CN103231661A

CN103231661A - 一种斯特林发电机驱动的电动汽车

Info

Publication number: CN103231661A
Application number: CN2013101654395A
Authority: CN
Inventors: 孔令斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-08-07

Abstract

本发明提供的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，是纯电动汽车和斯特林发电机的组合。储电装置是汽车各系统的供电电源，斯特林发电机只对储电装置充电。汽车电控系统和斯特林发电机控制系统相配合，使斯特林发电机驱动的电动汽车突破了氢燃料电池车、纯电动车、内燃机混合动力车等三种汽车技术路线的技术瓶颈限制。具有热机效率高、污染物排放少、高原寒冷地区适应性强等优点。更重要的是可使用多种燃料、对燃料质量要求不高的广泛适应能力，为高效利用化石能源，合理利用生物质能源，实现汽车燃料从化石能源过度到生物质能源提供了可行的技术。

Description

一种斯特林发电机驱动的电动汽车

所属技术领域

本发明涉及一种电动汽车，具体为一种斯特林发电机驱动的电动汽车。

背景技术

早在1873年，英国人罗伯特·戴维森发明了电动汽车，研制出世界上第一辆可供实用的电动载货汽车。该电动汽车比德国人戴姆勒和本茨发明汽油发动机汽车至少早10年。

19世纪末，电动汽车和蒸汽机汽车盛行一时。随着汽油发动机技术的不断进步和石油的大量开采，汽油发动机汽车逐步取代电动汽车和蒸汽机汽车，成为主要的交通工具。汽油发动机汽车废气中的CO、HC、NO_X及微粒等污染物形成酸雨酸雾及光化学烟雾，以及振动产生的噪声，严重污染环境，损害人类健康。为了解决汽油发动机汽车废气污染和噪声问题，同蒸汽机一样古老、同属外燃机的斯特林发动机受到重视。20世纪30年代，荷兰菲利蒲公司发明现代斯特林发动机。通用汽车公司、福特公司、瑞典斯特林联合公司和德MAN公司分别于60年代、70年代购买此项专利。在轿车和公共汽车上进行了大量试验，都无法推广。其失败的原因在于：一是现代斯特林发动机的体积大、密封难、成本高，斯特林发动机技术不成熟；二是电机技术、电控技术、超级电容器、蓄电池等相关基础技术和产业没有发展起来，只是依靠机械传动的能量管理方式不能满足工况多变的汽车要求。

20世纪30年代，斯特林发动机用于汽车没有成功。氢燃料电池车、纯电动车、内燃机混合动力车都成了汽车工业选择。孰优孰劣，众说纷纭，没有定论。虽然这三种汽车技术路线都受限于各自的技术瓶颈，没有普及应用。但是，这三种汽车所必须的电动汽车电控技术却趋于成熟，形成了一定的产业规模。汽车电动化是汽车工业发展的必由之路，汽车能源却不一定靠直接充电。斯特林发电机作电源的汽车就不受这三种汽车技术路线的技术瓶颈限制。

中国发明专利斯特林可逆热机(200710050949.2)消除了现代斯特林发动机用作汽车发动机的所有障碍，直接输出电能，适用于电动汽车。中国发明专利一种斯特林热机工况控制器(201110035499.6)提供了车用斯特林发电机控制系统。斯特林可逆热机设计理论为优化设计提供了高效工具。

以斯特林可逆热机为核心，以电机技术、电控技术、斯特林发电机控制技术、超级电容器、蓄电池等现有技术为基础，斯特林发电机驱动的电动汽车已经能做到技术可行、安全可靠、性能卓越、成本低廉。

发明内容

本发明的目的是应用斯特林可逆热机作发电机，超级电容器或蓄电池作储电装置，整合汽车电控系统和斯特林发电机控制系统，设计一种斯特林发电机驱动的电动汽车。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括车架、车桥、车轮、车箱、驾驶室、斯特林发电机、燃油供给系统、燃烧系统、冷却系统、斯特林发电机控制系统、储电装置、驱动电动机、电控系统、制动系统、转向系统、照明系统、空调系统、主要工作参数显示仪表。其特征在于：所述储电装置是汽车各系统的供电电源，斯特林发电机只对储电装置充电。斯特林发电机送电开关、汽车各系统的电源开关、燃烧系统控制开关、照明系统控制开关、空调系统控制开关、方向盘、加速踏板、减速踏板、制动踏板、驻车制动手柄、速度调节器、斯特林发动机启动按键及汽车主要工作参数显示仪表都安装在驾驶室。汽车各系统的电源开关由同一个开关控制。整车是纯电动汽车和斯特林发电机的组合。方向盘和座椅在驾驶室内靠左位置。减速踏板、制动踏板、加速踏板、驻车制动手柄、速度调节器安装在方向盘右方；照明系统控制开关安装在方向盘左方；电源开关、燃烧系统控制开关、空调系统控制开关、斯特林发电机送电开关、斯特林发动机启动按键、汽车主要工作参数显示仪表安装在方向盘前方的面板上。车架安装在两个以上的车桥上，车桥两端装有车轮。驱动电动机安装在车桥上。斯特林发电机、驾驶室、车箱从头到尾依次固定在车架上。斯特林发电机的热量流出端置于车头，发电机安装在热量流出端中央的二级密封腔内。热量流出端气缸及其连接管布置在发电机周围的二级密封腔外、冷却空气导流罩内。冷却风扇安装在热量流出端端面的冷却空气导流罩进风口。斯特林发电机的热量流入端靠近驾驶室或置于驾驶室下面。热量流入端气缸及其连接管置于燃烧室内。燃油供给系统由油泵、油箱、油管及其连接线路、电源开关组成。油管连通喷油嘴。燃烧系统由处于热量流入端的燃烧室、进气管、热交换器、排气管、风泵、喷油嘴、火花塞、工况控制器压力传感器、控制器及其连接线路、电源开关、控制开关组成。冷却系统由冷却风扇、冷却空气导流罩、电源开关、连接线路组成。电控系统由电子控制器、速度调节器及连接储电装置、电子控制器、驱动电动机、速度调节器的连接线路组成。斯特林发电机控制系统由高压工质罐、起动控制器、斯特林发动机启动按键、工况控制器、减速阀、减速踏板、加速阀、加速踏板、低压工质罐、工质增压泵及其连接线路、电源开关、连接管路组成。制动系统由制动踏板控制的行车制动和驻车制动手柄控制的驻车制动两套装置组成。转向系统由方向盘、转向轴、转向器组成。照明系统由全车的照明灯具、信号灯具、电源开关、控制开关及连接线路组成。空调系统由电动空调制冷机、风机、电源开关、控制开关、冷气通道及连接线路组成。

所述主要工作参数显示仪表是里程表、汽车速度表、储电装置电量表、发电机转速表、燃烧室温度表、高压工质罐压力表。

所述蓄电装置为超级电容器或各类蓄电池。

所述速度调节器有断开、正向连接调速、反向连接调速三种调节模式，控制驱动电动机不运转、正向运转调速、反向运转调速三种工作状态。

所述燃烧系统进气管的进气口设在热量流出端冷却空气导流罩出风口，风泵安在进气管上，进气管和排气管分别接热交换器的两个换热通道。使进气、排气在热交换器内逆流换热。

所述燃烧系统的控制信号是工况控制器工质压力。电源接通，喷油嘴喷油，风泵送风，燃油空气供应量随工况控制器工质压力值增减同步增减，火花塞始终处于点火状态。

所述斯特林发电机控制系统的加速踏板连接加速阀，减速踏板连接减速阀。加速阀和减速阀都是电磁阀。踩下加速踏板，加速阀打开，工质从高压工质罐流向工况控制器，松开加速踏板，加速阀关闭；踩下减速踏板，减速阀打开，工质从工况控制器流向低压工质罐，松开减速踏板，减速阀关闭。

所述减速踏板、制动踏板、加速踏板从左到右布置，相对位置保证右脚踩加速踏板时不能踩到制动踏板，右脚踩制动踏板时可以踩到减速踏板。减速踏板也可移到方向盘左方，由左脚控制。

所述斯特林发动机启动按键连接起动控制器，起动控制器连接高压工质罐和各工作腔。起动控制器采集发动机转子相位信号，启动按键产生起动控制器向处于等温膨胀过程工作腔注入高压工质的信号。

本发明的优点在于：一是可燃用多种燃料，是汽车燃料由化石能源向生物质能源过渡的可行技术。二是富氧常压燃烧方式，燃烧更完全，热机效率高，产生的有害物质少。在节约能源的同时，减少污染物排放，能达到内燃机很难达到的排放标准。三是外燃和风冷两大优势，高原寒冷地区适应性强于内燃机汽车。四是结构简单，斯特林发电机零件比内燃机少40％以上，零件形状也没内燃机复杂，量产成本应低于内燃机汽车。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

图1是斯特林发电机驱动的两车桥载货电动汽车结构示意图；

图1中，1、斯特林发电机热量流出端，2、斯特林发电机热量流入端，3、驾驶室，4、车箱，5、车轮，6、车架。

具体实施方式

按图1所示的斯特林发电机驱动的电动汽车，车架6安装在两个车桥上。车桥两端各装有一个车轮5。驱动电动机安装在后车桥上，转向系统安装在前车桥上。斯特林发电机、驾驶室3和车箱4固定在车架上。斯特林发电机的热量流出端1置于车头，斯特林发电机的热量流入端2在驾驶室3前面。发电机安装在热量流出端1中央的二级密封腔内，热量流出端气缸及其连接管布置在发电机周围的二级密封腔外。热量流出端气缸和连接管置于冷却空气导流罩内。冷却风扇安装在热量流出端端面的冷却空气导流罩进风口。燃烧系统进气管的进气口设在热量流出端冷却空气导流罩出口处。热量流入端气缸和连接管置于燃烧室内。冷却空气导流罩和燃烧室以外、车头部外壳以内的空间安置汽车各系统的其他部件。油箱和超级电容器等体积大的部件可固定在车箱下的车架下。驾驶室内，方向盘和座椅靠左布置。减速踏板、制动踏板、加速踏板、驻车制动手柄、速度调节器安装在方向盘右方；照明系统控制开关安装在方向盘左方；电源开关、燃烧系统控制开关、空调系统控制开关、斯特林发电机送电开关、斯特林发动机启动按键、汽车里程表、汽车速度表、储电装置电量表、发电机转速表、燃烧室温度表、高压工质罐压力表安装在方向盘前方的面板上。构成一辆斯特林发电机驱动的电动汽车。

本发明的工作过程是：驾驶人员坐在座椅上，打开电源开关，汽车各系统通电，冷却风扇向冷却空气导流罩内送风。打开燃烧系统控制开关，喷油嘴喷油，风泵送风，火花塞点火，燃油燃烧，燃烧室温度升高。按下斯特林发动机启动按键，高压工质罐的工质流入处于等温膨胀过程的工作腔，发电机开始运转，发电机转速表显示发电机转速。放开斯特林发动机启动按键，合上斯特林发电机送电开关，开始对储电装置充电，斯特林发电机处于稳定的工作状态。松开驻车制动手柄，将速度调节器调到正向连接调速模式，储电装置向驱动电动机供电，汽车起步。随汽车速度加快同步调向高速位置，汽车加速行驶。脚踩制动踏板，汽车减速，并将速度调节器调到低速位置。倒车操作与前行操作基本相同，只是速度调节器要调到反向连接调速模式。制动停车时，脚踩制动踏板到汽车停止，将速度调节器调到不运转位置。拉紧驻车制动手柄，关闭燃烧系统控制开关，断开斯特林发电机送电开关。最后关闭电源开关。在行车过程中，汽车是变工况运行，斯特林发电机工况也要相应调整。脚踩加速踏板，加速阀打开，工质从高压工质罐流向工况控制器，并进入工作腔，工况控制器压力升高，供油供气量增加，输出功率增大。松开加速踏板，加速阀关闭，斯特林发电机就稳定在该工况运行。脚踩减速踏板，减速阀打开，工作腔的工质经过工况控制器流向低压工质罐，工况控制器压力降低，供油供气量减少，输出功率减小。储电装置电量表所显示数据和数据变化趋势是斯特林发电机工况调整的依据。其目的是保持耗电量和发电量动态平衡。除去斯特林发电机工况调整操作，驾驶斯特林发电机驱动的电动汽车，就同驾驶电动汽车一样。

Claims

1.一种斯特林发电机驱动的电动汽车，包括车架、车桥、车轮、车箱、驾驶室、斯特林发电机、燃油供给系统、燃烧系统、冷却系统、斯特林发电机控制系统、储电装置、驱动电动机、电控系统、制动系统、转向系统、照明系统、空调系统、主要工作参数显示仪表，其特征在于：所述储电装置是汽车各系统的供电电源，斯特林发电机只对储电装置充电，斯特林发电机送电开关、汽车各系统的电源开关、燃烧系统控制开关、照明系统控制开关、空调系统控制开关、方向盘、加速踏板、减速踏板、制动踏板、驻车制动手柄、速度调节器、斯特林发动机启动按键及汽车主要工作参数显示仪表都安装在驾驶室，汽车各系统的电源开关由同一个开关控制，整车是纯电动汽车和斯特林发电机的组合，方向盘和座椅在驾驶室内靠左位置，减速踏板、制动踏板、加速踏板、驻车制动手柄、速度调节器安装在方向盘右方，照明系统控制开关安装在方向盘左方，电源开关、燃烧系统控制开关、空调系统控制开关、斯特林发电机送电开关、斯特林发动机启动按键、汽车主要工作参数显示仪表安装在方向盘前方的面板上，车架安装在两个以上的车桥上，车桥两端装有车轮，驱动电动机安装在车桥上，斯特林发电机、驾驶室、车箱从头到尾依次固定在车架上，斯特林发电机的热量流出端置于车头，发电机安装在热量流出端中央的二级密封腔内，热量流出端气缸及其连接管布置在发电机周围的二级密封腔外、冷却空气导流罩内，冷却风扇安装在热量流出端端面的冷却空气导流罩进风口，斯特林发电机的热量流入端靠近驾驶室或置于驾驶室下面，热量流入端气缸及其连接管置于燃烧室内，燃油供给系统由油泵、油箱、油管及其连接线路、电源开关组成，油管连通喷油嘴，燃烧系统由处于热量流入端的燃烧室、进气管、热交换器、排气管、风泵、喷油嘴、火花塞、工况控制器压力传感器、控制器及其连接线路、电源开关、控制开关组成，冷却系统由冷却风扇、冷却空气导流罩、电源开关、连接线路组成，电控系统由电子控制器、速度调节器及连接储电装置、电子控制器、驱动电动机、速度调节器的连接线路组成，斯特林发电机控制系统由高压工质罐、起动控制器、斯特林发动机启动按键、工况控制器、减速阀、减速踏板、加速阀、加速踏板、低压工质罐、工质增压泵及其连接线路、电源开关、连接管路组成，制动系统由制动踏板控制的行车制动和驻车制动手柄控制的驻车制动两套装置组成，转向系统由方向盘、转向轴、转向器组成，照明系统由全车的照明灯具、信号灯具、电源开关、控制开关及连接线路组成，空调系统由电动空调制冷机、风机、电源开关、控制开关、冷气通道及连接线路组成。

2.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，其特征在于：所述主要工作参数显示仪表是里程表、汽车速度表、储电装置电量表、发电机转速表、燃烧室温度表、高压工质罐压力表。

3.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，其特征在于：所述蓄电装置为超级电容器或各类蓄电池。

4.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，其特征在于：所述速度调节器有断开、正向连接调速、反向连接调速三种调节模式，控制驱动电动机不运转、正向运转调速、反向运转调速三种工作状态。

5.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，其特征在于：所述燃烧系统的控制信号是工况控制器工质压力，燃油空气供应量随工况控制器工质压力值增减同步增减。

6.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，其特征在于：所述斯特林发动机启动按键连接起动控制器，起动控制器连接高压工质罐和各工作腔，起动控制器采集发动机转子相位信号，启动按键产生起动控制器向处于等温膨胀过程工作腔注入高压工质的信号。

7.根据权利要求1所述的一种斯特林发电机驱动的电动汽车，其特征在于：所述斯特林发电机控制系统的加速踏板连接加速阀，减速踏板连接减速阀，加速阀和减速阀都是电磁阀。