一種使用超級電容輔助動力系統的混合動力汽車技術方案

本發明專利技術屬于混合動力汽車技術領域，具體涉及一種使用超級電容輔助動力系統的混合動力汽車。其是采用并聯動力總成結構形式，動力系統由電源系統、電機和發動機組成，所述的電源系統由超級電容模組和電源控制系統組成；超級電容模組通過DC/AC模塊與電機相接，超級電容模組由100～200個超極電容單體串聯組成，電源控制系統通過CAN總線傳輸信號，控制單元根據傳感器不同的采集值及整車需求，為車輛提供混合動力解決方案。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于混合動カ汽車
，具體涉及ー種使用超級電容輔助動力系統的混合動カ汽車。
技術介紹
當前能源問題和環境問題日益嚴重，受到了全球的廣泛關注，各國已將尋找新能源、提高能源利用效率、減少污染提升到關乎國家未來發展的戰略性高度。其中車輛的能源利用和尾氣排放也成為了ー個被廣泛關注的問題，在眾多方案中混合動カ汽車無疑是具有諸多優點的選擇?；旌蟿鹰嚲哂性肼暤?、污染小、經濟性強等優點，已經得到了廣泛的應用。使用電動輔助運行的混合動カ汽車一般采用蓄電池作為輔助動力，然而限于當前的技術及エ藝水平，蓄電池充電時間過長，在較低溫度下，蓄電池性能會大幅減弱，嚴重影響車輛動カ性能。而且車輛啟動和加速時，需要蓄電池輸出ー個大電流，這樣會造成蓄電池的損傷，縮短了蓄電池的使用壽命。由于城市路況復雜，車輛正常行駛時會頻繁的制動、加速和啟動，啟動和加速時蓄電池負擔很重，而且剎車制動時蓄電池不能有效回收能量，制動能量都轉化為熱量流失，并未得到有效的利用。同吋，在車輛上下坡階段，車輛的勢能變化也并未得到有效利用。近年來超級電容的技術不斷進步，已經進入了實用階段，由于超級電容存儲電能使用的是物理方法，只要內部結構沒有損壞，就可以一直使用下去，使用壽命長。而且超級電容可以直接承受大電流沖擊，充放電的速度也非常快，短時間內大電流充放電是蓄電池無法做到的。
技術實現思路
本專利技術提出一種應用超級電容輔助動力系統的混合動カ汽車，其是以超級電容作為動カ系統儲能元件，使用新的能源管理方案，讓混合動カ汽車具有能量利用率高、耐用、環保等優點。本專利技術描述的是ー種使用新型電源系統的混合動カ汽車，采用并聯動カ總成結構形式，動カ系統由電源系統、電機和發動機組成。所述的電源系統由超級電容模組和電源控制系統組成，超級電容模組通過DC/AC模塊與電機相接，DC/AC模塊將超級電容模組產生的直流電轉換為可使電機工作的交流電，此時電機處于電動模式，或者將電機產生的交流電轉換為直流電，為超級電容模組充電，此時電機處于發電模式。所述的電機可以是開關磁阻電機，也可以是永磁同步電機。所述的超級電容模組是由100 200個超級電容單體串聯組成，如常規的混合動カ汽車內蓄電池一祥，通過DC/AC模塊與電機連接。所述的電容可以滿足車輛在急加速急減速時的功率需求。超級電容使用物理方法存儲電能，存儲次數多，壽命長，在零下40攝氏度時也具有優秀的物理特性，可以在寒冷天氣下工作。所述的發動機可以是汽油內燃機，也可以是柴油機等多種不同的發動機。所述的電源控制系統拓撲結構如附圖4，通過CAN總線傳輸信號，使用傳感器采集當前的各種狀態量，并將采集值發送到電源管理系統的控制單元進行處理，控制単元根據不同的采集值，判斷超級電容電量等信息，根據整車需求，做出相應的反應，為車輛提供新的混合動カ解決方案。本專利技術使用超級電容作為電能存儲，有效利用了城市中車輛頻繁制動和怠速損耗的能量，以及上坡和下坡時的勢能變化，降低了車輛的油耗，節能環保?；旌蟿鹰嚨碾姍C通過傳動軸和離合器、變速箱相連，與發動機同軸驅動車輪的主減速器，一起驅動車輛行駛。在車輛啟動時由超級電容為電機提供啟動電流，超級電容能提供至少三次的啟動電流，増加車輛的啟動穩定性。自傳感器接收到車輛啟動信息后，電源控制系統控制超級電容輸出ー個直流啟動電流，電流經DC/AC模塊轉換為交流電為電機供電，使電機工作，從而啟動車輛。混合動カ汽車動力不足吋，電源控制系統控制超級電容輸出穩定的直流電流，并控制DC/AC模塊接通電機，經DC/AC模塊轉換為交流電為電機供電，使電機工作，從而增加了車輛的動力?；旌蟿鹰囆旭偁顟B下，電機和傳動軸的連接斷開。且始終保持超級電容的電能在總容量的1/3以上，這樣可以保證超級電容具有正常啟動車輛的能量，也有足夠容量存儲回收的電能。如果超級電容電量不足，電源控制系統中的傳感器將電容數據傳送給控制單元，進而使電機和傳動軸連接，發動機通過傳動軸帶動電機運轉發電，電能通過DC/AC模塊轉換后存儲到超級電容內。當超級電容內電能達到總容量的2/3以上吋，電源控制系統傳感器將采集的數據傳送給控制単元，進而控制超級電容將存儲的電能驅動電機或者經超級電容保護電路釋放掉，直至超級電容內電量降低到總容量的2/3以下，以保護超級電容?；旌蟿鹰嚨陌l動機啟動后一直保持工作狀態，車輛短時間停車時，發動機持續低速轉動，使用變速器脫離傳動軸和主減速器的聯系，發動機通過傳動軸帶動電機運轉，電機轉子受カ在磁場中旋轉，此時電機發電，產生的電流通過DC/AC模塊轉換為直流電存儲到超級電容中。長時間停車，傳感器采集的數據返回給整車控制器后，整車才會控制發動機停止工作。車輛制動時，離合器斷開發動機與傳動軸的聯系，電源控制系統控制超級電容停止供電模式，主減速器通過傳動軸帶動電機轉動，電機處于發電模式，電能傳輸到超級電容處存儲，電機發電，使機械能轉化為電能，機械能減少，轉速降低，從而實現車輛制動。在車輛上坡時，超級電容為電機供電，為發動機提供助力；在車輛下坡時，電機如上所述可以起到制動作用并發電，將電能存儲至超級電容。本專利技術的優越性:在城市路況中，車輛頻繁的啟動和制動，由于超級電容具有非?？斓某浞烹娝俣龋梢猿袚矔r峰值充放電負荷。而且超級電容具有優秀的物理特性，其充放電效率在99%左右，循環次數可達數十萬次，從而提高了整個動カ系統的能量利用效率和使用壽命。較之使用蓄電池的混合動カ汽車，使用超級電容做為輔助動カ的混合動カ汽車通過使用獨特的能源管理模式，可以更加有效的回收制動能量，并可以為車輛提供可靠的啟動電流，既延長了車輛動力系統的使用壽命，也提高了能量利用效率，而且減少了車輛發動機啟動次數，保護了車輛其他部件。其能量回收率可達15% 30%。附圖說明圖1:使用超級電容做電能存儲部件的整車控制原理圖；圖2:超級電容與DC\AC模塊連接電路圖；圖3:超級電容充放電電路；圖4:電源控制系統拓撲結構示意圖。具體實施例方式以下是本專利技術的具體實施例并結合附圖，對本專利技術的技術方案作進ー步的描述。實施例1如圖1所示，本專利技術所述的超級電容電源系統在混合動カ汽車上的應用結構有:超級電容1、DC/AC模塊2、發動機3、離合器4、電機5、變速器6。其中超級電容I由150個超級電容單體(如美國Maxwell公司生產的2.7V、3000F超級電容單體)串聯組成模組的規格為405V、20F。DC/AC模塊2電路圖如附圖2所示。發動機3采用汽油內燃機，也可以使用柴油機等內燃機。電機5為開關磁阻電機(如北京中紡銳カ機電有限公司生產的型號為DT336D31S的開關磁阻電機)。其連接關系為:超級電容I連接DC/AC模塊2，DC/AC模塊2連接電機5，發動機3通過離合器4帶動傳動軸轉動，傳動軸連接電機5的轉子，傳動軸通過變速器6連接車輪的主減速器?；旌蟿鹰囲o止吋，電機處于電動機模式，超級電容I存儲有足夠啟動電機5的能量，車輛啟動時，電源控制系統控制超級電容I放電來啟動電機5,電機5運轉后通過傳動軸和離合器4帶動發動機3運轉，車輛啟動。車輛行駛過程中，發動機3處于工作狀態，通過離合器4帶動傳動軸轉動，傳動軸通過變速器連接主減速器，帶動車輪旋轉，使混合動カ汽車行駛。車輛行駛時，電機處于電動機模式，電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用超級電容輔助動力系統的混合動力汽車，其特征在于：采用并聯動力總成結構形式，動力系統由電源系統、電機和發動機組成，所述的電源系統由超級電容模組和電源控制系統組成；超級電容模組通過DC/AC模塊與電機相接，超級電容模組由100～200個超極電容單體串聯組成，電源控制系統通過CAN總線傳輸信號，控制單元根據傳感器不同的采集值及整車需求，為車輛提供混合動力解決方案。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李駿，韓煒，孫煥麗，李川，趙洪輝，劉建康，
申請(專利權)人：中國第一汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：吉林;22