电能动力系统技术方案

本发明专利技术提供一种电能动力系统，安装在电动交通工具上，它包括一个储电子系统和电容动力子系统，储电子系统提供电能给电容动力子系统，且没有直接连接到电动车的电机上，电容动力子系统输出电压和电流通过电机驱动电动交通工具。储电子系统包括可充电电池组。电容动力子系统包括两个以上的电容包。本发明专利技术中的电能动力系统可以应用在车、船舶、大型起重设备等许多需要电力作为推动电源的领域。本发明专利技术还提供一种电动车、船舶、飞机，包括上述的电能动力系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种动力系统，特别是一种交通工具的电能动力系统。
技术介绍
电动交通工具是以一个或者多个电机为驱动的交通工具。电动交通工具包括电动 汽车、电动飞机、电动船舶、电动自行车、电动摩托车和电动滑板车等。电动交通工具的优点 是电机效率高、动力驱动系统结构简单、无环境污染。每个电动交通工具包括一个或者多 个电机。电动交通工具不像传统的内燃机那样需要使用汽油或者柴油，它以电力作为驱动 能源，而这种电力通常来自于可充电电池、电容或者燃料电池。可充电电池组(也称为二次电池组)，或者是蓄电池组，是由一个以上的二次电池以串联或者并联方式连接的。这些电池都是利用物质的氧化还原反应原理来储存能量，常 见用于电动汽车的蓄电池有铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池及锂离子电池等。电动交通工具的行驶距离主要依赖于搭载电池的种类、数量、以及驾驶者的操控情况和路面情况，当然交通工具的重量和类型同样也有一定影响(这一点和内燃机驱动车 辆一样)。铅酸电池是迄今为止最普遍和最廉价的二次电池，一般使用铅酸电池的电动汽车 在一次充电后能行驶大约130公里(大约80英里)的距离，由于镍氢电池的能量密度比铅 酸电池较高一些，大约能够行驶200公里(大约是120英里)，最新开发的由锂离子电池驱 动的电动汽车大约能够行驶400 500公里(大约是250 300英里)。燃料电池是一种将存在于燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和氧气(可以使用空气)分别送入燃料电池的阳极和阴极腔体进行氧化还原反应从而产生电 能，燃料电池可以直接作为动力源推动车辆使用。电动汽车的优点是电动马达(电机)在机械上结构简单，几乎不产生污染。电机的效率可以达到90%甚至更高，并可以被精确的控制，电机还能和刹车能量回收系统配合 回收能量，尤其是在频繁的制动与启动的城市工况运行条件下，制动能量的回收可有效地 延长电动汽车的行驶距离。电机能够被很好的控制，提供高的传动比，而不必像传统内燃机 车那样需要变速箱。电动汽车的另外一个优点是振动小，几乎没有噪声污染。此外，电能来 源非常丰富且储存灵活方便。车载可充电电池的电动交通工具被认为是最有前途的电动交通工具，但是这些可充电电池通常在充放电一定次数后就无法正常工作和满足车辆的运行需求。此外，无论 使用什么种类的电池，在应用于电动车辆作为推动电源时，由于车辆的行驶工况非常复杂 (上坡、刹车、颠簸及各种气候状态和工作环境等)，电池的放电电流需要迅速变化来适应 电动汽车的工况需要，从而使电池在短时间内工作在不同的放电倍率(0. IC 5C，甚至更 大)下，这种放电倍率的急剧变化(特别是电池的大倍率放电)会极大地损害电池的使用 寿命及其它性能，而且现有技术无法准确估计电池在如此工况条件下的可靠性，其结果是 使得电池在比预期使用寿命更短的时间内就失去了所要求的性能，从而不得不进行新电池 更换。因此，急需一种新的电能动力系统，它能够使电池无论在什么样的负载或工况下工作都均勻放电，从而有效的延长电池的使用寿命。现有技术试图通过加装超级电容来实现这一目标，期望超级电容可以提供较大的驱动电流，满足车辆行驶的特殊工况，比如高倍率大电流放电的需求，同时通过能量回收装 置，又可以节省电池的能量，因此延长车辆每次充电后的行驶里程，减少了蓄电池的频繁充 放电的工作状态，提高了蓄电池的使用寿命，保障蓄电池的长期性能。双电层超级电容器主要依靠在电极和电解液之间形成的界面双电层来储存能量。 电极材料一般选用碳材料(比如多孔碳、碳纤维等)来制作为超级电容的电极板，由于碳材 料较大的比表面积(500 2000m2/g)和双电层之间的极小距离(约为10埃)，所以超级电 容具有比普通物理电容器较大的电容量(一般超级电容的容量为法拉级)和较好的循环次 数(商品超级电容的循环次数一般大于1000000次)。现有的超级电容在汽车上的应用，比如美国的AFS Trinity Power公司所研制的 SUV概念车，使用了锂离子电池和超级电容并联的方式，电容储存了一部分电能，当在需要 的时候及时释放出来，从而保护电池不致过热，延长电池的使用寿命。相比于二次电池，超级电容的缺点在于能量密度没有传统蓄电池高，自放电率较 高。这些缺点使得超级电容不适合作为电动交通工具或者混合动力交通工具的主要电源。 但是超级电容的优点使它们非常适合作为辅助电源回收刹车能，并且在需要的时候提供峰 值动力补充，就像上述的AFS Trinity Power公司的SUV概念车一样。使用超级电容做辅助电能回收刹车能，能够使电动汽车增加大约10% 25%的 行驶距离。而且，超级电容能够提供短时间的峰值电流从而降低电池的需求和尺寸。在一些现有技术中，超级电容是作为唯一的推动电源，鉴于超级电容的能量密度 低，因此电动交通工具的行驶里程相当有限。最近，美国EEStor公司公开了一种电能储备 单元-EESU ( 一种高能量密度电容器)，其报道资料显示的能量密度大于400Wh/kg。该EESU 出现在该公司的美国专利7466536中，是一种用于电能储备的陶瓷电介质电容器。在另外一些现有技术中，常见的电池和超级电容采用如附图1所示的布局超级 电容和基本能量源-蓄电池采用并联的连接方式(如附图1或者美国专利6265851中所描 绘的)。车辆在正常行驶的时候，电容不参与工作；但当车辆进行加速或上坡时，电容通过 DC/DC变换器或者DC/AC逆变器或者二者皆有的方式提供短时间的大电流，不足的部分由 电池供给，两者在经过电机控制器的调控后，通过驱动电机来驱动车辆。这种模式的问题在 于尽管超级电容填补了电池功率密度不足的缺点，但是，在一般行驶过程中，因为超级电容 不工作，所以电池仍然要承受频繁变化的工况，这对电池性能造成很大的损害，从而降低电 池的使用寿命。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种新的电能动力系统。本专利技术所述的电能动力系统安装在电动交通工具上，它包括储电子系统和电容动 力子系统，储电子系统提供电能给电容动力子系统，且储电子系统没有直接连接到电动汽 车的电机上，电容动力子系统输出电压和电流并直接通过电机驱动电动交通工具。储电子系统包括可充电电池组。而每个可充电电池组是由两个以上的可充电电池单体通过串联、并联或者串并联混合方式组成。在此可以使用的可充电电池包括铅酸电池、碱性二次电池、镍氢电池、镍镉电池、 锂离子电池、聚合物锂离子电池等中的任何一种。电容动力子系统包括两个以上的电容包，从而就能够交替、连续的给电机供电。而 每个电容包可以由一个或多个电容模块组成，电容模块则是由两个以上的电容串、并联构 成。可用的电容包括电解电容、聚酯电容、陶瓷电容、薄膜电容、超级电容、或者是EESU等。此外，还有开关子系统连接到所述的电容动力子系统。开关子系统连接在电容动 力子系统、电机和储电子系统之间，并且控制电容动力子系统输入、输出电流的大小。一个或者多个控制器将电容动力子系统、开关子系统、电机连接在一起。控制器检 测电压值和电流值。当控制器检测到电压值和/或者电流值低于能够驱动电机的情况时提 供控制信号给开关子系统。开关子系统根据控制信号指示工作，选择一个或者多个电容包 提供电能给电动车的电机，同时另外的全部或者部分电容包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安装在电动交通工具上的电能动力系统，它包括储电子系统和作为推动电源的电容动力子系统，储电子系统提供电能给电容动力子系统，且储电子系统与电动交通工具的电机不直接连接，电容动力子系统输出电能直接驱动电动交通工具。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：扬吴，杰夫徐，李翔，吴海斌，邱梅清，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]