一种轻型交通工具的燃油-电动集成混合动力系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轻型交通工具的燃油－电动集成混合动力系统，包括集成控制系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，机械传动系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，内燃机动力系统与电力驱动系统相连接。本发明专利技术的混合动力系统的驱动模式要旨是低速时由电力驱动，高速时由内燃机驱动，中速时由电力单独或两者同时驱动，这些驱动模式的转换都是通过集成控制器控制下自动进行的。内燃机工作时能给蓄电池补充电量。中高速加速或爬坡时一般仍由内燃机工作。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轻型交通工具的燃油-电动集成混合动力系统。
技术介绍
自行车是大众的主要短途交通工具，目前趋于向电动助动车方向发展(主要区别在于动力、重量速度等方面的有所增加，在下面叙述中不再区别对待)；而摩托车(包括轻骑)则在农村和中小城市个人交通中十分流行。随着城市空间的扩大、流动性增加与生活水平的提高，使动力型的轻便交通工具需求日益迫切。目前比较典型的动力型个人交通工具为燃油型与电动型的两种助动车。90年代燃油型助动车曾经风行一时，但因燃油发动机，尤其是二冲程燃油发动机废气污染排放严重、噪音大，目前受到大中城市的普遍排斥，已逐渐被禁止行驶。随着环保要求的提高，燃油车的改进虽也正在进行中，但在轻型交通工具上受价格等因素限制，排放难以达到轿车的先进水准，在启动与低速情况下排污尤其严重。四冲程汽油机加装排气消音净化器可显著降低排放污染，能够达到欧洲II号标准，甚至更高的标准。但内燃机低速和怠速下排放废气较多的问题总难完全避免。电动型助动车因其噪音低、无气体污染等特点而被大众所接受，目前正在迅速推广中。至于电池可能产生的污染则可以通过专业工厂的处理来控制。电动助动车(包括电动摩托车)的最大缺点是电池性能不理想。铅酸电池比容量低，例如目前电动助动车上配的36V/12Ah的铅酸电池达12公斤左右，而行驶距离往往在50公里左右，考虑到实际道路平整度与遇到红绿灯频繁刹车、启动情况，城市中实际有效行驶距离仅仅在30公里左右。后随着电池的衰退，行驶距离进一步缩短。电池的寿命又普遍比较短，通常在一年以内。采用镍镉电池放电内阻低，但固有的充放电记忆特性和严重的潜在污染使得其不适合于作为助动车的能源。镍氢电池克服了镍镉电池的污染缺点，且比能有所提高，但其价格高，自放电严重，能量密度依然不够高，性能价格比不具有优势。锂电池比能高，与其他电池比较性能优异，但目前作为动力电池其性能还不够稳定；高昂的价格，也使其不可能被大规模推广。总之，用电池作为动力，存在着行驶里程短、使用寿命短、价格高、自重比例高等系列问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能使内燃机、电动机和电子功率变换器有机结合的一种轻型交通工具的燃油-电动集成混合动力系统。为了达到上述目的，本专利技术采用技术方案如下其特征在于包括内燃机动力系统、电力驱动系统、机械传动系统、集成控制系统；集成控制系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，机械传动系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，内燃机动力系统与电力驱动系统相连接；其中1)内燃机动力系统由四冲程汽油机、汽油箱、排气消音净化器、起动电机和发电机构成；四冲程汽油机装有排气消音净化器、起动电机和发电机，汽油箱通过油管与四冲程汽油机相连；2)电力驱动系统包括驱动电机、蓄电池、功率变换器；其中功率变换器又包括驱动变换器、充电器、辅助电源，驱动变换器与充电器均为开关功率变换器，蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，驱动电机的转轴接机械传动系统，功率变换器接集成控制系统；3)机械传动系统包括内燃机与驱动电机耦合传动和并行传动两种方式，耦合传动方式为内燃机通过带自动离心啮合功能的齿轮或链轮、链条的减速或变速机构与驱动电机耦合传动，它又分为驱动电机直接耦合和通过减速机构耦合两种；并行传动方式为由内燃机通过带自动离心啮合功能的齿轮或链轮、链条的减速或变速机构与驱动电机分别传动，通过外部的交通工具轮子实现两种动力的传动；4)集成控制系统包括内燃机动力系统状态检测、速度与位置检测、发动机启动、电池工作状态检测、信号处理、电机驱动、控制面板接口、功率变换器状态检测、充电器驱动单元；内燃机动力系统状态检测和速度与位置检测单元接信号处理单元，信号处理单元分别接电池工作状态检测、控制面板接口、功率变换器状态检测单元、发动机启动、电机驱动、充电器驱动，发动机启动接至内燃机点火电源及起动电机，驱动电机接至驱动变换器，充电器驱动接至充电器；内燃机动力系统与电力驱动系统由集成控制系统决定何时驱动，包括分别或联合驱动，其动力通过机械传动系统输出；电力驱动用起动电机直接或通过机械传动系统给内燃机提供启动动力，而内燃机则用磁电机直接或通过机械传动系统给电力驱动系统补充电力；集成控制系统收集电力驱动系统与内燃机动力系统的工况，并结合操纵指令，形成对内燃机动力系统与电力驱动系统的控制信号。本专利技术的混合动力系统的驱动模式要旨是低速时由电力驱动，高速时由内燃机驱动，中速时由电力单独或两者同时驱动，这些驱动模式的转换都是通过集成控制器控制下自动进行的。内燃机工作时能给蓄电池补充电量。中高速加速或爬坡时一般仍由内燃机工作，若有必要则可强制电力同时参与驱动。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益的效果是本专利技术提出的集成混合动力系统能使内燃机、电动机和电子功率变换器有机结合，避免内燃机在启动与低速下的污染气体排放较多和电池储能密度低的缺点。在城市道路上红绿灯频繁的状况下，避免内燃机进行低速大扭矩的启动过程和怠速运行，而在市区道路相对空闲地段、市郊与农村道路上又能发挥内燃机行驶距离远的优点。通过精心研制的控制器，根据不同路况和工作需要综合实现机动、电动和脚踩(对混合动力的自行车而言)单独或互补运行，保证内燃机工作在高效率区，优化车子的经济性能和排放性能，尤其是燃用液化石油气或天然气时，车子的排放性能更可大幅度提高，经济性和噪音也可获得进一步改善。同时由于电动机仅仅在启动和低速阶段工作，车子速度稍上来时就可以根据蓄电池的需要自动进行电池充电管理，电池不需要额外专门充电，其续驶里程和工作寿命可大大延长，车子对电池容量(与重量)的要求可显著降低。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1整个系统框图；图2电力驱动系统图；图3升压与降压变换器典型电路拓扑图；图4充电用升压变换器限流限压控制方案图；图5驱动用降压变换器限流限压控制方案图；图6功率变换器的典型主电路图；图7带逆变器的驱动变换器及充电器图；图8带逆变器的驱动变换器的典型主回路图；图9双向驱动变换器图；图10双向变换器典型电路拓扑图；图11机械传动系统原理框图； 图12集成控制系统图；图13集成控制系统中的切换程序例图；图14集成控制系统中的驱动变换器控制程序例图；图15混合动力助动车的结构图；图16电力驱动系统实施例图；图17机械传动系统图；图18机械传动系统原理框图。具体实施例方式本专利技术涉及一种集成的混合动力系统，为内燃机、电动机和电子功率变换器的有机结合，面向轻型交通工具的驱动，主要用于助动车与摩托车的清洁动力系统。该集成混合动力系统也可用于三轮车、小型游览车、叉车等物流搬运平台以及其他需要反复启动的低速小型车辆等轻型交通工具和小型机械的清洁动力源。为说明问题方便，这里将助动车与摩托车作为例子对本专利技术的系统加以描述。以下是集成混合动力系统的各个部分说明。如图1所示，包括内燃机动力系统、电力驱动系统、机械传动系统、集成控制系统；集成控制系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，机械传动系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，内燃机动力系统与电力驱动系统相连接；其中1)内燃机动力系统内燃机动力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻型交通工具的燃油－电动集成混合动力系统，其特征在于包括：内燃机动力系统、电力驱动系统、机械传动系统、集成控制系统；集成控制系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，机械传动系统分别与电力驱动系统、内燃机动力系统相连接，内燃机动力系统与电力驱动系统相连接；其中：　　　　１）内燃机动力系统：包括由：四冲程汽油机、汽油箱、排气消音净化器；四冲程汽油机装有排气消音净化器，汽油箱通过油管与四冲程汽油机相连；　　　　２）电力驱动系统：包括驱动电机、蓄电池、功率变换器；其中功率变换器又包括驱动变换器、充电器、辅助电源，驱动变换器与充电器均为开关功率变换器，蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，驱动电机的转轴接机械传动系统，功率变换器接集成控制系统；　　　　３）机械传动系统：包括内燃机与驱动电机耦合传动和并行传动两种方式，耦合传动方式为：内燃机通过带自动离心啮合功能的齿轮或链轮、链条的减速或变速机构与驱动电机耦合传动，它又分为驱动电机直接耦合和通过减速机构耦合两种；并行传动方式为：由内燃机通过带自动离心啮合功能的齿轮或链轮、链条的减速或变速机构与驱动电机分别传动，通过外部的交通工具轮子实现两种动力的传动；　　　　４）集成控制系统：包括内燃机动力系统状态检测、速度与位置检测、发动机启动、电池工作状态检测、信号处理、电机驱动、控制面板接口、功率变换器状态检测、充电器驱动单元；内燃机动力系统状态检测和速度与位置检测单元接信号处理单元，信号处理单元分别接电池工作状态检测、控制面板接口、功率变换器状态检测单元、发动机启动、电机驱动、充电器驱动，发动机启动接至内燃机点火电源及起动电机，驱动电机接至驱动变换器，充电器驱动接至充电器；。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕征宇，熊树生，夏来庆，
申请(专利权)人：嘉兴市恒久动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]