[发明专利]电气车辆的电源系统

说明书

本发明涉及一种其车轮由包括可再充电高能电池和可再充电高功率电池之组合的直流电源供电的电气车辆(需要时，将诸如单独由电池供电的电气车辆简称为“电气车辆”)，本发明还涉及一种电源系统，用于由直流电源和内燃机之组合供电的混合式电气车辆。

图5是示出公知的串联型混合式电气车辆的动力系的示图。在图中，标号1指发动机；2指发电机(发动机和发电机可以统称为“发动机驱动型发电机”)；3指整流器；4指主电池；5指逆变器；6指车辆驱动电动机；7指减速齿轮；8指差速齿轮；91指右车轮；92指左车轮；10指辅助电池；11指用于对辅助电池10再充电的DC-DC转换器；12指和辅助装置一起使用的电池；13指被共同组合的辅助装置，如空调机。

在功率产生效率和减少发动机废气方面，发动机驱动型发电机通常以最佳发动机速度在最佳的负载下工作。具体而言，发动机驱动型发电机不参照车辆的速度，在规定的驱动条件下工作，由此通过整流器3对主电池4再充电。

已经通过在主电池4被再充电至规定值或者更高时使发电机2不工作，而为更进一步提高效率和减少污染进行了努力。

在这种系统中，发动机1的功率被减小到小于加速车辆一般所需的最大功率的功率值，并从主电池4提供加速车辆所需的功率。当发动机1的功率大于车辆恒定驱动时的的驱动力时，主电池4以发动机过剩的功率由发电机2和整流器3再充电。

当车辆在制动状态下时，车辆的部分动能通过再生，由电动机6和逆变器5存储在主电池4中。同时，整流器3以逆变器模式工作，发电机2以电动机模式工作。结果，如在发动机驱动的车辆的情况那样，发动机的制动被提供给车辆。如果缺乏电制动力，则如在未说明发动机驱动车辆的情况那样，车辆被机械地制动。

另外，当发动机1关闭时，发电机2不产生任何功率。在这种状态下，车辆的驱动力和用于辅助装置的功率由主电池4提供。

电气车辆的动力系和图5中所示的动力系相同，但车辆没有设置发动机1、发电机2和整流器3。车辆所需的所有功率都由主电池4提供。主电池4由未说明的外部电源再充电。

此电气车辆不产生任何废气，不然，它可能作为发动机工作的结果而产生，因此这种电气车辆相应于一种零排放车辆。

如上所述，这种公知的串联型混合式电气车辆在恒定的驱动中由发动机驱动型发电机供电，而加速车辆所需功率的不足部分由来自主电池4的供应补偿。在当发动机处于不工作状态，或辅助装置所需的功率大于由发动机驱动型发电机产生的功率时需要运行功率，或者即使在恒定驱动中所需的运行功率大于由发动机驱动型发电机产生的功率的情况下，功率的不足部分需由来自主电池4提供的功率补偿。为了这些原因，主电池4必需由产生高功率的电池，即，高功率(或者高功率密度)电池构成。

和公知的电气车辆一起使用的目前较占优势的主电池是利用化学反应的化学电池，诸如铅蓄电池、镍-氢蓄电池，或者锂-离子蓄电池。当然，这种主电池在原理上和用于混合型电气车辆的主电池相同，因此，是高功率型的。需要一种产生更大功率的电池。

下面，将描述以再生制动为特色的混合式电气车辆或普通电气车辆。如上所述，当车辆在制动状态时，车辆的动能通过再生由电动机6和逆变器5存储在主电池4中。这种类型的电气车辆主要的特征是在加速操作时积聚的部分能量可以在制动车辆时再生。

制动通常比加速在更短的时间内产生相同数量的功率。这意味着制动功率大于加速功率。另外，化学电池通常在再充电时比在放电时受到更大的损耗。

为了这些原因，对混合式电气车辆或者一般电气车辆来说再生所有由制动产生的功率是不可能的。按照目前情况，由制动产生的大部分能量通过机械制动而转换为热量。

这意味着产生的功率的部分以热量的形式排出。通过在制动操作时尽可能多地再生功率来提高能量的利用效率提出了一个重要的问题。

作出本发明以采用相关的技术解决上述问题，因此本发明的一个目的是提供一种电气车辆的电源系统，它能够通过在制动操作时尽可能多地再生功率来提高能量的利用效率以改善混合式电气车辆的燃料消耗和减少废气，并通过减少用于车辆中的可再充电高能电池的数量，实现一种轻量、小型和更便宜的电池。

考虑到电容器(它不是化学电池而是某种类型的物理电池)能够经得起快速充电或者放电或者产生大功率，和在从基本上为零电压到最大值电压的范围中工作而进行本发明的设计。