熱電增強的混合動力電動推進系統的製作方法
2023-07-26 20:58:51
專利名稱：熱電增強的混合動力電動推進系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有用於車輛推進的內燃機和電動機的混合動力電動車或者系統。更具體地，本發明涉及熱電增強的混合動力電動推進系統，其中由混合動力車中的內燃機產生的廢熱或者副產物熱能被轉換成電能，以增強混合動力車的推進效率。
背景技術：
採用超過一個的用於推進的動力源的混合動力車近來已經得到發展。更通常的是，術語″混合動力車″適用於採用內燃機作為主動力源和電動機作為輔助動力源的車輛。電動機能夠獨立於內燃機或者結合內燃機操作以驅動車輛的車輪。電動機顯著地提高了內燃機的燃料效率。
熱電裝置是可將熱能轉換為電能和不具有運動部件的相對簡單的裝置。因此，熱電裝置在高容量下具有相對低的成本，並且具有潛在的高可靠性。而且，半導體技術和成本曲線能夠用於熱電技術實施方案中，以大量降低成本。
熱電裝置通過從車輛的內燃機中捕獲廢熱能而具有潛力來提高混合動力車的推進效率。因此，用於混合動力車的熱電增強的混合動力電動推進系統需要將來自內燃機的廢熱能轉換為電能，以便於提高車輛的燃料效率以及車輛推進和車輛電力系統可利用的最高功率。
發明內容
本發明通常涉及用於混合動力電動車的熱電增強的混合動力電動推進系統。該系統包括熱電裝置，其設置為與混合動力電動車的內燃機送出的排氣熱接觸。車輛的電動機電連接到熱電裝置上，以從該裝置中接收電能並且增強該車輛的推進效率。諸如電池的電儲存系統還可電連接到熱電裝置上，以便於在低需求的驅動條件期間儲存來自該裝置的電能。然後，當在高需求驅動條件下時，電儲存系統可用來供給電能到電動機和車輛的電氣系統。
參見附圖，現在將通過例子描述本發明，其中圖1是本發明的示例的熱電增強的混合動力電動推進系統的示意圖。
具體實施例方式
本發明構想一種用於混合動力車的熱電增強的混合動力電動推進系統。熱電增強的混合動力電動推進系統採用一個或多個熱電裝置，以將從內燃機中捕獲的廢熱能轉換為電能，以增強混合動力電動車中的電動機的推進效率。該廢熱能能夠從內燃機的排氣或者冷卻劑中獲得。
如在此所使用的，術語″熱電裝置″包括任何類型的一個或多個裝置，其能夠利用溫差來產生電能，而不需要機械運動。例子包括數類材料或者裝置的任何一種，例如塊體材料(PbTe，Bi2Te，Skutterudites等)，薄膜裝置(量子阱裝置，超晶格等)，分段耦合(JPL)，組合材料和熱二極體。術語″廢熱″包括在混合動力車的內燃機已經實施正常功能之後可利用的任何熱能，例如保留在排氣或者液體冷卻劑中的熱量。混合動力電動車可以為具有推進系統的任何車輛，其採用內燃機作為主動力源，或者通過直接機械連接來驅動車輛的車輪或者產生電能，並且還採用電動機來提供用於車輛車輪的部分或者所有推進動力。
參見附圖的圖1，本發明的熱電增強的混合動力電動推進系統的示例實施例通常用附圖標記10表示，在下文中稱為系統。該系統10為可具有傳統驅動部件的混合動力電動車11的一部分。這些部件包括內燃機12和電連接到內燃機12上的發動機控制系統14，其通過駕駛員輸入信號60控制內燃機12的節氣門和其它操作部件。內燃機12通過軸20連接到電動機16上，電動機16還可包括發電機。可選擇的，電動機16和發電機為分離部件。電動機16包括電動機控制部件18並且通過第二軸21結合到變速器22上。隨後，變速器22通過驅動軸24結合到變速箱和差動器26上。變速箱和差動器26結合到具有車輪30的車軸28上，以用於車輛11的推進。
該系統10還包括電能控制器46，其通過發動機自適應控制鏈路50與發動機控制系統14連接。電能控制器46還通過電動機自適應控制鏈路52與電動機16的電動機控制部件18連接。電能控制器46還直接通過電動機接線17電連接到電動機16上。電能控制器46還電連接到混合動力電動車11的非推進部件(未示出)上。
熱電裝置32通過熱電裝置接線56電連接到熱電能控制系統44上。隨後，熱電能控制系統44通過電能控制接線58電連接到電能控制器46上。熱電能控制系統44控制從熱電裝置32流到電能控制器46的電能。諸如電池或者電容器的電儲存系統48可通過適當的接線54電連接到電能控制器46上，以用於儲存熱電裝置32產生的過剩電能，如下文中進一步所描述的。
冷卻機構34被設置為與熱電裝置32的冷側或者散熱側熱接觸。冷卻機構34可以為例如車輛冷卻劑，響應混合動力電動車11推進使流動空氣轉向對著熱電裝置的一個或多個風扇(未示出)或者機構。排氣管道38從內燃機12延伸出，並且熱收集器36提供在排氣管道38中。熱收集器36設置為與熱電裝置32的熱側熱接觸。催化轉換器40可提供在排氣管道38中，通常在內燃機12和熱收集器36之間。排出管42從熱收集器36中延伸以從熱收集器36中送出排氣。
在系統10的通常操作中，內燃機12被操作以旋轉軸20、21。變速器22將來自軸21中的旋轉傳送到驅動軸24上。變速箱和差動器26將來自驅動軸24的旋轉傳送到車軸28和車輪30上，以用傳統的方式驅動混合動力電動車11。在小功率需求的驅動條件下，電動機16的發電部件響應於內燃機12引起的軸20的旋轉而產生電能，其儲存在諸如電池的適當的車載電儲存系統(未示出)中，通常以傳統的方式。可選擇的，在小功率需求的驅動條件下，電動機16可在不需要內燃機12的情況下進行操作，來旋轉軸21和驅動輪軸28，以便於保存發動機燃料。另一方面，在正常的驅動條件或者大功率需求的驅動條件下，電動機16通常被供電以輔助內燃機12旋轉軸21。這樣提高了內燃機12的燃料效率。混合動力電動車11的上述操作說明可包括本領域技術人員已知的傳統部件和控制技術。在一些混合動力車中，可以使用多個電動機/發電機。
當內燃機12旋轉軸20時，排氣(未示出)通過排氣管道38從內燃機12中排出。催化轉換器40中和包含在流動排氣中的有害的排放物。排氣流過熱收集器36，其加熱熱電裝置32的熱側。同時，冷卻機構34冷卻熱電裝置32的冷側。最後，排氣通過排出管42排出。
由於通過冷卻機構34對熱電裝置32的冷側的冷卻，和通過熱收集器36對熱電裝置32熱側的加熱，溫度梯度或者溫差在熱電裝置32中建立。響應於此溫度梯度，熱電裝置32產生電能，其分別通過熱電裝置接線56，熱電能控制系統44和電能控制接線58傳送到電能控制器46上。在熱電裝置32的熱側和冷側之間的溫差，以及熱電裝置32的特性限定了能夠從熱電裝置32傳送到電能控制器46的電能大小。
根據主要驅動條件對混合動力電動車11施加的功率需求，電能控制器46促進電動機16的操作或者內燃機12和電動機16兩者的操作。因此，在施加最小功率需求在車輛11上的驅動條件下，電能控制器46通過電動機接線17供給電能到電動機16上，並且通過電動機控制部件18促進電動機16的操作。在施加最大功率需求在車輛11上的驅動條件下，電能控制器46供給電能到電動機接線17上，並且通過電動機控制部件18操作電動機16，同時通過發動機控制系統14操作內燃機12。
熱電裝置32產生的電能的量根據內燃機12排出的排氣量而改變。因此，在正常的驅動條件下或者施加最小功率需求在車輛11上的驅動條件下，熱電裝置32產生的電能小於在大功率需求的驅動條件下的產生的電能，因此，電能控制器46包括將熱電裝置32產生的電能輸出匹配到電動機16和車輛11的電氣系統的性能。
在從熱電裝置32的電能輸出的低水平下，從廢熱產生的電能的量僅僅部分補償電需求，例如，車輛11的燈，控制，附件，娛樂裝置和蓄電池充電功能。因此，從發電機16的電能的輸出減小而引起內燃機12上的機械負荷中相應的減少。因此，發動機控制系統14提供有在內燃機12的操作中進行微小變化的性能，以避免從發電機16引起的減少的機械負荷所導致的推進中斷。在熱電裝置32產生的電能輸出的水平超出了車輛的電氣系統的非推進部件的電能需求情況下，過量的電能被電能控制器46所使用以藉助於電動機16增強車輛的推進力。這樣減少了內燃機12上的機械負荷，從而提高了燃料效率。
發動機控制系統14包括例如電動節氣門控制系統的控制性能，以例如將駕駛員控制與內燃機12的動力輸出解耦。這是用於混合動力電動車的通常的常規控制機制，並且例如當從熱電裝置32產生的電能用來增強到電機16的電能供給並且因此減少在內燃機12上的機械負荷時，允許內燃機的輸出功率自動減少適合於保持駕駛員要求的車輛11的運行的量，例如保持恆定道路速度。這可能是基於算法的自適應控制系統，以考慮到在內燃機12和熱電裝置32的電能輸出之間的相互作用，由於減少的內燃機功率減少了熱電裝置32可用於電能轉換的廢熱，並且相應地減少了可從熱電裝置32用到電動機16上的電能增強。額外的算法可用來檢測主要驅動條件所需的最大維持功率，並且自動地從燃料經濟模式切換到功率模式，從而利用內燃機12和從熱電裝置32到電動機16的全部電能供給來推進。
電儲存系統48能夠作為電能的儲存器，以在最大功率需求的驅動條件佔優勢時操作電動機16和車輛的電氣系統。當熱電裝置32產生的電能超出車輛的電和推進需求時，通常在諸如減速的瞬時的驅動條件下，電的儲存系統48必須了解需要的電能存儲能力。根據本領域技術人員的知識，空氣燃料燃燒器(未示出)能夠增加到熱電裝置32上，以在特定運行條件下提供額外的系統效率和/或功率增益。
雖然本發明的優選實施例已經在上面進行描述，需要理解的是在本發明中能夠進行不同的修改，並且所附權利要求意圖覆蓋所有落在本發明的精神和範圍內的所有這些修改。
權利要求
1.一種用於混合動力電動車的熱電增強的混合動力電動推進系統，包括用於旋轉車輛的車輪的內燃機和電動機；和熱電裝置，具有設置為與所述內燃機熱接觸的熱側並且電連接到所述電動機上，以從所述內燃機接收廢熱並且產生電能以增強所述電動機。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述熱電裝置設置為與所述內燃機流體連通，以接觸從所述內燃機排出的排氣。
3.如權利要求2所述的系統，還包括被設置為與所述熱電裝置的所述熱側熱接觸的熱收集器，並且其中所述熱收集器設置為與所述內燃機流體連通以接收排氣。
4.如權利要求3所述的系統，還包括連接所述內燃機到所述熱收集器的排氣管道。
5.如權利要求4所述的系統，還包括提供在所述排氣管道中的催化轉換器。
6.如權利要求1所述的系統，還包括設置為與所述熱電裝置的冷側熱接觸的冷卻機構，以冷卻所述熱電裝置的所述冷側。
7.如權利要求6所述的系統，還包括設置為與所述熱電裝置的所述熱側熱接觸的熱收集器，並且所述熱收集器設置為與所述內燃機流體連通以接收排氣。
8.如權利要求1所述的系統，還包括電儲存系統，其電連接到所述熱電裝置上以用於儲存來自所述熱電裝置的電能。
9.一種用於混合動力電動車的熱電增強的混合動力電動推進系統，包括用於旋轉車輛的車輪的內燃機和電動機；電連接到所述電動機用於操作所述電動機的電能控制器；熱電裝置，具有設置為與所述內燃機熱接觸的熱側並且電連接到所述電能控制器，以從所述內燃機接收廢熱並且產生電能以增強所述電動機。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述熱電裝置設置為與所述內燃機流體連通，以接觸從所述內燃機中排出的排氣。
11.如權利要求10所述的系統，還包括設置為與所述熱電裝置的所述熱側熱接觸的熱收集器，並且其中所述熱收集器設置為與所述內燃機流體連通以接收排氣。
12.如權利要求11所述的系統，還包括連接所述內燃機到所述熱收集器的排氣管道，和提供在所述排氣管道中的催化轉換器。
13.如權利要求9所述的系統，還包括設置為與所述熱電裝置的冷側熱接觸的冷卻機構，以用於冷卻所述熱電裝置的所述冷側。
14.如權利要求13所述的系統，還包括設置為與所述熱電裝置的所述熱側熱接觸的熱收集器，並且其中所述熱收集器設置為與所述內燃機流體連通以接收排氣。
15.如權利要求9所述的系統，還包括電儲存系統，其電連接到所述電能控制器上，以用於儲存來自所述熱電裝置的電能。
16.一種用於混合動力電動車的熱電增強的混合動力電動推進系統，包括用於旋轉車輛的車輪的內燃機和電動機；電連接到所述電動機用於操作所述電動機的電能控制器；從所述內燃機中延伸出的排氣管道；設置為與所述排氣管道流體連通的熱收集器；熱電裝置，具有設置為與所述熱收集器熱接觸的熱側並且電連接到所述電能控制器上，以從所述內燃機接收廢熱並且產生電能以增強所述電動機；和冷卻機構，其設置為與所述熱電裝置的冷側熱接觸，以冷卻所述冷側。
17.如權利要求16所述的系統，還包括提供在所述排氣管道中的催化轉換器。
18.如權利要求16所述的系統，還包括電儲存系統，其電連接到所述電能控制器上以用於儲存來自所述熱電裝置的電能。
19.一種在混合動力電動車中增強電能的方法，其包括提供內燃機；運行所述內燃機；捕獲來自所述內燃機的熱能；並且轉換所述熱能為用於車輛的額外電能。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述捕獲來自所述內燃機的熱能的步驟包括從所述內燃機排出的排氣中捕獲熱能。
21.如權利要求19所述的方法，還包括儲存所述額外電能。
22.如權利要求19所述的方法，其中所述捕獲來自所述內燃機的熱能的步驟包括提供熱電裝置並且將從所述內燃機排出的排氣分配與所述熱電裝置熱接觸。
全文摘要
公開了一種用於混合動力電動車的熱電增強的混合動力電動推進系統。該系統包括用於旋轉車輛的車輪的內燃機和電動機。具有與內燃機熱接觸的熱側的熱電裝置電連接到電動機上。在操作中，熱電裝置從內燃機接收廢熱並且產生電能，以用於電動機來增強車輛的推進力。
文檔編號B60K1/00GK101035691SQ200580021989
公開日2007年9月12日 申請日期2005年6月21日 優先權日2004年6月30日
發明者F·R·斯塔布勒 申請人:通用汽車公司