基于碳基電容電池組的汽車動力系統的制作方法

本發明涉及汽車動力系統的技術領域，尤其涉及一種基于碳基電容電池組的汽車動力系統。

背景技術：

汽車動力系統是指將汽車發動機產生的動力，經過一系列的動力傳遞，最后傳到車輪的整個機械布置的過程，其中一部分動力將以能量存儲的方式轉換成電能，進而存儲在電池組中，以為整車負載供電。汽車的性能表現依賴于作為能量貯存系統的動力蓄電池組，電池組性能直接影響整車的加速特性、續駛里程以及制動能量回收的效率等，電池的成本和循環壽命直接影響車輛的成本和可靠性，因此，動力電池成為電動汽車動力總成最關鍵的技術，是電動汽車市場化、產業化的關鍵。

目前，電動汽車用動力電池主要有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池、超級電容等，其中又以鋰離子電池、超級電容和燃料電池為主流。由于鋰離子動力電池功率密度過低，而超級電容器能量密度不高，燃料電池成本高，這就限制其在汽車領域的進一步應用，后來發明了一種鋰離子混合電容器，鋰離子混合電容器則是介于鋰離子電池和超級電容器之間的儲能裝置，理論上可通過電池材料和電容材料的匹配來實現高的能量密度和功率密度，進而很好填補鋰離子電池與超級電容器之間的技術空白，但在隨后的使用過程中，會發現這種鋰離子混合電容器由于其電極材料的關系，其兩端不能很好的保持動力學平衡，影響了鋰離子混合電容器高功率的表現。

技術實現要素：

本發明為解決汽車動力系統中由于電池組鋰離子混合電容器功率不高而影響整車的加速特性、續駛里程以及制動能量回收的效率的技術問題，提供了一種基于碳基電容電池組的汽車動力系統，旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。

本發明提供了一種基于碳基電容電池組的汽車動力系統，包括：發電機、第一充電機、二極管組、碳基電容電池組、逆變器、動力負載，所述第一充電機輸入端與所述發電機輸出端相連接，所述第一充電機輸出端與所述二極管組一端相連接，所述第一充電機用于將所述發電機產生的交流電力轉換為直流電力，并傳遞給所述二極管組，所述二極管組用于防止所述碳基電容電池組中的直流電力對所述發電機中的直流側反沖，同時將直流電力傳遞給所述碳基電容電池組；所述碳基電容電池組輸入端與所述二極管組另一端相連接，其中，所述二極管組與所述碳基電容電池組輸入端之間設置有一耦合開關，所述碳基電容電池組輸出端與所述逆變器輸入端相連接，所述碳基電容電池組用于存儲所述第一充電機輸出的直流電力，并將直流電力輸送給所述逆變器；所述逆變器輸出端與所述動力負載所連接，所述逆變器用于將所述碳基電容電池組輸出的直流電力轉換為交流電力，并傳遞給所述動力負載，所述動力負載包括一電動機。

根據本發明的優選技術方案：所述二極管組上設置有多個二極管，所述多個二極管為并聯連接。

根據本發明的優選技術方案：所述動力負載還包括一交流負荷，所述交流負荷與所述電動機并聯連接。

根據本發明的優選技術方案：還包括一啟動電池，所述啟動電池與所述發電機輸入端相連接，所述啟動電池用于所述發電機中直流勵磁啟動。

根據本發明的優選技術方案：所述碳基電容電池組的輸出端還與一電子控制單元的輸入端相連接，所述電子控制單元所在支路與所述動力負載所在支路并聯，所述電子控制單元為汽車上的直流負載傳遞電力。

根據本發明的優選技術方案：所述碳基電容電池組的輸出端與所述電子控制單元輸入端之間連接有一直流變換器，所述直流變換器用于將所述碳基電容電池組中的直流電力轉換為所述電子控制單元所需要的直流電力，并將直流電力傳遞給所述電子控制單元。

根據本發明的優選技術方案：所述發電機的輸出端與所述電子控制單元輸入端之間設置有一第二充電機，所述第二充電機用于將所述發電機輸出的交流電力轉換為直流電力，并直接傳遞給所述電子控制單元。

根據本發明的優選技術方案：還包括一監控裝置，所述監控裝置與所述電子控制單元的輸出端相連接，所述監控裝置用于監測所述啟動電池、所述發電機、所述碳基電容電池組及所述動力負載的運行狀態。

根據本發明的優選技術方案：還包括一檔位開關，所述檔位開關與所述電動機的輸入端相連接，所述檔位開關用于所述電動機工作時選用所需要的動力。

根據本發明的優選技術方案：所述碳基電容電池組包括多個碳基電容電池，所述多個碳基電容電池之間為串聯和/或并聯的方式組合；所述碳基電容電池包括極板、位于所述極板之間的電解液，以及位于所述電解液中的電容紙或膜，所述極板包括：金屬材料的集流體，以及涂覆于所述集流體上的碳鋰混合納米級多孔材料層，所述碳鋰混合納米級多孔材料層由納米級多孔碳元素基材與鋰粉混合而成，所述納米級多孔碳元素基材采用高分子活性炭和/或石墨烯。

本發明的有益效果是：

通過提供一種基于碳基電容電池組的汽車動力系統，采用碳基電容電池組作為動力電源，碳基電容電池組中的碳基電容電池具有大功率特性，大電流輸入及輸出，使得整個汽車的加速特性、續駛里程以及制動能量回收的效率都有很大程度提高。

附圖說明

圖1為本發明基于碳基電容電池組的汽車動力系統的流程圖；

圖2為碳基電容電池結構圖。

其中，10、發電機；20、第一充電機；30、二極管組；40、碳基電容電池組；401、碳基電容電池；4011、極板；4012、電解液；4013、電容紙；50、逆變器；60、動力負載；601、電動機；602、交流負荷；70、啟動電池；80、電子控制單元；90、直流變換器；100、第二充電機；110、監控裝置；120、檔位開關。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，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觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，圖1為本發明基于碳基電容電池組的汽車動力系統的流程圖，本實施例提供了一種基于碳基電容電池組的汽車動力系統，包括：發電機10、第一充電機20、二極管組30、碳基電容電池組40、逆變器50、動力負載60，發電機10采用Y形連接方式，為一種交流發電機10，其工作原理是當外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便產生磁場，使爪極被磁化為N極和S極，當轉子旋轉時，磁通交替地在定子繞組中變化，根據電磁感應原理可知，定子的三相繞組中便產生交變的感應電動勢。

本實施例中所述第一充電機20輸入端與所述發電機10輸出端相連接，所述第一充電機20輸出端與所述二極管組30一端相連接，所述第一充電機20用于將所述發電機10產生的交流電力轉換為直流電力，并傳遞給所述二極管組30，所述二極管組30用于防止所述碳基電容電池組40中的直流電力對所述發電機10中的直流側反沖，同時將直流電力傳遞給所述碳基電容電池組40；所述碳基電容電池組40輸入端與所述二極管組30另一端相連接，其中，所述二極管組30與所述碳基電容電池組40輸入端之間設置有一耦合開關。

所述碳基電容電池組40輸出端與所述逆變器50輸入端相連接，所述碳基電容電池組40用于存儲所述第一充電機20輸出的直流電力，并將直流電力輸送給所述逆變器50；所述逆變器50輸出端與所述動力負載60相連接，所述逆變器50用于將所述碳基電容電池組40輸出的直流電力轉換為交流電力，并傳遞給所述動力負載60，所述動力負載60包括一電動機601。

需要說明的是，以上是混合動力汽車的流程，當所述二極管組30與所述碳基電容電池組40輸入端之間設置的耦合開關處于斷開的狀態時，此時就只有碳基電容電池組40、逆變器50及動力負載60工作，此時的汽車動力系統為純電動汽車動力系統，此時的動力系統將依靠純粹的碳基電容電池組40進行電力供應，當閉合此耦合開關時，純電動動力系統轉變為混合動力系統，電動汽車的性能表現依賴于作為能量貯存系統的動力蓄電池組，電池組性能直接影響整車的加速特性、續駛里程以及制動能量回收的效率等，電池的成本和循環壽命直接影響車輛的成本和可靠性。

本實施例中所述二極管組30上設置有多個二極管，所述多個二極管為并聯連接，多個二極管前相對應的設置有斷合開關，可方便以后選擇性使用這些二極管。

所述動力負載60還包括一交流負荷602，所述交流負荷602與所述電動機601并聯連接，該交流負荷602一般為汽車上的交流電器，如插座、空調等。

基于碳基電容電池組的汽車動力系統還包括一啟動電池70，所述啟動電池70與所述發電機10輸入端相連接，所述啟動電池70用于所述發電機10中直流勵磁啟動，該啟動電池70為一般汽車啟動用的標準電池。

本實施例中所述碳基電容電池組40的輸出端還與一電子控制單元80的輸入端相連接，所述電子控制單元80所在支路與所述動力負載60所在支路并聯，所述電子控制單元80為汽車上的直流負載傳遞碳基電容電池組40的電力。

所述碳基電容電池組40的輸出端與所述電子控制單元80輸入端之間連接有一直流變換器90，所述直流變換器90用于將所述碳基電容電池組40中的直流電力轉換為所述電子控制單元80所需要的直流電力，并將直流電力傳遞給所述電子控制單元80。

本實施例中所述發電機10的輸出端與所述電子控制單元80輸入端之間設置有一第二充電機100，所述第二充電機100用于將所述發電機10輸出的交流電力轉換為直流電力，并直接傳遞給所述電子控制單元80。

基于碳基電容電池組的汽車動力系統還包括一監控裝置110，所述監控裝置110與所述電子控制單元80的輸出端相連接，所述監控裝置110用于監測所述啟動電池70、所述發電機10、所述碳基電容電池組40及所述動力負載60的運行狀態。

基于碳基電容電池組的汽車動力系統還包括一檔位開關120，所述檔位開關120與所述電動機601的輸入端相連接，所述檔位開關120用于所述電動機601工作時選用所需要的動力。

所述碳基電容電池組40包括多個碳基電容電池401，所述多個碳基電容電池401之間為串聯和/或并聯的方式組合，碳基電容電池401的串并聯的組合方式取決于電動機601的瞬間工作電壓或者電動機601的持續工作電流。

傳統的汽車儲能電池組都采用PAK控制系統，基于碳基電容電池組的汽車動力系統中的所述碳基電容電池組40通過CAN總線的方式將多個所述碳基電容電池401的相關信息發送至所對應的控制單元，使其能夠及時處理并采取措施，以達到高效安全合理使用碳基電容電池組40的目的，CAN總線也稱之為控制器局域網，為了實現汽車各個控制單元間通信的可靠性和數據信號高傳輸率，能夠及時協調處理突發狀況，CAN總線是首選的通信協議，從而達到整車性能的穩定性。

本實施例中的所述碳基電容電池組40還包括一外殼，所述外殼為一封閉的組合空間，與傳統的汽車儲能電池組相比較，本實施例中碳基電容電池組40的內部不需要冷卻系統及通風系統，就可以保持內部的碳基電容電池401的溫度在一個合理的范圍內，所述多個碳基電容電池401設置于所述外殼中。

如圖2所示，圖2為碳基電容電池401結構圖。基于碳基電容電池組的汽車動力系統中的碳基電容電池401是一種新型的能源電池，不分正負極，所述碳基電容電池401包括極板4011、位于所述極板4011之間的電解液4012，以及位于所述電解液4012中的電容紙4013或膜，所述極板4011包括：金屬材料的集流體，以及涂覆于所述集流體上的碳鋰混合納米級多孔材料層，所述碳鋰混合納米級多孔材料層由納米級多孔碳元素基材與鋰粉混合而成，所述納米級多孔碳元素基材采用高分子活性炭和/或石墨烯。

所述碳基電容電池401額定工作電壓為2.5-3V，碳基電容電池401結合了鋰離子電池和電容器二者的優點，同時規避了兩者所面臨的缺陷，可望很好填補電池與電容器之間的技術空白，其能量存儲過程既包含鋰離子與電極材料體相發生的可逆法拉第化學反應，又包括電化學活性材料對離子的可逆吸脫附過程。

通過對碳基電容電池401兩端電極進行材料設計，改善電極材料制備過程中的配料涂布技術，將兩電極中的電化學反應很好地控制在材料的表面/近表面區域，從而有效地增強了表面電荷存儲，克服了體相擴散控制，減小了二者的動力學性能差異，進而同時提高其能量密度和功率密度，使得所述碳基電容電池401具有可充電類型的物理特性，且使得其電極材料具有嵌入-脫出實現能量存儲的功能。

動力電池是電動汽車動力總成最關鍵的技術，是電動汽車市場化、產業化的關鍵,碳基電容電池401不僅作為新能源汽車的主要動力源，還將在電廠供電局后備供電系統、移動運營商基站和數據中心、發電廠的儲能調峰、微儲能的電池系統以及軍事領域等都具有重大的潛在應用價值。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施方式”、“一些實施方式”、“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。