Система зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности, взаимно соединенных последовательно, и транспортное средство большой грузоподъемности, воплощающее эту систему

Группа изобретений относится к системе зарядки аккумуляторов транспортного средства. Система зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности содержит генератор переменного тока, пару аккумуляторов, взаимно соединенных последовательно, средство контроля зарядного напряжения каждого аккумулятора, средство обработки, пригодное для сопряжения со средством контроля. Средство обработки выполнено с возможностью управления генератором. При этом средство обработки выдает команду начала процесса зарядки цепочки аккумуляторов, когда разница между соответствующими измеряемыми зарядными напряжениями превышает первое заранее определенное пороговое значение и выдает команду прерывания процесса зарядки, когда производная тока, потребляемого цепочкой аккумуляторов, превышает второе заранее определенное отрицательное пороговое значение. Также заявлены способ зарядки пары аккумуляторов и транспортное средство большой грузоподъемности. Технический результат заключается в продлении срока службы аккумулятора с меньшим внутренним сопротивлением. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область применения изобретения

Данное изобретение относится к области систем для зарядки аккумуляторов транспортных средств, а в частности - по меньшей мере, пары аккумуляторов, взаимно соединенных последовательно.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В транспортных средствах большой грузоподъемности, таких, как автомобили промышленного назначения или автобусы, электрическая система транспортного средства имеет напряжение питания 24 В. Это означает использование, по меньшей мере, пары 12-вольтных аккумуляторов, соединенных последовательно для достижения упомянутых 24 В.

Хотя отдельные элементы, которых обычно шесть и которые составляют аккумулятор, практически идентичны в том, что они представляют собой часть одной и той же производственной партии, два готовых аккумулятора, по всей вероятности, имеют разное динамическое поведение.

Иными словами, один из двух склонен заряжаться меньше, поскольку имеет большее внутреннее сопротивление, а другой при этом склонен заряжаться больше. Это создает разницу между напряжениями и увеличивает усталость аккумулятора при более частом проведении цикла зарядки и разрядки.

Энергогенерирующая система транспортного средства также содержит генераторы переменного тока, которые обычно вырабатывают электрическую энергию при стабилизированном зарядном напряжении.

Если бы напряжение питания для аккумулятора с более высоким внутренним сопротивлением можно было увеличить, было бы возможным зарядить его полностью, но это невозможно, потому что он соединен с другим аккумулятором последовательно, а в обычной системе соединение между положительной клеммой и отрицательной клеммой не подключено к системе электроснабжения транспортного средства. Следовательно, аккумулятор с более высоким внутренним сопротивлением нельзя зарядить полностью, не заряжая при этом другой аккумулятор избыточно.

Сущность изобретения

Задачей данного изобретения является разработка системы управления зарядкой пары аккумуляторов транспортного средства, взаимно соединенных последовательно.

Концепция, лежащая в основе данного изобретения, заключается в прерывистой зарядке аккумуляторов при постоянном значении тока.

Иными словами, измеряют напряжение на концах каждого одиночного аккумулятора, соединенного последовательно. Когда разница в напряжении между двумя аккумуляторами превышает заранее определенный порог, приводят в действие электрический генератор, чтобы зарядить пару аккумуляторов. При этом контролируют производную тока, потребляемого цепочкой. Когда упомянутая производная превышает заранее определенное отрицательное пороговое значение, то есть, когда возникает значительное падение выходного тока, зарядку аккумуляторов прерывают.

Тесты показали, что посредством зарядки цепочки аккумуляторов транспортных средств таким образом оказывается возможным снижение собственного дисбаланса между одиночными аккумуляторами и продление срока службы аккумулятора с меньшим внутренним сопротивлением.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать систему зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности, взаимно соединенных последовательно, охарактеризованную в п.1 формулы изобретения.

Дополнительная задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать способ зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности, взаимно соединенных последовательно.

Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать транспортное средство большой грузоподъемности, оснащенное, по меньшей мере, парой аккумуляторов и вышеупомянутой системой управления.

Формула изобретения представляет собой неотъемлемую часть данного описания, где приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные цели и преимущества данного изобретения станут ясными из нижеследующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления (и альтернативных вариантов осуществления) изобретения и из прилагаемых чертежей, которые являются лишь иллюстративными, а не ограничительными, при этом:

на фиг.1 представлено схематическое изображение системы зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности, взаимно соединенных последовательно;

на фиг.2 представлен передний вал отбора мощности (PTO) транспортного средства, передающий мощность двигателя посредством ремня различным устройствам с приводом от вала отбора мощности, включая три генератора, предназначенные для зарядки аккумуляторов, показанных на фиг.1.

На чертежах одинаковые цифры и буквы обозначают одинаковые детали и компоненты.

В рамках объема притязаний данного изобретения, термин «второй» компонент не обуславливает присутствие «первого» компонента. Такие термины употребляются лишь для ясности, и их не следует считать ограничивающими объем притязаний данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Транспортное средство большой грузоподъемности с электрической системой транспортного средства, которая имеет напряжение питания 24 В, оснащено, по меньшей мере, оной парой аккумуляторов B1 и B2, взаимно соединенных последовательно, при этом внешние полюса цепочки соединены с системой электроснабжения транспортного средства, схематически изображенной посредством двух горизонтальных линий. Как в обычных системах, последовательное соединение между положительной клеммой одного аккумулятора и отрицательной клеммой другого аккумулятора никак не подключено к системе электроснабжения транспортного средства или к клемме генератора переменного тока какого бы то ни было типа. Иными словами, точка зажима упомянутой цепочки изолирована от системы электроснабжения транспортного средства.

Цепочка аккумуляторов - в целом - обозначена символами B1+B2, и поэтому ясно, что только внешние полюса цепочки соединены с электрической системой транспортного средства.

Один или несколько генераторов G3, G2, G1, и т.д., переменного тока соединены с той же самой системой.

Этими генераторами переменного тока управляет средство обработки (средство обработки данных) VCU, в общем случае устанавливаемое на борту транспортного средства.

Упомянутые генераторы переменного тока предпочтительно являются интеллектуальными генераторами переменного тока, которые снабжены своим собственным средством обработки, пригодным для контроля функционирования генератора переменного тока и управления этим функционированием, характеризующими генератор переменного тока и содержащими средство связи для диалога со средством обработки транспортного средства.

Используют контакт, именуемый контактом «локальной коммутационной сети» (Local Interconnect Network (LIN)), для установления линии последовательной передачи данных посредством канала связи «шина LIN» (обозначенного штрихпунктирными линиями на фиг.1) между средством обработки интеллектуального генератора переменного тока и транспортным средством, в общем случае - блоком обработки транспортного средства, VCU, или блоком управления двигателем, ECU.

Посредством упомянутой системы связи, управление упомянутыми генераторами обычно способствует рекуперации энергии торможения - за счет регулирования текущего напряжение питания в соответствии с условиями эксплуатации транспортного средства.

В соответствии с данным изобретением, средство обработки VCU (или ECU) транспортного средства выполнено с возможностью контроля напряжения Vtot на концах цепочки и напряжения на концах каждого аккумулятора, а когда разница между упомянутыми напряжениями на концах одиночных аккумуляторов превышает заранее определенный порог, - управления, по меньшей мере, одним генератором G3 переменного тока для регулирования напряжения питания с целью зарядки цепочки аккумуляторов B1+B2.

В то же время, осуществляется контроль производной тока, потребляемого цепочкой B1+B2. Когда упомянутая производная превышает заранее определенное отрицательное пороговое значение, то есть, когда потребляемый ток уменьшается, средство обработки VCU транспортного средства выдает команду прерывания процесса зарядки аккумулятора.

В долгосрочной перспективе, это позволяет достичь попеременной зарядки при постоянном значении тока.

Эта стратегия дает возможность сократить разницу уровней заряда между аккумуляторами B1 и B2.

Когда средство обработки VCU выдает упомянутому, по меньшей мере, одному генератору G3 переменного тока команду прервать процесс зарядки аккумуляторов, это не означает, что генератор переменного тока больше не подает ток, а просто означает снижение выходного напряжения в такой степени, что аккумуляторы транспортного средства больше не заряжаются. В таких условиях эксплуатации, генератор переменного тока по-прежнему может питать разные нагрузки транспортного средства, а аккумуляторы транспортного средства работают как конденсатор, подавая электропитание во время пикового потребления конкретными устройствами, такими, как система впрыска топлива или система торможения, и т.д.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, возможен контроль тока, потребляемого и подаваемого каждым аккумулятором, соответствующей температуры и соответствующего напряжения посредством измерительного устройства S, которое содержит три клеммы, две из которых соединены непосредственно с отрицательным полюсом каждого аккумулятора, а одна - с положительным полюсом источника питания транспортного средства, чтобы проводить вольтамперные измерения на одиночных аккумуляторах B1 и B2.

Упомянутое устройство S является устройством известного типа и - предпочтительно - содержит блок обработки с интерфейсом «LIN», так что способно взаимодействовать с VCU и/или непосредственно с упомянутым, по меньшей мере, одним генератором G3 переменного тока.

Когда транспортное средство оснащено генераторами в количестве двух штук или более, см. фиг.2, вал отбора мощности, PTO, обычно именуемый передним валом отбора мощности, передает мощность двигателя посредством ремня BL различным устройствам на борту транспортного средства, включая, например, три интеллектуальных генератора G1, G2, G3 переменного тока. S1 представляет собой любое устройство, которое получает крутящий момент двигателя от упомянутого PTO, такое, как водяной насос в системе охлаждения двигателя E внутреннего сгорания, вентилятор охлаждения радиатора охлаждения и гидросистема рулевого управления, если они применяются.

Источник питания транспортного средства содержит линию электроснабжения, с которой соединены различные нагрузки и электрические устройства, включая аккумуляторы транспортного средства.

Присутствие S1 или других устройств и соответствующее их распределение по длине ремня целиком определяется выбором конструктора и может изменяться от случая к случаю.

Наблюдая вращение ремня BL, например, в направлении против часовой стрелки, отмечаем, что первым генератором переменного тока, которому сообщается движение, передаваемое PTO, является G1, потом - G2 и, наконец, G3. Таким образом и определяется так называемая «длина ремня» или порядок приложения тяги. Из вышеизложенного описания ясно, что G1 - это генератор переменного тока, к которому прикладывается наибольшая сила, поскольку его подшипник должен выдерживать силу тяги, прикладываемую к G2, S1 и G3.

И наоборот, G3 - это генератор переменного тока, подвергающийся воздействию наименьшего механического напряжения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения, G3 - это генератор переменного тока, который включают прежде всего для подвода мощности в электрическую систему транспортного средства.

Когда рабочая температура генератора G3 растет, включают генератор G2, а когда растет температура генератора G2, включают генератор G1.

И наоборот, когда температура генератора G2 падает, выключают генератор G1, а когда падает температура генератора G3, выключают генератор G2.

Пороги температур включения и выключения можно выбрать с достаточным запасом во избежание непрерывного осуществления включения-выключения.

Поэтому в соответствии с таким предпочтительным вариантом осуществления изобретения, генератор переменного тока, наиболее удаленный от PTO, включают первым, а потом действуют в порядке, противоположном направлению вращения ремня BL, или - точно так же - первым включают генератор переменного тока, ближайший к PTO, действуя далее с учетом направления вращения ремня BL.

В соответствии с последним указанием, которое полностью эквивалентно первому, второй генератор G2 переменного тока включают, когда первый генератор переменного тока G1 достигает заранее определенного порога температуры или превышает его, и так далее.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, чтобы предотвратить приложение избыточного термического напряжения, упомянутыми генераторами также можно управлять в зависимости от общего тока, потребляемого системой электроснабжения транспортного средства.

На конкретном примере данного изобретения, отмечаем, что когда VCU выдает команду зарядки при постоянном значении тока, логика, посредством которой включают генераторы переменного тока на основе их соответствующих температур, заменяется включением дополнительного - заранее определенного - количества генераторов переменного тока.

Например, если включение генератора G3 оказывается достаточным, чтобы запитать устройства на борту транспортного средства, когда аккумуляторы B1 и B2 транспортного средства нуждаются в перезарядке, VCU выдает команду включения генератора G2, или G1 и G2, не ожидая обнаружения увеличения температуры генератора G3.

Каждый генератор G1-G3 переменного тока - в соответствии со скоростью вращения двигателя Е внутреннего сгорания - контролирует соответствующий выходной ток или выход по току относительно соответствующей кривой максимальной эффективности и посылает сообщение, один раз за событие или циклически. В соответствии с вариантами осуществления, описываемыми ниже, упомянутое сообщение может определять включение одного или нескольких дополнительных генераторов.

Каждый из интеллектуальных генераторов G1-G3 переменного тока содержит средство обработки для выполнения вышеописанных функций, то есть, для управления соответствующим электрическим устройством, а также для контроля соответствующей температуры и выходного тока. Более того, упомянутые средства обработки данных включают в себя интерфейс связи, посредством которого, вообще говоря, возможно управление электрической энергией, подводимой генератором переменного тока.

Если используют типичные интеллектуальные генераторы, то есть, того типа, которые есть в продаже, блок обработки данных транспортного средства, то есть - VCU или ECU, сопрягается с интеллектуальными генераторами и управляет соответствующим их включением.

В соответствии с упомянутым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, VCU или ECU получает от генераторов информацию об их соответствующей температуре и выдает команду включения генератора G2, G3, и т.д.

В предпочтительном варианте, каждый генератор переменного тока может также посылать информацию о соответствующем выходном токе и/или выходе по току на основе соответствующей кривой эффективности, которая, в свою очередь, является функцией числа оборотов PTO и выходного тока генератора переменного тока. Получив такую информацию из генераторов, которые в данным момент включены, VCU или ECU вследствие этого сможет выдать команду включения одного или нескольких дополнительных генераторов до того, как те, которые уже включены, достигнут вышеупомянутых порогов температуры включения.

И наоборот, когда эффективность включенных генераторов уменьшается, VCU или ECU выдает команду постепенного выключения генераторов только после того как проверка показывает, что требуемые температурные условия удовлетворены. Например, если выходной ток резко падает, а генератор G2 по-прежнему работает при температуре выше порога включения генератора G1, генератор G1 остается включенным до тех пор, пока температура генератора G2 не упадет ниже порога выключения генератора G1.

Таким образом, на основе вышеизложенного можно сказать, что порядок включения определяется главным образом положением генератора переменного тока по длине ремня, затем - рабочей температурой, а в завершение - и общим выходом по току генераторов.

В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления изобретения, средства обработки интеллектуальных генераторов взаимодействуют друг с другом, включая и выключая генераторы в зависимости от информации, которой они обмениваются, а не от команды блока обработки данных транспортного средства - VCU или ECU.

Данное изобретение можно с выгодой воплотить посредством компьютерной программы, содержащей средство кодирования для воплощения одного или нескольких этапов способа, когда такую программу запускают на компьютере. Таким образом, объем защиты включает в себя упомянутую компьютерную программу и компьютерно-читаемый носитель, содержащий записанное сообщение, причем упомянутый компьютерно-читаемый носитель содержит программное средство кодирования для воплощения одного или нескольких этапов способа, когда такую программу запускают на компьютере.

В рамках объема защиты данного изобретения предусматривается осуществление и других возможных вариантов осуществления неограничительного примера изобретения, описанного здесь.

Из вышеизложенного описания специалист в данной области техники сможет понять, как воплотить объект изобретения, не нуждаясь ни в каких дополнительных подробностях конструкции. Элементы и характеристики, проиллюстрированные в разных предпочтительных вариантах осуществления, можно объединять, не выходя за рамки объема защиты согласно данной заявке. Изложенное в описании уровня техники, если это не исключено специально в подробном описании, должно рассматриваться в сочетании с характеристиками данного изобретения и составляет неотъемлемую часть данного изобретения.

1. Система зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности, взаимно соединенных последовательно, содержащая:

- по меньшей мере, один генератор (G3) переменного тока, соединенный с системой электроснабжения транспортного средства,

- упомянутую пару аккумуляторов (B1, B2), взаимно соединенных последовательно (B1+B2) так, что полученная таким образом цепочка соединена с системой электроснабжения транспортного средства,

- средство (S) контроля для контроля зарядного напряжения (Vtot) каждого из упомянутых аккумуляторов (B1, B2),

- средство обработки (VCU, ECU), пригодное для сопряжения с упомянутым средством (S) контроля и выполненное с возможностью управления упомянутым, по меньшей мере, одним генератором (G3) переменного тока так, чтобы изменять связанное с ним напряжение питания, при этом упомянутое средство обработки (VCU, ECU) выполнено с возможностью:

- выдачи команды начала процесса зарядки упомянутой цепочки аккумуляторов (B1+B2), когда разница между соответствующими измеряемыми зарядными напряжениями превышает первое заранее определенное пороговое значение, и

- выдачи команды прерывания упомянутого процесса зарядки, когда производная тока, потребляемого упомянутой цепочкой аккумуляторов (B1+B2), превышает второе заранее определенное отрицательное пороговое значение.

2. Система по п.1, содержащая два или более генераторов переменного тока, причем каждый генератор переменного тока является интеллектуальным генератором переменного тока, снабженным своим собственным средством обработки и средством обмена данными для связи с упомянутым средством обработки (VCU, ECU), при этом упомянутый один или несколько генераторов переменного тока механически соединены с PTO посредством ремня (BL), определяющего направление циркуляции, причем упомянутое направление циркуляции идентифицирует первый генератор (G3) переменного тока и второй генератор (G2) переменного тока, начиная от упомянутого PTO; при этом упомянутое средство обработки (VCU, ECU) выполнено с возможностью управления включением упомянутого первого генератора (G3) переменного тока и выдачи команды включения упомянутого второго генератора (G2) переменного тока, когда температура упомянутого первого генератора (G3) переменного тока превышает заранее определенный порог включения (ThU).

3. Система по п.2, в которой упомянутое средство обработки (VCU, ECU) дополнительно выполнено с возможностью:

- выдачи команды включения, по меньшей мере, упомянутого второго генератора (G2) переменного тока, когда упомянутый процесс зарядки упомянутой цепочки аккумуляторов (B1+B2) начался, и

- выдачи команды выключения, по меньшей мере, упомянутого второго генератора (G2) переменного тока, когда упомянутый процесс зарядки прерывается.

4. Система по п.1, в которой клемма, соединяющая отрицательный полюс первого аккумулятора с положительным полюсом второго аккумулятора, не соединена с системой электроснабжения транспортного средства.

5. Способ зарядки пары аккумуляторов транспортного средства большой грузоподъемности, взаимно соединенных последовательно (B1+B2), причем упомянутое транспортное средство содержит:

- упомянутую пару аккумуляторов (B1, B2), взаимно соединенных последовательно (B1+B2) и с системой электроснабжения транспортного средства,

- по меньшей мере, один генератор (G3) переменного тока, соединенный с упомянутой системой электроснабжения транспортного средства для зарядки упомянутой цепочки аккумуляторов,

при этом способ включает в себя этапы, на которых:

- выдают команду начала процесса зарядки упомянутой цепочки аккумуляторов (B1+B2), когда соответствующее напряжение (Vtot) падает ниже первого заранее определенного порогового значения, и

- выдают команду прерывания упомянутого процесса зарядки, когда производная тока, потребляемого упомянутой цепочкой аккумуляторов (B1+B2), превышает второе заранее определенное отрицательное пороговое значение.

6. Способ по п.5, в котором, когда упомянутое транспортное средство содержит два или более генераторов переменного тока, причем каждый генератор переменного тока является интеллектуальным генератором переменного тока, снабженным своим собственным средством обработки и средством обмена данными для связи с упомянутым средством обработки (VCU, ECU), при этом упомянутый один или несколько генераторов переменного тока механически соединены с PTO посредством ремня (BL), определяющего направление циркуляции, причем упомянутое направление циркуляции идентифицирует первый генератор (G3) переменного тока и второй генератор (G2) переменного тока, начиная от упомянутого PTO, причем способ дополнительно включает в себя этапы выдачи команды включения упомянутого первого генератора (G3) переменного тока и управления включением упомянутого второго генератора (G2) переменного тока, когда температура упомянутого первого генератора (G3) переменного тока превышает заранее определенный порог включения (ThU).

7. Способ по п.6, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:

- выдают команду включения, по меньшей мере, упомянутого второго генератора (G2) переменного тока, когда упомянутый процесс зарядки упомянутой цепочки аккумуляторов (B1+B2) начался, и

- выдают команду выключения, по меньшей мере, упомянутого второго генератора (G2) переменного тока, когда упомянутый процесс зарядки прерывается.

8. Способ по п.5, в котором клемма, соединяющая отрицательный полюс первого аккумулятора с положительным полюсом второго аккумулятора, поддерживается отсоединенной от системы электроснабжения транспортного средства.

9. Транспортное средство большой грузоподъемности, оснащенное упомянутой системой зарядки пары аккумуляторов, взаимно соединенных последовательно, по п.1.