CN102781713B - 碳氢燃料电系列混合推进系统 - Google Patents

Abstract

一种混合推进系统（8），用于在正常载荷条件和高速公路速度下给例如美国交通部8级半拖车卡车的车辆（V）提供动力，该系统包括内燃发动机（14），由内燃发动机（14）供给动力的AC发电机（20），DC电池组（26，28），AC/DC控制器（22），和动力系辆（V）的动力系（33）的AC电动马达（32）。AC发电机（20）和DC电池组（26，28）对AC/DC控制器（22）提供输入，该AC/DC控制器又从DC电池组（26，28）经由DC电路将DC输入到AC，从而从AC/DC控制器（22）输出到电动马达（32）的输出是用于给车辆（V）提供动力的AC。DC电池组（26，28）可以包括薄板富液式铅酸电池并且可以串连、平行和串连和平行的组合式连接。车辆（V）可以被重新改装以结合推进系统（8）。

Description

碳氢燃料电系列混合推进系统

技术领域

本发明涉及用于给车辆供电的碳氢燃料电系列混合推进系统，尤其涉及用于给重型车辆，例如在正常载荷条件和高速下的8级运输（8DOTclassified）半拖车卡车供电的这种推进系统。

背景技术

混合电车（HEV）是通过电动马达和内燃（IC）发动机供电的车辆，包括柴油发动机或其他碳氢或化石燃料发动机。在柴油电系列混合推进系统中，柴油发动机不直接连接到用于机械驱动动力的变速器。而是，由IC发动机产生的能量通过发电机转换为电能，该发电机重新使得电池充电，以便对一个或多个电动马达提供电力。电动马达系统提供使车轮转动的扭矩。因为IC发动机不直接连接到车轮，IC发动机可以在最优速率下进行操作并且能自动地或手动地切断，用于车辆的临时全电子零排放操作。传统的柴油电系列混合推进系统通常被很好地用于轻量型往返车辆和起停运输公交车。

目前，没有诸如半拖车卡车的美国运输部8级公路运输车辆，该半拖车卡车在正常载荷（重力）条件下使用柴油电系列混合推进系统作为动力源，其中正常载荷（能力）条件能够在一延长的时间段内保持高速。这部分地由于运输工业的动力要求，并且部分地代表没有满足美国运输部8级车辆要求的目前电池技术。当前，考虑到具有IC发动机动力系系统的这种车辆的操作的可靠性和成本优点，运输工业依赖于IC发动机动力系系统作为美国运输部8级车辆的推进系统。

发明内容

传统的美国运输部8级车辆IC发动机动力系在它们使用化石燃料用于产生机械能时不是非常有效，例如，效率为38%或者更少。传统的美国运输部8级车辆在正常载荷条件和高速公路速度下每加仑柴油燃料平均行驶5.5公里。

相反，目前获得的大多数电子装置在它们将电力转换为机械能的转换中具有例如92%－97%的范围的相对高的效率范围。通过移除马达动力系辆中的IC发动机驱动马达并且使用外电力对电子驱动马达供电，可以从给定的化石燃料中获得更大的燃料效率。在最佳功率曲线和rpm设置下操作动力，同时产生由驱动马达使用的电流并且通过计算机驱动马达控制器控制电流，可以导致与典型的IC发动机动力系相比的最佳效率。

因此，需要提供一种系统，该系统在有利的功率曲线和rpm设置下操作动力，同时产生由驱动马达使用的电流并且通过计算机驱动马达控制器控制电流，可以导致与典型的IC发动机动力系相比的有利效率，以便获得与典型的IC发动机动力系相比的有利效率。

通常，柴油电系列混合车辆的当前设计使用电池组作为主电源来驱动马达。然而，目前的电池技术典型地为柴油电系列混合推进系统的有限设计结构。为了克服这些限制，外用电池材料通常用于这些电动推进系统。外用电池材料的示例包括锂钴氧化物、锂锰、镍镉合金和镍钴锰合金。设计有这些外用材料的电池组导致用于推进系统的深的电池排放循环。设计有这些外用材料的电池组已经用作用于电动车辆的主电源，或者功率被引导通过电池组直到电动驱动马达。以这种方式使用电池需要单个电池的深的排放循环能力，以便在正常速度和范围下动力系辆。这对于需要越来越多的外用材料的电池来说提供了很大的需求，以便增加电池的性能。这些外用材料，当对电动推进系统提供一些益处的同时，是昂贵的并且给电池管理系统带来复杂性。

至今，传统的柴油电混合推进系统被限制在电子模式上操作的大约35mph的速度。典型地，柴油电机保持连接到驱动系统并且以大于35mph的速度动力系辆，而电动马达以大于35mph的速度切断动力系并且在车辆在35mph以上运行时可以仅仅提供很少量的电力。由于电力马达即使在它不用于给车辆提供电力的情况下也持续运转，因而该类型的混合设计给动力系增加了额外的负载。

需要提供用于美国交通部8级车辆，诸如在与传统类型车辆相比具有更大效率下运行的公路卡车的碳氢燃料电系列混合推进系统。本发明可以提供IC发动机供电的车辆，该IC发动机供电的车辆导致与传统IC发动机供电的美国交通部8级车辆相比燃料使用率的50%或者甚至65%或者更大的减小。

传统美国交通部8级车辆一般由IC发动机供电，其中扭矩和速度通过使用手动或自动变速器和动力系差速器齿轮比来控制。这种传统系统一般是复杂的并且由于维持给定速度同时承载不同构造和重量的载荷时的驱动循环要求而易于损坏和断裂。当重型拖运车辆的驾驶员在山谷地带行驶时，用于使IC动力系系统中的齿轮变化的恒定速度是驾驶疲劳的主要原因。

因此，需要提供碳氢燃料的电系列混合推进系统，该推进系统对使模仿自动变速器的分速器维持恒定的扭矩和速度，而没有这种差速器的关联的机械能量损失和关联的流体动力传送损失，并且没有导致驾驶员的疲劳。

一般，传统的美国交通部8级车辆使用优选的为“Jake制动”，以便使重型车辆减速，而不需要使用空气制动系统或者在使车辆减速或停止时辅助空气制动系统。这是主要的安全特征并且在大多数重型车辆中是标准的。车辆的减速或停止通过使用IC发动机的背压完成。当很好地运行该功能时，Jake制动的操作很响。许多城市被禁止使用Jake制动或者在使用Jake制动的禁止车辆处理中，并且规定噪声条例，籍此阻止在车辆中使用Jake制动。

因此，进一步需要提供碳氢燃料的电系列混合推进系统，该推进系统消除了Jake制动并且使车辆能够与Jake制动一样的被减速，但是在动力方面具有非常小的噪声或者没有噪声。

本发明满足上述需要。提供了一种用于给车辆，诸如包括半拖车卡车、在正常载荷条件下并且在大于35mph的高速公路速度下的美国交通部8级车辆提供动力的碳氢燃料电系列混合推进系统。在本发明的一个实施例中，该系统包括碳氢燃料的内燃（IC）发动机、由IC发动机提供动力的AC发电机、一个或更多个DC电池组、AC/DC控制器，和AC电驱动马达。在本发明的一个实施例中，由IC发动机驱动的AC发电机给AC/DC控制器提供AC输入。在需要时，DC电池组对AC/DC控制器提供了增强的DC输入。AC/DC控制器从DC电池组经由DC电路将DC输入转换成AC，从而从AC/DC控制器至电驱动马达的总输出为AC。AC电驱动马达可以机械地直接连接到轴间差速器，而没有使用对车辆提供动力的变速器。

本发明的一个实施例有效地使用了小型AC发电机，以便将电流提供给AC电驱动马达。DC电池组保持大约80%充电，从而当制动或滑行时允许由AC驱动马达发电。这对DC电池提供了可控的、再生电力，该电力在由AC驱动马达所需时又对AC/DC控制器提供了附加电力，用于加速和不同的载荷条件。

在本发明的一个实施例中，当制动被施加或者处于滑行状态时，与AC/DC控制器连接的AC驱动马达产生DC电流，同时提供再生式制动。该电力的一部分被用来将DC电池组保持在大约80%的充电水平，并且剩余或者超出可获得的DC电流可以被输送给各个电子系统，诸如氢发电机、液压蓄电池充电系统，或者其他有用设备。在氢气发生器的情况下，水的电解用来产生氢气，然后该氢气可以被注入碳氢燃料发电机内，以便对AC发电机产生附加电力，该AC发电机又对电驱动马达提供AC电流。氢气作为燃料混合物结合在碳氢燃料发动机内改进了碳氢燃料的里程性能并且减小了颗粒排放。

本发明的发电平台提供了产生有用量氢的充分DC电流，氢用于注入碳氢燃料注射系统内。当氢被添加到恒定的rpm碳氢燃料发动机中的燃料混合物时，容易处理燃料点火时间。这可以导致至多30或40%的燃料里程数的增加，具有更干净的燃烧发动机且在改变的rpm变化和扭矩变化下操作时不具有与IC发动机相关的时间问题。

本发明的一个方面是提供一种用于给车辆提供电力的混合推进系统，该推进系统包括碳氢燃料发动机、由碳氢燃料发动机供电的AC发电机、至少一个DC电池、AC/DC控制器和驱动地连接到车辆的动力系的AC电动马达，其中，AC发电机和至少一个DC电池提供对AC/DC控制器的输入，并且AC/DC控制器将DC输入从至少一个DC电池转换为AC，并且将AC输出到AC电动马达以便动力系辆的动力系。

本发明的另一个方面提供了具有混合推进系统的美国交通部8级车辆，该系统包括碳氢燃料发动机、由碳氢燃料发动机供给动力的AC发电机、至少一个DC电池、连接到AC发电机的AC/DC控制器和至少一个DC电池，以及连接到AC/DC控制器且与车辆的动力系驱动接合的AC电动马达，其中美国交通部8级车辆能够在至少150mph的速度下行驶至少5小时。

本发明的另一个方面提供了一种电池装置，该电池装置用于在正常载荷条件下和高速公路速度下给车辆提供动力的混合推进系统，该电池装置包括至少一个电池和用于控制至少一个电池的温度的控制部件。

本发明的另一个方面提供了一种用于给车辆提供动力的混合推进系统，包括构成为并装置成产生可用量的氢气的发电平台，其中氢气用作由混合推进系统中的碳氢燃料发动机产生的燃料补充。

本发明的这些和其他方面将从下面的描述中变得显而易见。

附图说明

图1是车辆的局部示意性顶视图，包括根据本发明一个实施例的碳氢燃料电系列混合推进系统；

图2是示出碳氢燃料电系列混合推进系统，以及根据本发明一个实施例的系统的多个部件的各个电连接的流程图；

图3是用于根据本发明的一个实施例的碳氢燃料电系列混合推进系统中使用的电池组的部分示意图；

图4是四个电池组装置的图解视图，该四个电池组包括用于在根据本发明的一个实施例的碳氢燃料电系列混合推进系统中使用的电池A、B、C、D，和DC脉冲充电控制系统；

图5是包括根据本发明的一个实施例的碳氢燃料电系列混合推进系统的车辆的部分示意性侧视图；

图6和7示出了容纳根据本发明的一个实施例的混合推进系统系列的某些部件的电子箱；

图8示出了根据本发明一个实施例的DC电力控制电池；

图9示出了根据本发明一个实施例的电池温度控制的方法；

图10示出了根据本发明一个实施例的发电机的可调节限流输出；

图11示出了根据本发明一个实施例的发电机的可调节限流输出；

图12示出了根据本发明一个实施例的地面错误断续器和电压泄漏装置；

图13示出了根据本发明一个实施例的永磁发电机。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的车辆V上使用的碳氢燃料电系列混合推进系统8的部件的装置。图2示出了系统8的各个部件和它们的电连接。如图1和2所示，碳氢燃料电系列混合推进系统8包括碳氢燃料发动机14，该碳氢燃料发动机为内燃（IC）发动机；碳氢燃料箱16和18，用于接收输送到碳氢燃料发动机14的碳氢燃料；AC发电机20，其经由轴机械地连接到碳氢燃料发动机14，AC发电机可以在工厂被机械连接并且作为“电机组”的一个单元进行售卖；AC/DC控制器22，其通过高压导线电连接到AC发电机20；DC控制延迟10；AC控制延迟12；可选氢气发生器13；DC电池组26和28；CPU控制器界面29（图2），其位于车辆V的驾驶室中；DC脉冲充电的计算机控制器30，其安装在车辆V上的任何合适的位置处；AC电驱动马达32，其在某些实施例中可以是变频马达，并且经由轴33机械地直接连接到后部差速器34，该差速器又使轮36、38、40和42旋转。可选地，该系统可以使用位于AC电驱动马达32和差速器34之间的自动或手动变速器（未示出）。可选地，该系统可以包括电容器箱44和46，如果需要；电解循环系统48；和/或空气制动系统50。用于碳氢燃料发动机14的碳氢燃料可以包括柴油、汽油、乙醇、丙烷、天然气、碳氢合成燃料等等。

如在此使用的，术语“美国交通部8级车辆”意味着具有根据美国运输部（DOT）车辆毛重量比或GVWR标准的大于33,000磅（14,969公斤）的车辆毛重量比（GVWR）的任何车辆。如在此使用的，术语“AC发电机”包括通过在强电磁场中旋转导线线圈并且引导线圈中的电势而将机械能转换成电力的AC发电机和交流发电机。

图2的流程图示出了系统8的功能。图2的双箭头示出沿着两个方向行进的电力或电流。取决于作为由驾驶员输入的电驱动马达要求，每个功能可以一起发生或者独立于彼此发生。如图2所示，AC电流从AC发电机20流入AC/DC马达控制器22。然后，AC电流从AC/DC马达控制器行进至AC控制延迟12，然后至AC电驱动马达32，以便给车辆V提供动力。如用于系统8的CPU系统控制器29引导的，从AC/DC马达控制器22获得的DC电流流入DC脉冲充电的计算机控制器30，然后或者行进至DC电池组26和28中用于对其充电，或者行进至可选的氢发电机13或者其他DC系统，或者至电容器箱44和46，或者返回至AC/DC马达控制器22。DC电池断开器19可以用于将电池组26和28和DC脉冲充电的计算机控制器30之间的电流中断。CPU控制器29可以与车辆的标准芯片集，诸如J1939芯片集对接，该芯片集又与现存的车辆系统对接。

AC控制延迟12控制从AC马达控制器22供给到AC变频电驱动马达32的AC电力。DC控制延迟10在再生式制动操作期间控制从AC马达控制器22至DC电池组26和28、并且到达氢气发生器13的DC输出电流。如图2所示，DC控制延迟10还控制DC电流输入到AC马达控制器22，该AC马达控制器给AC/DC马达控制器22提供附加电流，以便使车辆V加速和爬升。在某些实施例中，AC/DC马达控制器22可以是工业AC因素马达控制器，该控制器能够进行AC和DC电力输出，该电力输出将同步AC电力输出到AC电驱动马达32。

优选地，考虑到车辆的质量，动力系效率，车辆的滚动轮胎的抗力，总体拖拽效率、轮的半径、制动和操作抗力，和车辆的最终齿轮比，AC电驱动马达32，AC/DC马达控制器22和AC发电机20的尺寸大小设计成获得所需的速度和载荷条件。一般地，这是车辆操作参数的数学估算，该数学估算可以由本领域技术人员在车辆转换过程的设计阶段期间常规计算出。这能够获得车辆的最经济操作并且减小车辆排放，同时允许车辆的正常操作。

图1的动力系的效率通过操作IC发动机14获得，该IC发动机由碳氢燃料提供动力，氢气可以选择地注入该碳氢燃料内，以便在恒定的燃料效率rpm范围给AC发电机20提供电力，与根据传统IC发动机驱动的动力系而改变rpm范围相反。在某些实施例中，IC发动机14的rpm范围可以改变，例如当车辆遇到交通中的临时停止时。在该示例中，输送给IC发动机14的燃料可以被短暂地（例如15－30秒）节流，而车辆被停止以便减小燃料消耗，然后当车辆开始再次启动时增加。电池组26和28供给DC升压电流，从而补充由AC发电机20产生的输出，该输出对于AC电驱动马达32可获得，从而导致更有效的动力系。

本发明的推进系统8通过提供DC电池组26和28供给用于使车辆V加速的增压动力，该DC电池组构成为且控制为经由DC脉冲充电的计算机控制30器与AC/DC马达控制器22一起工作。当将推进系统8的部件的尺寸设计成满足所需速度和载荷装置时，附加的电流必须提供给AC/DC马达控制器22，以便使车辆V以及时和正常方式加速至所需速度。为了补充AC/DC马达控制器22的电力需要，DC电池组26和28（可以是由主计算机CPU控制器29（图2）控制的计算机控制）用于作为增压系统。DC电池组26和28可以串连、平行连接，或者在串并连的结合中，并且能够从一组到一组的串连转换成平行装置。DC电池组26和28可以用于与电容器箱44和46结合，如果需要。电容器箱44和46可以被充电至与DC电池组26和28具有相同电压，以便对AC/DC马达控制器22供给所需附加电力，该AC/DC马达控制器又对AC电驱动马达32提供附加电力以便对车辆V的轮36、38、40和42提供电力。

在某些实施例中，AC/DC马达控制器22可以在因素模式下操作，以便控制变频电驱动马达32，这就允许在整个马达rpm从0至变频电动马达32的基本速度下产生全马达设计扭矩。这消除了在本发明的一些实施例中的变速器的需要，从而允许将电驱动马达32直接联接到后部的差速器34，如图1和2所示。AC/DC马达控制器22经由CPU控制器29中的计算机程序电动地调节AC电驱动马达32可获得的扭矩和电流的量，从而消除了变速器和与变速器关联的机械损失以及流体动力输出损失以增加动力系的效率。

DC电池组26和28可以包括薄板铅酸电池，该薄板铅酸电池串连连接以便获得所需的高压，以满足AC/DC马达控制器22动力要求。图3示出了DC电池组28的结构。DC电池组26可以为类似构造。DC电池组28包括可以由铝制成的密封的刚性外容器或盒52。在容器52内有可以由合适材料，诸如聚丙烯制成的抗酸内容器或衬垫54。电池组28包括多个电池56，57，58，60，62，64，66和68，该多个电池经由电缆70和72串连连接。电缆70是正连接，电缆72是负连接。每个电池56，57，58，60，62，64，66和68为薄板淹没铅酸电池。在某些实施例中，铅酸电池的薄板可以从大约0.5至大约2mm，例如从大约1至大约1.2mm，与传统的薄板淹没铅酸电池相对，其中传统的薄板淹没铅酸电池大体为2.8mm至大约6mm。多个通风孔74，76和78沿着外容器52的侧面提供。外容器52的底部优选地填充有酸吸收材料，例如蛭石，并且外容器52的顶部填充有吸收冲击材料，例如泡沫塑料。入口48a和出口48b被提供用于电池组28内的从电解循环系统48的电解循环（图2）。被迫的空气通风连接在参考标号80处示出。

该系统使用DC电池组26和28的优点是富液式铅酸技术的低成本，同时提供快速放电和充电率。根据本发明的一个实施例，电池组26和28可以具有它们的被电控的充电水平，该充电水平在它们充电的目标维持状态的大约20%。这就提供了电池的快速再充电率，同时提供再生制动电流的电力储存能力。集成的计算机CPU控制器29可以提供用于DC电池组26和28的快速脉冲充电系统，籍此在加速和爬坡或高动力需求期间维持从DC电池组26和28可获得的最大DC电流。

如图4的实施例所示，类似于电池组26和28的多个电池组A、B、C、D可以连接到DC脉冲充电的计算机控制器30，以便取决于用于控制AC变频马达32的AC/DC控制器22的动力需求而串连或平行作用。这就允许变频电驱动马达32可获得电力的有效使用。经由主CPU系统计算机控制器29，单个DC电池组26和28被连接到电解泵送系统48，该系统将电解液加热和冷却，以便维持电解液的循环通过电池组26，28的电池56，57，58，60，62，64，66和68的最优温度范围（图2和3）。电解液泵送系统48可以包括对于本领域技术人员公知的标准泵。

再次参考图1和2，在薄板富液式铅酸电池组26和28的充电循环期间，用于限制被供给到电池的电流强度的主要因素是热量。根据本发明的一个实施例，电解液温度的计算机控制允许电池组26和28中的电池56，57，58，60，62，64，66和68的最大电流吸收。通过脉冲大的充电电流并且冷却或加热电池中的电解液至可选温度，大量电流可以被供给到电池，而没有在电池56，57，58，60，62，64，66和68中产生过多的热量。因此，与通常获得的相比，本发明的薄板富液式铅酸电池和集成电解液循环系统48允许DC电池组26和28的快速充电。电解液循环系统48，如在此所述的，阻止了电解液在电池组26和28的单个电池56，57，58，60，62，64，66和68中的层化，以及在电解液电池组26和28的充电期间电解液的蒸发损耗，从而允许电池组26和28的更快恢复时间和更长寿命。

根据本发明的一个实施例，电解液在电池内的温度可以保持在±25℃的范围内，典型地在±15℃的范围内。用于某些电池类型的可选温度典型地从大约20℃至大约30℃或35℃变化。例如，在典型的操作条件下，电池电解液的可选温度可以取决于使用的特殊电池类型而从大约24℃变化到大约26℃，并且温度可以保持在所需可选温度的±2℃或者±1℃的范围内。

如图2所示，用于电池组26和28的快速DC脉冲充电系统30经由DC动力控制延迟系统10供给有DC电流，并且控制器经由从CPU控制器29的电信号与DC脉冲充电的计算机控制30连接。当达到车辆V的最优速度时，附加的充电电流通过给AC发电机20提供电力的碳氢燃料IC发动机14获得。

再生式制动可以重新捕获车辆V的更多的动能，并且将该动能转换为电力，从而电力可以用来使电池组26和28重新充电。在再生制动中，动力系辆的系统是制动的主要因素。也就是说，当驾驶员踏在混合车辆V的制动踏板上时，制动将车辆的电动马达32设置成产生模式，籍此使车辆的轮36，38，40和42减速。当处于发电模式中时，电动马达32的电枢内的电场反向，籍此在马达线圈或负扭矩内产生电流场。当处于该发电模式中时，电动马达32作为用于发电的发电机，电力被输送至电池组26和28，或者输送至电容器箱44和46，然后取决于车辆V的运行要求，输送至电池组26和28，如果电容器箱44和46被使用。这样，电池组26和28被保持在大约充电（SOC）的大约80%的状态。过多的电流可用于其他系统。

本发明的系统8按照如下操作。在小于大约35mph的速度下，变频电动马达32供给有从给AC发电机20提供动力的碳氢燃料IC发动机14的电流。从发电机20的AC电流首先行进至AC/DC马达控制器22，该AC/DC马达控制器将驾驶员输入转换为扭矩速度控制和制动。然后，动力提供给AC控制延迟12，该控制延迟允许转换的动力需要通过变频电动马达32。在大约35mph之上的速度下，IC动力发电机20不产生足够量的电流来在可接受的速率下将车辆加速到该速度之上。这由DC控制延迟10感测到，该DC控制延迟然后从电池组26和28供给用于获得预期驾驶员输入速度的补充的增压动力。场弱化装置，如下面更加详细描述的，可以用于该阶段来限制由IC发动机14和AC发电机20供给的动力。一旦DC控制延迟10感测到由AC发电机20供给的电流足以保持输入速度时，DC控制延迟10切断由电池组26和28供给的DC电流，籍此允许AC发电机20将所需的AC电流供给到AC控制延迟12，然后供给到AC电驱动马达32，以便车辆V通过驱动轴33和轮36，38，40和42的连续操作。

参考图2，DC脉冲充电计算机控制30的另一个功能是感测并且允许不需要在预期速度下推进车辆的任何多余电流从AC发电机20流回到DC电池组26和28，用于重新充电。AC电流从AC发电机20流入AC/DC马达控制器22，该AC/DC马达控制器将DC电流输送给DC脉冲充电计算机控制30，该DC脉冲充电计算机控制又将DC脉冲充电电流传递给DC电池组26和28。在车辆的减速、滑行或制动期间，AC变频马达32的电场变化为提供DC电流形式的电流发电。该DC电流经由DC控制延迟10传送至AC/DC马达控制器22，然后传送给脉冲DC充电计算机控制30。该脉冲DC充电计算机控制30然后通计算机控制程序确定电池组26和28中的充电水平。如果电池组26和28需要电流，该电流以脉冲DC电流形式输送到电池组26和28。当电池处于充电的大约80%（SOC）状态或者更高（参考完全充电电池的电池状态），多于的电流被输送至其他在线装置。然后，脉冲DC充电计算机控制30确定充电状态。该程序保持DC电池组26和28在大约80%的SOC，并且电池电解液在最优温度，以便对DC电池组26和28的快速充电和放电操作。当计算机程序确定80%的SOC已经由DC电池组26和28获得时，任何附加电力被输送至已安装的机电装置，诸如氢发电机13（图1和2），液压储蓄器充电系统或其他有用装置。这就允许使用在减速循环期间产生的附加电力转化成本发明内有用的能量，包括电Jake制动系统操作。过剩动力还可以以使用制动阻抗器的热量形式被消耗，如下面更全面描述的。

在一个实施例中，当已经获得用于电池组的每个单个电池的目标充电值（例如80%）并且阻挡附加电流或者使电池组内的每个电池获得的电流减慢时，可以使用齐纳二极管调节系统。这允许电流流入电池组内的处于比电池组中已致动电池块更低SOC的电池。

仍旧参考图2，空气制动器系统50是独立的系统并且保留正常操作的空气制动器的设计和功能。当施加制动或处于滑行状态时，AC电驱动马达32与AC/DC控制器22一起产生DC电流。该动力的一部分用于将DC电池组26和28保持在目标充电水平。取决于车辆V的构造和其预期的目的，例如氢发电机13使用水电解来产生氢气，可获得的多于DC电流被输送给各种电系统。然后，从氢发电机13产生的氢气可以经由合适的供给管线注入碳氢燃料发动机14，以便对AC发电机20提供附加动力，该AC发电机又对电驱动马达32提供AC电流。氢气作为燃料混合物结合在碳氢燃料发动机14内可以大体上改善碳氢燃料的里程性能，并且减小颗粒排放。可获得的多于DC电流或动力除了用于碳氢发电机13以外，还可以用于给其他系统提供动力。例如，多于的动力可以用于对液压储蓄器或类似装置提供动力。

目前的氢气注入系统大体上使用12伏的DC用于电解工艺。这仅仅产生小量的氢气并且对于增强机器性能来说是非常小的。本发明的系统8的动力或发电平台提供了充足的DC电流，以便产生用于注入碳氢燃料发动机14内的可用量的氢气。系统8的发电平台的进一步优点是碳氢燃料发动机14的用于产生AC电流的恒定rpm速度。没有必要在不同的rpm下和动力范围内操作IC发动机14减小了燃料注射时间控制的复杂性。这允许这种系统的经济操作，同时与标准IC发动机动力系相比产生较少的排放。这可以导致30%或40%或更大的燃料公里数的增加，具有更加清洁的燃烧发动机并且没有与在改变的rpm和扭矩范围下与IC发动机相关的时间问题。

再次参考图1和2，DC电池组26和28能够通过使用电解液循环系统48快速充电，该电解液循环系统由CPU计算机控制器29控制以便通过加热和释放电荷以及冷却DC电池组26和28的电池56，57，58，60，62，64和68内的电解液而从脉冲DC充电系统30提供最优的放电和充电。碳氢燃料电推进系统8的多个部件的装置，以及这些部件的不需要电池56，57，58，60，62，64和68的深度放电的计算机控制增强了铅酸电池组26和28的性能。

系统8中的AC动力在车辆V的整个操作上是连续的，而系统8中产生的DC动力如用于加速和爬山所需的开启和关闭以便补充系统8的AC动力。也就是说，系统8仅仅在车辆V的高峰电流要求时使用了DC电池组26和28作为动力增压系统，并且使用了AC发电机20，该AC发电机的尺寸设计成用于设定的速度和重量，作为用于AC电动马达32的主要能源。这两个因素产生能量效率，车辆V的更小污染的动力系系统保留传统车辆的正常感觉和驱动性。

本发明的碳氢燃料电推进系统8的单个部件可以是商业上可获得的现存部件。当这些部件与根据本发明的CPU控制器装置结合和一起使用时，这些部件以协作的方式工作以产生燃料效率、低排放的驱动系统。与用于在公路车辆上的美国运输部8级车辆，诸如半拖车卡车中使用的传统IC发动机动力系系统相比，碳氢燃料电推进系统8保持正常的公路特性并且在合理的成本下获得。

本发明的碳氢燃料发动机电推进系统8和其部件被设计成可以配置为用于新的车辆安装以及用于现有IC发动机车辆的转换组件。碳氢燃料电推进系统8的部件设计成组件形式可以允许在可行的价格下对现有的IC供电电池进行改型。在该实施例中，组件可以包括位于预缠有导线的系统控制器29上的螺钉、电解液循环系统48（图2），在线脉冲充电器30（图2），和匹配到所需速度和载荷重量的驱动部件14，20，22和32。

车辆的大多数电转换涉及独一无二的部件，该部件设计成使得它们不能在不需要对IC车辆进行昂贵的改进的情况下从一个车辆运送到下一个车辆。在某些实施例中，转换的车辆一般为独一无二的，这些转换的车辆难于诊断和/或维修，并且这些车辆转换为电推进系统是非常昂贵的。根据本发明，碳氢燃料电推进系统8可以经由带螺钉架和盒系统安装到达到美国运输部8级车辆的卡车的托架上。这样做，系统8的部件可以通过提供容易的移除和系统部件的外置维修进行维护。

如上所述，在某一实施例中，发动机14和AC发电机20可以是“电机组”，其中部件在工厂被机械连接并且作为匹配电池进行商业售卖。碳氢燃料IC发动机14对AC发电机20提供动力，该AC发电机在恒定的功率曲线和rpm范围下操作。这通过将电机组的发动机14和AC发电机20的尺寸设计成符合车辆设计要求的电载荷需求来完成。电机组通常在恒定的rpm和扭矩范围下操作，以便供给所需的电载荷。由电机组形成的rpm的唯一变化是高峰电流要求。在本发明中，DC电池组26和28补充该高峰电流要求，用于允许车辆的电机组的近恒定的rpm和扭矩操作。在恒定条件下操作的机器与在变化的功率曲线和rpm范围下操作的机器相比具有本质的优点，并且更容易点火和燃料时间设计变化。因此，本发明的推进系统8允许碳氢燃料发动机14的点火时间设定在可以减小NOx排放的位置处，而不会影响发动机14的运行和系统8的动力系。

如上所述，目前的美国交通部8级车辆通常由IC发动机供给动力，扭矩和速度通过使用手动变速器和动力系差速器的齿轮比而控制。由于驾驶员命令维持给定的速度，同时承载可变的重量载荷，因而该系统趋于复杂化并且易于损坏和破裂。当重型拖拉车辆的驾驶员在山或多坡地区驾驶时，用于改变IC动力系中齿轮的恒定需求是疲劳的主要原因。本发明使用了AC因素马达控制器22和CPU系统控制器29的计算机程序来将恒定扭矩和速度保持至联接到AC电动马达32的差速器，该AC电动马达又有效地模拟自动变速器，而没有这种变速器的相关联的机械能量损失。AC因素马达控制器22还可以被编程为通过使用经由在线计算机控制器29在变频电驱动马达32内产生的电场控制负扭矩以及正扭矩。这就允许通过使用AC马达32进行计算机控制的再生式制动，以便产生用于使增压电池组26和28的一部分重新充电的电流，并且产生经由在线CPU系统计算机控制器29而独立于空气致动器系统50的制动力。

还如上所述，典型的美国交通部8级车辆使用Jake制动，该制动用于使重型车辆减速，而没有使用气压制动系统或者在车辆的减速或停止中辅助气压制动系统。这是主要的安全特征并且对于大多数重型拖拉车辆是标准的。制动通过使用IC发动机的背压完成。当很好的执行该功能时，Jake制动的操作是噪音非常大的。许多城市被禁止使用或者在禁止使用Jake制动车辆的过程中，并且使得噪音标准化，籍此阻止Jake制动在一些车辆中的使用。本发明的系统8使用了AC/DC马达控制器22结合AC变频马达32，来完成车辆的与Jake制动系统相同的减速，但是这样做在电子上具有非常小的噪声或者没有噪声。AC/DC马达控制器22能够通过控制再生电力的量进行制动力的有限控制，该再生电力由AC转换器驱动马达32经由在线计算机控制器29形成。当在再生制动模式中时，本发明的AC/DC马达控制器22在完成目前Jake制动系统在IC动力系中的相同特征上是非常显著的。因此，在本发明的一些实施例中，可以消除用于Jake制动系统的需要。

再次参考图1，CPU系统控制器29将车辆的操作者界面转换为用于点火、节流、制动和传递至AC马达控制器22的扭矩的电信号。CPU控制器29的另一个功能是允许数据传输至场外中心用于远程监控、诊断和从中心位置操作车辆的所有电信号。这对于驱动部件的远程解决问题、车辆维修和数据获取是有用的。商业数据还可以通过CPU控制器29输送到中心位置。该数据在确定驾驶员和车辆性能、GPS位置跟踪、防偷窃和其他与商业相关的有用信息是有利的。输送到和/或由CPU控制器29接收的信息是实时信息。

图4示出了在本发明的推进系统8中使用的电池组A、B、C、D和脉冲DC充电的控制系统30的细节。DC充电电流的脉冲可以允许电池的快速充电。在图4中，每个电池组A到D包括七个电池。电池组A、B、C、D可以类似于图3的电池组26和28。每个电池组A到D中的电池被串连连接。暗线代表负的缆线，光线代表正的缆线。开关和PC部件在商业上可获得并且可以被组装在图4中的构造中。电池组和开关机构可以串连、并连或串并连组合连接，以便改变电池组的构造。

图5是车辆V的部分示意性侧视图，包括根据本发明的一个实施例的碳氢燃料电系列混合推进系统，该系统包括系统的位于车辆上的部件的物理位置。图5中的类似于图1－4中相应部件的部件以相同的元件标号表示。电子箱21安装在车辆V的驾驶室的后面，控制面板23安装在驾驶室的内部。

为了简化如上所述的混合系统的安装，驾驶室安装的主控制面板23可以安装在改型的车辆中的被移除的原始变速器箱上。主控制面板23可以包括用于混合驱动系统的操作的控制和逻辑功能，并且用作用于低压控制线的主连接位置。控制面板23定位成不与现有的控制器干涉，以允许车辆内的正常操作者的速度，并且将必要的附加控制器和监控装置放置在可见和可接触的操作者的正常范围内。主控制面板23可以包括下面的操作者界面监控和致动控制：安培数计量，其用于检测输出到电池组26和28的电流输出；压力计，其用于监测电池组的电压；温度计，其用于电池组的监控；和数字屏幕界面，用于监控IC发动机和发电机的输出。可以对电池组通风系统、电解液冷却系统48、动态制动控制，和地面失误或带有启动闭锁电路的动力泄漏指示灯提供操作者过载控制。主控制面板23还可以包括用于测试或诊断使用的单个电池监控计量器。除了提供操作者反馈以外，这种计量器和显示屏可以提供延迟界面控制信号，该延迟界面控制信号基于操作者的命令或信号反馈装置在整个混合动力系部件上进行传输。面板23可以容纳逻辑板和电路，以便致动发电机电场电流的限制电路，该发电机电场电流限制电路与磁场削弱控制器界面相互作用。该界面可以位于主控制面板23内并且允许装置的设置和监控。安装在主面板23内的附加操作者界面控制可以包括向前和反向输入装置、开启和闭合命令开关、用于紧急断电的E停止装置，和如果出现故障状态用于系统重启的重置按钮以及其他的预期操作界面控制和信号。

图6和7示出了安装在车辆驾驶室后面的电子箱21，该电子箱容纳根据本发明的一个实施例的系列混合推进系统的某些部件。箱21容纳AC/DC控制器22、脉冲的计算机控制30、DC控制延迟10、AC控制延迟12和用于使电流从计算机控制30流入氢气发电机13的氢气发电机的控制器11。此外，箱21可以容纳一系列制动电阻器25，当系统处于制动模式时该制动电阻器通过热量消耗多余的电力。主AC断开器15、GFI故障保护器17和DC电池断开19器也容纳于箱21中。

图8示出了根据本发明一个实施例的DC电力控制电池30。可获得的DC电力首先与在动态或再生制动期间经由由AC马达32产生的AC/DC马达控制器22产生的DC电力一起从电池组26和28输送到DC电力控制器30。DC电力控制器30的电力连接点31使高压缆线能够固定地保持到壳体。DC电力的正导线输送到主保险盒37以保护从过电流获得的电池组。负导线输送到电池组负分流连接器47，该负分流连接器将监控信号输送到位于车辆驾驶室中的主控制面板23。然后，负导线输送到电池组负电力块45用于进一步分布。然后，DC电力控制器30内的正负电力线输送到绝缘的门二极管（IGBT）开关电池41，该二极管开关电池安装在铝散热片35上或附近，该铝散热片可以通过空气冷却或液体冷却，以便在开关操作期间的热量消耗。IGBT电池41通过从IGBT驱动器逻辑板39的连接器43接收低压控制信号，该IGBT驱动器逻辑板连接到主控制面板23。取决于操作命令、可获得的制动动力和电池组26和28的SOC，该信号以非常快的速度下打开和关闭IGBT。当容纳于主控制面板23内的电池SOC监测装置指示需要充电循环来保持所需的SOC时，高压DC电力可以被输送以使车辆电池组26和28充电。该充电作为脉冲DC电力供给经由IGBT开关电池41供给。DC电力控制器30还用作输送附加DC电力，以便补充由电机组20供给的AC产生的电力。控制信号作为操作者界面的一部分在主控制面板23中产生。产生的信号可以将节流和制动位置解释为由操作者致动并且将该节流和制动位置输送到合适的IGBT驾驶室面板39，该驾驶室面板又致动IGBT开关电池41，以便取决于操作者命令来打开或关闭。相同的功能在动态制动期间发生。通过节流和制动车辆控制经由操作者界面的在主控制面板23内解释的信号被输送到合适的IGBT驾驶员板39，然后该驾驶员板致动IGBT电池41以便将电力发送到动态的制动电阻器25。将电力输送到动态制动电阻器25的可替换方式是将电力返回至电池组26和28，以用于充电循环或另一个有用装置，例如氢气发生器13。因此，DC电力控制器30取决于从主控制面板23获得的信号提供DC电力，并且提供对主控制面板23的反馈信号。

图9示出了可替换系统100，该可替换系统用于根据本发明一个实施例将本发明电池维持在所需的温度。如上所述，为了使用于本发明的电池组的组件中的电池的充电和放电循环最优化，单个电池电池温度被保持在特定范围内，例如保持在用于电池使用的特殊类型的最优温度的±2℃或±1℃内。在该实施例中，在线温度控制系统100的使用允许系统利用可替换电子储存平台宽范围的作为它们发展的优点。这些可替换储存系统可以包括新的铅酸电池电池，例如改进的电解液电池、铅酸/电容混合电池（电池－电容）、可替换的电解液电池技术和铅酸技术中的其他改进。这些可替换元件电池技术可以结合到电池组设计中，以便在线电子储存。一些普通电池选择包括碳锌、碱、铅酸、镍金属混合物、镍镉和锂离子。其他包括镍/氢电池、镍/镉电池、镍/金属混合（NiMH）电池、钠/硫电池、镍/钠电池、镁钛（锂）电池、再充电的碱镁电池、镍锌电池、铁镍电池、铁空气电池、铁银电池和氧化还原（液态电解液）电池。注意到在线温度控制系统100还允许本发明的系统与可以通过控制特定操作范围内的温度而最优化的任何其他电子储存系统操作。这些包括但不限于燃料电池技术、热清除技术和可替换的元件电池（elementbattery）技术。

温度控制系统100由高压或低压循环泵104、热交换器106、具有位于电池组110内最优位置处的反馈回路的温度探头108、由液体储存器109供给的不冷冻传热流体F、能够引导传热流体F的流动的歧管系统120、和能够操作外电路的恒温控制系统124。在电池组110中，单个电子储存电池流体套管114围绕每个电池112，并且绝缘材料116围绕每个套管114。

优选地，恒温控制部件124远程地位于车辆的驾驶室内，从而驾驶员可以通过数字或模拟读数监测电池组的操作温度。安装有恒温控制部件的遥控驾驶室通过位于单个电子储存电池110内的热联接装置108感测电池温度。恒温控制监测器包括可变延迟界面，该可变延迟界面操作位于主歧管系统120内的外螺线管，然后外螺线管将传热流体F引导到围绕每个单个电子储存电池112的流体套管114。取决于由系统维持的最优操作温度范围，传热流体F通过热交换器106被加热或冷却。然后，传热流体F返回到主歧管系统120，在主歧管系统中，取决于传热流体温度，流体被加热到热交换器或者从热交换器吸收热量。

传热流体F可以具有甲醇化学基、乙二醇、丙二醇、有机酸或者容易传热和阻止传热流体的冷冻的其他混合物。优选的传热流体F包括铁磁流体。铁磁流体与通常用于当今工业和自动化应用的其他传热流体相比提供了优越的冷热交换特性。铁磁流体是由小的，例如悬浮在载体液体中、通常为如上所述的有机溶剂中的毫微铁磁或铁氧磁颗粒组成的胶状混合物。表面活性剂经常被添加到铁磁流体，以帮助将颗粒的分散液保持在载体流体内。铁磁流体可以由铁磁矿、赤铁矿或其他包括离子的化合物的毫微颗粒（直径通常为10毫微或更小）构成。10毫微的直径对于热搅拌来说足够小，从而在载体液体内均匀地搅拌颗粒，该载体液体又允许颗粒帮助流体的总体磁反应。除了它们的磁特性以外，悬浮在载体液体内的离子基毫微颗粒改进了载体流体输送或承载载体流体内热或冷的能力。

如图10和11所示，本发明的一个实施例提供了AC发电机200，该AC发电机与电池组202并连连接以满足AC电驱动马达204的载荷要求。电池组202作为电力增加装置操作，以便补充由AC发电机200获得的电力。还提供AC马达控制器208盒磁场削弱装置界面控制器210。AC发电机200、电池组202、AC电驱动马达204和AC马达控制器208可以是类似于上面描述的那些。设计参数设计成当不需要增压电池组电力或者达到使电池组202充电的低状态时将与载荷断开。共用电池组的载荷设计成间断不连续的。在高峰要求期间，电池组202用于添加和增加AC发电机200的电力输出。

车辆的AC电驱动马达204可获得有限的电池增压电力。在电动马达204的高峰电力要求期间，从电池组202仅仅可以获得有限数量的短期排放循环。这些仅仅持续1到2秒，具有浅的排放深度。在高峰载荷阶段期间，载荷不分享电池组202。

AC发电机对载荷要求的反应时间可以比串连导线电池组更快。这是由于电池组的内部抗力或阻力的原因。仅仅由反应载荷要求的简单调节装置控制的AC发电机尝试满足增加的载荷要求，以用于车辆的加速和爬升级别。更快的反应时间和从发电机增加的电力阻碍了电池阻的流入电压。需要的是将发电机位于设定点处的磁场线圈的电流减小以便稳定发电机的输出，并且允许电池阻通过发电机分享载荷。

根据本发明的一个实施例，通过将电流减小到交流发电机或激励场的磁场线圈，例如限流，AC发电机200的输出电流可以不仅受到限制，还维持在受限值处。AC发电机200的电力输出控制为设定值允许本发明的增压电池组202提供电流，以与从AC发电机200提供的电流结合并补充从AC发电机200提供的电流。

典型地，传统的发电机在需要时将继续尝试电流的增加水平，从而导致碳氢化合物燃料发动机的过载和发电机自身的不希望过热。发电机可以使用简单的安全关闭装置，例如短路器，以便当发电机被请求超过它们最大额定能力时限制最大电流输出。

根据本发明的一个实施例，磁场削弱装置206连续地通过外部关闭的输出电流，或者霍尔效应型电流传感器监测AC发电机200。在预设点处，限流输出装置206（而不是使用在其他应用中用于电流控制的断路器）结合激励磁场削弱电路，该激励磁场削弱电路允许本发明的系统提供从AC发电机200获得的连续电力输出，而没有使发电机过热。碳氢燃料发动机还继续在正常扭矩和温度范围内操作，而没有中断AC发电机200的电力输出。

当不需要增压电池组202电力或者达到充电的低状态时，这将导致电池组202的断开。然后，磁场削弱装置206的限流特征将允许AC发电机200继续正常地供给电力。

根据该实施例，提供如图11中详细示出的磁场削弱或磁场闭合电路，以便使电流减弱到交流发电机激励线圈200。部件由具有非常低电阻的高电力电阻器220、单个电解液触头或者IGBT开关单元222和闭塞二极管226构成。磁场削弱电阻器220放置成与AC发电机200的交流发电机激励线圈平行。典型地，AC发电机在60Hz下操作。当在低电力要求下操作时，磁场削弱触头222保持打开并且磁场削弱电阻器220对发电机操作没有影响。磁场削弱界面控制224，如图10所示，当需要电池电力并且发电机200输出被稳定和限制时，监测不同的系统点并且激发触头222。一旦磁场削弱系统206被激励时，交流发电机激励线圈200的电流减小到预设的可调节值。例如，电流可以被保持在发电机的最大电流水平的75%和95%之间的水平处。这就允许交流发电机激励线圈电流的少量电流旁通通过交流发电机激励线圈200并且流过磁场削弱电阻器220。交流发电机的总电流保持相同，但是现在一些交流发电机电流通过磁场削弱电阻器220消耗。该磁场电流的减弱使交流发电机磁场的磁强度弱化并且允许扭矩和电流的减小。在该模式下操作的系统允许电池电流进入车辆的马达驱动控制部件208，同时保持稳定的预设发电机输出。在车辆的加速和爬升阶段期间可以需要该状态。在减速、坡度适合或者地形水平期间，再次在预设和可调节水平处，磁场削弱界面控制224离开磁场削弱触头222并且返回到旁通模式。磁场削弱界面控制224可以具有两个或更多个可调节件。一个调节控制磁场削弱触头222位于升高点（pickuppoint），并且另一个触头控制推出位置。设置涉及电流，该电流确定当交流发电机200中的电流足够高以便利用磁场削弱或载荷要求足够低以便降低磁场削弱。

在磁场削弱装置的操作的实践示例中，加载的车辆可以在平坦水平的地形上行进，在平台水平地形条件下对马达提供的电力通过发电机唯一地提供。车辆现在遇到山需要爬行并且需要由马达提供更多动力来维持速度。发电机被请求提供附加动力并且不需要磁场削弱装置来尝试提供更多的动力，直到ICE过载或者发电机安全电路接合以便关闭发电机输出。利用就位的磁场削弱装置，发电机尝试完成附加动力需求直到磁场削弱装置在发电机保持安全的位置处接合，并且稳定最大输出在从大约75%到大约95%的发电机的最大电流能力电流水平处为止。因此，需要维持车辆动量的附加动力来源于电场组，与从发电机产生的动力结合并且输送到由马达控制器所需的马达。当车辆返回到平坦水平或者下坡时，电池电力被脱开，然后磁场削弱装置也脱开，以便允许发电机返回到正常操作。如果驾驶员需要更大的车辆加速时，上述相同的情景也可以发生。

图12示出了本发明的一个实施例，其中提供电路300以便保护车辆成员和旁观者防止电流泄漏和与滑行地面在线DC电储存装置结合的地面故障状态。该电路300能够监测故障状态，从而警告任何事件的成员，并且中断预设值之上的任何电压泄漏，并且中断在这种地面故障状态下的电流流动。

如所描述的电路300可以与本发明的作为DC供给的电池组，以及任何其他DC浮动地面电子储存装置，例如但不限于燃料电池、热清除装置和其他电子储存装置一起操作。这些可替换的电池技术包括碳锌、碱、铅酸、镍金属混合物、镍镉和锂离子。其他的电池技术包括镍/氢电池、镍/镉电池、镍/金属混合（NiMH）电池、钠/硫电池、镍/钠电池、镁钛（锂）电池、再充电的碱镁电池、镍锌电池、锂镍电池、锂气体电池、锂银电池和氧化还原（液态电解液）电池。

这种电池可以需要保护电路，该保护电路可以在交叉技术应用中作用。电路300由微处理模块302、与微处理模块302对接的地面参考模块304、驾驶室警告灯306、声音警报器308和点火钥匙互锁件310以及与装置相互作用所需的相联导线构成，其中该微处理模块能够利用移动地面构造来监测系列连接的DC电子储存装置。模块300在利用标准点火开关开启电子系统时被致动。电路确定是否存在电压泄漏到被确定在安全水平之上的预设范围以外的故障状态或者地面故障状态是否存在于DC电力储存装置中。当存在不安全状态时，电路300阻止电池组或其他DC电力储存装置的互锁，并且通过安装的状态警报灯蜂鸣器和仪表板警告操作者，以及使点火开始顺序不作用。在事故中，电路可以保护车辆成员并且通过切断从电池组产生的DC电力并且切断燃料泵送电路来解救工作者。

在由模块300确定的正常状态下，DC电力储存系统的开始互锁持续不受阻碍，导致车辆的正常开始顺序。监控器在车辆正常操作期间继续其操作，以便确保预设安全状态被保持并且没有地面故障状态存在。

如果在车辆操作期间电压泄漏超过设定值或者发现地面故障状态，则车辆DC电力储存装置与主驱动电路断开，并且安装有警报灯和蜂鸣器的仪表板被致动。同时，地面故障断续器被致动并且系统在没有纠正故障状态的情况下不能被启动。

在本发明的另一个实施例中，使用电磁磁场电流的感应马达可以与使用永久电磁来产生磁场电流的永磁马达PM替换。永磁马达是具有3相定子的旋转电机，与感应马达相似。图13示出了根据本发明的一个实施例的永磁发电机400，该永磁发电机通过驱动轴15连接到IC发动机14。永磁发电机400具有定子芯402和安装在驱动轴15上的定子绕组404。安装在轴15上的旋转盘406和408包括永磁铁412和414。转子具有钕铁硼铸铁或钐钴或氧化铁或其他这种元件的表面安装的永久磁体。当定子被3相正弦电压供给电力时，PM马达等同于感应马达，具有由永久磁体产生的气隙磁场。使用永久磁体来产生气隙磁场通量能够设计高效马达。

当用于本发明的混合动力系时，PM马达提供了多个优点。这些优点包括高效率、高扭矩/容积、和低的转动惯量、较小的框架尺寸和更轻的重量。因为不需要将电流输送到转子内，因而不产生杂散电流，因而消除了弧点蚀和承载失效。由于PM马达消除了电泄漏到车辆底盘的一般来源，因而PM马达的使用可以改进混合车辆设计的安全性。在混合车辆中的电泄漏可以形成危及车辆乘客的冲击以及任何与车辆的接触。

在本发明的实施例中使用PM马达作为驱动马达需要特殊电路，该电路可以精确地确定PM马达的开始位置。PM马达将典型地轻摇或旋转到已知位置，以便启动装置。这会产生危及车辆乘客的冲击或者任何非常接近车辆的风险。PM马达的该启动要求可以通过使用与霍尔传感器连接操作的轴马达编码器被消除，该霍尔传感器具有对马达控制器的反馈，以便确定马达将正确处于静止位置处。该结合允许从任何静止马达位置的启动，从而消除轻摇，或旋转到启动位置要求。

在本实施例中，动态制动和再生电力的控制可以通过与用于感应型马达不同的可替换方法完成。两种方法可以用于动态制动和再生电力控制。第一种方法包括供给到PM马达的三相电力的一个相的短路。当与PM驱动马达一起使用时，这种电路可以被包围在PM/AC马达控制器内。第二种方法包括一个相的脉冲宽度调制（PWM）到PM驱动马达。这些方法可以单独使用或者一起使用，以便在车辆减速或停止期间给电池组提供动态制动或再生电力。

PM驱动马达的另一个益处是马达组件尺寸和重量的减小。尺寸的减小在系统内形成灵活的马达放置并且增加重型拖拉车辆的有效载荷能力。类似动力和性能的感应型马达可以比PM马达重达10倍。这通过允许特殊货物被加载，同时维持操作的合理重量而增加商业车辆的利益。

本发明的另一个实施例包括使用附接到碳氢燃料内燃机的永久磁体（PM）发电机的使用，以便提供车辆的动力供给。永久磁铁电机是最近的发展并且通过利用传统的感应电机而变得成本上有竞争力。

当用于上述的发明中时，PM发电机相比于传统的交流发电机或发电机（电动机）提供了优点。由永久磁体提供的PM发电机磁场发展有转子结构，该转子结构由具有安装在其表面上的磁体的磁离子环构成。磁体材料，例如钕铁硼铸铁或钐钴或其他元件可以提供在该类型机器中的磁通量。不像最普遍用于发电的电磁发电机，永久磁体发电机更简单，几乎不用维修，并且在大范围的动力输出上在更高的效率下操作。因为不需要将电流输送到发电机马达内，因而不产生杂散电流并且因此避免了弧形点蚀和承载故障。

PM发电机的使用由于它消除了泄漏到车辆底盘的电子泄漏的一般来源，因而可以改进混合车辆设计的安全性。在混合车辆中的电子泄漏可以产生危及车辆乘客的冲击并且与车辆接触的任何冲击。对系统提供变速的发电机的能力，与PM发电机的使用一起允许碳氢燃料内燃机在更宽范围的公路和交通条件下更有效的操作。

为了提供给定电流，相比于激励磁场被电磁地发展，当发电机的激励磁场由永久磁体提供时内燃机的马力要求更小。这又允许碳氢燃料内燃机的更有效操作。类似地，PM发电机在启动时要求更少的扭矩，这也降低了系统IC发动机的马达要求。IC发动机的尺寸可以减小并且可以维持电输出，或者可以维持IC发动机的尺寸并且增加电输出，这又允许电池增压电力电路和部件的规模减小。

与重型拖拉车辆相关的在效率上的另一益处是当使用PM发电机时总动力系的重量的节省。例如，用于本发明的典型电磁发电机可以重大约835lbs，用于125KW的电输出并且需要大约197马力的碳氢燃料内燃机。永久磁体发电机可以产生200KW的电输出，具有相同的碳氢燃料内燃机197马力并且仅重大约255lbs。在商业车辆上的这种580lb重量节省将允许车辆的操作者除了承载货物以外还承载该重量，从而增加了每次旅行的潜在益处。

PM发电机在混合设计中的使用不必结合附加的启动控制结构来克服典型PM发动机所需的启动定位。典型地，PM发电机将相对于设定的马达位置而旋转到设定的启动位置，以便正确地启动。PM发电机的该特征在本发明的系统中由从车辆驱动系统的电机的独立操作控制。

下列示例示出本发明的各个方面，并且不旨在限制本发明的范围。

示例1

1989Mack卡车T从传统的柴油发动机型卡车转换为本发明的碳氢燃料的电系列混合推进系统8。步骤1是1989Mack卡车T中不必要部件的移除。步骤2中，1989Mack卡车的散热器、发动机、变速器、燃料箱和驱动轴被移除用于转换工艺。步骤3是AC电动马达32和驱动轴33的安装。AC电动马达32的示例通过RelianceElect制造的L1431A转换器设计获得。步骤4是动力系和后差速器34的对准。步骤5中，电机组GS准备用于安装。步骤6是柴油发动机14和AC发电机20的安装。碳氢燃料发动机14的示例在由JohnDeere制造的模型No.4045T下获得。AC发电机20的示例在由MarathonElectric制造的模型No.363PSL3127下获得。步骤7中，柴油发动机箱16和18和电池组26和28被测试用于合适的装配。步骤8是柴油箱16和18和电池组26和28的安装。用于在电池组26和28中使用的包括薄壁板的电池的示例在由EverStart制造的模型No.24MS-6下获得。步骤9是高压控制（HVC）部件和AC/DC马达控制器22的安装。AC/DC马达控制器22的示例在由RelianceElect制造的模型No.GV3000/SE下获得。在步骤10中，AC发电发动机20和电驱动马达32的连接被制造并且测试。在步骤11中，控制导线集成到原卡车导线。步骤12是AC/DC马达控制器22的电路的安装。在步骤13中，电池组26和28被连接和安装。步骤14形成完全的电池组26和28。步骤15是用于电池组26和28的通风和电解液循环冷却系统。步骤16是用于电池组26和28的电解循环冷却歧管和泵的安装。电解液循环系统48的一个示例是通过ToyotaForkLiftDivision生产的在模型No.6v2210下的改进进水系统。步骤17和18分别是动力操纵单元和空气制动系统50的电气化。在步骤19中，卡车T准备用于喷漆。步骤20是处于其完成阶段中的卡车T。

下面的表1总结从上面描述的车辆的测试结果。如可看出的，获得用于车辆的在15mpg上的燃料效率与车辆被重新翻新之前大约5.5mpg的燃料效率。

表1

测试

车辆GVW	16,100磅
		行进距离	26.73公里
时间	47分钟
		惯性停止时间	11分钟
移动时间	36分钟
		最小提升	763英尺
最大提升	992英尺
		最大速度	59mph
最小速度	0mph
		平均速度	45.4mph
燃料消耗	1.75加仑
		里程	15.27mpg
启动电池电压	353V
		停止电池电压	349V
最小电池温度	84°F(29℃)
		最大电池稳定	88°F(31℃)

本发明相比于现有技术提供了许多优点。相比于传统的柴油动力的车辆燃料效率显著增加，例如里程可以大于10mpg或15mpg，燃料效率比装备有标准柴油发动机的相同车辆的效率来说至少大100%或150%。

本发明的系统8中使用DC电池组26和28的另一个优点是铅污染的减小，其中铅污染通过用于目前柴油电系列混合推进系统中的电池组类型而一般被释放到环境中。本发明使用了在单个电池中具有薄铅板而不是在深排放电池中通常使用的厚铅板的电池组。随着电车辆在运输工业中更加盛行，更多设计基于具有深排放能力的电池组，以便增强动力和驱动距离。这通过使用插入电池组的单个电池中的更厚的铅板或者通过使用由新的替换铅板的外用材料制成的金属板而完成，如上所述。本发明使用在单个电池中具有薄铅板的电池组，其中单个电池设计成完成快速排放和充电率。

即使美国中的电池的铅接近80%的回收率，但是用于在电车辆推进系统中提供电力的这些电池的增加使用将使得电池的铅含量的回收问题与这些类型的动力系混合，在市场中更加接受。本发明使用在单个电池中的薄铅薄而不是在深排放电池中普遍使用的厚铅板，从而减小了铅含量，当电动力系更加盛行时，该铅含量需要被再循环。

本发明还具有与美国交通部8级车辆结合的减小NOx排放的附加益处。在2010年初，U.S.联邦和州空气控制局使NOx排放控制与柴油动力的动力系一起操作。世界上的最多8级半卡车制造商利用排放系统接触反应转换器已经发展技术，以便符合减小NOx排放的2010EPA要求。其他制造商使用化学方案，例如尿素，以满足用于减小NOx排放的EPA要求。这些最近发展，即使它们减小了在美国交通部8级车辆的正常操作期间释放的NOx排放，但是它们是昂贵的并且对整体驱动系统增添了复杂性和重量。碳氢燃料驱动的IC发动机的减小NOx排放的装置通过燃料时间设定的操作。当该方法在减小NOx排放中可以是有效的，它对IC发动机的运行带来不利的效果，尤其当需要在改变的动力曲线和rpm范围下操作时。

除了减小NO_x排放以外，本发明的系统还通过在车辆的操作期间燃烧更少的碳氢燃料的事实而显著地减小CO₂的排放。已经发现系统典型地减小了CO₂的排放的至少50%，并且在某些示例中可以减小这种排放的至少65%。

本发明的动力系系统比现今存在的IC驱动系统在如下方面更加可靠，即多个运动继续部件和装置由电子流动控制，即不受到机械磨损和破损的电子装置。如上描述的本发明与现有的推进系统相比具有更少的主部件，并且本发明的系统8的这些部件在工业应用中可以具有大约500,000小时的寿命。

虽然上面描述的本发明的特殊实施例用于示例性目的，但是对于本领域技术人员来说明显的是可以对本发明的细节进行各种改变，而没有脱离随附权利要求书中所限定的本发明。

Claims (19)

1.一种用于给车辆(V)供给动力的混合推进系统(8)，该系统包括：

碳氢燃料发动机(14)；

由所述碳氢燃料发动机(14)供给动力的AC发电机(20)；

至少一个DC电池(26，28)；

AC/DC控制器(22)；和

驱动地连接到所述车辆(V)的动力系(33)的AC电动马达(32)；

其中，所述AC发电机(20)和所述至少一个DC电池(26，28)将输入供给到所述AC/DC控制器(22)，所述AC/DC控制器(22)将来自所述至少一个DC电池(26，28)的DC输入转换为AC且将AC输出到所述AC电动马达(32)，以便为所述车辆(V)的所述动力系(33)提供增压动力，并且所述AC发电机(20)为所述AC电动马达(32)连续地供电。

2.如权利要求1所述的混合推进系统(8)，还包括连接到所述AC/DC控制器(22)和所述至少一个DC电池(26，28)的DC脉冲充电的计算机控制器(30)。

3.如权利要求1所述的混合推进系统(8)，还包括用于控制所述至少一个DC电池的温度的控制部件(48，100)。

4.如权利要求3所述的混合推进系统(8)，其中，所述至少一个DC电池(26，28)的温度维持在20℃至35℃的范围内。

5.如权利要求3所述的混合推进系统(8)，其中，所述至少一个DC电池(26，28)的温度维持在最优电池温度的±2℃的范围内。

6.如权利要求1所述的混合推进系统(8)，还包括连接到所述至少一个DC电池(26，28)的电解液泵送系统(48)，以便加热和冷却所述至少一个DC电池(26，28)的电解液，以便维持所述至少一个DC电池(26，28)的电解液的最优温度范围。

7.如权利要求1所述的混合推进系统(8)，其中，所述至少一个DC电池(26，28)包括薄板富液式铅酸电池。

8.如权利要求1所述的混合推进系统(8)，还包括连接到所述AC发电机(20)的磁场削弱电路(206)。

9.如权利要求1所述的混合推进系统(8)，其中，所述车辆(V)是能够在正常载荷条件和高度公路速度下操作的半拖车卡车。

10.一种由如权利要求1所述的混合推进系统(8)供给动力的车辆(V)。

11.一种具有混合推进系统(8)的半拖车卡车，该系统包括：

碳氢燃料发动机(14)；

由所述碳氢燃料发动机(14)供给动力的AC发电机(20)；

至少一个DC电池(26，28)；

AC/DC控制器(22),其连接到所述AC发电机(20)和所述至少一个DC电池(26，28)；和

AC电动马达(32)，其连接到AC/DC控制器(22)并且与所述半拖车卡车的动力系(33)驱动接合；

其中，至少一个DC电池(26，28)为所述半拖车卡车的所述动力系(33)提供增压动力，所述AC发电机(20)为所述AC电动马达(32)连续地供电，并且所述半拖车卡车能够在至少50mph速度下行驶至少5小时。

12.如权利要求11所述的半拖车卡车，其中，所述半拖车卡车能够在至少55mph速度下行驶至少8小时。

13.如权利要求11所述的半拖车卡车，其中，所述半拖车卡车具有大于10mpg的燃料效率。

14.如权利要求11所述的半拖车卡车，其中，所述半拖车卡车具有大于15mpg的燃料效率。

15.如权利要求11所述的半拖车卡车，其中，所述半拖车卡车具有比装备有标准柴油发动机的半拖车卡车的燃料效率大至少100％的燃料效率。

16.如权利要求11所述的半拖车卡车，其中，所述AC/DC控制器(22)将来自所述至少一个电池(26，28)的DC输入转换为AC，并且将AC输出到所述AC电动马达(32)，以便驱动所述半拖车卡车的所述动力系(33)。

17.如权利要求11所述的半拖车卡车，还包括用于控制所述至少一个DC电池(26，28)的温度的控制部件(48，100)。

18.如权利要求17所述的半拖车卡车，其中，所述至少一个DC电池(26，28)的温度维持在20℃至35℃的范围内。

19.如权利要求17所述的半拖车卡车，其中，所述至少一个DC电池(26，28)的温度维持在最优电池温度的±2℃的范围内。