专利名称：热电增强的混合动力电动推进系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于车辆推进的内燃机和电动机的混合动力电动车或者系统。更具体地，本发明涉及热电增强的混合动力电动推进系统，其中由混合动力车中的内燃机产生的废热或者副产物热能被转换成电能，以增强混合动力车的推进效率。
背景技术：
采用超过一个的用于推进的动力源的混合动力车近来已经得到发展。更通常的是，术语″混合动力车″适用于采用内燃机作为主动力源和电动机作为辅助动力源的车辆。电动机能够独立于内燃机或者结合内燃机操作以驱动车辆的车轮。电动机显著地提高了内燃机的燃料效率。
热电装置是可将热能转换为电能和不具有运动部件的相对简单的装置。因此，热电装置在高容量下具有相对低的成本，并且具有潜在的高可靠性。而且，半导体技术和成本曲线能够用于热电技术实施方案中，以大量降低成本。
热电装置通过从车辆的内燃机中捕获废热能而具有潜力来提高混合动力车的推进效率。因此，用于混合动力车的热电增强的混合动力电动推进系统需要将来自内燃机的废热能转换为电能，以便于提高车辆的燃料效率以及车辆推进和车辆电力系统可利用的最高功率。
发明内容
本发明通常涉及用于混合动力电动车的热电增强的混合动力电动推进系统。该系统包括热电装置，其设置为与混合动力电动车的内燃机送出的排气热接触。车辆的电动机电连接到热电装置上，以从该装置中接收电能并且增强该车辆的推进效率。诸如电池的电储存系统还可电连接到热电装置上，以便于在低需求的驱动条件期间储存来自该装置的电能。然后，当在高需求驱动条件下时，电储存系统可用来供给电能到电动机和车辆的电气系统。
参见附图，现在将通过例子描述本发明，其中图1是本发明的示例的热电增强的混合动力电动推进系统的示意图。
具体实施例方式
本发明构想一种用于混合动力车的热电增强的混合动力电动推进系统。热电增强的混合动力电动推进系统采用一个或多个热电装置，以将从内燃机中捕获的废热能转换为电能，以增强混合动力电动车中的电动机的推进效率。该废热能能够从内燃机的排气或者冷却剂中获得。
如在此所使用的，术语″热电装置″包括任何类型的一个或多个装置，其能够利用温差来产生电能，而不需要机械运动。例子包括数类材料或者装置的任何一种，例如块体材料(PbTe，Bi2Te，Skutterudites等)，薄膜装置(量子阱装置，超晶格等)，分段耦合(JPL)，组合材料和热二极管。术语″废热″包括在混合动力车的内燃机已经实施正常功能之后可利用的任何热能，例如保留在排气或者液体冷却剂中的热量。混合动力电动车可以为具有推进系统的任何车辆，其采用内燃机作为主动力源，或者通过直接机械连接来驱动车辆的车轮或者产生电能，并且还采用电动机来提供用于车辆车轮的部分或者所有推进动力。
参见附图的图1，本发明的热电增强的混合动力电动推进系统的示例实施例通常用附图标记10表示，在下文中称为系统。该系统10为可具有传统驱动部件的混合动力电动车11的一部分。这些部件包括内燃机12和电连接到内燃机12上的发动机控制系统14，其通过驾驶员输入信号60控制内燃机12的节气门和其它操作部件。内燃机12通过轴20连接到电动机16上，电动机16还可包括发电机。可选择的，电动机16和发电机为分离部件。电动机16包括电动机控制部件18并且通过第二轴21结合到变速器22上。随后，变速器22通过驱动轴24结合到变速箱和差动器26上。变速箱和差动器26结合到具有车轮30的车轴28上，以用于车辆11的推进。
该系统10还包括电能控制器46，其通过发动机自适应控制链路50与发动机控制系统14连接。电能控制器46还通过电动机自适应控制链路52与电动机16的电动机控制部件18连接。电能控制器46还直接通过电动机接线17电连接到电动机16上。电能控制器46还电连接到混合动力电动车11的非推进部件(未示出)上。
热电装置32通过热电装置接线56电连接到热电能控制系统44上。随后，热电能控制系统44通过电能控制接线58电连接到电能控制器46上。热电能控制系统44控制从热电装置32流到电能控制器46的电能。诸如电池或者电容器的电储存系统48可通过适当的接线54电连接到电能控制器46上，以用于储存热电装置32产生的过剩电能，如下文中进一步所描述的。
冷却机构34被设置为与热电装置32的冷侧或者散热侧热接触。冷却机构34可以为例如车辆冷却剂，响应混合动力电动车11推进使流动空气转向对着热电装置的一个或多个风扇(未示出)或者机构。排气管道38从内燃机12延伸出，并且热收集器36提供在排气管道38中。热收集器36设置为与热电装置32的热侧热接触。催化转换器40可提供在排气管道38中，通常在内燃机12和热收集器36之间。排出管42从热收集器36中延伸以从热收集器36中送出排气。
在系统10的通常操作中，内燃机12被操作以旋转轴20、21。变速器22将来自轴21中的旋转传送到驱动轴24上。变速箱和差动器26将来自驱动轴24的旋转传送到车轴28和车轮30上，以用传统的方式驱动混合动力电动车11。在小功率需求的驱动条件下，电动机16的发电部件响应于内燃机12引起的轴20的旋转而产生电能，其储存在诸如电池的适当的车载电储存系统(未示出)中，通常以传统的方式。可选择的，在小功率需求的驱动条件下，电动机16可在不需要内燃机12的情况下进行操作，来旋转轴21和驱动轮轴28，以便于保存发动机燃料。另一方面，在正常的驱动条件或者大功率需求的驱动条件下，电动机16通常被供电以辅助内燃机12旋转轴21。这样提高了内燃机12的燃料效率。混合动力电动车11的上述操作说明可包括本领域技术人员已知的传统部件和控制技术。在一些混合动力车中，可以使用多个电动机/发电机。
当内燃机12旋转轴20时，排气(未示出)通过排气管道38从内燃机12中排出。催化转换器40中和包含在流动排气中的有害的排放物。排气流过热收集器36，其加热热电装置32的热侧。同时，冷却机构34冷却热电装置32的冷侧。最后，排气通过排出管42排出。
由于通过冷却机构34对热电装置32的冷侧的冷却，和通过热收集器36对热电装置32热侧的加热，温度梯度或者温差在热电装置32中建立。响应于此温度梯度，热电装置32产生电能，其分别通过热电装置接线56，热电能控制系统44和电能控制接线58传送到电能控制器46上。在热电装置32的热侧和冷侧之间的温差，以及热电装置32的特性限定了能够从热电装置32传送到电能控制器46的电能大小。
根据主要驱动条件对混合动力电动车11施加的功率需求，电能控制器46促进电动机16的操作或者内燃机12和电动机16两者的操作。因此，在施加最小功率需求在车辆11上的驱动条件下，电能控制器46通过电动机接线17供给电能到电动机16上，并且通过电动机控制部件18促进电动机16的操作。在施加最大功率需求在车辆11上的驱动条件下，电能控制器46供给电能到电动机接线17上，并且通过电动机控制部件18操作电动机16，同时通过发动机控制系统14操作内燃机12。
热电装置32产生的电能的量根据内燃机12排出的排气量而改变。因此，在正常的驱动条件下或者施加最小功率需求在车辆11上的驱动条件下，热电装置32产生的电能小于在大功率需求的驱动条件下的产生的电能，因此，电能控制器46包括将热电装置32产生的电能输出匹配到电动机16和车辆11的电气系统的性能。
在从热电装置32的电能输出的低水平下，从废热产生的电能的量仅仅部分补偿电需求，例如，车辆11的灯，控制，附件，娱乐装置和蓄电池充电功能。因此，从发电机16的电能的输出减小而引起内燃机12上的机械负荷中相应的减少。因此，发动机控制系统14提供有在内燃机12的操作中进行微小变化的性能，以避免从发电机16引起的减少的机械负荷所导致的推进中断。在热电装置32产生的电能输出的水平超出了车辆的电气系统的非推进部件的电能需求情况下，过量的电能被电能控制器46所使用以借助于电动机16增强车辆的推进力。这样减少了内燃机12上的机械负荷，从而提高了燃料效率。
发动机控制系统14包括例如电动节气门控制系统的控制性能，以例如将驾驶员控制与内燃机12的动力输出解耦。这是用于混合动力电动车的通常的常规控制机制，并且例如当从热电装置32产生的电能用来增强到电机16的电能供给并且因此减少在内燃机12上的机械负荷时，允许内燃机的输出功率自动减少适合于保持驾驶员要求的车辆11的运行的量，例如保持恒定道路速度。这可能是基于算法的自适应控制系统，以考虑到在内燃机12和热电装置32的电能输出之间的相互作用，由于减少的内燃机功率减少了热电装置32可用于电能转换的废热，并且相应地减少了可从热电装置32用到电动机16上的电能增强。额外的算法可用来检测主要驱动条件所需的最大维持功率，并且自动地从燃料经济模式切换到功率模式，从而利用内燃机12和从热电装置32到电动机16的全部电能供给来推进。
电储存系统48能够作为电能的储存器，以在最大功率需求的驱动条件占优势时操作电动机16和车辆的电气系统。当热电装置32产生的电能超出车辆的电和推进需求时，通常在诸如减速的瞬时的驱动条件下，电的储存系统48必须了解需要的电能存储能力。根据本领域技术人员的知识，空气燃料燃烧器(未示出)能够增加到热电装置32上，以在特定运行条件下提供额外的系统效率和/或功率增益。
虽然本发明的优选实施例已经在上面进行描述，需要理解的是在本发明中能够进行不同的修改，并且所附权利要求意图覆盖所有落在本发明的精神和范围内的所有这些修改。
权利要求
1.一种用于混合动力电动车的热电增强的混合动力电动推进系统，包括用于旋转车辆的车轮的内燃机和电动机；和热电装置，具有设置为与所述内燃机热接触的热侧并且电连接到所述电动机上，以从所述内燃机接收废热并且产生电能以增强所述电动机。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述热电装置设置为与所述内燃机流体连通，以接触从所述内燃机排出的排气。
3.如权利要求2所述的系统，还包括被设置为与所述热电装置的所述热侧热接触的热收集器，并且其中所述热收集器设置为与所述内燃机流体连通以接收排气。
4.如权利要求3所述的系统，还包括连接所述内燃机到所述热收集器的排气管道。
5.如权利要求4所述的系统，还包括提供在所述排气管道中的催化转换器。
6.如权利要求1所述的系统，还包括设置为与所述热电装置的冷侧热接触的冷却机构，以冷却所述热电装置的所述冷侧。
7.如权利要求6所述的系统，还包括设置为与所述热电装置的所述热侧热接触的热收集器，并且所述热收集器设置为与所述内燃机流体连通以接收排气。
8.如权利要求1所述的系统，还包括电储存系统，其电连接到所述热电装置上以用于储存来自所述热电装置的电能。
9.一种用于混合动力电动车的热电增强的混合动力电动推进系统，包括用于旋转车辆的车轮的内燃机和电动机；电连接到所述电动机用于操作所述电动机的电能控制器；热电装置，具有设置为与所述内燃机热接触的热侧并且电连接到所述电能控制器，以从所述内燃机接收废热并且产生电能以增强所述电动机。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述热电装置设置为与所述内燃机流体连通，以接触从所述内燃机中排出的排气。
11.如权利要求10所述的系统，还包括设置为与所述热电装置的所述热侧热接触的热收集器，并且其中所述热收集器设置为与所述内燃机流体连通以接收排气。
12.如权利要求11所述的系统，还包括连接所述内燃机到所述热收集器的排气管道，和提供在所述排气管道中的催化转换器。
13.如权利要求9所述的系统，还包括设置为与所述热电装置的冷侧热接触的冷却机构，以用于冷却所述热电装置的所述冷侧。
14.如权利要求13所述的系统，还包括设置为与所述热电装置的所述热侧热接触的热收集器，并且其中所述热收集器设置为与所述内燃机流体连通以接收排气。
15.如权利要求9所述的系统，还包括电储存系统，其电连接到所述电能控制器上，以用于储存来自所述热电装置的电能。
16.一种用于混合动力电动车的热电增强的混合动力电动推进系统，包括用于旋转车辆的车轮的内燃机和电动机；电连接到所述电动机用于操作所述电动机的电能控制器；从所述内燃机中延伸出的排气管道；设置为与所述排气管道流体连通的热收集器；热电装置，具有设置为与所述热收集器热接触的热侧并且电连接到所述电能控制器上，以从所述内燃机接收废热并且产生电能以增强所述电动机；和冷却机构，其设置为与所述热电装置的冷侧热接触，以冷却所述冷侧。
17.如权利要求16所述的系统，还包括提供在所述排气管道中的催化转换器。
18.如权利要求16所述的系统，还包括电储存系统，其电连接到所述电能控制器上以用于储存来自所述热电装置的电能。
19.一种在混合动力电动车中增强电能的方法，其包括提供内燃机；运行所述内燃机；捕获来自所述内燃机的热能；并且转换所述热能为用于车辆的额外电能。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述捕获来自所述内燃机的热能的步骤包括从所述内燃机排出的排气中捕获热能。
21.如权利要求19所述的方法，还包括储存所述额外电能。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述捕获来自所述内燃机的热能的步骤包括提供热电装置并且将从所述内燃机排出的排气分配与所述热电装置热接触。
全文摘要
公开了一种用于混合动力电动车的热电增强的混合动力电动推进系统。该系统包括用于旋转车辆的车轮的内燃机和电动机。具有与内燃机热接触的热侧的热电装置电连接到电动机上。在操作中，热电装置从内燃机接收废热并且产生电能，以用于电动机来增强车辆的推进力。
文档编号B60K1/00GK101035691SQ200580021989
公开日2007年9月12日 申请日期2005年6月21日 优先权日2004年6月30日
发明者F·R·斯塔布勒 申请人:通用汽车公司