CN104608651B - 一种汽车动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车动力系统，包括斯特林发动机、发电机、缓冲电池组、电动机，其中，斯特林发动机用于实现等功率输出，驱动发电机向缓冲电池组充电，缓冲电池组用于储存发电机产生的电能，并按需向电动机供电；此外，还包括分别与斯特林发动机和缓冲电池组连接的电力控制系统，该电力控制系统用于控制缓冲电池组中多个电池分组独立进行充放电。上述汽车动力系统通过设置可以独立控制各个电池分组充放电过程的缓冲电池组，使得斯特林发动机可以等功率输出，从而省去了斯特林发动机的功率调节系统，简化了汽车内部结构。

Description

一种汽车动力系统

技术领域

本发明涉及一种汽车动力系统，尤其涉及一种使用等功率输出的斯特林发动机的汽车动力系统，属于车辆动力技术领域。

背景技术

外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。它使用氢气、氦气或氮气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不需要更换。

外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液态燃料，还可以燃烧木材以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，外燃机即可做功运行，环境温度越低，工作效率越高。外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。另一方面，外燃机的出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。

斯特林发动机是一种通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的典型的外燃机。在现有动力系统中，当使用斯特林发动机作为动力源时，直接驱动外部做功机构进行做功。在实际使用过程中，需要根据外部载荷的功率对斯特林发动机的输出功率进行调节。而斯特林发动机的功率调节系统非常复杂，如果可以通过对斯特林发动机的配载设备进行改进，从而改动斯特林发动机的功率输出方式，简化或省略其功率调节系统，将会极大地扩展斯特林发动机的应用范围，并简化结构。

在专利号为ZL 201120477117.0的中国实用新型专利中，公开了一种电控配气活塞液压传动斯特林发动机，它包括斯特林发动机、液压马达、液压油箱、发电机、蓄电池和控制器，斯特林发动机内部设置有电机和与电机连接的配气活塞，电机与控制器连接，斯特林发动机通过液压管路同液压油箱和液压马达连接并组成回路，液压马达的动力输出端与发电机连接，发电机与蓄电池连接，蓄电池与控制器连接。该实用新型具有密封性好、结构简单、成本低、功率调节方便等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型的汽车动力系统，它使用等功率输出的斯特林发动机。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种汽车动力系统，包括斯特林发动机、发电机、缓冲电池组、电动机，其中，斯特林发动机用于实现等功率输出，驱动发电机向缓冲电池组充电，所述缓冲电池组用于储存发电机产生的电能，并按需向电动机供电；

此外，还包括分别与所述斯特林发动机和所述缓冲电池组连接的电力控制系统，所述电力控制系统用于控制所述缓冲电池组中多个电池分组独立进行充放电。

其中较优地，在所述缓冲电池组的每个电池分组的充电电路和放电电路中分别接入电控开关元件，并将所述电控开关元件与所述电力控制系统中的充放电控制器连接。

其中较优地，所述电控开关元件是三极管、开关电路、或者由多个二极管组成的三端控制开关中的任意一种。

其中较优地，所述斯特林发动机的燃烧室内部设置有多个均匀分布的加热器和再发热器，所述加热器和所述再发热器竖直设置在燃烧室内部。

其中较优地，所述斯特林发动机使用蜂窝状固体燃料，所述蜂窝状固体燃料具有贯通上下的多个通孔，用于插入所述斯特林发动机的加热器和再发热器；

所述蜂窝状固体燃料还具有贯通上下的多个第二通孔，用于空气流通。

其中较优地，所述蜂窝状固体燃料的外表面上还设置有用于引导空气流向的导流槽，所述导流槽的一端延伸至所述蜂窝状固体燃料的端部。

其中较优地，所述斯特林发动机的燃烧室的顶部或底部可开合。

其中较优地，所述斯特林发动机的燃烧室的底部设置有控制气门，顶部设置有用于向外排出空气的多个导流孔。

本发明所提供的新型汽车动力系统，使用等功率输出的斯特林发动机，从而省去了斯特林发动机的功率调节系统，简化了汽车内部结构。并且，通过电力控制系统控制缓冲电池组中的各个电池分组的独立充放电，还使得斯特林发动机可以在不使用汽车动力的情况下对缓冲电池组进行充电，使得缓冲电池组的充电不受限制。

附图说明

图1是本发明提供的汽车动力系统的结构示意图；

图2是本发明提供的汽车动力系统中，缓冲电池组的充放电电路及控制电路示意图；

图3是本汽车动力系统的一个实施例中，使用的斯特林发动机的结构示意图；

图4是图3所示的斯特林发动机所用的蜂窝状圆柱形固体燃料的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

如图1所示，本发明所提供的汽车动力系统，包括等功率斯特林发动机驱动的发电机、缓冲电池组、电动机和电力控制系统四部分。其中，斯特林发动机不与外部载荷直接连接，其用于实现等功率输出，驱动发电机做功，向缓冲电池组进行充电；缓冲电池组用于储存发电机产生的电能，并按需向电动机供电。在该汽车动力系统中，斯特林发动机和缓冲电池组分别与电力控制系统连接，由电力控制系统根据外部载荷需求及缓冲电池组的电量变化分别对缓冲电池组中的多个电池分组的独立充放电过程进行控制。因此，在该汽车动力系统中，斯特林发动机可以等功率输出，从而省去了斯特林发动机的功率调节系统，简化了汽车内部结构。为了简化表达，在下文和附图中，实现等功率输出的斯特林发动机可以简写为等功率斯特林发动机。

如图4所示，在该汽车动力系统中，缓冲电池组包括多个电池分组，电力控制系统中包括充放电控制器。在每个电池分组的充电电路和放电电路中分别接入电控开关元件，电控开关元件是三端控制开关，每个电控开关元件分别与电力控制系统中的充放电控制器连接。充放电控制器可以根据缓冲电池组中的电量需求启动斯特林发动机进行充电，并可以根据外部动力需求，接通对应电池分组的放电电路向电动机供电。缓冲电池组中的各个电池分组的充放电过程可以独立进行，也可以一并进行；也可以部分电池分组进行充电，部分电池分组进行放电；或者，同时接通电池分组的充电电路和放电电路同时进行充放电。由于，电池分组的充放电过程可以分开进行，所以，斯特林发动机可以在不使用汽车动力的情况下对缓冲电池组进行充电，使得缓冲电池组的充电不受限制。在上述充电电路和放电电路中使用的三端控制元件，可以是三极管、开关电路、或者由多个二极管组成的三端控制开关中的任意一种。

图3和图4分别是本发明的一个实施例中使用的斯特林发动机和其所使用的固体燃料的结构示例。为了方便更换斯特林发动机的燃烧原料，本发明同时对斯特林发动机的结构和固体燃料的结构进行了改进。

如图3所示的斯特林发动机可以使用如图4所示的蜂窝状的固体燃料作为原料。在该斯特林发动机的燃烧室11的顶部设置有冷凝器14，在冷凝器14的中心贯穿设置有用于带动发电机旋转的功率传动机构15，该功率传动机构可以是曲柄连杆传动机构、菱形传动机构、液压传动机构、自由活塞传动机构、斜盘或摆盘传动机构中的任意一种，由于该部分结构与现有结构无区别，在图3中省去了该部分结构的具体内容。

在燃烧室11的内部竖直设置有多个加热器12和再发热器13，多个加热器12和再发热器13在斯特林发动机的燃烧室11内部均匀分布，其上部固定在燃烧室11的顶部，在燃烧室11内部放置图4所示的固体燃料时，加热器12和再发热器13竖直插入固体燃料的内部。燃烧室11的顶部或底部可开合，用于更换燃料。此外，在燃烧室11的底部设置有控制气门17，顶部设置有用于向外排出空气的多个导流孔16。附图3中的数量仅用于示意性给出斯特林发动机的结构，并不用于限定具体实施例的结构。

图4示意性地给出了蜂窝状固体燃料的结构。该蜂窝状固体燃料包括圆柱形的燃料体21，在其内部设置有贯通上下的多个通孔22，用于插入斯特林发动机的加热器12和再发热器13，通孔22也可以按照加热器12和再发热器13的具体长度设计成盲孔。当然为了提高燃烧效率，推荐使用通孔结构。在该蜂窝状固体燃料的内部还设置有贯通上下的多个第二通孔23，用于燃烧反应时的空气流通，第二通孔23的孔径可以小于通孔22的孔径，数量可以多于通孔22的数量。当然，第二通孔23的数量也可以小于或等于通孔22的数量。此外，在蜂窝状固体燃料的外表面上还可以设置用于引导空气流向的导流槽24，导流槽24的一端延伸至燃料体21的端部，在其端面形成开口，另一端可以延伸至燃料体21的另一端部或者未延伸出燃料体21。

将图4所示的固体燃料放入图3中的燃烧室11的内部，使蜂窝状固体燃料的导流槽24具有开口的一端面向进气口放置，加热器12和再发热器13在固体燃料燃烧的同时，向自身内部的腔室中传递热量，加热工质，工质膨胀从而推动活塞做功；当工质上升到冷凝器14的位置被冷却，工质体积缩小并向下流动到加热器12和再加热器13的下部被重复加热，同时，活塞上下移动，如此循环往复。使用图3所示的斯特林发动机和使用图4所示的蜂窝状固体燃料，可以方便斯特林发动机燃料的更换，简化工作人员的操作过程。

本发明所提供的汽车动力系统，使用等功率输出的斯特林发动机，省去了斯特林发动机的功率调节系统，简化了汽车内部结构。在上述汽车动力系统中，可以根据需要驱动发电机为缓冲电池组进行充电，并通过电力控制系统控制缓冲电池组中的各个电池分组按需向电动机独立供电。其中，缓冲电池组中各个电池分组的充放电可以独立控制，缓冲电池组用于缓冲储存电能。这样，使得斯特林发动机可以在不使用汽车动力的情况下对缓冲电池组进行充电，使缓冲电池组的充电不受限制。也就是说，上述汽车动力系统，以电动机为汽车动力来源，电动机的启动由电力控制系统控制；而斯特林发动机的启动与否由电力控制系统根据缓冲电池组的容量来进行管理，与汽车的运行无直接的关系。另外，该斯特林发动机在逆向运转时，还可以作为制冷机或热泵机，为汽车空调提供动力。

综上所述，当使用本发明提供的汽车动力系统时，斯特林发动机带动发电机，具有高效率、外燃烧、低噪音的优点。并且，该斯特林发动机等功率输出，其目的并非是驱动汽车，而是驱动发电机发电，因此克服了现有斯特林发动机的功率调节系统复杂的缺陷。另外，在该汽车动力系统中，通过将斯特林发动机配套的蓄电装置改变为缓冲电池组，该缓冲电池组仅用于缓冲储存电能，并非长期蓄电，从而提高了安全性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种汽车动力系统，包括斯特林发动机、发电机、缓冲电池组、电动机，其中，斯特林发动机用于实现等功率输出，驱动发电机向缓冲电池组充电，所述缓冲电池组用于储存发电机产生的电能，并按需向电动机供电；其特征在于：

所述斯特林发动机的燃烧室内部设置有多个均匀分布的加热器和再发热器；

所述斯特林发动机使用蜂窝状固体燃料，所述蜂窝状固体燃料具有贯通上下的多个通孔，用于插入所述斯特林发动机的加热器和再发热器。

2.如权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于还包括分别与所述斯特林发动机和所述缓冲电池组连接的电力控制系统，所述电力控制系统用于控制所述缓冲电池组中多个电池分组独立进行充放电。

3.如权利要求2所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述缓冲电池组包含多个电池分组，在每个电池分组的充电电路和放电电路中分别接入电控开关元件，并将所述电控开关元件与所述电力控制系统中的充放电控制器连接。

4.如权利要求3所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述电控开关元件是三极管、开关电路、或者由多个二极管组成的三端控制开关中的任意一种。

5.如权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述加热器和所述再发热器竖直设置在燃烧室内部。

6.如权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述蜂窝状固体燃料还具有贯通上下的多个第二通孔，用于空气流通。

7.如权利要求1或6所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述蜂窝状固体燃料的外表面上还设置有用于引导空气流向的导流槽，所述导流槽的一端延伸至所述蜂窝状固体燃料的端部。

8.如权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述斯特林发动机的燃烧室的顶部或底部可开合。

9.如权利要求8所述的汽车动力系统，其特征在于：

所述斯特林发动机的燃烧室的底部设置有控制气门，顶部设置有用于向外排出空气的多个导流孔。