專利名稱：一種輕型交通工具的燃油－電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自行車是大眾的主要短途交通工具，目前趨于向電動(dòng)助動(dòng)車方向發(fā)展(主要區(qū)別在于動(dòng)力、重量速度等方面的有所增加，在下面敘述中不再區(qū)別對(duì)待)；而摩托車(包括輕騎)則在農(nóng)村和中小城市個(gè)人交通中十分流行。
隨著城市空間的擴(kuò)大、流動(dòng)性增加與生活水平的提高，使動(dòng)力型的輕便交通工具需求日益迫切。目前比較典型的動(dòng)力型個(gè)人交通工具為燃油型與電動(dòng)型的兩種助動(dòng)車。
90年代燃油型助動(dòng)車曾經(jīng)風(fēng)行一時(shí)，但因燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是二沖程燃油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣污染排放嚴(yán)重、噪音大，目前受到大中城市的普遍排斥，已逐漸被禁止行駛。隨著環(huán)保要求的提高，燃油車的改進(jìn)雖也正在進(jìn)行中，但在輕型交通工具上受價(jià)格等因素限制，排放難以達(dá)到轎車的先進(jìn)水準(zhǔn)，在啟動(dòng)與低速情況下排污尤其嚴(yán)重。四沖程汽油機(jī)加裝排氣消音凈化器可顯著降低排放污染，能夠達(dá)到歐洲II號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，甚至更高的標(biāo)準(zhǔn)。但內(nèi)燃機(jī)低速和怠速下排放廢氣較多的問(wèn)題總難完全避免。
電動(dòng)型助動(dòng)車因其噪音低、無(wú)氣體污染等特點(diǎn)而被大眾所接受，目前正在迅速推廣中。至于電池可能產(chǎn)生的污染則可以通過(guò)專業(yè)工廠的處理來(lái)控制。電動(dòng)助動(dòng)車(包括電動(dòng)摩托車)的最大缺點(diǎn)是電池性能不理想。鉛酸電池比容量低，例如目前電動(dòng)助動(dòng)車上配的36V/12Ah的鉛酸電池達(dá)12公斤左右，而行駛距離往往在50公里左右，考慮到實(shí)際道路平整度與遇到紅綠燈頻繁剎車、啟動(dòng)情況，城市中實(shí)際有效行駛距離僅僅在30公里左右。后隨著電池的衰退，行駛距離進(jìn)一步縮短。電池的壽命又普遍比較短，通常在一年以內(nèi)。采用鎳鎘電池放電內(nèi)阻低，但固有的充放電記憶特性和嚴(yán)重的潛在污染使得其不適合于作為助動(dòng)車的能源。鎳氫電池克服了鎳鎘電池的污染缺點(diǎn)，且比能有所提高，但其價(jià)格高，自放電嚴(yán)重，能量密度依然不夠高，性能價(jià)格比不具有優(yōu)勢(shì)。鋰電池比能高，與其他電池比較性能優(yōu)異，但目前作為動(dòng)力電池其性能還不夠穩(wěn)定；高昂的價(jià)格，也使其不可能被大規(guī)模推廣?？傊?，用電池作為動(dòng)力，存在著行駛里程短、使用壽命短、價(jià)格高、自重比例高等系列問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能使內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電子功率變換器有機(jī)結(jié)合的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下其特征在于包括內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)；集成控制系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接；其中1)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由四沖程汽油機(jī)、汽油箱、排氣消音凈化器、起動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成；四沖程汽油機(jī)裝有排氣消音凈化器、起動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)，汽油箱通過(guò)油管與四沖程汽油機(jī)相連；2)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池、功率變換器；其中功率變換器又包括驅(qū)動(dòng)變換器、充電器、輔助電源，驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為開關(guān)功率變換器，蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸接機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，功率變換器接集成控制系統(tǒng)；3)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)耦合傳動(dòng)和并行傳動(dòng)兩種方式，耦合傳動(dòng)方式為內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)耦合傳動(dòng)，它又分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接耦合和通過(guò)減速機(jī)構(gòu)耦合兩種；并行傳動(dòng)方式為由內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別傳動(dòng)，通過(guò)外部的交通工具輪子實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的傳動(dòng)；4)集成控制系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)單元；內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)和速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接至內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火電源及起動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器；內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由集成控制系統(tǒng)決定何時(shí)驅(qū)動(dòng)，包括分別或聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，其動(dòng)力通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)輸出；電力驅(qū)動(dòng)用起動(dòng)電機(jī)直接或通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)給內(nèi)燃機(jī)提供啟動(dòng)動(dòng)力，而內(nèi)燃機(jī)則用磁電機(jī)直接或通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)給電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充電力；集成控制系統(tǒng)收集電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的工況，并結(jié)合操縱指令，形成對(duì)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制信號(hào)。
本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式要旨是低速時(shí)由電力驅(qū)動(dòng)，高速時(shí)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，中速時(shí)由電力單獨(dú)或兩者同時(shí)驅(qū)動(dòng)，這些驅(qū)動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換都是通過(guò)集成控制器控制下自動(dòng)進(jìn)行的。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)能給蓄電池補(bǔ)充電量。中高速加速或爬坡時(shí)一般仍由內(nèi)燃機(jī)工作，若有必要?jiǎng)t可強(qiáng)制電力同時(shí)參與驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是本發(fā)明提出的集成混合動(dòng)力系統(tǒng)能使內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電子功率變換器有機(jī)結(jié)合，避免內(nèi)燃機(jī)在啟動(dòng)與低速下的污染氣體排放較多和電池儲(chǔ)能密度低的缺點(diǎn)。在城市道路上紅綠燈頻繁的狀況下，避免內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行低速大扭矩的啟動(dòng)過(guò)程和怠速運(yùn)行，而在市區(qū)道路相對(duì)空閑地段、市郊與農(nóng)村道路上又能發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)行駛距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)精心研制的控制器，根據(jù)不同路況和工作需要綜合實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)、電動(dòng)和腳踩(對(duì)混合動(dòng)力的自行車而言)單獨(dú)或互補(bǔ)運(yùn)行，保證內(nèi)燃機(jī)工作在高效率區(qū)，優(yōu)化車子的經(jīng)濟(jì)性能和排放性能，尤其是燃用液化石油氣或天然氣時(shí)，車子的排放性能更可大幅度提高，經(jīng)濟(jì)性和噪音也可獲得進(jìn)一步改善。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)僅僅在啟動(dòng)和低速階段工作，車子速度稍上來(lái)時(shí)就可以根據(jù)蓄電池的需要自動(dòng)進(jìn)行電池充電管理，電池不需要額外專門充電，其續(xù)駛里程和工作壽命可大大延長(zhǎng)，車子對(duì)電池容量(與重量)的要求可顯著降低。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1整個(gè)系統(tǒng)框圖；圖2電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖；圖3升壓與降壓變換器典型電路拓?fù)鋱D；圖4充電用升壓變換器限流限壓控制方案圖；圖5驅(qū)動(dòng)用降壓變換器限流限壓控制方案圖；圖6功率變換器的典型主電路圖；圖7帶逆變器的驅(qū)動(dòng)變換器及充電器圖；圖8帶逆變器的驅(qū)動(dòng)變換器的典型主回路圖；圖9雙向驅(qū)動(dòng)變換器圖；圖10雙向變換器典型電路拓?fù)鋱D；圖11機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)原理框圖；
圖12集成控制系統(tǒng)圖；圖13集成控制系統(tǒng)中的切換程序例圖；圖14集成控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)變換器控制程序例圖；圖15混合動(dòng)力助動(dòng)車的結(jié)構(gòu)圖；圖16電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施例圖；圖17機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖；圖18機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種集成的混合動(dòng)力系統(tǒng)，為內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電子功率變換器的有機(jī)結(jié)合，面向輕型交通工具的驅(qū)動(dòng)，主要用于助動(dòng)車與摩托車的清潔動(dòng)力系統(tǒng)。該集成混合動(dòng)力系統(tǒng)也可用于三輪車、小型游覽車、叉車等物流搬運(yùn)平臺(tái)以及其他需要反復(fù)啟動(dòng)的低速小型車輛等輕型交通工具和小型機(jī)械的清潔動(dòng)力源。為說(shuō)明問(wèn)題方便，這里將助動(dòng)車與摩托車作為例子對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)加以描述。
以下是集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)部分說(shuō)明。
如圖1所示，包括內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)；集成控制系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接；其中1)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，由四沖程汽油機(jī)、汽油箱、排氣消音凈化器、起動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)等構(gòu)成；四沖程汽油機(jī)裝有排氣消音凈化器、起動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)，汽油箱通過(guò)油管與四沖程汽油機(jī)相連；在本發(fā)明中，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中的常見的起動(dòng)電機(jī)與磁電機(jī)均非必需部件，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力直接帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)，而內(nèi)燃機(jī)工作所需的電力通?？梢杂呻娏︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要補(bǔ)充的電力供應(yīng)也可以通過(guò)自身的發(fā)電機(jī)由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)發(fā)電而獲得。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)排放要求需要進(jìn)一步提高時(shí)，上述排氣消音器中還可以附加凈化器。
2)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池、功率變換器；其中功率變換器又包括驅(qū)動(dòng)變換器、充電器、輔助電源，驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為開關(guān)功率變換器，蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸接機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，功率變換器接集成控制系統(tǒng)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)由蓄電池通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器供電，處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，充電器則將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的端電壓變換成蓄電池所需的充電電壓，輔助電源對(duì)本發(fā)明的整個(gè)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)中各個(gè)部分(如集成控制器、內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火、起動(dòng)電機(jī)、供氣電磁閥等)提供輔助電源。盡管目前小功率發(fā)動(dòng)機(jī)均自身帶有磁電機(jī)和點(diǎn)火電源，但這些均可作為輔助電源的一部分而集成在功率變換器中，以提高技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性能。
針對(duì)蓄電池電壓通常高于驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作電壓的情況，以驅(qū)動(dòng)變換器是降壓型DC-DC開關(guān)變換器，充電器是升壓型DC-DC開關(guān)變換器為好。驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端分別接蓄電池與充電器的輸出端，驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端分別接驅(qū)動(dòng)電機(jī)與充電器的輸入端，見附圖6；其中的降壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D、電感L、電容器C組成，半導(dǎo)體開關(guān)的一端接蓄電池，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端分別接二極管的一端及電感的一端，電感的另一端接電容的一端及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，二極管的另一端及電容均接公共端；其中的升壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D1、電感L及電容器C組成，電感的一端接蓄電池，電感的另一端接半導(dǎo)體開關(guān)及接二極管的一端，二極管的另一端接電容的一端及輸出端驅(qū)動(dòng)電機(jī)，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端及電容均接公共端；圖3所示的是升壓與降壓電路的典型電路拓?fù)?。?qū)動(dòng)變換器與充電器均具有限流、限壓功能，圖4所示的是充電用升壓變換器限流限壓的一種控制方案例，圖5所示的是驅(qū)動(dòng)用降壓變換器限流限壓的一種控制方案，圖6所示的是功率變換器的典型主電路。輔助電源通常為降壓型DC-DC開關(guān)變換器。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以采用常規(guī)的交、直流電機(jī)，但又以采用永磁輪轂電機(jī)比較有利。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)時(shí)，功率變換器還包括永磁直流無(wú)刷電機(jī)的逆變器；其中的驅(qū)動(dòng)變換器輸入端接蓄電池，驅(qū)動(dòng)變換器的另一端接逆變器輸入端，逆變器的輸出端接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，即永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，見附圖7(a)；充電器的輸入端接在驅(qū)動(dòng)變換器中DC-DC變換器與逆變器之間或通過(guò)內(nèi)部整流器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接，見附圖7(b)、7(c)；充電器的輸出端接蓄電池。逆變器通常采用常規(guī)的三相六開關(guān)逆變器，見附圖8。
當(dāng)用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，永磁電機(jī)可以直接作為發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，否則需要利用內(nèi)燃機(jī)附帶的磁電機(jī)。作為永磁電機(jī)有永磁交流同步、永磁直流無(wú)刷和永磁直流有刷等類別，其中的永磁直流無(wú)刷電機(jī)與永磁交流同步相比具有制造與控制相對(duì)簡(jiǎn)單，與永磁直流有刷相比則具有維護(hù)簡(jiǎn)單、噪音低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此永磁直流無(wú)刷電機(jī)更適合于本系統(tǒng)，尤其是采用永磁輪轂電機(jī)更具有動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。如同常規(guī)電動(dòng)助動(dòng)車，對(duì)于永磁直流無(wú)刷電機(jī)，驅(qū)動(dòng)變換器需要用逆變器，其本身也可以工作在限流限壓狀態(tài)；通常，將驅(qū)動(dòng)變換器分成如圖7(a)所示的限流型DC-DC開關(guān)電壓變換器與逆變器兩個(gè)部分能更好地工作。如圖7(b)所示的是帶逆變器時(shí)充電器的接法。充電器也可以由DC/DC變換器加整流器構(gòu)成，整流器的輸入端接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，如圖7(c)所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)變換器本身就是逆變器時(shí)，充電器也需要包含整流器。如圖8所示是帶逆變器的驅(qū)動(dòng)變換器的典型主回路。
通常功率變換器中的逆變器能夠工作在雙向功率流動(dòng)狀態(tài)；如采用圖9所示的雙向驅(qū)動(dòng)變換器，由限流限壓型DC-DC變換器與逆變器結(jié)合而成，功率變換器工作更為可靠、性能更好。雙向驅(qū)動(dòng)變換器同時(shí)具備驅(qū)動(dòng)變換器與充電器兩部分功能，并能省去充電器。雙向功率流控制比較復(fù)雜，輸出電壓(與驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度成比例)完全由設(shè)定值給定，好處是能夠控制減速。由于蓄電池在頻繁充放電過(guò)程中容易老化，采用超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)工作，由超級(jí)電容器承擔(dān)頻繁充放電任務(wù)比較有利于延長(zhǎng)裝置壽命。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)變換器是限壓、限流型輸出的雙向開關(guān)功率變換器時(shí)，其主電路包括半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2、二極管D1與D2、電感L、電容器C，二極管D1與D2是分立的或是分別集成在半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2內(nèi)部；圖10所示的是典型的雙向變換器電路拓?fù)淅?。如圖9所示中的逆變器本身也可以是雙向變換器(這時(shí)需要按照雙向變換器工作模式來(lái)控制)，但用如圖10所示的電路其控制效果通常會(huì)更好些。
3)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如圖11所示，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采用內(nèi)燃機(jī)1與驅(qū)動(dòng)電機(jī)7耦合和并行傳動(dòng)方式，耦合傳動(dòng)方式由內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)耦合傳動(dòng)；并行傳動(dòng)方式由內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別傳動(dòng)，通過(guò)外部的交通工具輪子實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的傳動(dòng)。
對(duì)于混合動(dòng)力自行車則由帶有減速和自動(dòng)離心嚙合功能的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出鏈輪和腳踩鏈輪分別以鏈條傳動(dòng)后輪軸上的兩個(gè)棘輪構(gòu)成。與內(nèi)燃機(jī)安裝位置相配合(如圖15和圖17所示)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7安裝在后輪軸8上，電力驅(qū)動(dòng)采用該驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后輪的方式運(yùn)行，此外后輪軸上設(shè)置一個(gè)棘輪12，通過(guò)鏈條9和內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出鏈輪10相連，動(dòng)力輸出鏈輪10與內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連。對(duì)于混合動(dòng)力自行車，在后輪軸上再增加一個(gè)棘輪11，通過(guò)另一鏈條14相連，接在腳踩鏈輪上，以實(shí)現(xiàn)人力傳動(dòng)。也可以共用一套鏈條傳動(dòng)棘輪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的傳動(dòng)。如圖17所示的15為驅(qū)動(dòng)輪，本例中為后輪。
4)集成控制系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)單元；內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)和速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接至內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火電源及起動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器；如圖12所示。
本發(fā)明的集成控制系統(tǒng)采用包括微電腦芯片的集成電路，統(tǒng)管整個(gè)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行。其中1)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)單元由油位計(jì)與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行標(biāo)志構(gòu)成，其中油位計(jì)置于汽油箱內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行標(biāo)志由磁電機(jī)電信號(hào)整型獲得。上述檢測(cè)單元均與信號(hào)處理單元連接。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行標(biāo)志由磁電機(jī)電信號(hào)整型獲得。向信號(hào)處理單元傳送內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)。由發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行標(biāo)志信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，可以獲得發(fā)動(dòng)成功信息及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。
2)速度與位置檢測(cè)單元為驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置的霍爾傳感器，與信號(hào)處理單元連接。信號(hào)處理單元通過(guò)處理該檢測(cè)信號(hào)，可以獲得驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置與速度信號(hào)。
3)電池工作狀態(tài)檢測(cè)單元包括電池電壓檢測(cè)單元、電池輸出電流與充電檢測(cè)單元、電池溫度檢測(cè)單元。電池電壓檢測(cè)單元與電池并聯(lián)，電池電流檢測(cè)單元與電池串聯(lián)，電池溫度檢測(cè)單元緊貼在電池表面。上述這些單元均與信號(hào)處理單元連接，向信號(hào)處理單元傳送電池狀態(tài)。信號(hào)處理單元通過(guò)處理這些檢測(cè)信號(hào)，可以獲得電池的電量、輸出功率、充電水平等狀態(tài)信息。
4)功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元由功率變換器中的驅(qū)動(dòng)變換器、充電器中的輸入電壓與電流信號(hào)、輸出電壓與電流信號(hào)、溫度等傳感器組成，溫度傳感器進(jìn)貼變換器的散熱器，其余均置于這些電路相應(yīng)處，這些信號(hào)的輸出端與信號(hào)處理單元連接，信號(hào)處理單元通過(guò)處理這些信號(hào)可以獲得變換器的輸入與輸出功率、限流與限壓狀況等變換器狀態(tài)。
5)控制面板接口包括動(dòng)力給定、速度顯示、蓄電池電量顯示、燃料存量顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)顯示等控制面板的信息通訊接口，該接口與信號(hào)處理單元連接。
6)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元由控制起動(dòng)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火電源的半導(dǎo)體開關(guān)或繼電器構(gòu)成，半導(dǎo)體開關(guān)或繼電器的控制端與信號(hào)處理單元連接。在信號(hào)處理單元控制下將蓄電池分別接通起動(dòng)電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火電源，發(fā)動(dòng)或熄滅發(fā)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。
7)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與充電器驅(qū)動(dòng)單元由電平轉(zhuǎn)換與信號(hào)隔離電路構(gòu)成，與信號(hào)處理單元連接，用于給出驅(qū)動(dòng)變換器與充電變換器的工作電流、電壓指令。
8)信號(hào)處理單元由數(shù)字集成電路、微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成，與上述1)-7)的單元連接。
系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、速度與位置檢測(cè)得到的信號(hào)，及來(lái)自面板接口的操縱指令，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元分析處理，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等單元控制內(nèi)燃機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)；位置信號(hào)用于對(duì)永磁直流無(wú)刷電機(jī)或同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)變換器的逆變器控制；由電池工作狀態(tài)檢測(cè)與功率變換器狀態(tài)檢測(cè)得到的信號(hào)(電流、電壓、電量、溫度等)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元分析處理，通過(guò)充電器驅(qū)動(dòng)單元控制充電器的工作、并決定功率變換器的電壓電流大小，以及是否進(jìn)入保護(hù)等。
上述系統(tǒng)包括了調(diào)速、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、電池充放電管理、速度控制、電流限制、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制、動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)管理(包括運(yùn)行狀態(tài)記憶)等功能，還包括面板的顯示與操縱接口(如信號(hào)接收啟動(dòng)成功與否、車速顯示；狀態(tài)信號(hào)輸出啟動(dòng)指令、輸出電流限制指令、輸出電壓指令、喇叭信號(hào))。
本功率變換器的特點(diǎn)是，通過(guò)功率變換將蓄電池的電壓變換成與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速適應(yīng)的水平，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)和低速運(yùn)行時(shí)允許以最大轉(zhuǎn)矩加速而不產(chǎn)生過(guò)流；同時(shí)，通過(guò)開關(guān)功率變換使得低速下電池的輸出電流明顯小于驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流，延長(zhǎng)了電池壽命；內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在高速或從高速回落到中速時(shí)，又允許帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(或利用永磁電機(jī))作為蓄電池的充電電源。功率變換器的輸出受到車速設(shè)定、實(shí)際車速與電池狀態(tài)的三重控制。在低速啟動(dòng)階段，輸出電流控制為最大恒定電流方式；在低、中速度段，速度達(dá)到設(shè)定速度時(shí)，電流根據(jù)負(fù)載而自動(dòng)適應(yīng)，控制目標(biāo)是速度，同時(shí)兼顧最大輸出功率以保護(hù)電池。如圖13所示是集成控制系統(tǒng)中的切換程序例，其中V是實(shí)際速度，V1為低速與中速的分界點(diǎn)，V2為中速與高速的分界點(diǎn)。低于V1為低速、介于V1與V2之間為中速、高于V2的為高速。
輸出電功率還將受到電池狀況的影響，必須控制電池放電時(shí)處于欠壓臨界點(diǎn)上方，保護(hù)電池既不過(guò)放電又能最大限度提取所需的功率。如果電池已經(jīng)處于欠壓狀態(tài)則不允許輸出功率，使電池能夠先通過(guò)充電得到電力。電池電量不夠用于啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)需要人力幫助，幸而這種情況在混合動(dòng)力系統(tǒng)中極少見，通常僅僅發(fā)生在長(zhǎng)期不用后的初次使用。如圖14所示是集成控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)變換器的控制程序例。
當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時(shí)，充電方式是根據(jù)電池的實(shí)際情況來(lái)定的，例如當(dāng)電池電量基本未滿時(shí)，采用恒定電流充電；如電池接近充滿時(shí)則采用恒定電壓充電方式。處于充電狀態(tài)時(shí)，充電器通過(guò)調(diào)節(jié)，可以自動(dòng)適應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓變化。
通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低速下的電池過(guò)流現(xiàn)象得到克服，并降低了對(duì)電池的過(guò)電流沖擊，大大提高了電池的運(yùn)行效率與工作壽命。集成控制系統(tǒng)的手動(dòng)控制功能，則可在必要時(shí)用來(lái)提高車子爬坡時(shí)的驅(qū)動(dòng)力和行使時(shí)的加速度。
5)實(shí)施例子為具體描述系統(tǒng)的上述驅(qū)動(dòng)模式，這里給出其中的在助動(dòng)車上的一個(gè)具體實(shí)施例子。如圖15所示是混合動(dòng)力助動(dòng)車的結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由四沖程火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)、汽油箱、排氣消音凈化器、起動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)等構(gòu)成。內(nèi)燃機(jī)1安裝于鞍座立管2與后擋泥板3之間的構(gòu)架上，汽油箱4固定在內(nèi)燃機(jī)上方。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力直接帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)，而內(nèi)燃機(jī)工作所需的電力由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)。
電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖16所示，由150W永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)(如果用于摩托車，則功率需要在1kW左右)、36V/6Ah動(dòng)力型鉛酸蓄電池、降壓型(BUCK)DC-DC開關(guān)變換器與三相方波逆變器(構(gòu)成驅(qū)動(dòng)變換器)、升壓型(BOOST)DC-DC開關(guān)功率變換器(用于充電器)、輔助電源等構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器由蓄電池供電，工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，通過(guò)充電器為蓄電池充電。驅(qū)動(dòng)變換器與充電器兩者均具有限流、限壓功能；這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是控制比較簡(jiǎn)便(考慮到通常充電電流僅約為驅(qū)動(dòng)電流的1/10-1/3，充電器與驅(qū)動(dòng)器即便同時(shí)工作所產(chǎn)生的環(huán)流也不會(huì)造成嚴(yán)重后果)。這種設(shè)計(jì)的另外一個(gè)特點(diǎn)是，速度控制具有單向性，即電力驅(qū)動(dòng)僅僅在加速和穩(wěn)速有效，一旦速度超過(guò)設(shè)定值(例如手把控制從高速位置返回低速時(shí))，車速依慣性減速，而不是強(qiáng)制減速，這比較符合傳統(tǒng)駕駛習(xí)慣。
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采用變速加鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)于混合動(dòng)力自行車則由帶有減速和自動(dòng)離心嚙合功能的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出鏈輪和腳踩鏈輪分別以鏈條傳動(dòng)后輪軸上的兩個(gè)棘輪構(gòu)成。與內(nèi)燃機(jī)安裝位置相配合(如圖15和圖17所示)，無(wú)刷輪轂電機(jī)7置于后輪軸8上。電力驅(qū)動(dòng)采用該輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后輪的方式運(yùn)行。此外后輪軸上再設(shè)置一個(gè)棘輪12，通過(guò)鏈條9和內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出鏈輪10相連，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)。對(duì)于混合動(dòng)力自行車，在后輪軸上再增加一個(gè)棘輪11，通過(guò)另一鏈條14相連，還可以實(shí)現(xiàn)人力傳動(dòng)。也可以共用一套鏈條傳動(dòng)棘輪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的傳動(dòng)。圖17所示的15為驅(qū)動(dòng)輪，本例為后輪。如圖17所示為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)圖。如圖18所示為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)原理框圖。
集成控制系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)等單元構(gòu)成。速度與位置檢測(cè)可以采用永磁直流無(wú)刷電機(jī)自帶的霍爾傳感器、信號(hào)處理單元采用INTEL公司的8XC196KB單片機(jī)。
在該集成控制系統(tǒng)中，定義混合動(dòng)力車的行駛速度為三段低于V1為低速、介于V1與V2之間為中速、高于V2的為高速。對(duì)于自行車，V1約為5公里/小時(shí)、V2約為10公里比較合適；對(duì)于摩托車，速度均可調(diào)高些。
該系統(tǒng)的工作方式是當(dāng)車子起步時(shí)，集成控制系統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)，并通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輛起步和加速到設(shè)定的速度值V1；當(dāng)車子由電力驅(qū)動(dòng)從低速段進(jìn)入中速段時(shí)，開啟起動(dòng)電機(jī)，使內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)，電力與內(nèi)燃機(jī)共同驅(qū)動(dòng)；當(dāng)車輛速度超過(guò)設(shè)定值V2進(jìn)入高速段時(shí)，電力驅(qū)動(dòng)停止，由內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)作為蓄電池的充電電源；而當(dāng)車速由高速回落到中速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)仍不工作，還由內(nèi)燃機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)作為蓄電池的充電電源；由中速段回落到低速段時(shí)，控制內(nèi)燃機(jī)停止工作，轉(zhuǎn)而又由驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車子前進(jìn)。因此，車子在低速段始終由電力驅(qū)動(dòng)，在高速段始終由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，在中速段驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否參與驅(qū)動(dòng)則視車子是由低速段還是高速段進(jìn)入而定。這種設(shè)定可以避免內(nèi)燃機(jī)過(guò)于頻繁啟動(dòng)。集成控制系統(tǒng)還保留手動(dòng)控制功能，任何時(shí)候均可由手動(dòng)強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)工作與否。
采用本發(fā)明集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的自行車與摩托車等輕型交通工具，其造型及功能滿足自行車和摩托車標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，適應(yīng)現(xiàn)行道路及環(huán)保規(guī)定，是理想的高科技環(huán)保型個(gè)人交通工具。本發(fā)明的集成混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣適用于三輪車、小型游覽車、叉車等物流搬運(yùn)平臺(tái)以及其他需要反復(fù)啟動(dòng)的低速小型車輛等輕型交通工具和小型機(jī)械的清潔動(dòng)力源。
權(quán)利要求
1.一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于包括內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)；集成控制系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接；其中1)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)包括由四沖程汽油機(jī)、汽油箱、排氣消音凈化器；四沖程汽油機(jī)裝有排氣消音凈化器，汽油箱通過(guò)油管與四沖程汽油機(jī)相連；2)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池、功率變換器；其中功率變換器又包括驅(qū)動(dòng)變換器、充電器、輔助電源，驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為開關(guān)功率變換器，蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸接機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，功率變換器接集成控制系統(tǒng)；3)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)耦合傳動(dòng)和并行傳動(dòng)兩種方式，耦合傳動(dòng)方式為內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)耦合傳動(dòng)，它又分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接耦合和通過(guò)減速機(jī)構(gòu)耦合兩種；并行傳動(dòng)方式為由內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別傳動(dòng)，通過(guò)外部的交通工具輪子實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的傳動(dòng)；4)集成控制系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)單元；內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)和速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接至內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火電源及起動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于集成控制系統(tǒng)包括以下部分1)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)單元由油位計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行標(biāo)志構(gòu)成，其中油位計(jì)置于汽油箱內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行標(biāo)志由磁電機(jī)電信號(hào)整型獲得；上述檢測(cè)單元均與信號(hào)處理單元連接；2)速度與位置檢測(cè)單元為驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置的霍爾傳感器，與信號(hào)處理單元連接；3)電池工作狀態(tài)檢測(cè)單元包括電池電壓檢測(cè)單元、電池輸出電流與充電檢測(cè)單元、電池溫度檢測(cè)單元；電池電壓檢測(cè)單元與電池并聯(lián)，電池電流檢測(cè)單元與電池串聯(lián)，電池溫度檢測(cè)單元緊貼在電池表面，上述這些單元均與信號(hào)處理單元連接；4)功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元由功率變換器中的驅(qū)動(dòng)變換器、充電器中的輸入電壓與電流信號(hào)、輸出電壓與電流信號(hào)、溫度傳感器組成；溫度傳感器緊貼變換器的散熱器，其余均置于這些電路相應(yīng)處，這些信號(hào)的輸出端與信號(hào)處理單元連接；5)控制面板接口包括動(dòng)力給定、速度顯示、蓄電池電量顯示、燃料存量顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)顯示控制面板接口，該接口與信號(hào)處理單元連接；6)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)單元由控制起動(dòng)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火電源的半導(dǎo)體開關(guān)或繼電器構(gòu)成，半導(dǎo)體開關(guān)或繼電器的控制端與信號(hào)處理單元連接；7)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與充電器驅(qū)動(dòng)單元由電平轉(zhuǎn)換與信號(hào)隔離電路構(gòu)成，與信號(hào)處理單元連接；8)信號(hào)處理單元由數(shù)字集成電路、微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成，與上述1)-7)的單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采用內(nèi)燃機(jī)(1)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)耦合和并行傳動(dòng)方式，耦合傳動(dòng)方式由內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)耦合傳動(dòng)；并行傳動(dòng)方式由內(nèi)燃機(jī)通過(guò)帶自動(dòng)離心嚙合功能的齒輪或鏈輪、鏈條的減速或變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別傳動(dòng)，通過(guò)外部的交通工具輪子實(shí)現(xiàn)兩種動(dòng)力的傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)安裝在后輪軸(8)上，電力驅(qū)動(dòng)采用該驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后輪的方式運(yùn)行，此外后輪軸上設(shè)置一個(gè)棘輪(12)，通過(guò)鏈條(9)和內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出鏈輪(10)相連，動(dòng)力輸出鏈輪(10)與內(nèi)燃機(jī)的輸出軸相連。對(duì)于混合動(dòng)力自行車，在后輪軸上再增加一個(gè)棘輪(11)，通過(guò)另一鏈條(14)相連，接在腳踩鏈輪上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于功率變換器中的驅(qū)動(dòng)變換器為降壓型DC/DC開關(guān)變換器，充電器為升壓型DC/DC開關(guān)變換器，驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端分別接蓄電池與充電器的輸出端，驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端分別接驅(qū)動(dòng)電機(jī)與充電器的輸入端；其中的降壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D、電感L、電容器C組成，半導(dǎo)體開關(guān)的一端接蓄電池，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端分別接二極管的一端及電感的一端，電感的另一端接電容的一端及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，二極管的另一端及電容均接公共端；其中的升壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D1、電感L及電容器C組成，電感的一端接蓄電池，電感的另一端接半導(dǎo)體開關(guān)及接二極管的一端，二極管的另一端接電容的一端及輸出端驅(qū)動(dòng)電機(jī)，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端及電容均接公共端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，功率變換器還包括永磁直流無(wú)刷電機(jī)的逆變器；其中的驅(qū)動(dòng)變換器輸入端接蓄電池，驅(qū)動(dòng)變換器的另一端接逆變器輸入端，逆變器的輸出端接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，即永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)；充電器的輸入端接在驅(qū)動(dòng)變換器中DC-DC變換器與逆變器之間或通過(guò)內(nèi)部整流器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接，充電器的輸出端接蓄電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于逆變器為常規(guī)三相六開關(guān)逆變器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的燃油-電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動(dòng)變換器是限壓、限流型輸出的雙向開關(guān)功率變換器，其主電路包括半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2、二極管D1與D2、電感L、電容器C，二極管D1與D2是分立的或是分別集成在半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輕型交通工具的燃油－電動(dòng)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括集成控制系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)分別與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相連接，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接。本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式要旨是低速時(shí)由電力驅(qū)動(dòng)，高速時(shí)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，中速時(shí)由電力單獨(dú)或兩者同時(shí)驅(qū)動(dòng)，這些驅(qū)動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換都是通過(guò)集成控制器控制下自動(dòng)進(jìn)行的。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)能給蓄電池補(bǔ)充電量。中高速加速或爬坡時(shí)一般仍由內(nèi)燃機(jī)工作。
文檔編號(hào)B60K6/00GK1583444SQ20041002528
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者呂征宇, 熊樹生, 夏來(lái)慶 申請(qǐng)人:嘉興市恒久動(dòng)力科技有限公司