基于碳基电容电池组的汽车动力系统的制作方法

本发明涉及汽车动力系统的技术领域，尤其涉及一种基于碳基电容电池组的汽车动力系统。

背景技术：

汽车动力系统是指将汽车发动机产生的动力，经过一系列的动力传递，最后传到车轮的整个机械布置的过程，其中一部分动力将以能量存储的方式转换成电能，进而存储在电池组中，以为整车负载供电。汽车的性能表现依赖于作为能量贮存系统的动力蓄电池组，电池组性能直接影响整车的加速特性、续驶里程以及制动能量回收的效率等，电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，因此，动力电池成为电动汽车动力总成最关键的技术，是电动汽车市场化、产业化的关键。

目前，电动汽车用动力电池主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池、超级电容等，其中又以锂离子电池、超级电容和燃料电池为主流。由于锂离子动力电池功率密度过低，而超级电容器能量密度不高，燃料电池成本高，这就限制其在汽车领域的进一步应用，后来发明了一种锂离子混合电容器，锂离子混合电容器则是介于锂离子电池和超级电容器之间的储能装置，理论上可通过电池材料和电容材料的匹配来实现高的能量密度和功率密度，进而很好填补锂离子电池与超级电容器之间的技术空白，但在随后的使用过程中，会发现这种锂离子混合电容器由于其电极材料的关系，其两端不能很好的保持动力学平衡，影响了锂离子混合电容器高功率的表现。

技术实现要素：

本发明为解决汽车动力系统中由于电池组锂离子混合电容器功率不高而影响整车的加速特性、续驶里程以及制动能量回收的效率的技术问题，提供了一种基于碳基电容电池组的汽车动力系统，旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明提供了一种基于碳基电容电池组的汽车动力系统，包括：发电机、第一充电机、二极管组、碳基电容电池组、逆变器、动力负载，所述第一充电机输入端与所述发电机输出端相连接，所述第一充电机输出端与所述二极管组一端相连接，所述第一充电机用于将所述发电机产生的交流电力转换为直流电力，并传递给所述二极管组，所述二极管组用于防止所述碳基电容电池组中的直流电力对所述发电机中的直流侧反冲，同时将直流电力传递给所述碳基电容电池组；所述碳基电容电池组输入端与所述二极管组另一端相连接，其中，所述二极管组与所述碳基电容电池组输入端之间设置有一耦合开关，所述碳基电容电池组输出端与所述逆变器输入端相连接，所述碳基电容电池组用于存储所述第一充电机输出的直流电力，并将直流电力输送给所述逆变器；所述逆变器输出端与所述动力负载所连接，所述逆变器用于将所述碳基电容电池组输出的直流电力转换为交流电力，并传递给所述动力负载，所述动力负载包括一电动机。

根据本发明的优选技术方案：所述二极管组上设置有多个二极管，所述多个二极管为并联连接。

根据本发明的优选技术方案：所述动力负载还包括一交流负荷，所述交流负荷与所述电动机并联连接。

根据本发明的优选技术方案：还包括一启动电池，所述启动电池与所述发电机输入端相连接，所述启动电池用于所述发电机中直流励磁启动。

根据本发明的优选技术方案：所述碳基电容电池组的输出端还与一电子控制单元的输入端相连接，所述电子控制单元所在支路与所述动力负载所在支路并联，所述电子控制单元为汽车上的直流负载传递电力。

根据本发明的优选技术方案：所述碳基电容电池组的输出端与所述电子控制单元输入端之间连接有一直流变换器，所述直流变换器用于将所述碳基电容电池组中的直流电力转换为所述电子控制单元所需要的直流电力，并将直流电力传递给所述电子控制单元。

根据本发明的优选技术方案：所述发电机的输出端与所述电子控制单元输入端之间设置有一第二充电机，所述第二充电机用于将所述发电机输出的交流电力转换为直流电力，并直接传递给所述电子控制单元。

根据本发明的优选技术方案：还包括一监控装置，所述监控装置与所述电子控制单元的输出端相连接，所述监控装置用于监测所述启动电池、所述发电机、所述碳基电容电池组及所述动力负载的运行状态。

根据本发明的优选技术方案：还包括一档位开关，所述档位开关与所述电动机的输入端相连接，所述档位开关用于所述电动机工作时选用所需要的动力。

根据本发明的优选技术方案：所述碳基电容电池组包括多个碳基电容电池，所述多个碳基电容电池之间为串联和/或并联的方式组合；所述碳基电容电池包括极板、位于所述极板之间的电解液，以及位于所述电解液中的电容纸或膜，所述极板包括：金属材料的集流体，以及涂覆于所述集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，所述碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合而成，所述纳米级多孔碳元素基材采用高分子活性炭和/或石墨烯。

本发明的有益效果是：

通过提供一种基于碳基电容电池组的汽车动力系统，采用碳基电容电池组作为动力电源，碳基电容电池组中的碳基电容电池具有大功率特性，大电流输入及输出，使得整个汽车的加速特性、续驶里程以及制动能量回收的效率都有很大程度提高。

附图说明

图1为本发明基于碳基电容电池组的汽车动力系统的流程图；

图2为碳基电容电池结构图。

其中，10、发电机；20、第一充电机；30、二极管组；40、碳基电容电池组；401、碳基电容电池；4011、极板；4012、电解液；4013、电容纸；50、逆变器；60、动力负载；601、电动机；602、交流负荷；70、启动电池；80、电子控制单元；90、直流变换器；100、第二充电机；110、监控装置；120、档位开关。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，图1为本发明基于碳基电容电池组的汽车动力系统的流程图，本实施例提供了一种基于碳基电容电池组的汽车动力系统，包括：发电机10、第一充电机20、二极管组30、碳基电容电池组40、逆变器50、动力负载60，发电机10采用Y形连接方式，为一种交流发电机10，其工作原理是当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极，当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。

本实施例中所述第一充电机20输入端与所述发电机10输出端相连接，所述第一充电机20输出端与所述二极管组30一端相连接，所述第一充电机20用于将所述发电机10产生的交流电力转换为直流电力，并传递给所述二极管组30，所述二极管组30用于防止所述碳基电容电池组40中的直流电力对所述发电机10中的直流侧反冲，同时将直流电力传递给所述碳基电容电池组40；所述碳基电容电池组40输入端与所述二极管组30另一端相连接，其中，所述二极管组30与所述碳基电容电池组40输入端之间设置有一耦合开关。

所述碳基电容电池组40输出端与所述逆变器50输入端相连接，所述碳基电容电池组40用于存储所述第一充电机20输出的直流电力，并将直流电力输送给所述逆变器50；所述逆变器50输出端与所述动力负载60相连接，所述逆变器50用于将所述碳基电容电池组40输出的直流电力转换为交流电力，并传递给所述动力负载60，所述动力负载60包括一电动机601。

需要说明的是，以上是混合动力汽车的流程，当所述二极管组30与所述碳基电容电池组40输入端之间设置的耦合开关处于断开的状态时，此时就只有碳基电容电池组40、逆变器50及动力负载60工作，此时的汽车动力系统为纯电动汽车动力系统，此时的动力系统将依靠纯粹的碳基电容电池组40进行电力供应，当闭合此耦合开关时，纯电动动力系统转变为混合动力系统，电动汽车的性能表现依赖于作为能量贮存系统的动力蓄电池组，电池组性能直接影响整车的加速特性、续驶里程以及制动能量回收的效率等，电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性。

本实施例中所述二极管组30上设置有多个二极管，所述多个二极管为并联连接，多个二极管前相对应的设置有断合开关，可方便以后选择性使用这些二极管。

所述动力负载60还包括一交流负荷602，所述交流负荷602与所述电动机601并联连接，该交流负荷602一般为汽车上的交流电器，如插座、空调等。

基于碳基电容电池组的汽车动力系统还包括一启动电池70，所述启动电池70与所述发电机10输入端相连接，所述启动电池70用于所述发电机10中直流励磁启动，该启动电池70为一般汽车启动用的标准电池。

本实施例中所述碳基电容电池组40的输出端还与一电子控制单元80的输入端相连接，所述电子控制单元80所在支路与所述动力负载60所在支路并联，所述电子控制单元80为汽车上的直流负载传递碳基电容电池组40的电力。

所述碳基电容电池组40的输出端与所述电子控制单元80输入端之间连接有一直流变换器90，所述直流变换器90用于将所述碳基电容电池组40中的直流电力转换为所述电子控制单元80所需要的直流电力，并将直流电力传递给所述电子控制单元80。

本实施例中所述发电机10的输出端与所述电子控制单元80输入端之间设置有一第二充电机100，所述第二充电机100用于将所述发电机10输出的交流电力转换为直流电力，并直接传递给所述电子控制单元80。

基于碳基电容电池组的汽车动力系统还包括一监控装置110，所述监控装置110与所述电子控制单元80的输出端相连接，所述监控装置110用于监测所述启动电池70、所述发电机10、所述碳基电容电池组40及所述动力负载60的运行状态。

基于碳基电容电池组的汽车动力系统还包括一档位开关120，所述档位开关120与所述电动机601的输入端相连接，所述档位开关120用于所述电动机601工作时选用所需要的动力。

所述碳基电容电池组40包括多个碳基电容电池401，所述多个碳基电容电池401之间为串联和/或并联的方式组合，碳基电容电池401的串并联的组合方式取决于电动机601的瞬间工作电压或者电动机601的持续工作电流。

传统的汽车储能电池组都采用PAK控制系统，基于碳基电容电池组的汽车动力系统中的所述碳基电容电池组40通过CAN总线的方式将多个所述碳基电容电池401的相关信息发送至所对应的控制单元，使其能够及时处理并采取措施，以达到高效安全合理使用碳基电容电池组40的目的，CAN总线也称之为控制器局域网，为了实现汽车各个控制单元间通信的可靠性和数据信号高传输率，能够及时协调处理突发状况，CAN总线是首选的通信协议，从而达到整车性能的稳定性。

本实施例中的所述碳基电容电池组40还包括一外壳，所述外壳为一封闭的组合空间，与传统的汽车储能电池组相比较，本实施例中碳基电容电池组40的内部不需要冷却系统及通风系统，就可以保持内部的碳基电容电池401的温度在一个合理的范围内，所述多个碳基电容电池401设置于所述外壳中。

如图2所示，图2为碳基电容电池401结构图。基于碳基电容电池组的汽车动力系统中的碳基电容电池401是一种新型的能源电池，不分正负极，所述碳基电容电池401包括极板4011、位于所述极板4011之间的电解液4012，以及位于所述电解液4012中的电容纸4013或膜，所述极板4011包括：金属材料的集流体，以及涂覆于所述集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，所述碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合而成，所述纳米级多孔碳元素基材采用高分子活性炭和/或石墨烯。

所述碳基电容电池401额定工作电压为2.5-3V，碳基电容电池401结合了锂离子电池和电容器二者的优点，同时规避了两者所面临的缺陷，可望很好填补电池与电容器之间的技术空白，其能量存储过程既包含锂离子与电极材料体相发生的可逆法拉第化学反应，又包括电化学活性材料对离子的可逆吸脱附过程。

通过对碳基电容电池401两端电极进行材料设计，改善电极材料制备过程中的配料涂布技术，将两电极中的电化学反应很好地控制在材料的表面/近表面区域，从而有效地增强了表面电荷存储，克服了体相扩散控制，减小了二者的动力学性能差异，进而同时提高其能量密度和功率密度，使得所述碳基电容电池401具有可充电类型的物理特性，且使得其电极材料具有嵌入-脱出实现能量存储的功能。

动力电池是电动汽车动力总成最关键的技术，是电动汽车市场化、产业化的关键,碳基电容电池401不仅作为新能源汽车的主要动力源，还将在电厂供电局后备供电系统、移动运营商基站和数据中心、发电厂的储能调峰、微储能的电池系统以及军事领域等都具有重大的潜在应用价值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。