BR102014006093A2

BR102014006093A2 - Sistema de acionador híbrido para uma combinada, e, acionador de tração para uma colheitadeira combinada

Info

Publication number: BR102014006093A2
Application number: BRBR102014006093-6A
Authority: BR
Inventors: Alan D Sheidler; Shannon R Pine
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-07-14
Also published as: AU2014201162A1; RU2014108201A; US8897943B2; AU2014201162B2; RU2660170C2; EP2778003A1; US20140277879A1

Abstract

Sistema de acionador híbrido para uma combinada, e, acionador de tração para uma colheitadeira combinada. É descrito um sistema de acionador híbrido para uma combinada que inclui um controle, em que o controle do sistema híbrido determina um estado de carga de pacote; de bateria do pacote de bateria, e o controle do sistema híbrido também recebe a estimativa de carga do motor atual e da velocidade do motor a partir do controle do motor. Dependendo dessas variáveis, o controle híbrido envia um comando de torque a um controle do motor/gerador para prover uma curva de velocidade-torque mista desejada do motor e do motor/gerador. Em casos onde o pacote de bateria pode ser carrégado, uma curva de combustível do motor é estabelecida pelo controle do motor para prover potência máxima do motor na velocidade isócrona, e, quando o pacote de bateria está completamente carregado, a curva de combustível do motor é reduzida para ser modelada de forma que a assistência elétrica da bateria não seja mais utilizada até que a velocidade do motor caia

Description

“SISTEMA DE ACIONADOR HÍBRIDO PARA UMA COMBINADA, E, ACIONADOR DE TRAÇÃO PARA UMA COLHEITADEIRA COMBINADA” CAMPO DA INVENÇÃO [0001] Esta invenção se refere a um aparelho, sistema e método para acionar uma colheitadeira combinada com um acionadqr híbrido elétrico a batería.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] A carga do motor em um motor de combustão interna em uma colheitadeira combinada, ou "combinada", pode aumentar à medida que a densidade da vegetação ou produção aumenta em certas zbnas em um campo. Motores dé combustão interna (IC) são usados para acionar combinadas em uma ampla variedade de condições de carga, e têm que sér capazes de aceitar mudanças repentinas na carga. Quando a combinada está em um modo de transporte, são exigidos aumentos repentinos na potência e torque do motor quando esta transpõe o terreno entre campos. Lavoura no campo também apresenta condições onde existem aumentos repentinos ná carga por causa de mudanças na condição do solo, onde a resistência da ferramenta de lavoura aumenta significativamente ou o campo tem inclinações acentuadas. Espera-se que motores deste tipo respondam a essas condições aumentando o torque de saída com apenas um pequeno aumento na carga do motor. Este aumento na carga do motor é tipicamente referido como elevação de torque. Motores com elevação de torque significante permitem que a curva de forque seja modelada de maneira tal que a taxa de elevação sejà müito acentuada, permitindo que o motor diminua a rpm muito pouco, ao mesmo tempo que o torque de saída aumenta significativamente. Motores que são governados usam a forma da curva do governador para tomar a inclinação extremamente acentuada para operação na rpm e torque nominais, ou abaixo destes. [0003] Colheitadeiras combinadás atualmente têm uma curva de torque do motòr básica para prover uma potência nondinal a um nível de potência aproximadamente 14 % abaixo do envelope da capacidade de potência do motor. Experiência tem mostrado que um incremento de potência de 14 % com uma queda de 200 rpm na velocidade do motor fornece uma boa capacidade de lidar com obstruções e melhor dirigibilidade para o operador. Isto permite o uso de um intensificador de potência para sobrecarga ou um incremento de potência para potência adicional para lidar com aumentos graduais em uma carga ou para lidar com obstruções ou outras sobrecargas operacionais sem perda excessiva da velocidade do motor funcional ou do atolamento do motor. Curvas de torque de motof tradicionais para combinadas foram desenvolvidas para usar este alto nívèl de incremento de potência acima da potência nominal normal a fim de melhorar a capacidade do trem de potência e do sistema de debulhamento para lidar como obstruções e sobrecargas transientes durante a operação de colheita. Uma sobrecarga como esta pode ocorrer quando torrões de material urdido repentinamente entram no sistema de debulhamento, causando sobrecargas maiores de curta duração. [0004] Na extremidade de potência inferior do espectro operacional, combinadas também gastam um tempo significante a cargas muito altas, tal como operando em marcha lenta ou deslocando morro abaixo. Nesses casos, as curvas de alto torque final que funcionam bem para desempenho, tal como aceitação de obstruções, altas cargas de debulhamento, descarregamento de grão durante operação, etc., não retomam como boa economia de combustível quanto uma curva de torque de motor otimizada para uma operação com menor nível de potência. [0005] Regulamentações EPA atuais (40 CFR parte 1039) intituladas "Control of Emissions from New and In-Use Noroad Compression-Ignition Engines", ou referidas como "Final Tier 4") (FT4) são tais a permitir que motores diesel de maior potência (>560 kW) utilizem apenas unidades de redução catalítica seletiva (SCR). Abaixo de 560 kW, as emissões de motor especificadas são mais rigorosas e em muitos casos ditam uma solução de maquinário mais agressiva. Motores diesel abaixo de 560 kW podem exigir recirculação de gás de exaustão (EGR), filtro de particulado de diesel (DPF) e unidades SCR para atender as regulamentações FT4. [0006] Foi reconhecida a necessidade de um trem de potência de anu desempenho efetivo quanto ao custo para uma combinada com uma potência de pico acima de 560 kW. [0007] Também foi reconhecido que, para manter a dirigibilidade do veículo em uma combinada, o incremento de potência é |provido de maneira que o motor não atole quando o veículo encontra momentos de carga pesada (montes de lavoura, colinhas, etc.). Cerca de 12-T4 % do pico de potência acima da potência nominal são mantidos de ré para manter a dirigibilidade do operador. Se a potência do motor mantida de reserva puder ser reduzida, a produtividade do veículo e economia de combustível podem ser aumentados. [0008] Foi perceberam que, mesmo se o incremento de potência puder ser reduzido um pouco usando um sistema híbrido elétrico a batería, seria desejável reduzir o incremento de potência do motor de IC para perto de zero. É desejada uma melhoria no carregamento de batería para garantir dirigibilidade, reduzindo ainda o incremento de potência do motor de IC para perto de zero. Sem o incremento de potência do motor de IC, e se o pacote de batería não estiver totalmente carregado, a curva de torque-velocidade mista do veículo mudaria e resultaria em uma dirigibilidade do veículo diferente para o operador. [0009] Foi percebido que é desejável modificar o sistema para tentar capturar todo o incremento de potência do motor mantido na reserva, de forma que toda a potência do motor possa ser usada praticamente todo o tempo. [00010] Também foi percebido que um dos desafios com o uso de baterias de íons de Li é o número de ciclos de càrga/descarga que pode ser realizado antes de o pacote de batería esgotar. Foi percebido que um método que reduz o carregamento/descarregamento do pacote de bateria seria útil para prolongar a vida da bateria.

SUMÁRIO DA INVENCÁO [00011] Uma modalidade exemplar da invenção fornece um trem de potência para uma combinada que acopla um motor diesel relatrvamente pequeno com um acionador híbrido elétrico a bateria que exige somente SCR para atender padrões de emissões, mas produz acima de 600 kW de potência de pico. De acordo com a modalidade, é usado um motor diesel de 13,5 litros que produz acima de 560 kW de potência de pico. Tipicamente, motores de 19-20 L são usados neste nível de potência. Embora a curva de potência do motor de IC atinja 560 kW (ou mais), o acionador híbrido contribuir para intensificação da energia elétrica para suportar o motor de IC e mantém seu nível de potência operacional normal a menores níveis para aumentar a longevidade. [00012] O acionador híbrido inclui um pacote de bateria e um motor/gerador elétrico para fornecer assistência híbrida ou intensificação quando age como um motor e para fornecer um carregamento do pacote de bateria quando agindo como um gerador. [00013] A modalidade usa um motor de 13,5 L até uma potência de pico acima de 560 kW para permitir a abordagem apenas SCR, e usa uma unidade de energia elétrica híbrida paria prover potência de intensificação elétrica adicional quando necessário para evitar carregamento do motor até tais altos níveis ao máximo possível. [00014] A combinação do motor de IC e do acionamento do motor elétrico provê um sistema diesel elétrico híbrido brando com um pacote de bateria para armazenamento de energia, O nível de potência do motor na velocidade nominal podería ser estabelecido em 480 kW. Um governador isócrono pode ser estabelecido a uma velocidade pré-selècionada (rpm) com quebra da curva do governador para toíque a 480 kW. Com o aumento da carga no motor, a velocidade do motor cai para uma primeira velocidade reduzida, e a potência do motor elevaria para cerca de 500 kW. Além do mais, o acionador elétrico acumulará energia linearmente de 0 kW na velocidade pré-selecionada para 40 kW na nrimeira velocidade reduzida para uma potência combinada (motor de TC mais motor elétrico) de 540 kW na primeira velocidade reduzida. Isto proporcionaria "sensação" e dirigibilidade similares para o operador para operação normal, tál como operação com velocidade de carga do motor estável em carregamento transiente vjariável. Se ocorrer sobrecarga acima de 540 kW, o motor elevaria a potência de pico acima de 560 kW a uma segunda velocidade reduzida que é menor que a primeira velocidade reduzida, e o acionador elétrico elevará para 50 kW para uma potência combinada acima de 610 kW na segunda velocidade reduzida. O rápido aumento no torque de primeira velocidade reduzida para a segunda velocidade reduzida servirá para garantir operação do veículo estável, minimizando ainda a exposição do motor a alta sobrecarga. [00015] Assim, a modalidade provê um trem de potência de alto desempenho efetivo quanto ao custo para uma combinada com uma potência nominal de 480 kW e potência de pico: e acima de 560 kW, utilizando um motor diesel de menor potência de baixo deslocamentp com apenas uma unidade SCR. O uso de um motor inenor e mais leve junto com os componentes de acionador híbrido melhora a economia de combustível e ~ ' · . · i aumenta a produtividade do veículo, evitando combinadas fora de estrada menos adequadas quanto ao peso de motores industriais de maior deslocamento. [00016] Como um aspecto adicional de modalidades da invenção, o 9 " i sistema híbrido elétrico a batería é combinado com um motor diesel em que o i motor diesel é isocronamente governado e o sistema elétrico de bateria é usado para prover o surto de energia à medida que a velòcidade do motor de IC cai. A curva de combustível do motor é variavelmente controlada para permitir carregamento ideal do pacote de batería, ainda mantendo a mesma sensação de curva de torque-velocidade de uma combinada não híbrida convencional para o operador. Este recurso permitirá qúe a maior parte da capacidade do motor seja usada, aumentando a produtividade e economia de combustível. [00017] A unidade de controle do motor (ECU) redebe uma estimativa do estado de carga (SOC) do pacote de batería, tensão dô pacote de batería, corrente do pacote de batería e limites de corrente operacionais seguros de um controle de batería. A ECU também recebe ou calcula a estimativa de carga do motor atual e velocidade do motor. Dependendo das variáveis, um comando de torque é enviado a uma unidade de controle do motor/gerador para prover a curva de velocidade-torque mista desejada (motor elétrico/motor de IC). [00018] Em casos onde o pacote de batería pode ser carregado, a curva de combustível do .motor é estabelecida para prover potência máxima do motor na velocidade isócrona. [00019] Depois que o pacote de batería é carregado, ele fornece o incremento de potência por uma combinação de assistência elétrica e lentamente liberando a potência de carga da batería à medida que a velocidade do motor cai. Com ouso da potência do motor total, a economia de combustível deve ser melhorada e o pacote de batería mantido a um SOC médio mais alto. [00020] Quando o pacote de, batería está completamente carregado, a curva de combustível do motor é reduzida para manter uma curva de torque-velocidade mista efetiva e um desempenho de dirigibilidáde consistente para o operador. Quando a curva de combustível é reduzida pqra uma velocidade reduzida predeterminada, ela é modelada de forma que á assistência elétrica da batería não seja utilizada até que a velocidade do motor caia abaixo de uma velocidade isócrona predeterminada estabelecida por um governador isócrono. Em virtude de a assistência elétrica do pacote de batería não ser usada até que a velocidade do motor cai,, o pacote de batería deve ser carregado/descarregado menos frequentemente, reduzindo o número de ciclos de carga/descarga que se dá e melhorando a vida do pacote de batería. [00021] O resultado final deste sistema deve $er um sistema de combinada híbrido mais produtivo e eficiente quanto ao consumo de combustível. [00022] Mais especificamente, o controle do pacote de bateria monitora continuamente a corrente da bateria, tensão de células individuais e temperatura de células individuais. A partir dessas medições, o controle do pacote de bateria calcula oi estado de carga do pacote de bateria (SOC) usando métodos típicos da indústria (isto é, "contagerh de coulomb"). O controle do pacote de bateria também mede a tensão de CC de saída usando sensores padrões. O controle do pacote de bateria reporta ò valor de seu SOC, temperatura média das células (soma de todas as temperaturas de célula dividida pelo número de células) e tensão de saída para a ECU a cada 10 ms pelo barramento de CAN. [00023] O controle do motor/gerador inclui um íhversor da fonte de tensão padrão que pode converter tensão/corrente de CC em tensão/corrente de CA, e vice-versa. O controle do mótor/gerador recebe um comando de torque pelo barramento de CAN da ECU a cada 10 ms. O controle do motor/gerador toma este comando de torque e aplica o valor em uma tabela de consulta (predeterminada por teste) que especifica a magnitude de corrente e ângulo de fase necessários para fazer o motor/gerador produzir esse torque. O inversor então usa regulagem de corrente; como é típico na indústria para gerar essas correntes no motor/gerador que então produz o torque desejado no eixo. Dependendo do comando de torque, o fluxo de energia pode ser tanto do pacote de batería convertido em energia mecânica para suportar o motor quanto o fluxo pode converter energia mecânica em energia elétrica que é então armazenada no pacote de batería. Θ controle do motor/gerador também faz interface com um sensor de posição no motor/gerador. A velocidade do motor/gerador é calculada a partir de dados de posição calculando uma derivada do tempo discreta. [00024] O motor/gerador é conectado no motor, tal como pelo uso de uma caixa de engrenagem integrada da qual o torque produzido pelo motor/gerador soma/subtrai ao do motor. A velocidade do motor/gerador pode ter uma razão fixa para a do motor. [00025] A ECU controla a alimentação de combustível para o motor. A ECU sabe a quantidade de combustível que ela está aplicando e também mede a velocidade do motor, como é típico na indústria. A alimentação de combustível é controlada de forma que a velocidade seja isocronamente governada pela ECU na velocidade .isócrona predeterminada com um incremento de potência para diminuir ás velocidades. A ECU mantém a velocidade isócrona predeterminada do motor até que o torque do motor atinja o que é conhecido como a "condição nominal" que pode variar. Depois que o torque atinge estè ponto, a ECU não mais governa a velocidade na velocidade isócrona predeterminada. A ECU comanda torque adicional proporcionalmente à diferença entre a velocidade atual e a velocidade isócrona. [00026] É mais fácil de ver como a ECU regula a velocidade do motor em resposta ao aumento na carga avaliando as curvas de energia-velocidade, em vez de as curvas de torque-velocidade. A potência do jmotor é o torque do motor multiplicado pela velocidade do motor com fatores de conversão apropriados para unidades. A ECU usa uma primeira curva onde não existe incremento de potência e a potência do motor total é disponível na velocidade governada isocronamente. A ECU também usa uma segunda curva que governa isocronamente a velocidade do motor até que o torque/potência de saída do motor atinja um certo nível de torque/potência. Para cargas de motor acima do nível de torque/potência, a EÇTJ aumenta o torque do motor em uma quantidade em proporção à diferença entre a velocidade atual e a velocidade isócrona, onde ã velocidade do motor é determinada pelo sistema mecânico. A ECU calcula o torque produzido pelo motor aplicando o nível de abastecimento de combustível comandado conhecido a unia tabela de consulta (predeterminada por teste) que leva em conta perdas de forma que o torque do motor reportado é o que está disponível no eixo de manivela. [00027] A ECU determina que curva energia-velocidade usar para governar a velocidade do motor. Se o SOC do pacote d£ batería for menos que um limite superior pré-selecionado (por exemplo, 60 % do SOC máximo) a ECU usa a primeira curva energia-velocidade ("recarga rápida"). Se o SOC do pacote de batería for maior que o limite superior pré-Selecionado, a ECU usa a segunda curva de energia-velocidade ("completameilte carregado"). [00028] A ECU calcula a potência do motor atual (kW) multiplicando o torque de saída do motor (Nmj e a velqcidade do motor (rpm) e um fator de conversão. [00029] A ECU calcula a "hybrid_Shaping_Power" necessária para o sistema híbrido modelar o torque do veículo geral da maneira desejada tomando a velocidade do motor e aplicando esse sinal a uma tabela de consulta (valores pré-calculados). A tabela de consulta para cada caso operacional toma a velocidade do motor e sai com uma potência. [00030] A ECU calcula a quantidade de potência que ela tem disponível para carregar o pacote de batería subtraindo â potência do motor atual e assistência híbrida de corrente da "potência nominal", dependendo da primeira ou segunda curva selecionada. [00031] A ECU calcula a potência máxima que pode ser usada para descarregar e carregar o pacote de batería aplicando o SOC do pacote de bateria e sinais de temperatura média das células em uma tabela de consulta que sai com a corrente de descarga e carga máxima admissível neste momento (tabelas de consulta predeterminadas por teste). Essas correntes são então multiplicadas pela tensão de saída do pacote de batería para determinar a potência máxima admissível a ser usada para carregamento e descarregamento. A potência de descarregamento é positiva e a potência de carregamento é negativa. [00032J As tabelas de consulta são determinada deixando a máxima corrente de carga/descarga admissível que a bateria pode suportar termicamente, ou um outro limite, quando o SOC estiver entre um primeiro limite inferior (por exemplo, 40 % do SOC máximo) e o primeiro limite superior (por exemplo, 60 % do SOC máximo). Quando o SOC estiver abáixo do primeiro limite inferior, a quantidade de corrente de déscarga admissível é linearmente reduzida do primeiro limite inferior para 0 Amps em um segundo limite inferior menor (por exemplo, 30 % do SOC máximo). Quando o SOC fica acima do primeiro limite superior, a quantidade de corrente de carga admissível é linearmente reduzida do valor no primeiro limite superior para 0 A em um segundo limite superior mais alto (por exemplo, 70 % do SOC máximo). Isto é feito para maximizar a vida do pacote de bateria. [00033] A ECU calcula a potência do sistema híbrido desejada subtraindo a potência do motor disponível da "Hybrid_Shaping_Power". Se o resultado exceder o valor de potência de descarga máximo admissível ou for menos que o valor de potência de carga máxima admissível (a potência de carregamento sendo negativa), a potência do sistema híbrido é limitada ao valor de potência de descarga máxima admissível para descarregar o pacote de bateria durante assistência híbrida, ou até o valor de potência de carga máxima admissível durante carregamento do pacote de bateria. [00034] - O comando de torque do inversor é gerado dividindo o comando de potência híbrida pela velocidade do motor/gerador, reportado pelo inversor (em rad/s) para calcular um comando de torque em unidades Nm. A ECU então transmite este comanuo ue torque ao inversor pelo barramento de CAN. [00035] No sistema híbrido, energia é armazenada no pacote de batería e usada para prover o incremento de potência. Em momentos de carregamento abaixo do nominal, o pacote de bateriá é recarregado, [sto permite que a "potência nominal" seja estabelecida níais alta, mais próxima ou igual à potência de pico, para o mesmo motor de IC sem sacrifiòar o incremento de potência. [00036J Quando o SOC está entre o primeiro limite inferior e o primeiro limite superior do SOC (por exemplo, 30 % e 60 % do SOC máximo), a ECU comanda a curva de potência do motor e a potência do motor/gerador híbrido para o modo abáixo de completamente carreado. O motor fornece potência máxima na velocidade isócrona, e o pacote de batería fornece o incremento de potência. O sistema híbrido caijrega a um nível de potência do incremento de potência desejado menos a potência de descarga disponível (função do SOC do pacote de batería e da temperatura da célula da batería) na velocidade isócrona, linearmente diminuindo o carregamento à medida que a velocidade do motor cai (resultando em mais potência aparente para o veículo). Isto estabelece a "potência nominal" aparente para o veículo. Desta maneira, o incremento de potência desejado é provido. Se a velocidade do motor estiver na velocidade isócrona e a carga do motor for menos que a "potência nominal" o sistema híbrido póde carregar a um nível de potência substancialmente igual à diferença entre a "potência nominal" e a potência do motor atual mantendo o motor completamente carregado. [00037] Quando o SOC está acima, do primeiro limite superior do SOC, a ECU comanda a potência da curva dq motor para que! fique em um nível abaixo da potência máxima no modo completamente carregado. O sistema híbrido fornece assistência zero até que o motor atinja potência máxima. A velocidade do motor que a assistência híbrida começa é selecionada para ficar abaixo da velocidade na qual os operadores tipicamente trabalham (2.150 rpm ou acima é a velocidade do motor que os operadores tipic|amente visam). Isto é feito para limitar o carregamento/descarregamento do pacote de batería e estende a vida do pacote de batería. [0003 8J Inúmeras outras vantagens e recursos da presente invenção ficarão facilmente aparentes a partir da descrição detalhada seguinte da invenção e das suas modalidades, a partir das reivindicações e dos desenhos anexos.

BREVE DESCRICÂQ DOS DESENHOS [00039] A figura 1 é üm diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para um acionador híbrido elétrico a batería para uma colheitadeira combinada. [00040] A figura 2 é um diagrama gráfico de potência em função da velocidade do motor para um motor de IC com um acionador híbrido elétrico a batería. [00041] A figura 3 é um diagrama gráfico de tofque em função da velocidade do motor para um motor de IC com um acionador híbrido elétrico a batería. [00042] A figura 4 é um diagrama gráfico de uma curva de potência e torque em função da velocidade do motor para um motor de IC para ser usado com um acionador híbrido elétrico a batería em um primeiro modo de operação de recarga. [00043] A figura 5 é um diagrama gráfico de uma curva de potência e torque em função da velocidade do motor para um motor de IC para ser usado com um acionador híbrido elétrico a batería em um modo de operação completamente carregado. [00044] A figura 6 é um diagrama gráfico de comando de potência híbrido em função da velocidade do motor para um motor de IC das figuras 4 e 5 mostrando tanto um modo de operação de recarga rápida quanto um modo de operação completamente carregado. [00045] A figura 7 é um diagrama gráfico de potência em função da velocidade do motor para o motor de IC da figura 4 e um acionador híbrido elétrico a bateria em um primeiro modo de operação de recarga mostrando a potência do motor e a potência do motor/gerador elétrico ej um misto destes. [00046] A figura 8 é um diagrama gráfico de potência em função da velocidade do motor para o motor de IC da figura 5 e um acionador híbrido elétrico a bateria em um modo de operação completamente carregado mostrando a potência do motor e a potência do motor/gerador elétrico e um misto destes. [00047] As figuras 9A e 9B juntas são um fluxograma de um método de acordo com uma modalidade dá invenção.

DESCRICÂO DETALHADA DA INVENÇÃO [00048] Embora esta invenção seja suscetível a modalidades em muitas diferentes formas, estão mostradas nos desenhos, e serão descritas aqui com detalhes, modalidades específicas da mesma, com o entendimento de que a presente revelação deve ser considerada uma exempliflcação dos princípios da invenção, e que não se pretende limitar a invenç|ão às modalidades específicas ilustradas. [00049] De acordo com uma modalidade, a figura 1 ilustra um sistema 10 para um acionador híbrido elétrico a bateria paraj uma colheitadeira combinada. O sistema 10 compreende um motor de combustão interna 11 mecanicamente acoplado em uma caixa de engrenagem 12. Um motor/gerador elétrico 14 é também acoplado na caixa dè engrenagem 12. O motor 11 inclui um caminho de exaustão 13 através de uma unidade SCR 15 e para a atmosfera. [00050] Por sua vez, a saída 16 (por exemplo, eixo de saída) da caixa de engrenagem 12 fornece energia rotacional para impulsionar o veículo, operar implementos, ou ambos. [00051 ] Uma unidade de controle eletrônico (ECU) é conectada em sinal nos controles e sensores do motor. [00052] Um sensor de velocidade do motor 21 (por exemplo, sensor de revolução por minuto (rpm)) é associado com o motor dé combustão interna 1Γ. A saída do sensor de velocidade do motor é provida direta ou indiretamente na ECU 20. E o sensor de velocidade do motor fornecer um sinal de saída analógico, um conversor analógico/digital (A/D) pode ser disposto entre o sensor de velocidade do motor e o processador de dados. [00053] A ECU 20 comunica com um ou njiais dos seguintes dispositivos: o motor de IC 11, um dispositivo de armazenamento de energia elétrica 24, e um controle do motor/gerador 26. [00054] As linhas que interconectam os dispositivps referidos 11, 24, 26 com a ECU 20 podem representar um ou mais caminhos de dados lógicos, caminhos dedados físicos, ou ambos. Por exemplo, as interconexões podem ser realizadas como um barramento de dados ou um barramento de CAN 30. [00055] O dispositivo de armazenamento de energia 24 pode compreender um controle de bateria 31 e um pacote* de batería 32. O barramento de dados 30 ligado com conexão de sinal com o controle de bateria 31. [00056] O controle do motor/gerador 26 pode compreender um controle do inversor 35 que ligado com conexão de sinal com um inversor trifásico 36. O barramento de dados 30 ligado com conexão de sinal no controle do inversor 35, [00057] O motor/gerador elétrico 14 pode operar em pelo menos dois modos: um modo de propulsão elétrico e um modo de geração de energia. No modo de propulsão elétrico, o motor/gerador elétrico 14 age como um motor onde tanto um motor elétrico 14 quanto o motor 11 são ativos e impulsionam n vpimln [00058] No moto de geração de energia, o motor/gerador elétrico 14 age como um gerador. Por exemplo, no modo de geração de energia o motor 11 pode acionar o moior/gerador elétrico 14. [00059] Em uma configuração, o motor/gerador elétrico 14 pode compreender um motor de corrente contínua (CC) e um gerador de corrente contínua (CC). [00060] Em uma modalidade alternativa, o motor/gerador elétrico 14 pode compreender um motor/gerador de corrente alternada (CA) que consome e gera corrente alternada. Se o motor/gerador elétrico 14 ou o gerador produzir corrente alternada, um retificador (por exemplo, retifícador de ponte de onda total ou circuito de diodo) pode ficar posicionado entre o motor/gerador elétrico 14 e o dispositivo de armazenamento de energia 24. [00061] O controle do motor/gerador 26 (por exemplo, inversor ou fonte de tensão variável) é capaz de prover um sinal de controle do motor/gerador para o motor/gerador elétrico 14. O sinal de controle do motor/gerador pode ser usado para controlar qualquer dos seguintes: velocidade rotacional do motor, torque do motor, direção de rotação do motor, estado ativo ou inativo do motor, e ciclo de trabalho do mótor. [00062] O motor/gerador elétrico 14 descrito tem uma configuração de corrente alternada e o controle do motor/gerador 26 compreende um controle do inversor 35 e um inversor trifásico 36 que converte energia elétrica de corrente contínua do dispositivo de armazenamento de energia 24 em corrente alternada. O inversor pode compreender um circuito-faca, um circuito de comutação ou um oscilador de frequência variável! para controlar a frequência, fase ou duração de pulso do sinal de controie do motor/gerador para regular ou ajustar a velocidade do motor elétrico do motor/gerador elétrico 14. [00063] Altemativamente, se o motor/gerador elétrico 14 for uma configuração de corrente contínua, o controle do motpr/gerador 26 pode compreender uma tonte de tensão variável. A fonte de tensãò variável controla o nível de tensão ou nível de corrente do sinal de controle para o regulador ou ajusta a velocidade do motor elétrico do motor/gerador elétrico 14. [00064] O dispositivo de armazenamento de energia 24 compreende um pacote de batería 32. Altemativamente, ele poderiá compreender um ultracapacitor, uma rede de capacitores, uma combinação dos dispositivos expostos, ou um outro dispositivo de armazenamento. [00065] O dispositivo de armazenamento de energia 24 recebe e armazena energia elétrica gerada pelo motor/gerador elétrico 14 em um modo de geração de energia. O dispositivo de armazenamento de energia 24 supre energia elétrica armazenada ao controle do motor/gerador 126 em um modo de propulsão elétrica. [00066] A ECÜ 20 pode compreender um miçrocontrolador, um microprocessador, um processador de smal digital, um arranjo lógico programável, um dispositivo lógico, ou um outro dispositivo para processar dados (por exemplo, dados de sensor providos pelo sensor de velocidade do motor, o controle de batería 31, o controle do inversor 26, ou um sensor de torque). A EÇU 20 pode incluir um dispositivo de armazenamento de dados e software de armazenamento e recuperação de dados ou instruções para recuperar ou acessar dados de referência armazenados no dispositivo de armazenamento de dados. A ECU 20 compreende um avaliador para avaliar ou comparar dados de velocidade do motor, dados de torque do motor, dados de estado de armazenamento de energia (por exemplo, dados de estado de carga), ou outros dados de sensor pará referenciar dados armazenados no dispositivo de armazenamento de dadòs. Os dados dè referência podem compreender dados de curva de torque de linha de base, dados de curva de torque suplementares e dados de velocidade do motor, por exemplo. [00067] O controle de bateria 31 compreende um sistema para monitorar o estado de armazenamento de energia o estado de carga (SOC) do dispositivo de armazenamento de energia 24 (por exemploj, pacote de bateria). O controle de bateria 31 pode compreender um ou mais dos seguintes componentes: um dispositivo dê processamento de dalclos (por exemplo, microcontrolador) ou dispositivo lógico, um amímetiio ou medidor de corrente, um voltímetro, um termômetro ou um relógio. 0 SOC representa a capacidade restante de uma bateria ou dispositivo de armàzenamento elétrico em um ciclo de carga/descarga. O SOC pode ser expresso como uma porcentagem da capacidade restante para a capacidade de carga total, ou SOC máximo de uma bateria envelhecida. Em uma modalidade, o SOC do dispositivo de armazenamento elétrico pode ser estimado medindo a extração de corrente e níveis de tensão em intervalos de tempo regulares. Em uma outra modalidade, o SOC pode ser baseado em um modelo de bateria que leva em conta um ou mais dos seguintes: tensão de carregamento, tempo de carregamento, temperatura de carregamento, taxa de descarga, temperatura de descarga, recuperação de carga, envelhecimento do ciclo, fatores de composição eletroquímica e um circuito equivalente elétrico. Os dados de estado de carga podem ser marcados com tempo-data ou associados com um indicador temporal. [00068] Uma modalidade exemplar da invenção fornece um trem de potência para uma combinada que acopla um motor diesel relativamente pequeno 11 com um acionador híbrido elétrico a bateria que exige somente uma unidade SCR 15 para atender os padrões de emissões, mas que produz acima de 600 kW de potência de pico. De acordo com a modalidade, é usado um motor diesel de 13,5 litros 11 que produz 563 kW de potência de pico.

Tipicamente, motores de 19-20 L são usãdos neste nível de potência. Embora a curva de tórque do motor de IC atinja 563 kW (ou mais), o acionador elétrico contribui para intensificação da energia elétrica para suportar o motor de IC e manter seu nível de potência operacional normal a níveis muito mais baixos nara aumentar a longevidade. [00069] A modalidade usa um motor de 13,5 L até uma potência de picò de 563 kW para permitir uma abordagem apenas SCR, e usar um motor elétrico híbrido 14 para prover potência' de intensificação elétrica adicional quando necessário para evitar carregamento do motor a tais altos níveis ao máximo possível.. [00070] A combinação fornece um sistema diesel-elétrico híbrido brando com um pacote de bateria 32 para armazenamento de energia, como demonstrado nas figuras 2 e 3. A legenda dessas figuras é a seguinte: [00071] "13.5L IC Eng" refere-se à curva para um motor diesel de 13,5 litros. [00072] "Electric" refere-se à assistência híbrida, isto é, a potência provida pelo pacote de bateria e o motor/gerador, tanto positiva quanto negativa. [00073] "Electric boost" refere-se à circunstância Operacional especial onde potência adicional é extraída da assistência híbrida, isto é, a potência provida pelo pacote de bateria e/ou motor/gerador. [00074] "Combined IC and Elec" refere-se à curvá mista mostrando a soma de potência e torque do motor de IC e da assistência híbrida, isto é, a potência provida pelo pacote de bateria e o motor/gerador, tanto positiva quanto negativa. [00075] "Combined boost IC and Elec" refererse à curva mista mostrando a soma de potência ou torque do motor de IC e da assistência híbrida durante circunstância de operação especial. [00076] O nível de potência do motor na velocidade nominal (-2.000 rpm) idealmente seria estabelecido em 480 kW. Um governador isócrono dentro da EÇU pode ser estabelecido em 2.000 rpm, com quebra da curva governador-tpque a 480 kW. Com a redução da curva de torque para 1.850 % rpm, a potência do motor sobe para 500 kW. Além do mais, o acionador elétrico 14 aumentará linearmente a potência de 0 a 2.000 rpm para 40 kW a 1.850 rpm para uma potência combinada de 5.400 kW a 1.850 rpm. Isto proveria "alimentação” e dirigibilidade similares para o operador para operação manual, tal como operação com velocidade de carga do motor estável em carregamento transiente variável. Se ocorrer sobrecarga acima de 540 kW, o motor elevará para a potência de pico de 563 kW a 1.800 rpm e o acionador elétrico elevará para 50 kW para uma potência combinada de 613 kW a 1.800 rpm. A rápida elevação do torque de 1.850 para 1.800 rpm servirá para garantir operação do veículo estável, minimizando ainda a exposição do motor a alta sobrecarga. [00077] Assim, a modalidade fornece um trem de potência de alto desempenho efetivo quanto ao custo com 480 kW de potência nominal e acima de 560 kW de potência de pico, utilizando um motor diesel de menor potência de pequeno deslocamento com apenas uma unidade SCR 15, sem a necessidade de unidades EGR e DPF. [00078] Tanto a figura 2 quanto a 3 ilustram potência ou torque de "intensificação". Potência de intensificação é a potência provida pelo motor de IC e a assistência híbrida para certas circunstâncias operacionais. Por exemplo, quando uma combinada é descarregada durante operação, grão movimenta do tanque graneleiro da combinada para um Caminhão, enquanto tanto a combinada quanto o caminhão estão movimentando durante operação da combinada. O descarregamento do grão exige potência para operar os sem-fins. Assim, a fim de que a combinada não desacelere, é provida uma função de intensificação, mostrada por linhas tracejadas nas figuras 2 e 3. Na figura 2, a potência de intensificação é provida por 40 kW da assistência híbrida, isto é, o pacote de batería e o motor 14. Na figura 3, o torque de intensificação é provido por 191 nM da assistência híbrida, isto é, o pacote de batería è o motor 14. [00079] Como uma modalidade adicional, é provido um sistema híbrido elétrico-bateria onde o motor diesel é isocronaniente governado e o sistema elétrico de bateria é usado para prover o incremento de potência à medida que a velocidade cai. A curva de combustível do motor é variavelmente controlada para permitir carregamento ideal do pacote de bateria, ainda assim mantendo a mesma sensação da curva de torque-velocidade para o operador. Este recurso permitirá que a maior parte da capacidade do motor seja usada, aumentando a produtividade e economia de combustível. [00080] As figuras 4-8 descrevem resultados demonstrados usando um motor de IC de 9,0 litros. Esta modalidade também engloba outros tamanhos de motores de TC incluindo o motor de 13,5 litros das figuras 2-3. [00081] A ECU 20 recebe a estimativa de SOC, tensão do pacote de bateria, corrente do pacote de bateria e limites de corrente operacionais seguros do controle de bateria 31. A ECU 20 também recebe ou calcula a estimativa de carga do motor atual e velocidade do motor. Dependendo das variáveis, um comando de torque é enviado ao controle do inversor 35 para prover a curva velocidade-torque mista desejada (motor elétrico/motor de IC). [00082] Em casos onde o pacote de bateria pode seir carregado, a curva de combustível do motor é estabelecida para prover potência máxima do motor na velocidade isócrona mostrada na figura 4. Unka vez carregado, o pacote de bateria pode prover o incremento de potência por uma combinação de assistência elétrica e liberando lentamente a potência de carregamento da r. bateria à medida que a velocidade do motor cai (figujra 5). Utilizando a potência do motor total, a economia de combustível deve ser melhorada e o pacote de bateria mantido a um maior SOC médio. [00083] Quando o pacote de bateria está completámente carregado, a curva de combustível do motor é reduzida para manter a mesma curva torque-velocidadc mista e um desempenho de dirigibilidade consistente para o operador, como mostrado na figura 5. Quando a curva de combustível é diminuída, ela é modelada de forma que a assistência elétrica da bateria não seia utilizada até aue a velocidade do motor caia abaixo de 2.130 rpm (o governador isócrono sendo estabelecido a 2.200 rpm). Quando isto é feito, o pacote de batería deve ser carregado/descarregado menos frequentemente, reduzindo o número de ciclos de carga/descarga que ele jjiassa, melhorando a vida do pacote de batería. [00084] O resultado final deste sistema deve ser um sistema de combinada híbrido mais produtivo e eficiente quanto ao combustível. [00085] Mais especificamente, o controle da batería 31 monitora continuamente a corrente da bateria, tensão de céljulas individuais e temperatura de células individuais. A partir dessas medições, o pacote de bateria calcula o estado de carga do pacote de bateria (SOC) usando métodos típicos da indústria (isto é, "contagem de coulomb"). O controle da bateria 31 também mede a tensão de CC de saída usando sensores oadrões. O controle da bateria 31 reporta o valor do SOC do pacote de bateria, temperatura de célula médio (soma de todas as temperaturas de célula diívidida pelo número de células), e tensão de saída para a ECU a cada 10 ms !pelo barramento de CAN. [00086] O controle do motor/gerador 26 é um inversor da fonte de tensão padrão que pode converter tensão/corrente de CC em tensão/corrente de CA, e vice-versa. O controle do inversor 35 recebe um comando de torque pelo barramento CAM 30 da ECU 20 a cada 10 ms. O controle do inversor 35 toma este comando de torque e aplica o valor em uma tabela de consulta (predeterminada por teste) que especifica a magnitude de corrente e ângulo de fase necessários para fazer o motor/gerador produzir esse torque. O inversor 36 então usa regulagem de corrente como é típico na indústria para gerar essas correntes no motor/gerador que então produz o torque desejado para a caixa de engrenagem 12. Dependendo do comando de torque, o fluxo de energia pode ser tanto do pacote de bateria convertido em energia mecânica para suportar o motor quanto o fluxo pode converter energia mecânica em elétrica que é então armazenada no pacote de bateria 32 Jor meio do controle de bateria 31.0 controle do inversor 35 também faz interface com um sensor de posição no motor/gerador. A velocidade do motor/gerador é calculada a partir de dados de posição calculando uma derivada no tempo discreta. [00087] A ECU 20 controla o abastecimento de combustível no motor 11. A ECU controla a quantidade de combustível que ei!a está aplicando e também mede a velocidade do motor como é típico na indústria. O abastecimento de combustível é controlado de forma que a velocidade seja isocronamente governada a 2.200 rpm com um incremento de potência. A ECU regula a velocidade do motor até que o torque do motor atinja o que é conhecido como "condição nominal" que pode variar. Depois que o torque atinge este ponto, a ECU não mais governa a velocidade na velocidade isócrona. A ECU comanda torque adicional proporcionalmente à diferença entre a velocidade atual e a velocidade isócrona (isto é, neste caso, K*(2.200 rpm - velocidade real do motor). [00088] É mais fácil ver como a ECU regula a velocidade do motor em resposta ao aumento de carga avaliando as curvas de energia-velocidade, em vez de as curvas torque-velocidade. A potência do motor o torque do motor multiplicado pela velocidade do motor com fatores de conversão apropriados para unidades. A ECU usa duas curvas. Uma primeira cuijva está mostrada na figura 4. Na primeira curva não existe incremento de potência e toda a potência do motor toma-se disponível na velocidade governada isocronamente. Uma segunda curva está mostrada na figura 5 e governa isocronamente a velocidade do motor em 2.200 rpm até que o torque de saída do motor atinja 1.316 Nm (303 kW). Para carga do motor acima desse nível de torque/potência, a ECU aumenta o torque do motor em uma quantidade proporcional à diferença entre a velocidade isócrona (2.200 rpm) e a velocidade dò motor atual (velocidade do motor que é determinada pelo sistema mecânico). A taxa na qual o torque é aumentado é tal que o motor atinge sua potência máxima nominal a 2.130 rpm. (317 kW) como mostrado na figura 5. A ECU calcula o torque produzido pelo motor aplicando o nível de alimentação de combustível comandado conhecido em uma tabela de consulta (predeterminado por teste) que leva em conta as perdas de forma que o torque do motor reportado é o que está disponível no eixo de manivela. [00089] Com base no exposto, os sinais seguintes são disponíveis para a ECU 20. a. SOC do pacote de batería - do controle de batería 31 por meio do barramento de CAN 30; b. Temperatura média das células do pacote de batería - do controle de batería 31 por meio do barramento de CAN 30; c. Velocidade do motor/gerador - do controle do inversor 35 por meio do barramento de CAN 30; d. Torque de saída do motor - cálculo da ECU interna; e. Velocidade do motor - cálculo da ECU interna. [00090] A ECU é também capaz de comandar o controle do inversor 35 para produzir um torque desejado no motor/gerador 14. O comando é enviado por meio do barramento de CAN 30. [00091] Com os sinais apresentados, a ECU ifealiza os cálculos seguintes. [00092] - A ECU determina se ela deve usar a curva de energia-velocidade da figura 4 ou da figura 5 para governar a velocidade do motor. Se o SOC do pacote de batería for menos que 60 %, a ECU usa a curva de energia-velocidade da figura 4 ("recarregamento rápido"). E o SOC do pacote de batería estiver maior que 60 %, a ECU usa a curva de energia-velocidade da figura 5 ("completamente carregado"). [00093] A ECU calcula a potência do motor atuai multiplicando o torque de saída do motor (Nm) e a velocidade do motor (rpm) e um fator de conversão. [00094] A ECU calcula a "Hybrid_Shaping_Power", a potência necessária do sistema híbrido para modelar o torque do veículo geral da maneira desejada levando a velocidade do motor e aplicando esse sinal em uma tabela de consulta (valores pré-calculados). A tabela de consulta para cada operante toma a velocidade do motor e sai com uma potência, como mostrado na figura 6. [00095] ; A ECU calcula a quantidade de potência que ela tem disponível para carregar o pacote de batería subtraindo potência do motor atual e a assistência híbrida atual da "potência nominal" (tanto 317 kW quanto 303 kW) dependendo da curva selecionada. [00096] A ECU 20 calcula a potência máxima que pode ser usada para descarregar e carregar o pacote de bateria aplicando o SOC do pacote de batería e sinais de temperatura média das células a uma tabela de consulta que produz a corrente de carga e descarga máxima admissível neste momento (tabelas de consulta predeterminadas por teste). Essas correntes são então multiplicadas pela tensão de saída do pacote de bateria para determinar a potência máxima admissível a ser usada para descarregar e carregar. A potência de descarga é positiva e a potência de carga é negativa. [00097] , As tabelas de consulta são determinadas permitindo que a máxima corrente de carga/descarga admissível que o pacote de bateria pode suportar termicamente quando o SOC está entre 40 % e 60 %. Quando o SOC está abaixo de 40 %, a quantidade de corrente de descarga admissível é linearmente reduzida do valor a 40 % para 0 A a 30 % do SOC. Quando o SOC está acima de 60 %, a quantidadé de corrente de carga admissível é linearmente reduzida do valor a 60 % para 0 A a 70 % de SOC. Isto é feito para maximizar a vida do pacote de bateria. [00098] A ECU calcula o comando de torque [do sistema híbrido (aquele enviado ao inversor) da maneira seguinte. [00099] A ECU 20 mede/calcula a velocidade do motor e o torque do motor (torque do motor equivalente à carga). [000100] A ECU calcula a potência do sistema híbrido desejada subtraindo a potência do motor disponível do "Hybrid_Shaping_Power". [000101] Se o resultado exceder o valor de potência de descarga máximo admissível, ou for menor do que o valor de potência de carga máximo admissível (potência de carregamento sendo negativa) a potência do sistema híbrido é limitada ao valor da potência de descarga máximo admissível para descarregar o pacote de batería durante assistência híbrida, ou no valor de potência de carga máximo admissível durante carregamento do pacote de batería. [000102] O comando de torque do inversor é gerado dividindo o comando de potência híbrida pela velocidade do motor/gerador, reportada pelo controle do inversor (em rad/s) para calcular um comando de torque em unidades Nm. A ECU então transmite este comando de torque para o controle do inversor 35 pelo barramento de CAN 30. [000103] O controle da batería 31 calcula e comunica o SOC do pacote de batería e temperaturas de célula à ECU 20 por meio do barramento de CAN 30. [000104] O controle do inversor 35 recebe comandos de torque da ECU 20 por meio do barramento de CAN 30 e aplica corrente no motor/gerador 14 para produzir o torque solicitado (para prover potência de carregamento ou assistência desejada). [000105] A operação de combinada convencional é para ter a ECU governando isocronamente o motor em uma velocidade desejada. A velocidade é mantida até que velocidade do motor atinja a "potência nominal" (menos que a potência máxima do motor). Uma vez que a carga do motor excede a "potência nominal", a ECU permite uma queda linear na velocidade/aumento na potência até o ponto de potência de pico conhecida como incremento de potência. A inclinação do incremento de potência é crítica para manter o controle do veículo e a "sensação" do veículo para o operador. E desejável tomar a "potência 'nominal" a mais alta possível para aumentar a produtividade e aumenta a ecònomia de combustível, as sem que ser equilibrada com a inclinação do incremento de potência e potência do motor disponível. [000106] No sistema híbrido da modalidade, energia é armazenada no pacote de bateria e usada para prover o incremento de potência. Durante tempos de carregamento abaixo do nominal, o paciote de bateria é recarregado. Isto permite que a "potência nominal" seja estabelecida maior para o mesmo motor sem sacrificar o incremento de potência. [000107] É desejável usar a potência do pacote de bateria no mínimo possível para estender a vida da bateria e usar a mínima quantidade de energia. Pode ser vantajoso usar um pacote de bateria ;que pode suportar apenas deficientemente o incremento de potência desejado. [000108] As figuras 7 e 8 ilustram jduas condições operacionais para o sistema híbrido. A legenda das figuras é á seguinte: "9.0L IC Eng" refere-se à‘ curva para um inotor diesel de 9,0 litros; "9.0L IC Eng. Boost" refere-se à circunstância operacional especial onde potência adicional é extraída do motor diesel de 9,0 litros; "Electri" refere-se à assistência híbrida, isto é, a potência provida pelo pacote de bateria e o motor/gerador, tanto positiva quanto negativa. "Electric boost" refere-se íà circunstância operacional especial onde potência adicional é extraída da assistência híbrida, isto é, a potência provida pelo pacote de bateria e o motor/gerador. "Combined IC and Elec" refere-se à curva mista mostrando a soma de potência e torque do motor de IC e a assistência híbrida, isto é, a potência provida pelo pacote de baterià e o motor/gerador, tanto positiva quanto negativa. ."Combined boost IC and Elec" refere-se à curva mista mostrando a $oma de potência e torque do motor de IC e da assistência híbrida durante a circunstância operacional especial aqui descrita como intensificação.' [000109] ■> Quando o SOC está entre 30 % e 60 %, a ECU 20 comanda a curva de potência do motor e. potência do motor/gerador híbrido como mostrado na figura 7. O motor fornece potência máxima de 317 kW na velocidade isócrona de 2.200 rpm e o pacote de batería fornece o incremento de potência. O sistema híbrido carrega à um nível de potência do incremento de potência desejado menos a potência de descarga disponível, senso função do SOC da batería e temperatura de célula da batería, na velocidade isócrona, diminuindo linearmente o carregamento de -14 kW para 33 kW à medida que a velocidade do motor cai (resultando em mais potência aparente para o veículo). Isto estabelece a "potência nominal" aparente da combinada em 303 kW de potência mista com 14 kW de potência do motor carregando o sistema híbrido, isto é, o pacote de batería. Desta maneira, o incremento de potência desejado pode sempre ser provido até 346 kW de potência mista. Se a velocidade do motor estiver na velocidade isócrona e a carga do motor for menos que a'"potência nominal", o sistema híbrido carregará a um nível de potência igual à diferença entre a "potência nominal" e a. potência do motor atual, mantendo o motor completamente carregado. [000110] ; Quando o SOC está acima de 60 %, a ECU comanda a potência da curva do motor para ficar em um nível de potência de 303 kW na velocidade isócrona abaixo da potência máxima de 317 kW, como mostrado na figura 8. Q sistema híbrido prover zero kW de assistência até que o motor atinja a potência de pico de 317 kW a cerca de 2.130 rpm a partir da potência nominal de 303 kW na velocidade isócrona de 2.200 rpm, e então a assistência híbrida sob linearmente para 33 kW. A velocidade do motor que a assistência híbrida inicia é selecionada para ficar abaixo da velocidade que os operadores tipicamente operam (2:150 rpm ou mais é a velocidade do motor que os operadores tipicamente visam). Isto é feito para limitar a quantidade de carga/descarga do pacote de bateria e prolongar a vida do pacote de bateria.

Isto estabelece a potência nominal da combinada em 303 kW de potência com um incremento de potência provido pelo sistema híbrido em 346 kW da potência mista. [000111] Ambas as figuras 7 e 8 ilustram a potência de "intensificação". A potência de intensificação é a potência provida pelo motor de IC e a assistência híbrida para certas circunstâncias operacionais. Por exemplo, quando uma combinada é descarregada durante operação, grão é movimentado do tanque graneleiro da combinada para um caminhão enquanto tanto a combinada quanto o caminhão estão movimentando durante operação da combinada. O descarregamento do grão exige potência para operar os sem-fins. De maneira a não exigir que a combinada desacelere, é utilizada a função de intensificação, mostrada pelas linhas tracejadas nas figuras 7 e 8. Na figura 7, a intensificação é provida por 11 kW pela assistência híbrida e 14 kW pelo motor de IC que não mais carrega o pacote de bateria durante esta operação.

Na figura 8, á intensificação é provida por 11 kW da assistência híbrida e 14 kW do motor de IC. [000112] ! As figuras 9A e 9B ilustram um exemplo de etapas do método exemplar. Na etapa SI00, a ECU e/ou o controle de bateria monitora a corrente do pacote de bateria, tensão de CC de saída e a temperatura média das células e calcula o estado de carga do pacote de bateria (SOC). Na etapa SI04, o estado de carga é comparado com um valor 60 %. Se o SOC do pacote de bateria for maior que 60 %, na etapa S108, o motor é controlado de acordo com a segunda curva com um incremento de potência que governa isocronamente a velocidade do motor, como mostrado na figura 5. Se o SOC do pacote dejbateria for menos que 60 % na etapa SI 12, o motor é controlado de acordo com a primeira curva, onde não existe incremento de potência e a potência do motor total é disponível na velocidade isocronamente governada mostrada na figura 4. Na etapa SI 16, depois tanto da etapa SI08 quanto da etapa SI 12, a potência do motor atual é calculada multiplicando o torque de saída do motor e a velocidade do motor e um fator de conversão. Depois da etapa SI 16, em uma etapa S120, o "Hybrid_Shaping_Power" necessário pelo sistema híbrido para modelar o torque do veículo geral da maneira desejada é calculado aplicando um sinal de velocidade do motor atual em uma tabela de consulta. Na etapa SI24 a potência máxima que pode ser usada para descarregar e carregar o pacote de batería é calculada aplicando o SOC do pacote de batería e sinais de temperatura média das células em uma tabela de consulta. Para carregamento, em uma etapa S28, a quantidade de potência disponível para carregamento do pacote de batería é calculada subtraindo a potência do motor atual e a assistência híbrida atual da "potência nominal" (tanto 317 kW quanto 303 kW, dependendo da curva selecionada). Na etapa SI32, a potência do sistema híbrido desejada é comparada com a potência de carga máxima admissível e, sê a potência do sistema híbrido desejada for menos que (mais negativa) a potência de carga máxima admissível, o comando de potência do sistema híbrido é limitada à potência de carga máxima admissível. Depois da etapa SI24, para a assistência de potência elétrica, na etapa SI36, calcular a potência do sistema híbrido desejada subtraindo a potência do motor disponível da "Hybrid_Shaping_Power". Em seguida, na etapa SI40, a potência do sistema híbrido désejada é comparada com a potência de descarga máxima admissível e, se a potência do sistema híbrido desejada exceder a potência de descarga máxima admissível, o comando de potência do sistema híbrido é limitado à potência de descarga máxima admissível. Em seguida, na etapa SI44, um comando de torque do inversor é gerado dividindo o comando de potência do sistema híbrido pela velocidade do motor/gerador reportado pelo controle do inversor 35 (em rad/s) para calcular um comando de torque em unidades Nm. Na etapa S148, o controle dd inversor 35 aplica o comando de torque em uma tabela de consulta (predeterminada por teste) que especifica a magnitude de corrente e o ângulo de fase necessários para fazer o motor/gerador produzir esse torque. [000113] Pelo exposto, observa-se que inúmera variações e modificações podem ser feitas sem fugir do espírito e escopo da invenção. Deve-se entender que nenhuma limitação com relação ao aparelho específico ilustrado aqui é pretendida, nem deve ser inferida.

Claims

1. Sistema de acionador híbrido para| uma combinada, caracterizado pelo fato de que compreende: , um motor que aciona uma transmissão; um controle do motor; um pacote de batería; um motor/gerador operacionalmente conectado na saída, o motor/gerador utilizável como um motor para acionar a saída ou como um gerador para ser acionado pela transmissão; * um controle do motor/gerador que ligado com conexão de sinal no motor/gerador para controlar a operação do motor/gerador; um controle do sistema híbrido; e em que o controle do sistema híbrido determina um estado de carga de pacote de bateria do pacote de batería, e o controle do sistema híbrido também recebe do motor a estimativa de carga do motor atual e a velocidade do motor do controle e, dependendo dessas variáveis, envia um comando de torque para o controle do motor/gerador para prover uma curva de velocidade-torque mista desejada a partir do motor e do motor/gerador.

2. Sistema de acordo com a reivindicação caracterizado pelo fato de que, em casos onde a bateria pode ser carregada, a curva de combustível do motor é estabelecida pelo controle do motor para prover potência máxima do motor na velocidade isócrona, e, quando o pacote de bateria está completamente carregado, a curva de combustível do motor é reduzida para manter a mesma curva torque-velocidade mista e um desempenho de dirigibilidade consistente ao operador, quando a curva é diminuída, ele é modelado de forma que a assistência elétrica da bateria não seja utilizada até que a velocidade do motor caia.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o pacote de batería inclui um controle do pacote de batería que monitora continuamente a corrente da batería, tensão de cjélulas individuais e temperatura de células individuais, e, a partir dessas medições, o controle do pacote de bateria calcula o estado de carga da batería (SOC), o controle do pacote de bateria também mede a tensão de CC de saída, o controle do pacote de bateria reporta o valor de seu SOC, temperatura média das células como a soma de todas as temperaturas de célula dividida pelo número de células ao controle híbrido.

4. Sistema de acordo com a reivindicação lj, caracterizado pelo fato de que: o controle do motor/gerador compreende um inversor que pode converter tensão/corrente de CC em tensão/corrente de CA, e vice-versa, o inversor recebe um comando de torque do controle do motor, o inversor toma este comando de torque e aplica o valor a uma tabela de consulta que especifica a magnitude de corrente e ângulo de fase necessários para fazer o motor/gerador produzir esse torque, o inversor então usa regulagem de corrente para gerar essas correntes no motor/gerador que então produz o torque desejado na saída, dependendo do comando de torque, o fluxo de energia pode ser tanto do pacote de bateria convertido em energia mecânica quanto o fluxo pode converter energia mecânica do motof em energia elétrica que é então armazenada no pacote de bateria, o inversor também faz interface com um sensor de posição no motor/gerador para calcular a velocidade do motor/gerador.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor/gerador é conectado na saída por meio de uma caixa de engrenagem e o torque produzido pelo motor/gerador soma/subtrai à do motor, e a velocidade do motor/gerador tem uma razão fixa para a velocidade do motor.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o controle do motor controla a alimentação de combustível para o motor,\ o controle do motor sabe a quantidade de combustível que ele está aplicando e também mede a velocidade do motor, a alimentação de combustível é controlada de forma que a velocidade seja isocronamente governada em uma velocidade isócrona selecionada corrí um incremento de potência, o controle do motor regula a velocidade do motor até que o torque do motor atinja uma condição nominal, depois que o torque atinge este ponto o controle do motor não mais governa a velocidade na velocidade isócrona, o controle do motor comanda torque adicional proporcionalmente à diferença entre a velocidade atual e a velocidade isócrona.

7. Sistema de acordo com a reivindicação f, caracterizado pelo fato de que os sinais seguintes são disponíveis par ao controle do motor: temperatura média das células do pacote de batería; velocidade do motor/gerador; torque de saída do motor; velocidade do motor.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controle do motor é capaz de comandar o inversor para produzir um torque desejado no motor/gerador por meio de um barramento de CAN.

9. Sistema de acordo com a reivindicação L, caracterizado pelo fato de que o controle do motor realiza os seguintes cálculos: ; o controle do motor determina se ele deve usar a primeira ou segunda curva de energia-velocidade para governar a velocidade do motor, se o SOC do pacote de batería for menos que 60 %, o controle do motor usa a primeira curva de energia-velocidade, se o SOC do pacote de batería for maior que 60 % o controle do motor usa a segunda curva de energia-velocidade; o controle do motor calcula a potência do motor atual multiplicando o torque de saída do motor (Nm) e velocidade do motor (rpm) e um fator de conversão; o controle do motor calcula a potência necessária pelo sistema híbrido para modelar o torque do veículo geral da maneira desejada tomando a velocidade do motor e aplicando esse jsinal em uma tabela de consulta de valores pré-calculados; a tabela de consulta para cada caso operacional toma a velocidade do motor e produz uma potência; o controle do motor calcula a potência máxima que pode ser usada para descarregar e carregar o pacote de batería aplicando o SOC do pacote de bateria, e sinais de temperatura média da células em uma tabela de consulta de valores predeterminados por teste que produz a corrente de descarga e carga máxima disponível neste momento, essas correntes são então multiplicadas pela tensão de saída do pacote de bateria para determinar a potência máxima admissível a ser usada para descarregar é carregar.

10. Sistema de acordo còm a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o controle do motor calcula a quantidade de potência que ele tem disponível para carregar o sistema ide bateria subtraindo a potência do motor atual e a assistência híbrida atual da potência nominal dependendo da curva selecionada; ; as tabelas de consulta sãó determinadas permitindo a máxima corrente de carga/descarga disponível que a bateria pode suportar termicamente quando o SOC está entre 4,0 % e 60 %; o controle do motor calcula a potência do sistema híbrido desejada subtraindo a potência do motór disponível dá potência necessária para modelar o torque do veículo geral; se a potência do sistema híbrido desejada exceder a potência de descarga máxima admissível ou for menor que a potência de carga máxima admissível, a potência do sistema híbrido é limitada à potência de descarga máxima admissível ou é menos que a potência de carga máxima admissível; e i o comando de torque do inversor é g-erado dividindo o comando de potência híbrido pela velocidade do motor/gerador reportada pelo inversor (em rad/s) para calcular um comando de torque em unidades Nm.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pèlo fato de que, quando o SOC está abaixo de 40 %, a quantidade de corrente de descarga admissívél é linearmente reduzida do valor a 40 % para 0 A a 30 % do SOC; e, j quando o SOC está acima de 60 %, a quantidade de corrente de carga admissível é linearmente reduzida do valor a 60 % para 0 A a 70 % do SOC.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o SOC da batería'é controlado de 30 % a 70 %, de 60 % a 70 % da capacidade para carregar a batería é linearmente diminuído para 0 % para protegei* a vida da batería, de 30 % a 40 % da capacidade para descarregar a batería é linearmente diminuído para 0 % para proteger a vida da batería, entre 40 % e 60 % da batería podem prover capacidade de carregamento e descarregamento total.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de «que o controle do motor governa isocronamLnte o motor a uma velocidade ispcrona desejada; a velocidade isócrona é mantida até que a jvelocidade do motor atinja a potência nominal; uma vez que a carga do motor excede a potência nominal, o controle do motor permite uma queda linear na velocidade e aumento correspondente na potência até um ponto de potência de pjicò.

14. Sistema de acionador híbrido para uma combinada, caracterizado pelo fato de que compreende: um motor com uma transmissão rotativa; um controle do motor; um pacote de batería de íons de Li; um inversor trifásico e um controle do inversor; um motor/gerador conectado na transmissão rotativa; um controle do sistema híbrido, em que o controle do sistema híbrido recebè uma estimativa de SOC para o pacote de batería, tensão do pacote de batería, corrente do pacote de batería e limites de corrente operacionais seguras de entrada e saída do pacote de batería, e o controle do sistema híbrido também recebe á estimativa de carga do motor atual e a velocidade do motor pelo controle do motor e, dependenao dessas variáveis, um comando de torque é enviado ao controle do inversor para prover a curva dc velocidade-torque mista desejada para o motor e o motor elétrico.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que, em casos onde a batería pode ser carregada, a curva de combustível do motor é estabelecida para prover potência máxima do motor na velocidade isócrona, o pacote de batería é carrejgado e fornece o incremento de potência por uma combinação de assistência elétrica e liberando lentamente a potência de carregamento da batería à medida que a velocidade do motor cai, utilizando potência do motor total a economia de combustível deve ser melhorada e a batería mantida a um maior SOC médio, quando o pacote de bateria está completamente carregado, a curva de combustível do motor é reduzida para manter a mesma curva de torque-velocidade mista e um desempenho de dirigibilidade consistente ao operador, quando a curVa de combustível é diminuída, ela é modelada de forma que a assistência elétrica da bateria não é utilizada até que a velocidade do motor caia abaixo de 2.13 0 rpm.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de ;que o pacote de bateria monitora continuamente a corrente da bateria, tensão de células individuais e temperatura de cjélulas individuais, a partir dessas medições o pacote de bateria calcula o estado de carga da bateria (SOC), o pacote de batería também mede a tensão de CC de saída, a batería reporta o valor de seu SOC, temperaturajmédia das células e tensão de saída à ECU a cada 10 ms pelo barramento de CAN.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: o inversor pode convçrter tensão/corrente de CC em tensão/corrente de CA, e vice-versa, o inversor recebe um comando de torque pelo barramento de CAN da ECU a içada 10 ms, o inversor toma este comando de torque e aplica o valor a unia tabela de consulta que especifica a magnitude de corrente e ângulo dè fase necessários para fazer o motor/gerador que ele está ligado produzir este torque, o-inversor então usar regulagem de corrente para gerar essas correntes no motor/gerador que então produz o torque desejado no eixo, dependendo do comando de torque que o fluxo de potência pode ser tanto da batería convertido em energia mecânica para suportar o motor quanto o fluxo pode converter energia mecânica em elétrica que é então armazenada na batería, o inversor também faz interface com um sensor de posição no motor/gerador, a velocidadé do motor/gerador é calculada a partir dos dados de posição tomando a derivada no tempo discreta.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o motor/gerador é cohectado no motor do qual o torque produzido pelo motor/gerador adiciona/subtrai ao do motor, e a velocidade do motor/gerador tem uma razão fixa para a do motor.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado , pelo fato de que a ECU controla a alimentação de combustível no motor, a ECU sabe a quantidade de combustível que ela está aplicando e também mede a velocidade do motor, a alimentação dé combustível é controlada de forma que a velocidade seja governada isoéronamente a 2.200 rpm com um incremento de potência, a ECU regula a velocidade do motor até que o torque do motor atinja a condição nominal, depois que o torque atinge este ponto a EGU não mais governa a velocidade na velocidade isócrojna, a ECU comanda torque adicional proporcionalmente à diferença entre a velocidade atual e a velocidade isócrona.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a ECU é capaz de comandar o inversòr para produzir um torque desejado no motor/gerador por meio do barramentcj de CAN.

21. Acionador de tração para uma colheitadeira combinada, caracterizado pelo fato de que compreende: um motor de combustão interna com uma potência de menos de 560 kW; um motor elétrico; pelo menos uma batería, em que a batería é arranjada para acionar o motor elétrico; um controle que faz com que pelo menos lima batería acione o motor, em que o motor elétrico acopla com o motor de combustão interna para prover o acionador de tração com potência acima de 560 kW.

22. Acionador de tração de acordo com ja reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna descarrega em um sistema de controle de emissão com uma unidade SCR e sem unidade DPF e sem unidade EGR.

23. Acionador de tração de acordo com ja reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interíia compreende um motor de deslocamento de 13,5 L.

24. Acionador de tração de acordo com ja reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que: o nível de potência do motor na velocidade nominal (aproximadamente 2.000 rpm) é estabelecido em 480 kW; havería um governador isócrono a 2.000 rpm com quebra da curva do governador para torque a 480 kW; j reduzir a curva de íorque para 1.850 rpm, a potência do motor elevaria para 600 kW e, além do mais, o acionador elétric|o elevará a potência linearmente de 0 a 2.000 rpm para 40 kW a 1.850 rpmj para uma potência combinada de 540 kW a 1.850 rpm; se ocorrer sobrecàrga acima de 540 kW, o motor elevará a potência de pico de 563 kW a 1.800 rpm e o acionador elétrico elevará para 50 kW para uma potência combináda de 613 kW a 1.800 rpm.

25. Acionador de tração Ide acordo com a reivindicação 21, caracterizadoI pelo fato de que a elevação de torque de l.j850 para 1.800 rpm servirá para [garantir operação do veículo estável, minimizando ainda a exposição do motor a alta sobrecarga.