ES2260058T3 - Sistema para un vehiculo hibrido; vehiculo hibrido operado por el sistema y dispositivo para la acumulacion y suministro de energia para el vehiculo hibrido. - Google Patents
Sistema para un vehiculo hibrido; vehiculo hibrido operado por el sistema y dispositivo para la acumulacion y suministro de energia para el vehiculo hibrido.Info
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Abstract
Un sistema que controla y opera un vehículo híbrido que incluye un motor de combustión interna (1) operable a una rotación constante y a una velocidad constante; un generador (2) accionado por el motor de combustión interna (1); un rectificador (8); una fuente de batería recargable (3) que se conectan con el motor eléctrico (4) de manera que el voltaje de salida de la fuente de batería es proporcionado como el voltaje de entrada del motor eléctrico (4) solamente cuando la energía del generador suministrada al motor eléctrico es insuficiente para satisfacer los requerimientos de energía del motor eléctrico, dicha fuente de batería es mantenida cargada por la carga exceso del generador (2) y la carga generada por el motor eléctrico (4) y un motor eléctrico de corriente directa (4) que recibe energía desde dicho generador (2) y que proporciona la única y exclusiva fuente de accionamiento para el vehículo híbrido, el sistema siendo controlado por un sistema de control eléctrico.
Description
Sistema para un vehículo híbrido; vehículo
híbrido operado por el sistema y dispositivo para la acumulación y
suministro de energía para el vehículo híbrido.
La presente invención se refiere a un sistema de
operación para un vehículo híbrido, así como al sistema híbrido que
es operado por el mencionado sistema. La presente invención también
se relaciona con el dispositivo que integra el mencionado sistema y
que tiene como función proporcionar la acumulación y el suministro
de energía. Más específicamente, se refiere a un sistema híbrido y a
un vehículo híbrido accionado solamente por un motor eléctrico
accionado mediante un generador accionado por un motor de combustión
interna.
La terminología "Vehículo Híbrido" es
usualmente aplicada a los vehículos que usan más de una fuente de
energía para su desplazamiento. Preferiblemente, este nombre está
siendo usado para los vehículos que usan un motor de combustión
interna asociado con equipamiento para la generación de energía
eléctrica "a bordo". La energía eléctrica, la cual, a su vez,
es usada para accionar un motor eléctrico de tracción que puede
operar independientemente y/o asociado con el motor de combustión
interna para accionar las ruedas del vehículo. Existe una variedad
muy extensa de tipos de aparatos y vehículos que pueden ser
clasificados como "híbridos".
Los sistemas de accionamiento o tracción híbrida
son conocidos como que poseen doble fuente de energía. Un tipo
específico de sistema híbrido es uno que usa la energía eléctrica de
un motor eléctrico y está equipado con un motor de combustión
interna, siendo usados ambos para accionar el vehículo. Los
vehículos inherentes a tales sistemas son conocidos como vehículos
híbridos que usan tracción dual. Tal es el sistema descrito en la
patente US 5513719 publicada en Mayo 07, 1996, que muestra un motor
de combustión interna y un motor eléctrico actuando alternativamente
como fuente de la tracción del vehículo. El sistema dual a ser
aplicado necesita un sistema de transmisión o accionamiento
especial, el cual es el objeto de la patente US 5513719. El
preámbulo de la reivindicación 1 está descrito en US 5 939 794
A.
Estos sistemas serían apropiados para el uso en
vehículos más pequeños tales como autos de pasajeros para uso
urbano en los cuales el requerimiento de potencia del motor de
combustión sería considerablemente menor.
En el caso del uso de este sistema dual para
vehículos más grandes, tal como vehículos colectivos que usan, por
ejemplo, combustible diesel, el motor de combustión tendría
necesariamente que tener, una potencia considerablemente mayor, lo
que también resultaría en dimensiones mucho mayores.
De la misma forma, que con el motor eléctrico en
este sistema, evidentemente cuando es usado en vehículos más
grandes, requeriría ser suministrado solamente y exclusivamente por
el elemento de suministro de energía, tal como la batería que
lógicamente requeriría más carga y tener una mayor dimensión para
alimentar a un vehículo de mayor tamaño, alimentado por el sistema
eléctrico solamente, cuando es seleccionado por el sistema de
control.
Por lo tanto, está solución no es apropiada para
ser usada en vehículos de gran tamaño, tal como un vehículo
colectivo.
Por lo tanto, el primer objetivo de la presente
invención es proporcionar un sistema para ser usado con cualquier
tipo de vehículo, incluyendo vehículos colectivos con combustible
diesel, que eximan la necesidad de una transmisión específica y que
usa solamente el motor eléctrico como el motor de accionamiento.
Así, la adopción del sistema propuesto, daría como resultado, como
primera consecuencia, la eliminación de la caja de transmisión del
vehículo. Obviamente, los vehículos que usan el sistema híbrido de
esta invención presentan estas y otras ventajas significativas
comparadas con los vehículos movidos por combustión interna
convencional o los vehículos que usan solamente batería.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un vehículo híbrido equipado con el sistema híbrido de
la presente invención, el cual es proporcionado con un motor de
combustión interna que opera a una rotación constante y cerca de la
rotación del momento de torsión máximo del motor, es decir, podrá
ser ajustado para trabajar cerca del punto óptimo de menor consumo
de combustible y emisión de contaminantes, lo que proporciona una
reducción significativa en la emisión de gases a la atmósfera, lo
que ha sido probado en mediciones prácticas que indican una
reducción significativa de la emisión de contaminantes, logrando un
decrecimiento de hasta 60%.
Es un objetivo adicional de la presente
solicitud, proporcionar el dispositivo para la acumulación y el
suministro de energía que opera alternativamente alimentando energía
al motor eléctrico o acumulando energía en un banco de baterías
trabajando de esta manera como un verdadero pulmón de energía.
En los vehículos híbridos con accionamiento o
tracción dual o en los vehículos eléctricos del estado del arte,
cuando son operados con el motor eléctrico como el motor de
accionamiento, esta energía requerida para moverlos llega de
acumuladores de energía, también conocidos como bancos de baterías.
Usualmente, estos bancos de baterías tiene la capacidad de mover el
vehículo por un cierto tiempo, dependiendo de las condiciones del
uso del vehículo -velocidad, carga transportada, etc., hasta que la
carga eléctrica es reducida y es necesario reemplazar este banco de
baterías o detener el vehículo durante el tiempo requerido para
recargar el banco de baterías desde una fuente externa.
El sistema propuesto presenta varias ventajas
relacionadas con los sistemas híbridos usuales en el estado de
arte, que serán descritas posteriormente en este documento.
Similarmente, las ventajas obtenidas por el vehículo que incorpora
el sistema híbrido propuesto, así como la adopción del Banco de
baterías, actuando como un verdadero pulmón de energía, serán
enfatizadas aquí.
Para dar un ejemplo, pero no para limitar el
alcance, la descripción del sistema y el vehículo propuestos, está
basado en su uso en vehículos colectivos, tal como un ómnibus,
movido por diesel como combustible. Con el sistema propuesto en la
presente invención, el motor diesel trabaja siempre en una rotación
constante y accionando un generador de energía que suministra al
motor eléctrico de tracción con energía eléctrica y el exceso de
está energía eléctrica va a cargar el banco de baterías. Por lo
tanto, el motor eléctrico puede ser ajustado para trabajar en su
punto óptimo para un menor consumo de combustible y una emisión de
contaminantes reducida. Las mediciones prácticas indican que las
emisiones de contaminantes son reducidas de una forma significativa,
y una puede llegar hasta 60% de decrecimiento. El consumo de
combustible también es muy reducido, ya que el motor no es sometido
a aceleraciones y desaceleraciones sucesivas que caracterizan la
operación en un vehículo de combustión interna tradicional.
El uso de un banco de baterías, solo como un
"pulmón energético" permite que este banco de baterías sea
pequeño, con una capacidad mucho menor que una que sería necesaria
para operar un vehículo solo movido por baterías. Como un orden de
magnitudes, la capacidad (y el peso) de un banco de baterías
necesario para la operación del vehículo híbrido descrito aquí es
alrededor de un décimo (1/10) de uno que sería necesario para
operar el mismo vehículo si este fuera solamente movido por
baterías. En adición, la autonomía del vehículo híbrido es casi
ilimitada (depende solamente del tanque de combustible), por el
contrario del vehículo de baterías, que presenta una autonomía muy
restringida, debido a la necesidad de recargar o reemplazar el banco
de baterías dentro de tiempos de algún modo cortos (horas de
operación). En adición, debido al hecho que, en el vehículo híbrido
las baterías nunca estará completamente descargada, su tiempo de
vida se incrementa mucho, en comparación con la vida de servicio que
ellas presentan en los vehículo movidos solo por batería, donde, al
final de cada ciclo, ellas están completamente descargadas. De esta
forma, el uso de un banco de baterías que opera como un pulmón de
energía, es decir suministrando al motor eléctrico con energía
eléctrica y siendo recargado por la energía generada por el
generador que es accionado por el motor de combustión cada vez que
la carga de la batería es reducida, permite, en adición a una mayor
autonomía al vehículo, también que el sistema híbrido mencionado de
la presente invención, sea, por medio de un redimensionamiento del
diseño dimensional, usado en cualquier tipo de vehículo, tanto
vehículos ligeros como pesados; en este último caso, sería, por
ejemplo, un vehículo colectivo movido por diesel.
En adición, como los "picos" de potencia
son suministrados por el banco de baterías, la potencia del motor,
tal como un motor diesel, (y del alternador acompañante) puede ser
reducida de una manera marcada. En el vehículo tradicional, el motor
de combustión interna necesita ser dimensionado para suministrar la
potencia "pico" (potencia máxima) requerida por las condiciones
de trabajo, aún cuando, la mayoría de las veces, opera con potencias
muy inferiores.
En el sistema de tracción híbrido aquí descrito,
el motor de combustión, como el motor diesel, necesita solamente
ser dimensionado para proporcionar la potencia promedio de trabajo,
ya que los "picos" son suministrado por las baterías, y durante
los "valles", la potencia excesiva es usada para recargar las
baterías. La reducción de la potencia del motor del motor diesel se
convierte en un factor adicional en la reducción del consumo de
combustibles y la emisión de contaminantes.
Por las mismas razones, es bastante menor los
índices de ruido del motor, lo que también provoca el decrecimiento
de la contaminación acústica.
Por lo tanto, es uno de los principales
objetivos de la presente invención proporcionar el vehículo híbrido
que necesite menor consumo de combustible, menor emisión de
contaminantes del aire, principalmente cuando está bajo condiciones
de utilización urbana, y menos nivel de ruido, contribuyendo de esta
manera al decrecimiento de la contaminación acústica.
El vehículo convencional con combustión interna
tiene una sola batería y exclusivamente para su encendido y sistema
de iluminación, siendo está batería pequeña y de poco uso. En los
vehículos eléctricos solo movidos por batería, es necesario usar
una gran cantidad de baterías para alcanzar la energía requerida
por el motor de tracción. Estas baterías, en adición a proporcionar
autonomía limitada al vehículo, debido a la baja capacidad de
acumular la carga que tienen, necesitan recargas frecuentes, y
mientras mayor sea el uso del vehículo, mayor es la necesidad de la
frecuencia de las recargas. En los vehículos híbridos, con tracción
solamente por medio de motores eléctricos, como en la patente US
5428274 - publicada el 27/06/1995, el motor eléctrico es alimentado
por baterías que son cargadas mediante el generador, siendo
descargadas para suministrar carga al motor. En este caso la batería
actúa constantemente, lo que requerirá condiciones frecuentes de
carga elevada para este tipo de batería, como es descrito en está
patente. Si la batería fuera usada para suplementar la electricidad
dentro de la región entre 60% de la potencia máxima y el 100% de la
potencia máxima, la batería necesitaría una mayor capacidad,
haciéndose más grande y pesada. En vez de esto, cuando el
requerimiento de potencia está entre 60 hasta 100% de la potencia
máxima, está patente del Estado del Arte usa como solución la
utilización del motor de combustión interna, para suplir la
incapacidad de la batería de actuar dentro de este rango de
potencia.
Tal solución tiene como desventajas el hecho de
que la batería necesita carga constante en el rango de potencia de
hasta 60% de la potencia máxima y el uso de un motor de combustión
interna con potencia equivalente a la potencia máxima del motor
eléctrico.
En este caso, el motor es el único que actúa
como un "Pulmón de Energía". Para lograr, como es indicado en
la patente del estado del arte, pesos y dimensiones menores para el
sistema de baterías, la solución propuesta anteriormente
evidentemente requeriría un motor de combustión interna dimensionado
para la potencia equivalente a la potencia máxima del motor
eléctrico, lo que resulta en un motor con dimensiones y pesos
mayores que si solamente las baterías fueran usadas como
suministradores de energía, lo que es indicado como indeseable en la
referencia, debido a las grandes dimensiones y pesos que tal sistema
provocaría. Otra desventaja de esta solución es el mayor valor
económico del uso de motor.
Con el objetivo de resolver estas desventajas
del Estado del Arte en esta solicitud, una solución es propuesta
donde un "banco de baterías" es usado que trabaja como un
"pulmón de energía", que opera suministrando energía en
ocasiones de potencia máxima y acumulando energía durante
situaciones de baja potencia, diferente del mencionado donde el
motor trabaja con ese objetivo. Obviamente, el motor de combustión y
el generador accionado por dicho motor, no necesitan ser
dimensionados para condiciones de demanda extrema.
Consecuentemente, la potencia del motor, el peso
y el tamaño del motor de combustión interna y el generador,
requeridos para operar el vehículo, serán significativamente
reducidos. Esto hará también posible el uso del sistema propuesto
en la presente solicitud en vehículos ligeros. Esto es debido al
hecho de que en cada vehículo, la energía usada depende, en
cualquier momento, de las condiciones de operación del vehículo, que
llegan a valores máximos -potencia máxima- durante las aceleraciones
y subidas de pendientes, y valores reducidos durante las
desaceleraciones o bajadas de pendientes. Entre estas dos
situaciones extremo, está la energía promedio que
\hbox{es
consumida.}
Uno de los principales objetivos de la presente
invención, por lo tanto, es proporcionar un dispositivo de
acumulación y suministro de energía tal como una batería, y, más
específicamente, un "pulmón de energía" de baterías pequeñas,
con mucho menos capacidad que una que sería requerida para operar un
vehículo que solo es movido por baterías y que actúa en el
suministro de energía en ocasiones de potencia máxima y en la
acumulación de energía durante situaciones de baja o ninguna
potencia. En situaciones dadas, los "picos" de potencia pueden
llegar de dos hasta tres veces la potencia promedio requerida, y los
"valles" pueden arribar a cero. El valor exacto depende
nuevamente de las condiciones del tráfico, las vías y el estilo de
conducción del conductor. La simple reducción en el dimensionamiento
del motor, por ejemplo, propulsado por diesel, y en el
dimensionamiento del generador, que, en vez de estar dimensionados
para suministrar las potencias "picos" ellos solo necesitan
suministrar la potencia promedio, lo que implica reducciones en la
contaminación y el consumo, como ya fue indicado.
Otro objetivo y ventajas adicionales de la
aplicabilidad de la presente invención serán mostradas en la
descripción detallada a continuación, tomada en conjunto con el
dibujo anexado.
La Figura 1 muestra de una forma esquemática el
sistema de operación de un vehículo híbrido, así como sus
dispositivos para la acumulación y suministro de energía.
En la figura 1, presentamos en una forma
simplificada los componentes funcionales mostrados en forma
esquemática para facilitar el entendimiento de los componentes de
trabajo y control inter-relacionados con el
funcionamiento del sistema global.
El sistema de tracción híbrido descrito aquí
tiene a bordo una fuente doble de energía eléctrica,
específicamente:
Un motor-generador que incluye
un motor de combustión interna (1) que acciona un generador (2)
(usualmente un alternador), también identificados en la figura 1
como M (motor de combustión interna) y G (generador/alternador);
y
Un conjunto de baterías o pulmón de energía (3),
como es observado en la figura uno, de aquí en lo adelante
identificado como BAT.
La función del conjunto
motor-generador es proporcionar energía eléctrica al
motor eléctrico (4) identificado en la figura 1 y de aquí en lo
adelante como ME.
Este motor eléctrico (4) es el único motor que
acciona el vehículo, y bajo ninguna circunstancia el motor de
combustión interna (1) participa en la función de accionamiento de
las ruedas del vehículo. Como uno puede observar en la figura, el
motor eléctrico (4) ME, está conectado a un reductor de velocidad
(5) el cual, a su vez, está directamente conectado a las ruedas
motrices (6) del vehículo híbrido.
En otras palabras, el accionamiento del vehículo
es siempre hecho por el motor eléctrico (4) y en ninguna
circunstancia el motor de combustión interna (1) participa
directamente en el accionamiento del eje.
La función del pulmón de energía (3) o del banco
de baterías BAT es acumular energía eléctrica, para ser usada
solamente en los momentos de alta demanda de energía, como, por
ejemplo, durante rápidas aceleraciones o ascenso de pendientes.
El motor de combustión interna (1) se mantiene
siempre en rotación o velocidad angular constante durante todos los
rangos de operación del vehículo híbrido, por medio del regulador de
rotación (7), de aquí en lo adelante identificado como RR, de
acuerdo con el diagrama de la figura 1. Este regulador (7) hace
posible que el motor de combustión interna (1) trabaje siempre a una
rotación constante, sin importar la energía requerida por el
alternador/generador G. Esta característica de rotación constante
proporciona mejoras significativas en la emisión de contaminantes y
el consumo de combustible, ya que el motor de combustión interna
puede ser optimizado a este rango de operación, y no es sometido a
aceleraciones y desaceleraciones usualmente requeridas en las
operaciones del tráfico.
De una forma genérica, el funcionamiento del
sistema es procesado de la siguiente manera: - el motor de
combustión interna (1) M proporciona la energía requerida, a una
rotación constante, al generador de corriente alterna (2). La
energía en forma de corriente alterna generada por el generador (2)
es rectificada por medio de un rectificador (8), también
identificado en la figura como RET y la convierte en corriente
directa. A su vez, está demanda de corriente eléctrica directa es
requerida por el motor eléctrico de accionamiento (4) ME por la
demanda del control de velocidad (9) de aquí en lo adelante
identificado como SCV, el cual es operado por el conductor del
vehículo híbrido, dependiendo de la aceleración, desaceleración,
pasos o ascensiones, en breve, de las condiciones del tráfico y las
condiciones de conducción del vehículo. En situaciones tales como el
paso o ascenso de pendientes, donde la energía requerida por el
motor eléctrico (4) es mayor que la capacidad de energía eléctrica
del grupo generador, como es llamado el conjunto del motor de
combustión interna (1) y el generador (2), entra en acción, como un
complemento de este último, el banco de baterías (3), todo este
sistema administrado por un sistema electrónico de control (10), de
aquí en lo adelante identificado como "SEC".
De una manera más específica, el sistema
electrónico SEC puede ser explicado como sigue:
El motor eléctrico (4) requiere que una energía
eléctrica dada sea entregada, para realizar la función que es
requerida de él por el conductor del vehículo híbrido en cada
momento (acelerar o frenar). De esta forma, cuando el conductor
posiciona el pedal del acelerador, el cual está directamente
conectado al control de velocidad (9), hasta una posición dada (por
ejemplo, 30% de su curso total), en realidad se está requiriendo una
aceleración dada del vehículo (30% de la velocidad máxima diseñada,
en el ejemplo dado). De esta manera, el sistema de control
electrónico (10) recibe la información a cerca del acelerador, y
responde al control del conductor accionando sobre el interruptor
del dinamo que controla el interruptor para incrementar la corriente
del dinamo del motor eléctrico de accionamiento (4). Al mismo
tiempo, ya que el motor eléctrico (4) aumenta su velocidad, el
sistema de control electrónico (10) actúa sobre el motor (4),
permitiendo que el voltaje del dinamo del motor eléctrico aumente.
Por lo tanto, el aumento de la potencia es transmitido al motor de
accionamiento hasta que es lograda la aceleración deseada. El
frenado comienza cuando el conductor presiona el pedal de freno.
Durante el frenado, ocurre la secuencia inversa.
La aceleración durante el frenado se hace negativa, el pedal del
acelerador está en su posición de descanso y el motor eléctrico (4)
comienza a generar energía, en vez de absorberla.
La energía eléctrica absorbida, así como la
energía generada, son calculadas por medio de un sensor electrónico
de energía (no mostrado en el diagrama), un sensor de corriente del
dinamo del motor eléctrico dentro de (4), y desde un sensor de
corriente del campo del motor eléctrico dentro de (4).
Un sistema de circuito cerrado, residente en el
sistema de control electrónico (10) es responsable del control de
la energía absorbida o generada, por medio de dos interruptores,
IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) (que son parte integral
del SCV (9)), uno de ellos actuando sobre el dinamo del motor
eléctrico (4) y el otro actuando sobre el campo del motor eléctrico
(4), haciendo que la energía eléctrica suministrada a él sea aquella
necesaria para provocar la aceleración requerida por el conductor
cuando él primero presionó el acelerador hasta una posición dada o
que la energía eléctrica generada, en caso de desaceleración y/o
frenado, sea enviada al banco de baterías (3) para recargar. Todos
estos sensores permiten el cálculo de la energía instantánea y de la
velocidad del motor eléctrico de accionamiento.
El sistema de control electrónico (10) que actúa
para controlar los voltajes y las corrientes que pasan a través de
varios componentes del sistema, trabaja con seis (6) reguladores,
con circuito cerrado, que actúan simultáneamente y en una forma
coordinada, específicamente:
- un regulador de la corriente del dinamo del
motor eléctrico, un regulador de la corriente del campo del motor
eléctrico, y un regulador del voltaje del dinamo del motor
eléctrico de manera conjunta controlan el momento de torsión y la
velocidad, y por lo tanto, la energía absorbida o generada por el
motor eléctrico (4). Un regulador del voltaje (11) del generador
(2) es responsable del control del voltaje generado por el generador
(2), el cual es mantenido constante sin importar la carga
suministrada por el generador. Un regulador de la corriente máxima
del generador actúa para limitar la corriente máxima suministrada
por el generador (2) y su función es proteger al generador, evitando
que el generador suministre corrientes por encima de su valor máximo
de diseño, y, al final, un regulador de la corriente de carga máxima
del banco de baterías tiene la función de limitar el régimen de
carga de las baterías, evitando que las baterías sean dañadas por
corrientes de carga excesivas. Este regulador actúa sobre el
generador (2) y reduce el voltaje de salida en cualquier momento que
la corriente de carga se aproxime a un valor peligroso.
Con respecto al regulador del voltaje de salida
de rectificador (8), cuya función es mantener el voltaje constante
para la alimentación del motor eléctrico (4), sin importar la carga
eléctrica del motor, debe ser notado que este control es hecho por
medio de un regulador del voltaje mediante el circuito cerrado (11)
- RV, que actúa en un campo del generador (2) y que usa un sensor
del voltaje del dinamo del generador como una señal de
retroalimentación. La corriente del campo del generador es,
entonces, controlada por medio de un IGBT que responde a los
controles del regulador del voltaje (RV 11), siempre tratando de
mantener constante el voltaje del dinamo, sin importar las
fluctuaciones de carga (demanda del motor eléctrico "ME"). El
voltaje del generador (2) es solamente reducido si corrientes
excesivas de las cargas de las baterías son verificadas. Está
función es realizada por el regulador de la corriente máxima del
banco de baterías (3) como se mencionó anteriormente.
Como una observación final, debe ser enfatizado
que la batería es recargada en cualquier momento que exista u
"exceso" de energía generada por el alternador (o por el motor
de accionamiento), en los momentos donde la demanda de energía para
el accionamiento es pequeña, es decir, en descensos de pendientes o
durante el frenado.
En adición a las explicaciones previas, está
claro que la autonomía del vehículo híbrido propuesto no dependerá
de la energía (pequeña) acumulada en el banco de baterías, sino
solamente de la cantidad de combustible disponible en el tanque y
del consumo del motor de combustión seleccionado.
A su vez, el consumo dependerá de la energía del
motor eléctrico necesaria y de las características del curso, de
manera similar a un vehículo convencional, por ejemplo, un vehículo
movido por diesel.
Claims (16)
1. Un sistema que controla y opera un vehículo
híbrido que incluye un motor de combustión interna (1) operable a
una rotación constante y a una velocidad constante; un generador (2)
accionado por el motor de combustión interna (1); un rectificador
(8); una fuente de batería recargable (3) que se conectan con el
motor eléctrico (4) de manera que el voltaje de salida de la fuente
de batería es proporcionado como el voltaje de entrada del motor
eléctrico (4) solamente cuando la energía del generador suministrada
al motor eléctrico es insuficiente para satisfacer los
requerimientos de energía del motor eléctrico, dicha fuente de
batería es mantenida cargada por la carga exceso del generador (2) y
la carga generada por el motor eléctrico (4) y un motor eléctrico de
corriente directa (4) que recibe energía desde dicho generador (2) y
que proporciona la única y exclusiva fuente de accionamiento para el
vehículo híbrido, el sistema siendo controlado por un sistema de
control eléctrico (SEC 10) caracterizado por medios para:
- (a)
- mantener y controlar la carga y la descarga de la fuente de batería recargable (3) que incluye evaluar la condición de carga de la fuente de batería, la carga exceso generada por el generador (2) y el motor eléctrico (4) de manera que la fuente de batería nunca se descargue completamente y evitar el exceso de carga de la fuente de batería;
- (b)
- controlar el generador (2) y el motor de combustión interna (1) para proporcionar un voltaje de salida constante;
- (c)
- controlar el suministro de energía eléctrica a dicho motor eléctrico implementado por un sistema de control de la velocidad del vehículo el cual define la energía que necesita el motor eléctrico que incluye medios para suministrar energía al motor eléctrico sólo desde el generador hasta que la potencia máxima del generador es suficiente para suministrar los requerimientos de energía del motor eléctrico, y para suministrar energía adicional desde la fuente de batería solo cuando la potencia máxima del generador es insuficiente para suministrar los requerimientos de energía del motor eléctrico (4);
- (d)
- controlar la aceleración del vehículo híbrido recibiendo la información del acelerador, y responde al control del conductor actuando sobre el interruptor del dinamo que controla el interruptor para incrementar la corriente del dinamo del motor eléctrico de accionamiento (4) y al mismo tiempo, ya que el motor eléctrico (4) aumenta su velocidad, actúa sobre el motor (4), permitiendo que el voltaje del dinamo del motor eléctrico aumente, aumentando la energía transmitida al motor de accionamiento hasta lograr la aceleración deseada;
- (e)
- controlar los frenos;
- (f)
- calcular la energía eléctrica absorbida así como la energía generada por medio de un sensor electrónico de energía, un sensor de corriente del dinamo del motor eléctrico dentro de (4), y desde un sensor de corriente del campo del motor eléctrico dentro de (4); y
- (g)
- controlar la energía generada o absorbida por un sistema de circuito cerrado residente en el sistema de control electrónico, que comprende dos interruptores, uno de ellos actuando sobre el dinamo del motor eléctrico (4) y el otro actuando sobre el campo del motor eléctrico (4), haciendo que la energía eléctrica suministrada a él sea aquella necesaria para provocar la aceleración requerida por el conductor cuando el acelerador es presionado hasta una posición dada o que la energía eléctrica generada, en caso de desaceleración y/o frenado, sea enviada al banco de baterías (3) para recargar.
2. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque
el sistema de control electrónico que actúa en el control de los
voltajes y las corrientes que pasan a través de varios componentes
del sistema, trabaja con seis reguladores, con circuito cerrado, que
actúan simultáneamente y en una forma coordinada.
3. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 2 caracterizado porque
el sistema de control electrónico comprende los siguientes
reguladores:
- (a)
- un regulador de la corriente del dinamo del motor eléctrico;
- (b)
- un regulador de la corriente del campo del motor eléctrico;
- (c)
- un regulador del voltaje del dinamo del motor eléctrico;
- (d)
- un regulador del voltaje del generador (11);
- (e)
- un regulador de la corriente máxima del generador; y
- (f)
- un regulador de la corriente de carga máxima del banco de baterías.
4. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 2 caracterizado porque
el regulador de la corriente del dinamo del motor eléctrico, el
regulador de la corriente del campo del motor eléctrico, y el
regulador del voltaje del dinamo del motor eléctrico controlan
conjuntamente el momento de torsión y la velocidad, y por lo tanto,
la energía absorbida o generada por el motor eléctrico (4).
5. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 2 caracterizado porque
el regulador del voltaje del generador (11) controla el voltaje
generado por el generador (2), el cual es mantenido en un nivel
constante independientemente de la carga suministrada por el
generador.
6. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 2 caracterizado porque
el regulador de la corriente máxima del generador protege al
generador limitando la corriente máxima suministrada por el
generador (2).
7. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 2 caracterizado porque
el regulador de la corriente de carga máxima del banco de baterías
limita el régimen de carga de las baterías, evitando que las
baterías sean dañadas por corrientes de carga excesivas que actúan
sobre el generador (2) y reduciendo el voltaje de salida en
cualquier momento que la corriente de carga se aproxime a un valor
peligroso.
8. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque
el motor de combustión (1) y el generador (2) están dimensionados
para suministrar la potencia promedio de trabajo del motor eléctrico
(4).
9. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque
dichos medios del sistema de control eléctrico además comprenden
medios para mantener el motor de combustión interna operando a una
velocidad angular constante sobre todas las condiciones de
carga.
10. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado
porque además comprende un mecanismo de control de la velocidad (9)
sensible a una posición del pedal del acelerador y una posición del
pedal de freno, y donde dicho sistema de control eléctrico controla
la corriente suministrada al motor eléctrico en respuesta a dicho
mecanismo de control de la velocidad.
11. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque
dichos medios del sistema de control eléctrico además comprende
medios para determinar y controlar la corriente del dinamo del motor
eléctrico de corriente directa y el voltaje del motor y la corriente
del campo del motor para controlar el momento de torsión y la
velocidad del motor eléctrico, medios para determinar y controlar la
corriente y el voltaje del generador para mantener un voltaje del
generador constante y una salida de corriente variable como una
función de los requerimientos de carga del motor eléctrico; y medios
para controlar y administrar la carga y descarga de la fuente de
batería.
12. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado
porque dicha rotación constante del motor de combustión interna es
sustancialmente al momento de torsión máximo del motor.
13. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado
porque el motor de combustión interna trabaja en una relación de
potencia uno a uno con el generador para el suministro constante del
motor eléctrico.
14. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque
que comprende adicionalmente medios para suministra cualquier exceso
de energía generada por el generador y no usada por el motor
eléctrico a la fuente de batería para el mantenimiento constante de
la carga máxima de la misma.
15. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado
porque los medios del sistema de control eléctrico controlan una
rotación constante del motor de combustión interna a través de la
actuación de un regulador de rotación (7).
16. El sistema que controla y opera un vehículo
híbrido de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado
porque los medios del sistema de control eléctrico incluyen medios
para controlar la corriente de campo del generador a través de la
actuación de un regulador del voltaje, basado en el mantenimiento de
las condiciones de corriente y voltaje del motor eléctrico.
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