Български електро и хибридни автомобили

За всеки автомобил е най-важно да бъде ефективен и при движение, и при спиране. А всеки мотор и/или генератор са най-ефективни при определени параметри на работата им. Ако такива параметри се поддържат непрекъснато и автоматично - то този автомобил ще бъде и най-ефективен в крайна сметка. Български патенти BG 65421 (Г.Тончев) и BG 65480 (Г.Тончев)  разкриват серия от цялостни технически решения за такива автомобили. Техните агрегати винаги работят максимално ефективно. За такава тяхна работа спомага и индивидуалното поддържане на оптимални температурни условия на агрегатите, съгласно патентованото техническо решение BG 65420 (М.Тончева). Електрическата версия на червената кола (българска електрическа кола) е направена по част от посочените патенти и е показана на снимките по-долу.

Посочените български патенти за електро и хибридни коли (вижте примери на 3-те снимки по-долу) осигуряват максимална възможна ефективност на всички агрегати от силовата система на автомобилите, съответно и на автомобилите като цяло. Затова, каквито и нови по-високо ефективни агрегати да бъдат изобретени, то с българските патенти те ще могат да работят винаги по най-ефективния възможен начин. Но понеже няма универсално ефективен модел на движение в различни пътни условия, то за всеки патент е предвидено интелигентно автоматизирано управление при движение/спиране/престой.

Соларен градски електромобил с фотоволтаични панели на покрива	Електродвигател и електроакумулатори в моторния отсек на електромобил	Базов автомобил на най-малката хибридна кола в света, проектирана по BG патенти

Повече вижте на "BG изобретател направи 40 хибридни автомобила" www.monitor.bg/article?id=241654  

Патентовани български  електрически и хибридни коли

Соларни електро и хибридни автомобили с регенеративни спирачки

Интегрирана интелигентна трафик система и зареждане на електроколите и хибридите от ВЕИ

Целта на нашите изобретения, патенти и действащи коли-прототипи е да постигнем максимална икономия на енергия (в най-широк смисъл) и при  максимално оползотворяване на 100% екологично чистите електро зарядни станции за електрическите и plug-in хибридите. Една такава патентована станция може да видите на това видео  http://www.youtube.com/watch?v=KNptaLkgjYI

Глобалното затопляне, проблемите с намаляването на озоновия слой и киселинните дъждове, са водещи при необходимостта от съществена промяна в транспортните системи. Замяната на моторните превозни средства с електрически/хибридни може да намали емисиите на въглероден диоксид в атмосферата до 50%. Затова съвременните проблеми пред автомобилостроителите не се свеждат до избора между електрически или други коли, а колко енергоефективни и природосъобразни са те. Точно тук са фокусирани усилията на армия изобретатели и конструктури. Затова в света вече няма голяма автомобилостроителна фирма, която да не разработва нови модели електрически автомобили. Само на автошоуто в Детройт, през януари 2010 г., бяха показани 18 нови модела електроколи, което не е случайно. Съвременните електрически тягови двигатели са значително по-енергоефективни от съвременните двигатели с вътрешно горене, по прости са и са много по-тихи. Освен това, те по-бързо ускоряват колите. Но електромобилите имат ограничен пробег с едно зареждане и са предпочитани предимно за градско движение.

Необходимостта от малки хибридни автомобили и от автомобили с две силови системи се обуславя от факта, че за равномерното им хоризонално движение и за преодоляване на средни наклони им е необходима не голяма мощност - до 20 kW. Но с един такъв маломощен мотор, автомобилите ще се ускоряват бавно от място, ще изпреварват бавно и няма да могат да преодоляват големи наклони по пътищата. Затова моторите на съвременните коли са 50 и повече kW. Това води до преразход на гориво и неколкократно по-голямо зъмърсяване на природата. Затова, в много случаи, е целесъобразно автомобилите да имат два мотора, които да работят с пълната си мощност ограничено време, например при бързо тръгване или бързо изпревараване. Във вариант на патент BG 109358 на д-р инж. Георги Тончев за хибридни автомобили е предвидена двойна силова машина с двойни енергоакумулатори. Тези енергоакумулатори могат да бъдат двойки от електрохимични и хидроакумулатори,  от електрохимични акумулатори и суперкондензатори, както и други двойки, които избягват недостатъците и обединяват предимствата на елементите от съответната двойка.

През 2009 г. успешно завършиха изпитанията на прототипа на първия български соларен градски електрически автомобил (вижте снимките). При конструирането му е ползвано и ново техническо решение, защитено с български патент BG 65421/2008 г. на д-р инж. Георги Тончев. База на соларния електромобил е масова градска бензинова кола. Но сърцето й, вместо бензиново, е електрическо. Такова решение принципно не е ново. Първият електрически автомобил е конструиран в Шотландия през далечната 1837 г.. В първите две десетилетия на 20-ти век една четвърт от продаваните коли в САЩ са били електрически.

Друга новост в този автомобил е комбинацията от електрохимични акумулатори и суперкондензатори (вариант на патент BG 109358), което дава възможност колата да бъде достатъчно пъргава с не много мощен електромотор. При автоматизираното управление на показаната кола се използват част от методите, патентовани за хибридни автомобли.

Същественият еко принос на коли, изпълнени по българския патент BG 65421 B1 е, че те постигат едновременно три цели:
1. Максимално ефективно движение - минимален разход на енергия за единица път при дадени условия.
2. Максимална степен на рекупериране на инерционната енергия на движещата се кола при спиране
3. Сумарният резултат 1+2 е максимален пробег с едно зареждане при дадени условия

Тук става въпрос за едновременно максимизиране на преобразуването на кинетичната енерегия на колата при спиране и/или забавяне на движението и минимален разход на енергия при движение за конкретни условия.

Ще илюстрираме казаното с пример. Ако максималното к.п.д. (смятано като процент на преобразуване на електрическата мощност в механична) на елмотора е 92%, то той винаги работи с 92%, благодарение на интелигентното патентовано управление на колата, така че вариаторът да регулира механичния режим на елмотора с такива параметри, че да се поддържа максималната му ефективност по всяко време. Същото се отнася и за мотора, но в електрогенераторен режим, зареждащ акумулаторите на колата. В този смисъл техническото решение в българския патент BG 65421 B1 позволява да се достига възможният енерго-технически таван в управлението на електрически и хибридни коли, независимо колко са ефективни техните мотори. Следва да отбележим, че средната енергийна ефективност на машините при електроколите с регенеративни спирачки при 100 километра пробег рядко надвишава 50%., а при хибридинте е още по-ниска.

Заместването на двигателя с вътрешно горене в масовите автомобили с електрически и резервоарът му за гориво с електроакумулатори е връщане към известна автомобилна практика.

Но  дали тя е природосъбразна ?

Електрическата тяга осигурява нулево замърсяване на въздуха в градската автомобилна среда. Но той се зарежда от електрическата мрежа, токът от която идва от преобладаващо неекологични енергоизточници. Затова включването на електро автомобилите за зареждане от познатия електрически контакт не е радикално екорешение. То не преодолява основните проблеми: нито спестява дефицитни първични енергогорива; нито забелижимо намалява глобалното замърсяване на планетата. Серия патенти на д-р инж. Георги Тончев радикално решават  посочените основни проблеми, за да бъдат електромобилите едновременно енергоефективни и 100% екологично чисти. Патентите са насочени в две главни направления:

Първо. Известно е, че  дадена самоходна машина, независимо каква е тя – влак, трамвай, автомобил, валяк и т.н....- когато спира, тя има набрана кинетична енергия, която се превръща в топлина чрез спирачките. Ако се направи така, че при забавяне на движението и спиране, вместо спирачките безполезно да излъчват топлина в атмосферата, да връщат енергия обратно за полезно използване, тогава те се наричат регенеративни спирачки. Регенерирната  енергия от спирачките в следващи моменти се използва за движение на електромобила. Знаем, че енергията в природата само се преобразува от един вид в друг. Тя, нито се създава, нито изчезва. При честите тръгвания и спирания в градско днижение става въпрос за енергоефективността при преобразуването и акумулирането на кинетичната енергия на спиращ автомобил. Патент BG 65421 (Автоматизирана силова система за хибридни автомобили) защитава и практическо решение на този въпрос за електрически и хибридни автомобили. А за други самоходни машини, друго енерго-ефективно решение с прилагане на регенеративни спирачки е защитено в патент BG 65480 (Хидравлична двигателно-спирачна система за транспортни средства).

Второто направление на изобретенията на инж. Тончев е гарантирането на нулево замърсяване на околната среда чрез осигуряването на 100% чисто електричество за  зареждането на електромобилите.

Това става чрез фотоволтаични панели на покрива на колата и електрозарядна станция, която се захранва от фотоволтаични, високо ефективни вятърни и други електросистеми, ползващи напълно безплатни и 100% естествено възобновяеми недефицитни първични енергоизточници. За конструирането на тези зарядни станции се ползват регистрираните в Патентно ведомство патентоспособни изобретения под номера 109313, 109315, 109322 и др.

Масовото навлизане на соларни електромобили, като показания на снимките и други подобни, ще спомогне за забавяне темповете на глобалното затопляне и за преодоляване зависимостта от дефицитни транспортни горива, както и за намаляване на шума от колите.

За разлика от електрическите коли, които имат стара история от 19-ти век, то хибридните са много по-нови. Те решават проблема с ограничения пробег на електромобилите. Хибридни автомобили има повече от десет години на световния пазар, а от няколко години и у нас. Те са с два отделни двигателя. За разлика от тях, новото мое изобретение е единен хибриден двигател (т. е. "две в едно”).  Той  пряко замества познатия двигател с вътрешно горене (ДВГ) в масовите автомобили. Новоизобретеният хибриден двигател е по-евтин, по-компактен, по-икономичен и по-екологичен ("Двойно действаща хибридна горивно-електрическа силова машина”, с регистрация №109683 в Патентно ведомство на Р България). Хибридният автомобилен двигател е радикално ново техническо решение в глобален мащаб. С такъв двойно действащ мотор автомобилът може да работи само на електрическа тяга в градски условия. А при по-дълги преходи ефективно да действа цялата му хибридна силова система.

Във всеки наш автомобилен проект използваме повече от един патент. Например, при всички хибридни двигатели и хибридни коли се прилага патентованата „Система за охлаждане на хибридни превозни средства”, съгласно патент BG 65420. Тя поддържа поотделно, ефективно и автоматизирано оптимален топлинен режим на всеки възел и агрегат в автомобила, което е много по-енергоикономично от известните охладителни системи.

Всички иновативни проекти са напълно по възможностите на българската промишленост. Нещо повече - икономичните елмотори/алтернатори могат да бъдат и безчеткови, което още повече опростява тяхната конструкция и производство. Същевременно безчетковите елмашини имат много по-дълъг живот от четковите колекторни машини и много опростено обслужване. При тях липсват и всички вредни ефекти от искренето на колекторните контакти. Една добре технически и технологично проектирана безчеткова елмашина достига висока ефективност - над 85% (срещу до 30-35% за бутални двигатели, дори и ако е произведена с елементарна металорежеща/лазерна техника и технология. А при сегашната икономическа криза, усвояването на производството на природосъобразни и икономични коли (както и на техни двигатели и отделни възли) може да бъде успешен модел за преодоляване на кризата.  Не бива да забравяме факта, че вятърни генератори може да са част от съоръженията за зареждането на елакумулаторите на plug-in хибридите и елколите. А те пак се нуждаят от електрогенератори (вижте снимките на края на страницата), които по принцип могат да бъдат също безчеткови елмашини.

Повечето развити държави вече въведоха ефективни икономически стимули, както за производителите, така и за потребителите на такива автомобили. Същевременно новият автомобилен екостандарт Евро 5  значително ще ограничи пазара на известните ни масови коли. С изключение на малолитражните градски конвенционални коли, всички други автомобили с ДВГ няма да могат да покрият екостандарта.

А това означава, че на пазара ще останат само електрически и хибридни коли. Но понеже електрическите имат по-малък пробег с едно зареждане, то предпочитаните универсални автомобили ще бъдат хибридните. В Ню Йорк вече тече задължителната пълна подмяна на старите таксита с ДВГ с хибридни такива. Като говорим за автомобили, следва да разбираме такива в най-широк смисъл, както по големина, така и по предназначение. Но тъй като и хибридните автомобили са с акумулатори, то се очаква бърз прогрес на това производство, което ще има три основни последици - подобряване на качеството, намаляване на габаритите им и относителното падане на цените им.

Когато една кола има един двигател, говорим за икономично управление на тази машина. Но когато една кола има хибриден двигател, ползващ различна тяга - например електрическа и горивна, тогава става въпрос за много по-сложно управление на всеки един от тях и на двата последователно или паралелно. А когато една хибридна кола има повече от два двигателя, и/или повече от два енергоакумулатора (примерно хидроакумулатори и електроакумулатори).

Интелигентната управленска автомобилна система е изобретена именно да постигне енергоикономичност при различните режими на движение на колата с два и повече двигателя. Тук за краткост ще разгледаме само три целеви функции на интелигентната управленска система на хибридна кола само с един акумулатор:

Първата функция е "максимум път при минимум изгорено гориво". 

Втората функция е "максимум път при минимум изразходвано електричество". 

Третата функция е "максимум път при минимум изразходвана енергия". 

В долната таблица (матрица 6 х 3) са илюстрирани някои от ефектите от трите илюстративни функции при интелигентно адаптивно управление на новоизобретения хибриден автомобил, в зависимост от стила на шофиране и транспортната среда:

В действителност управлението на автомобила е много по-сложно, защото има много повече целеви функции и комбинации между тях.

Благодарение на натрупания опит при тестването на различни възли и агрегати на екоавтомобилите, екипът на ЕКОВАТ ЕАД разработи проект за градски хибриден автомобил, който използва познатия двигател с вътрешно горене (ДВГ) и допълнителна електрическа машина, която е с двойно действие (мотор/електрогенератор) и се управлява от интелигентен компютърен блок. Той позволява при излишък на мощност от ДВГ и при забавяне на движението електрическата машина да работи като генератор и да зарежда електро-акумулаторите – т.е. същевременно в режим на електрическа регенеративна спирачка. При ускорително движение, интелигентното управление оптимизира съотношениято между тягата от ДВГ и елмотора, така че да има минимален общо разход на енергия за колата в различните й режими на движение. Описаното интелигентно управление (патент в процес) решава въпроса с енергоикономичността на автомобилите. Известно е, че максималният въртящ момент на ДВГ се достига при високи обороти (около 75% от максималните), а максималният въртящ момент на електромоторите практически е от завъртането им (при нула обороти). Затова оптимизирането на общата им работа в хибриден автомобил, с оглед на енергоефективността и тяговите им качества, е задачата, на която се отдели най-много внимание при проектирането му. Не само в изобретателската и конструктурската фаза, но и при конкретното изпълнение на управлението на движението (старт, ускорение, равномерно движение, забавяне и спиране) на хибридния автомобил в най-разнообразни пътни и теренни условия.

Новопроектираният български хибриден автомобил ще може да се зарежда с електричество от електромрежата, от ВЕИ и/или от бордова фотоволтаична инсталация, както е показания на снимката слънчев електромобил. Предвидената инфраструктура от зарядни електростанции, работещи на ВЕИ за зареждане на електромобилите ще се използват и за зареждане на хибридните. Икономията на течни горива (или газови), която постига новопроектираният български хибриден автомобил е над 30% в градско шофиране. А в случай на движение само на електрическа тяга икономията на автомобилно гориво е 100%. Със същите проценти се намаляват и вредните замърсяванея от изгарянето на автомобилните горива.

Вариантни проекти за слънчеви електрически хибридни коли и хидравлични хибриди може да изтеглите от www.tonchev.org/hcardownload.html

Комбинирана хидравлично-електрическа регенеративна паралелна спирачна система на хибриден автомобил (Hydraulic-Electric (H-E) hybrid car) по патенти BG 65480 @ BG 65421

Дискусията  "хидравлична или електрическа енерго-регенерация"  на енергията при спиране на автомобил тук ще пропуснем, защото е ясно, че и двете имат своите предимства за конкретни приложения. Благодарение на двата, посочени по-горе, патента разработихме и конструирахме хибриден автомобил (вижте снимките и видеото), който съчетава предимствата на двете системи. Чрез компютърни симулации за градски/крайградски автомобил получихме оптимално съотношение 13 към 7 между мощностите на хидравличната и електро-акумулацията на регенеративните спирачки.

Първата в света двойна хидравлично-електрическа хибридна градска кола	Допълнителни отвори за принудително охлаждане на двойния хибрид

 

Компактно разположение в моторния отсек на двигателя с вътрешно горене(ICE), на обратимата хидравлична машина (H) /мотор-помпа/  и на обратимата електромашина (Е) /мотор-алтернатор/ на двойния хибрид, работещи с обща трансмисия.	Новопатентованата първа в света двойно хибридна градска кола синергично обединява преимуществата на хидравличната и електрическата регенеративни спирачни системи, работещи в паралел.

Новоразработеният двоен хибриден автомобил има паралелно  действащи електро и хидравлични регенеративни спирачки с обща трансмисия с двигателя с вътрешно горене. Тази компактна схема позволява хидравличната обратима силова машина (мотор-помпа) и електрическата  обратима силова машина (мотор-алтернатор) да бъдат монтирани в моторния отсек на сериен малък градски автомобил. Показаната тук кола може да се движи и само с електрическата си машина (електрическа кола), за сметка на енергията в електрическите акумулатори, при което да работи и хидравличната й енерго-регенерация. Общо с двете интегрирани спирачни регенеративни системи е възможно да се постигне до 80% рекуперация на енергията при спиране в градския трафик. Големият дял от регенерираната енергия се получава от хидро-регенеративната спирачна  система. Новоразработеният авангарден двойно хибриден автомобил синергично обединява всички положителни страни на хидравличната и електрическата спирачни регенеративни системи.

Вижте видео на първата в света двойна хидравлично-електрическа хибридна градска кола по български патенти на www.youtube.com/watch#!v=SBwtMj06pr4&feature=channel  

Интелигентен екотранспортен трафик

Интелигентен екотранспортен трафик означава такова управление на автомобилното движение, при което замърсяването на въздуха да е възможно минимално. Отдавна в Германия и други държави непрекъснато се следи замърсеността на въздуха от автоматични станции по магистралите. Те задават темпото на трафика по аутобаните чрез пътни знаци, което указват скоростта, за да се намали замърсяването на въздуха. Тази система е твърдо програмирана. При определено ниво на зъмърсяване, скоростта на автомобилите следва да има определана стойност. Т.е. тя принуждава шофьорите да поддържат определена скорост. (В Германия, по принцип, няма ограничение на максималната скорост по магистралите).

Интелигентен транспортен трафик означава подобна екотранспортна система, но която управлява всяка интелегентна автомобилна система по безжичен път. Например, при повишено замърсяване на въздуха на аутобана интелигентната трафик система превключва целевата функция на автомобилите от обичайната втора за магистрално движение на първа (вижте червената таблица по-горе). Интелигентната трафик система позволява на шофорите свободно да избират скоростта и стила си на каране, но автоматично управлява интелигентната система на всеки хибриден автомобил.

Интелигентната трафик система може пълнообхватно да работи само с автоматизирано интелигентно управлявани коли и има много повече функции. Например, тя указва на всяка хибридна кола, какво е разстоянието до съответната електрозарядна и горивнозарядна станция, а самата автомобилна система показва в автомобила какъв е запасът за движение на всяка кола при съответната пътна обстановка, стил на шофиране и зададена целева функция.

На долните снимки виждате ветро-фотоволтаични електроцентрали, които могат да се използват и за зареждане на акумулаторите на електрическите и  plug-in хибридите. Пирамидалната структура под турбините синергично изпълнява две функции:

първата е поддържане на фотоволтаиците в оптимален наклон за максимален добив на електроенергия и

втората - да ускорява и насочва вятъра към ротора на хибридната електроцентрала. Това може да увеличи добива на електричество с над 30%, в сравнение със случая на турбина без усилвател на вятъра. Една такава патентована станция може да видите и на това видео  http://www.youtube.com/watch?v=KNptaLkgjYI  

Вижте видео http://www.youtube.com/watch?v=oAwwQz8uHWw  на магистрална електрозарядна електроцентрала, използваща 100% чиста и напълно възобновяема енергия от вятъра и слънцето. Тя е предназначена за зареждане на всички транспортни средства, ползващи електрическа тяга, като електро коли и plug-in хибридни коли. Излишъкът на електроенергия се отдава на електрическата мрежа и/или се използва за производство на водород за водородни коли или за енергоакумулация.

Когато е необходимо увеличаване на електрпроизводителността на фотоволтаиците се използва новопатентованата българска система - видео на фотоволтаичната патентована система с рефлектори за удвояване на електропроизводителността на фотоволтаиците вижте на http://www.youtube.com/watch?v=XE-mOgND07I

Новоизобретени реактивни пропелерни лопати на реактивни вятърни и хидрокинетични турбини

Новоизобретените лопати са уникални. Те нямат краища, поради което се елиминират индуктивните енергийни загуби от завихрянето на флуда след краищата на лопатите. Намалява се шумът от лопатите и кавитацията (във вода). Затова новопатентованите лопати са много по-ефективни от всички известни пропелерни лопати.

Показаните на снимките и видеото хибридни ветро-слънчеви електроцентрали могат да се използват не само за електрозахранване на транспортни средства, но и за енерго захранване на автомобили в най-широк смисъл: с хидравлична; пневматична; маховична; електрическа и други видове тяга (парвична или допълнителна), която да се зарежда с енергия от посочените съоръжения. Електрическите, и/или хибридните plug-in коли,  съгласно посочените патенти, са с регенеративни спирачки, които осигуряват заряд на бордовите енергоакумулатори. Специално хибридните могат да се дозареждат с цел да се увеличи пробегът на електрическа и/или маховична тяга например, за сметка на 100% чиста енергия от ветро-фотоволтаичените електроцентрали. По принцип тези централи могат да отдават излишък на електричество в обществена мрежа.

Разгледаните и други подобни хибридни централи на ВЕИ са част и от "зелените селища", в които всички енергийни консуматори (битови, промишлени, комунални, транспортни ....) са 100% на ВЕИ, както и ПЛЮС енергийните къщи в самите зелени селища, за които повече може да видите тук

За подобряване баланса на електросистемата с ВЕИ, електрическите автомобили могат да изпразват акумулаторите си (включително и ако акумулаторите им са маховични или други видове не електрически) в обществената елмрежа, Но няма да имат ток за движение. Хибридните plug-in коли по български патенти (вижте http://www.tonchev.org/hcarbg.html ) имат тази възможност, без да рискуват потенциала за движение. Инсталации на ВЕИ, по български патенти, включително и за зареждане на ел и хибридни коли вижте на http://www.b2b.bg/malkiturbinibg.html

Изтеглете брошури с патентовани проекти:

Еко-автомобили и соларни фотоволтаични проекти

Вятърни и хидро-кинетични реактивни турбини

Патентовани интелигентни ПЛЮС енергийни сгради

Хибридна автоматизирана система за климатизация и елзахранване на сгради

Очевидните тенденции за непрекъснато увеличение на цените на електроенергията е глобална тенденция. А дефицитнът на традиционните евергоресурси непрекъснато повишава цената им, особено след най-голямата екокатастрофа в САЩ - необратимото петролно замърсяване на Мексиканския залив. Затова, ускореното увеличение на всички енергийни цени бързо ще достигне нивото на преференциалните такива за енергия от ВЕИ. А това е най-голямата и абсолютна гаранция за инвеститорите във ВЕИ и в автомобили на електрическа тяга. Независимо, че сега автомобилите се зареждат с електричество от контакта, който се захранва от предимно не ВЕИ елцентрали.

Между впрочем, изкупните цени на тока от някои наши ТЕЦ отдавна са по-високи от преференциалните изкупни цени за тока от ВЕЦ и са съизмерими с тези на тока от малките вятърни турбини. А токът, изкупуван от градските топлофикационни ТЕЦ-ове е два пъти по-скъп от този от големите ВЕЦ и съизмерими с тока от големите вятърни турбини.

За всички, големи и малки проекти с ВЕИ, е задължителен проектът по Наредба 1627 от януари 2008 г. на МИЕ.

 

Някои официални публикации на въглеродоспестяващи патенти  вижте тук

Повече за патентите на инж. Тончев може да видите на www.tonchev.org

 Допълнителна информация може да намерите тук