装备氢动力内燃机的方法和系统
2019-11-22

装备氢动力内燃机的方法和系统

一种有一氢动力内燃机(1)的混合式车辆,在怠速或轻负荷工况下,该内燃机采用气缸不起动的策略。向该氢内燃机供应连续的空气流。一个响应发动机速度和加速器踏板位置的控制系统计算喷入该连续空气流的明确氢量。形成的气流在发动机(1)中燃烧而向车辆提供动力。在怠速或轻负荷工况期间,可以停止通向一个或多个气缸的氢供应,而保持通向气缸的空气流。可再充电的蓄电池(7)和从其接受电力的电动机(8)用于补充该氢动力内燃机(1)。

发明详述本发明公开一种带有氢内燃机(ICE)的混合式车辆,利用多种策略来最优化各种条件下的性能和燃料效率。该多种策略用于最优化燃料消耗而同时尽量减小或消除来自发动机的NOx排放。本发明设计成在取决于动力要求的变化速度下进行操作。本发明也包括一个用于与电动机结合的电池系统来补充推进该车辆的氢动力内燃机。

该氢动力内燃机和金属氢化物储氢装置联合工作,带一蓄电池封装件和一电动机,以推进该混合式车辆。本发明的镍-金属氢化物蓄电池适合于提供特别有利于混合式电动车辆(HEV)用途的增大的比功率和再充电速率。本发明提供这些特性而同时保持高能密度。这在本发明中尤其是通过利用具有增大的内电感的正负电极而完成的。此种电极是通过将粉状金属氢化物活性材料压入高导电多孔金属衬底而制成的。这些多孔金属衬底是用铜、铜合金或镀铜或铜合金的镍制成的。此外,该衬底可以镀一种导电而防金属衬底在蓄电池环境中腐蚀的材料,如镍。

图3表示本发明的控制系统的流程图。

参照图5,设计用于混合式电动车辆用途的先有技术的NiMH蓄电池已显示一个约75Wh/kg的可以达到的最大能量密度而同时提供约250W/kg的峰值功率密度容量。这种能量密度和峰值功率密度的组合示于图5中的点A处。允许某些较小的工程改进,利用该能量密度下先有技术NiMH蓄电池可达到的峰值功率密度可以提高到约300W/kg而能量密度为约70Wh/kg,这示于图5中点B处。为了提高用于混合式电动车辆系统中此种先有技术蓄电池的峰值功率密度,必须牺牲能量密度,作为为了获得较高的峰值功率密度的折中选择。这转过来又减小了蓄电池的能量密度,使得例如对于较好的混合式电动车辆性能,当峰值功率密度从250W/kg增加到约650W/kg时,能量密度从约70Wh/kg减小到约45Wh/kg,如图5中点C处所示。再一次,允许某些工程改进,可以达到的45Wh/kg的峰值功率密度可以增大到约700Wh/kg,如图5中点D所示。这些点A、B、C、D限定一个代表利用用于混合式电动车辆中的先有技术NiMH蓄电池能达到的区域P的上限的带E(该区域P限定高功率密度和高能量密度两者的组合)。比起已能获得的适用于混合式电动车辆用途的蓄电池模型来,本发明在产生更高能量密度和更高功率密度两者的独特组合的区域N中提供了改进的性能。采用图5的阴影带E的上限,对于用于混合式电动车辆用途的先有技术NiMH蓄电池模型的选定的能量密度E能达到的峰值功率密度ρ的上限因此能用下列方程式表示:ρ=1375-15E                方程(1)式中ρ是对一给定的能量密度E(用Wh/kg测量)能达到的最大可用峰值功率密度(用W/kg测量)。在相对于超过现存先有技术的这些限度的区域中的能量密度的峰值功率密度水平处,也就是在高于由上述方程(1)确定的限度的水平处,本发明能够操作所有类型的混合式电动车辆系统。例如,一种体现本发明并具有约70Wh/kg的能量密度的蓄电池模型通常呈现至少600W/kg的峰值功率密度(示于图5中点F处),并能具有高达1000W/kg的峰值功率密度(示于图5中点G处)。这些点建立一条特别适合于混合式电动车辆的峰值功率对能量密度关系的带,它们基本上超过先有技术NiMH蓄电池的容量。作为一个特定的例子,一种体现本发明并具有约70Wh/kg的能量密度的Ovonic 60 Ah混合式电动车辆蓄电池提供约600W/kg的峰值功率。在另一例子中,一种体现本发明并具有约55Wh/kg的能量密度的Ovonic 30 Ah混合式电动车辆蓄电池提供约55W/kg的峰值功率。在第三个例子中,一种体现本发明并具有约50Wh/kg的能量密度的Ovonic 20 Ah混合式电动车辆蓄电池提供约600W/kg的峰值功率。

进一步的区分是在“充电耗竭”和“充电持续”的系统之间。在充电耗竭的系统中,蓄电池充电在系统使用期间逐渐耗竭而蓄电池因而必须周期地从外电源如利用连接到公用电源的机构再充电。在充电持续的系统中,在车辆使用期间蓄电池通过再生的制动或同时利用从发动机驱动的发电机所供应的电力来再充电,使得蓄电池在操作期间保持充电。

本发明总的涉及一种排放物非常低的包括一个整体推进系统的混合式电动车辆,尤其涉及一种用于混合式车辆的氢动力内燃机。该氢动力内燃机不用节流阀操作并使用一种气缸不起动策略来在怠速和轻负荷工况下减小功率。

在怠速状态和轻载状态下,也可采用气缸不起动而不是传统的发动机节流来减小发动机的功率。节流会增加燃料消耗,而气缸不起动将不需要节流。气缸不起动可以用不同的途径来达到。最佳的途径是简单地切断对一个或多个气缸的燃料供应而同时保持对每个气缸的恒定空气流。利用该途径,根据从加速器踏板位置和发动机速度计算得的功率需求,燃料喷射器将向空气流分配一定量的氢。因为空气流保持不变,所以对一个或多个气缸切断燃料供应的净效果是将氢内燃机的贫燃料操作限度基本上延伸到超过对所有气缸相等地供应燃料的点,由此可以不用节流就减小发动机的动力。

发明详述本发明公开一种带有氢内燃机(ICE)的混合式车辆,利用多种策略来最优化各种条件下的性能和燃料效率。该多种策略用于最优化燃料消耗而同时尽量减小或消除来自发动机的NOx排放。本发明设计成在取决于动力要求的变化速度下进行操作。本发明也包括一个用于与电动机结合的电池系统来补充推进该车辆的氢动力内燃机。