CN112918278A - 一种车内发电提供电力直接电驱动混动车 - Google Patents

Abstract

一种车内发电提供电力直接电驱动混动车。本发明专利，运用于汽车行业乘用车和新能源车领域。车内发动机发电，而不是直接驱动变速箱，经过变速控制直接驱动电动机。发动机发电比直接驱动变速箱效率高，同时电驱动比机械驱动效率更高。所发出的电能不需要经过先存储再放电工作。本发明还设置了动能回收储能系统。收集刹车动能，经稳压整流后存储在储能电池里，储满电切换到电池工作模式，储能电池不需要专门外接充电，使用过程中满足100％深充电，寿命期内无衰减。本发明解决纯电动车的电池重量和充放电问题，燃油车的油耗问题，混动车成本和效率问题。解决各种新能源车成本和价格偏高的问题。

Description

一种车内发电提供电力直接电驱动混动车

技术领域

本专利技术运用于汽车行业乘用车和新能源车领域。

背景技术

燃油乘用车有100多年历史，车身结构和传动等非常成熟，但因为输出功率、转速和扭矩峰值等矛盾协调性因素，发动机功率做的偏大才能满足正常行驶要求，从起步低功率到高速高功率，相差太大，发动机重量也增加了，这是第一个不足。在城市工况，最大速度通常只能行驶80公里/小时，而在高速上行驶速度达到130公里/小时，功率输出要翻倍还多。要满足这些要求，发动机功率往往做得偏大，在城市工况行驶，功率输出只需要发动机额定功率的一半不到。偏大的发动机，因为变速带来的动能损耗比较大，汽油机燃效比只能在20-30％，优秀发动机号称达到40％左右，却只能是某一个输出扭矩和转速的区间内可以达到这个效率，这是第二个不足。燃油车还有一个缺点，机械驱动变速箱起步阶段效率很低，因为扭矩转速处于低点，踩油门费油，变速过程中又损失很多间歇传动损耗能量，导致机械传动效率低下。这些是燃油车的第三个缺点。以上是燃油车的优缺点。

电驱动给汽车技术带来革命性变化，纯电动车让电驱动发展非常成熟，驱动效率能够达到93％以上，还便于控制，变速器成本下降，车重减轻。在起步，加速和变速行驶中，能量的消耗比较均衡和高效，损失很小，比传统燃油车效率高很多。这是因为电机的扭矩、功率输出、速度控制具有良好的协调性。比如冲击钻，在启动时转速为0，扭矩可以达到很大，但体积却很小，效率很高。不过由于纯电动车电池昂贵，续航里程要求带来电池重量很大，充电不便，安全问题，电池寿命问题，电池发热导致无法连续高速行驶问题，还有国人争议比较大的燃煤发电再充电二次污染问题，还有电池资源、成本问题和回收问题，将一定程度制约纯电动车的增长速度。增程车有发电机组，因为需要将电能存储在电池中再使用，充放电能量损失10％左右。还有一套完整的电池管理和控制系统，重量和成本偏高，用户不接受。以上是电动车的优缺点。

目前比较受消费者欢迎的混动车，电池不需要做的很大，可以收集动能，可以电辅助起步，效率更高。但都没有摆脱发动机和变速箱相连接的结构，虽然收集了动能，油耗大幅降低了，但在变速箱驱动部分还是机械结构，发动机还是做得很大。整车结构还是基于传统燃油车的发动机特征。效率没有得到最好发挥。另外，因为常规混动车相当于双系统，具有重复性功能，发动机和整车重量偏大，成本偏高，节油效果没有达到最大化。这是目前比较受到用户欢迎的混动车的优缺点。

发明内容

本发明就是解决纯电动车的电池重量和充放电问题，解决燃油车的油耗问题，解决混动车的成本和效率问题。解决各种新能源车成本和价格偏高的问题。围绕实现这个目标而采用发电、电驱动，双发动力发电，以及实现这个系统所采取的一些创新结构是本发明专利的核心所在。

为了解决这些问题，本发明采用发电机组发电、直接用于电驱动的结构原理，并围绕这个结构原理进行展开，实现高效传动，高燃效比，动能收集并存储在高压动能收集电池里，充满电之后集中使用，保证电池不受频繁刹车引起高频次浅充电带来的电池衰减影响。在高速行驶状态，双发动机工作，动能回收系统停止工作。同时，按照车的大小档次和不同重量的特点，在发电、电驱动基础上，用两种具有代表性的结构，来实现本专利核心内容，可以根据厂商产品成本和档次的定位采用最合适的结构。

所述结构有，发电机组，其中包括燃油发动机和发电机，驱动电机。对于发电机和驱动电机，根据产品定位和成本控制选择合适的发电机和驱动电机，可以是直流发电和直流驱动电机，可以是交流发电机，交流驱动电机。本发明在展开结构中，以永磁同步交流发电机和永磁同步交流驱动电机(带发电功能)为例，所述结构还包括小型低压发电机，发动机启动电机，电控开关组，调速器，本发明所述的结构描述的是交流变频调速，对于直流调速，没有说明，也是本发明基本结构的衍生结构。所述结构包括油门踏板，刹车踏板，储能电池、电控系统，其中包括电池管理系统，油门踏板电控控制系统，发动机启动用蓄电池等。所述内容展示了与本发明相关的原理结构，未涉及的必不可少的但与本发明特征无关的内容省略，并不代表在实际产品实施中可以省略。

附图1所述总体结构方案，车上发电机组发电，产生电能不需要先存储在电池里，而是直接用于驱动电机驱动。本发明展开了2种演变结构，一种是不带动能收集的低成本型，特别适用于低成本的小型车。另一种是带动能收集电池储能的节能型。后者驱动电机具有发电功能，在怠速或刹车时发电，经过稳压整流后存储在储能电池里。电池充满电后，发动机停止工作，切换成电池工作模式。在电池工作模式状态，适合在城市工况状态，因为电池容量的设计有限，没有考虑高速和长时间高负荷工作模式。在高速行驶状态，双发动机工作，功率输出倍增，电池充放电模式关闭状态。因为采用电池充满电切换到电池工作模式，直到电池里的电用完，再切换到发动机工作模式，这样可以满足频繁刹车带来的高频次浅充电引起的电池衰减问题。采用功率减半的双发动机，可以解决城市工况中低速下，大马拉小车的低效率问题。

附图2所述结构：采用发电机发电，不进行动能收集，车体结构简单，重量轻，成本低，特别适用于低端小型车。

附图3所述结构，采用发动机发电，采用一组高压储能锂电池，用于收集整车怠速和刹车动能。为了避免频繁刹车启动带来的高频次浅充电造成电池衰减问题，采用将电池充满电之后，发动机熄火切换成电池工作模式，直到电池里的电放完为止，特别适用于普通出租车档次以上的中档车和豪华车。车越重，节能效果越好。

本发明提升汽油发动机燃效比，发动机在发电状态，速度相对来说要平稳很多，燃效比可以从传统乘用车的25％左右提升到35％以上，这部分效果可以在传统燃油车耗油基础上节约30-40％。在采用完全电驱动之后，整车完成起步效率更高，可以将传统机械变速箱80％效率提升到93％以上，减少传动部分能量损耗，这部分又降低油耗15％。因为采用了功率减半的双发动机发电原理，在时速80公里以下，仅仅一台发动机工作，高速行驶状态，采用双发动机工作。可以摆脱传统燃油车在城市综合工况环境下，因为速度不高，经常加减速和停止启动带来的发动机本身的动能损耗，可以摆脱传统燃油车在低速行驶下大马拉小车的低效率问题。综合效益：在城市综合工况条件下，每百公里油耗比普通燃油车油耗减少45-60％，在城市工况，一箱汽油续航里程1100-1400公里，一箱柴油续航里程1300公里-1600公里，还与车重有关。因为结构简单，没有纯电动太多的电池组和重量，没有一般混动车的重复的动力系统，整车成本比现有纯电动车成本低近50％！比常规的混动车低35％左右。因为实现完全电驱动，有利于车辆操控性和朝着自动驾驶演变。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明基本原理示意图；

图2是基于图1本发明原理示意图展开的最简单的发电、电驱动结构图，，不带动能回收储能电池组；

图3是基于图1本发明原理示意图采用一组动能回收储能电池组的结构图；

图2中，1、启动电机，2、发动机1，3、低压发电机，4、油箱，5、交流直流整流器，6、高压发电机，7、电控开关，8、变频调速器，9、驱动电机，10、驱动轮组，11、变速传动箱，12、低压蓄电池组，13、电控系统，14、电控开关，15、油门踏板，16、刹车踏板，17、动力冷却系统；

图3中，1-17与图1中名称原理相同，大小规格可能不同，其中9驱动电机具有发电功能，18、电控开关， 19、稳压整流器，20、直流交流逆变器，21、电池管理系统，22、高压电池组；

具体实施方式

现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本原理和结构，因此其仅显示与本发明新型有关的构成。围绕基本原理进行的演变，比如交流发电机和直流发电机，交流电动机和直流电动机，虽然没有一一表达出来，但也是本发明所涉及到的。

如图1所示，发电机组，包括两台发动机和发电机发电，经过变速控制电路，直接输入驱动电机。发动机在发电状态，可以更好发挥发动机的燃效比。电驱动状态，尤其在起步加速状态，电驱动效率更高，更容易控制。在刹车时，驱动电机作为发电机发电，将惯性动能转化成电能存储在动能收集存储电池组。同时减少了纯电动车对大量电池组依赖，电控和调速，让传统变速箱重量和成本得到颠覆性改变。耗油量比传统燃油车下降40％-50％，重量减少300KG左右，耗油指标比现有的各类混动车好，成本更低。

如图2所示，为一种成本最低的发电、电驱动混动车，用于小型车或微型车最合适，本身重量很低，动能损耗占比偏小，可以不考虑动能收集，获得最佳性价比。根据本专利所述1、启动电机，2、发动机，3、低压发电机，4、油箱，5、交流直流整流器，6、高压发电机，7、电控开关，8、变频调速器，9、驱动电机，10、驱动轮组，11、变速传动箱，12、低压蓄电池组，13、电控系统，14、电控开关，15、油门踏板，16、刹车踏板，17、动力冷却系统；发动机点火与传统燃油车一样，这里不做描述。档位放到前进或倒退位置，发电机发出的电经过调速器，输送到电机，电机运转，经过变速传动箱，带动轮子驱动整车。脚踩油门，组件13电控系统受到信号后，处理传感信号，输出到变速器，变速器根据油门踏板传来的信号输出相应的变速输出电流。同时电控系统给出油泵和油门的调控用输出电流。冷却系统的温度传感和报警信号等与本专利关系不大，这里不做描述。图中只是展示了本发明需要保护的主要原理图。图示电机为交流永磁同步电机，驱动电机为交流永磁同步电机。如果采用直流发电机，驱动电机也可以采用直流电机，可以简化系统省略交直流转换。

图3所示，适用于一种出租型或入门级以上的发电电驱动混动车，发电、电驱动以及双发驱动的原理和前面所述图1的原理相同，这里不再描述。图3所述结构，电机具有发电功能，18、电控开关，19、整流器，20、直流交流逆变器，21、电池管理系统，22、高压电池组。所述图3采用了1个动能收集储能电池组。脚踩刹车踏板，传感信号传递到电控系统，电控系统驱动电控开关20的a端断开，b端连接，整车惯性动能经过传动装置驱动这台驱动电机旋转发电，经过稳压整流后，流入高压电池组进行充电。每踩一次刹车踏板，制动发电一次，高压电池组充电一次。为了避免频繁刹车的浅充电带来的电池衰减问题，只有当电池组织充满电之后，信号传递到电池管理系统，可以自动实现或根据报警提示信号手动切换开关实现发动机熄火，同时，电控开关18切换到a端断开，b端闭合。这个切换动作由电池管理系统发出。直到电池组里的电能用完，电池管理系统驱动开关18切换到图示位置，电池组处于充电状态。发动机在电控系统控制下自动点火，或手动开关启动点火，进入发动机工作模式状态。电池容量越大，充放电切换次数越少，电池使用寿命越长。电池容量根据出租车60万公里，使用3年，家用车按照使用10年，25万公里，锂电池深充电6000-10000次左右，每刹车一次，可以收集0.012KWH电能。家用车每天踩刹车100次，出租车每天才刹车600次考虑。计算结果，家用车动能收集储能电池可以按6KWH容量考虑，出租车动能收集储能电池容量可以按12KWH考虑，豪华车按8KWH容量考虑，家用车按4KWH容量考虑，小型车按3KWH 考虑。

Claims (5)

1.一种燃油发电机组发电、电驱动的全时混动车，包括燃油发动机，发电机，驱动电机，电控变速器组件，选择性组建包括储能电池，稳压整流器，交流直流逆变器，本发明所述类型混动车，其发明特征是，车内发电，不需要经过电池组充电，直接用于驱动电机正常行驶。在这个基本原理下的各种演变，都是本发明权利要求范围，所述发电机和电动机，包括了直流发电机，直流电机，交流发电机，交流电动机，可以根据产品定位和成本控制，来决定采用哪一种类型，不管哪一种类型，都在本发明权利要求范围。

2.根据权利要求1所述的发电、电驱动混动车，本发明以2种典型结构为例，描述了该新型混动车的原理。一种见附图2所述，不带动能收集系统的简单结构，特别推荐适用于低成本的小型车微型车，重量小，不考虑动能收集，结构简单，重量轻，在操控性，舒适性，耗油量，整车成本上介乎对比所有车占优，所述附图2结构是永磁同步交流发电机，永磁同步交流电动机，根据权利要求1所述，直流发电机和直流电动机也可以按此原理工作，也在权利要求范围，本发明说明书所述推荐运用在小型车和微型车上，对于中型和大型车，虽然没有详细描述，也适用该结构，也在适用本发明权利要求。

3.根据权利要求1所述发电、电驱动新型混动车，采用了一种带动能收集电池储能系统的结构，特别推荐适用于入门级以上的车型，车辆能耗损失主要在刹车和变速的动能损耗上，按照附图3所述，本实发明专利所述该车结构特征是不需要外接充电，电池的功能仅仅用于刹车动能收集和发动机怠速下的能量收集。附图所述结构是永磁同步交流发电机，和永磁同步交流电动机，以及相适应的电池组，电控开关，电池管理系统，电控系统等，直流发电机和交流电动机也适用于本发明特征，根据权利要求1所述，直流发电机和直流电动机也在权利要求范围。所述结构推荐运用在入门级以上车型，对于小型车和微型车，该结构原理同样符合适用范围，同样适用于本发明权利要求范围。

4.根据权利要求1所述发电、电驱动混动车，采用了动能收集电池储能系统，采用动能收集系统充满电再切换电池工作模式和结构原理设计，可以避免频繁刹车带来的高频次浅充电浅放电造成电池衰减加快，电池寿命缩短，本发明说明书所述采用了电池管理系统和电控系统，对电池的充放电进行切换控制，实现电池的100％深充，确保电池使用过程中无衰减。本发明结构的特征，电池组只是用来收集动能的电能转换，不需要专门充电提供主要行驶动力，电池容量不需要大，根据充放电使用寿命来确定电池容量大小，电池容量越大，循环充放电的次数越少，按照出租车60万公里，家用车10年30万公里考虑，城市综合工况，平均1公里刹车2次考虑，刹车充电看起来是频繁的浅充，但是在充满电之后再放电，实际是100％深充电，在此寿命范围内，电池无衰减，直到使用寿命到达，整车需要更换了，参考电池容量，出租车6KWH，家用车4KWH，家用小型车和微型车3KGH，豪华车8KWH，按照每次刹车收集动能充电量为基数(计算结果平均在0.012KWH)，充满电能够刹车多少次，还可以根据用户需求进行定制电池容量大小，以上计算方法虽然不能作为最终制造依据，但也是本发明特征，在本发明权利保护范围。

5.根据权利要求2和3，列举了基于发电电驱动前提下的2种结构，一个不带动能收集储能电池，一个带有动能收集电池储能，对于围绕发电、直接电驱动的其他演变，都是本发明权利要求范围。

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