CN102792009A - 采用引擎作为原动力的交通工具的混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力驱动系统。该混合动力驱动系统包括一个具有一个输出轴的原动力。该输出轴具一个第一端和一个相对的第二端。该混合动力交通工具还包括一个与输出轴第一端连接的变速器，一个第一储能装置，一个与输出轴第二端连接的并配置成给一个或多个交通工具电气系统供电和给第一储能装置充电的交流发电机，一个与输出轴第二端连接的并配置成辅助原动力转动输出轴的引擎，一个配置成给引擎供电的第二储能装置和一个配置成用于控制储能装置向引擎发送的功率值的引擎控制单元。

Description

采用引擎作为原动力的交通工具的混合动力驱动系统

可参考的相关申请。

本申请要求下述专利申请的优先权，并将其公开的内容作为一个整体进行参考：印度专利申请，申请号：2108/MUM72009，申请日：2009年9月15日；印度专利申请，申请号：2109/MUM/2009，申请日：2009年9月15日；国际专利申请，申请号：PCT/IN2009/000655，申请日：2009年11月15日；国际专利申请，申请号：PCT/IN2009/000656，申请日：2009年11月15日；印度专利申请，申请号：1388/MUM/2010，申请日：2010年04月30日。

背景技术

本发明涉及混合动力交通工具领域。本发明尤其涉及一种可以添加到新的或现有的交通工具中转变成混合动力交通工具的驱动系统。本发明还涉及一种利用引擎作为交通工具的原动力的驱动系统。

混合动力交通工具向用户提供取代还是采用传统的内燃机，变速器以及在驾驶过程中常常表现出相对较低的燃油效率和/或排放产生不良排放物的交通工具。一种典型的混合动力交通工具包括一个电池供电的电动引擎和一个内燃机。混合动力交通工具受消费者的接受程度，主要取决于解决方案的成本和解决方案所带来的燃油效率以及减少排放物的效益。混合动力交通工具的燃油效率和排放量的能力，主要取决于混合动力驱动系统的主要部件（如电动引擎，电池，控制器，相关软件等）的设计与应用。这就需要提供一种用于交通工具的，其在一定程度上混合动力交通工具的主要部件是独立平衡的，以及能给用户提供一种燃油效率和减少排放物的经济型方案的混合动力交通工具和/或混合动力驱动系统。同样也需要提供一种用于交通工具的，可通过原设备制造商方便对现有交通工具进行改装应用的安装和/或在新交通工具中作为平台一部分的混合动力驱动系统。

发明内容

一个实施例公开了一种混合动力交通工具。该混合动力交通工具包括一个具有一个输出轴的原动力。该输出轴具有一个第一端和一个相对的第二端。该混合动力交通工具还包括一个与输出轴第一端连接的变速器，一个第一储能装置，一个与输出轴第二端连接的，并配置成给一个或多个交通工具电气系统和给第一储能装置充电的交流发电机，一个与输出轴第二端连接的并配置成辅助原动力转动输出轴的引擎，一个配置成给引擎供电的第二储能装置和一个配置成用于控制储能装置向引擎发送的功率值的引擎控制单元。

另一个实施例公开了一种用于一辆具有一个内燃机，一个变速器，一个交流发电机和一个电池的交通工具的混合动力驱动系统。该混合动力驱动系统包括一个具有一根在引擎对面的变速器一边连接内燃机机轴的输出轴的电动引擎。该电动引擎配置成对内燃机转动机轴提供辅助。该混合动力驱动系统还包括一个向电动引擎提供能量的储能元件和一个配置成用来控制储能元件向电动引擎发送功率值的引擎控制单元。该储能元件区别于交通工具的电池。

另一个实施例公开了一种混合动力交通工具。该混合动力交通工具包括一个具有一个第一输出轴的原动力。该第一输出轴具有一个第一端和一个相对的第二端。该混合动力交通工具进一步包括一个连接到输出轴第一端的变速器。该混合动力交通工具进一步包括一个具有一个第二输出轴的引擎。该第二输出轴连接到第一输出轴的第二端，这样第二输出轴本质上与第一输出轴是同轴的。该引擎配置成有选择性的辅助原动力转动输出轴。该混合动力交通工具进一步包括一个连接到原动力输出轴的第二端，并配置成给一个或多个交通工具电气系统和给第一储能装置充电的交流发电机。该混合动力交通工具进一步包括一个配置成用来控制第二储能装置向引擎发送功率值的引擎控制单元。

附图说明

图1A是一个如一个实施例所述的一种交通工具和一个混合动力驱动系统的示意图。

图1B是一个如另一个实施例所述的一种交通工具和一个混合动力驱动系统的示意图。

图2是一个如一个实施例所述的一种具有图1所述的混合动力驱动系统的交通工具的侧面图。

图3是一个图2所述交通工具的顶视图。

图4A是一个图2所述交通工具的仰视图。

图4B是一个如一个实施例所述的图2所述交通工具的引擎罩。

图5A是一个图2所述交通工具的一个机轴上的一个现有皮带轮的透视图。

图5B是一个仅有图5A所述皮带轮的透视图。

图6A是一个取代了机轴上现有皮带轮的混合动力驱动系统的皮带轮的透视图。

图6B是一个仅有图6A所述皮带轮的透视图。

图7是一个图2所述交通工具的一个歧管的透视图。

图8是图2所述交通工具的歧管的另一个透视图，但去除了排气热档板。

图9A是一个添加到交通工具上用来支撑混合动力驱动系统部件的第一个安装装置的透视图。

图9B是一个仅有第一安装装置的透视图。

图10A是一个添加到交通工具上用来支撑混合动力驱动系统部件的第二个安装装置的透视图。

图10B是一个仅有第二安装装置的透视图。

图11A是一个添加到交通工具上用来支撑混合动力驱动系统部件的第三个安装装置的透视图。

图11B是一个仅有第三安装装置的透视图。

图12是一个用于如一个实施例所述的具有一个热档板的电动引擎的一个安装装置的透视图。

图13A是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的新导轮的透视图。

图13B是一个仅有图13A所述导轮的透视图。

图14是一个如一个实施例所述的安装在交通工具内的混合动力驱动系统的一个燃料开关的透视图。

图15是一个如一个实施例所述的交通工具的一个踏板布局的透视图。

图16是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的一个接线盒和绝缘体的透视图。

图17是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的一个引擎控制单元的透视图。

图18是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的一个储能装置的透视图。

图19是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的一个充电器的透视图。

图20是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的一个可选择的用户界面与显示的透视图。

图21是一个如一个实施例所述的混合动力驱动系统的一个电子巡航的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图来详细说明各种实施例所述混合动力驱动系统100及其部件。通过原始设备制造商和/或作为一种样式改装，混合动力驱动系统100配置成安装在一种交通工具内（例如，汽车如轿车，卡车，越野车，小货车，客车等，三轮车，摩托车，飞机，船只等），并提供一个可选择性通过辅助引擎的机轴的转动来减低引擎驾驶负载（如通过至少部分共享负载等）和/或增大最大转矩的系统。相比于没有运行混合动力驱动系统的相同交通工具，增加混合动力驱动系统100的交通工具能有效改善燃料燃烧效率（如消耗等），排放率和/或交通工具能量。如多个实施例所述，混合动力驱动系统100可以安装在交通工具的任何合适位置并可与任何交通工具部件结合在一起，并可以提供多种尺寸，外形和形状，并可用多种工具和装配方法来安装。所有类似的变化均包括在本发明公开的范围内。

图1A是一个如一个实施例所述的一种交通工具和一个混合动力驱动系统100的示意图。混合动力驱动系统100一般包括一个引擎（柴油引擎，涡轮引擎等），如所示的燃气内燃机102，一个电动引擎104，一个引擎控制单元106和一个电源，如所示的一个电池108。电池108是以电池组形式存在，包括以电化学电池或电池组组成许多储能装置（如其他实施例中可用电容装置如极好电容器和/或超级电容器来替代或不用电池组）。

内燃机102产生一个足以驱动一个或多个交通工具的车轮110的扭矩输出来起着交通工具的原动力。电动引擎104通过减轻内燃机102的驾驶负载来辅助内燃机102（通过至少部分共享负载等）和/或增大内燃机102的动力。电动引擎104通过电池108产生动力并通过引擎控制单元106来控制。引擎控制单元106是基于来自如下所述的引擎传感器112，引擎传感器114和/或电池传感器的输出信号来控制电动引擎104。

首先应当指出这些发明内容的目的，术语混合动力，无论是单独或与如交通工具和/或驱动系统等术语相结合使用，一般是指一种具有包括超过一种能源的驱动系统的交通工具。如一个实施例所示，混合动力驱动系统100采用一个内燃机和一个电动引擎。如另一个实施例中，内燃机和/或电驱动引擎及其控制系统可用各种已知的或其他适当的能源代替。

通过电动引擎104向内燃机102提供辅助的能量和提供辅助的时间，至少部分是由引擎控制单元106所控制。引擎控制单元106包括一个配置成可产生和/或接收一种或多种来自运行电动引擎的控制信号的引擎控制器。引擎控制单元106可能包括一个或多个数据处理器（如微控制器）和一个或多个计算机可读介质（如内存），配置成可存储各种引擎控制器106使用数据和/或通过数据处理器来执行各种功能的执行操作指令。引擎控制单元106的内存可能包括一个或多个模块（如软件模块），包括但不限于一个引擎控制模块和一个能源管理模块。

引擎控制模块配置成产生一个或多个控制信号来控制电动引擎104的运行。如一个实施例所示，引擎控制模块基于一个或多个在试验和/或模型结果基础上的引擎辅助结构产生控制信号。能源管理模块配置成对电池108所提供的能源管理。如一个实施例所示，能源管理模块配置成在成为可再生制动的充电过程中对电池108中存储的有效充电量进行监测，并配置成基于电池108中有效充电和/或其他交通工具运行条件下对电动引擎104改变控制信号。

引擎控制单元106接收到一个或多个来自各种传感器、电路和/或交通工具的其他部件如内燃机102，电动引擎104，电池108的输入信号。输入包括数字输入（如制动器，手制动器，离合器，倒档，空调，点火装置，模式选择，如经济或强力等），调制和/或编码输入（例如，车速传感器，引擎速度传感器，编码器等），模拟输入（如引擎温度，引擎温度，电池108温度，油门位置，歧管压力，制动器位置等），和/或其他类型的输入。如一个实施例所示，一个或多个输入或通过隔离电路（如电隔离）来隔离。在输入中接收的信息可由各种交通工具传感器来接收（如现有的交通工具传感器，引擎管理系统，通过混合动力驱动系统100添加到交通工具中的传感器等）。

引擎控制单元106配置成产生一个或多个系统输出，如用来给引擎控制器切换功率的引擎控制功率输出，用来提示故障的故障灯输出，用来提示各种信息如引擎控制单元106（如向交通工具驾驶员，修理工等）的指示输出，和/或其他类型的输出。引擎控制单元106还配置成产生一个或多个输出（如数字输出，模拟输出等）如喷油器输出和/或系统输出。喷油器输出可配置成来控制燃料喷油器（如通过一个或多个控制器）来延迟和/或限制流向引擎的燃料流量。系统输出包括电源控制输出，引擎控制器冷却风扇输出，故障灯输出，泵的输出，和/或其他类型用来提供信息和/或控制各种交通工具部件（如包括引擎）的输出。引擎控制单元106还配置成产生用于提示交通工具驾驶员的提示信息（如在交通工具仪表板上或附近提示）。

此外，通过减少内燃机102的驱动负载和/或通过增加内燃机的功率来辅助内燃机102，电动引擎104还配置成可用充电电池108和/或用交通工具内各种电气部件提供的电能来作用于发电机。例如，当从内燃机102没有所需要的转矩时（如当交通工具空转，滑行，制动等），可用电动引擎104作为发电机。电动引擎进一步还可配置成可提供用于交通工具内一个或多个系统运行的机械能（如转动的机械能等）。例如，如下所示，电动引擎104可用于向交通工具的空调系统的压缩机提供动力。

如一个实施例所示，电池108由多个铅酸电池串联在一起。如另一个实施例所示，电池108可以是一组合适的电池，包括但不限于，锂离子电池，镍金属氢化物（NiMH）电池等。如另一实施例所示，电池108可以通过或用其他类型的储能元件（如一个或多个电容器，超级电容器等）联合使用来代替。

电池配置成当电动引擎104作为发电机时可接收来自电动引擎104的充电。如果电池108在交通工具运行期间没有充分的充电，交通工具将仅仅用燃料来运行至到电池108充满电。如一个实施例所示，还提供用于电池108充电的独立的充电器。这个充电器包括一个连接器，如所示的插头134，允许用户在交通工具没有使用时插入到混合动力驱动系统中。如一个实施例所示，电池108和独立充电器均储存在交通工具的后备箱中。如另一个实施例所示，电池108和/或独立充电器可放置在交通工具内的任何其他可用空间内。

参照图1A所示，内燃机102包括一个输出轴，如所示的具有一个第一输出118和一个第二输出120的机轴116。 第一输出118配置成与给一个或多个车轮110传递动力的交通工具驱动系统连接。如该实施例所示，该交通工具是前轮驱动交通工具，并且该驱动系统包括一个通过一个或多个轴，差速器，连接器等连接到前轮110上的变速器122（自动变速器或手动变速器）。如另一实施例所示，混合动力驱动系统100还可用在后轮驱动交通工具上和/或全轮驱动交通工具上。内燃机102通过机轴116转动变速器122向驱动轮传输转动机械能。

电动引擎104与内燃机102并联接入，辅助内燃机102向变速器122提供转动机械能。如该实施例所示，电动引擎104连接到机轴116的第二输出轴120；第二输出轴120是在相对第一输出轴118的机轴116的一端上，如此电动引擎104连接在机轴116的一端上，相对端是连接变速器122（即对边是内燃机102）。电动引擎104连接在内燃机102的这个位置，比连接在变速器122的同一侧，可简化混合动力驱动系统100，尤其是在改装应用中。另外，在变速器122的前面布置电动引擎104允许电动引擎104利用变速器的齿轮传动来减轻电动引擎104的负载。例如，在一个有5速手动变速器的交通工具的实施例中，齿轮位置从第一齿轮变到第五齿轮，齿轮比率大约在3.45和0.8之间变化。因此，对于给定的例子，电动引擎104连接到变速器122前的机轴116上，将有利于电动引擎104在第一齿轮位置提供的一个输出扭矩，比如果相同的电动引擎104连接到变速器122后的机轴116大3.45倍。因此，该系统可以用更小的电动引擎104来满足特定应用的扭矩需求。

电动引擎104通过在机轴116转动上来辅助内燃机102以减轻内燃机102的驱动负载（如到少部分共享负载等）和/或增大内燃机102的功率。因为内燃机102的驱动负载可以减轻，可以改善燃料燃烧率（如消耗量等）和/或排放率。在混合动力驱动系统100的使用中，通过电动引擎104提供的辅助量和/或通过电动引擎104提供的辅助时间段取决于特定需求和/或应用参数可能会有所不同。如一个实施例所述，通过电动引擎104提供的辅助目的是要求内燃机102运行时效率高，从而减少排入。

电动引擎104一般包括一个引擎外罩124和一个输出轴126。如一个实施例所述，电动引擎104是一个三相交流电异步电动引擎。如另一个实施例所述，电动引擎可以是任何一个合适的引擎，包括但不限于，一个直流电动引擎，一个具有可编程逻辑控制器的直流电机等。

如一个实施例所述，相对于内燃机102来说电动引擎104的放置位置，外罩124接近于内燃机102的一边（如前边等），输出轴126基本平行于并补偿机轴116。如该实施例所示，电动引擎104放置在内燃机102的前面（相对开交通工具的行驶方向）并通过皮带轮与内燃机102连接。皮带轮系统一般包括一个第一皮带轮128和一个第二皮带轮130。当第二皮带轮130转动连接到电动引擎104的输出轴124时，第一皮带轮128转动连接到机轴116的输出轴120。一个连接装置（如链条，皮带等），如所示的一根皮带132，在第一皮带轮128和第二皮带轮130之间。如另一个实施例所述，电动引擎104可放置在相对于内燃机102的任何位置（如，上面，下面，在一个或多个侧面，后面等）。

如其他实施例所述，皮带系统可以用任何其他合适的连接系统代替，包括但不限于齿轮系统。参考图1B所示，如另一个实施例所示的混合动力驱动系统100。如该实施例所示，电动引擎104放置在相对于内燃机102来说，其外罩124面对着内燃机102的一端，并且输出轴126至少部分与机轴116的第二输出120对齐（如同轴，同心等）。一个轴连接（如万向接头，套环等），如所示的一个万向接头136，提供在输出轴126和第二输出120之间直接将电动引擎104连接到内燃机102上。万向接头136配置成弥补输出轴126和第二输出120之间的任何轻微的错位。如该实施例所示，万向接头136安装在第一皮带轮128上，其通过内燃机102来维持转动。类似的实施例可参考所述的图1A，第一皮带轮128的一根皮带可支持连接至少一个交流发电机和一个空调系统的压缩机。

相比较于具有电动引擎与内燃机平行连接的典型混合动力交通工具来说，电动引擎104的大小（即功率要求）相对较小。较小引擎比较大引擎更便宜，并且可以用较低的成本实现混合动力系统。较小的引擎也占用更小的空间体积。因为交通工具内的空间（如引擎盖下等）是有限的，用更小的引擎可以允许混合动力驱动系统100更容易安装到交通工具内。较小的引擎也比较大的引擎轻，但在短时间内提供充足所需要的转矩（如当引擎排放物很高时等）。与使用较大引擎相比，使用较小引擎可依次提供更高的燃油经济性和低排放。较小引擎也可允许在一个较低的电压和/或电流下提供电功率，这样就可允许采用较小的导线来在混合动力驱动系统之间提供电能和/或增加系统的安全性。

在混合动力驱动系统100中至少有两个原因为什么电动马过104的大小可以降低。第一，混合动力驱动系统100不运行在如纯电动交通工具的交通工具上。换句话说，电动引擎104不通过其自身来驱动该交通工具，而只是作为一个动力来辅助内燃机102驱动，只可作为一个发电机和/或作为一个驱动装置作用于一个或多个交通工具部件来运行。通过向内燃机102提供辅助，电动引擎104允许内燃机102在一个更有效的区域内运行，同时提供交通工具所需的驱动扭矩。因此，电动引擎104不能满足内燃引擎102的相同的扭矩和/或速度需求。第二，仅在选择性时期和选择性能量下才提供辅助。因此，电动引擎104不需要连续运行，至少不在转矩控制模式上运行。

举个例子，在运行条件下可提供更多的辅助，即有益的辅助（如减少废气排放，提高燃油经济性，提高了功率等）更高。如一个实施例所述，当内燃机102相对低速（即少于2000转/秒）时混合动力驱动系统100提供更多的辅助，当内燃机102相对高速（大于4500转/秒）时提供更少的辅助。换句话说，当交通工具运行在一个相对高速时，混合动力驱动系统100允许内燃机102提供更高的扭矩要求并且电动引擎104不对内燃机102提供任何辅助。当有一个在较低速更高扭矩的突然需求时，电动引擎104对内燃机102提供最大的辅助。应当意识到，当内燃机102处于较低速时，由于惯性和系统的滞后，将花费一定的时间来使内燃机102提高到更高扭矩水位。在这个时间内，电动引擎104可以在其峰值运行，从而快速满足交通工具的扭矩需求。然而，这种情况下的高峰值需求一般很大和时间很短。根据这一策略，内燃机102可在所需要的区域内运行。

当内燃机102的速度相对较高的例子是在加速期间。例如，混合动力驱动系统100配置成在交通工具加速时提供辅助。混合动力驱动系统100可以测定（如通过接收一个或多个传感器信号）交通工具的加速要求（如当踩下加速器或加速板）。在响应中的期间，电动引擎104控制向内燃机102提供辅助。如一个实施例所述，仅提供一个很短时间或脉冲的辅助。然而，在这些短脉期间提供的辅助能量比电动引擎104在固定负荷状态下更大。比如，电动引擎104可在其峰值级或附近运行。在使用一个较小引擎时，通过引擎在现有固定负载状态上的运行一个短时间，可达到交通工具所需要的能量，并且提高效益（如排放，燃料燃烧效率等）。

确定电动引擎104可向内燃机102提供的辅助能量是一个很多因素的平衡。一个选择电动引擎104的策略是选择一个能够提供最小能量（如扭矩）就可以辅助内燃机102达到所需的能量和时间的电动引擎。这个策略使电动引擎104的大小，电池108的大小和混合动力系统100的总重量减少。如一个实施例所述，这个策略包括选择一个具有一个在内燃机102大约40%和50%之间的能量输出（如马力）的峰值的电动引擎104。

以下是一个这种引擎选择策略的例子。在这样的一个例子中，交通工具具有一个额定大约47马力的内燃机102。按照上述规定的策略，电动引擎104的大小应该大约是内燃机102马力的40%。设计最大负载的情况下，假设当交通工具在高速档，齿轮齿数比大约为1：1。因此，电动引擎104的最大能量应该需要大约18.8马力（即0.4*47）或大约14千瓦。而不是选择一个最接近固定负载状态这个值的电动引擎104。一般，引擎的峰值大约是固定负载状态下的四至五倍。据发现，在短时间内，在不过热和/或不损坏电动引擎104的情况下，电动引擎104可以运行比其固定负载状态下高四至五倍。因此，在这样的策略下，电动引擎104应该在固定负载状态下有大约3.5千瓦。

在第二个例子中，交通工具是一种具有一个额定大约75至80之间马力的中型汽车。使用上述相同的策略，混合动力系统100应选择一个在固定负载状态下大约6千瓦的电动引擎104。

可用于选择电动引擎104的另一个策略是选择一个具有在固定负载状态下不少于内燃机102最大马力的十分之一（1/10）的电动引擎104。如一个实施例所述，该策略可选择一个具有在固定负载状态下在内燃机102最大马力的十分之一（1/10）至四十分之一(1/40)之间的电动引擎104。如另一个实施例所述，该策略可选择一个具有在固定负载状态下在内燃机102最大马力的十五分之一（1/15）至四十分之一(1/40)之间的电动引擎104。如另一个实施例所述，该策略可选择一个具有在固定负载状态下在内燃机102最大马力的大约二十分之一（1/20）的电动引擎104。如另一个实施例所述，可用不同的策略来选择电动引擎104（如调到高达100％闲置扭矩作为最大扭矩的百分率即80％的策略）。

一旦电动引擎104安装在混合动力驱动系统100中，电动引擎104的温度将通过引擎控制单元106来监测以确保电动引擎104不会过热。因为引擎控制单元106是程序化来对电动引擎104以一个少于大约4秒的脉冲时间的峰值形式运行的，可降低过热的可能性。提供一个或多个传感器来探测电动引擎104是否过热和/或即将过热。如果是这样，可配置成切断电动引擎104的电源。

在这样一种选择一个电动引擎104的策略下的结果是要求电动引擎104的电功率相对较低。因为电动引擎104有一个相对低的电源要求，则电池108的大小就可以降低。另外，较低电源要求也可以使用成本更有效的电池类型如铅酸电池。例如，在给混合动力驱动系统100选择一个连续功率3.5千瓦的电动引擎104的这种情况下，一个48伏铅酸型电池108可用于给电动引擎104和引擎控制单元106供电。如一个实施例中，混合动力驱动系统100可用4个12伏100安培铅酸型电池组串联接入来提供48伏电池108。

完成了电动引擎104和电池108的选择，混合动力驱动系统100就准备添加到交通工具上去。如上所述，混合动力驱动系统100可通过原设备制造商添加到交通工具上或作为给有能力的用户提供将现有的燃气能源交通工具转变成混合动力交通工具的样式改装应用。作为一种样式改装应用，混合动力驱动系统100可提供一个相对准确无误的转换套件，因为现有的内燃机102和变速器104不需要改变就能接受混合动力驱动系统100。虽然添加混合动力驱动系统100到交通工具上所必须的具体步骤不一样，其取决于需要添加混合动力驱动系统100的交通工具的品牌和型号，不管什么交通工具所需要的步骤可能包括：1）在交通工具内寻找一块可以接受电动引擎104的地方；2）搬迁，重新配置和/或拆除一些交通工具部件来提供用于电动引擎104的足够空间；3）在交通工具内安装电动引擎；4）连接电动引擎104到内燃机102的机轴116上；5）安装引擎控制单元106；6）安装一个或多个用于向电动引擎104和引擎控制单元106供电的储能元件（如电池108等）。

参照图2A至21，如一个实施例所示的一种典型样式改装应用。如该实施例所示，改变成混合动力交通工具是一辆1.4升引擎和手动变速器的四门乘用中型车。采用上述策略，选择一个持续功率大约为7.5马力或5.5千瓦的电动引擎104 来辅助内燃机102。在转变过程开始之前，该交通工具包括一个电池，一个用于起动内燃机102的起动引擎，一个给电池充电和交通工具的电气系统供电的交流发电机，一个具有压缩机的空调系统，以及其他组件。变速器122连接到内燃机102机轴的一端，而皮带轮200（如图5A和5B中所示）连接到该机轴的第二端，即对面端是变速器122。皮带轮200配置成接受一个第一皮带连接到交流发电机上对应的一个皮带轮上，并且第二皮带连接到空调压缩机上对应的一个皮带轮上。

参照图4A和4B，改装过程中的一个预备步骤是至少部分拆卸交通工具上的某些部件。该步骤可能包括拆除一个或多个交通工具的前轮，交通工具的前保险杠和可能会限制内燃机102周围的区域的任何防护罩，如所示的引擎盖202。改装交通工具的方法还包括拆除机轴的皮带轮200（如图5A和5B所示）并用混合动力驱动系统的皮带轮204（如图6A和6B所示）来代替。该步骤涉及到内燃机102调速轮的充分同步来防止被拆除的皮带轮200并用混合动力驱动系统皮带轮204代替的机轴的转动。

如一个实施例所述，混合动力驱动系统皮带轮204是一个整体，包括一个第一皮带轮206和一个第二皮带轮208。第一皮带轮206基本与皮带轮200部分相同，并配置成接收与交流发电机连接的皮带。第二皮带轮208配置成接收与电动引擎104而不是与空调压缩机连接的皮带。为了驱动空调压缩机，在电动引擎104和空调压缩机之间提供一条新皮带。因此，电动引擎104用来驱动空调压缩机而不是内燃机102。如果在电动引擎104和内燃机102之间提供一个合适的离合器用来选择性的将电动引擎与机轴离开，这样的布置有利于充许压缩机在即使内燃机102关掉了也能运行。

如一个实施例所示，电动引擎配置成安装在内燃机102的前面，靠近内燃机102的排气歧管的区域内。参照图7和8，拆除排气歧管挡热板210来给电动引擎104在这个区域内提供额外的空隙。由于排气歧管挡热板210被拆除，一个或多个安装支架可添加用来支撑混合动力驱动系统100的部件。参照图9A至11B，改装方法包括以下步骤：1）在引擎主体上安装一个导轮支架212（如图9A和9B所示）；2）在引擎歧管附近安装一个基本垂直的支架214（如图10A和10B）；3）在引擎歧管上安装一个引擎安装支架并与垂直支架214固定（如图11A和11B所示）；和4）在引擎主体上安装一个空调压缩机支架218（如图9A和9B所示）。

如一个实施例所述，引擎安装支架216配置成用金属材料制成的L型形状。引擎安装支架216包括一个或多个缺口220，配置成用于提高引擎歧管和电动引擎104周围的空气循环，其结果是降低电动引擎104过热的可能性。电动引擎104的整体重量主要由引擎安装支架216来支撑，即依次通过内燃机102来完整支撑。如另一个实施例所述，如果在内燃机102上没有足够空间来完全支撑电动引擎104时，电动引擎104可至少部分通过交通工具的主体和/或框架来支撑。

参照图12，因为接近内燃机102，尤其是排气歧管，为了进一步降低电动引擎104过热的可能性，在引擎安装支架216和电动引擎104之间提供一个热档板222。热档板222可以是任何一种适合用来降低传递给电动引擎104热量的材料。

参照图13A和13B，交通工具的改装方法还包括添加一个导轮224。导轮224配置成转动安装在引擎主体上的导轮支架212上。导轮224可作为一个皮带紧张轮，以及其位置可调整来控制皮带的张力（如导轮224可在基本垂直方向上调整等）。

参照图14，交通工具的改装方法还包括在交通工具上安装一个燃料开关226。燃料开关226起着阻断设备向内燃机102的燃料喷射器提供燃料的作用。燃料开关226与引擎控制单元106连接并受其控制，通过从打开位置向关闭位置移动燃料开关266来按程序停止内燃机。如一个实施例所述，引擎控制单元106配置成至少在两种情况下将燃料开关226移动到关闭位置。

第一种燃料开关226使用的情况是当内燃机102工作而交通工具没有移动的预备时间段。在这种情况下，引擎控制单元106发出一个信号给燃料开关226来停止向内燃机102提供燃料并关掉内燃机102。在这种构造下，引擎控制单元106和燃料开关226绕过发电机管理系统提供的向内燃机102提供燃料的信号。一旦引擎控制单元106接收到交通工具移动的信号，燃料开关226就恢复到打开位置并重新开始向内燃机102提供燃料。

第二种燃料开关226使用的情况是当交通工具移动但不需要内燃机102的扭矩输出时。例如，当交通工具走下坡路时就不需要内燃机102，因为尽管交通工具在移动，但不需要内燃机102的扭矩输出。在这种情形期间，内燃机102可能低于其空转速度运行。在这种情况下，引擎控制单元106发出一个信号给燃料开关226来停止向内燃机102提供燃料并关掉内燃机102。当引擎控制单元106接收一个内燃机102恢复到其空转速度的信号时，燃料开关226就恢复到打开位置重新开始向内燃机102提供燃料。

参照图15，交通工具的改装方法可能包括在交通工具的离合器踏板下安装一个开关，其允许用户不用拧动插入点火装置的钥匙来启动交通工具。不仅不用拧动钥匙，用户只要简单的踩下离合器踏板228来触发踏板下的开关。触发开关来启动电动引擎104用来加速内燃机102。为了大型的交通工具应用（如大于1.4升）和/或柴油机应用，当电动引擎104不能提供足够的扭矩来加速内燃机102，这个开关可用来触发交通工具上现有的启动引擎来加速内燃机102。

参照图16和17，交通工具的改装方法还包括在交通工具内安装引擎控制单元106。这包括在交通工具内安装一个接线盒230，一个绝缘体232和/或一个控制模块234。如一个实施例所示，接线盒230和绝缘体232放置在交通工具的驾驶员座位下的位置上。如另一个实施例所述，接线盒230，绝缘体232和控制模块234在交通工具的不同位置提供。例如，接线盒230，绝缘体232和控制模块234配置成安装在交通工具的仪表板下。图21是一个混合动力驱动系统100电子巡航原理示意图，其显示了混合动力驱动系统100的各种输出和输出部件，包括接线盒230，一个绝缘体232和/或一个控制模块234。

参照图18，交通工具的改装方法还包括在交通工具的后备箱内安装电池108。电池108添加到交通工具内现有的电池中，并在交通工具内通过一根或多根电缆线与引擎控制单元106和电动引擎104电气连接。现有交通工具电池保留着向现有交通工具部件供电。如一个实施例所述，电池108包括5块铅酸12伏100安培电池串联在一起。如另一个实施例中，电池108可以是上述的任何一种能量储备设备。如另一个实施例中，电池108是足够大的以致于可以代替交通工具现有的电池。为了交通工具现有的部件，需要提供一个直流到直流的将电池108的48伏降低为12伏这样的构造。

参照图19，交通工具的改装方法还包括在在交通工具的后备箱内安装一个独立的充电器236，方便用户在交通工具没有使用时给电池108充电。充电器236包括一个配置成当交通工具没有使用时，用户可选择性的插入到一个电插座中的连接器（如插头等）。当充电器236处于所示的后备箱内的电池108上，或者排列固定或沿着后备箱的一侧边固定，为此在后备箱内留有足够的空间用于存储。

参照图20，交通工具的改装方法可能包括在交通工具内安装一个第一用户界面238和/或一个第二用户界面240。如一个实施例所示，第一用户界面238和第二用户界面240均安装在交通工具的仪表板上，或者交通工具上的任何一个区域内（如中间副仪表板，顶棚系统，侧板等）。第一用户界面238和第二用户界面240均有开关，并配置成可通过用户选择性的在开启位置和关闭位置。第一用户界面238允许用户对混合动力驱动系统100进行是否开启或关闭。如果混合动力驱动系统100关闭，则交通工具将变成简单的非混合动力交通工具。第二用户界面240允许用户选择性的控制电池108的充电。如上所述，第一用户界面238和第二用户界面240是可选择的。为此，除了允许用户直接控制外，混合动力驱动系统100 可对交通工具运行混合动力模式和/或电池108充电起作用。

应理解图2A至21只不过示意了一个可接收混合动力系统100的交通工具的实施例和一个混合动力驱动系统的实施例。混合动力驱动系统可以作为一个套件提供以简化改装过程。该套件一般包括电动引擎104，引擎控制单元106，电池108，混合动力驱动系统皮带轮204，导轮支架212，垂直支架214，引擎安装支架216，空调压缩机支架218，导轮224，燃料开关226，离合器下的开关228，接线盒230，绝缘体232，控制模块234和充电器236。如另一个实施例所示，混合动力驱动系统100可能提供单个部件和/或一个任意上述部件的一个或多个组合。

当混合动力驱动系统由原设备制造商来使用时，混合动力驱动系统100包括的部件与样式改装套件包括的部件有所不同。例如，原设备制造商可能用电动引擎104取代交通工具现有的交流发电机，以及也有可能用电池108取代交通工具现有的电池。所有的这些变化均包含在本发明的范围内。

值得特别注意的是，实施例附图所示的混合动力驱动系统和交通工具元件的构造与配置仅为示意说明。虽然本发明的一些实施例在本发明内容中有很详细的描述，看过本发明内容的本技术领域的人可很容易意识到有很多的变化（如变化各种元件的大小，规模，结构，形状和布置，参数值，安装布局，所用材料，颜色，目的等），均不背离本发明所述的新颖性和优势。例如，由多种多样的部件组成形成完整的所示原理或所示的原理由多种多样的部件完整形成，界面操作可以倒过来或者各种各样形式的反相，或该系统的结构和/或部件或连接器或其他部件的长度或宽度是多种多样的。同样，混合动力驱动系统100可取决于某一特定应用需求的许多方法来程序化运行。另外，与图1A中所示的混合动力驱动系统类似，图1B中所示的混合动力系统可用于前轮，后轮和/或全轮驱动交通工具。更进一步，如果混合动力驱动系统以一个套件提供，这样的套件可能包括任何一些额外的传感器和/或允许系统连接到交通工具上的硬件。必须注意的是，该系统元件和/或组件可由任何多种足够强度和耐久性的，任何多种颜色，质地和混合的材料制造而成。因此，所有这样的变化均确定为包含在本发明的范围内。优选的设计，运行条件和解决办法的其他替代，变化，改变和删除以及其他实施例均不背离本发明的精神。

如其他实施例中，任何过程或方法步骤的次序与顺序是可以更改或重新排序的。在权利要求中，在这里任何方法加功能的句子都涵盖了所述结构可能的详细功能，并且不但结构相等而且相等结构。优选的设计，运行条件和解决办法的其他替代，变化，改变和删除以及其他实施例均不背离本发明所附权利要求的范围。

Claims (24)

1.一种混合动力交通工具，其特征在于包括：

一个具有一个输出轴的原动力，该输出轴具有一个第一端和一个相对的第二端；

一个与输出轴第一端连接的变速器；

一个第一储能装置；

一个与输出轴第二端连接的，用于向一个或多个交通工具电气系统提供动力并给第一储能装置充电的交流发电机；

一个与输出轴第二端连接的并转动输出轴，辅助原动力的引擎；

一个给引擎提供动力的第二储能装置；和

一个用于控制储能装置向引擎发送的功率值的引擎控制单元。

2.如权利要求1所述的交通工具，其特征在于原动力包括一个内燃机。

3.如权利要求1所述的交通工具，其特征在于引擎包括一个三相交流电异步电动引擎。

4.如权利要求1所述的交通工具，其特征在于第一储能装置包括一个12V铅酸电池。

5.如权利要求4所述的交通工具，其特征在于第二储能装置包括一组串联的12V铅酸电池。

6.如权利要求1所述的交通工具，其特征在于引擎通过一个皮带轮系统与原动力连接。

7.如权利要求6所述的交通工具，其特征在于皮带轮系统由一个与输出轴中第二端转动连接的第一皮带轮，一个与交流发电机转动连接的第二皮带轮，一个与引擎转动连接的第三皮带轮，一根在第一皮带轮和第二皮带轮之间延续的第一皮带，和一根在第一皮带轮和第三皮带轮之间延续的第二皮带组成。

8.如权利要求7所述的交通工具，其特征在于其还包括一个带一个压缩机的空调系统，该压缩机转动支撑一个第四皮带轮，其中一根第三皮带在第三皮带轮和第四皮带轮之间延续，因此引擎驱动该压缩机。

9.一种用于一辆带有一个内燃机、一个变速器，一个交流发电机和一个电池的交通工具的混合动力驱动系统，其特征在于该混合动力驱动系统包括：

一个具有一根输出轴的电动引擎，所述的输出轴与发动机一侧的内燃机机轴相连的，发动机相对的另一侧与变速器相连，该电动引擎对内燃机转动机轴提供辅助；

一个向电动引擎提供动力的储能元件，其中该储能元件独立于交通工具的电池；以及

一个用来控制储能元件向电动引擎发送的功率值的引擎控制单元。

10.如权利要求9所示的混合动力驱动系统，其特征在于电动引擎至少包括一个三相交流电异步电动引擎和一个直流无刷引擎。

11.如权利要求9所示的混合动力驱动系统，其特征在于储能元件包括一组串联的12伏铅酸电池。

12.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于电动引擎通过一个皮带轮系统与内燃机连接。

13.如权利要求12所述的混合动力驱动系统，其特征在于皮带轮系统由一个与机轴转动连接的第一皮带轮，一个与交流发电机转动连接的第二皮带轮，一个与电动引擎转动连接的第三皮带轮，一根在第一皮带轮和第二皮带轮之间延续的第一皮带，和一根在第一皮带轮和第三皮带轮之间延续的第二皮带组成。

14.一种混合动力交通工具，其特征在于包括：

一个具有一个第一输出轴的原动力，该第一输出轴具有一个第一端和一个相对的第二端；

一个连接到输出轴第一端的变速器；

一个具有一个第二输出轴的引擎，该第二输出轴连接到第一输出轴的第二端，这样第二输出轴本质上与第一输出轴是同轴的，该引擎选择性地辅助原动力转动输出轴；

一个连接到原动力输出轴的第二端，并向一个或多个交通工具电气系统提供动力并给第一储能装置充电的交流发电机；以及

一个用来控制第二储能装置向引擎发送的功率值的引擎控制单元。

15.如权利要求14所述的交通工具，其特征在于原动力包括一个内燃机。

16.如权利要求14所述的交通工具，其特征在于引擎包括一个三相交流电异步电动引擎。

17.如权利要求14所述的交通工具，其特征在于引擎包括一个直流无刷引擎。

18.如权利要求14所述的交通工具，其特征在于第一储能装置包括一个12伏铅酸电池。

19.如权利要求14所述的交通工具，其特征在于第一储能装置至少包括一种锂离子电池和一种镍金属氢化物电池。

20.如权利要求18所述的交通工具，其特征在于第二储能装置包括一组串联的12伏铅酸电池。

21.如权利要求14所述的交通工具，其特征在于第二输出轴通过一个轴连接与第一输出轴相连。

22.如权利要求21所述的交通工具，其特征在于轴连接是一个万向接头。

23.如权利要求22所述的交通工具，其特征在于还包括与第二输出轴的第二端连接的皮带轮，该皮带轮支撑一根皮带。

24.如权利要求23所述的交通工具，其特征在于皮带与至少一个空调系统压缩机的皮带轮和一个交流发电机的皮带轮连接。

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