专利名称：一种混合动力驱动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及混合动力交通工具如汽车、轮船等，具体涉及一种混合 动力驱动系统。
背景技术：
混合动力车由于具备低排放、低油耗、动力性能好等优势，己经成为广 大科研人员和汽车制造厂家的研究热点。而随着人们环保、节能意识的增强， 对于内燃机尾气的再利用也成为一个研究热点。美国专利US2006046894公开了一种混合动力驱动系统，如图1所示， 该系统包括内燃机l、电动机2、电池组3、涡轮机4、发电机5和排气管6， 所述内燃机1与排气管6相连，所述涡轮机4装在排气管6上且涡轮机4的 内部与排气管6相通，所述涡轮机4与发电机5连接，所述发电机5与电池 组3和电动机2连接。该混合动力驱动系统在运行时，由内燃机1和/或电动 机2驱动。在内燃机1工作时，内燃机1产生的尾气先经过涡轮机4，然后 通过排气管6排放到大气中。尾气的动能推动涡轮机4的叶轮旋转，该旋转 带动涡轮机4的输出轴旋转，从而驱动发电机5发电，发电机5产生的电能 给电池组3充电或直接驱动电动机2。该混合动力驱动系统充分利用内燃机 1产生的尾气的动能进行发电，从而节约了内燃机l的部分能量，提高了燃 油经济性。但是内燃机尾气不但具有大量的动能，还具有大量的热能，此种 结构的混合动力驱动系统只是利用了尾气的动能，而没有利用尾气的热能， 所以尾气的热能被散发到空气中去，从而造成了能源的浪费。实用新型内容 本实用新型的目的是提供一种充分利用内燃机尾气的动能和热能的混 合动力驱动系统。本实用新型提供了一种混合动力驱动系统，该系统包括内燃机l、电动机2、电池组3、涡轮机4、发电机5和排气管6，所述内燃机1与排气管6 相连，所述涡轮机4包括外壳28和叶轮29，所述叶轮29位于外壳28中， 所述涡轮机4装在排气管6上且外壳28的内部与排气管6相通，所述涡轮 机4与发电机5连接，所述发电机5与电池组3和/或电动机2连接，其中， 该系统还包括热电转换装置7，所述热电转换装置7装在排气管6上且与电 池组3和/或电动机2连接。该混合动力驱动系统在运行时，由内燃机1和/或电动机2驱动。在内 燃机1工作时，内燃机1产生的尾气先经过涡轮机4和热电转换装置7，然 后通过排气管6排放到大气中。在涡轮机4中，尾气的动能推动涡轮机4的 叶轮旋转，该旋转带动涡轮机4的输出轴旋转，从而驱动发电机5发电，发 电机5产生的电能给电池组3充电或直接驱动电动机2;在热电转换装置7 中，热电转换装置7将尾气的热能转化为电能，该电能给电池组3充电或直 接驱动电动机2。由于本实用新型提供的混合动力驱动系统还包括热电转换装置7，该热 电转换装置7能够将内燃机尾气的热能转化为电能，并将该电能提供给电池 组3或电动机2。所以该系统不仅利用了尾气的动能，而且利用了尾气的热 能，从而使尾气的能量得到充分的利用，极大地提高了燃油经济性。
图1是传统混合动力驱动系统的结构示意图；图2是本实用新型提供的混合动力驱动系统的结构示意图；图3是本实用新型提供的混合动力驱动系统的涡轮发电部分的局部结构
示意图；图4是本实用新型提供的混合动力驱动系统的热电转换装置的结构示意图；图5是本实用新型提供的混合动力驱动系统的热电转换装置的结构示意图；图6是本实用新型提供的混合动力驱动系统的涡轮发电部分的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。如图2和图3所示，本实用新型提供的混合动力驱动系统包括内燃机1、 电动机2、电池组3、涡轮机4、发电机5和排气管6，所述内燃机l与排气 管6相连，所述涡轮机4包括外壳28和叶轮29，所述叶轮29位于外壳28 中，所述涡轮机4装在排气管6上且外壳28的内部与排气管6相通，所述 涡轮机4与发电机5连接，所述发电机5与电池组3和/或电动机2连接，其 中，该系统还包括热电转换装置7，所述热电转换装置7装在排气管6上且 与电池组3和/或电动机2连接。为了充分利用内燃机尾气的热能，优选地，所述热电转换装置7装在排 气管6上靠近内燃机1的一端。所述热电转换装置7可以为本领域公知的各种热电转换装置。为了安装 方便，根据本实用新型的一种优选实施方式，如图4和图5所示，热电转换 装置7具有管状结构，该管状结构从内到外依次为排气管路通道10、热端 23、热电转换器9、冷却层12和冷端11，所述热电转换器9包括主体3K 两个热量输入端30和电流输出端13，该两个热量输入端30分别与热端23 和冷端11连接，电流输出端子13用于与电池组3和/或电动机2的正极连接。
所述热量输入端30用于将热端23和冷端11的热量输入热电转换器9，通过 热电转换器9转换的电流通过电流输出端13输出。所述热量输入端30和电 流输出端13可以在主体31上任意设置，如可以同时设置在主体31的一端， 也可以分别设置在主体31的两端。所述热电转换器9可以为本领域公知的 各种热电转换器，如温差半导体、热电子发电器、光伏发电器或碱金属热电 转换器。下面描述热电转换装置7在排气管6上的装配及工作。将所述热电转换 装置7装在排气管6上，使热电转换器9紧贴排气管6的外壁，使热端23 紧贴排气管6的内壁，将电流输出端子13与电池组3和/或电动机2的正极 连接。热电转换装置7在工作时，将内燃机冷却水充入冷却层12，内燃机l 排出的高温尾气通过排气管路通道10排出，在排出过程中，热端23充分吸 收高温尾气的热量，冷端11通过冷却层12中的内燃机冷却水冷却。热电转 换器9借助冷端11和热端23的温差发电，从而实现热电转换。所述热电转 换装置7利用内燃机冷却水8(TC左右的温度和内燃机尾气800°C以上的温度 进行热能发电，可以使能源得到再利用，节约能耗。所述涡轮机4可以为本领域公知的各种涡轮机，如图3所示，通常的涡 轮机4包括外壳28、叶轮29和输出轴20，所述叶轮29位于外壳28中且装 在输出轴20上，叶轮29的转动带动输出轴20转动。所述外壳28通常为圆 柱状的。为了防止由于涡轮机的设置而使内燃机的排气压力增大，从而对内 燃机的性能产生影响，如图3所示，优选地，该系统还包括旁通阀14，所述 涡轮机4的外壳28上开有贯穿外壳28的排气孔15，所述旁通阀14位于排 气孔15中且与排气孔15配合，更优选地，所述旁通阀14和排气孔15为两 个，该两个旁通阀14和排气孔15以外壳28的纵轴为对称轴对称地设置在 外壳28上。所述旁通阀14可以为本领域公知的各种旁通阀，如图3所示， 根据本实用新型的一种优选实施方式，所述旁通阀14包括顶盖16、楔形塞 17和弹性部件18，所述楔形塞17的大端与顶盖16固定连接，所述楔形塞 17的小端插入排气孔15中，所述弹性部件18与顶盖16和涡轮机4的外壳 28固定连接。旁通阀14在工作时，可以先参照不加涡轮机的排气管的排气 压力设定一个初值；当排气压力等于或低于这个初值时，弹簧18通过顶盖 16将弹簧拉力传递给楔形塞17，使楔形塞17将排气孔15塞紧；当排气压 力大于这个初值时，排气压力克服弹簧18的拉力而将楔形塞17顶开，使排 气孔15部分开启，由于楔形塞17的截面为梯形，所以排气压力越大，排气 孔15开启越大。因此，排气压力始终围绕设定的初值波动，由于波动范围 不大，所以不会对内燃机1的性能产生影响。为了控制热电转换装置7和发电机5发电的电压，从而保护电池组3和 电动机2，如图2所示，优选地，该系统还包括变压器22，所述热电转换装 置7和/或发电机5通过变压器22与电池组3和/或电动机2连接。所述变压 器22可以为本领域公知的各种变压器。为了降低涡轮机4的转速，使涡轮机4的转速与发电机5的需求相匹配， 如图6所示，优选地，该系统还包括齿轮减速驱动器19，所述涡轮机4通过 齿轮减速驱动器19与发电机5连接。所述齿轮减速驱动器19可以为本领域 公知的各种类型的行星机构。图6为本实用新型提供的一种优选实施方式的涡轮发电部分的结构示意 图。如图6所示，所述涡轮机4装在排气管6上，涡轮机4的输出轴20通 过直角驱动器21将动力输出给齿轮减速驱动器19，齿轮减速驱动器19驱动 发电机5发电。为了使内燃机尾气中未燃烧的燃料充分燃烧，防止尾气污染环境，如图 2所示，优选地，该系统还包括排气净化器8，所述排气净化器8装在排气管6上且排气净化器8的内部与排气管6相通。所述排气净化器8为传统的排气净化器，它的结构为本领域所公知，在此不再赘述。
为了充分、有效地利用内燃机1尾气的能量并且便于布置，如图2所示， 优选地，所述热电转换装置7、排气净化器8和涡轮机4在排气管6上顺着 内燃机1尾气的排出方向依次设置。该系统还包括后轮24、动力传输装置25、变速箱26和差速器27，所述 内燃机1与动力传输装置25连接，所述动力传输装置25和电动机2分别与 变速箱26连接，所述变速箱26与差速器27连接，所述差速器27与后轮24 连接。所述变速箱26包括传动装置和电动离合器，所述传动装置将动力传 输装置25和电动机2传递的动力结合在一起，所述电动离合器又可以将两 者传递的动力分离，因此变速箱26可以由内燃机1或电动机2单独驱动， 也可以由两者同时驱动。按照本实用新型提供的混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统的其 它结构为常规的混合动力驱动系统的结构，该结构为本领域所公知，在此不 再赘述。下面描述本实用新型提供的混合动力驱动系统的工作。 如图2和图6所示，内燃机1的动力经由动力传输装置25传递给变速 箱26;内燃机1排出的尾气通过内燃机排气管6先进入热电转换装置7，热 电转换装置7将尾气含有的热能转换为电能;尾气从热电转换装置7中出来， 进入排气净化器8，尾气中没有充分燃烧的燃料在排气净化器8中充分燃烧； 充分燃烧的尾气从排气净化器8中出来，进入涡轮机4，尾气的动能推动涡 轮机4的叶轮29旋转，叶轮29又带动涡轮机4的输出轴20旋转，输出轴 20通过直角驱动器21将动力传递给齿轮减速驱动器19，齿轮减速驱动器19 驱动发电机5发电；从涡轮机4出来的尾气通过排气管6排放到大气中；热 电转换装置7转换的电能和发电机5产生的电能通过变压器22同时给电池 组3充电或直接驱动电动机2;电动机2将动力传递给变速箱26;变速箱26 将内燃机1传递的动力和电动机2传递的动力结合或分离，然后将结合或分
离后的动力传递给差速器27，差速器27将动力传递给后轮24，从而实现驱 动后轮24的功能。本实用新型提供的混合动力驱动系统由于充分利用了内燃机尾气的热 能和动能，所以使内燃机尾气的大部分能量都得到有效利用，从而提高了内 燃机的燃油经济性。此外，由于尾气的能量被大量吸收，所以有效地降低了 排气压力，从而有效地降低了内燃机的排气噪声。本实用新型提供的混合动力驱动系统可以适用于任何形式的混合动力 驱动系统，如并联式、串联式或混联式等。
权利要求1、一种混合动力驱动系统，该系统包括内燃机(1)、电动机(2)、电池组(3)、涡轮机(4)、发电机(5)和排气管(6)，所述内燃机(1)与排气管(6)相连，所述涡轮机(4)包括外壳(28)和叶轮(29)，所述叶轮(29)位于外壳(28)中，所述涡轮机(4)装在排气管(6)上且外壳(28)的内部与排气管(6)相通，所述涡轮机(4)与发电机(5)连接，所述发电机(5)与电池组(3)和/或电动机(2)连接，其特征在于，该系统还包括热电转换装置(7)，所述热电转换装置(7)装在排气管(6)上且与电池组(3)和/或电动机(2)连接。
2、 根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述热电 转换装置(7)装在排气管(6)上靠近内燃机(1)的一端。
3、 根据权利要求1或2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述 热电转换装置(7)具有管状结构，该管状结构从内到外依次为排气管路通 道(10)、热端(23)、热电转换器(9)、冷却层(12)和冷端(11)，所述 热电转换器(9)包括两个热量输入端(30)和电流输出端(13)，该两个热 量输入端(30)分别与热端(23)和冷端(11)连接；排气管(6)套装在 热端(23)和热电转换器(9)之间，所述电流输出端子(13)与电池组(3) 和/或电动机(2)的正极连接。
4、 根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该系统还 包括旁通阀(14)，所述涡轮机(4)的外壳(28)上开有贯穿外壳(28)的 排气孔(15)，所述旁通阀(14)位于排气孔(15)中且与排气孔(15)配
5、 根据权利要求4所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述旁通 阀(14)和排气孔(15)为两个，该两个旁通阀(14)和排气孔(15)以外 壳(28)的纵轴为对称轴对称地设置在外壳(28)上。
6、 根据权利要求4或5所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述 旁通阀(14)包括顶盖(16)、楔形塞(17)和弹性部件18)，所述楔形塞(17) 的大端与顶盖(16)固定连接，所述楔形塞(17)的小端插入排气孔(15) 中，所述弹性部件(18)与顶盖(16)和涡轮机(4)的外壳(28)固定连接。
7、 根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该系统还 包括变压器(22)，所述热电转换装置(7)和/或发电机(5)通过变压器(22) 与电池组(3)和/或电动机(2)连接。
8、 根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该系统还 包括齿轮减速驱动器(19)，所述涡轮机(4)通过齿轮减速驱动器(19)与 发电机(5)连接。
9、 根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，该系统还 包括排气净化器(8)，所述排气净化器(8)装在排气管(6)上且排气净化 器(8)的内部与排气管(6)相通。
10、 根据权利要求9所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述热电 转换装置(7)、排气净化器(8)和涡轮机(4)在排气管(6)上顺着内燃 机(1)尾气的排出方向依次设置。
专利摘要一种混合动力驱动系统，该系统包括内燃机、电动机、电池组、涡轮机、发电机和排气管，所述内燃机与排气管相连，所述涡轮机包括外壳和叶轮，所述叶轮位于外壳中，所述涡轮机装在排气管上且外壳的内部与排气管相通，所述涡轮机与发电机连接，所述发电机与电池组和/或电动机连接，其中，该系统还包括热电转换装置，所述热电转换装置装在排气管上且与电池组和/或电动机连接。本实用新型提供的混合动力驱动系统不仅利用了尾气的动能，而且利用了尾气的热能，从而使尾气的能量得到充分的利用，极大地提高了燃油经济性。
文档编号B60K6/485GK201049586SQ20072014727
公开日2008年4月23日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者陈淑君, 马玉环 申请人:比亚迪股份有限公司