КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована при изготовлении транспортного средства-электромобиля с электрической тягой.
Известна система энергопитания транспортного средства, включающая аккумуляторную батарею, тяговый электродвигатель и блок управления (US 3939935, [1]).
Недостатком рассматриваемой системы энергопитания является низкие удельные электрические характеристики из-за большой массы аккумуляторной батареи, параметры которой выбираются из условия обеспечения пиковых нагрузок.
Известна система энергопитания транспортного средства, включающая химический источник тока (аккумуляторную батарею), тяговый электродвигатель, накопитель энергии и блок управления (RU 2085413 [2]).
Недостатком указанной известной системы энергопитания является недостаточная емкость накопителя энергии, что ограничивает эксплуатационные возможности транспортного средства.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой системе энергопитания является известная (RU 40264 U1 [3]) система энергопитания, содержащая химический источник тока, накопитель энергии, тяговый электродвигатель и блок управления. При этом в качестве накопителя энергии используют литий-ионную аккумуляторную батарею, а в качестве химического источника тока металло-воздушный источник тока.
Недостатком указанной известной системы энергопитания является снижение ресурса аккумуляторов, за счет пиковых нагрузок при разгоне и торможении, недостаточная эффективность использования энергии рекуперации, связанная с низкими зарядными токами литий-ионных аккумуляторов. В принципе можно достичь необходимых зарядных токов увеличив емкость литий-ионных аккумуляторов, но при этом масса накопителя существенно возрастет, что ограничит эксплуатационные возможности транспортного средства и снизит дальность пробега с одной заправки металло-воздушного источника.
Заявляемая в качестве полезной модели система энергопитания направлена на снижение времени разгона транспортного средства, увеличение ресурса аккумуляторов, за счет снижения пиковых нагрузок, повышение эффективности рекуперации энергии торможения и увеличение дальности пробега с одной зарядки воздушно-металлического источника.
Указанный технический результат достигается тем, что система энергопитания транспортного средства, включает химический источник тока в виде воздушно-металлического источника тока, тяговый электродвигатель, накопитель энергии в виде аккумуляторной батареи, блок управления, и снабжена вторым накопителем энергии в виде суперконденсатора с блоком управления его работой.
Дополнение существующей системы энергопитания транспортного средства, выбранной за прототип, вторым накопителем энергии в виде суперконденсатора (СК) с блоком управления его работой, позволяет снизить время разгона транспортного средства, увеличить ресурс аккумуляторов, за счет снижения пиковых нагрузок, повысить эффективность рекуперации энергии торможения путем использования блока управления суперконденсатором (СК), который позволяет повысить напряжение СК выше напряжения аккумуляторной батареи (АБ), и разряжать его до минимально допустимого напряжения, тем самым резко увеличить энергию, запасаемую СК в режиме торможения и отдаваемую СК в режиме ускорения. Кроме того, если при рекуперации отключить АБ, вся энергия торможения будет запасаться в СК.
Сущность полезной модели поясняется чертежом и примером его реализации.
На чертеже представлена функциональная схема комбинированной системы энергопитания транспортного средства.
Система содержит химический источник тока 1 в виде воздушно-металлического источника тока (ВМ ЭХГ), первый накопитель в виде батареи аккумуляторов 2 (БА), являющийся тяговым источником энергии, второй накопитель энергии 3 в виде суперконденсатора (СК) с блоком 4 управления его работой, блок управления работой устройства 5, тяговый электродвигатель 6.
Система работает следующим образом. Химический источник тока 1, в качестве которого используется воздушно-металлический источник тока (ВМ ЭХГ), обладающий большим запасом энергии, через блок управления работой устройства 5 заряжает первый накопитель 2 (БА) с малым запасом энергии, но большой мощностью, и второй накопитель энергии 3 (СК), имеющий еще меньший запас энергии и еще большую мощность. Во время движения химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) вместе с первым накопителем 2 (БА) питает тяговый электродвигатель 6, передающий энергию на колеса транспортного средства. Блок управления 5 контролирует заряд первого накопителя 2 (БА) и работу химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ) (поддерживает постоянной его температуру, регулируя работу вентиляторов, и поддерживает постоянной величину генерируемого тока), и при необходимости для обеспечения пиковых нагрузок включает второй накопитель энергии 3 (СК), работа которого контролируется блоком 4.
При стоянке, когда электродвигатель не потребляет энергию, химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый 2 (БА) и второй 3 (СК) накопитель, работа которого контролируется блоком 4, при этом блок управления 5 поддерживает напряжение необходимое для заряда. В случае, когда второй накопитель 3 (СК) полностью заряжен, и ток заряда первого накопителя 2 (БА) снижается, свидетельствуя о конце заряда, блок управления 5 останавливает работу химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ) путем отключения циркуляции (слива) электролита.
При подготовке к началу движения с помощью блока управления 5 осуществляется запуск остановленного химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ), путем подачи в него электролита, а после выхода его на режим (т.е. достижения необходимого значения напряжения и температуры) подключает к нему первый накопитель 2 (БА) и второй накопитель 3 (СК), работа которого контролируется блоком 4.
При старте транспортного средства со стоянки в режиме ускорения химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ), совместно с первым накопителем и вторым накопителем, работа которого контролируется блоком 4, питают тяговый двигатель 6. После разряда второго накопителя 3 (СК) до минимально допустимого напряжения блок управления 4 отключает его
В зависимости от глубины заряда накопителей и условий движения транспортного средства возможны различные алгоритмы работы системы:
а) в случае если второй накопитель 3 (СК) заряжен, химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый накопитель 2 (БА), который расходует энергию на питание тягового двигателя 6.
б) в случае если второй накопитель 3 (СК) заряжен, а движение транспортного средства идет с потреблением мощности меньшей, чем мощность химического источника тока 1 (ВМ ЭХГ), то часть генерируемой им энергии идет для питания тягового двигателя 6, а другая затрачивается на заряд первого накопителя 2 (БА).
в) в случае если второй накопитель 3 (СК) разряжен, химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый накопитель 2 (БА), расходующий энергию на питание тягового двигателя 6 и на заряд второго накопителя 3 (СК), заряд которого ведется до напряжения первого накопителя 2 (БА).
При торможении энергия, генерируемая тяговым двигателем 6, идет, в основном, на заряд второго накопителя 3 (СК), процесс которого контролируется блоком 4. Некоторая часть энергии поступает в первый накопитель 2 (БА).
Эффективность рекуперации повышается, если при торможении с помощью блока управления 5 отключить первый накопитель 2 (БА) и энергию, генерируемую тяговым двигателем 6, целиком направить на заряд второго накопителя 3 (СК), процесс которого контролируется блоком 4. При этом химический источник тока 1 (ВМ ЭХГ) заряжает первый накопитель 2 (БА).