使用清洁燃料的混合动力系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种使用清洁燃料的混合动力系统。该系统的控制单元分接发动机和电动机以驱动负载，在控制单元上接有贮能单元和电力输入／输出接口，发动机使用清洁燃料并通过机械传动方式连接发电装置，其电力输出端接控制单元；电动机为稀土永磁电动机，发动机和电动机相结合使用。本实用新型专利技术有助于实现清洁燃料的推广和利用，减少废气排放量，降低环境污染，减少汽油或柴油的用量，提高混合动力系统的运行经济性和输出动力特性。本实用新型专利技术适用于城市内的出租车、公交车，城市间的长途运行车辆，以及各类大型和重型汽车。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
使用清洁燃料的混合动力系统
本技术涉及一种混合动力系统，具体地说是一种使用清洁燃料的混合动力系统。
技术介绍
纯电池驱动的电动汽车，蓄电池的造价高，寿命较短，并且在充放电过程中电能与化学能的相互转换损耗巨大，因而使用很不经济。目前实际使用的多是与汽油发动机相配合的混合动力电动汽车，其结构是由控制单元分别连接汽油发动机、动力蓄电池和电动机，以驱动负载。这其中，既有蓄电池提供的驱动电力，还有用汽油发动机做为补充动力或者做为主驱动动力。两种动力混合工作，充分适应了汽车运行的各种工况。但因汽油发动机的使用成本较高，且动力性能不及柴油发动机，所以在大型和重型车辆上则普遍采用的是柴油发动机。柴油发动机具有运行省油和出力大的特点，特别是可以输出低速大扭矩，是大型和重型汽车保证车辆性能的首选。但柴油发动机存在着NO×排放和冒黑烟排放等污染问题，很难达到欧III的排放标准。如果在汽油发动机或柴油发动机中直接使用清洁燃料，如压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、乙醇或生物柴油等，都会对汽油发动机和柴油发动机的低速工况产生很大影响，其低速输出扭矩会下降15-20％。另外，在低速工况下工作时，发动机的燃料动力转化效率很低，即为了达到原来汽油发动机或柴油发动机的低速扭矩特性，需要消耗比汽油或柴油更多的清洁燃料。这反而造成了燃料的浪费和成本的提高。为了获得或保证低速时的大扭矩输出，就只能加大发动机的功率等级，但这样会进一步加大燃料的消耗量，其机械成本也相应增加很多，结果也很不经济。
技术实现思路
本技术的目的就是提供一种使用清洁燃料的混合动力系统，以克服现有技术存在的不足，在满足动力输出要求和达到排放标准的基础上，提高混合动力驱动系统的运行经济性。本技术的目的是这样实现的：使用清洁燃料的混合动力系统是由控制单元分接发动机和电动机以驱动负载，在控制单元上接有贮能单元和电力输入/输出接口，发动机通过机械传动方式连接发电装置，其电力输出端接控制单-->元；电动机为稀土永磁电动机。具体来说，发动机使用清洁燃料，包括压缩天然气、液化天然气、液化石油气、乙醇或生物柴油等；稀土永磁电动机可为稀土永磁同步电动机或稀土永磁无刷直流电动机。本技术让原有混合动力系统中的汽油发动机或柴油发动机使用清洁燃料，以具有低速大扭矩输出特性的稀土永磁电动机替代原有混合动力系统中的普通电动机，并设计了相应的电驱动系统。该电驱动系统是以稀土永磁无刷直流电动机及其驱动控制系统为混合动力系统的电驱动系统。当车辆工作在低速大扭矩工作状态时，这种电驱动系统可以控制电动机在低转速状态下输出大扭矩，并且可由蓄电池、电容等贮能单元为其提供电力，因而不需要由发动机为系统提供低速状态下的大扭矩输出。这样，即使是系统需要由发动机来提供电能或扭矩输出，也可以让发动机工作在具有较高的效率和较高的转速条件下。由此保证了车辆可以在低速工况时有大扭矩的动力输出。本技术中的发动机可以是单台设置，也可以是多台并联使用。多台并联的发动机可以燃烧同一种清洁燃料，也可以燃烧不同种清洁燃料。使用多种清洁燃料共同工作，可以很好地满足混合动力系统对清洁燃料发动机的工作要求，从而使得本混合动力系统可以做到完全不依赖于汽油或柴油等传统的不可再生资源。本技术有助于实现清洁燃料的推广和利用，减少发动机的废气排放量，降低由此造成的环境污染，减少汽油或柴油的用量，提高混合动力系统的运行经济性和输出动力特性，并使得混合动力系统的功率等级扩大化、系统化，适应并满足大型和重型汽车对混合动力驱动系统的需求。在遇到发动机使用清洁燃料常常出现的带负载启动难的情况时，本技术由于使用了上述的电驱动系统，因此基本上可以满足车辆启动时的低速大扭矩要求和调速性能的要求。即使电驱动系统提供的扭矩不足，发动机也仅仅是提供较小的辅助性扭矩输出，因为电驱动系统已经承担了绝大部分的扭矩。如果发动机还带有发电负载，发动机的工作转速也较车辆启动时的转速会高出很多，所以不会出现现有技术应用中存在的过度消耗清洁燃料的情况和可能出现的排放污染超标的问题。另外，由于天然气等清洁燃料的低温启动性能要比汽油和柴油的都好，所以不会出现启动难甚至发生“淹嘴子”(即未雾化的或过多的喷油浸渍了火花塞，使之无法形成放电火花)的现象。同时在拥堵的道路上行车或在路口红灯怠速等候时，使用本技术可以使得发动机少工作或几乎不工作，或集中在高效率状态进行发电，为蓄电池或超级电容贮存电能，这-->就使得燃料的消耗和排放物的污染要少得多。附图说明图1是串联式使用清洁燃料的混合动力系统的结构框图。图2是并联式使用清洁燃料的混合动力系统的结构框图。具体实施方式实施例1：本技术的串联式使用清洁燃料的混合动力系统如图1所示，该系统包括有发动机1、发电装置、控制单元3(控制中心)和稀土永磁电动机4，在控制单元3上接有贮能单元6和电力输入/输出接口7。贮能单元6一般由蓄电池和超级电容等组成。所述的发电装置为发电机2a，发动机1通过机械传动方式与发电机2a相连接，使用清洁燃料，构成燃烧清洁燃料的发电机组10，又可称作“清洁燃料发电机组”。该发电机组10可以是单套或多套并联，其电力输出端接控制单元3，控制单元3的电力输出端与稀土永磁电动机4相接，稀土永磁电动机4的动力输出接车辆的车轮或其他机械负载5。其工作方式是：清洁燃料发电机组10输出的电力能源，传输至控制单元3，控制单元3为稀土永磁电动机4提供电能，由稀土永磁电动机4输出至车轮或其他机械负载5，提供所需的转速和扭矩。控制单元3同时对整个系统的能量进行控制和管理。当稀土永磁电动机4所需的电能较少时，控制单元3控制清洁燃料发电机组10不发电(此时由贮能单元6提供稀土永磁电动机4的工作电能)或少发电，或者向贮能单元6提供电能。当需要混合动力系统直接对外部输出电能，或者需要外部为本系统供电或充电时，控制单元3将通过电力输入/输出接口7，实现电力的输出或输入。当车轮或其他机械负载5出现能量反馈时，稀土永磁电动机4就会转入发电状态，反馈的电能即可通过控制单元3进入贮能单元6。针对发动机使用清洁燃料后在低速时输出功率小和输出扭矩小的特点，本系统中的发电机2a最好配备本申请人在先申请专利(CN021089458)的一种“可适应大范围速度变化的发电机”。这种发电机在转速变化范围比较大的情况下，既可保持输出工作电压的基本稳定，也可输出指定的工作电压，还可通过对发电机控制器的控制，按需求随时动态地提高或降低输出电压。这样即可在满足需要的输出功率的前提下，让发动机1工作在燃料消耗最小和工作转速尽量低的工作状态，从而使得发动机1即使是工作在转速较低的状态下，也不会出现大扭矩的输出要求。当系统需要大功率或大扭矩输出时，清洁燃料发电-->机组10的输出功率就会增加，从而使得发动机工作转速上升，在高转速区内即可保障清洁燃料发电机组10对功率和扭矩的要求。而在此时，发动机1就可以进入到了较好的工作状态。反之，发动机将工作在低速区。这样既降低了燃料消耗，也减少了发动机本身的损耗。本实施例中的稀土永磁电动机4应选用稀土永磁同步电动机，尤其是以稀土永磁无刷直流电动机为最佳。因为稀土永磁无刷直流电动机可以充分保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用清洁燃料的混合动力系统，由控制单元（３）分接发动机（１）和电动机（４）以驱动负载，在控制单元（３）上接有贮能单元（６）和电力输入／输出接口（７），其特征在于发动机（１）通过机械传动方式连接发电装置，其电力输出端接控制单元（３）；电动机（４）为稀土永磁电动机。

【技术特征摘要】
1、一种使用清洁燃料的混合动力系统，由控制单元(3)分接发动机(1)和电动机(4)以驱动负载，在控制单元(3)上接有贮能单元(6)和电力输入/输出接口(7)，其特征在于发动机(1)通过机械传动方式连接发电装置，其电力输出端接控制单元(3)；电动机(4)为稀土永磁电动机。2、根据权利要求1所述的使用清洁燃料的混合动力系统，其特征在于所述的发电装置为发电机(2a)。3、根据权利要求1所述的使用清洁燃料的混合动力系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：原泽，原亮，
申请(专利权)人：原泽，
类型：实用新型
国别省市：13[中国|河北]