BR112016002592B1 - Sistema de energia híbrido em um veículo, método para operação de sistema de energia híbrido em um veículo, e veículo compreendendo sistema de energia híbrido - Google Patents

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Martin West
Richard Sebestyen
John SIMONSSON
Jonas STORM
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Volvo Truck Corporation
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Abstract

VEÍCULO HÍBRIDO. A presente invenção se refere a um sistema de energia híbrido em um veículo compreendendo um suprimento de energia autônomo e sendo conectável para uma infra-estrutura de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo, e veículo que é disposto para operar em um modo de suprimento de energia autônomo e/ou em um modo de suprimento de energia externa. Em concordância com a presente invenção, o sistema compreende um primeiro circuito de alta voltagem (204; 304) compreendendo um primeiro motor de tração (206; 306) conectado para um sistema de armazenamento de energia (202; 302) por um primeiro conversor de energia (207; 307) para a propulsão do veículo; um segundo circuito de alta voltagem (205; 305) compreendendo um segundo motor de tração (210; 310) conectável para um suprimento de energia externo (203; 303) por um segundo conversor de energia (212; 312) para a propulsão do veículo; e onde o primeiro circuito de alta voltagem (204; 304) e o segundo circuito de alta voltagem (205; 305) são conectáveis por um terceiro conversor de energia (214; 314) entre o primeiro e o segundo conversores de energia (207, 212; 307, 312). A presente invenção adicionalmente envolve um método para operação do sistema de energia híbrido em um veículo.

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção se refere a um sistema de energia híbrido para veículos, sistema de energia híbrido que compreende um suprimento de energia autônomo e que é conectável para uma infra-estrutura de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo, e também se refere a um método para operação do sistema.
PANORAMA DA INVENÇÃO
[002] Em anos recentes, o desenvolvimento e a comercialização de veículos elétricos e híbridos que são efetivos em redução de consumo de combustível e de gases de exaustão, tal como o CO2, têm sido buscados (procurados). Veículos elétricos para utilização comercial possuem uma faixa limitada devido para o fato de que existem limites para o tamanho e a capacidade de baterias montadas nos veículos.
[003] Para veículos híbridos proporcionados com um motor de combustão interna, ou ICE (internal combustion engine), combinado com um motor elétrico, o suprimento de energia elétrica é também dependente de uma bateria montada no veículo. Conseqüentemente, a faixa de cruzeiro de um tal veículo em modo elétrico é limitada devido para o fato das limitações sobre o tamanho e sobre a capacidade de baterias montadas no veículo. Veículos híbridos têm que, conseqüentemente, utilizar um motor de combustão e um motor em combinação para assegurar uma longa faixa de cruzeiro.
[004] Por outro lado, as faixas de cruzeiro de veículos ligados a trilho utilizando energia elétrica não são limitadas devido para o fato de que estes funcionam sobre energia elétrica recebida a partir de cabos aéreos (aéreos) ou de um trilho elétrico adjacente para a trilha (pista). Para tais veículos, é necessário permanecer nas trilhas (pistas) e gerenciar as mesmas, o que requer altos custos de construção e altos custos de manutenção. Portanto, tais veículos não são adequados para transporte de bens comerciais (mercadorias) entre localizações arbitrárias. Também, quando existe um obstáculo sobre uma trilha ou se uma interrupção (queda) de energia ocorre, o veículo irá ser atrasado (retardado) até que o problema venha a ser eliminado.
[005] Uma solução para os problemas anteriormente mencionados são veículos funcionando sobre energia elétrica recebida a partir de cabos aéreos, tais como “ônibus elétricos”, que eram de uso comum em muitas cidades no passado. No texto subseqüente, tais veículos irão ser referenciados como veículos elétricos de coleta de energia. Embora trilhas (trilhos) não sejam necessitadas para tais veículos, estes necessitam de cabos aéreos, e os mesmos não podem rodar sobre estradas não equipadas com cabos aéreos, devido para o fato da limitada capacidade de bateria. Portanto, tais veículos não apresentam a flexibilidade de veículos comerciais em geral.
[006] Tecnologia tem desde então sido desenvolvida para possibilitar que tais veículos elétricos de coleta de energia venham a rodar sobre estradas não equipadas com cabos aéreos. Tais veículos são equipados com um motor para propulsão, tracionado por energia elétrica recebida a partir de cabos aéreos, e bem como um motor de combustão interna para geração de energia elétrica para fazer funcionar o motor de tração, para suprimento de energia mecânica diretamente para uma unidade de tração do veículo, ou para carregamento de baterias embarcadas. Tais veículos foram desenvolvidos por aplicação de tecnologia híbrida para o veículo elétrico de coleta de energia. Tais veículos híbridos foram desenvolvidos, por exemplo, pela Siemens AG para um conceito de “e-Highway” dentro da estrutura do EU Seventh Framework Programme da Comunidade Européia.
[007] Um problema com veículos elétricos de coleta de energia elétrica híbridos é o de que o veículo compreende um circuito elétrico com componentes que operam em diferentes voltagens. O circuito compreende um sistema de coleta de energia de alta voltagem, conectável para cabos aéreos, e um sistema elétrico híbrido, compreendendo componentes eletrônicos de energia e, opcionalmente, uma bateria de alta voltagem. Tais disposições requerem a utilização de um conversor de energia que possibilita que a alta voltagem a partir das linhas aéreas venha a ser utilizada pelo veículo. O conversor de energia é usualmente um conversor de DC/DC, que pode manipular voltagem relativamente alta, por exemplo, de 500 V - 700 V nos cabos aéreos.
[008] Em concordância com um exemplo, o veículo híbrido pode compreender um sistema de coleta de energia de alta voltagem e um conversor de energia conectado para um motor elétrico ou para mais motores elétricos em um sistema de propulsão híbrido compreendendo um ICE conectável para um motor elétrico. Para um veículo híbrido não proporcionado com uma bateria de armazenamento, o conversor de energia tem que ser dimensionado para uma estimativa contínua igual para o requerimento de energia de pico do sistema de propulsão, o que significa, de pelo menos 200 kW - 300 kW. Uma tal disposição deveria ser utilizada para um veículo primordialmente operado utilizando o ICE.
[009] Em concordância com um exemplo adicional, o veículo híbrido pode compreender um sistema de coleta de energia de alta voltagem e um conversor de energia que são conectados para uma bateria de armazenamento e para um motor elétrico ou para mais motores elétricos em um sistema de propulsão híbrido compreendendo um ICE conectável para um motor elétrico. Para um veículo híbrido proporcionado com uma bateria de armazenamento, o conversor de energia pode ser dimensionado para uma estimativa contínua igual para o requerimento de energia médio do sistema de propulsão, o que significa, de pelo menos 100 kW - 150 kW. Uma tal disposição deveria ser utilizada para um veículo primordialmente operado utilizando o sistema de coleta de energia, onde o ICE pode ser utilizado para carregamento da bateria de armazenamento.
[0010] Um conversor de energia conectado para o sistema de coleta de energia de alta voltagem, como indicado nos exemplos anteriormente mencionados, requer que toda a energia elétrica venha a passar através do conversor de energia. Isto incorre em perdas de conversão e gera calor que requer resfriamento, o que reduz a eficiência de sistema global e aumenta a demanda sobre o sistema de resfriamento de veículo. Um conversor de energia deste tipo deveria também ser relativamente grande e dispendioso.
[0011] A presente invenção almeja em solucionar os problemas anteriormente descritos e em proporcionar um veículo híbrido com um coletor de energia e com um sistema de operação que podem reduzir os custos de manufaturação do veículo. A presente invenção adicionalmente almeja em proporcionar um veículo híbrido com uma eficiência de sistema global aperfeiçoada e que incorre em menores perdas de conversão e de geração de calor.
APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO
[0012] Os problemas anteriormente mencionados foram solucionados por um sistema de energia híbrido como reivindicado nas reivindicações de patente acompanhantes.
[0013] No texto subsequente, a expressão “sistema de estrada elétrico” ou ERS (“electric road system”) irá ser utilizada para uma rede de estradas proporcionadas com recursos para suprimento de energia elétrica para um veículo. Os exemplos posteriormente irão ser descritos para um caso onde o suprimento de energia compreende cabos aéreos. Entretanto, a presente invenção não é limitada para um suprimento de energia condutivo, utilizando um cabo eletrificado aéreo ou uma pista/um trilho na ou adjacente para a superfície de estrada como no “Conceito de estradas elétricas” (“Electric roads concept”) proposto pela Volvo Caminhões (Volvo Trucks), mas pode também utilizar um suprimento de energia indutivo. A presente invenção irá ser descrita em relação para um veículo comercial sobre o caminhão ou trator de estrada, mas é igualmente aplicável para caminhões/tratores fora de estrada (off-highway), ônibus, veículo de construção ou outros tipos de veículos de trabalho.
[0014] O texto subsequente irá também se referir para um número de diferentes termos técnicos e de exemplos de componentes elétricos, que irão ser brevemente definidos posteriormente.
[0015] A regulagem de voltagem é uma mensuração de carga na magnitude de voltagem entre a extremidade de envio e a extremidade de recepção de um componente, de maneira tal como uma linha de transmissão ou de distribuição. A regulagem de voltagem descreve a habilidade de um sistema para proporcionar voltagem constante próxima sobre uma abrangente faixa de condições de carga. O termo pode se referir para uma propriedade passiva que resulta em mais ou em menos queda de voltagem sob várias condições de carga, ou para a intervenção ativa com dispositivos para o propósito específico de voltagem de ajustamento.
[0016] A conversão de energia é a conversão de energia elétrica a partir de uma forma para uma outra forma, a conversão entre AC e DC, ou justamente mudança da voltagem ou da freqüência, ou alguma combinação destas. Neste contexto, a expressão geral “conversor de energia” é definida como um dispositivo elétrico ou eletromecânico para conversão de energia elétrica. Isto poderia ser como um transformador para mudar a voltagem de energia de AC, mas a expressão também se refere para uma classe de maquinaria elétrica que é utilizada para converter uma freqüência de corrente alternada para uma outra freqüência. Os sistemas de conversão de energia freqüentemente incorporam redundância e regulagem de voltagem. Uma maneira de classificação de sistemas de conversão de energia é em concordância com se a entrada e a saída são de corrente alternada [alternating current (AC)] ou de corrente direta ou corrente contínua [direct current (DC)].
[0017] Um tipo de conversor de energia é um conversor de DC para DC ou DC/DC, que é um circuito eletrônico que converte uma fonte de corrente direta (DC) a partir de um nível de voltagem para um outro nível de voltagem. Os conversores de DC/DC empregam projetos tecnológicos existentes, onde as classes topológicas principais são a modulação de largura de pulso [pulse width modulation (PWN)] de freqüência fixada e a comutação de corrente de ressonância quase zero [zero current switching (ZCS)] de freqüência variável.
[0018] O PWM pode ser de um pouco mais simples em projeto (design), mas inerentemente negocia (troca) eficiência contra freqüência de operação, e ambos são importantes parâmetros para veículos elétricos [electric vehicles (EV)] ou veículos híbridos [hybrids electric vehicles (HEV)]. A operação de alta freqüência tem sido reconhecida como uma das chaves principais para consecução de densidade de alta energia, por exemplo, magnetos, filtros e capacitores menores, em conversores em modo de comutação. Com conversores em modo de comutação de freqüência fixada, entretanto, perdas de comutação aumentam diretamente com freqüência de operação, resultando no lugar correto que limita a densidade de força obtenível. Os conversores de freqüência variável superam a barreira de freqüência por apresentarem cada um deles ligamento e desligamento do comutador ocorrendo em corrente zero.
[0019] Uma diferença adicional entre conversores de DC/DC de freqüência fixada e de freqüência variável é o ruído. Novamente, um parâmetro importante para os EVs/HEVs é ruído gerado pelo comutador. O comutador duro do PWN gera mais ruído do que o comutador suave de ZCS.
[0020] Previamente, a aplicação primária de conversor de EV/HEV de DC/DC é a conversão a partir de uma bateria de alta voltagem para baixo para uma voltagem de automóvel típica de 12 volts, embora voltagens mais altas, tais como de 42 Volts para direção assistida (direção hidráulica), pode ser requerida. Os conversores de DC/DC utilizados neste pedido de patente tipicamente possuem entradas de 250 Volts - 450 Volts, saídas ajustáveis de 12,5 Volts até 15,5 Volts, e uma energia de saída a partir de 250 W até 3,5 kW. Os tamanhos e os pesos de conversores de DC/DC disponíveis variam substancialmente, dependendo da freqüência de operação, evidentemente, mas também em alguma extensão das entradas e das saídas de voltagem e de energia. Com topologias convencionais, as eficiências são tipicamente médias de 80 % - 90 %, mas as baixas eficiências de linha são provavelmente para serem talvez quatro ou cinco pontos percentuais a menos. Como um resultado, produtos de AC - DC e alguns produtos de DC/DC de faixa abrangente necessitam ser de capacidade reduzida na linha baixa.
[0021] A conversão de alta energia/de alta voltagem em veículos é uma solução preferida para aplicações de EV e de HEV. Os desafios técnicos para um tal conversor, muitos dos mesmos inter-relacionados, incluem o tamanho, o peso, a eficiência, a compatibilidade eletromagnética/a interferência eletromagnética [electromagnetic compatibility/electromagnetic interference (EMC/EMI)], a confiabilidade, o isolamento de alta voltagem, a remoção de calor/o gerenciamento térmico, e, os custos. Em adição, o desempenho confiável nos ambientes de calor, de frio, de choque, e de vibração de um veículo de estrada é requerido.
[0022] Os conversores de DC/DC para EVs e para HEVs requerem uma alta densidade de energia, uma eficiência e uma escalabilidade que não podem ser eficazmente custosas suportados por projetos de conversor volumosos, de baixa freqüência. Enquanto um conversor de DC/DC de 2 kW pode ser um alvo de projeto comum, veículos de ponta (high-end) requerem mais energia, enquanto que menores conversores de DC/DC com menores estimativas de energia deveriam proporcionar custos mais baixos para EVs e para HEVs de nível básico (de nível de entrada). Para lidar com esta faixa de necessidades de energia, uma metodologia de sistema de energia flexível, escalável, utilizando densidade de alta energia, conversores modulares que têm capacidade de eficiente conversão de ônibus (bus), isolamento e regulagem de voltagem irão possibilitar maior desempenho, eficiência de custos e um tempo para comércio mais rápido.
[0023] Os modernos conversores de energia de DC/DC podem suportar eficiente distribuição de energia elétrica de alta voltagem dentro de veículos e proporcionar vantagens chave para o projetista de sistema de energia, incluindo pequeno tamanho, baixo peso, alta densidade de energia, alta eficiência, flexibilidade de projeto, e rápida resposta para demandas elétricas de mudança. Especificamente, os conversores de energia de DC/DC particularmente adequados para veículos EV/HEV incluem conversores de DC/DC de Comutação de Voltagem Zero [Zero-Voltage Switching (DC/ZVS)] com 95 % de eficiência em densidade de energia de 1 kW/in3, reguladores de Buck-Boost (tipo de conversor CC/CC que possui uma magnitude de tensão que é maior ou menor do que magnitude de tensão de entrada) com > 97 % de eficiência em 1 kW/in3; e conversores de ônibus (bus) de Conversor de Amplitude de Seno de Alta Voltagem [Sine Amplitude ConverterTM High Voltage (SAC HV)] com 97 % de eficiência em 1 kW/in3.
[0024] Os conversores de comutação de voltagem zero de dupla trava [double clamp zero voltage switching (DC/ZVS)] possuem a capacidade de provisão de uma saída regulada a partir de uma faixa de entrada muito ampla. Sistemas de energia de célula adaptativos envolvem uma multiplicidade de conversores que são configurados em um arranjo para proporcionar ampla faixa, alta voltagem, processamento de energia de alta freqüência. Um bloco conversor tipicamente utiliza duas células de conversor magneticamente acopladas que são seletivamente configuradas em série ou em paralelo. Em uma ou em outra configuração, ruído de modo comum é essencialmente cancelado, eliminando um desafio de primordial filtragem para EVs e para HEVs.
[0025] As topologias de células adaptativas concretizadas em conversores de DC/DC de DZ/ZVS para desempenho de conversor de DC/DC para EV e para HEV podem incluir células de Sine Amplitude Converter (Conversor de Amplitude de Seno) (SAC). Os motores de SAC utilizam comutador de voltagem zero/de corrente zero para eliminar perdas de comutação. Por eliminação de perdas de comutação, o SAC pode ser operado eficientemente em freqüências relativamente altas, tipicamente na faixa de MHz, resultando em menor tamanho de produto. A alta freqüência de operação possibilita para miniaturização de muitos componentes, aumentando a densidade de energia de conversor global. Os conversores de comutação suaves operando em alta freqüência também minimizam a interferência eletromagnética [eletromagnetic interference (EMI)] e os componentes de filtragem requeridos por conversores de comutador duro operando em baixa freqüência.
[0026] O motor de SAC é tipicamente utilizado para proporcionar conversão de ônibus (bus) de relação de voltagem fixada com isolamento de HV. O motor de DC-ZVC proporciona conversão de DC/DC com regulagem e isolamento.
[0027] Os reguladores de buck-boost de ZVS proporcionam uma saída regulada a partir de uma fonte de entrada desregulada. Os reguladores de buck-boost de ZVS podem ser utilizados sozinhos, como reguladores de voltagem não isolados, ou combinados com multiplicadores de corrente de SAC para criar conversores de DC/DC isolados. O regulador pode ser “fatorado” para fora a partir dos multiplicadores de corrente de SAC para proporcionar densidade aumentada no ponto de carga enquanto suportando distribuição de energia eficiente e economias em peso de condutor e custos. Em combinação, estes motores possibilitam sistemas de conversor de DC/DC com densidade, flexibilidade e eficiência significativamente mais altas do que conversores convencionais. As capacidades de regulador de buck-boost de ZVS incluem voltagens de entrada e de saída acima de pelo menos 650 Vdc e eficiência de conversão acima de 98 %.
[0028] Uma topologia de comutação suave e uma arquitetura de controle de ZVS únicas possibilitam a eficiente operação de HV em 1 MHz. Os reguladores podem ser em paralelo para conseguir energia de saída aumentada. Uma característica da arquitetura de controle de regulador é a de que sua seqüência de comutação não muda tanto em modo de buck ou quanto em modo de boost. Somente a duração de fases relativa dentro de cada ciclo de operação é controlada para efetuar aumento de voltagem ou diminuição de voltagem.
[0029] Os conversores de relação fixada, que incluem o conversor de ônibus (bus) de SAC HV, têm capacidade de eficiente conversão de ônibus (bus) de HV. As capacidades de conversor de ônibus (bus) de SAC HV incluem voltagem de entrada e de saída acima de pelo menos 650 Vdc e eficiência de conversão acima de 98 %.
[0030] As topologias de Conversor de Amplitude de Seno (Sine Amplitude Converter) de ZVS - ZCS com um baixo processamento de energia de alta freqüência eficiente de suporte de trem de energia Q com um oscilador de freqüência fixada possuindo uma alta pureza espectral e simetria em modo comum, resultando em operação essencialmente livre de ruído. A arquitetura de controle bloqueia a freqüência de operação para a freqüência de ressonância de trem de força, otimizando a eficiência e minimizando a impedância de saída. Por cancelamento efetivamente de componentes reativos, impedância de saída, Zout, pode ser relativamente baixa. Para adicionalmente reduzir Zout, ou para maior capacidade de energia, conversores de ônibus (bus) podem ser colocados em paralelo (ter paralelismo) com compartilhamento de corrente preciso. Os conversores de ônibus (bus) de SAC silenciosos e poderosos, proporcionam essencialmente voltagem linear / conversão de corrente com impedância de saída plana acima de cerca de 1 MHz.
[0031] Em combinação, estas soluções são exemplos de conversores de energia bem adequados para EVs e para HEVs comerciais incluindo pequeno tamanho, baixo peso, muito alta eficiência, baixo EMI, isolamento de alta voltagem, gerenciamento de calor, modularidade,flexibilidade de projeto, escalabilidade e custos. Estes conversores são facilmente colocados em paralelo para configurar arranjos de alta energia tolerantes às falhas.
[0032] Um outro tipo de conversor de energia é um conversor de energia de DC-para-AC, ou de DC/AC, freqüentemente denominado de inversor. Este é um conversor de energia elétrico que muda corrente direta [direct current (DC)] para corrente alternada [alternating current (AC)]. A AC convertida pode estar em qualquer voltagem e freqüência requeridas com a utilização de transformadores apropriados, comutação, e circuitos de controle. Os inversores de estado sólido não possuem partes de movimentação e são utilizados em uma abrangente faixa de aplicações, a partir de pequenos suprimentos de energia de comutação em computadores, para grandes aplicações de corrente direta de alta voltagem de utilidade elétrica que transportam energia volumosa. Os inversores são comumente utilizados para suprir energia de AC a partir de fontes de DC, tais como cabos aéreos ou baterias.
[0033] Uma tração de frequência variável [variable frequency drive (VFD)] controla a velocidade de operação de um motor de AC por controle da freqüência e da voltagem da energia suprida para o motor. Um inversor proporciona a energia controlada. Na maior parte dos casos, a tração de freqüência variável inclui um retificador de maneira tal que energia de DC para o inversor pode ser proporcionada a partir de energia de AC principal. A energia de AC suprida a partir de um motor operado como um gerador pode também ser retificada para carregamento de uma bateria. Na medida em que um inversor é o componente chave, trações de freqüência variável são algumas vezes chamadas de trações de inversor ou justamente de inversores. As VFDs que operam diretamente a partir de uma fonte de AC sem primeiramente conversão da mesma para DC são chamadas ciclo conversores. Estes são agora comumente utilizados para tracionar motores de tração.
[0034] Os inversores de controle de motor de velocidade ajustável são correntemente utilizados para energizar os motores de tração em alguns veículos de trilho elétricos e diesel elétricos, e bem como em alguns veículos elétricos de bateria e veículos de rodovia elétricos híbridos. Vários aperfeiçoamentos em tecnologia de inversor estão sendo desenvolvidos especificamente para aplicações de veículo elétrico. Em veículos com frenagem regenerativa, o inversor também toma energia a partir do motor atuando como um gerador e armazena esta energia em baterias ou em um sistema de armazenamento de energia adequado similar.
[0035] Em concordância com uma concretização preferida, a presente invenção se refere a um sistema de energia híbrido em um veículo. O sistema de energia híbrido compreende um suprimento de energia autônomo e é conectável para uma infra-estrutura ou grade de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo. O veículo é disposto para operar em um modo de suprimento de energia autônomo utilizando um sistema de armazenamento de energia embarcado, em um modo de suprimento de energia externo utilizando energia elétrica a partir de cabos aéreos ou de um trilho rodoviário, ou em um modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado utilizando energia elétrica a partir de ambas as fontes.
[0036] Em concordância com a presente invenção, o sistema de energia híbrido compreende um sistema de propulsão de alta voltagem dividido em duas partes ou circuitos de alta voltagem no interior do veículo. O sistema de energia híbrido compreende um primeiro circuito de alta voltagem compreendendo um primeiro motor de tração conectado para um sistema de armazenamento de energia por um primeiro conversor de energia para a propulsão do veículo. O sistema de energia híbrido adicionalmente compreende um segundo circuito de alta voltagem compreendendo um segundo motor de tração conectável para uma fonte externa de energia elétrica por um segundo conversor de energia para a propulsão do veículo. O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem ser operados como motores, para a propulsão do veículo, ou como geradores, para a regeneração de energia.
[0037] O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem cada um ser mecanicamente conectados para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração proporcionado com um par de rodas. A conexão mecânica pode ser uma conexão direta, tal como um eixo de tração e um diferencial ou um par de motores de roda, ou uma conexão indireta, tal como uma linha de tração incluindo uma transmissão ou caixa de marchas. No caso de um caminhão, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem tracionar primeiro e segundo eixos de rodas de tração individuais, ou um eixo de rodas de tração comum. O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem também ser operados como geradores.
[0038] O primeiro circuito de alta voltagem, e assim como o segundo circuito de alta voltagem, são operados na mesma voltagem ou em voltagens similares e são conectáveis por um terceiro conversor de energia que é localizado como uma ponte entre o primeiro circuito de alta voltagem e o segundo circuito de alta voltagem e o primeiro conversor de energia e o segundo conversor de energia. Neste contexto, a expressão “alta voltagem” se refere a uma voltagem em uma faixa preferida de 500 V - 800 V. Por exemplo, o primeiro circuito de alta voltagem pode ser operado em 500 V - 700 V e o segundo circuito de alta voltagem pode ser operado em 550 V - 800 V.
[0039] O primeiro conversor de energia e o segundo conversor de energia são preferivelmente conversores de energia de DC/AC, ou inversores, que são dispostos para converter a corrente direta (contínua) de alta voltagem para corrente alternada utilizada para tração do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração. O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração são preferivelmente motores de AC de três fases (trifásicos), que podem ser síncronos e/ou assíncronos, onde motores síncronos freqüentemente utilizam magnetos permanentes (PMSM). Para o propósito da presente invenção, motores de DC podem também ser utilizados, motores de DC que podem utilizar escovas ou serem sem escovas (BLDC).
[0040] O terceiro conversor de energia é um conversor de energia de DC/DC. Esta disposição particular do conversor de energia de DC/DC é vantajosa na medida em que a mesma possibilita que o tamanho do conversor de energia de DC/DC venha a ser consideravelmente reduzido, relativamente para um posicionamento convencional de um tal conversor de energia. Exemplos de tamanhos relativos de conversor de energia de DC/DC irão ser determinados no texto subseqüente. O posicionamento do conversor de energia de DC/DC também possibilita para uma utilização muito flexível e para um número de modos de operação alternativos, cada um possibilitando para uma operação mais eficiente em energia e para perdas de energia reduzidas. Exemplos de tais modos de operação são determinados no texto posteriormente.
[0041] Uma vantagem é a de que nem toda a energia a partir do suprimento de energia externo necessita passar através da ponte. Ao invés disso, a parte principal da energia elétrica pode ser diretamente utilizada pelo veículo no segundo circuito de alta voltagem. Uma outra vantagem é a de que por divisão do sistema de alta voltagem, o terceiro conversor, ou conversor de ponte, não necessita estar em faixa de energia completa (cheia) do sistema de propulsão do veículo híbrido. Isto reduz o tamanho e os custos do terceiro conversor. O sistema de armazenamento de energia elétrica de um tal veículo híbrido pode ser de qualquer tecnologia adequada, incluindo baterias, super capacitores, células de combustível e volantes (flywheels). Por utilização do sistema de armazenamento de energia no sistema híbrido, irá ser possível adicionalmente reduzir o tamanho requerido do conversor de alimentação para o sistema híbrido.
[0042] O suprimento de energia autônomo preferivelmente, mas não necessariamente, compreende um motor de combustão interna conectado para o primeiro motor de tração. O motor de combustão interna pode ser utilizado para carregamento do sistema de armazenamento de energia, por exemplo, uma bateria, por operação do primeiro motor de tração como um gerador, utilizando o primeiro conversor de energia como um retificador.
[0043] O segundo circuito de alta voltagem é conectável para um suprimento de energia externo na forma de cabos aéreos ou de um trilho. Os cabos aéreos podem ser acessados através de um pantógrafo convencional ou os similares, montado em uma localização adequada sobre o veículo. O trilho pode ser um trilho rodoviário adjacente para a rota seguida pelo veículo, ou um trilho com entalhe (recesso) na superfície de estrada. Exemplos de tais soluções podem ser encontrados no “Conceito de estradas elétricas” (“Electric roads concept”) proposto pela Volvo, ou nos documentos do estado da técnica, tais como o pedido de patente internacional número WO 2012/069495 e o pedido de patente chinês número CN 102275510, que são incorporados para referência.
[0044] Como indicado anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem ser conectados para eixos de rodas de tração individuais, ou serem conectados para um eixo de rodas de tração comum. Diferentes modos de operação estão disponíveis dependendo da conexão mecânica selecionada para os motores.
[0045] Um comutador controlável pode ser conectado em paralelo com o terceiro conversor de energia. O comutador é disposto para bypass do terceiro conversor de energia quando fechado. A operação do comutador controlável é determinada pelo modo de operação selecionado, o que irá ser descrito posteriormente.
[0046] A presente invenção adicionalmente se refere a um método para operação de um sistema de energia híbrido em um veículo proporcionado com um suprimento de energia autônomo e sendo conectável para uma infra- estrutura de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo.
[0047] Como indicado anteriormente, o sistema de energia híbrido compreende um primeiro circuito de alta voltagem compreendendo um primeiro motor de tração para a propulsão do veículo conectado para um sistema de armazenamento de energia por um primeiro conversor de energia, e um segundo circuito de alta voltagem compreendendo um segundo motor de tração para a propulsão do veículo conectável para uma fonte externa de energia elétrica por um segundo conversor de energia. O primeiro circuito de alta voltagem e o segundo circuito de alta voltagem são conectáveis por um terceiro conversor de energia e por um comutador controlável em paralelo entre o primeiro conversor de energia e o segundo conversor de energia.
[0048] O método envolve a operação do sistema de energia híbrido em qualquer um de um número de modos alternativos, modos de operação que incluem pelo menos: • um modo de suprimento de energia autônomo envolvendo operação do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração utilizando o sistema de armazenamento de energia; • um modo de suprimento de energia externo envolvendo conexão do terceiro conversor de energia e operação de um ou de ambos do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração utilizando a fonte externa de energia elétrica; e • um modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado envolvendo operação do primeiro motor de tração utilizando o sistema de armazenamento de energia e do segundo motor de tração utilizando a fonte externa de energia elétrica.
[0049] No modo de suprimento de energia autônomo, o sistema de armazenamento de energia é utilizado para operação elétrica do veículo, quando o suprimento de energia externo é desconectado. O sistema de armazenamento de energia pode ser utilizado para operação do primeiro motor de tração unicamente, utilizando o sistema de armazenamento de energia diretamente por intermédio do primeiro conversor de energia.
[0050] No modo de suprimento de energia externo, o segundo motor de tração pode ser conectado diretamente para o suprimento de energia externo por intermédio do segundo conversor de energia, sem perdas sendo incorridas no terceiro conversor de energia. Em adição, o suprimento de energia externo pode também ser conectado para o primeiro motor de tração, por intermédio do terceiro conversor de energia e do primeiro conversor de energia, de maneira tal a operar tanto o primeiro motor de tração e quanto o segundo motor de tração. O sistema de armazenamento de energia pode ser carregado a partir do suprimento de energia externo durante o último modo de operação.
[0051] No modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado, o primeiro motor de tração pode ser operado utilizando o sistema de armazenamento de energia por intermédio do primeiro conversor de energia, e o segundo motor de tração pode ser operado utilizando a fonte externa de energia elétrica, por intermédio do primeiro conversor de energia. Neste caso, o segundo motor de tração pode ser tracionado diretamente pelo suprimento de energia externo, sem perdas sendo incorridas no terceiro conversor de energia.
[0052] Como indicado anteriormente, o método da presente invenção possibilita para um sistema de energia híbrido flexível que pode ser operado em múltiplos modos alternativos, enquanto minimizando a utilização do terceiro conversor de energia. Esta flexibilidade é tornada possível pela localização do terceiro conversor de energia, que é um conversor de DC/DC. O reduzido requerimento de energia para o conversor de DC/DC possibilita que o mesmo venha a ser dimensionado para uma estimativa de energia relativamente pequena. Isto por sua vez possibilita para um conversor de DC/DC de menor tamanho e de menor peso, possuindo muito alta eficiência e reduzida geração de calor.
[0053] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um modo de suprimento de energia autônomo alternativo envolvendo bypassing do terceiro conversor de energia e operação tanto do primeiro motor de tração e quanto do segundo motor de tração utilizando o sistema de armazenamento de energia. Neste exemplo, o sistema de armazenamento de energia pode ser utilizado para operação tanto do primeiro motor de tração e quanto do segundo motor de tração por controle de um comutador conectado em paralelo para bypass do terceiro conversor de energia. O sistema de armazenamento de energia pode também ser utilizado para operação do segundo motor de tração, utilizando o sistema de armazenamento de energia diretamente por intermédio do segundo conversor de energia. No último caso, o segundo motor de tração pode ser tracionado diretamente pelo sistema de armazenamento de energia, sem perdas sendo incorridas no terceiro conversor de energia. Dependendo do projeto da linha de tração de veículo, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem ser utilizados para tração independentemente do primeiro eixo de rodas de tração e do segundo eixo de rodas de tração, respectivamente, ou para tração de um eixo de rodas de tração comum.
[0054] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um modo de suprimento de energia externo alternativo por bypassing do terceiro conversor de energia. Este exemplo envolve desconexão do sistema de armazenamento de energia, utilizando contactores ou disjuntores existentes conectando o sistema de armazenamento de energia para o primeiro circuito de alta voltagem, e operação tanto o primeiro motor de tração e quanto o segundo motor de tração utilizando a fonte externa de energia elétrica por intermédio de seus respectivos conversores de energia. Como no exemplo prévio, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem ser utilizados para tração independente do primeiro eixo de rodas de tração e do segundo eixo de rodas de tração, respectivamente, ou para tração de um eixo de rodas de tração comum.
[0055] Ambos estes modos de operação alternativos contribuem para flexibilidade aumentada para o sistema de energia híbrido, por possibilitação de que energia venha a ser suprida diretamente para o primeiro motor de tração e para o segundo motor de tração a partir do sistema de armazenamento de energia embarcado ou da fonte externa de força elétrica sem incorrendo em perdas no terceiro conversor de energia, que é um conversor de DC/DC.
[0056] O sistema de energia híbrido da presente invenção pode também ser operado em um número de modos de operação regenerativos alternativos, adicionando para a flexibilidade do sistema.
[0057] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um primeiro modo de operação regenerativo alternativo. No primeiro modo regenerativo alternativo, o segundo motor de tração é tracionado utilizando a fonte externa de energia elétrica para tracionar um elemento de engate ao solo. Como descrito anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem cada um ser mecanicamente conectados para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração proporcionado com um par de rodas. Em concordância com isso, quando o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração são mecanicamente conectados para elementos de engate ao solo individuais, o segundo motor de tração pode tracionar o primeiro motor de tração indiretamente por intermédio dos elementos de engate ao solo. O segundo motor de tração traciona um elemento de engate ao solo, por intermédio do que um elemento de engate ao solo adicional traciona o primeiro motor de tração para carregamento do sistema de armazenamento de energia. O primeiro conversor de energia pode ser utilizado como um retificador para este propósito.
[0058] O primeiro modo regenerativo alternativo pode ser utilizado para carregamento do sistema de armazenamento de energia quando o terceiro conversor de energia (DC/DC) não pode suprir suficiente energia para este propósito.
[0059] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um segundo modo de operação regenerativo alternativo. No segundo modo regenerativo alternativo, energia é suprida para a fonte externa de energia elétrica por utilização de um comutador controlável montado em paralelo por bypass do terceiro conversor de energia e operação de um ou de ambos do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração como geradores utilizando elementos de engate ao solo. Como descrito anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem cada um ser mecanicamente conectados para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração proporcionado com um par de rodas. O segundo modo regenerativo alternativo pode ser utilizado para frenagem do veículo sem utilização dos freios de serviço ou quando se deslocando em declive. A energia cinética é convertida para energia elétrica por um ou por ambos os motores de tração e é suprida diretamente para a fonte externa de energia elétrica por intermédio do respectivo primeiro conversor de energia e/ou segundo conversor de energia.
[0060] O segundo modo regenerativo alternativo permite energia elétrica possibilita que energia elétrica regenerada venha a ser retornada para a grade sem utilização do terceiro conversor de energia (DC/DC).
[0061] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um terceiro modo de operação regenerativo alternativo. No terceiro modo regenerativo alternativo, energia é suprida para o sistema de armazenamento de energia por utilização de um comutador controlável montado em paralelo para bypass do terceiro conversor de energia (DC/DC) e operação de um ou de ambos do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração como geradores utilizando elementos de engate ao solo. Como descrito anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração podem cada um ser mecanicamente conectados para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração proporcionado com um par de rodas. O segundo modo regenerativo alternativo pode ser utilizado para frenagem do veículo sem utilização dos freios de serviço ou quando se deslocando em declive ao invés de utilização de frenagem de compressão. A energia cinética é convertida para energia elétrica por um ou por ambos os motores de tração e é suprida diretamente para o sistema de armazenamento de energia por intermédio do respectivo primeiro conversor de energia e/ou segundo conversor de energia. Durante esta operação, o suprimento de energia externo tem que ser desconectado.
[0062] O terceiro modo regenerativo alternativo possibilita que a energia elétrica venha a ser retornada para o sistema de armazenamento de energia sem utilização do terceiro conversor de energia (DC/DC).
[0063] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um quarto modo de operação regenerativo alternativo. No quarto modo de operação regenerativo alternativo, o segundo motor de tração é tracionado utilizando a fonte externa de energia elétrica. Quando o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração são mecanicamente conectados para um elemento de engate ao solo comum, o segundo motor de tração pode tracionar o primeiro motor de tração diretamente por intermédio de uma conexão mecânica na transmissão para carregamento do sistema de armazenamento de energia. Isto envolve desconexão de ambos os motores de tração a partir da parte da transmissão de veículo conectando os mesmos para os elementos de engate ao solo. O primeiro motor de tração é, então, tracionado utilizando o segundo motor de tração para carregar o sistema de armazenamento de energia.
[0064] O quarto modo regenerativo alternativo pode ser utilizado para carregamento do sistema de armazenamento de energia quando o veículo está paralisado, sem utilização do terceiro conversor de energia (DC/DC).
[0065] A presente invenção adicionalmente se refere a um veículo, preferivelmente, mas não necessariamente, a um veículo comercial, compreendendo um sistema de energia híbrido como descrito e operado em concordância com o texto anteriormente.
[0066] A presente invenção também se refere a um programa de computador, a um produto de programa de computador e a um meio (a uma mídia) de armazenamento para um computador, todos para serem utilizados com um computador para execução do método como descrito em qualquer um dos exemplos anteriormente mencionados.
[0067] Um sistema de energia híbrido como descrito anteriormente, compreende dois circuitos de alta voltagem que são conectados por um conversor de DC/DC e podem ser operados em diferentes níveis de tolerância. Por exemplo, em um sistema exemplificativo, a voltagem nominal nos dois circuitos elétricos pode ser, por exemplo, de 600 V enquanto a voltagem efetiva em um primeiro dos circuitos pode variar entre 500 V e 900 V. Se a variação permissível no segundo circuito é limitada para 550 V até 800 V, então, um conversor de DC/DC pode ser conectado entre os dois circuitos para possibilitar transferência de energia sem correr o risco de interferência ou de dano para o sistema.
[0068] Vantagens adicionais com a disposição são as de que menos componentes são requeridos para possuir isolamento galvanicamente a partir do chassi do veículo. Em concordância com a presente invenção, é suficiente proporcionar isolamento galvânico para o conversor de DC/DC, para o segundo motor elétrico e para seu inversor (segundo conversor de energia). Um sistema convencional, por exemplo, como descrito na Figura 4, deveria requerer isolamento galvânico para a integridade de sistema incluindo os primeiros motores elétricos e o sistema de armazenamento de energia. Por provisão de um conversor de energia na forma de um conversor de DC/DC conectando os dois circuitos de alta voltagem, o sistema pode ser operado em diferentes múltiplos modos sem requisição de que toda a energia elétrica venha a passar através do conversor de DC/DC. Isto resulta em perdas de conversão reduzidas e geração de calor requerendo resfriamento, o que por sua vez aperfeiçoa a eficiência global de sistema e reduz a demanda sobre o sistema de resfriamento de veículo. A estimativa de energia do conversor de DC/DC pode também ser reduzida, o que possibilita que o tamanho do conversor de energia venha a ser reduzido e contribui para uma instalação mais compacta.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA INVENÇÃO
[0069] No texto a seguir, a presente invenção irá ser descrita em maiores detalhes por referência dos desenhos anexos. Estes desenhos esquemáticos são utilizados para propósitos de ilustração unicamente, e não são de nenhuma maneira, para limitação do escopo da invenção. Nos desenhos: A Figura 1A mostra uma vista lateral de um veículo híbrido com um coletor de energia em concordância com uma concretização da presente invenção; A Figura 1B mostra uma vista lateral de um veículo híbrido em concordância com uma concretização alternativa da presente invenção; A Figura 2A mostra um diagrama esquemático de um sistema de energia em concordância com um primeiro exemplo da presente invenção; A Figura 2B mostra um diagrama esquemático de um sistema de energia em concordância com um segundo exemplo da presente invenção; A Figura 3A mostra um diagrama esquemático de um sistema de energia em concordância com um terceiro exemplo da presente invenção; A Figura 3B mostra um diagrama esquemático de um sistema de energia em concordância com um quarto exemplo da presente invenção; A Figura 3C mostra um diagrama esquemático de um sistema de energia em concordância com um quinto exemplo da presente invenção; A Figura 4 mostra um diagrama esquemático de um sistema de energia híbrido convencional; e A Figura 5 mostra a presente invenção aplicada sobre uma disposição de computador.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0070] A Figura 1A é uma vista lateral mostrando um veículo híbrido com um coletor de energia em concordância com uma concretização da presente invenção, e a Figura 1B é uma vista lateral mostrando um veículo híbrido alternativo em concordância com uma concretização alternativa da presente invenção. Como é mostrado nas Figuras 1A - 1B, o veículo híbrido com o coletor de energia é aplicado para um caminhão pesado referenciado como um “veículo” no texto subseqüente.
[0071] A Figura 1A mostra um veículo (101) na forma de um caminhão com um eixo de rodas dianteiro (102) e dois eixos de rodas primeiro e segundo tracionados traseiros (103, 104). O veículo (101) é proporcionado com um suprimento de energia autônomo compreendendo um motor de combustão interna [internal combustion engine (ICE)] (105) conectado para um primeiro motor-gerador elétrico [electric motor-generator (EM1)] (106) e uma transmissão (107), tal como uma transmissão manual automatizada [automated manual transmission (AMT)], para transmissão de torque para o primeiro eixo de rodas traseiro (103) por intermédio de um primeiro eixo de tração (108). Um primeiro motor-gerador elétrico (EM) (106), aqui posteriormente referenciado como o primeiro motor, pode ser proporcionado com energia elétrica a partir de um sistema de armazenamento de energia embarcado, tal como uma bateria, ou um suprimento de energia externa, tais como cabos aéreos. Isto irá ser descrito em detalhes adicionais posteriormente. O motor (105), o primeiro motor (106), a transmissão (107) e o primeiro eixo de tração (108) constituem um primeiro sistema de transmissão de força de tração que transmite força de tração rotacional do motor (105) e/ou do primeiro motor (106) para o primeiro eixo de rodas traseiro (103).
[0072] Embora as Figuras descrevam um exemplo utilizando cabos aéreos, o conceito da presente invenção é também aplicável para disposições condutivas alternativas, tais como trilhos ou pistas rodoviário/as, ou disposições indutivas localizadas na superfície de estrada.
[0073] Um segundo motor-gerador elétrico (EM2) (110) é proporcionado abaixo adjacente para o segundo eixo de rodas traseiro (104) e é conectado para referido eixo de rodas por intermédio de um segundo eixo de tração (111). O segundo motor (106) e o segundo eixo de tração (111) constituem um segundo sistema de transmissão de força de tração que transmite força de tração rotacional do segundo motor (106) para o segundo eixo de rodas traseiro (104). O segundo motor-gerador elétrico (110), aqui posteriormente referenciado como o segundo motor, pode ser proporcionado com energia elétrica a partir de um suprimento de energia externo, tais como cabos aéreos, e/ou com um sistema de armazenamento de energia embarcado, tal como uma bateria (não mostrada).
[0074] O suprimento de energia elétrica para o primeiro motor e/ou para o segundo motor (106, 110), pantógrafos (112) (um é mostrado) são proporcionados como unidades de recuperação de energia de um coletor de energia (113) em uma parte superior do veículo (101). Os pantógrafos (112) podem ser montados para a parte superior do veículo (101) atrás de uma cabine (109), como mostrado na Figura 1A, ou na cabine em si mesma, como é mostrado na Figura 1B. A energia elétrica é suprida por intermédio dos pantógrafos (112) para o primeiro motor e/ou para o segundo motor (106, 110) a partir de cabos aéreos (114) dispostos acima de uma estrada. Os cabos aéreos (114) são compreendidos de um par de cabos aéreos (não mostrados), e os pantógrafos (112) são também compreendidos de um par de pantógrafos. Os pantógrafos (112) são conectados para os cabos aéreos (114), respectivamente. Aqui, é assumido que corrente contínua (direta) (DC) é suprida para os cabos aéreos (114), e um dos dois cabos aéreos (114) é uma linha de suprimento de energia para a qual corrente contínua é suprida, e o outro dos dois cabos aéreos (114) atua como uma linha de retorno de eletricidade. O coletor de energia (113) compreende os pantógrafos (112) e um acionador (115) para elevação e abaixamento dos pantógrafos (112), como é indicado pela flecha (A). Os pantógrafos (12) são adaptados para serem tracionados entre uma posição de operação na qual os mesmos recebem energia elétrica a partir de cabos aéreos (114), como é indicado por linhas sólidas na Figura 1A, e uma posição retraída na qual os mesmos não recebem nenhuma energia elétrica, como é indicado por linhas tracejadas/pontilhadas na Figura 1A.
[0075] Uma unidade de controle eletrônico de motor de combustão interna (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle de motor de combustão interna para controle do motor (105), e da transmissão (107). Uma unidade de controle eletrônico de motor (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle de motor para controle do primeiro motor e do segundo motor (106, 110), e uma unidade de controle eletrônico de coletor de energia (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle de coletor de energia para controle do coletor de energia (113). Para controle global, uma unidade de controle eletrônico [electronic control unit (ECU)]; (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle integrado para realização de controle integrado da unidade de controle eletrônico de motor de combustão interna, da unidade de controle eletrônico de motor e da unidade de controle eletrônico de coletor de energia. A unidade de controle eletrônico é parte de um sistema de suprimento elétrico (120) no veículo, sistema que controla e supre energia elétrica para o e a partir do primeiro e do segundo motores (106, 110) e para o e a partir do sistema de armazenamento de energia, tal como uma bateria. O sistema de suprimento elétrico (120) é uma parte integral do sistema de energia híbrido de veículo e compreende os eletrônicos de energia requisitados para conexão do coletor de energia (113), do primeiro motor (106) e do segundo motor (110) e do sistema de armazenamento de energia. O sistema de suprimento elétrico (120) irá ser descrito em detalhes adicionais posteriormente. O motor de combustão interna (105) é preferivelmente um motor a diesel, e sua quantidade de injeção de combustível é eletronicamente controlada pela unidade de controle eletrônico de motor em resposta para uma requisição de saída. A transmissão (107) é adaptada para ser uma transmissão manual automatizada que é ativada por um acionador de mudança de marchas (não mostrado), para selecionar uma mudança de marchas a ser utilizada. Uma embreagem (não mostrada) é adaptada para ser engatada e desengatada por um acionador de embreagem (não mostrado). Estes acionadores são eletronicamente controlados pela unidade de controle eletrônico de motor em resposta para uma requisição de mudança de marchas, de maneira tal que a embreagem é engatada e desengatada, e mudanças de marcha são modificadas. A disposição e a operação de uma transmissão deste tipo em um veículo híbrido são bem conhecidas no estado da técnica e não irão ser descritas em detalhes adicionais.
[0076] O primeiro motor e o segundo motor (106, 110) são preferivelmente motores de corrente alternada (AC) de três fases (trifásicos), e seu estado rotacional é eletronicamente controlado pela unidade de controle eletrônico de motor em resposta para uma requisição de saída. Deveria ser observado que o primeiro motor e o segundo motor (106, 110) podem tanto realizar a operação regenerativa, como geradores, e quanto a operação de energização normal, como motores de tração. A unidade de controle eletrônico de motor possui uma função (um recurso de controle de regeneração) para realização de controle regenerativo dos motores (106, 110) de maneira tal que energia regenerativa é armazenada como energia elétrica em uma bateria (ou em um outro recurso de armazenamento de energia), por exemplo, durante a frenagem ou durante o deslocamento em declive. A energia elétrica armazenada em uma bateria ou os similares pode ser utilizada para operação de pelo menos o primeiro motor (106), por exemplo,quando o coletor de energia (113) não é operado para coleta de energia. Diferentes modos de operação irão ser descritos em detalhes posteriormente.
[0077] A ECU, como o recurso de controle integrado, pode ajustar um modo de tração de veículo e realiza o controle integrado da unidade de controle eletrônico de motor de combustão interna, da unidade de controle eletrônico de motor, e da unidade de controle eletrônico de coletor de energia fundamentada sobre a informação a partir de estradas, de informação de GPS e assim por diante sobre a informação recebida por intermédio de uma unidade de transmissão e de recepção, de requisições de saída (incluindo requisições de frenagem) a partir de um pedal de acelerador e de um pedal de freio, não mostrados, e sobre informação de seleção a partir de um comutador de seleção (um recurso de seleção de modo de tração; não mostrado) que possibilita seleção de um modo de tração. Os modos de tração primordiais de veículo são um modo de suprimento de energia externo no qual o veículo é tracionado por somente força de tração rotacional a partir de pelo menos um motor, e um modo de suprimento de energia autônomo no qual o veículo é tracionado pela força de tração rotacional a partir do motor e/ou de pelo menos um motor utilizando o recurso de armazenamento de energia. O comutador de seleção possibilita que um motorista venha a selecionar um ou outro destes modos de tração, e também possibilita para a seleção de um modo de seleção automático no qual um modo de tração é automaticamente selecionado pela ECU.
[0078] Quando o modo de seleção automático é selecionado utilizando o comutador de seleção, a ECU pode atuar como um recurso de seleção de modo de tração. Em uma situação onde a estrada é equipada com cabos aéreos (114), e o veículo (101) está rodando em uma faixa (pista) de tração equipada com cabos aéreos (114) e pode coletar energia a partir dos cabos aéreos (114), o modo de suprimento de energia externo é primariamente selecionado. Em um caso onde energia elétrica é especialmente necessitada em uma situação onde energia elétrica pode ser coletada a partir de cabos aéreos (114), um modo de tração combinado é automaticamente selecionado. Em uma situação onde energia elétrica não pode ser coletada a partir dos cabos aéreos (114), o modo de suprimento de energia autônomo é primariamente selecionado. A ECU pode também selecionar um modo de tração combinado no qual o veículo é tracionado por uma combinação de força de tração rotacional a partir de pelo menos um motor e de força de tração rotacional a partir dos motores.
[0079] Se energia elétrica é coletável ou não é coletável a partir dos cabos aéreos (114) pode ser determinado utilizando um sensor, tal como uma câmera, que é disposta na vizinhança dos pantógrafos (112) e que detecta a presença dos cabos aéreos (114). Quando informação de detecção é obtida a partir do sensor, é determinado que energia elétrica pode ser coletada a partir dos cabos aéreos (114), e quando informação de detecção não é obtida a partir do sensor, é determinado que energia elétrica não pode ser coletada a partir dos cabos aéreos (114). A ECU pode ser proporcionada com um recurso de determinação de posição de veículo para determinação de se os pantógrafos (112) estão ou não estão em uma posição onde os mesmos podem receber energia elétrica a partir dos cabos aéreos (114). A ECU também possui um recurso de determinação de cabo aéreo para determinação de se os cabos aéreos (114) estão dispostos ou não estão dispostos na faixa (pista) na qual o veículo (101) está rodando fundamentada sobre a informação a partir de estradas e sobre a informação de GPS imputada (alimentada) para a ECU. Quando o recurso de determinação de cabo aéreo determina que os cabos aéreos (114) estão descontinuados na faixa (pista) na qual o veículo (101) está correntemente rodando no modo de suprimento de energia externo utilizando pelo menos um motor (o modo de suprimento de energia externo ou o modo de tração combinado), a ECU automaticamente muda para o modo de suprimento de energia autônomo independentemente de qual modo de tração é selecionado pelo comutador de seleção antes que o veículo (101) venha a adentrar a área onde os cabos aéreos (114) não são proporcionados. Quando o recurso de determinação de posição de veículo determina que os pantógrafos (112) estão em posições onde os mesmos podem receber energia elétrica a partir dos cabos aéreos (114), os procedimentos anteriormente são realizados ao contrário (de modo inverso). Em um caso onde um modo de tração de motor de combustão interna, não utilizando motores, é selecionado, ao motor se dá partida se o motor está em uma paralisação, e o acionador (115) é controlado para ajustar os pantógrafos (112) na posição retraída de maneira tal que venha a inibir os mesmos a partir de coleta de energia elétrica.
[0080] A Figura 1B mostra um veículo (131) na forma de um caminhão com um eixo de rodas dianteiro (132) e com um eixo de rodas de tração traseiro (133). Como na Figura 1A, o veículo (131) é proporcionado com um suprimento de energia autônomo compreendendo um motor de combustão interna (ICE) (135) conectado para o primeiro motor-gerador elétrico (EM1) (136) e uma transmissão (137), tal como uma transmissão manual automatizada (AMT), para transmissão de torque para o eixo de rodas traseiro (133) por intermédio de um eixo de tração (138). O primeiro motor-gerador elétrico (EM) (136), aqui posteriormente referenciado como o motor, pode ser proporcionado com energia elétrica a partir de um sistema de armazenamento de energia embarcado, tal como uma bateria, ou a partir de um suprimento de energia externo, tais como cabos aéreos. Isto irá ser descrito em detalhes adicionais posteriormente. O motor de combustão (135), o motor elétrico (136), a transmissão (137) e eixo de rodas de tração (138) constituem um primeiro sistema de transmissão de força de tração que transmite força de tração rotacional do motor (135) e/ou do primeiro motor (136) para o eixo de rodas traseiro (133). Um segundo motor-gerador elétrico (EM2) (140) é proporcionado para tração do eixo de rodas de tração (138) depois da transmissão (137).
[0081] Alternativamente, o segundo motor pode ser disposto abaixo e adjacente para o eixo de rodas traseiro (133) e ser conectado para referido eixo de rodas por intermédio de um segundo eixo de tração, similar para a solução que é mostrada na Figura 1A.
[0082] O segundo motor-gerador elétrico (136) constitui um segundo sistema de transmissão de força de tração que transmite força de tração rotacional do segundo motor-gerador elétrico (136) para o eixo de rodas traseiro (133). O segundo motor-gerador elétrico (140), aqui posteriormente referenciado como o segundo motor, pode ser proporcionado com energia elétrica a partir de um suprimento de energia externo, tais como cabos aéreos, e/ou a partir de um sistema de armazenamento de energia embarcado, tal como uma bateria (não mostrada).
[0083] O suprimento de energia elétrica para o primeiro motor e/ou para o segundo motor (136, 140), para os pantógrafos (142) (um é mostrado) são proporcionados como unidades de recuperação de energia de um coletor de energia (143) em uma parte superior do veículo (131). Os pantógrafos (142) podem ser montados para a parte superior do veículo (131) atrás de uma cabine (139), como é mostrado na Figura 1A, ou sobre a cabine em si mesma, como é mostrado na Figura 1B. A energia elétrica é suprida por intermédio dos pantógrafos (142) para o primeiro motor e/ou para o segundo motor (136, 140) a partir de cabos aéreos (144) dispostos acima de uma estrada. Os cabos aéreos (144) são compreendidos de um par de cabos aéreos (um é mostrado), e os pantógrafos (142) são também compreendidos de um par de pantógrafos. Os pantógrafos (142) são conectados para os cabos aéreos (144), respectivamente. É assumido que corrente contínua (direta) (DC) é suprida para os cabos aéreos (144), e um dos cabos aéreos (144) é uma linha de suprimento de energia para a qual corrente contínua (DC) é suprida, e o outro de um dos cabos aéreos (144) atua como uma linha de retorno de eletricidade. O coletor de energia (143) compreende os pantógrafos (142) e um acionador (145) para a elevação e o abaixamento dos pantógrafos (142). Os pantógrafos (142) são adaptados para serem tracionados entre uma posição de operação na qual os mesmos recebem energia elétrica a partir dos cabos aéreos (144), como é indicado por linhas sólidas na Figura 1B, e uma posição retraída na qual os mesmos não recebem energia nenhuma energia elétrica como é indicado por linhas tracejadas/pontilhadas na Figura 1B.
[0084] O veículo (131) na Figura 1B é proporcionado com uma unidade de controle eletrônico de motor de combustão interna (não mostrada) como um recurso de controle de motor de combustão interna para controle do motor de combustão interna (135), e da transmissão (137). Uma unidade de controle eletrônico de motor (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle de motor para controle do primeiro motor e do segundo motor (136, 140), e uma unidade de controle eletrônico de coletor de energia (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle de coletor de energia para controle do coletor de energia (143). Para o controle global, uma unidade de controle eletrônico [electronic control unit (ECU)]; (não mostrada) é proporcionada como um recurso de controle integrado para realização de controle integrado da unidade de controle eletrônico de motor de combustão interna, da unidade de controle eletrônico de motor e da unidade de controle eletrônico de coletor de energia. A unidade de controle eletrônico é parte de um sistema de suprimento elétrico (150) no veículo, sistema que controla e supre energia elétrica para o e a partir do primeiro motor e do segundo motor (136, 140) e para o a partir do sistema de armazenamento de energia, tal como uma bateria. O sistema de suprimento elétrico (150) é uma parte integral do sistema de energia híbrido de veículo e compreende os eletrônicos de energia requisitados para conexão do coletor de energia (143), do primeiro motor e do segundo motor (136, 140) e do sistema de armazenamento de energia. A operação do sistema de energia híbrido é realizada da mesma maneira como aquela para o sistema que foi descrito para a Figura 1A anteriormente, com a diferença de que ambos os motores são dispostos para tracionar o mesmo eixo de rodas traseiro (133).
[0085] A Figura 2A mostra um diagrama esquemático de um veículo (201) com um sistema de energia híbrido em concordância com um primeiro exemplo da presente invenção. Neste exemplo, o sistema de energia híbrido compreende um suprimento de energia autônomo e é conectável para uma infra-estrutura ou grade de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo. O veículo (201) é disposto para operar em um modo de suprimento de energia autônomo utilizando um sistema de armazenamento de energia embarcado (202), em um modo de suprimento de energia externo utilizando energia elétrica a partir de cabos aéreos (203), ou em um modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado utilizando energia elétrica a partir de ambas as fontes. O sistema de armazenamento de energia elétrica neste veículo híbrido compreende baterias, mas qualquer tecnologia adequada pode ser utilizada, tais como super capacitores, células de combustível e volantes.
[0086] O sistema de energia híbrido na Figura 2A compreende um sistema de propulsão de alta voltagem dividido em duas partes ou circuitos de alta voltagem (204, 205) no interior do veículo (201). O primeiro circuito de alta voltagem (204) compreende um primeiro motor de tração (206) conectado para um sistema de armazenamento de energia por um primeiro conversor de energia (207) para a propulsão do veículo (201). Neste caso, o sistema de armazenamento de energia é uma bateria (202) que é conectada para o primeiro sistema de alta voltagem por relês e contatores convencionais (208), possibilitando que a bateria (202) venha a ser conectada e desconectada a partir do sistema de alta voltagem. O segundo circuito de alta voltagem (205) compreende um segundo motor de tração (210) conectável para a fonte externa de energia elétrica (203) por um coletor de energia (211) que é diretamente conectado para um segundo conversor de energia (212) para a propulsão do veículo (201). O coletor de energia (211) é conectado para o segundo circuito de alta voltagem (205) por relês e contatores convencionais (213), possibilitando que o coletor de energia (211) venha a ser conectado e desconectado a partir do sistema de alta voltagem. O primeiro conversor de energia e o segundo conversor de energia (207, 212) são conversores de DC/AC para conversão da alta voltagem de DC no respectivo circuito de alta voltagem (204, 205) para uma voltagem de AC para tração do primeiro motor e do segundo motor de AC. O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração são motores de AC de três fases (trifásicos). O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 210) podem ser operados como motores, para a propulsão do veículo, ou como geradores, para a regeneração de energia. Quando os motores são operados em modo gerador, o respectivo primeiro conversor de energia e o respectivo segundo conversor de energia é operado como um retificador.
[0087] O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 210) são cada um mecanicamente conectado para o primeiro eixo de rodas de tração individual e para o segundo eixo de rodas de tração individual (215, 216), e cada um é proporcionado com um par de rodas (217, 218). O primeiro motor de tração (206) é indiretamente conectado para o primeiro eixo de rodas de tração (215) por intermédio de uma linha de tração incluindo uma transmissão manual automatizada (219), um primeiro eixo de tração (220) e um diferencial (221). O segundo motor de tração (210) é diretamente conectado para o segundo eixo de rodas de tração (216) por intermédio de um segundo eixo de tração (222) e de um diferencial (223). O esboço (layout) de linha de tração é esquematicamente mostrado na Figura 1A. Alternativamente, o segundo eixo de rodas de tração (216) pode ser proporcionado com um par de motores de roda.
[0088] O primeiro circuito de alta voltagem (204) e o segundo circuito de alta voltagem (205) são operados na mesma voltagem ou em voltagens similares e são conectáveis por um terceiro conversor de energia (214) que é localizado como uma ponte entre o primeiro circuito de alta voltagem (204) e o segundo circuito de alta voltagem (205) e o primeiro conversor e o segundo conversor de DC/AC (207, 212). O terceiro conversor de energia (214) é um conversor de energia de DC/DC. Neste contexto, a expressão “alta voltagem” se refere a uma voltagem em uma faixa preferida de 500 V - 800 V. Por exemplo, o primeiro circuito de alta voltagem (204) pode ser operado em 500 V - 700 V e o segundo circuito de alta voltagem (205) pode ser operado em 550 V - 800 V.
[0089] Uma vantagem é a de que nem toda a energia a partir do suprimento de energia externo necessita passar através da ponte. Ao invés disso, a parte principal da energia elétrica pode ser diretamente utilizada pelo veículo no segundo circuito de alta voltagem (205). Por utilização do sistema de armazenamento de energia no sistema híbrido, irá ser possível reduzir o tamanho requerido do conversor de DC/DC. Uma outra vantagem é a de que por divisão do sistema de alta voltagem, o terceiro conversor (214), ou conversor de DC/DC, não necessita estar em faixa de energia completa do sistema de propulsão do veículo híbrido. Isto adicionalmente reduz o tamanho e os custos do terceiro conversor. Por exemplo, em um sistema em concordância com a presente invenção, a estimativa contínua do conversor de DC/DC pode ser de 50 kW - 100 kW, quando comparada com um sistema convencional. Em um sistema convencional com um conversor de DC/DC manipulando toda a energia elétrica a partir de um suprimento de energia externo, a estimativa contínua pode ser de 150 kW - 300 kW dependendo do esboço (layout) de sistema. O posicionamento do conversor de energia de DC/DC também possibilita para uma utilização muito flexível e para um número de modos de operação alternativos, cada um possibilitando para uma operação mais eficiente em energia e para reduzidas perdas de energia. Exemplos de tais modos de operação são determinados no texto subseqüentemente.
[0090] O suprimento de energia autônomo adicionalmente compreende um motor de combustão interna (224) conectado para o primeiro motor de tração (206) por intermédio de uma embreagem (não mostrada). O motor de combustão interna (224) pode ser utilizado para tração do primeiro eixo de rodas de tração (215) por intermédio da linha de tração ou para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202) por operação do primeiro motor de tração (206) como um gerador, utilizando o primeiro conversor de energia (207) como um retificador.
[0091] O segundo circuito de alta voltagem (205) é conectável para o suprimento de energia externo (203), neste caso na forma de cabos aéreos (225, 226). Os cabos aéreos (225, 226) podem ser acessados através de um pantógrafo convencional, montado em uma localização adequada sobre o veículo (ver a Figura 1A e a Figura 1B). A corrente contínua (direta) (DC) é suprida para os cabos aéreos (225, 226), e um dos dois cabos aéreos (225, 226) é uma linha de suprimento de energia para a qual corrente contínua é suprida, e o outro de um dos dois cabos aéreos (225, 226) atua como uma linha de retorno de eletricidade. Alternativamente, um trilho rodoviário adjacente para a rota seguida pelo veículo, ou um trilho de entalhe (em recesso) na superfície de estrada pode ser utilizado.
[0092] A Figura 2B mostra um diagrama esquemático de um veículo com um sistema de energia híbrido em concordância com um segundo exemplo da presente invenção. O sistema mostrado na Figura 2B é basicamente idêntico para aquele da Figura 2A, em que os mesmos numerais de referência foram utilizados para idênticos componentes. O sistema na Figura 2B difere em que um comutador controlável (230) é conectado em paralelo com o terceiro conversor de energia (214). O comutador controlável (230) é disposto para bypass do terceiro conversor de energia (214) quando fechado, possibilitando para que adicionais modos de operação venham a ser utilizados. O bypass cria uma conexão direta entre o primeiro circuito de alta voltagem e o segundo circuito de alta voltagem (204, 205), por intermédio do que perdas no conversor de DC/DC podem ser evitadas. A operação do comutador controlável (230) é determinada pelo modo de operação selecionado, modos que irão ser descritos posteriormente.
[0093] A Figura 3A mostra um diagrama esquemático de um veículo (301) com um sistema de energia híbrido em concordância com um terceiro exemplo da presente invenção. Neste exemplo, o sistema de energia híbrido compreende um suprimento de energia autônomo e é conectável para uma infra-estrutura ou grade de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo. O veículo (301) é disposto para operar em um modo de suprimento de energia autônomo utilizando sistema de armazenamento de energia embarcado (302), em um modo de suprimento de energia externo utilizando energia elétrica a partir de cabos aéreos (303), ou em um modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado utilizando energia elétrica a partir de ambas as fontes. O sistema de armazenamento de energia elétrica neste veículo híbrido compreende baterias, mas qualquer tecnologia adequada pode ser utilizada, tal como super capacitores, células de combustível e volantes.
[0094] O sistema de energia híbrido na Figura 3A compreende um sistema de propulsão de alta voltagem dividido em duas partes ou circuitos de alta voltagem (304, 305) no interior do veículo (301). O primeiro circuito de alta voltagem (304) compreende um primeiro motor de tração (306) conectado para um sistema de armazenamento de energia por um primeiro conversor de energia (307) para a propulsão do veículo (301). Neste caso, o sistema de armazenamento de energia é uma bateria (302) que é conectada para o primeiro sistema de alta voltagem por relês e contatores convencionais (308), possibilitando que a bateria (302) venha a ser conectada e desconectada a partir do sistema de alta voltagem. O segundo circuito de alta voltagem (305) compreende um segundo motor de tração (310) conectável para a fonte externa de energia elétrica (303) por um coletor de energia (311) que é diretamente conectado para um segundo conversor de energia (312) para a propulsão do veículo (301). O coletor de energia (311) é conectado para o segundo circuito de alta voltagem (305) por relês e contatores convencionais (313), possibilitando que o coletor de energia (311) venha a ser conectado e desconectado a partir do sistema de alta voltagem. O primeiro conversor de energia e o segundo conversor de energia (307, 312) são conversores de DC/AC para conversão da alta voltagem de DC no respectivo circuito de alta voltagem (304, 305) para uma voltagem de AC para tração do primeiro motor e do segundo motor de AC. O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (306, 310) são motores de AC de três fases (trifásicos). O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (306, 310) podem ser operados como motores, para a propulsão do veículo, ou como geradores, para a regeneração de energia. Quando os motores são operados em modo gerador, o respectivo primeiro conversor de energia (307) e o respectivo segundo conversor de energia (312) é operado como um retificador.
[0095] O primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (306, 310) são cada um mecanicamente conectado para um primeiro eixo de rodas de tração comum (315), proporcionado com um par de rodas (317). O primeiro motor de tração (306) é indiretamente conectado para o primeiro eixo de rodas de tração (315) por intermédio de uma linha de tração incluindo uma transmissão manual automatizada (319), um primeiro eixo de tração (320) e um diferencial (321). O segundo motor de tração (310) é diretamente conectado para o primeiro eixo de rodas de tração (315) por intermédio de um segundo eixo de tração (328) e do diferencial comum (321). O esboço (layout) de linha de tração é esquematicamente mostrado na Figura 1B.
[0096] O primeiro circuito de alta voltagem (304) e o segundo circuito de alta voltagem (305) são operados na mesma voltagem ou em voltagens similares e são conectáveis por um terceiro conversor de energia (314) que é localizado como uma ponte entre o primeiro circuito de alta voltagem e o segundo circuito de alta voltagem (304, 305) e o primeiro conversor e o segundo conversor de DC/AC (307, 312). O terceiro conversor de energia (314) é um conversor de energia de DC/DC. Neste contexto, a expressão “alta voltagem” se refere a uma voltagem em uma faixa preferida de 500 V - 800 V. Por exemplo, o primeiro circuito de alta voltagem (304) pode ser operado em 500 V - 700 V e o segundo circuito de alta voltagem (305) pode ser operado em 550 V - 800 V.
[0097] Como foi indicado anteriormente, é uma vantagem a de que nem toda a energia a partir do suprimento de energia externo necessita passar através da ponte. Ao invés disso, a parte principal da energia elétrica pode ser diretamente utilizada pelo veículo no segundo circuito de alta voltagem (305). Por utilização do sistema de armazenamento de energia no sistema híbrido, irá ser possível reduzir o tamanho requerido do conversor de DC/DC. Uma outra vantagem é a de que por divisão do sistema de alta voltagem, o terceiro conversor (314), ou conversor de DC/DC, não necessita estar em faixa de energia completa do sistema de propulsão do veículo híbrido. Isto adicionalmente reduz o tamanho e os custos do terceiro conversor. Por exemplo, em um sistema em concordância com a presente invenção, a estimativa contínua do conversor de DC/DC pode ser de 50 kW - 100 kW, quando comparada com um sistema convencional. Em um sistema convencional com um conversor de DC/DC manipulando toda a energia elétrica a partir de um suprimento de energia externo, a estimativa contínua pode ser de 150 kW - 300 kW dependendo do esboço (layout) de sistema. O posicionamento do conversor de energia de DC/DC também possibilita para uma utilização muito flexível e para um número de modos de operação alternativos, cada um possibilitando para uma operação mais eficiente em energia e para reduzidas perdas de energia. Exemplos de tais modos de operação são determinados no texto subseqüentemente.
[0098] O suprimento de energia autônomo adicionalmente compreende um motor de combustão interna (324) conectado para o primeiro motor de tração (306) por intermédio de uma embreagem (não mostrada). O motor de combustão interna (324) pode ser utilizado para tração do primeiro eixo de rodas de tração (315) por intermédio da linha de tração ou para carregamento do sistema de armazenamento de energia (302) por operação do primeiro motor de tração (306) como um gerador, utilizando o primeiro conversor de energia (307) como um retificador.
[0099] O segundo circuito de alta voltagem (305) é conectável para o suprimento de energia externo (303), neste caso na forma de cabos aéreos (325, 326). Os cabos aéreos (325, 326) podem ser acessados através de um pantógrafo convencional, montado em uma localização adequada sobre o veículo (ver a Figura 1A e a Figura 1B). A corrente contínua (direta) (DC) é suprida para os cabos aéreos (325, 326), e um dos dois cabos aéreos (325, 326) é uma linha de suprimento de energia para a qual corrente contínua é suprida, e o outro de um dos dois cabos aéreos (225, 226) atua como uma linha de retorno de eletricidade. Alternativamente, um trilho rodoviário adjacente para a rota seguida pelo veículo, ou um trilho de entalhe (em recesso) na superfície de estrada pode ser utilizado.
[00100] A Figura 3B mostra um diagrama esquemático de um veículo com um sistema de energia híbrido em concordância com um quarto exemplo da presente invenção. O sistema mostrado na Figura 3B é basicamente idêntico para aquele da Figura 3A, em que os mesmos numerais de referência foram utilizados para idênticos componentes. O sistema na Figura 3B difere em que um comutador controlável (330) é conectado em paralelo com o terceiro conversor de energia (314). O comutador controlável (330) é disposto para bypass do terceiro conversor de energia (314) quando fechado, possibilitando para que adicionais modos de operação venham a ser utilizados. O bypass cria uma conexão direta entre o primeiro circuito de alta voltagem e o segundo circuito de alta voltagem (304, 305), por intermédio do que perdas no conversor de DC/DC podem ser evitadas. A operação do comutador controlável (330) é determinada pelo modo de operação selecionado, modos que irão ser descritos posteriormente.
[00101] A Figura 3C mostra um diagrama esquemático de um veículo com um sistema de energia híbrido em concordância com um quinto exemplo da presente invenção. O sistema mostrado na Figura 3C é basicamente idêntico para aquele da Figura 3A, em que os mesmos numerais de referência foram utilizados para idênticos componentes. O sistema na Figura 3C difere em que um segundo motor de tração (310) é conectado diretamente para o primeiro eixo de rodas de tração (315) por uma transmissão de derivação de força (power take-off) (329). Desta maneira, o segundo motor de tração (310) é conectado tanto para o primeiro eixo de rodas de tração (315), por intermédio do primeiro eixo de tração (320) e quanto para o diferencial comum (321), e para o primeiro motor de tração (306), por intermédio da transmissão (319).
[00102] A disposição na Figura 3C pode ser utilizada para carregamento do sistema de armazenamento de energia (302) por operação do primeiro motor de tração (306) como um gerador quando o veículo está paralisado. O segundo motor de tração (310) é, então, operado utilizando o suprimento de energia externo (303). Neste modo, o segundo motor de tração (310) traciona o primeiro motor de tração (306) por intermédio do primeiro eixo de tração (320), da transmissão (319) através de um conjunto de engrenagens adequado. A transmissão de derivação de força (power take-off) (329) também possibilita que o segundo motor de tração (310) venha a auxiliar o primeiro motor de tração (306) e/ou o motor de combustão interna (324), se assim for requerido.
[00103] Os sistemas de energia híbridos anteriormente mencionados são proporcionados com um suprimento de energia autônomo e podem ser conectados para uma infra-estrutura de suprimento de energia externa ao longo da rota de um veículo (201, 301). Como foi indicado nas Figuras 1A - 1B e nas Figuras 2A - 2B, os sistemas de energia híbridos compreendem um primeiro circuito de alta voltagem (204, 304) compreendendo um primeiro motor de tração (206, 306) para a propulsão do veículo conectado para um sistema de armazenamento de energia (202, 302) por um primeiro conversor de DC/AC (207, 307), e um segundo circuito de alta voltagem (212, 312) compreendendo um segundo motor de tração (210, 310) para a propulsão do veículo conectável para uma fonte externa de energia elétrica (203, 303) por um segundo conversor de DC/AC (212, 312) . O primeiro circuito de alta voltagem e o segundo circuito de alta voltagem (204, 304; 205, 305) são conectáveis por um conversor de DC/DC (214, 314). Opcionalmente, um comutador controlável em paralelo (230, 330) é proporcionado entre o primeiro conversor e o segundo conversor de DC/AC (207, 307; 212, 312) por bypassing do conversor de DC/DC (214, 314).
[00104] A presente invenção envolve a operação do sistema de energia híbrido em qualquer um de um número de modos alternativos, modos de operação que incluem pelo menos: • um modo de suprimento de energia autônomo envolvendo operação do primeiro modo de tração (207) utilizando o sistema de armazenamento de energia (202); • um modo de suprimento de energia externo envolvendo conexão do conversor de DC/DC (214; 314) e operação de um ou de ambos do primeiro e do segundo motores de tração (206, 306; 210, 310) utilizando o suprimento de energia externo (203; 303); e • um modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado envolvendo operação do primeiro motor de tração (206; 306) utilizando o sistema de armazenamento de energia (202; 302) e o segundo motor de tração (210; 310) utilizando o suprimento de energia externo (203; 303).
[00105] No modo de suprimento de energia autônomo, o sistema de armazenamento de energia (202, 302) é utilizado para operação elétrica do veículo, quando o suprimento de energia externo (203, 303) é desconectado. O sistema de armazenamento de energia (202, 302) pode ser utilizado para operação do primeiro motor de tração (206, 306) unicamente, utilizando o sistema de armazenamento de energia (202, 302) diretamente por intermédio do primeiro conversor de DC/AC (207, 307).
[00106] No modo de suprimento de energia externo, o segundo motor de tração (210, 310) pode ser conectado diretamente para o suprimento de energia externo (203, 303) por intermédio do segundo conversor de DC/AC (212, 312), sem perdas sendo incorridas no conversor de DC/DC (214, 314). Em adição, o suprimento de energia externo (203, 303) pode também ser conectado para o primeiro motor de tração (206, 306), por intermédio do conversor de DC/DC (214, 314) e do primeiro conversor de DC/AC (207, 307), de maneira tal a operar tanto o primeiro motor de tração e quanto o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310). O sistema de armazenamento de energia (202, 302) pode ser carregado a partir do suprimento de energia externo (203, 303) durante o último modo de operação.
[00107] No modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado, o primeiro motor de tração (206, 306) pode ser operado utilizando o sistema de armazenamento de energia (202, 302) por intermédio do primeiro conversor de DC/AC (207, 307), e o segundo motor de tração (210, 310) pode ser operado utilizando o suprimento de energia externo (203, 303), por intermédio do primeiro conversor de DC/AC (207, 307). Neste caso, o segundo motor de tração (210, 310) pode ser tracionado diretamente pelo suprimento de energia externo (203, 303) sem perdas sendo incorridas no conversor de DC/DC (214, 314).
[00108] Como foi indicado anteriormente, a presente invenção possibilita para um sistema de energia híbrido flexível que pode ser operado em múltiplos modos alternativos, enquanto minimizando a utilização do conversor de DC/DC (214, 314). Os três modos básicos descritos anteriormente podem ser realizados por qualquer um dos exemplos que foram mostrados nas Figuras 1A - 1B e nas Figuras 2A - 2B. Esta flexibilidade é tornada possível pela localização do conversor de DC/DC (214, 314). O requerimento de energia reduzido para o conversor de DC/DC (214, 314) possibilita que este venha a ser dimensionado para uma estimativa de energia relativamente pequena. Isto, por sua, vez possibilita para um conversor de DC/DC (214, 314) de menor tamanho e de menor peso, possuindo muito alta eficiência e reduzida geração de calor.
[00109] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um modo de suprimento de energia autônomo alternativo envolvendo bypassing do conversor de DC/DC (214, 314) e operação de ambos do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) utilizando o sistema de armazenamento de energia (202, 302). Neste exemplo, o sistema de armazenamento de energia (202, 302) pode ser utilizado para operação tanto do primeiro motor de tração e quanto do segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) por controle de um comutador (230, 330) conectado em paralelo para bypass do conversor de DC/DC (214, 314). O sistema de armazenamento de energia (202, 302) pode também ser utilizado para operação do segundo motor de tração (210, 310), utilizando o sistema de armazenamento de energia (202, 302) diretamente por intermédio do segundo conversor de DC/AC (212, 312). No último caso, o segundo motor de tração (210, 310) pode ser tracionado diretamente pelo sistema de armazenamento de energia (202, 302), sem perdas sendo incorridas no conversor de DC/DC (214, 314). Dependendo do projeto da linha de tração de veículo, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) podem ser utilizados para tração independente do primeiro eixo de rodas de tração e do segundo eixo de rodas de tração (215, 216; 315, 316), respectivamente (Figura 2B), ou para tração de um eixo de rodas de tração comum (315) (Figura 3B).
[00110] Em concordância com um exemplo adicional suplementar da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um modo de suprimento de energia externo alternativo por bypassing do conversor de DC/DC (214, 314). Este exemplo envolve desconexão do sistema de armazenamento de energia (202, 302), utilizando contatores existentes (208, 308) conectando o sistema de armazenamento de energia (202, 302) para o primeiro circuito de alta voltagem (204, 304), e operação tanto do primeiro motor de tração e quanto do segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) utilizando o suprimento de energia externo (203, 303) por intermédio de seus respectivos conversores de energia (207, 212; 307, 312). Como no exemplo prévio, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) podem ser utilizados para tração independente do primeiro eixo de rodas de tração e do segundo eixo de rodas de tração (215, 216; 315, 316), respectivamente (Figura 2B), ou para tração de um eixo de rodas de tração comum (315) (Figura 3B).
[00111] Ambos destes modos de operação alternativos contribuem para aumentada flexibilidade para o sistema de energia híbrido, por possibilitar que energia venha a ser suprida diretamente para o primeiro motor de tração e para o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) a partir do sistema de armazenamento de energia embarcado (202, 302) ou do suprimento de energia externo (203, 303) sem perdas sendo incorridas no conversor de DC/DC (214, 314). Os modos alternativos descritos anteriormente podem ser realizados por qualquer um dos exemplos que foram mostrados na Figura 2B e na Figura 3B, onde um comutador controlável (230, 330) é proporcionado para bypassing do conversor de DC/DC (214, 314).
[00112] O sistema de energia híbrido da presente invenção pode também ser operado em um número de modos de operação regenerativos alternativos, adicionando para a flexibilidade do sistema.
[00113] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um primeiro modo de operação regenerativo alternativo. No primeiro modo de operação regenerativo alternativo, o segundo motor de tração (210, 310) é tracionado utilizando o suprimento de energia externo (203, 303) para tracionar um elemento de engate ao solo. Como descrito anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) podem ser cada um mecanicamente conectado para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração (215, 216) proporcionado com um par de rodas (217, 218).
[00114] Em concordância com isso, quando o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) são mecanicamente conectados para elementos de engate ao solo individuais, o segundo motor de tração (210, 310) pode tracionar o primeiro motor de tração (206, 306) indiretamente por intermédio dos elementos de engate ao solo. O segundo motor de tração (210, 310) traciona um elemento de engate ao solo, por intermédio do que um elemento de engate ao solo adicional traciona o primeiro motor de tração (206, 306) para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202, 302). O primeiro conversor de DC/AC (207, 307) pode ser utilizado como um retificador para este propósito.
[00115] O primeiro modo regenerativo alternativo pode ser utilizado para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202, 302) quando o conversor de DC/DC (214, 314) não pode suprir suficiente energia para este propósito. O primeiro modo regenerativo descrito anteriormente pode ser realizado por qualquer um dos exemplos que foram mostrados na Figura 1A e na Figura 2B, onde dois eixos de rodas individuais (215, 216) são proporcionados.
[00116] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um segundo modo de operação regenerativo alternativo. No segundo modo de operação regenerativo alternativo energia é suprida para o suprimento de energia externo (203, 303) por utilização de um comutador controlável (230, 330) montado em paralelo para bypass do conversor de DC/DC (214, 314) e operação de um ou de ambos do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) como geradores utilizando elementos de engate ao solo. Como descrito anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) podem cada um ser mecanicamente conectado para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração (215, 216; 315) proporcionado com um par de rodas (217, 218; 317). O segundo modo de operação regenerativo alternativo pode ser utilizado para frenagem do veículo sem utilização dos freios de serviço ou quando se deslocando em declive ao invés de utilização de frenagem de compressão. A energia cinética é convertida para energia elétrica por um ou por ambos dos motores de tração (206, 210; 306, 310) e é suprida diretamente para o suprimento de energia externo (203, 303) por intermédio dos respectivos primeiro e/ou segundo conversores de energia (214, 314).
[00117] O segundo modo regenerativo alternativo possibilita que energia elétrica regenerada venha a ser retornada para a grade sem utilização do conversor de DC/DC (214, 314). Este segundo modo regenerativo alternativo pode ser realizado por qualquer um dos exemplos que foram mostrados na Figura 2B e na Figura 3B, onde um comutador controlável (230, 330) é proporcionado por bypassing do conversor de DC/DC (214, 314).
[00118] Em concordância com um exemplo adicional da presente invenção, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um terceiro modo de operação regenerativo alternativo. No terceiro modo de operação regenerativo alternativo, energia é suprida para o suprimento de armazenamento de energia (202, 302) por utilização de um comutador controlável (230, 330) montado em paralelo para bypass do conversor de DC/DC (214, 314) e operação de um ou de ambos do primeiro motor de tração e do segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) como geradores utilizando elementos de engate ao solo. Como descrito anteriormente, o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) podem cada um ser mecanicamente conectado para um elemento de engate ao solo individual ou comum, tal como um eixo de rodas de tração (215, 216; 315) proporcionado com um par de rodas (217, 218; 317). O terceiro modo de operação regenerativo alternativo pode ser utilizado para frenagem do veículo sem utilização dos freios de serviço ou quando se deslocando em declive ao invés de utilização de frenagem de compressão. A energia cinética é convertida para energia elétrica por um ou por ambos dos motores de tração (206, 210; 306, 310) e é suprida diretamente para o suprimento de armazenamento de energia (202, 302) por intermédio dos respectivos primeiro e/ou segundo conversores de energia (214, 314). Durante esta operação, o suprimento de energia externo (203, 303) tem que ser desconectado.
[00119] O terceiro modo regenerativo alternativo possibilita que energia elétrica regenerada venha a ser retornada para o suprimento de armazenamento de energia (202, 302) sem utilização do conversor de DC/DC (214, 314). Este terceiro modo regenerativo alternativo pode ser realizado por qualquer um dos exemplos que foram mostrados na Figura 2B e na Figura 3B, onde um comutador controlável (230, 330) é proporcionado por bypassing do conversor de DC/DC (214, 314).
[00120] Em concordância com um exemplo adicional, o sistema de energia híbrido pode ser operado em um quarto modo de operação regenerativo alternativo. No quarto modo de operação regenerativo alternativo, o segundo motor de tração (210, 310) é tracionado utilizando o suprimento de energia externo (203, 303). Quando o primeiro motor de tração e o segundo motor de tração (206, 306; 210, 310) são mecanicamente conectados para um elemento de engate ao solo comum, o segundo motor de tração (210, 310) pode tracionar o primeiro motor de tração (206, 306) diretamente por intermédio de uma conexão mecânica na transmissão para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202, 302). Isto envolve desconexão de ambos os motores de tração (206, 306; 210, 310) a partir da parte da transmissão de veículo conectando os mesmos para os elementos de engate ao solo. O primeiro motor de tração (206, 306) é, então, tracionado utilizando o segundo motor de tração (210; 310) para carregar o sistema de armazenamento de energia (202, 302).
[00121] O quarto modo regenerativo alternativo pode ser utilizado para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202, 302) quando o veículo está paralisado, sem utilização do conversor de DC/DC (214, 314). Este quarto modo regenerativo alternativo descrito anteriormente pode ser realizado por qualquer um dos exemplos que foram mostrados na Figura 2B e na Figura 3B, onde um eixo de rodas comum (315) é proporcionado.
[00122] O quinto modo regenerativo alternativo é também utilizado para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202, 302) quando o veículo está paralisado, sem utilização do conversor de DC/DC (214, 314). Este quinto modo regenerativo alternativo descrito anteriormente pode ser realizado pelo exemplo que foi mostrado na Figura 3C, onde ambos os motores de tração (306, 310) são conectados para o primeiro eixo de tração. Esta disposição é vantajosa sob condições de operação urbana, onde o veículo é freqüentemente parado em pontos (paradas) de ônibus, luzes de trânsito (semáforos) ou em engarrafamentos (filas).
[00123] A Figura 4 mostra um diagrama esquemático de um veículo (401) compreendendo um sistema de energia híbrido convencional. O veículo (401) possui uma linha de tração híbrida com um suprimento de energia autônomo compreendendo um motor de combustão interna (402), um primeiro motor de tração (403), uma transmissão (404) e um eixo de tração (405) para tração de um primeiro eixo de rodas de tração (406). Um suprimento de energia externo (407) proporciona energia elétrica a partir de cabos aéreos (408, 409) conectáveis para um coletor de energia (411) conectado para um circuito de alta voltagem (412) por relês e contatores convencionais (413) e um conversor de DC/DC (414). O primeiro motor de tração (403) pode ser tracionado pelo circuito de alta voltagem (412) por uma bateria (415) ou pelo suprimento de energia externo (407) conectado para o motor (403) por intermédio de um primeiro conversor de DC/AC (416). Um segundo motor de tração (417) pode ser tracionado pelo circuito de alta voltagem (412) pela bateria (415) ou pelo suprimento de energia externo (407) conectado para o motor (417) por intermédio de um segundo conversor de DC/AC (418).
[00124] Para um veículo híbrido deste tipo, proporcionado com uma bateria de armazenamento, a energia convertida tem que ser dimensionada para uma estimativa contínua igual para a média de requerimento de energia do sistema de propulsão. Para um veículo comercial, tal como um caminhão, similar para aquele que foi mostrado nas Figuras 1A - 1B, a estimativa contínua deveria ser pelo menos de 100 kW - 150 kW. Uma tal disposição deveria ser utilizada para um veículo primordialmente operado utilizando o sistema de coleta de energia, onde o motor pode ser utilizado para carregamento da bateria de armazenamento. Para uma disposição similar, não proporcionada com uma bateria de armazenamento, o conversor de DC/DC tem que ser dimensionado para uma estimativa contínua igual para o requerimento de energia de pico do sistema de propulsão, o que significa, de pelo menos 200 kW - 300 kW. Em um circuito de alta voltagem (412) conectado diretamente para o sistema de coleta de energia de alta voltagem (407), como é mostrado na Figura 4, toda a energia a partir do suprimento de energia externo (407) tem que passar através do conversor de DC/DC (414). Isto incorre em perdas de conversão e gera calor que requer resfriamento, o que reduz a eficiência de sistema global e aumenta a demanda sobre o sistema de resfriamento de veículo. Um conversor de energia deste tipo deveria também ser relativamente grande e dispendioso.
[00125] A presente invenção também se refere a um programa de computador, a um produto de programa de computador e a um meio (a uma mídia) de armazenamento para um computador, todos para serem utilizados com um computador para execução do método como descrito em qualquer um dos exemplos anteriormente mencionados.
[00126] A Figura 5 mostra um aparelho (500) em concordância com uma concretização da presente invenção, compreendendo uma memória não volátil (520), um processador (510) e uma memória de leitura e escrita (560). A memória (520) possui uma primeira parte de memória (530), na qual um programa de computador para controle do aparelho (500) é armazenado. O programa de computador na parte de memória (530) para controle do aparelho (500) pode ser um sistema de operação.
[00127] O aparelho (500) pode ser englobado, por exemplo, em uma unidade de controle, tal como a unidade de controle (45). A unidade de processamento de dados (510) pode compreender, por exemplo, um microcomputador.
[00128] A memória (520) também possui uma segunda parte de memória (540), na qual um programa para controle do método para operação de sistema de energia híbrido em um veículo em concordância com a presente invenção é armazenado. Em uma concretização alternativa da presente invenção, o programa para controle do método para operação de sistema de energia híbrido em um veículo é armazenado em um meio (em uma mídia) de armazenamento de dados não volátil separado (550) para dados, tais como, por exemplo, um CD ou uma memória semicondutora intercambiável. O programa pode ser armazenado em uma forma executável ou em um estado comprimido.
[00129] Quando é estabelecido posteriormente que a unidade de processamento de dados (510) roda uma função específica, deveria ser evidenciado que a unidade de processamento de dados (510) está rodando uma parte específica do programa armazenado na memória (540) ou uma parte específica do programa armazenado no meio (na mídia) de armazenamento não volátil (550).
[00130] A unidade de processamento de dados (510) é delineada para comunicação com a memória de armazenamento (550) através de um ônibus de dados (data bus) (514). A unidade de processamento de dados (510) é também delineada para comunicação com a memória (520) através de um ônibus de dados (512). Em adição, a unidade de processamento de dados (510) é delineada para comunicação com a memória (560) através de um ônibus de dados (511). A unidade de processamento de dados (510) é também delineada para comunicação com um portal/canal de dados (590) pela utilização de um ônibus de dados (515).
[00131] O método em concordância com a presente invenção pode ser executado pela unidade de processamento de dados (510), pela unidade de processamento de dados (510) rodando o programa armazenado na memória (540) ou o programa armazenado no meio (na mídia) de armazenamento não volátil (550).
[00132] A presente invenção como descrita soluciona os problemas anteriormente mencionados e apresenta diversas vantagens sobre sistemas de veículos elétricos híbridos convencionais, por exemplo: i. A energia média requerida para energizar o veículo pode ser extraída a partir do suprimento de energia externo e aplicada diretamente, sem uma perda de conversor de DC-DC pela máquina ou pelas máquinas conectada/s diretamente para o suprimento de energia externo. ii. A energia de frenagem recuperada pode ser armazenada na, ou extraída a partir da, camada de energia diretamente, sem a perda de eficiência de conversor de DCDC, pela máquina ou pelas máquinas conectada/s para os circuitos elétricos de veículo. iii. Com a camada de energia dimensionada com respeito tanto para requerimento de força e quanto para requerimento de energia ao longo de uma missão, a energia requerida para ser transferida a partir do suprimento de energia externo para os circuitos elétricos de veículo é um mínimo das perdas incorridas na ciclagem de energia de freio mais (plus) as cargas auxiliares. Este nível de energia poderia ser transferido a partir do suprimento de energia externo para os circuitos elétricos de veículo tanto por um conversor de DC-DC muito menor do que em sistemas convencionais ou quanto em um caso extremo, por aumento da estimativa de energia das máquinas diretamente conectadas para o suprimento de energia externo, e recuperação da energia pelas outras máquinas elétricas. Desta maneira, transferência de energia isolada galvanicamente pode ocorrer a partir do suprimento de energia externo para os circuitos elétricos de veículo por intermédio da estrada sem a adição de um conversor de DCDC, ainda que em uma pequena penalidade em eficiência. iv. Um adicional benefício de adição de uma propulsão elétrica separada ao invés de utilização de um maior motor elétrico em um trem de tração híbrido convencional, é o de que o manufaturador de veículo pode utilizar a mesma plataforma desta parte do sistema híbrido original, para aplicações que são projetadas para um suprimento de energia externo ou não. Para um suprimento de energia externo, tal como um ERS [(Sistema de Estrada Elétrico) Electric Road System] irá ser requerido uma separação elétrica dos componentes de alta voltagem e suas circundâncias, e tradicionalmente também um monitor de impedância irá ser adicionado para o sistema de voltagem de suprimento de energia externo, de maneira tal a verificar que componentes de suprimento de energia externos estão apropriadamente isolados a partir do chassi de veículo. É muito menos complicado, e de menos custos, adicionar (e monitorar) um tal isolamento, para os poucos componentes extras os quais a aplicação de suprimento de energia externa requer, ao invés de adição de custos de isolamento do sistema híbrido, o que deveria ser a base do primeiro circuito de alta voltagem. Na medida em que a/s aplicação/ões de suprimento de energia externa irá/ão inicialmente ser de menores volumes, é melhor e mais eficiente adicionar custos de isolamento extras para os componentes de suprimento de energia externos, ao invés de adição de custos para um projeto de plataforma, e que é tradicionalmente utilizada em muitos outros produtos.
[00133] A presente invenção não deveria ser considerada ser limitada para as concretizações descritas anteriormente, mas ao invés disso, um número de variações e de modificações é conceptível dentro do escopo das reivindicações de patente acompanhantes.

Claims (14)

1. Sistema de energia híbrido em um veículo compreendendo um suprimento de energia autônomo e sendo conectável para uma infra-estrutura de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo, dito veículo sendo disposto para operar em um modo de suprimento de energia autônomo e/ou em um modo de suprimento de energia externa, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende um primeiro circuito de alta voltagem (204; 304) compreendendo um primeiro motor de tração (206; 306) conectado para um sistema de armazenamento de energia (202; 302) por um primeiro conversor de energia (207; 307) para a propulsão do veículo; um segundo circuito de alta voltagem (205; 305) compreendendo um segundo motor de tração (210; 310) conectável para um suprimento de energia externo (203; 303) por um segundo conversor de energia (212; 312) para a propulsão do veículo; e onde o primeiro circuito de alta voltagem (204; 304) e o segundo circuito de alta voltagem (205; 305) são conectáveis por um terceiro conversor de energia (214; 314) entre o primeiro e o segundo conversores de energia (207, 212; 307, 312).
2. Sistema de energia híbrido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo conversor de energia (207, 212; 307, 312) são conversores de energia de DC/AC.
3. Sistema de energia híbrido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o terceiro conversor de energia (214; 314) é um conversor de energia de DC/DC.
4. Sistema de energia híbrido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro motor de tração (206; 306) e o segundo motor de tração (210; 310) são conectados aos eixos de rodas de tração individuais.
5. Sistema de energia híbrido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro motor de tração (206; 306) e o segundo motor de tração (210; 310) são conectados a um eixo de rodas de tração.
6. Sistema de energia híbrido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que um comutador controlável (230; 330) é conectado em paralelo com o terceiro conversor de força (214; 314), e de que o comutador é disposto para by-pass do terceiro conversor de energia (214; 314) quando fechado.
7. Método para operação de sistema de energia híbrido em um veículo compreendendo: - um suprimento de energia autônomo e sendo conectável a uma infra-estrutura de suprimento de energia externa ao longo da rota de referido veículo; - um primeiro circuito de alta voltagem (204; 304) compreendendo um primeiro motor de tração (206; 306) para a propulsão do veículo conectado a um sistema de armazenamento de energia (202; 302) por um primeiro conversor de energia (207; 307); - um segundo circuito de alta voltagem (205; 305) compreendendo um segundo motor de tração (210; 310) para propulsionar o veículo conectável a um suprimento de energia externo (203; 303) por um segundo conversor de energia (212; 312); - e onde o primeiro circuito de alta voltagem (204; 304) e o segundo circuito de alta voltagem (205; 305) são conectáveis por um terceiro conversor de energia (214; 314) e por um comutador controlável em paralelo entre o primeiro e o segundo conversores de energia (207, 212; 307, 312); caracterizado pelo fato de que o método envolve operar o sistema de energia híbrido em modos alternativos, compreendendo pelo menos: - um modo de suprimento de energia autônomo envolvendo operação do primeiro modo de tração (206; 306) utilizando o sistema de armazenamento de energia (202; 302); - um modo de suprimento de energia externo envolvendo conexão do terceiro conversor de força (214; 314) e operação de um ou de ambos do primeiro e do segundo motores de tração (206, 210; 306, 310) utilizando o suprimento de energia externo (203; 303); e - um modo de suprimento de energia autônomo e externo combinado envolvendo operação do primeiro motor de tração (206; 306) utilizando o sistema de armazenamento de energia (202; 302) e o segundo motor de tração (210; 310) utilizando o suprimento de energia externo (203; 303).
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de operar o sistema de energia híbrido em um modo de suprimento de energia autônomo alternativo envolvendo bypassing do terceiro conversor de energia (214; 314) e operar tanto o primeiro quanto o segundo motor de tração (206, 210; 306, 310) utilizando o sistema de armazenamento de energia (202; 302).
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de operar o sistema de energia híbrido em um modo de suprimento de energia externo alternativo por bypassing do terceiro conversor de energia (214; 314), desconectar o sistema de armazenamento de energia (202; 302) e operar tanto o primeiro quanto o segundo motor de tração (206, 210; 306, 310) utilizando o suprimento de energia externo (203; 303).
10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de operar o sistema de energia híbrido em um modo regenerativo onde o segundo motor de tração (210; 310) é tracionado utilizando o suprimento de energia externo (203; 303) para tracionar um elemento de engate ao solo, e tracionar o primeiro motor de tração (206; 306) utilizando um elemento de engate ao solo adicional para carregamento do sistema de armazenamento de energia (202; 302).
11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de operar o sistema de energia híbrido em um modo regenerativo onde energia é suprida para o suprimento de energia externo (203; 303) por bypassing do terceiro conversor de energia (214; 314) e operar um ou ambos do primeiro e do segundo motores de tração (206, 210; 306, 310) utilizando elementos de engate ao solo.
12. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de operar o sistema de energia híbrido em um modo regenerativo onde força é suprida para o sistema de armazenamento de energia (202; 302) por desconectar o suprimento de energia externo (203; 303) e bypassing do terceiro conversor de energia (214; 314) e operar um ou ambos do primeiro e do segundo motores de tração (206, 210; 306, 310) utilizando membros de engate ao solo.
13. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de operar o sistema de energia híbrido em um modo de suprimento de energia externo por conectar o primeiro e o segundo motor de tração (206, 210; 306, 310) e desconectar os mesmos a partir da linha de tração de veículo, e tracionar o primeiro motor de tração (206; 306) utilizando o segundo motor de tração (210; 310) para carregar o sistema de armazenamento de energia (202; 302).
14. Veículo, caracterizado pelo fato de que o veículo é um veículo comercial compreendendo um sistema de energia híbrido, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
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