|
|
Автомобілі Електронний підручник |
|||
|
|
||||
|
Лекція 10
Система електроживлення
Відома
система електростартерного пуску двигуна внутрішнього згоряння [Лебедєв С.А.,
Рябцовских І.В., Діденко А.А., Гуменний В.З. - Система електростартерного пуску
двигуна внутрішнього згоряння. - Патент на винахід №2433300. - Опубл.
10.11.2011], що містить акумуляторну батарею, негативним полюсом з'єднану зі
стартером, виконаним у вигляді електричної машини постійного струму, і пристрій
керування пуском з вимикачем стартера і тяговим реле, що мають нормально
відкриті контакти, напівпровідниковий вентиль і конденсаторну батарею,
підключену позитивним полюсом через напівпровідниковий вентиль до позитивного
полюса акумуляторної батареї, реле з нормально замкнутими контактами,
генератор, резистор і реле включення стартера з нормально розімкнутими
контактами, при цьому обмотка реле включення конденсаторної батареї з'єднана з
напівпровідниковим вентилем через вимикач стартера, замкнуті контакти керуючого
реле і негативним полюсом акумуляторної батареї, а нормально розімкнуті
контакти реле включення конденсаторної батареї з'єднані з негативними полюсами
акумуляторної і конденсаторної батареї, обмотка керуючого реле з'єднана з
другим висновком генератора і через резистор з першим висновком генератора і з
негативним полюсом акумуляторної батареї, в свою чергу, генератор з'єднаний
третім висновком з позитивним полюсом акумуляторної батареї, крім того, обмотка
реле включення стартера з'єднана з вимикачем стартера і негативним полюсом
акумуляторної батареї, а нормально розімкнуті контакти реле включення стартера
з'єднані з вимикачем стартера і з обмоткою тягового реле стартера, обмотка
тягового реле стартера з'єднана з нормально розімкнутими контактами реле
включення стартера і стартером, а нормально розімкнуті контакти тягового реле
стартера з'єднані з напівпровідниковим вентилем і стартером.
Реалізації
за рахунок застосування великої кількості елементів автоматичного управління,
що також зумовлює значне зниження надійності системи; значна маса і габарити
системи за рахунок застосування штатної акумуляторної батареї, що складається з
набору акумуляторів певного номінального напруги (наприклад, для літій-іонного
акумулятора воно може складати величину близько 3,6), кількість яких
визначається необхідним напругою на батареї (наприклад, для батареї напругою 27
В кількість акумуляторів становить 27/3,6=8 штук); обмежені функціональні
можливості системи - тільки для пуску двигуна внутрішнього згоряння і не
передбачає, зокрема не передбачена робота системи в якості джерела енергії для
живлення бортової мережі, в аварійному режимі і в буферному режимі; не
конкретизовано, що є ємнісним накопичувачем енергії; відсутність можливості
цифрового керування системою та контролю її стану.
Відома
система пуску двигуна внутрішнього згоряння [Кашканов В.В. - Система пуску
двигуна внутрішнього згоряння. - Патент на винахід №2431055. - Опубл.
10.10.2011], що містить акумуляторну батарею, вимикач запалювання, стартер,
перший і другий діоди, струмообмежуючий резистор і ємнісний накопичувач
енергії,окоограничивающий резистор і перший діод, при цьому другі висновки
акумуляторної батареї і ємнісного накопичувача енергії з'єднані разом і
утворюють мінусову шину джерела живлення, при цьому перший силовий контакт
стартера безпосередньо з'єднаний з першим висновком акумуляторної батареї,
другий силовий контакт стартера з'єднаний з мінусовою шиною джерела живлення,
штекер стартера (котушка тягового реле) через вимикач запалювання підключений
до точки з'єднання токоограничивающего резистора і катода першого діода, при
цьому анод другого діода, підключений до першого висновку ємнісного
накопичувача енергії, а катод другого діода, підключений до точки з'єднання
токоограничивающего резистора і катода першого діода.
Недоліком
такої системи пуску двигуна внутрішнього згоряння є: значна маса і габарити
системи за рахунок застосування штатної акумуляторної батареї, що складається з
набору акумуляторів певного номінального напруги (наприклад, для літій-іонного
акумулятора воно може складати величину близько 3,6), кількість яких
визначається необхідним напругою на батареї (наприклад, для батареї напругою 27
В кількість акумуляторів становить 27/3,6=8 штук); обмежені функціональні можливості
джерела енергії для живлення бортової мережі в аварійному режимі і в буферному
режимі; не конкретизовано, що є накопичувачем енергії; відсутність можливості
цифрового керування системою та контролю її стану.
Завданням
винаходу є створення системи електроживлення, що працює в якості системи пуску
двигунів літальних апаратів, автомобілів, залізничного транспорту,
електротранспорту; а також резервних джерел електроживлення літальних апаратів,
систем електроживлення бортової мережі літальних апаратів, автотранспорту,
електротранспорту та залізничного транспорту, відрізняється: високою надійністю
внаслідок простоти реалізації; значним зниженням маси і габаритів системи,
наприклад, при порівнянні з системою, де в якості акумуляторної батареї (модуля
акумуляторів (МА)) використовується літій-іонна (літій-полімерна,
літій-гельполимерная), маса знижується на величину не менше 40%, а габарити не
менше ніж в 1,5 рази (зменшується кількість акумуляторів у акумуляторної
батареї за рахунок застосування модуля перетворення напруги, в який входить
підвищуючий перетворювач (джерело живлення) напруги акумуляторної батареї;
розширеними функціональними можливостями системи – помимо транспорта,
передбачена робота системи в якості резервного джерела електроживлення
літальних апаратів, систем електроживлення бортової мережі літальних апаратів,
автотранспорту, електротранспорту та залізничного транспорту, у тому числі при
роботі у буферному режимі; застосуванням в якості накопичувача енергії
електрохімічного конденсатора (ионистора, молекулярного накопичувача,
суперконденсатора), що збільшує ресурс роботи акумуляторної батареї внаслідок
зниження на неї навантаження-наявністю інтелектуальної системи управління і
контролю.
Згідно
винаходу, система електроживлення транспортного засобу містить акумуляторну
батарею і накопичувач енергії, модуль управління і контролю системи
електроживлення, модуль перетворення напруги, силовий модуль комутації для
комутації силових ланцюгів постійного струму, зарядний пристрій, призначений
для зарядження акумуляторної батареї і накопичувача енергії, виконаного у
вигляді електрохімічного конденсатора, при цьому модуль перетворення напруги
пов'язаний силовими ланцюгами з шинами живлення бортової мережі, модулем
силовий комутації і модулем управління і контролю; модуль силової комутації
пов'язаний пристрій, у свою чергу, пов'язано силовими ланцюгами з акумуляторною
батареєю і електрохімічним конденсатором; причому модуль управління і контролю
виконаний з можливістю подачі керуючих сигналів на модуль перетворення напруги,
силовий модуль комутації і зарядний пристрій, а також з можливістю отримання
сигналів з датчиків напруги акумуляторної батареї, електрохімічного датчика
напруги конденсатора і датчика струму зарядного пристрою, та з можливістю
контролю напруги/струму шини живлення бортової мережі та забезпечення
інформаційної взаємодії з бортової інформаційної шиною транспортного засобу.
Даний
винахід пояснюється кресленням, де на малюнку 1 представлена блок-схема системи
електроживлення транспортного засобу.
Як
показано на малюнку 1, система електроживлення транспортного засобу містить
модуль акумуляторів (МА) (акумулятори можуть бути літій-іонні, літій-полімерні,
літій-гельполимерние, нікель-кадмієві, свинцеві, нікель-металгідридні, водневі,
літієві, серебрянно-цинкові або будь-якого іншого типу), плюсової висновок
якого через модуль силової коммрохимического конденсатора (ЭХК) (ионистора,
молекулярного накопичувача, суперконденсатора), який в свою чергу з'єднаний
через МСК з силовою шиною бортової мережі, що веде до двигуна та іншим
споживачам електроенергії. У той же час, МА через МСК і модуль перетворення
напруги (мп н) з'єднаний з силовою шиною бортової мережі і застосовується для резервного
електроживлення і підзаряду модуля ЭХК. При цьому підзаряд МА і модуля ЭХК
здійснюється за допомогою модуля зарядного пристрою (ЗП) з бортової мережі або
зовнішнього джерела живлення. Керуючі сигнали надходять з МУК і контролюються
вбудованими датчиками.
Мп
н включає в себе підвищуючий перетворювач напруги, що здійснює перетворення
напруги з модуля МА, при роботі в аварійному режимі, до напруги, необхідного
для живлення бортової силової мережі та понижуючий перетворювач напруги, що
забезпечує зниження напруги з бортового до необхідного для живлення модуля
управління і контролю (МУК) і ЗУ.
Мп
н містить: один силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення силової
комутації з шиною живлення бортової мережі транспортного засобу; один силовий
вихід і один силовий вхід для забезпечення силової комутації з МСК; один
силовий вихід для п
Модуль
ЗУ необхідний для заряду модуля МА і ЭХК. Принцип побудови модуля ЗУ може бути
заснований на застосуванні широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Керуючі сигнали
ШИМ надходять на ЗУ з модуля МУК.
ЗУ
містить: один силовий вхід для комутації з МСК; два силових виходу, призначених
для комутації з МА і ЭХК для здійснення їх заряду; один сигнальний вихід (при
необхідності більш одного) з вбудованого в ЗУ датчика струму на МУК; один
сигнальний вхід (при необхідності більш одного) з МУК для прийому керуючих
команд.
Модуль
ЭХК призначений для роботи в режимі запуску двигуна, зокрема за допомогою
допоміжної силової установки і в режимі буфера.
ЭХК
містить: один силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення силової
комутації з МСК; один силовий вхід для забезпечення силової комутації з ЗУ для
здійснення заряду ЭХК; один (при необхідності більш одного) сигнальний вихід на
МУК з датчика напруги ЭХК для здійснення контролю напруги.
МУК
призначений для управління і контролю за роботою системи електроживлення і може
складатися з схеми узгодження, що містить в собі приймально-передавач, який
необхідний для узгодження рівнів сигналу напруги для живлення МУК, а також
фільтру, що зменшує перешкоди і флуктуації напруги бортової мережі; схеми
управління здійснює прийом та обробку сигналів від датчиків напруги і струму, а
також управління іншими модулями джерела електроживлення з функціями контролю
стану в реальному часі.
МУК
містить: один силовий вхід з мп н, призначений для здійснення харчування МУК;
чотири (при необхідності більше чотирьох) сигнальних входу з датчиків напруги
МА і ЭХК для здійснення контролю напруги; один сигнальний вхід (при
необхідності більш одного) з датчика струму ЗУ для контролю струму заряду; три
(при необхідності більш трьох) сигнальних виходу: мп н - для управління мп н,
МСК - для управління МСК, на ЗУ - для управління ЗУ; один (при необхідності
більш одного) сигнальний вхід і один (при необхідності більше одного)
сигнальний вихід для забезпечення інформаційної взаємодії з бортової
інформаційної шиною транспортного засобу; один (при необхідності більш одного)
сигнальний вхід для здійснення контролю напруги (струму) шини живлення бортової
мережі.
Система
електроживлення містить МА, що складається з послідовно з'єднаних акумуляторів
(акумулятори можуть бути, літієві, серебрянно-цинкові або будь-якого іншого
типу), плюсової висновок якого через МСК з'єднаний з плюсовим висновком ЭХК
(ионистора, молекулярного накопичувача, суперконденсатора), а також через МСК і
мп н з'єднаний з бортовою мережею, що веде до двигуна та іншим споживачам
електроенергії. Підзаряд МА і ЭХК здійснюється через ЗУ. Система
електроживлення може управлятися зовнішніми командами через МУК або працювати
за заданим МУК алгоритмом.
МД
містить: один силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення силової
комутації з МСК; один силовий вхід для забезпечення силової комутації з ЗУ для
здійснення заряду МА; три (при необхідності більш трьох) сигнальних виходу на
МУК з датчиків напруги МА для здійснення контролю напруги.
МСК
містить: один силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення силової
комутації з мп н; один силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення
силової комутації з шиною живлення бортової мережі транспортного засобу; один
силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення силової комутації з МА; один
силовий вихід і один силовий вхід для забезпечення силової комутації з ЭХК;
один силовий вихід для забезпечення силової комутації з опитания працює
наступним чином.
При
першому запуску джерела електроживлення відбувається самотестування за
допомогою МУК.
В
режимі запуску двигуна ЭХК (іоністор, молекулярний накопичувач,
суперконденсатор) через МСК розряджається на навантаження (стартер, допоміжну
силову установку, двигун). У системі може бути передбачений заряд (підзарядити)
ЭХК (ионистора, молекулярного накопичувача, суперконденсатора) від МА через МСК
при подачі керуючих команд з МУК. У разі необхідності запуск може бути здійснено
безпосередньо від МА через МСК або в поєднанні «МА+ЭХК (іоністор, молекулярний
накопичувач, суперконденсатор)» через МСК.
В
режимі основного і резервного джерела електроживлення, електроживлення бортової
мережі живлення здійснюється від МА через МСК і мп н або в поєднанні «МА+ЭХК
(іоністор, молекулярний накопичувач, суперконденсатор)» через МСК і мп н при
подачі команд з МУК.
В
буферному режимі роботи системи ЭХК (іоністор, молекулярний накопичувач,
суперконденсатор) через МСК підключається до бортової силової мережі і
залишається на ній. Буферний режим роботи може підтримуватися при підключенні
до ЭХК модуля акумуляторів МА через МСК, або безпосередньо МА через МСК при
подачі команд з МУК.
Система
електроживлення транспортного засобу, що містить акумуляторну батарею і
накопичувач енергії, яка відрізняється тим, що додатково містить модуль
управління і контролю системи електроживлення, модуль перетворення напруги,
силовий модуль комутації для комутації силових ланцюгів постійного струму,
зарядний пристрій, призначений для зарядження акумуляторної батареї і
накопичувача енергії, виконаного у вигляді електрохімічного конденсатора, при
цьому модуль перетворення напруги пов'язаний силовими ланцюгами з шинами
живлення бортової мережі, модулем силовий комутації і модулем управління і
контролю, силовий модуль комутації пов'язаний силовими ланцюгами з зарядним
пристроєм, акумуляторною батареєю і електрохімічним конденсатором, а зарядний
пристрій, у свою чергу, пов'язано силовими ланцюгами з акумуляторною батареєю і
електрохімічним конденсатором, причому модуль управління і контролю виконаний з
можливістю подачі керуючих сигналів на модуль перетворення напруги, силовий
модуль комутації і зарядний пристрій, а також з можливістю отримання сигналів з
датчиків напруги акумуляторної батареї, датчика напруги електрохімічного мережі
та забезпечення інформаційної взаємодії з бортової інформаційної шиною
транспортного засобу.
|
||||
