего пути при помощи батареи 106. Разумеется, ее тоже необходимо заряжать, но, поскольку ее используют менее интенсивно, транспортное средство может останавливаться для зарядки гораздо реже, чем транспортное средство, не содержащее батареи в качестве средств накопления энергии.
Транспортное средство содержит также средства 108 внутреннего соединения, соединенные с одной стороны (на выходе) с двигателем 102 и с другой стороны (на входе) с модулем 104 суперконденсаторов и с батареей 106. В частности, средства внутреннего соединения содержат выключатель, выполненный с возможностью занимать первое положение соединения модуля 104 суперконденсаторов с двигателем 102 и второе положение соединения батареи 106 с двигателем 102. В частности, выключатель выполнен таким образом, что не может одновременно соединять с двигателем 102 модуль 104 суперконденсаторов и батарею 106. Иначе говоря, электрические соединения модуля 104 суперконденсаторов и батареи 106 с двигателем являются взаимно исключающими. Как показано на фиг. 2, выключатель имеет также третье положение, в котором с двигателем не соединены ни суперконденсаторы 104, ни батарея 106. Разумеется, это положение относится к варианту, когда транспортное средство стоит на месте, и его двигатель не получает питания, когда средства 108 выключения находятся в этом положении. Разумеется, оно является факультативным. Состояние, в котором двигатель не соединен ни с одним средством накопления, можно получить при помощи других элементов транспортного средства, например, при помощи описанного ниже регулятора.
Средства 108 внутреннего соединения выполнены с возможностью установления связи со средствами 109 управления, управляющими изменением положения выключателя в зависимости от параметров, поступающих от других элементов транспортного средства, что будет пояснено ниже.
Модуль 104 суперконденсатора и батарея 106 выполнены с возможностью соединения с внешними средствами зарядки через средства соединения, соответственно первые средства 110 соединения и вторые средства 112 соединения, которые обеспечивают электрическое соединение каждого из средств 104, 106 накопления энергии с внешней цепью. В частности, зарядка суперконденсаторов происходит при помощи остановок регулярно во время следования транспортного средства по маршруту, как было указано выше, тогда как батарею 106 заряжают, когда транспортное средство находится на длительной стоянке. Остановка, описанная в варианте выполнения, показанном на фиг. 2, содержит средства для подключения к первым и вторым средствам 110, 112 соединения, но она не обязательно должна иметь средства, выполненные с возможностью подключения к вторым средствам 112 соединения, обеспечивающим зарядку батареи.
Предпочтительно первые средства 110 соединения содержат соединитель, находящийся на конце подвижной, в частности, убирающейся соединительной стойки, а вторые средства 112 соединения находятся в запираемом (например, при помощи ключа) лючке, находящемся на транспортном средстве.
Транспортное средство 10 содержит также зарядное устройство 114, соединенное с батареей 106 и позволяющее адаптировать энергию, поступающую снаружи, к условиям зарядки указанной батареи. Батарея предназначена для получения постоянного тока, и зарядное устройство содержит, в частности, преобразователь 116 постоянного тока в постоянный (DC/DC) и преобразователь 118 переменного ток в постоянный (AC-DC) для обеспечения зарядки батареи 106 от источника энергии, выдающего переменный ток или постоянный ток.
Следует также отметить, что транспортное средство содержит регулятор 118 на входе двигателя 102, в частности, установленный между средствами 108 внутреннего соединения и двигателем. Регулятор содержит, в частности, преобразователь постоянного тока в постоянный и связан со средствами 119 управления, выполненными с возможностью установления связи с другими элементами транспортного средства и с возможностью управления регулятором 118 в зависимости от данных, поступающих от этих элементов, таким образом, чтобы он выдавал в двигатель напряжение в соответствии с механической мощностью, которую требуется сообщить транспортному средству.
Средства 109 управления средствами 108 внутреннего соединения и средства 119 управления регулятором 118 выполнены с возможностью установления связи, в частности, с шиной CAN 120, а также со средствами 122, соответственно 124 контроля характеристик, относящихся к средствам 104, соответственно 106 накопления энергии.
Шина CAN 120 транспортного средства позволяет получать данные, относящиеся к другим устройствам транспортного средства, отличным от средств накопления, например, связанные со скоростью транспортного средства, с механическим действием пользователя на педаль акселератора и т.д. Средства 122, 124 контроля позволяют получать данные, измеряемые указанными средствами 122, 124 контроля и относящиеся к различным параметрам средств 104, 106 накопления энергии, таким как состояние зарядки средств накопления, или обнаруживать нарушения в работе указанных средств накопления.
Таким образом, в зависимости от данных шины CAN и средств контроля можно управлять средствами внутреннего соединения и регулятором, например, действуя следующим образом:
- Когда транспортное средство стоит на месте, переводят средства внутреннего соединения в выключенное положение,
- Когда уровень зарядки модуля суперконденсаторов становится ниже нижнего порогового уровня, переводят средства внутреннего соединения в положение соединения батареи с двигателем,
- Наоборот, когда уровень зарядки модуля суперконденсаторов превышает верхний пороговый уровень, переводят средства внутреннего соединения в положение соединения суперконденсаторов с двигателем,
- Когда уровень зарядки обоих средств накопления становится ниже порогового уровня, батарею соединяют с двигателем и регулятором управляют таким образом, чтобы не превышать пороговое напряжение при любом запросе со стороны пользователя через педаль акселератора, чтобы ограничить бесполезный расход энергии.
Разумеется, данные могут передаваться описанной выше системой в шину CAN транспортного средства таким образом, чтобы оповещать пользователя, в частности, при помощи приборной панели транспортного средства, что уровень зарядки одного или обоих средств накопления является низким или что одно из этих средств накопления является неисправным.
Следует также отметить, что некоторые средства накопления транспортного средства, в частности, по меньшей мере модуль суперконденсаторов, и соответствующие средства соединения можно разместить в ящике, устанавливаемом на крыше, при помощи которого они могут соединяться с элементами, уже находящимися в транспортном средстве (такими как двигатель или шина CAN). Это облегчает обслуживание части, обеспечивающей накопление энергии на борту транспортного средства.
Далее следует подробное описание остановки 200, предназначенной для стоянки и зарядки транспортного средства.
Остановка 200 соединена по меньшей мере с одним источником энергии: в данном случае она соединена, с одной стороны, с внешней электрической сетью 300, такой как городская распределительная электрическая сеть, которая поставляет энергию в виде переменного тока, и, с другой стороны, с фотогальваническими элементами, в частности, с панелями 400, которые могут находиться на крыше остановки или на расстоянии от нее и могут производить энергию в виде постоянного тока. В более простой версии остановка может быть соединена только с одним из этих источников энергии, в частности, с распределительной сетью 300.
Остановка 200 содержит также средства соединения, называемыми третьими средствами 204 соединения, дополняющими первые средства 110 соединения, а также четвертые средства 204 соединения, дополняющие вторые средства 112 соединения транспортного средства. В случае, когда третьи средства соединения находятся на конце убирающейся стойки, третьи средства соединения содержат соединитель, в основном находящийся на той же высоте, что и убирающаяся стойка. В данном случае, следует также отметить, что наличие четвертых средств 204 соединения не является обязательным. С другой стороны, необходимо присутствие третьих средств соединения для обеспечения быстрой зарядки суперконденсаторов транспортного средства.
Остановка 200 содержит также средства накопления энергии, находящиеся на остановке. В частности, она содержит третьи средства накопления энергии, то есть модуль 206 суперконденсаторов, электрически соединенный с третьими средствами соединения, и четвертые средства накопления, то есть батарею 208, электрически соединенную с четвертыми средствами 204 соединения.
Таким образом, можно быстро (между прохождениями двух последовательных транспортных средств через остановку) заряжать модуль 206 суперконденсаторов остановки 200 и быстро в течение менее одной минуты разряжать указанный модуль 206 для зарядки соответствующего модуля 104 суперконденсаторов транспортного средства, подключаемого к модулю 206 остановки 200 через соединенные между собой первые и третьи средства 110, 202 соединения.
Четвертые средства 208 соединения являются факультативными. Вместе с тем, их можно использовать в случае, когда остановка 200 соединена с источником энергии, который не всегда можно использовать постоянно (типа фотогальванических панелей), как показано на фиг. 2. В этом случае батарея 208 находится на выходе фотогальванических панелей 400 и позволяет хранить в течение длительного времени энергию, получаемую от панелей. Когда транспортное средство останавливается и подключается при помощи вторых и четвертых средств соединения для подзарядки своей бортовой батареи 106, энергия, накопленная в батарее 208 остановки, переходит в бортовую батарею 106.
Далее следует описание цепи, обеспечивающей зарядку модуля 104 суперконденсаторов, находящегося в транспортном средстве, на уровне остановки. Как было указано выше, эта цепь содержит модуль 206 суперконденсаторов, соединенный, с одной стороны, с городской электрической сетью 300 и, с другой стороны, с третьими средствами соединения, к которым подключают транспортное средство при помощи первых средств соединения. В данном случае цепь содержит на выходе соединения с сетью 300 преобразователь AC-DC 210, позволяющий преобразовать электрическую энергию, распределяемую в виде переменного тока, в электрическую энергию в виде постоянного тока. Действительно, энергия, накопленная в различных средствах накопления, хранится в виде постоянного тока. Предпочтительно этот преобразователь 210 находится на входе остановки, чтобы энергию получать напрямую в виде постоянного тока, независимо от ее дальнейшего назначения.
Цепь зарядки бортового модуля 104 суперконденсаторов содержит также средства 212, 214 внутреннего соединения, которые позволяют направлять энергию, поступающую из городской сети, в различные ветви цепи. Средства 212 внутреннего соединения позволяют направлять энергию в первую ветвь, предназначенную для зарядки бортового модуля 104 суперконденсаторов транспортного средства и, следовательно, соединенную с третьими средствами 202 соединения, или альтернативно во вторую ветвь, предназначенную для зарядки бортовой батареи 106 транспортного средства и, следовательно, соединенную с четвертыми средствами 112 соединения. Средства 214 внутреннего соединения позволяют направлять энергию, поступающую от преобразователя 210 и циркулирующую в первой ветви, либо напрямую в третьи средства 202 соединения, либо в модуль 206 суперконденсаторов остановки. Они позволяют также соединять электрически модуль 206 суперконденсаторов остановки 200 с третьими средствами 202 соединения.
Цепь зарядки дополнительно содержит преобразователь DC-DC 216 постоянного тока в постоянный, установленный между модулем 206 суперконденсаторов и третьими средствами 202 соединения, для адаптации напряжения на выходе модуля 206 суперконденсаторов к напряжению, необходимому для модуля 104 суперконденсаторов транспортного средства. Предпочтительно преобразователь 216 находится между средствами 214 внутреннего соединения и третьими средствами 202 соединения, чтобы иметь возможность обрабатывать при помощи одного преобразователя энергию, поступающую от модуля суперконденсаторов или напрямую из электрической сети. Следует отметить, что этот преобразователь должен находиться между двумя модулями суперконденсаторов - остановки и транспортного средства. Он может быть также расположен в транспортном средстве.
Средствами 212, 214 внутреннего соединения управляют средства 218 управления, выполненные с возможностью установления связи со средствами внутреннего соединения и управляющие их работой в зависимости от данных, которые могут поступать от различных элементов, таких как средства 220, 222 контроля различных средств 206, 208 накопления остановки 200 и ее средств 202, 204 соединения. Средства 220, 222 контроля позволяют получать данные, относящиеся к параметрам средств накопления (уровень зарядки, обнаружение неисправности), и выполнены аналогично средствам контроля, описанным для транспортного средства. Средства соединения обеспечивают простое обнаружение подключения соединителя транспортного средства к соединителю остановки или передачу данных, поступающих от транспортного средства, например, через соответствующий провод. Такие данные могут поступать от средств 122 или 124 контроля средств 104, 106 накопления транспортного средства, когда соответствующее средство накопления подключено к остановке.
Для зарядки бортового модуля 104 суперконденсаторов остановка может, в частности, работать следующим образом. Когда на уровне третьих средств 202 соединения остановки не обнаружено подключение какого-либо транспортного средства, средства 214 и 212 внутреннего соединения находятся в приоритетном положении, позволяющем направлять электрическую энергию напрямую в модуль 206 суперконденсаторов остановки. Когда к остановке подключается транспортное средство, третьи средства 202 соединения выдают соответствующий сигнал, и средства 218 управления подают команду на перевод средств 214 внутреннего соединения в положение, которое обеспечивает передачу энергии, накопленной в модуле 206 суперконденсаторов остановки, в модуль суперконденсаторов транспортного средства. Когда средства 220 контроля указывают, что уровень зарядки модуля 206 ниже порогового уровня, и если транспортное средство все еще подключено (или альтернативно, если уровень зарядки модуля 104 суперконденсаторов транспортного средства ниже верхнего порогового уровня, указывающего на завершение зарядки), средства 218 управления подают команду на перевод средств 214 внутреннего соединения в положение, обеспечивающее прямое соединение сети 300 со средствами 202 соединения.
Далее следует описание второй ветви цепи остановки, обеспечивающей подзарядку батареи транспортного средства. Как уже было указано выше, эта ветвь содержит батарею 208 на выходе фотогальванических элементов 400. С другой стороны батарея соединена с четвертыми средствами 204 соединения. Эта цепь зарядки батареи содержит также зарядное устройство 224, установленное между фотогальваническими панелями и батареей и содержащее, в частности, преобразователь постоянного тока в постоянный DC-DC, позволяющий оптимизировать зарядку батареи от фотогальванических панелей. Зарядное устройство 224 может быть устройством типа МРРТ (Maximum Power Point Tracking), то есть оно определяет, какое напряжение необходимо затребовать, чтобы мощность, обеспечиваемая фотогальваническими панелями, была максимальной, и какое напряжение направить затем в батарею, чтобы передаваемая мощность была максимальной.
Ветвь зарядки бортовой батареи транспортного средства тоже содержит средства 226 внутреннего соединения на выходе батареи. Эти средства расположены между батареей 208 и средствами 204 внутреннего соединения. Они позволяют, в частности, соединять с четвертыми средствами соединения либо батарею 208, либо электрическую сеть 300. Как было указано выше, средствами внутреннего соединения управляют средства 218 управления на основании данных, получаемых от средств 220, 222 контроля и от средств 202, 204 соединения.
В данном случае, если обнаруживается соединение транспортного средства с остановкой через вторые и четвертые средства соединения, средства 218 управления подают команду на средства 226 внутреннего соединения для электрического соединения батареи 208 с батареей 106 транспортного средства. Если средства 222 контроля показывают, что уровень зарядки батареи ниже нижнего порогового уровня, средства 218 управления подают команду на средства 212, 226 внутреннего соединения, чтобы соединить батарею 106 транспортного средства напрямую с распределительной сетью, если соединение транспортного средства через вторые и четвертые средства соединения по-прежнему работает, или, альтернативно, если обнаруживается, что уровень зарядки батареи 106 транспортного средства не превышает верхний пороговый уровень. Можно также опять соединить батарею 208 со средствами соединения, если уровень ее зарядки становится выше определенного уровня зарядки.
Следует отметить, что в этом случае зарядное устройство 114, установленное между батареей 208 остановки и батареей 106 транспортного средства, находится на транспортном средстве. Вместе с тем, его можно установить на уровне остановки, в частности, между средствами 226 внутреннего соединения и четвертыми средствами соединения.
Следует также отметить, что в случае, когда остановка одновременно содержит систему для зарядки суперконденсаторов транспортного средства и систему для зарядки батарей транспортного средства, как в примере, представленном в настоящей заявке, эти системы могут быть полностью независимыми друг от друга и не сообщаться между собой.
Система в соответствии с изобретением работает следующим образом:
- Если на остановке нет никакого транспортного средства, модуль 206 суперконденсаторов заряжается от городской сети, и батарея 208 остановки тоже затем заряжается, если уровень зарядки модуля 206 суперконденсаторов превышает пороговый уровень,
- Когда на остановку приходит транспортное средство, водитель располагает его таким образом, чтобы стойка, содержащая первые средства 110 соединения, находилась по существу напротив средств 202 соединения, при помощи визуальных ориентиров и, возможно, замедлителей и/или подкладок, находящихся на уровне дорожного покрытия,
- Перемещение стойки осуществляют, когда датчик обнаруживает присутствие соединителя 110 напротив стойки и когда водитель направляет команду (например, через интерфейс транспортного средства или через отдельное средство управления, предназначенное для остановок). Средства 110 соединения транспортного средства и средства 202 соединения остановки оказываются соединенными,
- После соединения остановка обнаруживает это соединение и подает команду на средства 214 внутреннего соединения для передачи энергии от модуля 206 суперконденсаторов остановки в модуль 104 суперконденсаторов транспортного средства. Предпочтительно, после осуществления соединения движение транспортного средства запрещено (что можно, например, обеспечить путем управления регулятором 118 и/или средствами 108 внутреннего соединения). Можно также предусмотреть визуальную и/или звуковую сигнализацию на уровне остановки или транспортного средства для оповещения о состоянии соединения,
- Если обнаруживается, что пороговый уровень модуля 104 суперконденсаторов транспортного средства превышен, и/или по команде водителя (оба условия могут быть одновременными или нет), соединитель 110 транспортного средства отсоединяют, убрав соединительную стойку. После убирания стойки, что обнаруживают, например, при помощи датчика присутствия, движение транспортного средства опять разрешено. Описанный выше цикл можно возобновить по прибытии следующего транспортного средства,
- Если транспортное средство использует остановку для зарядки своей батареи 106, например, в ночное время, соединитель 112 транспортного средства соединяют с соединителем 204 остановки. При обнаружении присутствия соединителя срабатывает управление средствами 212 внутреннего соединения для передачи энергии от городской сети 300 и/или от средств 208 накопления в батарею транспортного средства. При этом соединение между остановкой и транспортным средством можно произвести вручную. Можно также предусмотреть средства для блокировки движения транспортного средства после осуществления соединения между средствами 112, 204.
Система, описанная со ссылками на фиг. 2, представляет собой частный вариант выполнения изобретения. В рамках объема пункта 1 формулы изобретения можно предусмотреть другие версии.