початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2294851

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЗБЕРІГАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ І ХАРЧУВАННЯ НЕЮ СПОЖИВАЧІВ непостійних ПОТУЖНОСТІ

Ім'я винахідника: Дасгупта Санкар (CA); Якобсен Джеймс К. (CA); Бхола Ракішев (CA)
Ім'я патентовласника: Електровайа Інк. (CA)
Адреса для листування: 101000, Москва, Центр, а / я 732, Агентство ТРИА делать, пат.пов. Г.М.Вашіной
Дата початку дії патенту: 2002.04.03

Винахід відноситься до джерел електроенергії, що застосовуються для харчування приводних електродвигунів при різних значеннях споживаної ними потужності. Пристрій для зберігання електричної енергії містить першу електричну батарею, яка називається енергетичної батареєю, з'єднану з другої електричною батареєю, званої мощностной батареєю. Енергетична батарея має більш високим значенням щільності енергії, ніж показники потужності батарея. Мощностную батарея виконана з можливістю харчування приводного електродвигуна електричною енергією на різних рівнях споживаної потужності з гарантією отримання цим електродвигуном достатньої потужності. Мощностную батарея отримує практично безперервну підзарядку електричною енергією від енергетичної акумуляторної батареї. Таким чином, в мощностной батареї здійснюється тимчасове зберігання електричної енергії, що надходить від енергетичної батареї, і від цієї мощностной батареї здійснюється харчування приводного електродвигуна електричною енергією на різних рівнях споживаної потужності відповідно до його потреб. Пристрій для зберігання електричної енергії виконано з можливістю рознімного під'єднання до зовнішнього джерела електричної енергії для підзарядки обох електричних батарей і їх одночасної незалежної підзарядки. Технічний результат полягає в забезпеченні оптимізації зарядних характеристик електричних батарей і термінів їх служби.

ОПИС ВИНАХОДИ

Пропонований винахід в цілому відноситься до способу, апаратури і пристрою для зберігання електричної енергії та постачання електричної енергії споживачам, що мають змінну потужність. Зокрема, пропонується винахід відноситься до способу, апаратури і пристрою, в яких використовується гібридна електрична батарея, що забезпечує живлення споживачів різної потужності, наприклад електродвигун або двигун, який використовується для приведення в рух сухопутного транспортного засобу.

На попередньому рівні техніки пропонувалося багато різних технічних рішень для зберігання електричної енергії та харчування нею таких споживачів, як приводні електродвигуни. Наприклад, для харчування приводних електродвигунів сухопутних транспортних засобів в минулому використовувалися електричні батареї різних типів, в тому числі свинцево-кислотні, нікель-кадмієві (Ni-Cd) і нікель-металогідридні (Ni-MH).

Однак електричним батареям кожного з цих типів властиві як гідності, так і недоліки.

Наприклад, свинцево-кислотні електричні батареї володіють тим перевагою, що вони здатні, при необхідності, забезпечити більшу потужність в імпульсі. Крім того, свинцево-кислотні електричні батареї можуть забезпечити великі величини електричного струму, достатні для розгону і підтримки роботи приводних електродвигунів сухопутних транспортних засобів. Однак свинцево-кислотних електричним батареям притаманний такий недолік, як низька щільність енергії - цей параметр іноді виражається або вимірюється в ват-годинах на літр (Вт · год / л) - тобто величина збереженої енергії, що припадає на одиницю об'єму елемента такої електричної батареї, невелика. Подібним чином, у свинцево-кислотних електричних батарей порівняно низький і і такий показник, як питома енергія (може бути виражена в ват-годинах на одиницю маси батареї, наприклад, в Вт · год / кг), з чого випливає, що для зберігання істотного кількості енергії потрібно відносно велика маса електричної батареї.

На противагу цьому, електричні батареї на основі літію, такі як, наприклад, літієві батареї, у елементів яких аноди або негативні електроди виконані з металу літію або його сплаву, або безводні акумуляторні (допускають повторну зарядку) літієві іонні електричні батареї, описані, наприклад, в патенті США №6159635, виданому на ім'я Дас Гупта і ін. (Das Gupta et al.), мають більш високі характеристики щільності енергії і питомої енергії, ніж елементи електричних батарей на основі свинцю або нікелю. Слід зауважити, що деякі типи безводних заряджають (допускають повторну зарядку) літієвих іонних батарей називаються і полімерними літієвими батареями, приводом для чого стало те, що вони упаковані і герметизовані у вигляді шарів з полімерного матеріалу, і в них використовуються полімерні електроліти, які проводять іони літію . З іншого боку, літієві електричні батареї можуть не забезпечувати великої потужності в імпульсі, зокрема, вони не забезпечують високої щільності електричного струму, причиною чого є великий внутрішній опір елементів таких літієвих електричних батарей. Крім того, щоб уникнути швидкої деградації елементи літієвих електричних батарей потребують коштів підтримки певного температурного режиму, щоб температура не виходила за межі діапазону від -20 ° С до максимум 70 ° С. При віддачі енергії в імпульсі в елементах літієвих іонних електричних батарей має місце виділення великої кількості теплової енергії, що без застосування належних заходів може привести до руйнування батареї.

У сухопутному транспортному засобі з електричним двигуном бажано мати пристрій для зберігання електричної енергії, що володіє високою характеристикою щільності зберігається електричної енергії, з тим щоб такий пристрій для зберігання електричної енергії займало якомога менший обсяг, а й володіє високою характеристикою питомої енергії, з тим щоб таке пристрій для зберігання електричної енергії, що переміщається разом з сухопутним транспортним засобом, мало якомога меншу вагу. Крім того, представляється бажаним і, щоб такий пристрій для зберігання електричної енергії могло забезпечувати більшу потужність в імпульсі. Велика потужність в імпульсі потрібно, зокрема, для подолання сил тертя спокою при рушанні транспортного засобу з електричним приводом з місця і його розгону, тобто подолання інерції. Слід зауважити, що робилися спроби створення таких заряджають літієвих електричних батарей, які забезпечували б більш високі величини електричного струму, але це призводило до зниження характеристик питомої енергії і щільності енергії таких електричних батарей.

У попередньому рівні техніки, при спробах створення пристрою для зберігання електричної енергії, що забезпечує високу потужність в імпульсі при високих характеристиках щільності енергії і питомої енергії, пропонувалося кілька різних типів пристроїв для зберігання електричної енергії. Наприклад, в патентах США №№5780980 і 5808448, обидва видані на ім'я Найто (Naito), розкривається система приводу електричного автомобіля, що має систему електричного живлення постійного струму, що включає паливний електричний елемент в комбінації зі свинцево-кислотного електричною батареєю. При роботі електричного автомобіля паливний електричний елемент забезпечує постійну потужність, коли навантаження приводного електродвигуна невелика. При збільшенні навантаження приводного електродвигуна його харчування забезпечується від свинцево-кислотного електричної батареї при збереженні харчування від паливного електричного елемента. У вищевказаних патентах США на ім'я Найто сказано і, що при зниженні заряду свинцево-кислотного електричної батареї нижче деякого заданого значення відбувається її підзарядка від паливного електричного елемента. Однак вищевказаним винаходів Найто притаманний той недолік, що рідкі реагенти, на яких працює паливний електричний елемент, повинні перевозитися у відповідних контейнерах на електричному автомобілі, що погіршує характеристику питомої енергії такого пристрою для зберігання електричної енергії та харчування нею споживачів. Крім того, винаходи Найто включають складну електричну схему, за допомогою якої здійснюється харчування електродвигуна від паливного електричного елемента і свинцево-кислотного електричної батареї.

Гібридні літій-тіонілхлорідние - свинцево-кислотні електричні батареї пропонувалися для споживачів істотно меншої потужності, наприклад, для об'єктів мікроелектроніки, таких як електрохромние окуляри. Наприклад, в патентах США №№5900720 і 5455637, обидва на ім'я Каллмана (Kallman), розкривається використання для харчування мікроелектронних схем гібридної електричної батареї, до складу якої входить батарея з первинних, тобто не допускають повторної зарядки літій-тіонілхлорідних електричних елементів, і вторинна герметична свинцево-кислотна батарея, яка припускає повторну підзарядку. Від цих первинної і вторинної електричних батарей здійснюється живлення споживачів, якими в винаходи Каллмана є мікроелектронні схеми для електрохромних очок. Від первинної електричної батареї здійснюється і харчування контролера, від якого, в свою чергу, здійснюється управління періодичної підзарядкою вторинної батареї. Однак в вищевказаних патентах на ім'я Каллмана ані слова про можливість повторної зарядки первинної літій-тіонілхлорідной електричної батареї. Крім того, пристрій за вищевказаними патентів на ім'я Каллмана розроблено як пристрій, що має малі розміри і відносно низький загальний вихід енергії, і тому цей пристрій як таке не може бути використано для навантажень більшої потужності.

Крім того, в попередньому рівні техніки пропонувалося використовувати конденсаторні батареї, що розкрито, наприклад, в Європейській патентній заявці №0564149 А2 на ім'я «Джеол Лтд.» (Jeol Ltd.). Однак, як це описано в цій заявці, конденсатори набагато більш чутливі до доданому напрузі, і якщо додається напруга перевищує номінал, то відбувається негайне зниження ємності конденсатора, і збільшується витік електричного струму. З цієї причини в Європейській патентній заявці №0564149 А2 розкриті докладні схеми управління, за допомогою яких здійснюється обмеження заряду конденсаторів, але нічого не сказано про використання електричних батарей і як здійснюється управління електричними батареями.

Таким чином, в даній галузі є потреба в ефективному пристрої для зберігання електричної енергії та харчування нею споживача змінної потужності, яка мала б відносно високу характеристику щільності енергії і відносно високу характеристику питомої енергії для застосування зі споживачами великої потужності з широким діапазоном зміни споживаної потужності. Крім того, хоча щільність енергії сама по собі є важливою характеристикою, важливо і взяти до уваги, яким чином електричні батареї будуть розміщені всередині транспортного засобу. Інакше кажучи, потрібно враховувати дійсний обсяг пристрою, що включає електричні батареї, тобто обсяг, необхідний для розміщення електричних батарей, а не просто сумарний обсяг окремих електричних елементів. Крім того, повинен знайти рішення питання зарядки системи після падіння вихідної потужності нижче встановленого рівня.

Короткий опис пропонованого винаходу

Відповідно до вищевикладеного метою пропонованого винаходу є щонайменше часткове подолання недоліків попереднього рівня техніки. Крім того, метою пропонованого винаходу є і створення ефективного пристрою для зберігання електричної енергії та харчування нею споживачів з відносно широким діапазоном зміни споживаної потужності, таких як приводні електродвигуни сухопутних транспортних засобів, при цьому бажано, щоб пристрій мав високі характеристики щільності енергії і питомої енергії, і при цьому воно повинно забезпечувати більшу потужність в імпульсі без виходу за межі контрольованого температурного діапазону.

Таким чином, в одному з аспектів здійснення даного винаходу пропонується джерело електричної енергії для харчування приводного електродвигуна зі змінною споживаної потужністю, при цьому це джерело електричної енергії містить: деяку першу підзаряджатися електричну батарею (енергетична батарея), яка характеризується деякою першої щільністю енергії і призначену для зберігання електричної енергії; деяку другу підзаряджатися електричну батарею (показники потужності батарея), яка характеризується деякою другий щільністю енергії, яка менше, ніж перша щільність енергії, і призначену для зберігання електричної енергії та харчування нею електродвигуна зі змінною споживаної потужністю; контролер електричних батарей, призначений для безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї, при цьому харчування приводного електродвигуна при різних значеннях споживаної ним електричної потужності здійснюється електричною енергією, що зберігається в енергетичній батареї, за посередництвом мощностной батареї.

Ще в одному аспекті здійснення даного винаходу пропонується пристрій для зберігання електричної енергії, призначеної для живлення споживача електричної енергії, при цьому цей пристрій для зберігання електричної енергії містить: деяку першу підзаряджатися електричну батарею, яка характеризується деякою першої щільністю енергії і виконану з можливістю електричного з'єднання з зовнішнім джерелом електричної енергії; деяку другу підзаряджатися електричну батарею, яка характеризується деякою другий щільністю енергії, яка менше, ніж перша щільність енергії, і що має електричне з'єднання з споживачем; при цьому під час роботи друга електрична батарея сполучена з споживачем та забезпечена можливість харчування споживача електричною енергією від другої електричної батареї і в той же час забезпечена можливість безперервної підзарядки другий електричної батареї електричною енергією від першої електричної батареї; при цьому забезпечена можливість періодичного під'єднання першої електричної батареї до зовнішнього джерела електричної енергії для її підзарядки в міру необхідності.

Ще в одному аспекті здійснення даного винаходу пропонується пристрій для зберігання електричної енергії, призначеної для живлення споживача електричної енергії, при цьому цей пристрій для зберігання електричної енергії містить:

підзаряджати електричну батарею (перша електрична батарея), яка характеризується деякою першої щільністю енергії і виконану з можливістю електричного з'єднання з зовнішнім джерелом електричної енергії; підзаряджати електричний пристрій (друга електрична батарея), що характеризується деякою другий щільністю енергії, яка менше, ніж перша щільність енергії, при цьому ця друга електрична батарея виконана з можливістю електричного з'єднання з першої електричної батареєю і з можливістю електричного з'єднання зі споживачем; при цьому під час роботи підзаряджатися електричний пристрій (друга електрична батарея) пов'язане з споживачем та забезпечена можливість харчування споживача електричною енергією від цього заряджається електричного пристрою (другий електричної батареї) і в той же час забезпечена можливість безперервної підзарядки заряджається електричного пристрою (другий електричної батареї) електричною енергією від заряджається електричної батареї (першої електричної батареї); при цьому забезпечена можливість періодичного під'єднання заряджається електричної батареї (першої електричної батареї) до зовнішнього джерела електричної енергії для її підзарядки в міру необхідності.

Ще в одному аспекті здійснення даного винаходу, пропонується спосіб зберігання електричної енергії, призначеної для живлення споживача електричної енергії зі змінною споживаної потужністю, при цьому цей спосіб включає наступні стадії: зарядка деякої першої заряджається електричної батареї (енергетична батарея), що характеризується деякою першої щільністю енергії; зарядка деякої другий заряджається електричної батареї (показники потужності батарея), що характеризується деякою другий щільністю енергії, яка менше, ніж перша щільність енергії; подача електричної енергії від другої електричної батареї (показники потужності батарея) до споживача електричної енергії при різних значеннях споживаної потужності; і підзарядка другий електричної батареї (показники потужності батарея) електричною енергією від першої електричної батареї (енергетична батарея).

Одним з переваг пропонованого винаходу є те, що електрична батарея, певна вище як енергетична батарея, може являти собою відому свинцево-кислотну електричну батарею, яка знаходить широке використання в сухопутних транспортних засобах. При такому застосуванні свинцево-кислотного електричної батареї забезпечується достатня для приводу електродвигуна сухопутного транспортного засобу, що є користувачем пристрою по пропонованого винаходу, потужність в імпульсі і достатня величина електричного струму при різній споживаної потужності. Однак в кращих варіантах здійснення запропонованого винаходу енергетична батарея являє собою батарею на основі літієвих електричних елементів, або ж електричну батарею з високими показниками щільності енергії і питомої енергії. Таким чином, при безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї забезпечується можливість підтримки заряду мощностной батареї на рівні, близькому до оптимального, що має сприяти продовженню терміну служби мощностной батареї. Крім того, при рівні заряду мощностной батареї, близькому до оптимального, забезпечується можливість підтримки енергогенеруючої здатності енергетичної батареї і можливість харчування споживача електричною енергією при різних значеннях вихідної потужності, завдяки чому легко забезпечується подача до споживача необхідної потужності. При цьому застосування пристрою зберігання електричної енергії та електричного живлення по пропонованого винаходу призведе до порівняно незначного збільшення обсягу і маси сухопутного транспортного засобу з електричним приводом, так як основна зберігає електричну енергію частина системи електричного живлення по пропонованого винаходу, тобто енергетична батарея, має високі показники щільності енергії і питомої енергії.

Ще в одному з варіантів здійснення запропонованого винаходу літієва електрична батарея є полімерної літієвої електричною батареєю, яка представляє собою сухий Перезарядний літієвий іонну батарею, укладену в пластмасове покриття і герметичну, що містить твердий полімерний і рідкий органічний електроліти, які проводять іони літію. Такий полімерної літієвої іонної батареї при виготовленні може бути надана будь-яка геометрична форма, і вона може бути поміщена в корпус будь-якої форми стосовно до вільного простору в транспортному засобі. Завдяки цьому можна добитися зменшення дійсного обсягу пристрою для зберігання електричної енергії та електричного живлення, так як вільний простір навколо енергетичної батареї буде невеликим.

Ще однією перевагою пристрою для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу є те, що обидві електричні батареї, що входять до його складу, є підзаряджатися. Як згадувалося вище, має місце практично постійна підзарядка мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї. При цьому, в міру необхідності, енергетична батарея і піддається підзарядці шляхом приєднання її до зовнішнього джерела електричної енергії. Таким чином, забезпечується можливість легкого відновлення працездатності пристрою для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу для подальшого використання без необхідності поповнення рідкими реагентами або заміни електричних батарей. Крім того, в одному з кращих варіантів здійснення пристрою для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу з метою підвищення ефективності підзарядки забезпечена можливість підзарядки від зовнішнього джерела електричної енергії, під час підзарядки енергетичної батареї, і та мощностной батареї.

Ще одна перевага пропонованого винаходу полягає в тому, що при використанні свинцево-кислотного батареї можуть бути використані відомі технології рекуперації електричної енергії. Зокрема, під час гальмування транспортного засобу з електричним приводом електрична енергія може бути спрямована на підвищення заряду свинцево-кислотного електричної батареї. Таке гальмування часто називається рекуперативним гальмуванням.

Як деякі споживачі електричної енергії вимагають епізодичних або періодичних імпульсів, і та деякі зарядні пристрої забезпечують час від часу імпульсні викиди енергії. Рекуперативне гальмування транспортного засобу є одним із прикладів такої імпульсної підзарядки електричної батареї. Якщо пристрій для зберігання електричної енергії здатне сприймати велику потужність зарядки, то ці енергетичні імпульси можуть бути ефективно використані. Одна з переваг пропонованого винаходу полягає в тому, що епізодичні або періодичні викиди рекуперіруемой енергії можуть бути використані для швидкої підзарядки мощностной батареї при потужностях, які можуть бути неприйнятними для енергетичної батареї або які можуть завдати шкоди енергетичній батареї. Ця рекуперіруемая енергія імпульсних викидів могла б бути згодом пущена на подолання збільшилася навантаження безпосередньо від мощностной батареї. В альтернативному варіанті ця енергія могла б бути пущена від мощностной батареї на підзарядку енергетичної батареї при меншій потужності і протягом більш тривалого часу. Який шлях використання рекуперіруемой енергії найбільш ефективний на практиці, залежить, звичайно, від конкретних сьогохвилинних енергетичних потреб споживача електричної енергії та конкретного застосування пристрою для зберігання електричної енергії.

Інші аспекти пропонованого винаходу стануть зрозумілі з подальшого його докладну розповідь з посиланнями на прикладені креслення, на яких проілюстровані деякі кращі варіанти здійснення запропонованого винаходу.

Короткий опис додаються креслень

На фіг.1 схематично показана електрична система, що представляє собою пристрій для зберігання електричної енергії по одному з варіантів здійснення запропонованого винаходу.

На Фіг.2 показаний графік розряду свинцево-кислотної акумуляторної електричної батареї в часі.

На фіг.2В показаний графік розряду безводної заряджається літієвої енергетичної батареї за часом.

Детальний опис кращих варіантів здійснення запропонованого винаходу

Як говорилося вище, в одному з кращих варіантів здійснення запропонованого винаходу пристрій для зберігання електричної енергії включає енергетичну батарею, з'єднану з мощностной батареєю. Енергетична батарея має високу щільність енергії і великою величиною питомої енергії, завдяки чому з її допомогою може бути легко і ефективно забезпечено зберігання великої кількості електричної енергії. Крім того, енергетична батарея виконана з можливістю підзарядки від зовнішнього джерела. Енергетична батарея здатна забезпечити відносно стабільну вихідну потужність, але забезпечується нею величина електричного струму відносно невелика. Іншими словами, важливою функцією енергетичної батареї є ефективне зберігання великої кількості електричної енергії, при цьому її маса не є надто великою, і вона не займає надто багато місця, проте вона не може забезпечити великі або змінюються в широкому діапазоні величини електричного струму або варіабельність вихідної потужності .

На противагу цьому показники потужності батарея виконана з можливістю забезпечення варіабельності вихідної потужності і здатна забезпечувати короткочасні імпульсні викиди електричного струму великої величини. Наприклад, показники потужності батарея здатна забезпечувати імпульсні викиди електричної енергії при великих значеннях електричного струму, якщо цього вимагає споживач, такий як приводний електродвигун сухопутного транспортного засобу. Однак при цьому показники потужності батарея може не мати високої щільності енергії або високого значення питомої енергії. Зокрема, показники потужності батарея є заряджається, і її підзарядка електричною енергією може здійснюватися від енергетичної батареї, а факультативно і від зовнішнього джерела.

Під час роботи мощностную батарея задовольняє потреби споживача в змінної електричної потужності і електричному струмі непостійній величини, при цьому здійснюється безперервна підзарядка мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї. Таким чином, пристрій для зберігання електричної енергії за цим варіантом здійснення запропонованого винаходу є гібридною електричну батарею, яка завдяки наявності енергетичної батареї має високі характеристики щільності енергії і питомої енергії і в той же час завдяки наявності мощностной батареї має здатність забезпечувати варіабельність вихідної потужності, а і імпульсні викиди електричного струму великої величини, якщо цього вимагає споживач електричної енергії.

Пристрій для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу містить і контролер, призначений для управління зарядкою і роботою як енергетичної батареї, так і мощностной батареї. За допомогою цього контролера здійснюється і управління зарядкою і роботою енергетичної батареї і мощностной батареї з точки зору збереження тривалості їх терміну служби, зокрема, шляхом недопущення надмірних зарядок мощностной батареї і перегріву енергетичної батареї. Контролер може факультативно бути забезпечений панеллю приладів, на якій відображаються значення струму і напруги живлення мощностной батареї від енергетичної батареї і живлення споживача від мощностной батареї. Крім того, контролер може видавати сигнал, наприклад, за посередництвом деякого аварійного приладу, про наближення до Наїнізшие допустимого рівня заряду енергетичної батареї, так щоб можна було забезпечити своєчасну підзарядку енергетичної батареї. Зарядка енергетичної батареї, а факультативно і та мощностной батареї може здійснюватися від зовнішнього джерела. За допомогою контролера може і здійснюватися управління зарядкою енергетичної батареї, а й мощностной батареї від зовнішнього джерела електричної енергії.

На фіг.1 проілюстрована електрична система, позначена в цілому позицією 1, в якій використано пристрій 2 для зберігання електричної енергії по одному з варіантів здійснення запропонованого винаходу. Як можна бачити з фіг.1, до пристрою 2 для зберігання електричної енергії, що входить до складу електричної системи 1, підключений споживач, який представляє собою, як показано на фіг.1, приводний електродвигун 3.

Крім того, на фіг.1 показано, що до складу пристрою 2 для зберігання електричної енергії входять дві заряджати батареї, позначені позиціями 4 і 5. Перша електрична батарея являє собою енергетичну батарею 4, а друга - мощностную батарею 5.

Крім того, на фіг.1 можна бачити, що енергетична батарея 4 з'єднана з мощностной батареєю 5 через перше сполучна засіб 6. А показники потужності батарея 5, в свою чергу, з'єднана зі споживачем електричної енергії, яким в даному варіанті здійснення запропонованого винаходу є приводний електродвигун 3, через друге сполучна засіб 7. Під час роботи за посередництвом другого з'єднувального кошти 7 здійснюється харчування приводного електродвигуна 3 електричною енергією від мощностной батареї 5, в той час як від енергетичної батареї 4 за посередництвом першого з'єднувального кошти 6 здійснюється практично безперервна підзарядка електричною енергією мощностной батареї 5.

Харчування приводного електродвигуна 3 електричною енергією від мощностной батареї 5 за посередництвом другого з'єднувального кошти 7 здійснюється при другому напрузі V-2 і другому електричному струмі I-2. Повинно бути зрозуміло, що значення другого напруги V-2 і другого електричного струму I-2 змінюються, з тим щоб була забезпечена можливість видачі мощностной батареєю 5 імпульсів електричного струму і потужності великої величини в залежності від потреби приводного електродвигуна 3. Відповідно показники потужності батарея 5 вибрано і виконана таким чином, щоб задовольнялися вимоги до потужності в імпульсі, а й до значень другого напруги V-2 і другого електричного струму I-2, що пред'являються споживачем електричної енергії.

У варіанті здійснення запропонованого винаходу, в якому споживачем електричної енергії є приводний електродвигун 3, цей приводний електродвигун 3 може являти собою, наприклад, електродвигун з робочою напругою 96 В, що працює при токах в діапазоні від 75 до 500 А. У цьому випадку бажано, щоб мощностную батарея 5 мала ємність щонайменше 5 кіловат-годин або вище. В цьому випадку краще використовувати в якості мощностной батареї 5 свинцево-кислотного електричної батареї, з тим щоб для приводного електродвигуна 3 були забезпечені викиди потужності у вигляді коротких імпульсів при великих величинах електричного струму. Але замість свинцево-кислотних електричних батарей в якості мощностной батареї 5 можуть бути використані і високопотужні електричні батареї інших типів, наприклад, нікель-металогідридні або нікель-сплавогідрідние електричні батареї або ж нікель-кадмієві електричні батареї.

У деяких варіантах здійснення запропонованого винаходу пристрій 2 для зберігання електричної енергії може на додаток до електричних батарей містити інші підзаряджатися кошти для зберігання електричної енергії.

Що ж стосується енергетичної батареї 4, то вона, навпаки, призначені для зберігання великої кількості електричної енергії і виконана з можливістю забезпечення цієї функції. У кращому варіанті енергетична батарея 4 як така має відносно високу щільність енергії, переважно більше, ніж щільність енергії у мощностной батареї 5. Таким чином, енергетична батарея 4 забезпечує ефективне зберігання великих кількостей електричної енергії. Крім того, оскільки показники потужності батарея 5 вибрано таким чином, що вона забезпечує задоволення мінливої ​​потреби в потужності приводного електродвигуна 3, енергетична батарея 4 може бути обрана без урахування характеристик цього приводного електродвигуна 3. Замість цього енергетична батарея 4 може бути обрана з міркувань забезпечення можливості ефективного зберігання електричної енергії та витрачання її, з бажаним рівнем потужності і при належних рівнях напруги і електричного струму, для практично безперервної підзарядки мощностной батареї 5, так щоб забезпечувалася можливість підтримки працездатності мощностной батареї 5.

У кращому варіанті здійснення запропонованого винаходу енергетична батарея 4 є літієвої електричною батареєю, однак в якості енергетичної батареї може бути використана і електрична батарея іншого типу, здатна виконувати відповідні функції. Більш переважно використання в якості енергетичної батареї 4 безводної заряджається літієвої іонної батареї.

В іншому кращому варіанті здійснення запропонованого винаходу використовується як енергетичної батареї безводна Перезарядний літієвий іонна батарея може являти собою полімерну літієвий іонну батарею, яка може бути виконана в різних геометричних формах. Це означає, що геометрична форма такої полімерної літієвої іонної батареї може бути пристосована до форми виділеного для неї в транспортному засобі простору, завдяки чому забезпечується можливість зменшення дійсного обсягу, необхідного для розміщення пристрою 2 для зберігання електричної енергії. Крім того, полімерної літієвої іонної батареї може бути надана така геометрична форма, щоб було забезпечено використання простору, яке інакше ніяк не може бути використано, наприклад, простір між деякими частинами транспортного засобу або елементами його корпусу. Ще в одному переважному варіанті здійснення запропонованого винаходу полімерної літієвої іонної батареї може бути надана така геометрична форма, щоб вона могла бути використана в якості корпусу або вмістилища для пристрою 2 для зберігання електричної енергії в цілому, завдяки чому забезпечується можливість подальшого зменшення дійсного обсягу, необхідного для розміщення пристрою 2 для зберігання електричної енергії.

Забезпечуються енергетичної батареєю 4 значення протікає через перший сполучна засіб 6 першого електричного струму I-1 і першого напруги V-1 на його виході вибираються таким чином, щоб були забезпечені оптимальні терміни служби енергетичної батареї 4 і мощностной батареї 5. Зокрема, представляється кращим, щоб величина першого електричного струму I-1 була обрана з міркувань мінімізації шкідливих для енергетичної батареї 4 ефектів, таких як перегрів енергетичної батареї 4. Крім того, представляється кращим і, щоб величина першого електричного струму I-1 була обрана з міркувань забезпечення підтримки енергетичного виходу на бажаному рівні, з тим щоб була забезпечена можливість безперервної підзарядки мощностной батареї 5 і підтримки тим самим працездатності останньої у всіх режимах роботи, для яких вона призначена, з одночасним дотриманням вимог, що стосуються забезпечення оптимальних термінів служби енергетичної батареї 4 і мощностной батареї 5. Таким чином, з точки зору забезпечення оптимальних термінів служби обох батарей представляється кращим, щоб величини першого напруги V-1 і першого електричного струму I-1 вибиралися таким чином, щоб електрична потужність, що передається від енергетичної батареї 4 до мощностной батареї 5, була достатньою для задоволення мощностной батареєю 5 потреб споживача, яким є приводний електродвигун 3, але щоб в той же час ця потужність не була занадто велика, так щоб нагрівання енергетичної батареї 4 було якомога менше.

Крім того, в тому випадку, коли в якості мощностной батареї 5 використовується свинцево-кислотна батарея, максимальний термін її служби може бути забезпечений за умови підтримки її заряду поблизу його верхнього значення. В одному з кращих варіантів здійснення запропонованого винаходу ця умова виконана шляхом забезпечення безперервного протікання через мощностную батарею 5 першого електричного струму I-1, так щоб здійснювалася безперервна підзарядка мощностной батареї 5 електричною енергією від енергетичної батареї 4. При порівняно низькому значенні першого електричного струму I- 1 передана електрична потужність (енергія в одиницю часу) і відповідно невелика, проте достатня поповнення заряду мощностной батареї 5 може бути здійснено завдяки практично безперервної її підзарядці електричною енергією від енергетичної батареї 4.

Для управления величинами электрического тока и электрической мощности, передаваемой от энергетической батареи 4 к мощностной батарее 5, устройство 2 для хранения электрической энергии снабжено контроллером 8. Для обеспечения возможности регулирования процесса передачи электрической мощности от энергетической батареи 4 к мощностной батарее 5 контроллер 8 соединен с энергетической батареей 4 и мощностной батареей 5, а и с первым соединительным средством 6.

Как можно видеть на фиг.1, через посредство пятого соединительного средства 9 с мощностной батареей 5 соединена система рекуперативного торможения 10. В соответствии со способами, известными в данной отрасли, система рекуперативного торможения 10 выполнена с возможностью преобразования кинетической энергии движущегося электроприводного сухопутного транспортного средства при замедлении движения этого транспортного средства в энергию электрическую. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения рекуперированная электрическая энергия от системы рекуперативного торможения 10 через посредство пятого соединительного средства 9 поступает к мощностной батарее 5 (величина пятого электрического тока 1-5, величина пятого напряжения V-5).

С помощью контроллера 8 осуществляется управление процессом передачи электрической энергии через первое соединительное средство 6 путем регулирования величин первого электрического тока I-1 и первого напряжения V-1, например, через посредство переключательного устройства 11. Например, регулирование передачи электрической энергии между этими двумя батареями может осуществляться путем отпирания и запирания переключательного устройства 11 по управляющей команде контроллера 8. Как известно в данной отрасли, переключательные устройства 11 такого типа могут быть быстродействующими, они могут содержать такие схемные элементы, как конденсаторы, катушки индуктивности и другие, с тем чтобы управление процессом передачи электрической энергии осуществлялось с относительно высокой эффективностью. Например, когда имеет место передача электрической энергии от источника с более высоким напряжением к источнику с более низким напряжением, то переключательное устройство 11 работает в режиме понижающего регулятора. А когда имеет место передача электрической энергии от источника с более низким напряжением к источнику с более высоким напряжением, то переключательное устройство 11 работает в режиме повышающего регулятора. Переключательные устройства, работающие в том или в другом из этих режимов (или в обоих), хорошо известны в данной отрасли и поэтому не будут здесь обсуждаться подробно.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения энергетическая батарея 4 выполнена таким образом, что ее напряжение в общем является несколько более высоким, чем напряжение мощностной батареи 5, даже тогда, когда уровень полезного заряда энергетической батареи 4 близок к минимуму. Таким образом, переключательное устройство 11 может быть выполнено с возможностью работы только в режиме понижающего регулятора, что представляется предпочтительным из соображений стоимости и эффективности, но при этом передача электрической энергии ограничивается одним направлением, а именно - только от энергетической батареи 4 к мощностной батарее 5. При этом ограничении представляется предпочтительным, чтобы в любое время, когда ожидается поступление к мощностной батарее 5 рекуперированной электрической энергии от системы рекуперативного торможения 10, уровень заряда мощностной батареи 5 был достаточно низким для того, чтобы мощностная батарея 5 могла принять эту энергию без риска избыточной зарядки, и представляется предпочтительным, чтобы нагрузочные характеристики мощностной батареи 5 были выбраны таким образом, чтобы они позволяли выдерживать такие ситуации без того, чтобы имела место передача электрической энергии от мощностной батареи 5 к энергетической батарее 4. Когда устройство 2 для хранения электрической энергии используется на сухопутном транспортном средстве с электрическим приводом, электрическая энергия, возвращаемая системой рекуперативного торможения 10 при торможении транспортного средства, практически всегда меньше, чем электрическая энергия, потраченная на его разгон. Поэтому в целом обеспечивается возможность поддержания необходимого уровня заряда мощностной батареи 5 в большинстве случаев поступления к этой батарее импульсов электрической энергии от системы рекуперативного торможения 10.

В другом варианте осуществления предлагаемого изобретения переключательное устройство 11 может работать как в режиме понижающего регулятора, так и в режиме повышающего регулятора, когда обеспечивается возможность передачи электрической энергии от мощностной батареи 5 к энергетической батарее 4, например, в случае избыточной зарядки мощностной батареи 5 по причине поступления на нее электрической энергии от системы рекуперативного торможения 10.

На фиг.1 показано и зарядное устройство 12, которое используется для подзарядки устройства 2 для хранения электрической энергии от внешнего источника 13 электрической энергии. Зарядное устройство 12 соединено с устройством 2 для хранения электрической энергии с помощью соединителей 14, 15 и 16.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения устройство 2 для хранения электрической энергии используется для питания приводного электродвигателя 3 сухопутного транспортного средства (не показано). Устройство 2 для хранения электрической энергии находится как бы внутри этого транспортного средства. При этом от энергетической батареи 4 может осуществляться практически непрерывная подзарядка мощностной батареи 5 даже во время движения транспортного средства.

Поскольку внешние источники 13 электрической энергии в общем случае стационарны, пополнение заряда устройства 2 для хранения электрической энергии осуществляется, когда транспортное средство неподвижно. В этом случае зарядное устройство 12 может размещаться стационарно с возможностью снабжения устройства 2 для хранения электрической энергии электрической энергией от внешних источников 13 электрической энергии в таких местах, как, например, электрические сети.

Через соединители 14 и 16 осуществляется независимая подзарядка энергетической батареи 4 и мощностной батареи 5 соответственно. Как можно видеть на фиг.1, передача электрической энергии от зарядного устройства 12 к энергетической батарее 4, в качестве которой в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения используется безводная литиевая ионная батарея, осуществляется через посредство третьего соединительного средства 17, образованного соединителем 14. Величина третьего напряжения V-3 на выходе этого третьего соединительного средства 17 и величина третьего электрического тока I-3 выбраны таким образом, чтобы это соответствовало зарядным характеристиками энергетической батареи 4. Аналогично передача электрической энергии от зарядного устройства 12 к мощностной батарее 5 осуществляется через посредство четвертого соединительного средства 18, образованного соединителем 16. Величина четвертого напряжения V-4 на выходе этого четвертого соединительного средства 18 и величина четвертого электрического тока I-4 выбраны таким образом, чтобы это соответствовало зарядным характеристиками мощностной батареи 5. Таким образом, зарядное устройство 12 выполнено с возможностью осуществления одновременной подзарядки как энергетической батареи 4, так и мощностной батареи 5.

Для обеспечения возможности управления напряжениями V-3 и V-4 и электрическими токами I-3 и I-4 с помощью контроллера 8 контроллер 8 может быть соединен с зарядным устройством 12 через соединитель 15. Управление напряжениями V-3 и V-4 и электрическими токами I-3 и I-4 с помощью контроллера 8 осуществляется в целях обеспечения эффективности процесса подзарядки энергетической батареи 4 и мощностной батареи 5 и недопущения их повреждения.

Логично предположить, что для подзарядки энергетической батареи 4, которая при работе расходует больше энергии и имеет большую емкость, потребуется больше времени, чем для подзарядки мощностной батареи 5, поэтому контроллер 8 должен прекратить подзарядку мощностной батареи 5 раньше. Ясно и, что нет необходимости использовать зарядное устройство 12 для подзарядки мощностной батареи 5, поскольку подзарядка мощностной батареи 5 может быть осуществлена электрической энергией от энергетической батареи 4. Иными словами, в одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения от внешнего источника 13 электрической энергии через посредство зарядного устройства 12 осуществляется подзарядка только энергетической батареи 4, после чего уже от энергетической батареи 4 осуществляется подзарядка мощностной батареи 5. В этом варианте осуществления предлагаемого изобретения не нужны соединитель 16 и четвертое соединительное средство 18, а и управляющие схемы для регулирования четвертого V-4 и четвертого электрического тока I-4, благодаря чему обеспечивается уменьшение общих расходов на осуществление устройства по предлагаемому изобретению. Тем не менее наличие соединителя 16 и четвертого соединительного средства 18, с помощью которых обеспечивается возможность подзарядки мощностной батареи 5 непосредственно от зарядного устройства 12, представляется в целом предпочтительным, так как при таком техническом решении обеспечивается возможность одновременной подзарядки энергетической батареи 4 и мощностной батареи 5, благодаря чему уменьшается общее время, затрачиваемое на подзарядку устройства 2 для хранения электрической энергии.

На Фіг.2 проілюстрований процес розряду мощностной батареї 5 в часі. Як можна бачити на Фіг.2, заряд мощностной батареї 5, в якості якої в розглянутому кращому варіанті здійснення запропонованого винаходу використовується свинцево-кислотна електрична батарея, зменшується поступово відповідно до різкими кидками потужності, споживаної приводним електродвигуном 3, що відбивається на графіку розряду мощностной батареї 5 у вигляді різких западин 19. Ці різкі кидки потужності споживача, відповідні різким западин 19, можуть бути викликані, наприклад, подоланням інерції транспортного засобу (розгоном), або подоланням сил тертя спокою при рушанні транспортного засобу. Однак кожен такий кидок потужності споживача, відповідний різкою западині 19, призводить до зниження заряду мощностной батареї 5, навіть якщо вона продовжує живити електричною енергією приводний електродвигун 3 завдяки тому, що вона заряджається електричною енергією від енергетичної батареї 4, в якості якої в розглянутому кращому варіанті здійснення запропонованого винаходу використовується літієва електрична батарея. Іншими словами, після першого кидка потужності споживача (після першої різкої западини 19 на графіку розряду мощностной батареї 5), якщо цей споживач, яким є приводний електродвигун 3, далі працює в стабільному режимі, приводячи транспортний засіб у рух з майже постійною швидкістю, то від енергетичної батареї 4, в якості якої використовується безводна літієва електрична батарея, здійснюється підзарядка мощностной батареї 5 з потужністю більшою, ніж потужність, яка відбирається від мощностной батареї 5 приводним електродвигуном 3. Таким чином, заряд мощностной батареї 5 може збільшуватися навіть у тому випадку, коли від неї здійснюється харчування приводного електродвигуна 3, якщо останній працює в стабільному режимі.

У точці, позначеної на горизонтальній осі (вісь часу) графіка на Фіг.2 буквою «R», пристрій 2 для зберігання електричної енергії, до складу якого входить показники потужності батарея 5, в якості якої використовується свинцево-кислотна електрична батарея, підключається для підзарядки до зовнішнього джерела 13 електричної енергії за посередництвом зарядного пристрою 12. Під час підзарядки, процес якої ілюструється на графіку фиг.2, починаючи з точки 20, показники потужності батарея 5, в якості якої використовується свинцево-кислотна електрична батарея, отримує за посередництвом зарядного пристрою 50 електричну енергію від зовнішнього джерела 13 електричної енергії, в результаті чого її заряд збільшується.

Між заряджаннями від зовнішнього джерела 13 електричної енергії показники потужності батарея 5 може практично постійно підзаряджатися від енергетичної батареї 4, в якості якої в даному варіанті здійснення запропонованого винаходу використовується безводна літієва іонна електрична батарея. Завдяки такій практично постійною підзарядці рівень заряду мощностной батареї 5, в якості якої в даному варіанті здійснення запропонованого винаходу використовується свинцево-кислотна електрична батарея, тимчасово досягає деяких «майданчиків», позначених на фіг.2 позицією 21. Протягом проміжків часу, які відповідають цим « майданчикам »21, харчування приводного електродвигуна 3 від мощностной батареї 5 (свинцево-кислотного) здійснюється на низьких рівнях потужності при постійній підзарядці від енергетичної батареї 4 (літієвої іонної). Іншими словами, ці «майданчика» 21 відповідають сталому режиму роботи, при якому електрична енергія надходить від енергетичної батареї 4 через мощностную батарею 5 до приводного електродвигуна 3. Ці «майданчика» можуть бути і не горизонтальними, а нахиленими вперед і вгору (на кресленні не показано) з досягненням рівня повного 3% -ного заряду мощностной батареї 5 (свинцево-кислотного). Це було б ілюстрацією того, що енергетична батарея 4 поставляє електричної енергії більше, ніж потрібно в даний період часу приводного електродвигуна 3, і частина електричної енергії йде на підзарядку мощностной батареї 5.

На фіг.2В проілюстрований процес розряду енергетичної батареї 4, в якості якої в даному варіанті здійснення запропонованого винаходу використовується безводна Перезарядний літієвий іонна електрична батарея, за часом. Як можна бачити на графіку фіг.2В, заряд енергетичної батареї 4 зменшується з плином часу досить рівномірно. Хоча на графіку розряду енергетичної батареї 4 і спостерігаються западини 22, відповідні кидкам потужності споживача, що відбиваються у вигляді різких западин 19 на графіку розряду мощностной батареї 5, вони не настільки різко виражені, як западини 19 на графіку розряду мощностной батареї 5, хоча б тому, що енергетична батарея 4 не розрахована на великі потужності. Як можна бачити на фіг.2В, на графіку розряду енергетичної батареї 4 менш круті ділянки відповідають «майданчикам» 21 на графіку розряду мощностной батареї 5. Ці ділянки відповідають підзарядці мощностной батареї 5 при низьких рівнях споживання електричної потужності приводним електродвигуном 3.

Ясно, що з плином часу заряд мощностной батареї 5, в якості якої використовується свинцево-кислотна електрична батарея, знижується, як це можна бачити на Фіг.2. У момент часу, позначений на Фіг.2 буквою «R», пристрій 2 для зберігання електричної енергії, до складу якого входить і енергетична батарея 4, виявляється вирядженим. Підзарядка енергетичної батареї 4 і показана на графіку фіг.2В (ділянка 23). При цьому, як можна бачити на Фіг.2, у міру підзарядки енергетичної батареї 4 рівень заряду мощностной батареї 5 і поступово збільшується майже до повного або навіть до повного її заряду.

Пристрій 2 для зберігання електричної енергії зазвичай підлягає підзарядці при падінні заряду енергетичної батареї 4 нижче деякого порогового рівня, показаного на фіг.2В пунктиром (цей пороговий рівень позначений буквою «L»). Хоча рівень заряду мощностной батареї 5 може відображатися на приладовій панелі, і / або при його падінні нижче допустимого може включатися сигнал тривоги, важливим чинником, що визначає необхідність підзарядки пристрою 2 для зберігання електричної енергії, є рівень заряду енергетичної батареї 4. До складу пристрою 2 для зберігання електричної енергії може входити сигнальна або приладова панель (на кресленнях не показана), на якій відображається інформація про наближення рівня заряду енергетичної батареї до деякого нижньому граничному значенню або про досягнення цього нижнього порогового значення. Наприклад, така індикація відбувається в момент часу, позначений на фіг.2В буквою «R». Як можна бачити з Фіг.2 і фіг.2В, рівні заряду мощностной батареї 5 і енергетичної батареї 4 досягають нижніх порогових значень приблизно в один і той же час. Слід зауважити, що така одночасність не є обов'язковою, і важливим чинником, що визначає необхідність підзарядки пристрою 2 для зберігання електричної енергії, є рівень заряду енергетичної батареї 4. Повинно бути зрозуміло і, що нижні порогові значення рівнів заряду енергетичної батареї 4 і мощностной батареї 5 вибираються таким чином, щоб була відвернена можливість пошкодження енергетичної батареї 4 і / або мощностной батареї 5.

Таким чином, при використанні описаного вище пристрою 2 для зберігання електричної енергії забезпечується передача електричної енергії від енергетичної батареї 4, що володіє високою щільністю енергії, до мощностной батареї 5, яка має меншу щільність енергії, а потім до споживача електричної енергії, яким є приводний електродвигун 3. Таким чином, по суті, в мощностной батареї 5, яка має меншу щільність енергії, забезпечується тимчасове зберігання електричної енергії, що надходить від енергетичної батареї 4, для передачі цієї електричної енергії споживачу, в якості якого виступає приводний електродвигун 3 з потужністю, що відповідає потребам цього споживача. Енергетична батарея 4 забезпечує ефективне зберігання електричної енергії для електроприводних транспортного засобу.

Подальший опис і ілюстрування пропонованого винаходу буде здійснюватися шляхом порівняння сухопутного транспортного засобу, оснащеного відомим пристроєм для зберігання електричної енергії, які базуються на свинцево-кислотного електричної батареї, і аналогічного транспортного засобу, оснащеного пристроєм 2 для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу.

Спочатку відоме електроприводне сухопутне транспортний засіб марки «РЕВ Консалтинг» виробництва «Судзукі Моторс» (Suzuki Motors / REV Consulting) з 96-вольта приводним двигуном постійного струму було оснащено унітарною батарейним пакетом з 16 високоякісних 6-вольтів свинцевих електричних батарейних одиниць марки «Троян» (Trojan-Trade Mark), з'єднаних послідовно, при цьому загальна маса отриманої електричної батареї становила 523 кг, загальний займаний ним об'єм - 225 л, а його номінальна ємність становила 23,4 кіловат-години при роботі протягом 20 годин. Це маса і обсяг власне електричної батареї, в цих величинах не враховано маси і обсяги опорних конструкцій і корпусів, які використовуються для монтажу, утримування і охолодження електричної батареї. Продуктивність була прийнятною, але пробіг транспортного засобу від однієї підзарядки був обмежений відстанню 70 км. Середнє значення електричного струму приводного електродвигуна при постійній швидкості транспортного засобу 60 км / год становило приблизно 40 А. Таким чином, ця електрична батарея могла бути використана значно менше, ніж наполовину її номінальної ємності. Пікове значення електричного струму приводного електродвигуна при розгоні становило 440 А.

Після цього вищевказане транспортний засіб було піддано переобладнання, а саме воно було забезпечено мощностной батареєю 5 і енергетичної батареєю 4 по одному з варіантів здійснення запропонованого винаходу, проілюстрованого в цілому на фіг.1. Мощностную батарея 5 складалася з восьми 12-вольтів автомобільних свинцевих батарейних одиниць марки «Інтерстейт» (Interstate-Trade Mark), з'єднаних послідовно, так що номінальна напруга цієї електричної батареї становило 96 В. Ці батареї не оцінюються по ємності, але відомо, що забезпечується ними пусковий струм складає 525 А, при цьому пусковий струм холодного запуску становить 420 А. Максимальна напруга такої електричної батареї при повному заряді становить приблизно 110 В. Енергетична батарея 4 складалася з набору з 480 з'єднаних паралельно-послідовно літієвих полімерних електричних елементів, при цьому ємність кожного такого електричного елемента становила 11,4 ампер-години, максимальний електричний струм - 4 а, а номінальна напруга - 3,65 В (виробництва компанії «Електровайа» (Electrovaya), Торонто, Канада). При цьому зазначені електричні елементи з'єднані в групи по 12 елементів, з'єднаних паралельно, і отримані таким чином 40 груп з'єднані послідовно. Максимальна напруга такої батареї при повному заряді складає 160 В, а її мінімальне напруження в разі розряду - 120 В.

Мощностную батарея 5 (свинцева) і енергетична батарея 4 (літієва) були з'єднані за допомогою перемикача пристрою, яке працювало в режимі понижуючого регулятора з частотою 115 кГц із забезпеченням ккд близько 90%. Був використаний комутаційний контролер 8, по керуючому сигналу якого для підзарядки мощностной батареї 5 електричною енергією від енергетичної батареї 4 забезпечувалася подача електричного струму величиною 40 А, як тільки заряд мощностной батареї 5 знижувався до 75% від рівня повного заряду, при цьому подача струму припинялася, коли рівень заряду мощностной батареї 5 досягав 80% від повного. Для енергетичної батареї 4 була створена можливість підзарядки від зовнішнього джерела 13 електричної енергії з напругою 220 В, частотою 60 Гц і максимальним значенням струму 20 А, а для отримання постійної напруги потрібної величини використовувалося таке відоме в даній галузі обладнання, як автотрансформатор, випрямляч і фільтр . В процесі підзарядки енергетичної батареї 4 здійснювалося регулювання зарядного напруги таким чином, щоб струм зарядки не перевищував 18 А, а напруга груп електричних елементів перед закінченням підзарядки контролювалося таким чином, щоб ні в одній групі електричних елементів напруга не перевищувало 4,20 В.

Під час роботи величина електричного струму приводного електродвигуна досягала максимум 385 А - при швидкому прискоренні. Під час рекуперативного гальмування величина зворотного струму, що працює на підзарядку мощностной батареї 5, досягала максимум 112 А - але всього лише протягом декількох секунд до зупинки транспортного засобу. Середня величина електричного струму приводного електродвигуна при звичайній роботі транспортного засобу була менше 40 А. показники потужності батарея 5 легко справлялася з кидками струму, а імпульси зворотного струму при рекуперативному гальмуванні сприймала лише з дуже невеликим надлишковим напругою. При повному заряді пристрої для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу транспортний засіб було здатне проїхати приблизно 180 км, після чого енергетична батарея 4 вимагала підзарядки. Пробіг транспортного засобу не зменшувався помітним чином і після повторних підзарядок.

Маса енергетичної батареї 4 становила 103 кг, а маса мощностной батареї 5-105 кг, тобто загальна маса електричних батарей становила приблизно 210 кг. Обсяг, займаний енергетичної батареєю 4, становив 50 л, а обсяг, яку він обіймав мощностной батареєю 4-60 л, тобто загальний обсяг електричних батарей, становив 110 л. Ці маси і обсяги вказані без урахування мас і обсягів опорних конструкцій і корпусів, які використовуються для монтажу, утримування і охолодження електричних батарей, проте ясно, що маси і обсяги цих додаткових деталей самі по собі менше, ніж у разі використання пристрою за попереднім рівнем техніки, тому що легше і менше використовуються електричні батареї.

Таким чином, комбіноване або гібридне батарейное пристрій 2 для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу набагато легше, набагато менше і набагато ефективніше, ніж унітарні батарейні пакети по попереднього рівня техніки, які воно покликане замінити. У розглянутому вище прикладі у енергетичній батареї 4 номінальний струм складає 48 А (в групі 12 з'єднаних паралельно електричних елементів, у кожного з яких номінальний струм становить 4 А), і вона, ймовірно, не може забезпечити електричний струм величиною 385 А, який забезпечує для приводного електродвигуна показники потужності батарея 5 протягом короткого часу при розгоні транспортного засобу. Але виконував функції мощностной батареї 5 унітарний батарейний пакет за попереднім рівнем техніки набагато важче і об'ємніше. Таким чином, пристрій 2 для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу є володаркою кількох перевагами перед унітарною батарейним пакетом за попереднім рівнем техніки.

Ще одна з переваг пристрою 2 для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу полягає в гнучкому вирішенні проблеми розміщення енергетичної батареї 4 і мощностной батареї 5 на електроприводної сухопутному транспортному засобі. Для мощностной батареї 5, яка забезпечує короткочасні імпульси електричного струму великої величини, представляється кращим розміщення поблизу від приводного електродвигуна 3, завдяки чому була б забезпечена мінімізація витрат на дорогу і важку, що забезпечує можливість проведення високих значень електричного струму проводку. Первісне електробатарейное обладнання транспортного засобу не дозволяла розмістити всю електричну батарею поблизу від приводного електродвигуна 3 через великі розмірів і маси електричної батареї, в результаті чого було потрібно додаткова проводка, а це пов'язано із збільшеними витратами і додатковим збільшенням загальної маси системи електричного живлення. У переобладнаному ж транспортному засобі показники потужності батарея 5 була розміщена поблизу від приводного електродвигуна 3, завдяки чому вдалося зменшити додаткову масу і знизити витрати на дорогу проводку в другому сполучному засобі 7. При цьому для енергетичної батареї 4, яка працює з більш низькими значеннями електричного струму, в першому сполучному засобі 6 між цією електричною батареєю і мощностной батареєю 5 може бути використана менш важка і менш дорога проводка, завдяки чому забезпечується можливість розміщення енергетичної батареї 4 на більшій відстані як від приводного електродвигуна 3, так і від мощностной батареї 5 без необхідності використання дорогої і важкої проводки.

Хоча пропоноване винахід описано вище на прикладі його кращого здійснення, в якому енергетична батарея 4 є безводної літієвої іонної електричною батареєю, середнього фахівця відповідного профілю повинно бути зрозуміло, що в якості енергетичної батареї 4 можуть використовуватися електричні батареї не тільки цього типу. Як енергетична батареї 4 в пропонованому винаході може бути використана електрична батарея будь-якого типу, якщо у неї щільність енергії перевищує щільність енергії мощностной батареї 5. Це може бути, наприклад, натрієво-сірчана електрична батарея, літієво-повітряна електрична батарея або її хімічний еквівалент. В одному з кращих варіантів здійснення запропонованого винаходу енергетична батарея 4 представляє собою полімерну літієвий іонну батарею, якою може бути додана різна геометрична форма, завдяки чому забезпечується можливість зменшення дійсного загального обсягу пристрою 2 для зберігання електричної енергії.

Аналогічно, хоча пропоноване винахід описувалося вище на прикладі його кращого здійснення, в якому показники потужності батарея 5 є свинцево-кислотного електричною батареєю, середнього фахівця відповідного профілю повинно бути зрозуміло, що в якості мощностной батареї 5 можуть використовуватися електричні батареї не тільки цього типу. Як мощностной батареї 5, що заряджається від енергетичної батареї 4, в пропонованому винаході може бути використана електрична батарея будь-якого типу, якщо забезпечується можливість її підзарядки від енергетичної батареї 4, як мощностной батареї 5 може використовуватися, наприклад, літієва електрична батарея, а в тих випадках, коли показники потужності батарея 5 повинна і забезпечувати великі значення електричної потужності, наприклад, для такого споживача електричної енергії, як приводний електродвигун 3, в якості мощностной батареї 5 може бути використана, наприклад, потужний літієва або літієва іонна електрична батарея або ж потужний нікелева водна батарея.

Середньому фахівця відповідного профілю повинно бути зрозуміло, що в наведеному вище описі терміни «електричний елемент» і «електрична батарея» використані як взаємозамінні, хоча термін «електрична батарея» має більш широкий зміст, так як електрична батарея може містити більше одного електричного елемента. З урахуванням цього застереження можна сказати, що енергетична батарея 4 і показники потужності батарея 5 можуть бути як електричними батареями, так і електричними елементами.

Повинно бути зрозуміло і, що пристрій по пропонованого винаходу крім компонентів, зображених на фіг.1, може включати і інші компоненти і пристрої, такі як фільтри, конденсатори, котушки індуктивності, чутливі елементи і інші відомі в даній галузі елементи, необхідні для роботи пристрою 2 для зберігання електричної енергії по пропонованого винаходу, які на фіг.1 не показані щоб уникнути захаращення креслення.

Крім того, має бути зрозуміло, що, хоча в наведеному вище описі різні ознаки пропонованого винаходу розкриті стосовно того чи іншого варіанту його здійснення, різні ознаки пропонованого винаходу і варіанти його здійснення можуть бути скомбіновані або ж використані в поєднанні з іншими ознаками і варіантами здійснення запропонованого винаходи, описаними і проілюстрованими в даному описі.

Хоча в даному описі описані і проілюстровані тільки певні кращі варіанти здійснення запропонованого винаходу, має бути зрозуміло, що обсяг пропонованого винаходу не обмежується цими окремими випадками. Пропонований винахід включає всі варіанти його здійснення, є функціональними, електричними або механічними еквівалентами розглянутих вище конкретних варіантів здійснення і ознак пропонованого винаходу, описаних і проілюстрованих вище.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Джерело електроживлення для забезпечення електричного живлення приводного електричного двигуна, виконаного з можливістю споживання електричної енергії з різними рівнями потужності, що містить першу підзаряджатися електричну батарею, яка називається енергетичної батареєю, що має першу характеристику в ват-годинах на літр, звану першої щільністю енергії, і що забезпечує зберігання першого кількості електричної енергії, і другу підзаряджатися електричну батарею, яка називається мощностной батареєю, що має при зберіганні електричної енергії другу характеристику в ват-годинах на літр, звану другий щільністю енергії, яка менше ніж перша щільність енергії, що забезпечує зберігання другого кількості електричної енергії, яке менше ніж перше кількість електричної енергії, і забезпечує живлення електричною енергією приводного електродвигуна при різних рівнях споживаної потужності, контролер, виконаний з можливістю регулювання процесу практично безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї, при цьому забезпечено харчування електричною енергією, що зберігається в енергетичній батареї, приводного електродвигуна при різних рівнях споживаної потужності за допомогою мощностной батареї.

2. Джерело електроживлення по п.1, в якому регулювання процесу практично безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією здійснено шляхом регулювання проходження електричної енергії від енергетичної батареї до мощностной батареї за допомогою першого з'єднувального кошти.

3. Джерело електроживлення по п.2, що додатково включає включене в схему першого з'єднувального кошти перемикаючий пристрій, при цьому регулювання процесу практично безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією здійснено шляхом регулювання перемикає пристрої, включеного в схему першого з'єднувального кошти.

4. Джерело електроживлення по п.1, в якому енергетична батарея являє собою електричну батарею на основі літію, обрану з наступного переліку: безводна літієва іонна батарея, літієва повітряна батарея, полімерна літієва іонна батарея, а показники потужності батарея являє собою свинцево-кислотну батарею.

5. Джерело електричної енергії по п.1, в якому в якості енергетичної батареї використаний пакет безводних полімерних літієвих батарей.

6. Джерело електричної енергії по п.5, забезпечений корпусом, при цьому пакет безводних полімерних літієвих батарей розміщений в частині простору цього корпусу.

7. Пристрій для зберігання електричної енергії для харчування споживача електричної енергії, що містить підзаряджатися електричну батарею, що має першу характеристику в ват-годинах на літр, звану та першої щільністю енергії, і виконану з можливістю електричного під'єднання до зовнішнього джерела електричної енергії, підзаряджатися електричний пристрій, має другу характеристику в ват-годинах на літр, звану та другої щільністю енергії, яка менше ніж перша щільність енергії, при цьому ця друга електрична батарея виконана з можливістю електричного з'єднання з першої електричної батареєю і з можливістю електричного з'єднання зі споживачем електричної енергії, при цьому в процесі роботи підзаряджатися електричний пристрій пов'язане з споживачем електричної енергії і забезпечена можливість харчування споживача електричної енергії при забезпеченні практично постійного заряджання заряджається електричного пристрою електричною енергією від електричної батареї, при цьому забезпечено можливість періодичного під'єднання електричної батареї до зовнішнього джерела електричної енергії для її підзарядки в міру необхідності.

8. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.7, в якому в якості заряджається електричної батареї використана електрична батарея, обрана з наступного переліку: безводна літієва іонна батарея, полімерна літієва іонна батарея, натрієво-сірчана батарея.

9. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.7, в якому в якості заряджається електричного пристрою використана електрична батарея, обрана з наступного переліку: потужний літієва батарея, літієва іонна батарея, потужний нікелева водна батарея, свинцево-кислотна батарея, никелево-сплавна гібридна батарея, никелево-металева батарея, никелево-кадмієві батарея.

10. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.7, в якому підзарядна електрична батарея являє собою підзаряджатися енергетичну батарею, а заряджати електричний пристрій являє собою підзаряджатися мощностную батарею для практично безперервної підзарядки від заряджається енергетичної батареї.

11. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.10, додатково містить контролер для регулювання процесу практично безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї.

12. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.11, додатково містить перемикаючий пристрій, через яке забезпечено передачу щонайменше частини електричної енергії від енергетичної батареї до мощностной батареї, при цьому за допомогою контролера забезпечено регулювання процесу практично безперервної підзарядки мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї.

13. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.10, в якому в якості енергетичної батареї використана електрична батарея на основі літію, а в якості мощностной батареї використана свинцево-кислотна електрична батарея.

14. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.13, в якому в якості енергетичної батареї використаний пакет безводних полімерних літієвих батарей, при цьому пристрій має корпус і зазначений пакет безводних полімерних літієвих батарей розміщений в частині простору цього корпусу.

15. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.10, в якому забезпечено використання електричної енергії, що зберігається в енергетичній батареї, для харчування споживача електричної енергії за посередництвом мощностной батареї, при цьому показники потужності батарея виконана з можливістю харчування споживача електричної енергії з тими значеннями потужності, електричного струму і напруги, які відповідають поточної потреби споживача електричної енергії.

16. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.10, в якому показники потужності батарея виконана з можливістю електричного під'єднання до зовнішнього джерела електричної енергії для підзарядки, при цьому забезпечено можливість приєднання мощностной батареї до зовнішнього джерела енергії для підзарядки в той час, коли потрібно підзарядка енергетичної батареї.

17. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.16, в якому забезпечена можливість підключення енергетичної батареї і мощностной батареї до зовнішнього джерела електричної енергії за допомогою зарядного пристрою.

18. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.16, для якого споживачем електричної енергії є приводний електродвигун сухопутного транспортного засобу, в якому встановлено даний пристрій для зберігання електричної енергії, при цьому забезпечено практично постійна підзарядка мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї, в тому числі під час руху транспортного засобу.

19. Пристрій для зберігання електричної енергії по п.18, для якого зовнішній джерело електричної енергії є стаціонарним, при цьому можливість підзарядки енергетичної батареї забезпечена, коли транспортний засіб знаходиться в нерухомому стані.

20. Спосіб зберігання електричної енергії для харчування споживача електричної енергії при різних рівнях споживаної потужності, до складу якого такі операції:

підзарядка заряджається енергетичної батареї, має першу характеристику в ват-годинах на літр, звану та першої щільністю енергії; підзарядка заряджається мощностной батареї, має другу характеристику в ват-годинах на літр, звану та другої щільністю енергії, яка менше ніж перша щільність енергії; передача електричної енергії від мощностной батареї споживачеві електричної енергії при різних рівнях споживаної потужності; підзарядка мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї.

21. Спосіб за п.20, в якому операцію підзарядки мощностной батареї електричною енергією від енергетичної батареї здійснюють у формі практично безперервної підзарядки мощностной батареї від першої енергетичної батареї за допомогою перемикає пристрої, керованого контролером.

22. Спосіб за п.20, в якому в якості споживача електричної енергії використовують приводний електродвигун сухопутного транспортного засобу, при цьому підзаряджатися енергетичну батарею і підзаряджатися мощностную батарею встановлюють на цьому транспортному засобі.

23. Спосіб за п.22, додатково включає операцію періодичної підзарядки першої заряджається енергетичної батареї від стаціонарного джерела електричної енергії при зменшенні заряду першої заряджається енергетичної батареї нижче встановленого порогового значення.

24. Спосіб за п.20, в якому підзаряджатися енергетичну батарею вибирають з наступного переліку: безводна літієва іонна батарея, літієва повітряна батарея, полімерна літієва іонна батарея, а мощностную батарею вибирають з наступного переліку: свинцево-кислотна батарея, потужний літієва батарея, літієва іонна батарея, потужний нікелева водна батарея, никелево-металева батарея, никелево-сплавна гібридна батарея, никелево-кадмієві батарея.

25. Джерело електричної енергії за допомогою одного з пп.1-6, в якому контролер виконаний з можливістю регулювання процесу переривчастої підзарядки першої заряджається енергетичної батареї електричною енергією від другої заряджається мощностной батареї.

26. Пристрій для зберігання електричної енергії за допомогою одного з пп.7-19, в який заряджає електричний пристрій виконано з можливістю здійснювати під час роботи підзарядку заряджається батареї.

27. Спосіб зберігання електричної енергії за допомогою одного з пп.20-24, що включає операцію зарядки енергетичної батареї від мощностной батареї в той час, коли не відбувається підзарядка мощностной батареї за допомогою енергетичної батареї.

Версія для друку
Дата публікації 17.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів