專利名稱：一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于混合動力汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車。
背景技術(shù)：
當(dāng)前能源問題和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，受到了全球的廣泛關(guān)注，各國已將尋找新能源、提高能源利用效率、減少污染提升到關(guān)乎國家未來發(fā)展的戰(zhàn)略性高度。其中車輛的能源利用和尾氣排放也成為了一個被廣泛關(guān)注的問題，在眾多方案中混合動力汽車無疑是具有諸多優(yōu)點(diǎn)的選擇?；旌蟿恿ζ嚲哂性肼暤汀⑽廴拘?、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。使用電動輔助運(yùn)行的混合動力汽車一般采用蓄電池作為輔助動力，然而限于當(dāng)前的技術(shù)及工藝水平，蓄電池充電時間過長，在較低溫度下，蓄電池性能會大幅減弱，嚴(yán)重影響車輛動力性能。而且車輛啟動和加速時，需要蓄電池輸出一個大電流，這樣會造成蓄電池的損傷，縮短了蓄電池的使用壽命。由于城市路況復(fù)雜，車輛正常行駛時會頻繁的制動、加速和啟動，啟動和加速時蓄電池負(fù)擔(dān)很重，而且剎車制動時蓄電池不能有效回收能量，制動能量都轉(zhuǎn)化為熱量流失，并未得到有效的利用。同時，在車輛上下坡階段，車輛的勢能變化也并未得到有效利用。近年來超級電容的技術(shù)不斷進(jìn)步，已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段，由于超級電容存儲電能使用的是物理方法，只要內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有損壞，就可以一直使用下去，使用壽命長。而且超級電容可以直接承受大電流沖擊，充放電的速度也非常快，短時間內(nèi)大電流充放電是蓄電池?zé)o法做到的。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型提出一種應(yīng)用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其是以超級電容作為動力系統(tǒng)儲能元件，使用新的能源管理方案，讓混合動力汽車具有能量利用率高、耐用、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型描述的是一種使用新型電源系統(tǒng)的混合動力汽車，采用并聯(lián)動力總成結(jié)構(gòu)形式，動力系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、電機(jī)和發(fā)動機(jī)組成。所述的電源系統(tǒng)由超級電容模組和電源控制系統(tǒng)組成，超級電容模組通過DC/AC模塊與電機(jī)相接，DC/AC模塊將超級電容模組產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為可使電機(jī)工作的交流電，此時電機(jī)處于電動模式，或者將電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為超級電容模組充電，此時電機(jī)處于發(fā)電模式。所述的電機(jī)可以是開關(guān)磁阻電機(jī)，也可以是永磁同步電機(jī)。所述的超級電容模組是由100 200個超級電容單體串聯(lián)組成，如常規(guī)的混合動力汽車內(nèi)蓄電池一樣，通過DC/AC模塊與電機(jī)連接。所述的電容可以滿足車輛在急加速急減速時的功率需求。超級電容使用物理方法存儲電能，存儲次數(shù)多，壽命長，在零下40攝氏度時也具有優(yōu)秀的物理特性，可以在寒冷天氣下工作。所述的發(fā)動機(jī)可以是汽油內(nèi)燃機(jī)，也可以是柴油機(jī)等多種不同的發(fā)動機(jī)。所述的電源控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如附圖4，通過CAN總線傳輸信號，使用傳感器采集當(dāng)前的各種狀態(tài)量，并將采集值發(fā)送到電源管理系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行處理，控制單元根據(jù)不同的采集值，判斷超級電容電量等信息，根據(jù)整車需求，做出相應(yīng)的反應(yīng)，為車輛提供新的混合動力解決方案。本實(shí)用新型使用超級電容作為電能存儲，有效利用了城市中車輛頻繁制動和怠速損耗的能量，以及上坡和下坡時的勢能變化，降低了車輛的油耗，節(jié)能環(huán)保。混合動力汽車的電機(jī)通過傳動軸和離合器、變速箱相連，與發(fā)動機(jī)同軸驅(qū)動車輪的主減速器，一起驅(qū)動車輛行駛。在車輛啟動時由超級電容為電機(jī)提供啟動電流，超級電容能提供至少三次的啟動電流，增加車輛的啟動穩(wěn)定性。自傳感器接收到車輛啟動信息后，電源控制系統(tǒng)控制超級電容輸出一個直流啟動電流，電流經(jīng)DC/AC模塊轉(zhuǎn)換為交流電為電機(jī)供電，使電機(jī)工作，從而啟動車輛。混合動力汽車動力不足時，電源控制系統(tǒng)控制超級電容輸出穩(wěn)定的直流電流，并控制DC/AC模塊接通電機(jī)，經(jīng)DC/AC模塊轉(zhuǎn)換為交流電為電機(jī)供電，使電機(jī)工作，從而增加了車輛的動力?；旌蟿恿ζ囆旭偁顟B(tài)下，電機(jī)和傳動軸的連接斷開。且始終保持超級電容的電能在總?cè)萘康?/3以上，這樣可以保證超級電容具有正常啟動車輛的能量，也有足夠容量存儲回收的電能。如果超級電容電量不足，電源控制系統(tǒng)中的傳感器將電容數(shù)據(jù)傳送給控制單元，進(jìn)而使電機(jī)和傳動軸連接，發(fā)動機(jī)通過傳動軸帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，電能通過DC/AC模塊轉(zhuǎn)換后存儲到超級電容內(nèi)。當(dāng)超級電容內(nèi)電能達(dá)到總?cè)萘康?/3以上時，電源控制系統(tǒng)傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳送給控制單元，進(jìn)而控制超級電容將存儲的電能驅(qū)動電機(jī)或者經(jīng)超級電容保護(hù)電路釋放掉，直至超級電容內(nèi)電量降低到總?cè)萘康?/3以下，以保護(hù)超級電容?！せ旌蟿恿ζ嚨陌l(fā)動機(jī)啟動后一直保持工作狀態(tài)，車輛短時間停車時，發(fā)動機(jī)持續(xù)低速轉(zhuǎn)動，使用變速器脫離傳動軸和主減速器的聯(lián)系，發(fā)動機(jī)通過傳動軸帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子受力在磁場中旋轉(zhuǎn)，此時電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電流通過DC/AC模塊轉(zhuǎn)換為直流電存儲到超級電容中。長時間停車，傳感器采集的數(shù)據(jù)返回給整車控制器后，整車才會控制發(fā)動機(jī)停止工作。車輛制動時，離合器斷開發(fā)動機(jī)與傳動軸的聯(lián)系，電源控制系統(tǒng)控制超級電容停止供電模式，主減速器通過傳動軸帶動電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)處于發(fā)電模式，電能傳輸?shù)匠夒娙萏幋鎯?，電機(jī)發(fā)電，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，機(jī)械能減少，轉(zhuǎn)速降低，從而實(shí)現(xiàn)車輛制動。在車輛上坡時，超級電容為電機(jī)供電，為發(fā)動機(jī)提供助力；在車輛下坡時，電機(jī)如上所述可以起到制動作用并發(fā)電，將電能存儲至超級電容。本實(shí)用新型的優(yōu)越性:在城市路況中，車輛頻繁的啟動和制動，由于超級電容具有非?？斓某浞烹娝俣龋梢猿袚?dān)瞬時峰值充放電負(fù)荷。而且超級電容具有優(yōu)秀的物理特性，其充放電效率在99%左右，循環(huán)次數(shù)可達(dá)數(shù)十萬次，從而提高了整個動力系統(tǒng)的能量利用效率和使用壽命。較之使用蓄電池的混合動力汽車，使用超級電容做為輔助動力的混合動力汽車通過使用獨(dú)特的能源管理模式，可以更加有效的回收制動能量，并可以為車輛提供可靠的啟動電流，既延長了車輛動力系統(tǒng)的使用壽命，也提高了能量利用效率，而且減少了車輛發(fā)動機(jī)啟動次數(shù)，保護(hù)了車輛其他部件。其能量回收率可達(dá)15% 30%。

圖1:使用超級電容做電能存儲部件的整車控制原理圖；圖2:超級電容與DC\AC模塊連接電路圖；圖3:超級電容充放電電路；圖4:電源控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型所述的超級電容電源系統(tǒng)在混合動力汽車上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)有:超級電容1、DC/AC模塊2、發(fā)動機(jī)3、離合器4、電機(jī)5、變速器6。其中超級電容I由150個超級電容單體(如美國Maxwell公司生產(chǎn)的2.7V.3000F超級電容單體)串聯(lián)組成模組的規(guī)格為405V、20F。DC/AC模塊2電路圖如附圖2所示。發(fā)動機(jī)3采用汽油內(nèi)燃機(jī)，也可以使用柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)。電機(jī)5為開關(guān)磁阻電機(jī)(如北京中紡銳力機(jī)電有限公司生產(chǎn)的型號為DT336D31S的開關(guān)磁阻電機(jī))。其連接關(guān)系為:超級電容I連接DC/AC模塊2，DC/AC模塊2連接電機(jī)5，發(fā)動機(jī)3通過離合器4帶動傳動 軸轉(zhuǎn)動，傳動軸連接電機(jī)5的轉(zhuǎn)子，傳動軸通過變速器6連接車輪的主減速器?；旌蟿恿ζ囲o止時，電機(jī)處于電動機(jī)模式，超級電容I存儲有足夠啟動電機(jī)5的能量，車輛啟動時，電源控制系統(tǒng)控制超級電容I放電來啟動電機(jī)5,電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)后通過傳動軸和離合器4帶動發(fā)動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛啟動。車輛行駛過程中，發(fā)動機(jī)3處于工作狀態(tài)，通過離合器4帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，傳動軸通過變速器連接主減速器，帶動車輪旋轉(zhuǎn)，使混合動力汽車行駛。車輛行駛時，電機(jī)處于電動機(jī)模式，電源控制系統(tǒng)判定發(fā)動機(jī)3動力不足時，由超級電容I釋放電能，讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)輔助混合動力汽車行駛；電源控制系統(tǒng)判定超級電容I能量不足時，由發(fā)動機(jī)3通過離合器4和傳動軸帶動電機(jī)5運(yùn)行，電機(jī)5處于發(fā)電機(jī)模式，電機(jī)5轉(zhuǎn)子受力在磁場中旋轉(zhuǎn),此時電機(jī)5發(fā)電，產(chǎn)生的電流通過DC/AC模塊2轉(zhuǎn)換為直流電存儲到超級電容I中。車輛短時間停止時，變速器脫離傳動軸和主減速器的聯(lián)系，發(fā)動機(jī)3處于工作狀態(tài)，持續(xù)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過傳動軸帶動電機(jī)5運(yùn)行，電機(jī)5處于發(fā)電機(jī)模式，電機(jī)5轉(zhuǎn)子受力在磁場中旋轉(zhuǎn)，此時電機(jī)5發(fā)電，產(chǎn)生的電流通過DC/AC模塊2轉(zhuǎn)換為直流電存儲到超級電容I中。若長時間停車，傳感器采集的數(shù)據(jù)返回給控制芯片后，控制系統(tǒng)才會控制發(fā)動機(jī)停止工作。車輛制動時，離合器斷開發(fā)動機(jī)和傳動軸的聯(lián)系，電機(jī)5處于發(fā)電機(jī)模式，傳動軸受到阻力至轉(zhuǎn)速降為零，其中的能量由電機(jī)5發(fā)電，通過DC/AC模塊2傳遞到超級電容I存儲，留待下次車輛啟動時利用。[0029]車輛爬坡時，電源控制系統(tǒng)控制超級電容I加大放電電流，電機(jī)5為電動機(jī)，為發(fā)動機(jī)3提供助力。車輛下坡時，電機(jī)5變?yōu)榘l(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，電流通過DC/AC模塊2傳遞到超級電容I存儲，這樣也可以起到制動作用，并且將能量作為電能存儲起來，待需要時使用。在整個車輛運(yùn)行的過程中超級電容在不斷的充放電，其充放電電路如圖3所示，超級電容由沖擊電容8和放電電阻10對其進(jìn)行保護(hù)，三者并聯(lián)；當(dāng)超級電容回饋的電能瞬間過大時將電量轉(zhuǎn)移到?jīng)_擊電容上，實(shí)現(xiàn)對超級電容的保護(hù)；當(dāng)超級電容中的電量過多，且不能利用的情況下，閉合開關(guān)9，使多余電量由放電電阻釋放掉，保護(hù)超級電容。在混合動力汽車上使用時，滿足整車能量及功率需求的前提下，超級電容的重量及體積都較傳統(tǒng)的鎳氫電池減少了 1/2，在混合動力汽車上使用后，超級電容的壽命是鎳氫電池的2倍，其能量回收率可達(dá)15% 30%。以上所述，僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不能以此限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，凡依本實(shí)用新型權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡單的變換，皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型覆蓋的保護(hù)范圍 。
權(quán)利要求1.一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其特征在于:采用并聯(lián)動力總成結(jié)構(gòu)形式，動力系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、電機(jī)和發(fā)動機(jī)組成，所述的電源系統(tǒng)由超級電容模組和電源控制系統(tǒng)組成；超級電容模組通過DC/AC模塊與電機(jī)相接，超級電容模組由100 200個超極電容單體串聯(lián)組成，電源控制系統(tǒng)通過CAN總線傳輸信號，控制單元根據(jù)傳感器不同的采集值及整車需求，為車輛提供混合動力解決方案。
2.如權(quán)利要求1所述的一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其特征在于:在車輛啟動時，超級電容通過DC/AC模塊連接電機(jī)，來自超級電容的電流經(jīng)DC/AC模塊轉(zhuǎn)換為交流電后為電機(jī)提供啟動電流，使電機(jī)工作，從而啟動車輛；車輛短時間停車時，發(fā)動機(jī)低速轉(zhuǎn)動，使用變速器脫離傳動軸和主減速器的連接，發(fā)動機(jī)通過傳動軸帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電流通過DC/AC模塊轉(zhuǎn)換為直流電存儲到超級電容中。
3.如權(quán)利要求1所述的一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其特征在于:車輛在運(yùn)行狀態(tài)時，當(dāng)超級電容的電能不足總?cè)萘康?/3時，發(fā)動機(jī)通過傳動軸帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，電能通過DC/AC模塊轉(zhuǎn)換后存儲到超級電容內(nèi)；當(dāng)超級電容的電能達(dá)到總?cè)萘康?/3以上時，電源控制系統(tǒng)控制超級電容將存儲的電能驅(qū)動電機(jī)或者經(jīng)超級電容保護(hù)電路釋放，直至超級電容內(nèi)電量降低到總?cè)萘康?/3以下。
4.如權(quán)利要求1所述的一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其特征在于:當(dāng)車輛制動時，離合器斷開發(fā)動機(jī)與傳動軸的聯(lián)系，電源控制系統(tǒng)控制超級電容模組停止供電，主減速器通過傳動軸帶動電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)處于發(fā)電模式，電能傳輸?shù)匠夒娙萏幋鎯?；電機(jī)發(fā)電，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，機(jī)械能減少，轉(zhuǎn)速降低，從而實(shí)現(xiàn)車輛制動。
5.如權(quán)利要求1所述的一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其特征在于:所述的電機(jī)為開關(guān)磁阻電機(jī)或?yàn)橛来磐诫姍C(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車，其特征在于:所述的發(fā)動機(jī)是汽油·內(nèi)燃機(jī)或柴油內(nèi)燃機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于混合動力汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用超級電容輔助動力系統(tǒng)的混合動力汽車。其是采用并聯(lián)動力總成結(jié)構(gòu)形式，動力系統(tǒng)由電源系統(tǒng)、電機(jī)和發(fā)動機(jī)組成，所述的電源系統(tǒng)由超級電容模組和電源控制系統(tǒng)組成；超級電容模組通過DC/AC模塊與電機(jī)相接，超級電容模組由100～200個超極電容單體串聯(lián)組成，電源控制系統(tǒng)通過CAN總線傳輸信號，控制單元根據(jù)傳感器不同的采集值及整車需求，為車輛提供混合動力解決方案。
文檔編號B60K6/42GK203126504SQ201320093248
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者李駿, 韓煒, 孫煥麗, 李川, 趙洪輝, 劉建康 申請人:中國第一汽車股份有限公司