УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БАТАРЕИ ГИБРИДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2015 года по МПК H01M10/60 B60K6/28 B60L11/12 F01P3/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу регулирования температуры батареи гибридного транспортного средства и устройства в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы изобретения.

Уровень техники

Гибридные электрические транспортные средства содержат двигатель внутреннего сгорания и электромашину. Электромашина по меньшей мере частично получает тяговую мощность из батареи.

Известно, что температура влияет на характеристики работы батареи. Когда батарея заряжается, ее температура может повышаться в результате химической реакции электролита батареи. Повышение температуры в процессе зарядки может ускорять процессы коррозии и разрушения положительного электрода. Поэтому слишком высокая температура батареи может ухудшать ее рабочие характеристики и сокращать срок службы. Аналогичным образом, слишком низкая температура батареи также может ухудшать ее рабочие характеристики и сокращать срок службы. Наиболее подходящая рабочая температура для свинцово-кислотных батарей находится в диапазоне от 25°С до 40°С, в то время как благоприятная температура для работы ионно-литиевых батарей находится в диапазоне от 0°С до 40°С.

В связи с вышеизложенным необходимо регулировать температуру батареи в гибридном транспортном средстве для продления срока службы батареи.

В документе US 7147071 раскрывается гибридное электрическое транспортное средство с устройством регулирования температуры батареи. Устройство включает контур системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания и контур охлаждения батареи. Тепло передается между указанными контурами через теплообменник.

Проблема технического решения, раскрытого в US 7147071, заключается в высокой стоимости теплообменника и в необходимости внесения доработок в контур системы охлаждения двигателя.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является создание способа регулирования температуры тяговой батареи в гибридном транспортном средстве, в котором решаются вышеуказанные проблемы.

Цели изобретения достигаются с использованием признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие пункты формулы изобретения и описание раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.

В настоящем изобретении предложен способ регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства, которое содержит двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель для обеспечения тяговой мощности, причем способ включает: обеспечение первого контура регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания; обеспечение второго контура регулирования температуры для тяговой батареи; осуществление нагрева тяговой батареи электрическим нагревателем, установленным во втором контуре регулирования температуры последовательно с насосом, радиатором и тяговой батареей; передачу электрической мощности в нагреватель через преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение (ПОСТ./ПОСТ.) в первом контуре регулирования температуры от электродвигателя, который может приводиться двигателем внутреннего сгорания, когда температура батареи ниже заданного диапазона температур.

Достоинством такого технического решения является обеспечение мощности для нагрева батареи от двигателя внутреннего сгорания через преобразователь ПОСТ./ПОСТ. и электродвигатель.

В другом варианте осуществления изобретения способ включает также использование батареи для обеспечения тяговой мощности только в том случае, когда температура батареи находится в заданной интервале температур.

Достоинством этого варианта является возможность продления срока службы батареи.

В другом варианте предложенный способ включает также обеспечение перепускной линии для радиатора во втором контуре регулирования температуры и регулируемое направление потока жидкого теплоносителя в радиатор или в перепускную линию с помощью клапана.

Достоинством этого варианта является сокращение времени нагрева/охлаждения батареи до рабочей температуры.

В другом варианте способ включает управление электродвигателем с использованием заданной величины напряжения для подачи электрической мощности в нагреватель, когда температура батареи ниже заданного интервала температур.

Достоинством этого варианта является возможность увеличения срока службы электрических компонентов и надежности их работы.

В другом варианте способ включает также разделение второго контура регулирования температуры и первого контура регулирования температуры.

Достоинством этого варианта является возможность независимого регулирования температуры в первом и втором контурах.

В настоящем изобретении также предлагается система регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства, которое содержит двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель для обеспечения тяговой мощности, причем система содержит: первый контур регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания, второй контур регулирования температуры для тяговой батареи, нагреватель, насос и радиатор во втором контуре регулирования температуры, отличающаяся тем, что нагреватель обеспечивается электрической мощностью через преобразователь ПОСТ./ПОСТ. от электродвигателя, который приводится двигателем внутреннего сгорания.

Достоинством такого технического решения является обеспечение электрической мощности для нагрева батареи от двигателя внутреннего сгорания через преобразователь ПОСТ./ПОСТ. и электродвигатель.

В другом варианте система содержит также перепускную линию для радиатора во втором контуре регулирования температуры и клапан для регулируемого направления потока жидкого теплоносителя в радиатор или в перепускную линию.

Достоинством этого варианта является сокращение времени нагрева/охлаждения батареи до рабочей температуры.

В другом варианте система содержит также контроллер для управления электродвигателем с использованием заданной величины напряжения для подачи электрической мощности в нагреватель, когда температура батареи ниже заданного интервала температур.

Достоинством этого варианта является возможность увеличения срока службы электрических компонентов и надежности их работы.

Еще в одном варианте первый и второй контуры регулирования температуры отделены друг от друга.

Достоинством этого варианта является возможность независимого регулирования температуры в первом и втором контурах.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения, его особенности и достоинства лучше всего можно понять из нижеприведенного подробного описания некоторых вариантов осуществления изобретения, которые не ограничивают его объем, со ссылками на чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - общая схема одного из вариантов контура регулирования температуры тяговой аккумуляторной батареи в гибридном электрическом транспортном средстве по настоящему изобретению;

на фиг.2 - общая схема гибридного транспортного средства параллельного типа в одном из вариантов осуществления изобретения.

Одинаковые или сходные элементы указываются на чертежах одинаковыми ссылочными номерами. Чертежи являются всего лишь схематическими иллюстрациями, не предназначенными для точного отображения конкретных характеристик изобретения. Кроме того, чертежи предназначены для представления только типичных вариантов осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничения объема изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведена общая схема контура 100 одного из вариантов контура регулирования температуры тяговой аккумуляторной батареи в гибридном электрическом транспортном средстве по настоящему изобретению. Контур 100 регулирования температуры содержит нагреватель 102, дополнительный (необязательный) клапан 104, дополнительную (необязательную) перепускную линию 106 жидкого теплоносителя, радиатор 108, тяговую батарею 110, насос 112 и основной контур 116 жидкого теплоносителя.

В основном контуре 116 регулирования температуры (показан на фиг.1 сплошными линиями) жидкий теплоноситель прокачивается насосом 112. В качестве жидкого теплоносителя может использоваться вода в смеси с этиленгликолем, аммиак, дифтордихлорэтан или любой другой подходящий жидкий теплоноситель. Для работы насоса 112 может использоваться электрическая энергия, и/или он может приводиться двигателем внутреннего сгорания (с использованием ременной или гидравлической передачи). Жидкий теплоноситель подается насосом 112 в нагреватель 102. Таким нагревателем является электрический нагреватель, использующий то же напряжение, которое используется другим электрооборудованием транспортного средства и равно 24 В для грузовиков, автобусов и строительных машин или 12 В для легковых автомобилей.

Далее жидкий теплоноситель поступает из нагревателя 102 в радиатор или теплообменник 108. Такой теплообменник 108 может быть снабжен вентилятором, обеспечивающим отвод тепла. В альтернативном варианте для охлаждения теплообменника 108 используется только воздушный поток или достаточная низкая температура внешней среды (вентилятор в этом случае не используется).

Жидкий теплоноситель поступает из теплообменника 108 в тяговую батарею 110 и затем возвращается в насос 112. Тяговая батарея 110 может иметь линейное напряжение, равное 400 В, 600 В или любое другое подходящее напряжение. Могут использоваться разные типы тяговых батарей: свинцово-кислотные, ионнно-литиевые, никель-металл-гидридные или любые другие подходящие типы батарей.

На фиг.1 также показана дополнительная перепускная линия 106 жидкого теплоносителя (пунктирной линией) вместе с клапаном 104. Клапан может использоваться для выключения радиатора 108 из контура регулирования температуры. Радиатор 108 может выключаться из контура регулирования температуры, когда осуществляется нагрев тяговой батареи 110 до подходящей температуры, что позволяет ускорить нагрев батареи до нужной температуры по сравнению с вариантом, когда жидкий теплоноситель прокачивается через радиатор 108.

На фиг.2 приведена общая схема гибридного транспортного средства 200 параллельного типа в одном из вариантов осуществления изобретения. Гибридное транспортное средство параллельного типа содержит двигатель 228 внутреннего сгорания, трансмиссию 227, электрическую машину 226, преобразователь 229 ПОСТ./ПОСТ., тяговую батарею 210, переключатель 224 и нагреватель 202.

Двигатель 228 внутреннего сгорания может быть дизельным двигателем, бензиновым двигателем или двигателем, работающим на разных видах топлива. Трансмиссия 227 содержит механическое устройство соединения между двигателем 228 внутреннего сгорания и электромашиной 226. Такая трансмиссия может содержать сцепление, коробку передач, ведущий вал и т.п. Электромашина 226 может работать в двух режимах: она может передавать вращающий момент или мощность в трансмиссию для продвижения транспортного средства, то есть в качестве двигателя, или в обратном направлении при регенерации, например, когда транспортное средство тормозит, преобразуя механическую энергию, передаваемую колесами, в электрическую энергию, то есть в качестве генератора. Режим регенерации может также осуществляться в сочетании с двигателем внутреннего сгорания для подачи зарядного тока в батарею.

Может использоваться электромашина переменного или постоянного тока любого типа, известного в технике, и поэтому она не требует дополнительного описания или пояснений.

Преобразователь ПОСТ./ПОСТ. используется для преобразования напряжения электрического тока, подаваемого из батареи и/или из электромашины, которое обычно находится в диапазоне нескольких сотен вольт, в линейное напряжение, подходящее для всех потребителей электроэнергии транспортного средства, которое обычно находится в диапазоне от 6 В до 50 В. Преобразователь ПОСТ./ПОСТ. расположен между электромашиной/тяговой батареей и электрическим оборудованием транспортного средства, содержащим, например, нагреватель 202, радиоустройство, систему управления двигателем внутреннего сгорания, лампочки, электронные схемы и т.п.

Тяговая батарея подключается в гибридном транспортном средстве 200 через переключатель 224. Этот переключатель может использоваться для разных целей. Во-первых, он может использоваться в качестве предохранительного устройства для отсоединения высокого напряжения, обеспечиваемого батареей, от гибридного транспортного средства, и, во-вторых, он может использоваться в целях управления зарядкой батареи.

Для двигателя внутреннего сгорания может использоваться первый контур регулирования температуры. Для тяговой батареи может использоваться второй контур 100 регулирования температуры. Тяговая батарея может нагреваться электрическим нагревателем 102, установленным во втором контуре 100 регулирования температуры последовательно с насосом 112, радиатором 108 и тяговой батареей 110. Мощность может подаваться в нагреватель через преобразователь 229 ПОСТ./ПОСТ. в первом контуре регулирования температуры от электромашины 226, которая может приводиться двигателем 228 внутреннего сгорания, когда температура батареи 210 ниже заданного диапазона температур.

В процессе нагрева батареи 210 она может быть отсоединена переключателем 224. Электромашина 226 может вырабатывать электрический ток с высоким напряжением в диапазоне 300-800 В. Преобразователь ПОСТ./ПОСТ. может преобразовывать высокое электрическое напряжение в низкое напряжение в диапазоне 6-50 В. Когда температура батареи понижается, клапан 104 может быть установлен в такое положение, чтобы жидкий теплоноситель не проходил через радиатор 108.

Это может повысить эффективность работы и сократить время нагрева батареи 110, 210. Когда батарея нагреется в достаточной степени, то есть ее температура будет находиться в диапазоне температур, заданном для используемого типа батареи, переключатель 224 замыкают, так что батарея подключается для подачи в транспортное средство мощности для обеспечения его движения. Если обеспечивать поддержание температуры батареи в пределах заданного диапазона температур, то ее можно эксплуатировать без риска сокращения срока службы батареи. Когда переключатель замкнут, и батарея используется для подачи тяговой мощности, ее температура может регулироваться с использованием контура регулирования температуры для обеспечения максимально возможного срока службы батареи, то есть нагреватель 102, 202 может быть включен, когда батарея отдает тяговую мощность в электродвигатель. Когда батарея нагрелась (и отсоединена), электромашина работает с регулированием напряжения, то есть задается диапазон напряжений, в котором должно находиться вырабатываемое напряжение для подачи в потребители электричества, когда батарея отсоединена. Электродвигатель работает в качестве регулятора, с торможением или без торможения, для удерживания напряжения сети в заданном диапазоне. Когда батарея подсоединена, регулирование тока, потребляемого из батареи и подаваемого в батарею, осуществляется одним из способов, хорошо известных в технике.

Батарея используется, то есть отдает тяговую мощность в транспортное средство через электродвигатель, только тогда, когда температура батареи находится в заданном диапазоне температур, определяемом типом используемой батареи. Этот диапазон рабочих температур указывается в технических характеристиках используемой батареи.

Изобретение было описано на примере гибридного транспортного средства параллельного типа. При соответствующем изменении начальных настроек настоящее изобретение может быть в равной степени применимо для гибридного транспортного средства последовательного типа.

Необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничивается рассмотренными вариантами его осуществления, которые иллюстрируются прилагаемыми чертежами, напротив, специалисту в данной области техники будет понятно, что в пределах объема прилагаемой формулы изобретения могут быть выполнены самые разные изменения и модификации этих вариантов.

Изобретение относится к регулированию температуры батареи гибридного транспортного средства. Способ регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем включает обеспечение первого контура регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания; обеспечение второго контура регулирования температуры для тяговой батареи; осуществление нагрева тяговой батареи нагревателем, установленным во втором контуре регулирования температуры последовательно с насосом, радиатором и тяговой батареей. Дополнительно способ содержит этап передачи электрической мощности в нагреватель через преобразователь в первом контуре регулирования температуры от электродвигателя, когда температура батареи ниже заданного диапазона. Система для реализации способа содержит два контура регулирования температуры. Нагреватель первого контура является частью второго контура. Нагреватель обеспечивается электрической мощностью через преобразователь от электродвигателя. Достигается упрощение конструкции системы регулирования температуры. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства, которое содержит двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель для обеспечения тяговой мощности, причем способ включает:
а) обеспечение первого контура регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания;
б) обеспечение второго контура регулирования температуры для тяговой батареи;
в) осуществление нагрева тяговой батареи электрическим нагревателем, установленным во втором контуре регулирования температуры последовательно с насосом, радиатором и тяговой батареей,
отличающийся тем, что он дополнительно включает:
г) передачу электрической мощности в нагреватель через преобразователь ПОСТ./ПОСТ. в первом контуре регулирования температуры от электродвигателя, который может приводиться двигателем внутреннего сгорания, когда температура батареи ниже заданного диапазона температур.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
д) использование батареи для обеспечения тяговой мощности только в том случае, когда ее температура находится в заданном диапазоне температур.

3. Способ по п. 1 или п. 2, дополнительно включающий:
е) обеспечение перепускной линии для радиатора во втором контуре регулирования температуры;
ж) регулируемое направление потока жидкого теплоносителя в радиатор или в перепускную линию с помощью клапана.

4. Способ по п. 1 или п. 2, дополнительно включающий:
з) управление электродвигателем с использованием заданной величины напряжения для подачи электрической мощности в нагреватель, когда температура батареи ниже заданного интервала температур.

5. Способ по п. 1 или п. 2, дополнительно включающий:
и) разделение второго контура регулирования температуры и первого контура регулирования температуры.

6. Система регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства, имеющего двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель для обеспечения тяговой мощности, содержащая:
первый контур регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания, и
второй контур регулирования температуры для тяговой батареи, содержащий насос, радиатор и тяговую батарею, а также нагреватель, который, кроме того, является частью другого контура с двигателем внутреннего сгорания, электромашиной и преобразователем ПОСТ./ПОСТ., причем этот нагреватель обеспечивается электрической мощностью через преобразователь ПОСТ./ПОСТ. от электродвигателя, который приводится двигателем внутреннего сгорания.

7. Система по п. 6, дополнительно содержащая:
перепускную линию для радиатора во втором контуре регулирования температуры;
клапан для регулируемого направления потока жидкого теплоносителя в радиатор или в перепускную линию.

8. Система по п. 6, дополнительно содержащая контроллер для управления электродвигателем с использованием заданной величины напряжения для подачи электрической мощности в нагреватель, когда температура батареи ниже заданного интервала температур.

9. Система по п. 6, в которой первый и второй контуры регулирования температуры отделены друг от друга.