La presente invención se refiere a un sistema de propulsión y control para vehículos automóviles e industriales híbridos compuesto por varios sistemas de generación de energía independientes,

como puede ser un motor térmico alimentado por hidrógeno u otros combustibles unido a un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica, una pila de combustible conectada en paralelo a través de un circuito o bus de potencia, un conjunto de baterías en serie o paralelo, y paneles fotovoltaicos situados en el techo del vehículo que cargan continuamente las baterías. El sistema de gestión y control está compuesto por un algoritmo de cálculo de los costes energéticos de ciclo de vida y de eficiencia energética de los sistemas de propulsión, de manera que según estos y otros requisitos de la conducción y medioambientales entren en funcionamiento un sistema, el otro o los dos, de manera que se optimice la eficiencia energética y el consumo de combustible.

Sistema de control para configuraciones multi-híbridas en un vehículo Objeto de la invención La presente invención se refiere a un nuevo sistema de gestión energética y control para configuraciones multi-híbridas en vehículos, que garantice, en cualquier condición de circulación del vehículo, el mínimo requerimiento energético y de emisiones contaminantes, considerando, para ello, los parámetros energéticos de los combustibles y de los componentes de la configuración multi-híbrida.

Esta invención pertenece, dentro del campo del uso de la energía, al de la propulsión y control de vehículos, apoyándose para su diseño y desarrollo en conocimientos e investigaciones propias relacionadas con los motores a explosión, las pilas de combustible, las baterías y los vehículos híbridos y eléctricos.

Antecedentes de la invención

Tanto los vehículos movidos por motores a explosión, como los eléctricos, son conocidos desde hace ya algo más de cien años. Sin embargo, la combinación de estos dos sistemas de propulsión en vehículos denominados "híbridos" es relativamente reciente, y ha estado obligada principalmente por los problemas medioambientales de efecto local, es decir, los que afectan principalmente a la calidad del aire en las ciudades.

La importancia de los mencionados problemas medioambientales, junto con la escasez de combustibles fósiles, ha hecho también que en los últimos años se hayan buscado nuevos combustibles y fuentes de energía para usar en los vehículos, encontrando en el hidrógeno una solución a medio y largo plazo. De esta manera se han transformado motores a explosión para adaptarlos a la quema de este combustible, y se han desarrollado las pilas de combustible o "fuel cell", que hacen reaccionar electroquímicamente el hidrógeno con el oxígeno y dan como resultado agua y una corriente eléctrica que se aprovecha, en el caso de los vehículos, para alimentar un motor eléctrico que mueve sus ruedas.

Si bien los motores térmicos alimentados por hidrógeno y las pilas de combustible pueden ser utilizados en cualquier campo o aplicación, es en la propulsión de sistemas móviles, como los automóviles o los vehículos industriales, donde más se están desarrollando, existiendo ya prototipos que utilizan bien un sistema o el otro.

Sin embargo, la problemática que presentan ambos sistemas es todavía importante.

La transformación de un motor a explosión para permitir que pueda alimentarse con hidrógeno es relativamente compleja, ya que, entre otras cuestiones, la baja densidad del gas hace que sea necesario mejorar mucho la estanqueidad de los cilindros, y haya que recuperar y recircular el hidrógeno que en cualquier caso se acaba filtrando en un cierto porcentaje desde los cilindros hacia el cárter.

En el caso de la pila de combustible, al tratarse de una tecnología todavía novedosa, los problemas técnicos son aún más graves, existiendo incluso varias tecnologías distintas que compiten por acabar imponiéndose en el futuro.

En la situación de desarrollo actual, los motores térmicos alimentados por hidrógeno presentan una buena relación precio-potencia, pero una mala eficiencia energética, es decir, un bajo índice de aprovechamiento energético, aunque mejor que los alimentados con gasolina. Sin embargo, estos ratios son completamente inversos en la pila de combustible, que presenta una buena eficiencia, pero un gran coste por kilowatio de potencia.

Por otra parte, los paneles solares fotovoltaicos existen desde hace algunas décadas, pero debido a su baja densidad de generación de electricidad, su instalación en vehículos no ha pasado de aplicaciones especiales en vehículos experimentales o en prototipos demostrativos.

Existen algunas patentes sobre vehículos híbridos. Por ejemplo, la patente US 2008 277174 describe un sistema híbrido formado por uno o varios motores eléctricos alimentados por la electricidad producida pilas de combustible del tipo DEFC (Direct Etanol Fuel Cell) y un motor de combustión interna que puede utilizar como combustible el mismo que la pila de combustible, así como un sistema de frenado regenerativo.

La patente JP 2002 69656 describe un sistema de propulsión para un vehículo de tipo híbrido que tiene dos fuentes de propulsión combinadas en la misma planta motriz: un motor de hidrógeno y un motor eléctrico cuya alimentación proviene de una célula de combustible que utiliza también hidrógeno como combustible. Además existe un depósito de hidrógeno que alimenta tanto la pila de combustible como el motor térmico.

La patente WO 2006 62474 presenta un motor térmico alimentado por hidrógeno y una pila de combustible, pero no como fuente de energía eléctrica si no utilizada en funcionamiento inverso para producir hidrógeno a partir de electricidad y alimentar así con el hidrógeno producido el motor térmico La patente US 2008 264704 describe varios sistemas híbridos de propulsión según distintos modos de realización. En uno de ellos existe un motor térmico que puede funcionar con combustible convencional o con hidrógeno según se requiera más o menos potencia del vehículo. Además el sistema presenta pilas de combustible para producir electricidad y alimentar un motor eléctrico que puede almacenarse en baterías eléctricas.

En el estado del arte se encuentran también algunas referencias bibliográficas que describen otros sistemas de propulsión híbrido. Recientemente José Mª López, uno de los autores de esta patente, ha publicado el libro "El medio ambiente y el automóvil", donde analiza los distintos sistemas híbridos de propulsión de vehículos existentes en la actualidad. En ninguna de estas fuentes consultadas ha aparecido tampoco ningún equipo sistema de generación multihíbrida para vehículos como el presentado aquí, ni ningún sistema de control que minimice la energía en función de las características de coste y rendimiento energético de los sistemas y combustibles.

Descripción de la invención La presente invención supera los problemas detectados en el estado de la técnica anterior mediante las características presentes en la reivindicación independiente. La ventaja principal radica en un correcto dimensionado de los propulsores junto con un sistema de control que tenga en cuenta los costes energéticos de producción del combustible y de la electricidad en cada país, así como los rendimientos energéticos del motor a explosión, de la pila de combustible y de las baterías, puede optimizar la eficiencia energética, el consumo de combustible y el impacto medioambiental del vehículo según sus características internas, los requisitos de la conducción, las de la vía por la que se circula y medioambientales, ya que regulará la entrada en funcionamiento de un sistema u otro, o en su caso, de los dos.

La invención se puede aplicar, a modo de ejemplo, en un motor térmico o de explosión alimentado por hidrógeno u otros combustibles, cuya energía mecánica hace girar un generador que la transforma en electricidad. Esta electricidad alimenta un conjunto de baterías que, a su vez, alimentan un motor eléctrico conectado a las ruedas del vehículo, que lo propulsa. El generador eléctrico está conectado en paralelo, además, con una pila de combustible alimentada por hidrógeno, de manera que, según los requisitos de la conducción, de la vía por la que se circula y medioambientales, y según un sistema de control que rige el conjunto, entran en funcionamiento un sistema u otro, o en su caso, los dos, de manera que se optimice la eficiencia energética y se minimice el consumo de combustible. Para poder almacenar parte de la energía eléctrica generada, existe un juego de baterías que, bien en configuración serie o en paralelo, pueden proporcionar un extra de potencia al motor eléctrico cuando las condiciones de conducción lo requieren, y pueden almacenar la energía generada por la frenada del vehículo. Como tercera fuente de generación de energía, las baterías son también cargadas por paneles solares dispuestos en el techo del vehículo. Aparte de estas fuentes incorporadas en el propio vehículo, las baterías pueden ser también cargadas desde la red eléctrica a través de un enchufe.

El sistema está formado por un algoritmo de cálculo de los costes energéticos de ciclo de vida de producción y de eficiencia energética de los combustibles y sistemas de propulsión, de manera que según estos y otros requisitos de la conducción y medioambientales entren en funcionamiento un sistema, el otro o los dos, de...

1. Sistema de control para configuraciones multi-híbridas en un vehículo, caracterizado por que comprende:

- un conjunto de sensores (15) configurados para medir:

- la energía almacenada en el depósito de combustible (2) ,

- la energía almacenada en las baterías (11) ,

- la concentración de dióxido de carbono exterior,

- la concentración de dióxido de nitrógeno exterior,

- la concentración de partículas exterior,

- la concentración de ozono exterior,

- las revoluciones por minuto del motor,

- la velocidad,

- la posición del pedal del acelerador,

- el posicionamiento del vehículo.

- una base de datos que almacena al menos:

- una tabla (16) con los consumos pozo al tanque,

- una tabla (18) con los consumos del tanque a la rueda,

- una tabla (17) con el coste energético y de emisiones de efecto invernadero de los combustibles empleables

- unos medios de procesamiento (13) configurados para calcular, según un criterio de optimización (20) , un modo de propulsión óptimo a partir de la información recibida del conjunto de sensores (15) y de la información consultada en la base de datos.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de procesamiento aplican un criterio de optimización (20) basado en minimizar el coste energético.

3. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de procesamiento aplican un criterio de optimización (20) basado en minimizar el coste económico.

4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende unos medios de accionamiento configurados para accionar el modo de propulsión óptimo calculado.

5. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de procesamiento (13) están configurados además para consultar si el posicionamiento del vehículo corresponde con un área con restricción a la contaminación para seleccionar el modo de propulsión de menor coste energético.