CN201021116Y - 低温深冷混合动力气动汽车 - Google Patents
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Abstract
低温深冷混合动力气动汽车。该车是以电能分别转换成液态氮－低温冷量为该车补充燃料，同时为该车电池充电为能量源－能源，以液氮发动机与电机为动力源，通过动力组合器，经由底盘、车身、车轮、机械、电路分别通过电子联接、电力联接、热联接、机械联接构成低温深冷混合动力气动汽车。该车由人工控制高效率将能量源转化成车身的动能，是实现清洁、环保、安全、节能的新型道路运输工具。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种混合动力道路运输工具。
背景技术
石油、煤炭是一次性不可再生的矿物能源，形成它要经过几千年、上亿年的时间。近两个世纪，人类大规模开发利用石油，发展内燃机汽车，使人类进入了工业化、现代化社会，同时也产生了全球关注的能源枯竭和环境污染，为此人类社会已经付出了巨大的代价，影响了社会的发展。因此开发洁净的可再生能源的环保生态电动汽车已成为人类社会的共识。目前由于开发电动汽车还存在技术难度高、制造成本高、续驶里程短、没有符合电动汽车技术性能的电动机(发动机)和电池(能量源)，所以开发以电能支持的新型低温深冷混合动力气动汽车已成为人类社会的紧迫课题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种低温深冷混合动力气动汽车。该低温深冷混合动力气动汽车(混合动力气动车)是以电能分别转换成液态氮(低温冷量)为该车补充燃料，同时为该车电池充电为能量源(能源)，以液氮发动机(冷量膨胀机、冷气发动机)与电机(电动机/发电机)为动力源，通过动力组合器(行星齿轮机构)，由人工控制高效率将能量源转化成车身的动能，是实现清洁、环保、安全、节能的新型道路运输工具。
结合附图1，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由冷量膨胀机1、低速蒸发器2、高速蒸发器3、离合器4、轴制动器5、液态氮贮槽6通过管道、机械分别连成一体组成液氮发动机(冷气驱动装置)与电机8、电机轴制动器10、电子控制器9、蓄电池组11通过电路、机械连成一体组成电力电子驱动装置，再经动力组合器7、差速器、半轴、车轮通过机械(轴)连成一体，组成车身动力驱动装置，通过上述各部分分别由机械、电路、管道、轴经过机械联接、电子联接、电力联接、热联接构成低温深冷混合动力气动汽车。
按照上述装置，首先使冷流体液态氮吸收了热流体空气放出的热量而被复热到接近大气的温度，即热流体放出热量，冷流体吸收热量，热流体放出的热量应等于它所减少的能量，冷流体吸收的热量应等于它所增加的能量，冷流体能量的增加应等于热流体能量的减少，它们之间没有功量的交换。即由液态氮沸点77.36k复热到接近大气的温度288k，即温度越高氮气分子的动能越大，氮气分子的位能也就越大，温度越低氮气分子的动能也就越小。同时氮气压力由0.101Mpa升高到10.1Mpa，即氮气单位体积迅速扩大达到液态时的646倍，即氮气的体积表示氮气中分子之间位能的大小，体积越大分子之间距离越大，氮气分子的位能也就越大。当氮气(工质气体)进入膨胀机(冷气发动机)时压力高、体积小分子间距离小，当通过膨胀机旋转工作轮一定形状的流道时，根据气流动量矩变化规律，动量矩发生改变，消耗氮气本身的内能，氮气焓值降低在膨胀机内膨胀而做功输出机械功率。
按照上述装置，由人工控制将直流电源(电池)功率，经位置传感器、逆变器、控制器组成的自同步式或自控式变频同步电路与功率逻辑开关构成的换相电路；由位置传感器检测转子磁极的位置信号，控制器对转子位置信号进行罗辑处理，产生相应的开关信号，开关信号以一定的逻辑关系分配给电机本体定子电枢各相绕组，使电机输入交流方波电流(矩形脉冲波)在电机中产生梯形波的磁场分布和梯形波的感应电动势。同时采用离散转子位置反馈信号控制换向，无需坐标变换，使电机定子电枢绕组产生的磁场磁动势与转子中的转子磁场磁动势在空间始终保持(X/2)rad电角度，产生电枢转矩输出机械功率。
按照上述装置，为了实现车辆的串联、并联或混联以及复合式的多种混合驾驶模式，液氮发动机与电机之间以及差速器、半轴、车轮之间必须进行机械联接，联接装置为动力组合器-行星齿轮机构。其中，中心轮与液氮发动机轴相连，齿圈与电机轴相连，行星架通过差速器与半轴、车轮相连组成混合动力驱动装置。驱动装置把串联和并联混合驱动结合成一体，经人工调整控制可以实现并联到串联驱动的转换，即由液氮发动机单独驱动或电机单独驱动，以及液氮发动机与电机混合驱动。在混合驱动时具有并联驱动和串联驱动时的特点，即液氮发动机能独立工作于最小气耗区，由于采用了行星齿轮机构，当节气阀(控制阀)全开车辆加速行驶时，液氮发动机和电机同时工作提供车辆所需动力，车辆在等速行驶时，液氮发动机工作于最小气耗状态，电机也同时工作并通过行星齿轮机构减速，此时液氮发动机提供最小转矩和最小功率，车辆所需的动力由电机提供。
通过人工调节控制在保证车辆正常行驶下实现液态氮和电能消耗量保持最小。对于反复工况法循环行驶模式，电池能量水平同循环开始和结束时相同。对转矩和转向(或倒车)是通过控制电机实现，电池提供给电机的能量用于车辆的加速和等速法工况行驶。
再生制动时，通过分离离合器制动中心轮，行星齿轮机构的自由度减少到一个，电机工作于发电机模式，制动能转化为电能给电池充电。车辆在公路行驶时，只有发动机工作，电机关闭，行星齿轮机构的齿圈被锁定，行星齿轮机构的自由度减少到一个。
有益效果
混合动力气动车具有低温绿色燃料、安全、环保、节能、高效，只排放纯净无害氮气，无废热。
附图说明
图1是本实用新型实施例1结构原理图。
图2是本实用新型冷量膨胀机1结构原理图。
图3是本实用新型高速蒸发器3结构原理图。
图4是本实用新型高速蒸发器3，A点局部放大图。
图5是本实用新型液态氮贮槽6结构原理图。
图6是本实用新型电机8结构原理图。
图7是本实用新型电子控制器9电路原理图。
图8是本实用新型动力组合器7结构原理图。
具体实施方式
结合附图2，冷量膨胀机1在外壳中由两个凸出部分彼此交错，一个顺时针方向旋转，另一个逆时针方向旋转的转子组成双转子型容积式冷气膨胀机，外壳有一个氮气进口，一个氮气出口。
在图1中，低速蒸发器2为列管式通用气-气热交换器。
结合附图3，高速蒸发器3由废气(氮气)涡轮增压器与列管式气-气热交换器组成，通过管道将废气涡轮增压器空气出口与列管式气-气热交换器空气进口连成一体。
图4是高速蒸发器3中列管式气-气热交换器内装置的波纹管局部放大图。
在图1中，离合器4为电动汽车通用离合器。
在图1中，轴制动器5为电动汽车通用轴制动器。
结合附图5，液态氮贮槽6由卧式圆筒形外壳，两端半球形封头，中部与垂直圆筒形开口平顶进出口相连；圆筒形内胆，两端半球形封头，中部与垂直圆筒形开口平顶进出口相连；外壳与内胆之间为多层绝热体抽高真空状态，外壳与内胆之间进出口顶部由绝热树脂密封，顶部圆形活动绝热树脂顶盖有进液管、排气管。下部通过绝热管道与低温液氮柱塞泵进口相连。
通过管道将低温液氮柱塞泵出口与低速蒸发器进口，低速蒸发器出口与高速蒸发器氮气进口，高速蒸发器氮气出口经控制阀与冷量膨胀机氮气进口分别连成一体；通过轴将冷量膨胀机动力输出端与离合器动力输入端，离合器动力输出端与轴制动器动力输入端，轴制动器动力输出端与动力组合器气动动力输入端分别连成一体；通过管道将冷量膨胀机氮气出口与高速蒸发器废气涡轮增压器氮气进口连成一体，通过上述各部分通过管道、机械(轴)分别连成一体组成液氮发动机(冷气驱动装置)。
结合附图6，电机8由定子电枢、永磁转子通过外壳、轴、位置传感器构成的电机本体与电子换向开关电路组成永磁无刷直流电机(电动机/发电机)，其中电机本体由一定磁极对数的永磁体转子与一个多相的定子电枢绕组构成，转子是将瓦片状的永磁体贴在转子外表面，或将永磁体内嵌到转子铁心中。定子上开有齿槽，齿槽数是转子极数和相数的整数倍，定子电枢绕组为开启式或闭合式固定在定子铁心齿槽内，定子电枢铁心由硅钢片叠压而成，定子电枢绕组的端头与相应的电子开关电路相连接，定子电枢绕组采用分数槽绕组，具有多种接线方式。
位置传感器是一种无机械接触检测转子磁极位置的，由传感器转子与传感器定子组成的装置，其中传感器转子固定于电机轴上连成一体同轴旋转，传感器定子安置在定子外壳中，并检测提供转子磁极位置信号，按照一定的逻辑关系去触发电子换向开关电路。位置传感器分为电磁式位置传感器、光电式位置传感器、霍尔式位置传感器。
在图1中，电机轴制动器10为电动汽车通用电机轴制动器。
结合附图7，在电子控制器9中电子换向开关电路是由适当数量的半导体功率原件组成的功率逻辑开关单元与位置传感器信号处理单元，并与相应的定子电枢绕组相连接，由位置传感器所产生的信号经过一定逻辑处理后去触发、控制各功率半导体元件(逻辑开关单元)的导通与截止，去控制定子电枢各相绕组导通的顺序与时间，将电源的功率以一定逻辑关系分配给电机定子电枢各相绕组，产生持续不断的转矩，输出机械功率。
在图1中，蓄电池组11为阀控铅酸蓄电池或高压镍氢蓄电池。
通过轴将电机动力输出端与电机轴制动器动力输入端，电机轴制动器动力输出端与动力组合器电动动力输入端分别连成一体；通过上述各部分通过机械(轴)、电路分别连成一体组成电力电子驱动装置。
结合附图8，在动力组合器7中，由液氮发动机动力输入轴、电机动力输入轴、中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮架、齿圈、动力输出驱动轴、外壳组成两自由度单层行星齿轮机构。
液氮发动机通过离合器、轴制动器带动行星齿轮机构的中心轮转动，然后通过行星齿轮和行星齿轮架带动动力输出驱动轴、驱动桥、半轴驱动车轮与车身行驶，此时行星齿轮机构的齿圈被驱动电机的轴制动器锁定。驱动电机通过轴制动器带动行星齿轮机构的齿圈转动，然后通过行星齿轮和行星齿轮架带动驱动桥、半轴、车轮驱动车辆行驶。此时行星齿轮机构的中心轮被驱动电机的轴制动器锁定。由于液氮发动机轴制动器与电机轴制动器的作用，电机的发电机模式和电动机模式的转换只能独立进行驱动而不能叠加。
再生制动时轴制动器使中心轮固定，由行星齿轮、行星齿轮架和齿圈带动驱动电机转换成发电机模式发电，回收再生制动的能量。
通过轴将动力组合器动力输出端与驱动桥、半轴、车轮分别连成一体，通过上述各部分分别经机械(轴)连成一体组成车身动力驱动装置，通过上述各部分装置分别与车身连成一体，构成低温深冷混合动力气动汽车。
实施例1，以商用混合动力气动车(出租车)为例，其主要技术
参数设计如下：
最高时速：120公里(km)，最远航程(一次加注燃料续驶里程)：混合工况法400公里(km)，0～90km/h加速时间9s，最大坡度：60％，燃料加注时间：30min，燃料：液态氮(N2)、电能。
配置：全球定位系统(CPS)，驾驶员信息中心(DIC)，车辆电子装置中心(VEC)，人工智能控制器(AI)，能量管理系统(EMS)，电池管理系统(BMS)，气象信息系统，车载通迅系统，电子地图，行人被动式安全保护系统，防撞雷达，路面探测器，车-车间距探测器，CAN总线，电热变温坐椅，安全气囊(SRS)，车轮防抱死制动系统(ABS)。
Claims (1)
1.低温深冷混合动力气动汽车，由冷量膨胀机(1)、低速蒸发器(2)、高速蒸发器(3)、离合器(4)、轴制动器(5)、液态氮贮槽(6)通过管道、机械分别连成一体组成液氮发动机与电机(8)、电机轴制动器(10)、电子控制器(9)、蓄电池组(11)通过电路、机械连成一体组成电力电子驱动装置，经动力组合器(7)、差速器、半轴、车轮通过机械连成一体组成车身动力驱动装置，通过上述各部分分别由机械、电路、管道、轴经过机械联接、电子联接、电力联接、热联接构成低温深冷混合动力气动汽车，其特征是：通过管道将低温液氮柱塞泵出口与低速蒸发器进口，低速蒸发器出口与高速蒸发器氮气进口，高速蒸发器氮气出口经控制阀与冷量膨胀机氮气进口分别连成一体；通过轴将冷量膨胀机动力输出端与离合器动力输入端，离合器动力输出端与轴制动器动力输入端，轴制动器动力输出端与动力组合器气动动力输入端分别连成一体；通过管道将冷量膨胀机氮气出口与高速蒸发器废气涡轮增压器氮气进口连成一体，通过轴将电机动力输出端与电机轴制动器动力输入端，电机轴制动器动力输出端与动力组合器电动动力输入端分别连成一体；通过轴将动力组合器动力输出端与驱动桥、半轴、车轮分别连成一体。
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