WO2014118409A1 - Sistema autónomo de control - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an autonomous power generation system, taking advantage of the regenerative energy generated by braking a vehicle for feeding a secondary battery, independent of the main one, and allowing that in case of total failure of said main battery that the basic services the power steering lights, brake booster, electronics, continue operating, thanks to the combined action of said autonomous system that includes a capacitor bank with the secondary battery feeding said basic services.
  • the main battery that we will call approximately 300 volts of power, and it supplies power not only to the electric motor, but to other services of the vehicle, such as the power steering, the brake booster, ABS, with the different electric assistance motors, for among other services those of raising the windows of the doors, movement of seats and backrests, interior air conditioning, exterior lighting, interior lighting and others.
  • the secondary battery that we will call a signal, 12 volts that is available in electric cars is not enough for the intensive use of the same, when the main battery is inoperative, with the difference with respect to cars equipped with explosion engines, that the they are equipped with an alternator for battery recharge, which does not exist in electric propulsion cars, motivated by the need to save energy, and maximize the duration of the main battery so that it is operational for the greatest number of kilometers possible.
  • the installation of the main and secondary battery operates with different wiring, the first at 300 volts, and the second at 12 volts, which is intended for starting, stable power signal and emergency
  • Utility Model No. 201200498 whose object is an "Electronic device for fast charging of electric vehicles", said device to be able to make a quick charge on lead or lithium batteries, which are only enabled to receive slow second charges.
  • Said device uses, as indicated in the memory, a temporary storage of energy by means of a high capacity capacitor bank, that bank is charged through a charger connected to the external power grid.
  • Another purpose of the invention is to attend in addition to the basic services of power windows, heating, air conditioning and comfort functions.
  • the invention applies to vehicles, in which, one of whose motors is of electrical origin, the so-called hybrids, or simply electric cars, in which the wheels are equipped with at least one electric traction motor, and one or more electric motors applied to the steering, each wheel equipped in addition to said motors with a traction control electronics, such as the so-called EPS and ABS systems, to which a sensor (encoder) that takes care of the position and speed is added, by which can control traction (ESP) and anti-skid and anti-skid brake (ABS) for the use of regenerative energy used when braking, which is sent to a capacitor bank, which has the dual purpose of stabilizing regenerative energy modifying the current peaks that occur when braking on known electronic devices, and storing it as a reserve for the secondary battery.
  • a traction control electronics such as the so-called EPS and ABS systems
  • ESP traction
  • ABS anti-skid and anti-skid brake
  • the capacitor bank can be installed, on each of the wheels of the vehicle, or a battery for all wheels, installed on the platform of the vehicle.
  • the traction (engine), steering and brake together with the autonomous SAC control system, which performs traction control (EPS type) and braking (ABS type) adhesion control is completely autonomous and independent of the rest of the vehicle and in case of failure of the main battery it will continue to do so.
  • EPS type traction control
  • ABS type braking
  • the regenerative energy is generated by the traction motor itself, which when it runs out of the power signal of the main battery works as a simple dynamo.
  • the autonomous control system from now on SAC object of the invention comprises as main elements:
  • the SAC detects through the government unit the failure of the power signal from the main battery, it picks up the signal from the secondary battery, which momentarily replaces the main one, preserving the government of the car and its main organs, basically centralizes them in the steering wheel electronics that we synthesize, in the direction + traction + brake + brake + ABS + EPS.
  • the autonomous control system may operate without modification on the front wheels, on the rear wheels or on all four wheels.
  • Figure 1 is a schematic top plan view of an electric vehicle with its main parts involved.
  • FIG. 2 is a block diagram corresponding to the automatic control system (21).
  • Figure 3 is a graph of the current variation that occurs in the different states of positive and negative acceleration of the wheel. Description of the Invention
  • the vehicle consists of a platform (12), on which and in the vicinity of its corners the wheels (10) are mounted, Between the platform (12) and the wheels (10), the power steering (17), the brake booster (18), and the traction motor (27) are incorporated into each wheel (10).
  • the main battery (14) and the secondary battery (15), and the capacitor battery (22), with the main battery ( 14) the electric traction motors (27) and part are fed of services, and with secondary (15) other services that are active in a stationary vehicle, for example the movement of seats, interior lights and others.
  • the main battery (14) transmits the necessary power in normal operation of the same to the wheels (10), where the robotic device (23) of each is installed in each of them wheel steering that includes the following electric motors:
  • Both the power steering (17) and the brake booster (18) traction motor (27), and their corresponding electronics are individualized on each wheel (10), governed on each wheel (10) by an electronic device (23), which we will call ECU and which is an electronic power and control unit, which receives the corresponding signal from the interface (24), installed on the steering wheel of the car through (25), which is the control and power unit assigned to the steering wheel of the power steering (17) and brake booster (18), which in case of failure of the main battery (14) is assisted with the necessary power steering door (26) of the secondary battery (15), as can be seen in the Figure 2, adding that the object of the invention is an encoder-type sensor (11) that detects sudden changes in the speed of rotation of the wheel, and with the help of an electronic device (21) that of the SAC, converts the regenerative energy generated by braking by the engine electric traction (27), by changing the polarity of (27) at an intensity that is sent to a battery of capacitors (22), which in addition to storing current created when braking the vehicle, stabilizes the peaks
  • the secondary battery (15) feeds the power steering and the brake booster (17-18), in case of total failure of the main battery (14), avoiding dangerous situations and enabling the user can stop the vehicle running (17-18) correctly.
  • the energy generated by braking is used by the brake booster (17), to be used directly without passing through the secondary battery (15), the regenerative energy created by the traction motor being stored ( 27) in said capacitor bank (22), so that thanks to the integration of (22) in the SAC (21) the number of recharges in the main battery (14) is reduced, increasing its average life by feeding the motors of the brake booster and power steering (17-18) located individually on each wheel (10).
  • the operation of the automatic control system SAC (21) starts when the user of the vehicle presses the brake pedal, at which point the sensor (11) instantly detects the abrupt change in the angular speed of the wheel (10), and reverses the rotation of electric traction motors (27) located on each of said wheels (10) by reversing the polarity, said motors acting as means of creating a current intensity, by way of a simple dynamo, such and as can be seen in the graph in figure 3, which charges the capacitor bank (22), which (22) as is a of the possibilities it directly feeds the power steering (17) and the brake booster (18), or else it powers the secondary battery (15) and this one to (17-18).
  • control system (21), SAC can be applied as one of the objects of the invention to four or only two wheels (10).

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Abstract

Se aprovecha la energía regenerativa producida al frenar un vehículo, para la alimentación de una batería secundaria, independiente de la principal, y que permite que en caso de fallo total de dicha batería principal que los servicios básicos la servodirección luces, servofreno, electrónica, continúe operativa, merced a la acción combinada de dicho sistema autónomo que incluye una batería de condensadores la cual alimenta dichos servicios directamente o bien a través de la batería secundaria. El sistema comprende un interface de la unidad de control y potencia electrónica, unidad de control y potencia electrónica aplicada a la dirección y pedales, puerta y gobierno de potencia de ECU.

Description

"SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL
- Memoria Descriptiva -
Objeto de la Invención.
Más concretamente la invención se refiere a un sistema autónomo de generación de energía, aprovechando la energía regenerativa generada al frenar un vehículo para la alimentación de una batería secundaria, independiente de la principal, y que permite que en caso de fallo total de dicha batería principal que los servicios básicos la servodirección luces, servofreno, electrónica, continúe operativa, merced a la acción combinada de dicho sistema autónomo que incluye una batería de condensadores con la batería secundaría alimentando dichos servicios básicos.
Estado de la Técnica.
Existen en el mercado y por tanto forman parte del estado de la técnica diferentes modelos de automóvil, equipados como medio de propulsión con al menos un motor eléctrico, que se alimenta de una convencional batería, la principal, existiendo una segunda batería que llamaremos secundaria, que asegura determinadas funciones del vehículo para su arranque cuando el mismo esta parado.
Como consecuencia del sistema de propulsión de estos tipos de automóviles, los mismos precisan recargar de forma periódica, la batería principal que llamaremos de potencia 300 voltios aproximadamente, y la misma suministra energía no solo al motor eléctrico propulsor, sino a otros servicios del vehículo, como son la servodirección, el servofreno, ABS, con los distintos motores eléctricos de asistencia, para entre otros servicios los de levantamiento de lunas de las puertas, movimiento de asientos y respaldos, climatización del habitáculo, alumbrado exterior, alumbrado interior y otros .
El fallo total de la batería principal cuando el vehículo está en marcha, propicia que todos los servicios principales del automóvil queden inactivos, por ejemplo el conductor debería en este caso mover el volante solo ayudado de la fuerza de sus brazos, y en cuanto a los frenos, la falta de multiplicación que se consigue al apretar el pedal del freno, originaría una frenada más débil, con lo cual la situación de peligro en estos casos solo contando con el fallo de lo servicios señalados, es muy elevado, y en algunos casos motivo de accidente o colisión con otros automóviles.
La batería secundaria que llamaremos de señal , 12 voltios que se dispone en los automóviles eléctricos no es suficiente para el uso intensivo de la misma, cuando la batería principal queda inoperativa, con la diferencia respecto de los automóviles equipados con motores de explosión, que los mismos van equipados con alternador para la recarga de batería, el cual no existe en los automóviles de propulsión eléctrica, motivado por la necesidad de ahorrar energía, y maximizar la duración de la batería principal de manera que la misma sea operativa para el mayor número de kilómetros posible.
La instalación de la batería principal y secundaria opera con cableados distintos, los primeros a 300 voltios, y las segundas a 12 voltios, que se destina al arranque, señal de alimentación estable y emergencia
Por ejemplo en el Modelo de Utilidad n° 201200498 cuyo objeto es un "Dispositivo electrónico para carga rápida de vehículos eléctricos" se utiliza dicho dispositivo para poder realizar una carga rápida en baterías de plomo o bien de litio, las cuales están solo habilitadas para recibir cargas lentas las segundas. Dicho dispositivo utiliza tal y como se indica en la memoria un almacenamiento temporal de energía mediante un banco de condensadores de alta capacidad, ese banco se carga a través de un cargador conectado a la red eléctrica del exterior . Finalidad de la Invención.
Utilizar la energía del freno regenerativo para alimentar en caso de fallo total de la batería principal del automóvil los servicios básicos, como el de esta forma mediante el sistema autónomo de control conseguir entre otras las ventajas siguientes:
- Reducir las recargas de la batería principal, aumentando la vida de la misma, ya que por ejemplo con el sistema preconizado se utilizaría la energía regenerativa almacenada, en la batería secundaria para mover los motores de dirección y freno.
Conseguir un mayor rendimiento energético, al no tener que utilizar pasos intermedios.
Mayor seguridad, ya que en el caso de fallo de alimentación desde la batería principal, tendríamos el control básico del automóvil hasta su parada segura, mediante la batería secundaria.
Otra de las finalidades de la invención es atender además de los servicios básicos de elevalunas, calefacción, aire acondicionado y funciones de confort. Descripción de la Invención.
La invención se aplica a vehículos, en los que, uno de cuyos motores es de origen eléctrico, los llamados híbridos, o bien a automóviles simplemente eléctricos, en los que las ruedas van equipadas por al menos un motor eléctrico de tracción, y uno o más motores eléctricos aplicados a la dirección, equipada cada rueda además de dichos motores con una electrónica de control de tracción, tal como los llamados sistemas EPS y ABS, a la que se adiciona un sensor (encoder) que cuida la posición y velocidad, por lo cual se puede controlar la tracción (ESP) y freno (ABS) antiderrapaje y antideslizante para el aprovechamiento de la energía regenerativa utilizada al frenar, la cual es remitida a una batería de condensadores, la cual tiene la doble finalidad de estabilizar la energía regenerativa modificando los picos de corriente que se producen al frenar en los dispositivos electrónicos conocidos, y almacenar la misma como reserva de la batería secundaria.
La batería de condensadores se podrá instalar, en cada una de las ruedas del vehículo, o bien una batería para todos las ruedas, instalada en la plataforma del vehículo. En el primer caso, la tracción (motor) , dirección y freno junto con el sistema autónomo de control SAC, que realiza el control de tracción (tipo EPS) y de frenado (tipo ABS) control de adherencia es totalmente autónomo e independiente del resto del vehículo y en caso de fallo de la batería principal lo seguirá realizando.
La energía regenerativa se genera por el propio motor de tracción, que cuando se queda sin la señal de potencia de la batería principal trabaja como una simple dinamo.
El sistema autónomo de control de ahora en adelante SAC objeto de la invención comprende como elementos principales:
- Puerta y gobierno de los ECUS, alimentado por la batería secundaria.
- Unidad de control y potencia electrónica aplicada a la dirección y pedales que llamaremos ECU .
- Interface de la unidad anterior, situada en el volante .
- Dispositivo robotizado de gobierno de la rueda (una para cada rueda) .
Cuando el SAC detecta a través de la unidad de gobierno el fallo de la señal de potencia desde la batería principal, recoge la señal de la batería secundaria, la cual sustituye momentáneamente la principal, preservando el gobierno del automóvil y de sus órganos principales, básicamente los centraliza en la electrónica de gobierno de la rueda que sintetizamos, en dirección + tracción + freno + freno + ABS+ EPS.
Alternativamente el sistema autónomo de control podrá operar sin modificación alguna en las ruedas delanteras, en las ruedas traseras o bien en las cuatro ruedas.
Otros detalles y características se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se da, en los que se hace referencia a los dibujos que a esta memoria se acompañan , en los que se muestra a título orientativo pero no limitativo una representación gráfica de la invención.
Descripción de las figuras .
Sigue a continuación una relación de las distintas partes del sistema que mediante los números correspondientes se pueden identificar en las figuras que se acompañan; (10) ruedas, (11) sensor, (12) plataforma, (13) batería de condensadores, (14) batería principal, (15) batería secundaria, (16) luces, (17) servodirección, (18) servofreno, (19) ABS, (20) EPS, (21) SAC, (22) batería de condensadores, (23) dispositivo robotizado de gobierno de la rueda, (24) interface de la unidad de control y potencia electrónica, (25) unidad de control y potencia electrónica aplicada a la dirección y pedales, (26) puerta y gobierno de potencia de ECU, (27) motor de tracción.
La figura n° 1 es una vista en planta superior esquemática de un vehículo eléctrico con sus partes principales implicadas.
La figura n° 2 es un diagrama de bloques correspondiente al sistema automático de control (21).
La figura n° 3 es una gráfica de la variación de corriente que se produce en los diferentes estados de aceleración positiva y negativa de la rueda. Descripción de la Invención.
En una de las realizaciones preferidas de la invención y tal y como puede verse en la figura n° 1 el vehículo, consta de una plataforma (12), en la cual y en las proximidades de sus esquinas se montan las ruedas (10), entre la plataforma (12) y las ruedas (10) se incorpora en cada rueda (10) la servodirección (17), el servofreno (18), y el motor de tracción (27) .
También en la parte superior de la plataforma (12), se instala en la parte trasera la batería principal (14) y en la zona media la batería secundaria (15) , y la batería de condensadores (22), con la batería principal (14) se alimenta los motores eléctricos de tracción (27) y parte de los servicios, y con la secundaria (15) otros servicios que están activos a vehículo parado, por ejemplo el movimiento de los asientos, las luces interiores y otros.
Tal y como puede verse en la figura n° 2, la batería principal (14) transmite la potencia necesaria en funcionamiento normal de la misma a las ruedas (10), donde se instala en cada uno de ellos el dispositivo robotizado (23) de gobierno de la rueda que incluye los electromotores siguientes:
- Servodirección (17).
- Servofreno (18), ABS y control de adherencia. -De tracción (27), tipo EPS.
Tanto la servodirección (17) como el servofreno (18) motor de tracción (27), y su electrónica correspondiente se encuentran individualizados en cada rueda (10), gobernados en cada rueda (10) por un dispositivo electrónico (23) , que llamaremos ECU y que es una unidad de control y potencia electrónica, que recibe la señal correspondiente desde el interface (24), instalado en el volante del automóvil a través de (25) , que es la unidad de control y potencia asignado al volante de la servodirección (17) y servofreno (18), que en caso de fallo de la batería principal (14) es asistida con la puerta (26) de gobierno de potencia necesario de la batería secundaria (15), tal y como puede verse en la figura n° 2, añadiéndose por lo que es el objeto de la invención un sensor (11) tipo encoder que detecta los cambios bruscos de velocidad de giro de la rueda, y con la ayuda de una electrónica propia (21) la del SAC, convierte la energía regenerativa generada al frenar por el motor eléctrico de tracción (27), al cambiar la polaridad de (27) en una intensidad que se envía a una batería de condensadores (22), la cual además de almacenar corriente creada al frenar el vehículo, estabiliza los picos de corriente regenerativa, pasando después de la batería de condensadores (22) a la batería secundaria (15).
Según es otro de los objetos de la invención la batería secundaria (15) alimenta a la servodirección y el servofreno (17-18), en caso de fallo total de la batería principal (14), evitando situaciones de peligro y posibilitando que el usuario pueda detener el vehículo funcionando (17-18) correctamente.
Según es otro de los fines de la invención, se utiliza la energía generada al frenar mediante el servofreno (17), para utilizarla directamente sin necesidad de pasar por la batería secundaria (15), almacenándose la energía regenerativa creada por el motor de tracción (27) en la citada batería de condensadores (22), de forma que merced a la integración de (22) en el SAC (21) se reduce el número de recargas en la batería principal (14), aumentando su vida media alimentando los motores del servofreno y servodirección (17-18) situados de forma individual en cada rueda (10) .
La operativa del sistema automático de control SAC (21) se inicia cuando el usuario del vehículo, presiona el pedal del freno, momento en que de forma instantánea el sensor (11) detecta el cambio brusco de velocidad angular de la rueda (10), e invierte el giro de los motores eléctricos de tracción (27) situados en cada una de las citadas ruedas (10) invirtiendo la polaridad, actuando dichos motores como medios de creación de una intensidad de corriente, a modo de una simple dinamo, tal y como puede verse en la gráfica de la figura n° 3, que carga la batería de condensadores (22) , la cual (22) según es una de las posibilidades alimenta directamente la servodirección (17) y el servofreno (18), o bien alimenta la batería secundaria (15) y ésta a (17-18).
El sistema de control (21), SAC puede aplicarse según es uno de los objetos de la invención a cuatro o bien tan solo a dos ruedas (10) .
Descrita suficientemente, la presente invención en correspondencia con las figuras anexas, fácil es comprender que podrán realizarse en la misma, cualesquiera modificaciones de detalle que se estimen convenientes, siempre y cuando no se altere la esencia de la invención que queda resumida en las siguientes reivindicaciones.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S:
Ia - "SISTEMA AUTONOMO DE CONTROL" aplicable a automóviles híbridos y/o eléctricos, para el aprovechamiento de la energía regenerativa creada en las frenadas en cada rueda, con el fin de cargar la batería de dichos automóviles caracterizado en que comprende un sensor (11) para cada rueda (10), que en combinación con una batería secundaria (15), y una batería de condensadores (22), alimenta los motores eléctricos situados en cada rueda (10), que gobiernan la servodirección (17), el servofreno (18), y los motores de tracción (27), y estabiliza los picos de corriente regenerativa, creada al frenar el vehículo por dicho motores eléctricos (27) trabajando como dinamos, en combinación con dicho sistema autónomo de control (21), que se activa cuando falla la batería principal (14).
2 a - "SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL" según la Ia reivindicación caracterizado en que el SAC (21) comprende:
- Una puerta y gobierno (26) de los ECUS, alimentado por la batería secundaria (15).
- Unidad de control y potencia electrónica (25) aplicada a la dirección y pedales que llamaremos ECU.
- Interface (24) de la unidad anterior, situada en el volante.
- Dispositivo robotizado de gobierno de la rueda (23) (una para cada rueda) .
3a - "SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL" según la Ia reivindicación caracterizado en que el SAC (21) puede trabajar directamente desde la batería de condensadores (22) alimentando los motores eléctricos de la servodirección (17) el servofreno (18) y tracción (27), o bien la energía regenerativa carga la batería secundaria (15), y después actúa (15) suministrando intensidad a los motores eléctricos situados en cada rueda (10), actuando los mismos como la servodirección (17) y servofreno (18) .
4 a _ "SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL" según la Ia reivindicación caracterizado en que la energía regenerativa creada al frenar el vehículo, se utiliza para la alimentación de otros servicios, tales como las luces, motores del elevalunas, electrónica general del vehículo sin pasar por la batería principal (14) .
5 _ "SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL" según la Ia reivindicación caracterizado en que el vehículo (10) incluye dos cables, uno para la señal de protección a 300 voltios alimentado por la batería principal (14), y otro de señal de 12 voltios alimentado por la batería secundaria (15).
6a - "SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL" según la Ia reivindicación caracterizado en que el sistema (21) se instala en cada rueda (10) .
7 a - "SISTEMA AUTÓNOMO DE CONTROL" según la Ia reivindicación caracterizado en que alternativamente el sistema (21) se instala en la plataforma (12) .
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