(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (1 1)73396 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskie] (21) Numer zgłoszenia: (2)Data zgłoszenia: (51) IntCl6 B60L 7/22 B60L 11/12 ( 5 4 ) Pojazd samochodowy z napędem elektrycznym (30) Pierwszeństwo: FR, (73)Uprawniony z patentu: SMH Management Services AG, Biel, CH (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 17/94 (72) Twórcy wynalazku: Tristan Chevroulet, Neuchatel, CH Ludwig Damminger, Sassenburg, CH (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/98 (74) Pełnomocnik: Ludwicka Izabella, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 (5 7 ) 1. Pojazd samochodowy z napędem elektrycznym, wyposażony w przynajmniej jedno koło napędowe, zespół mechanicznego hamowania tego koła napędowego, przynajmniej jeden silnik elektryczny mechanicznie sprzężony z kołem napędowym, doładowywany akumulator elektryczny oraz układ sterowania i przekazywania energii, sprzężony z akumulatorem i silnikiem elektrycznym, ponadto wyposażony w zespół hamowania elektrycznego, do sterowania pracą silnika elektrycznego w trybie generatorowym dla hamowania koła napędowego, wyposażony ponadto w zespół rozpraszania energii elektrycznej wytwarzanej podczas hamowania elektrycznego, znamienny tym, że do układu sterowania i przekazywania energii (8 ) dołączony jest generator energii elektrycznej (32) połączony mechanicznie z silnikiem spalinowym (30) zaopatrzonym w układ obiegowego chłodzenia cieczą (34), przy czym zespół rozpraszania energii elektrycznej (16) zawiera układ chłodzenia cieczą (34) oraz rezystor rozpraszania energii (2 0 ), który połączony jest z układem sterowania i przekazywania energii (8 ) 1 który styka się z układem chłodzenia cieczą (34). Fig 1

2 Pojazd samochodowy z napędem elektrycznym Zastrzeżenia patentowe 1. Pojazd samochodowy z, napędem elektrycznym, wyposażony w przynajmniej jedno koło napędowe, zespół mechanicznego hamowania tego koła napędowego, przynajmniej jeden silnik elektryczny mechanicznie sprzężony z kołem napędowym, doładowywany akumulator elektryczny oraz układ sterowania i przekazywania energii, sprzężony z akumulatorem i silnikiem elektrycznym, ponadto wyposażony w zespół hamowania elektrycznego, do sterowania pracą silnika elektrycznego w trybie generatorowym dla hamowania koła napędowego, wyposażony ponadto w zespół rozpraszania energii elektrycznej wytwarzanej podczas hamowani a elektrycznego, znamienny tym, że do układu sterowania i przekazywania energii (8) dołączony jest generator energii elektrycznej (32) połączony mechanicznie z silnikiem spalinowym (30) zaopatrzonym w układ obiegowego chłodzenia cieczą (34), przy czym zespół rozpraszania energii elektrycznej (16) zawiera układ chłodzenia cieczą (34) oraz rezystor rozpraszania energii (20), który połączony jest z układem sterowania i przekazywania energii (8) i który styka się z układem chłodzenia cieczą (34). 2. Pojazd według zastrz. 1, znamienny tym, że układ chłodzenia cieczą (34) zawiera pierwszy wymiennik ciepła (22) z otoczeniem pojazdu (1), pierwszą pompę (24) oraz przewody (26), które łączą w układzie zamkniętym pierwszy wymiennik ciepła (22), pierwszą pompę (24) oraz silnik spalinowy (30), przy czym rezystor rozpraszania energii (20) styka się bezpośrednio z częścią (28) przewodu (26) układu chłodzenia cieczą (34). 3. Pojazd według zastrz. 2, znamienny tym, że rezystor rozpraszania energii (20) jest nawinięty wokół części (28) przewodu (26) układu chłodzenia cieczą (34). 4. Pojazd według zastrz. 1, znamienny tym, że układ sterowania i przekazywania energii (8) jest wyposażony w element pomiarowy poziomu naładowania akumulatora (6) i sterownik uruchamiania pierwszej pompy (24) po odebraniu sygnału pomiarowego wskazującego całkowite naładowanie akumulatora (6), połączone z rezystorem rozpraszania energii (20). 5. Pojazd według zastrz. 3, znamienny tym, że przewody (26) układu chłodzenia cieczą (34) łączą wejście chłodzące (38) z wyjściem chłodzącym (40) silnika spalinowego (30), a ponadto pierwszy wymiennik ciepła (22) usytuowany jest w układzie chłodzenia cieczą (34) między rezystorem rozpraszania energii (20) a wejściem chłodzącym (38) silnika spalinowego (30). 6. Pojazd według zastrz. 5, znamienny tym, że silnik spalinowy (30) wyposażony jest w drugą pompę (46) połączoną z nim mechanicznie. 7. Pojazd według zastrz. 5, znamienny tym, że układ chłodzenia cieczą (34) wyposażony jest w przewód odgałęźny (42) połączony równolegle z pierwszym wymiennikiem ciepła (22) oraz w drugi wymiennik ciepła (36) z wnętrzem pojazdu (1), włączony w układ chłodzenia cieczą (34) pomiędzy rezystor rozpraszania energii (20) i przewód odgałęźny (42). * * * Przedmiotem wynalazku jest pojazd samochodowy z napędem elektrycznym, zawierający urządzenie do odzysku energii podczas elektrycznego hamowania pojazdu. Elektrycznie napędzany pojazd samochodowy znany jest na przykład z dokumentu DE Pojazd tego typu zawiera przynajmniej jedno koło napędowe, środki dla mechanicznego hamowania tego koła, przynajmniej jeden silnik elektryczny mechanicznie sprzężony z kołem napędowym, doładowywany akumulator elektryczny oraz środki sterowania i przekazywania energii sprzężone z akumulatorem i silnikiem elektrycznym, włączając w to elektryczne środki hamujące, które umożliwiają działanie silnika elektrycznego w trybie generatorowym.

3 Niektóre znane pojazdy tego rodzaju, zawierają mieszany układ hamowania, w którym hamowanie jest realizowane po pierwsze elektrycznie, przez spowodowanie działania silnika elektrycznego w trybie generatorowym, co następnie umożliwia doładowanie akumulatora, a po drugie mechanicznie, w sposób klasyczny za pomocą tarcz. Stwierdzono jednak, że natężenie prądu wytworzonego przez silnik elektryczny podczas hamowania elektrycznego osiąga szybko duże wartości, rzędu kilkuset amperów, co znacznie przekracza prądy ładowania przyjmowane przez akumulator, które to natężenie maksymalnego prądu ładowania jest zwykle rzędu dziesięciokrotnie niższego niż natężenie prądu czerpanego z akumulatora w czasie jednej godziny, w przypadku większości obecnie stosowanych akumulatorów. Zatem, w przypadku gdy akumulator jest słabo naładowany, energia elektryczna wytworzona podczas hamowania elektrycznego prowadzi do nieodpowiedniego ładowania akumulatora, co może spowodować uszkodzenie akumulatora i znacznie ograniczyć oczekiwany czas pracy. P o n a d t o, j e ś l i a k u m u l a t o r j e s t b l i s k o s w o j e g o m a k s y m a l n e g o n a ł a d o w a n i a, e n e r g i a e l e - ktryczna wytworzona podczas hamowania elektrycznego przeładuje akumulator, co spowoduje sytuację, w której napięcie na zaciskach akumulatora staje się zasadniczo równe napięciu dostarczonemu przez obwód ładowania. Innymi słowy, spowoduje to ograniczenie, albo eliminację cyrkulacji prądu w akumulatorze, a w konsekwecji znaczną redukcję, a nawet zlikwidowanie pożądanego efektu hamowania elektrycznego. Znane rozwiązanie polega na zastosowaniu obwodu ograniczającego natężenie prądu wytwarzanego przez silnik elektryczny działający w trybie generatorowym. Takie ograniczenie znacznie redukuje wydajność hamowania elektrycznego. Ponadto, znane są również hybrydowo napędzane pojazdy samochodowe, które zawierają połączenie napędu elektrycznego i klasycznego silnika że spalaniem wewnętrznym, na przykład z opisu patentowego US nr Przy takim rozwiązaniu również występują te same problemy, jak to już przedstawiono. Pojazd samochodowy z napędem elektrycznym, według wynalazku, wyposażony jest w przynajmniej jedno koło napędowe, zespół mechanicznego hamowania tego koła napędowego, przynajmniej jeden silnik elektryczny mechanicznie sprzężony z kołem napędowym, doładowywany akumulator elektryczny oraz układ sterowania i przekazywania energii, sprzężony z akumulatorem i silnikiem elektrycznym. Ponadto, wyposażony jest w zespół hamowania elektrycznego, do sterowania pracą silnika elektrycznego w trybie generatorowym dla hamowania koła napędowego oraz w zespół rozpraszania energii elektrycznej wytwarzanej podczas hamowania elektrycznego. Pojazd tego rodzaju charakteryzuje się tym, że do układu sterowania i przekazywania energii dołączony jest generator energii elektrycznej połączony mechanicznie z silnikiem spalinowym zaopatrzonym w układ obiegowego chłodzenia cieczą. Zespół rozpraszania energii elektrycznej zawiera układ chłodzenia cieczą oraz rezystor rozpraszania energii, który połączony jest z układem sterowania i przekazywania energii i który styka się z układem chłodzenia cieczą dla wymiany ciepła. Korzystnym jest, ze układ chłodzenia cieczą zawiera pierwszy wymiennik ciepła z otoczeniem pojazdu, pierwszą pompę oraz przewody, które łączą w układzie zamkniętym pierwszy wymiennik ciepła, pierwszą pompę oraz silnik spalinowy. Rezystor rozpraszania energii styka się bezpośrednio z częścią przewodu układu chłodzenia. Rezystor rozpraszania energii jest nawinięty wokół części przewodu układu chłodzenia cieczą. Układ sterowania i przekazywania energii jest wyposażony w element pomiarowy poziomu naładowania akumulatora i sterownik uruchamiania pierwszej pompy po odebraniu sygnału pomiarowego wskazującego całkowite naładowanie akumulatora, połączone z rezystorem rozpraszania energii. Przewody układu chłodzenia cieczą łączą wejście chłodzące z wyjściem chłodzącym silnika spalinowego. Ponadto, pierwszy wymiennik ciepła usytuowany jest w układzie chłodzenia cieczą między rezystorem rozpraszania energii a wejściem chłodzącym silnika spalinowego. Korzystnym jest, że silnik spalinowy wyposażony jest w drugą pompę, połączoną z nim mechanicznie. Układ chłodzenia cieczą wyposażony jest w przewód odgałęźny połączonyrównolegle z pierwszym wymiennikiem ciepła oraz w drugi wymiennik ciepła z wnętrzem

4 pojazdu, włączony w układ chłodzenia cieczą pomiędzy rezystor rozpraszania energii i przewód odgałęźny W rozwiązaniu według wynalazku pojazd samochodowy z napędem elektrycznym zawiera mieszany układ hamowania, przy czym energia elektryczna wytwarzana podczas hamowania elektrycznego nic grozi uszkodzeniem akumulatora i może zostać wykorzystana w korzystny sposób, na przykład do ładowania akumulatora. Energia elektryczna uzyskiwana przy hamowaniu i nie wykorzystana, jest rozpraszana w prosty i ekonomiczny sposób, za pomocą zwykłego rezystora rozpraszania energii, który styka się z przewodem układu chłodzenia cieczą. Pojazd zatem posiada zaletę polegającą na możliwości wykorzystania hamowania elektrycznego w bardzo wydajny sposób i bez niebezpieczeństwa uszkodzenia akumulatora, ponieważ nadwyżka energii elektrycznej pochodząca z hamowania elektrycznego zostaje łatwo rozproszona przez obwód chłodzenia cieczą. Nawet w warunkach działania pojazdu, które prowadzą do znacznego nagrzania rezystora, możliwe jest szybkie i skuteczne rozproszenie energii cieplnej wytworzonej w tym rezystorze. Rozwiązanie według wynalazku może być stosowane szczególnie korzystnie w hybrydowych, elektrycznie i spalinowo napędzanych pojazdach, ponieważ bardzo proste i oszczędne jest wykorzystanie już istniejącego układu chłodzenia silnika spalinowego, co wymaga tylko nielicznych przeróbek. W warunkach ruchu miejskiego, przy wykorzystaniu tylko zasilania elektrycznego i zastosowaniu ogrzewania kabiny pasażera, rozwiązanie według wynalazku umożliwia znaczne zwiększenie autonomii pojazdu, ponieważ elektryczne zapotrzebowanie urządzenia ogrzewczego może często osiągać wartości zbliżone do zapotrzebowania silnika zasilanego elektrycznie. Ponadto, pierwsza pompa, niezależnie od działania silnika spalinowego, może wywołać cyrkulację płynu chłodzącego w układzie chłodzenia, niezależnie od działania silnika spalinowego, co umożliwia, bez użycia dodatkowych elementów, podgrzanie silnika spalinowego podczas postoju pojazdu dla doładowania akumulatora. Przedmiot wynalazku objaśniony zostanie w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. i przedstawia schematycznie część przykładu wykonania wynalazku przedstawionego na fig. 2, a fig. 2 -bardziej szczegółowo przykład wykonania pojazdu, łącznie z elementami przedstawionymi na fig. 1. Pojazd 1przedstawiony schematycznie na fig. 1, zawiera silnik elektryczny 2, korzystnie silnik asynchroniczny, którego wirnik (nie pokazany) jest połączony mechanicznie z kołem napędowym 4 pojazdu samochodowego. Na tej figurze rysunku, silnik elektryczny 2 i koło napędowe 4 są oddzielone, a ich połączenie mechaniczne symbolizuje podwójna skrzyżowana linia. Silnik i koło mogą być umieszczone obok siebie, albo połączone za pomocą wału napędowego i/albo łańcucha zębatego. Ponadto, pojazd 1zawiera doładowywany, elektryczny akumulator 6, który jest połączony z nie przedstawionym stojanem silnika elektrycznego 2, za pomocą układu sterowania i przekazywania energii 8, dla dostarczania energii niezbędnej dla pracy silnika elektrycznego 2. Pojazd 1, wyposażony jest ponadto w układ sterowania hamowaniem 10, który po naciśnięciu pedału sterującego 12 przez użytkownika, działa najpierw na zespół hamowania mechanicznego 14, korzystnie tarczowe urządzenie hamujące, a następnie na zespół hamowania elektrycznego, umożliwiając działanie silnika elektrycznego w trybie generatorowym, za pomocą układu sterowania i przekazywania energii 8. Pojazd wyposażony jest w zespół rozpraszania energii elektrycznej 16 wytwarzanej w czasie hamowania, który zawiera układ obiegowego chłodzenia cieczą 34 i rezystor rozpraszania energii 20, który współdziała z układem chłodzenia cieczą 34, stykając się z częścią przewodu 26 układu chłodzenia cieczą 34. Układ chłodzenia cieczą 34 zawiera wymiennik ciepła 22 z otoczeniem pojazdu i pompę 24 włączoną w układ chłodzenia cieczą 34 za pomocą przewodów 26. W opisanym przykładzie, rezystor rozpraszania energii 20 styka się z częścią 28 przewodów 26 układu chłodzenia cieczą 34. Rezystor rozpraszania energii 20 jest korzystnie nawinięty wokół części 28 przewodu 26, na przykład w śrubowym rowku wykonanym na zewnątrz tej części 28 przewodu 26. Dla uzyskania skutecznej wymiany ciepła między rezystorem rozprasza-

5 nia energii 20 i płynem chłodzącym, część 28 przewodu 26, która bezpośrednio styka się z rezystorem rozpraszania energii 20, wykonana jest z materiału o wysokiej przewodności termicznej, korzystnie z aluminium, lub temu podobnego. Rezystor rozpraszania energii 20 jest korzystnie rezystorem typu DIN Wymiennik ciepła 22 jest klasycznym radiatorem, który jest korzystnie umieszczony w przedniej części pojazdu i który współpracuje z powietrzem otoczenia dla odprowadzenia ciepła zmagazynowanego w płynie chłodzącym. Pompa 24 zostaje uruchomiona po doprowadzeniu do niej sygnału sterującego z układu sterowania i przekazywania energii 8 i umożliwia cyrkulację płynu chłodzącego w przewodach 26, a zwłaszcza w wymienniku ciepła 22. Układ sterowania i przekazywania energii 8 zaopatrzony jest w element pomiarowy poziomu naładowania akumulatora, korzystnie czujnik wytwarzający sygnał odpowiadający stopniowi naładowania akumulatora 6 oraz sterownik uruchamiania pompy 24, który po odebraniu sygnału pomiarowego wskazującego całkowite naładowanie akumulatora 6, czerpie przynajmniej część prądu ładowania z rezystora rozpraszania energii 20 i uruchamia pompę 24. Na figurze 2 przedstawiony jest pojazd samochodowy 1 w korzystnym przykładzie wykonania. Przykład ten dotyczy pojazdu hybrydowego napędzanego elektrycznie i za pomocą silnika spalania wewnętrznego. Pojazd ten zawiera silnik spalinowy 30 mechanicznie sprzężony z wirnikiem (nie pokazanym) generatora energii elektrycznej 32, korzystnie generatora napięcia przemiennego. Wirnik generatora energii elektrycznej 32 połączony jest z akumulatorem 6 poprzez układ sterowania i przekazywania energii 8 tak, by możliwe było zasilanie napięciem przemiennym wytwarzanym przez generator energii elektrycznej 32, które to napięcie jest zasadniczo równe napięciu na zaciskach akumulatora 6. Silnik spalinowy 30 wyposażony jest w układ chłodzenia cieczą 34, który zgodnie z wynalazkiem wchodzi w skład zespołu rozpraszania energii elektrycznej 16. Układ chłodzenia cieczą 34 zawiera pierwszy wymiennik ciepła 22 oraz drugi wymiennik ciepła 36 dla wymiany ciepła z wnętrzem pojazdu, przy czym oba wymienniki połączone są szeregowo. Pierwszy wymiennik ciepła 22 i drugi wymiennik ciepła 36 połączone są przez przewody 26, między wejściem chłodzącym 38 i wejściem chłodzącym 40 silnika spalinowego 30. Pierwszy wymiennik ciepła 22 jest umieszczony w przedniej części pojazdu, a drugi wymiennik ciepła 36 jest połączony z kabiną pasażera i współpracuje z wentylatorem (nie przedstawionym), dla odzyskiwania ciepła zgromadzonego w cieczy chłodzącej. Układ chłodzenia cieczą 34 silnika spalinowego 30 zawiera ponadto przewód odgałęźny 42 połączony równolegle z pierwszym wymiennikiem ciepła 22, przy czym odgałęzienie umieszczone jest z boku wyjścia chłodzącego 40 połączonego z zaworem kierunkowym 44, który w funkcji temperatury płynu chłodzącego i trybu pracy pojazdu powstrzymuje cyrkulację płynu chłodzącego w pierwszym wymienniku ciepła 22. Jak przedstawiono na fig. 2, pierwsza pompa 24 jest usytuowana przed wejściem chłodzącym 38, a silnik spalinowy 30 zawiera za swoim wejściem chłodzącym własną, drugą pompę 46 płynu chłodzącego, dla cyrkulowania płynu chłodzącego od wejścia chłodzącego 38 w stronę wyjścia chłodzącego 40 przez silnik spalinowy 30, podczas jego pracy. Druga pompa 46 jest korzystnie połączona mechanicznie z silnikiem spalinowym 30. Obecnie opisane zostanie działanie pojazdu według wynalazku. Jeśli pojazd 1jest nieruchomy i połączony z zewnętrznym źródłem prądu, cała energia pochodząca z tego źródła wykorzystana jest do ładowania akumulatora 6. Jeśli element pomiarowy poziomu naładowania akumulatora wskazuje, że akumulator 6 jest całkowicie naładowany, układ sterowania i przekazywania energii 8, zgodnie z właściwym programem, albo po prostu zatrzymuje ładowanie, albo zatrzymuje ładowanie i wykorzystuje prąd ładowania do uruchomienia rezystora rozpraszania energii 20 i przechowania część energii w płynie chłodzącym. W tym przypadku, układ sterowania i przekazywania energii 8 uruchamia wentylator grzewczy w kabinie pasażera pojazdu, albo podgrzewa silnik spalinowy przed jego uruchomieniem, co nie tylko znacznie wydłuża jego żywotność, ale również znacznie redukuje emisję spalin wytwarzanych przy uruchamianiu pojazdu.

6 Jeśli pojazd jest w ruchu, a akumulator 6 jest całkowicie naładowany albo przeładowany, układ sterowania i przekazywania energii 8 kieruje całą energię elektryczną wytworzoną podczas hamowania elektrycznego do rezystora rozpraszania energii 20. Ponadto, jeśli pojazd jest w ruchu, a akumulator 6 nie jest całkowicie naładowany, układ sterowania i przekazywania energii 8 rozdziela energię elektryczną wytworzoną w czasie hamowania elektrycznego między rezystor rozpraszania energii 20 i akumulator 6, a rozdzielenie to zależy zarówno od stopnia naładowania akumulatora 6, jak i od ilości energii elektrycznej wytworzonej podczas hamowania elektrycznego, przy czym stopień naładowania znany jest w każdej chwili dla układu sterowania i przekazywania energii 8. Fig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł