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Vehiculo electrico de movilidad personal con sistema de refrigeracion integrado Download PDF

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Abstract

Vehículo eléctrico de movilidad personal que comprende un intercambiador de calor, un fluido refrigerante, medios de conducción de un fluido, y medios de impulsión de un fluido, donde el intercambiador de calor está comprendido por una primera parte y por una segunda parte, de forma que: una primera parte cubre desde una porción hasta la totalidad de la estructura externa de los componentes electrónicos del vehículo, y absorbe calor de los componentes electrónicos, reduciendo su temperatura de funcionamiento; y una segunda parte cubre desde una porción hasta la totalidad de la estructura externa del vehículo, y cede el calor absorbido en los componentes eléctricos al ambiente, a través de la estructura externa del vehículo; los medios de impulsión mueven el fluido refrigerante a través del intercambiador de calor, entre la primera parte del intercambiador y la segunda parte del intercambiador, a través de los medios de conducción.

Description

DESCRIPCIÓN
VEHÍCULO ELÉCTRICO DE MOVILIDAD PERSONAL CON SISTEMA DE
REFRIGERACIÓN INTEGRADO
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra en el campo técnico de los vehículos de transporte, más concretamente en los vehículos de transporte con medios de tracción con alimentación eléctrica, y más concretamente al sistema de refrigeración de los elementos electrónicos que componen la unidad de control del vehículo eléctrico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, son ampliamente conocidos los vehículos de transporte de personas que utilizan la energía eléctrica para accionar los medios de desplazamiento, y más concretamente, los vehículos eléctricos de dos ruedas.
Adicionalmente, en los últimos años, se ha extendido en gran medida la utilización de este tipo de vehículos, ya que se ha multiplicado exponencialmente la aparición de los vehículos de movilidad personal, de amplio uso en los desplazamientos que se producen dentro de los núcleos urbanos.
Es ampliamente conocido que uno de los problemas más graves que han aparecido en los vehículos eléctricos de movilidad personal es el sobrecalentamiento de sus componentes, ya que son vehículos que circulan a velocidades bajas, y que no cuentan con sistemas de refrigeración forzada, como puede suceder en vehículos de mayor tamaño, y de mayores especificaciones técnicas.
También es conocido que la inversión actual de las empresas está centrándose en los vehículos de tipo híbrido, que comprenden un motor eléctrico principal y un motor de combustión interna auxiliar, de forma que los sistemas de refrigeración son utilizados para reutilizar la energía calorífica de un motor, mejorando el funcionamiento del otro, bien sea utilizando precalentamiento, o propia refrigeración de los conjuntos motores.
Un ejemplo de lo anterior se encuentra en el documento perteneciente al estado de la técnica ES2085637, que presenta un vehículo de tipo híbrido eléctrico, que comprende un sistema de impulsión eléctrico principal, y un motor, con un motor de combustión interna. Este vehículo incluye un sistema de refrigeración y/o calentamiento integrado mediante un líquido para el suministro de energía del sistema de impulsión eléctrico, que puede suministrarse al motor de combustión interna auxiliar para precalentarlo.
También es sabido que los sistemas de refrigeración actuales pueden ser de diversos tipos, siendo los de refrigeración líquida forzada los más eficientes y efectivos del mercado, por lo que el desarrollo actual se ha realizado en base a este punto.
Podemos encontrar un ejemplo de lo anterior en el documento CN108248334 perteneciente al estado de la técnica, en el que se presenta un sistema de refrigeración y un método de control del sistema de refrigeración montado en el vehículo. El sistema comprende una primera tubería de refrigeración, una segunda tubería de refrigeración, una unidad de adquisición de temperatura y un controlador, en el que la primera tubería de refrigeración comprende un compresor eléctrico, un condensador, una primera válvula electromagnética y un evaporador de acondicionamiento de aire, siendo la primera tubería utilizada para refrigerar el compartimento de pasajeros del vehículo. Por otro lado, la segunda tubería de refrigeración comprende el compresor eléctrico, el condensador, una segunda válvula electromagnética y un evaporador de la batería, siendo la segunda tubería de refrigeración utilizada para refrigerar la batería del vehículo. La unidad de adquisición de temperatura se utiliza para controlar la temperatura real de un controlador del aire acondicionado, y la temperatura real del evaporador de la batería, y el controlador se utiliza para controlar las condiciones de operación de la primera tubería; donde el controlador se utiliza para controlar las condiciones de operación de la primera tubería de refrigeración y/o segunda tubería de refrigeración, según una solicitud de refrigeración.
Según este razonamiento, el sistema puede controlar las tuberías de refrigeración correspondientes para llevar a cabo la refrigeración de acuerdo con diferentes instrucciones de solicitud de refrigeración, velocidad de rotación de trabajo del compresor eléctrico y velocidad de rotación de trabajo de un ventilador condensador, que se ajustan de acuerdo con la presión de trabajo del sistema de refrigeración, reduciendo el consumo de energía de todo el vehículo.
Como se puede observar, no existen sistemas de refrigeración en el estado de la técnica que estén dedicados a la refrigeración de los componentes electrónicos de un vehículo eléctrico de movilidad personal, y aún menos que estos medios de refrigeración sean mediante refrigeración líquida forzada, ya que la mayoría están refrigerados mediante convección natural, es decir, mediante la propia corriente de aire generada por el avance del vehículo durante los desplazamientos.
La única solución que se puede encontrar en el mercado son unos radiadores externos, que se acoplan al vehículo de movilidad personal, pero que incrementan el peso y consumen grandes cantidades de energía, aumentando el gasto energético y disminuyendo la autonomía del vehículo, al descargar la batería de manera más rápida.
Esto está provocando, como se ha comentado anteriormente, que uno de los mayores problemas de los vehículos de movilidad personal sea el sobrecalentamiento de sus componentes electrónicos, llegando a inutilizar algunos, y provocando el fallo inminente del vehículo.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, es decir, evitar el sobrecalentamiento de los componentes electrónicos, como la unidad de control o la batería, que forman parte de un vehículo de movilidad personal (en adelante VMP), de forma que se alargue su vida útil y se disminuya el porcentaje de fallo debido a las altas temperaturas a las que están sometidos.
Para ello, la presente invención plantea añadir un intercambiador de calor entre los componentes electrónicos y la batería, que tenga forma de placa hueca por la que circule un fluido en su interior. Este líquido será recirculado gracias a la acción de una bomba, de manera que se mantenga una temperatura constante en éste que nos permita seguir disipando calor desde los componentes electrónicos del sistema.
La presente invención utilizará las partes estructurales del propio VMP que estén en contacto con el exterior, como pueden ser los laterales, el mástil o la base superior y/o inferior, de forma que se añada una pieza de geometría similar, colocada en paralelo, que cree al menos una cámara estanca por la que circule el fluido, y que se encargue de disipador del calor generado por los componentes, transfiriéndolo al aire del exterior por las paredes de la estructura.
El caudal que moverá la bomba irá en función de la temperatura más crítica entre la batería y la unidad de control, del modo de conducción, del porcentaje de accionamiento del acelerador y de la velocidad del motor, utilizando un algoritmo a través del cual obtendremos una reducción del consumo por parte de la bomba, ya que estará optimizado a las necesidades de cada situación.
También plantea que los conectores y conductores por los que pasan corrientes elevadas estén anclados a las propias partes estructurales del vehículo por las que circula el fluido refrigerante, evitando así puntos calientes en la instalación eléctrica.
Esto supone una reducción del tamaño de los conductores y conectores por los que circula una mayor intensidad, ya que, al estar anclados a una superficie refrigerada, no es necesario que su sección sea de gran tamaño. Lo que también contribuye a una reducción de peso y coste, es decir, mayor autonomía y rentabilidad.
Es decir, al refrigerar todos los componentes electrónicos, y en especial aquellos considerados críticos por cuestiones de temperatura, éstos pueden tener unas características resistentes frente a temperatura que serían inferiores si las comparamos con aquellas necesarias para una misma aplicación, pero sin refrigeración activa, por lo que el coste disminuiría enormemente.
Y, en el caso de mantener las características calculadas para una situación sin refrigeración activa, como pude ser la refrigeración natural por aire, pero utilizando una refrigeración forzada, los límites de las exigencias de estos componentes se verían aumentados, ya que no sufrirían debido a sobrecalentamientos críticos.
También facilitaría la utilización de una carga rápida de la batería, ya que se mantendría la temperatura de la misma dentro de un rango óptimo sin producir la degradación de las celdas de la propia batería. Además de existir la posibilidad de mantener la refrigeración conectada incluso un tiempo después de apagar el VMP si se ha utilizado de forma intensa, logrando una mayor vida útil para la batería.
Este sistema, al ser un sistema de refrigeración activa, nos permite obtener todos los beneficios que ésta aporta a cualquier vehículo con sistema de tracción, esto es, una mayor fiabilidad cuando la exigencia es máxima.
Con este sistema se logra un rendimiento y eficiencia del conjunto, que afecta directamente, no sólo a la durabilidad de los componentes, si no que también incrementa la autonomía del VMP.
Además, al no añadir ningún radiador externo, se logra un peso más reducido y un menos consumo energético, lo que redunda en una mayor autonomía del VMP.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Vista general del sistema de refrigeración
Figura 2.- Detalle de los medios de impulsión del fluido
Figura 3.- Detalle de la unidad de control
Figura 4.- Detalle de la superficie aleteada
Relación referencias y figuras:
1. Medios de alimentación eléctrica
2. Estructura externa
3. Unidad de control
4. Intercambiador
5. Medios de conducción del fluido
6. Medios de impulsión del fluido
7. Superficie aleteada
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de esta memoria, y en los que se muestran a modo de ilustración realizaciones preferentes específicas en las que la invención puede llevarse a cabo. Estas realizaciones se describen con el suficiente detalle como para permitir que los expertos en la técnica lleven a cabo la invención, y se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios lógicos estructurales, mecánicos, eléctricos y/o químicos sin apartarse del alcance de la invención. Para evitar detalles no necesarios para permitir a los expertos en la técnica llevar a cabo la descripción detallada no debe, por tanto, tomarse en un sentido limitativo.
Concretamente, la presente invención plantea un Vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado que comprende al menos: dos ruedas, medios de accionamiento de las ruedas, medios de alimentación eléctrica 1, como una batería, medios de demanda de potencia, como un acelerador, medios de frenado, medios de frenado, una estructura externa 2, y una unidad de control 3 conectada operativamente a los medios anteriores; que está caracterizado porque comprende además y al menos:
o un intercambiador de calor 4,
o un fluido refrigerante,
o medios de conducción de un fluido 5,
o y medios de impulsión de un fluido 6;
donde:
o el intercambiador de calor4 está comprendido por una primera parte y por una segunda parte, de forma que:
o la primera parte cubre desde una porción hasta la totalidad de la estructura externa de los componentes electrónicos del vehículo, y absorbe el calor de los componentes electrónicos reduciendo su temperatura de funcionamiento;
o la segunda parte cubre desde una porción hasta la totalidad de la estructura externa 2 del vehículo, y cede el calor absorbido en los componentes eléctricos al ambiente, a través de la estructura externa del vehículo;
o los medios de impulsión 6 mueven el fluido refrigerante a través del intercambiador de calor 4, entre la primera parte del intercambiador de calor 4 y la segunda parte del intercambiador de calor 4, a través de los medios de conducción 5.
Según esta realización preferente, el vehículo cuenta con un sistema de refrigeración líquida forzada que utiliza un intercambiador de calor que pasa por las zonas calientes del vehículo, donde se alojan los componentes electrónicos, absorbiendo el calor generado por estos; y llega hasta una parte de la estructura externa del vehículo, donde este calor será disipado al ambiente mediante convección con el aire exterior.
El fluido circulará a través de los medios de conducción, gracias a los medios de impulsión, como puede ser una bomba, aumentando su temperatura al atravesar la primera parte del intercambiador, donde se sitúan las zonas calientes cercanas a los componentes electrónico, y bajando su temperatura al atravesar la segunda parte del intercambiador, donde el intercambiador se pone en contacto con el ambiente para ceder el calor al mismo.
En una realización preferente, el vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado está caracterizado porque la unidad de control 3 está colocada de forma contigua o sustancialmente contigua a la primera zona del intercambiador de calor 4.
En otra realización preferente, el vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado está caracterizado porque los medios de alimentación eléctrica 1 están colocados de forma contigua o sustancialmente contigua a la primera zona del intercambiador de calor 4.
Según estas dos últimas realizaciones, los componentes eléctricos más críticos, como la batería y la unidad de control, estarán colocados cerca de la zona del intercambiador dedicada a absorber calor, de forma que se asegure una mínima temperatura de funcionamiento que evite la rotura de los mismos.
En una realización preferente, el vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado comprenderá una superficie aleteada 7 en la estructura exterior 2 del vehículo, aumentando la superficie de transmisión de calor con el ambiente.
Esto se implementa debido a la multiplicación del calor transferido que se logra mediante la transmisión de calor por convección en superficies aleteadas.
En una última realización preferente, el vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado está caracterizado porque la unidad de control será el encargado de regular los medios de impulsión del líquido refrigerante, controlando el caudal que circula y los tiempos de exposición en las diferentes partes del intercambiador, según los parámetros de funcionamiento del propio vehículo, como puede ser la velocidad, el grado de accionamiento de los medios de demanda de potencia, o la temperatura exterior.
La aplicación industrial de la presente invención es clara, ya que nos permite obtener un sistema de refrigeración integrado en un vehículo eléctrico de movilidad personal que garantice que los componentes críticos, como la unidad de control o la batería, funcionan en un rango de temperaturas óptimo que impide que se deterioren, pudiendo llegar hasta la rotura.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado que comprende al menos:
o dos ruedas,
o medios de accionamiento de las ruedas,
o medios de alimentación eléctrica,
o medios de demanda de potencia,
o medios de frenado,
o estructura externa,
o y una unidad de control conectada operativamente a los medios anteriores;
caracterizado porque comprende además y al menos:
o un intercambiador de calor,
o un fluido refrigerante,
o medios de conducción de un fluido,
o medios de impulsión de un fluido,
donde:
o el intercambiador de calor está comprendido por una primera parte y por una segunda parte, de forma que:
i. una primera parte cubre desde una porción hasta la totalidad de la estructura externa de los componentes electrónicos del vehículo, y absorbe calor de los componentes electrónicos, reduciendo su temperatura de funcionamiento;
ii. y una segunda parte cubre desde una porción hasta la totalidad de la estructura externa del vehículo, y cede el calor absorbido en los componentes eléctricos al ambiente, a través de la estructura externa del vehículo;
o los medios de impulsión mueven el fluido refrigerante a través del intercambiador de calor, entre la primera parte del intercambiador de calor y la segunda parte del intercambiador de calor, a través de los medios de conducción,
2. Vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado según la reivindicación anterior caracterizado porque la unidad de control está colocada de manera contigua o sustancialmente contigua a la primera zona del intercambiador de calor.
3. Vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado según la reivindicación primera, caracterizado porque los medios de alimentación eléctrica están colocados de forma contigua o sustancialmente contigua a la primera zona del intercambiador de calor.
4. Vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado según la reivindicación primera, caracterizado porque la superficie de transmisión de calor entre la estructura exterior del vehículo y el ambiente puede aumentarse mediante la utilización de al menos una superficie aleteada.
5. Vehículo eléctrico de movilidad personal con sistema de refrigeración integrado según la reivindicación primera, caracterizado porque la unidad de control regula los medios de impulsión del líquido refrigerante proporcionalmente a los parámetros de funcionamiento del vehículo.
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