ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ

Полезная модель относится к наземному автомобильному транспорту, преимущественно к электромобилям, и может быть, в частности, использована как в легковом, так и в грузовом и пассажирском транспорте.
Известен электромобиль, в котором энергия аккумуляторных батарей напрямую или через коммутационную схему подводится к электроприводам колес, причем электроприводов может быть несколько. [1]
Основным существенным недостатком известного электромобиля является малый срок службы аккумуляторных батарей и их высокая чувствительность к грамотным действиям пользователя, т.е. высокий риск их преждевременного выхода из строя из-за ошибок в эксплуатации.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является электромобиль, содержащий обратимый электропривод колес, мотор-генератор для зарядки аккумуляторной батареи и силовой электрический конденсатор для рекуперации электрической энергии. [2]
Основными существенными недостатками известного аналога, выбранного автором в качестве прототипа заявляемой полезной модели, являются высокая стоимость, размеры и масса компонентов энергоустановки, и особенно силового электрического конденсатора, при несущественной экономии энергии и ресурса аккумуляторной батареи.
Главной задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является: экономичная эксплуатация электромобиля за счет усовершенствования процесса зарядки и разрядки аккумуляторных батарей. Поставленная задача решается в полезной модели за счет того, что она дополнительно содержит основной и промежуточный аккумуляторные блоки, блок управления зарядкой, разрядкой и контроля критических состояний, контроллеры переднего и/или заднего мостов, бесколлекторные обратимые приводы ведущих колес, а зарядное устройство для подключения электромобиля к зарядной сети выполнено в виде управляемого инвертора.
Кроме того, поставленная задача решается в полезной модели за счет того, что блок управления зарядкой, разрядкой и контроля критических состояний содержит импульсный преобразователь заряда и разряда, а также механизм контроля критических состояний аккумуляторной батареи.
Ни из патентно-технической литературы, ни из практики конструирования электромобилей не известно о его конструкции и в частности, электрической схеме, идентичной с заявляемой в полезной модели. Правомерен вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».
Совокупность новых и общих известных существенных признаков у заявляемого технического решения может быть реализована множество раз. При этом достигается один и тот же эффект и решается главная задача, поставленная полезной моделью, указанная выше. Следует сделать правомерный вывод о соответствии заявленного решения критерию «промышленная применимость».
Сущность заявляемого технического решения поясняется принципиальной электрической блок-схемой электромобиля. Электромобиль состоит из бесколлекторных электродвигателей 1, совмещенных с датчиками положения роторов, блоков экстренного торможения и АБС 2, импульсных контроллеров переднего и заднего моста 3, центрального блока управления 4, блока основных аккумуляторных батарей 5, электронного коммутатора батарей 6, зарядного устройства 7 и промежуточной аккумуляторной батареи 8. На принципиальной блок-схеме силовые цепи показаны сплошной линией, электронные цепи - пунктиром.
Электромобиль работает следующим образом. При его подключении к зарядной сети через зарядное устройство 7, представляющее собой управляемый инвертор, блок управления 4 через электронный коммутатор батарей 6 определяет степень заряженности аккумуляторных батарей 5 и наличие критических и опасных состояний (переполюсовка, избыточная сульфатация, глубокий разряд и т.д.). Блок управления в зависимости от прошлых и текущего состояния каждой из батарей подбирает наиболее подходящий зарядный режим. Зарядка осуществляется импульсным током, при этом частота и скважность импульсов подбираются в зависимости от требуемого режима зарядки. Блок управления и зарядное устройство также реализуют функцию «лечения» батарей, находящихся в опасном состоянии.
Во время движения электромобиля команды от органов управления (на схеме не показаны), таких как акселератор и педаль тормоза, поступают в блок управления. Блок управления через коммутатор выбирает необходимую группу аккумуляторных батарей и подключает ее силовым цепям контроллеров передних и задних мостов 3. При этом, если во время поездки было выявлено опасное состояние какой-либо аккумуляторной батареи, она электрически изолируется от других батарей до окончания поездки, соответствующая запись заносится в журнал работы батарей в ПЗУ блока управления. Блок управления также сообщает величину требуемых моментов контроллерам переднего и заднего мостов. Эти контроллеры представляют собой управляемые трехфазные инверторы. В своей работе они ориентируются на заданный центральным блоком управления режим, а также на информацию о положении роторов электродвигателей 1, получаемых от датчиков. Кроме того, они реализуют функцию электрического дифференциала между колесами.
При штатном торможении, т.е. при несильном нажатии на педаль тормоза, блок управления задействует рекуперационный режим схемы. При этом электродвигатели превращаются в генераторы, контроллеры мостов превращают трехфазное напряжение обратно в однофазное, и это напряжение поступает через промежуточный аккумулятор 8 обратно в основные аккумуляторы. Наличие промежуточного аккумулятора вместо традиционного суперконденсатора обусловлено, во-первых, высокой удельной ценой и физическим объемом суперконденсатора, а также его высоким внутренним сопротивлением. Гелевые или рулонные аккумуляторы могут с успехом выполнять функции буфера. Они с одной стороны обеспечивают накопление энергии торможения существенно быстрее, чем основные аккумуляторы, а с другой стороны - существенно менее дорогие и менее громоздкие, чем суперконденсатор с аналогичными параметрами.
В режиме экстренного торможения (при глубоком нажатий на педаль тормоза) блок управления посылает сигнал об экстренном торможении непосредственно в блоки экстренного торможения 2, минуя контроллеры мостов. При этом электродвигатели начинают работать на внешнюю резистивную нагрузку, обеспечивая более интенсивное и эффективное торможение, чем если бы они работали на аккумуляторную нагрузку. Обороты каждого из колес контролируются с помощью датчиков в электродвигателях, сравниваются между собой, и, в случае обнаружения блокировки одного из колес, реле, расположенное в блоке экстренного торможения, размыкает тормозную цепь на определенный промежуток времени (функция АБС).
Предлагаемое решение экономически более эффективно, чем прототип, так как, во-первых, обладает существенно меньшей стоимостью за счет отсутствия мотор-генератора и суперконденсатора, а во-вторых, обеспечивает значительно более долгий срок службы аккумуляторов. Кроме того, предлагаемая интеллектуальная система зарядки и разряда аккумуляторов позволяет устранить полностью или свести к минимуму критические состояния аккумуляторов, что в конечном итоге значительно продлевает срок их службы.
Источники информации:
[1] - «Электромобиль. Техника и экономика.» Щетина В.А. и др., М.: «Машиностроение», 253 стр.
[2] - Патент РФ №2048309, МПК B60L 11/12, публ. 1995 г.