CN202669517U

CN202669517U - 多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统

Info

Publication number: CN202669517U
Application number: CN2012202014306U
Authority: CN
Inventors: 周斯加; 龙江启; 张毅
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Wenzhou University
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-05-04

Abstract

多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，所述驱动系统是：车载太阳能发电站和车载风能发电站都通过控制器与车载电源总线连接，车载太阳能发电站和车载风能发电站分别通过车载电源总线给电动车供电。采用上述技术方案带来的有益效果为：第一，本系统采用了两套无污染发电装置混合发电驱动，这样极大降低了汽车对于单一发电装置的依赖度，提高了汽车的续驶里程。第二，车载能源管理系统将对于太阳能发电站、风能发电站以及车载储能装置的电能进行统一的管理，对于驱动电机优先供给两个发电站输出的电能，这样的设计可以大大减少能量存储装置的容量，既能节约成本又可以提高整车性能。

Description

多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统

技术领域

本实用新型涉及多能源互补的混合动力驱动系统，主要是以太阳能和风能为能源的混合动力汽车动力总成。

技术背景

随着世界人口的不断增长，对能源的需求也在不断膨胀。人类面临着不可再生资源匮乏和环境保护的双重压力。而人类传统的交通工具主要依赖的常规能源都是不可再生能源。能源资源的这种稀缺性决定了我们不可能无限度的任意取用。另外，不可再生能源的开发、加工和利用给环境带来了极大的危害。化石燃料的燃烧造成了严重的空气污染，也增加了对水、甚至土地的污染。同时，由于能源生产和转化的效率低，以及低层次的开发利用更使这一污染加剧。

与此相反，可再生能源如经常利用的太阳能、风能等一般都具有资源丰富的特点，不存在资源枯竭问题，且大多属于清洁能源对环境影响小，是人类未来利用的主要能源。

目前，将太阳能和风能等清洁能源运用于汽车等交通工具的驱动能源已经有了很大的发展，但就目前的技术水平和利用的效果来看，现有产品的性能差强人意。原因主要是风能和太阳能等能源的随机性强，随季节，时间，天气状况等因素的变化而变化，其供电质量难以保证。而本系统将两套能源供电系统综合使用，通过控制器和蓄电池等能量调节存储装置应用，很好的解决了输入能量不稳定的特点，系统的稳定性和综合性能大大提高。同时，在保证同样供电功率的要求下，可大大降低对单个能源收集设备的依赖性，可以减少储能设备蓄电池的容量。通过对混合发电系统进行合理的设计和匹配，可以基本上由风、光系统供电，很少或者不使用外界充电。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出了一种由太阳能、风能等提供动力的具有环保、节能、安全等优点的电动车。这种电动车在电能消耗后，用太阳能和风能联合发电系统给予电能补偿，使电动车能保持持续行驶。这样电动车很少或者不用外界电源充电，极大的解决了能源危机和环境污染问题，并且给用户带来了崭新的一种移动方式。这种新型的混合发电模式电动车解决了传统电动车的一些不便之处如：行程短、速度慢、蓄电池寿命短、充电不方便等等。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：

一种多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，所述驱动系统是：车载太阳能发电站和车载风能发电站都通过控制器与车载电源总线连接，车载太阳能发电站和车载风能发电站分别通过车载电源总线给电动车供电。

所述系统还应包括车载储能器和储能装置，所述储能装置与电源总线通过电源管理系统连接。

所述车载储能器可以为电池组或超级电容或者电池组与超级电容的组合。

还包括风力发电系统，所述的风力发电系统是一个变速发电系统及其控制器的总和。

所述的风力发电系统为鼠笼式异步发电机变速恒频风力发电系统、交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统、无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统、永磁发电机变速恒频风力发电系统其中之一。

所述的驱动系统的驱动电机为永磁直流电机、串励直流电机、混励直流电机或交流电动机。

本实用新型为太阳能、风能混合动力汽车驱动总成，由车载太阳能发电站、车载风能发电站、能量存储装置、驱动电机、能量控制器等组成，其特点在于本实用新型将两种清洁能源供给装置整合到一部电动车中，通过对能源管理器的监控，及时调整各个能源装置包括蓄电池的能量输出、输入大小，减少蓄电池充放电电流大小和次数。本实用新型还引入了太阳能发电站最大功率点跟踪控制器和风能功率控制器等，以最大的效率对外界输入的能量进行利用。

本实用新型的工作原理为：

（1）整车全部机械、电子系统进入工作状态以驾驶员打开钥匙开关为准，但为了最大限度的利用外界输入的能量，所以能量输入系统包括车载太阳能发电站和风能发电系统是持续工作的。系统配备有断电保护功能，当车载储能器达到最大储能值时，随车发电装置将自动停止工作。

（2）汽车的行驶性能包括加速性、制动性等与传统汽车操作方式相同，但本实用新型全部采用线控操作（by wire）系统，中央处理器对来自加速踏板和制动踏板的电信号处理后送往各个控制器和执行机构。

（3）动力总成控制系统是本实用新型的核心部件之一，控制系统负责接受各个传感器的输入信号和踏板信号，通过控制算法可以确定各个部件的工作状态和功率输出，并将各个指令传送到各个控制单元。以下的各个部件的控制单元接收到整车控制指令后按照指令要求对各个执行机构进行控制；同时各个控制单元也将各个执行机构的执行情况和工作状态返回到整车控制系统中。

（4）动力总成包括电机和电机控制器，控制器接收到整车控制信号后对电机的工作状态（电动状态和发电状态）以及输出特性进行控制，使电机安装控制指令提供要求的功率，并采集电机的工作状态信号反馈给整车控制器。

（5）储能装置包括电池、电池管理系统和控制单元。控制单元接收到整车控制信号后对电池管理器发出指令，控制电池的工作状态（充电状态或放电状态），使电池安装控制指令的要求提供功率。同时，控制单元也采集电池的状态信号包括电压、电流、温度等反馈给整车控制器。

（6）车载太阳能发电站包括太阳能电池板、DC/DC转化器、最大功率点控制器（MPPT）等。MPPT控制器的基本工作原理是MPPT控制器不断监控太阳能电池板的输出电压、电流，通过MPPT算法求出参考电压，通过参考电压于太阳能电池板输出电压相比较来调整占空比，使太阳能电池板工作点电压向参考电压方向移动，由此不断寻优，最后控制太阳能电池板工作点在最大功率点左右摆动。为了减小能量存储装置的工作负荷，车载电池控制器将首先考虑使用太阳能发电站和风能发电站提供的电能。

（7）车载风能发电站是一个变速直流发电系统。系统包括风轮、直流发动机以及电机控制单元。系统采用变速发电方式，这样就可以使风轮的转速随风速的变化而变化，使其保持在一个恒定的最佳叶尖速比，使风力机的风能利用系数在额定风速以下的整个运行范围内都处于最大值。即使风速跃升时，所产生的风能也部分被风轮吸收，以动能的形式储存于高速运转的风轮中，从而避免了传动机构承受过大的动载荷。在电力电子装置的调控下，将高速风轮所释放的能量转变为电能，送入驱动装置或者能量存储器中。同时此系统还可以降低风力发电过程中的噪音。

采用上述技术方案带来的有益效果为：第一，本系统采用了两套无污染发电装置混合发电驱动，这样极大降低了汽车对于单一发电装置的依赖度，提高了汽车的续驶里程。第二，车载能源管理系统将对于太阳能发电站、风能发电站以及车载储能装置的电能进行统一的管理，对于驱动电机优先供给两个发电站输出的电能，这样的设计可以大大减少能量存储装置的容量，既能节约成本又可以提高整车性能。第三，本系统还自然提供了制动能量回收功能，将制动时多余的动能转化成电能存储到能量存储装置中提高经济性。第四，所形成的新系统具有紧凑的拓扑布局、优良的调节控制性能和较高的运转可靠性。

附图说明

图1是本实用新型动力总成结构图。

图2是多清洁能源互补型电动车侧视图。

具体实施方式

以下结合本说明书的各附图，对本实用新型做详细说明。

参照图1，本实用新型为新型多种清洁能源互补型混合动力系统，由电池控制单元1，太阳能电池板2，太阳能发电站3，电池管理系统4，太阳能发电站DC/DC5，太阳能发电站最大功率点控制器6，太阳能发电站驱动单元7，驱动桥总成8，驱动电机9，电机控制器10，风能发电站控制器11，风能发电电机12，风轮13，储能器14等组成。车载太阳能发电站、车载风能发电站和电能存储器都与高压总线连接，通过整车控制单元协调各个动力模块的控制器来决定各个动力模块在任意时刻的工作状态。

参照图2，本实用新型电动车侧视图。太阳能电池板2覆盖于车身上表面，风能发电装置12、13安装于车前端尽量接受风能。车身15可以选用传统车身改造也可以选用新型骨架式车身或者碳纤维、塑料车身以减轻重量。

衍生实施方案：

本实用新型可以有多种衍生实施方案。

衍生实施例一，本实用新型使用的驱动电机和控制器可以有多种选择。如可以选用永磁直流电机、串激直流电机、混激直流电机还可以通过DC/AC逆变器选用交流电动机。

衍生实施例二，本实用新型采用的风力发电系统是一个变速发电系统及其控制器。风力发电机控制方案可以选用:鼠笼式异步发电机变速恒频风力发电系统；交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统;无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统;永磁发电机变速恒频风力发电系统等。

本实用新型工作模式：

根据各部分工作方式的不同，本实用新型有三种工作模式：

1、电-电混合动力工作驱动模式

在一般车况中，主控制器根据控制策略的优化目标、实际车况功率需求和电池组荷电状态，控制动力总成的输出总功率及功率分配。两个车载发电站、车载储能装置、驱动装置按照功率分配的要求协调工作。

2、纯电动驱动模式

在无风和无太阳照射或者两个车载发电系统出现问题的情况下，本动力系统可以工作在纯电动模式，储能装置（通常为蓄电池或者蓄电池和超级电容的组合）为整车提供电能。当电能耗尽时，可以通过外界充电来补充电能。

3、能量反馈制动驱动模式

在车载储能装置损坏或者电能已满的状态之外的任何模式下，当车辆需要制动减速或下坡限速时，主控制器根据制动踏板信号，向驱动电机发出负力矩给定信号，使其处于反拖发电状态，向储能装置回馈电能。当制动踏板信号继续增大时，使原有机械制动系统也开始工作，以首先保证满足制动安全性的需要。

Claims

1.一种多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，其特征在于，所述驱动系统是：车载太阳能发电站和车载风能发电站都通过控制器与车载电源总线连接，车载太阳能发电站和车载风能发电站分别通过车载电源总线给电动车供电。

2.根据权利要求1所述的多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，其特征在于，所述系统还应包括车载储能器和储能装置，所述储能装置与电源总线通过电源管理系统连接。

3.根据权利要求2所述的多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，其特征在于，所述车载储能器可以为电池组或超级电容或者电池组与超级电容的组合。

4.根据权利要求1所述的多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，其特征在于，还包括风力发电系统，所述的风力发电系统是一个变速发电系统及其控制器的总和。

5.根据权利要求4所述的多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，其特征在于，所述的风力发电系统为鼠笼式异步发电机变速恒频风力发电系统、交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统、无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统、永磁发电机变速恒频风力发电系统其中之一。

6.根据权利要求1-5任意一权利要求所述的多清洁能源互补型混合动力电动车驱动系统，其特征在于，所述的驱动系统的驱动电机为永磁直流电机、串励直流电机、混励直流电机或交流电动机。