基本信息
- 项目名称：
- 一种汽车绿色高效混合动力方案
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本技术研究原创了一种新型的混合动力技术，将斯特林发动机与电动力源（锂离子动力电池）混合使用，与当前混合动力技术及传统动力技术相比，排气污染少，热效率高，更加环保高效，并且具有低噪音等特点使用户驾驶更加舒适。 并且，在原理和结构上进行了改进。
- 详细介绍：
- （1）原理方案创新 本技术研究原创了一种新型的混合动力技术，将斯特林发动机与电动力源（锂离子动力电池）混合使用，与当前混合动力技术及传统动力技术相比，排气污染少，热效率高，更加环保高效，并且具有低噪音等特点使用户驾驶更加舒适。 由于斯特林发动机利用气缸内被密封的工作流体（氦，氢等）从外部加热和冷却使其产生压力变化得到动能输出，这就使得斯特林发动机在汽车上使用有个致命的弱点—启动速度慢，是导致历史上生产出来的大功率斯特林发动机未广泛应用于汽车的直接原因。在本技术研究中，将斯特林发动机与电动力源混合使用，并在结构上创新，组成混合动力使斯特林发动机与电动力优势互补。斯特林发动机可以使用最符合未来发展方向最具潜力的清洁环保新能源—氢气，也可以在加氢站未来临之前以更高的效率使用多种传统燃料。这种新型的混合动力技术若应用在汽车上，对于环境保护、节约能源，实现可持续发展有着十分积极的作用。 （2）结构设计创新 斯特林发动机是采用两个 型的斯特林发动机经改进串联，组成 型4G-V型斯特林发动机。它的两个热腔并列置于燃烧室中，两个冷腔共用一个冷却水箱，两个热腔和两个冷腔共用一个回热器。这种斯特林发动机不使用轴密封，其构造简单，且具有高输出功率等特点。 电动力源采用新型高能锂离子动力电池，其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，锂离子动力电池是当前车用电池研究的热点，发展前景十分广阔。 电动力源的动力传动机构采用电主轴。电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术融合在一起。电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大。将电主轴用作电动力源的动力传动机构相对传统的电动机来说，具有明显的优势，不仅满足了工作性能要求，也简化了结构尺寸，节约了空间，减少了机械损失。 整个混合动力技术应用于汽车具有可以使用多种能源，降低燃料消耗量，明显减少排放污染物，降低噪音等优点，更加环保、高效，用户驾驶车辆更加舒适。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 专家普遍认为，混合动力车型是当前最现实、最理想的新能源汽车过渡方案。 当前的混合动力虽然在一定程度上降低了油耗和减少了排放，但是目前大部分混合动力汽车的发动机采用内燃机，内燃机相有效热效率低，内燃机的燃烧发生在气缸内，燃料燃烧不充分，污染物及二氧化碳排放仍然严重。 寻求一种更加高效环保的混合动力技术对环境保护、节约能源，实现可持续发展有着十分重大的意义！ 斯特林发动机就是一种外燃机，它理想的热力循环称作斯特林循环，在理论上来说，它的循环效率与卡诺循环的效率一样高，同温度下其理论效率最高。 由于斯特林机是外燃机，具有多重优点，对能源品位要求可低可高，既可直接利用太阳能，也可使用氢能、氦能及混合能，有利于节约能源、保护环境实现可持续发展；作为符合环保节能需要的斯特林发动机，其发展前景十分广阔，随着科技的进步和发展，其应用范围必将扩大，并有望广泛应用在未来的汽车上。 但由于斯特林发动机利用气缸内被密封的工作流体（氦，氢等）从外部加热和冷却使其产生压力变化得到动能输出。这就使得斯特林发动机在汽车上使用有个致命的弱点—启动速度慢。 为了解决斯特林发动机启动速度慢的问题，试图与电动力源混合使用，组成混合动力使斯特林发动机与电动力优势互补。如果这一新型的混合动力技术应用在汽车上，对于环境保护、节约能源，实现可持续发展必将有着十分积极的推动作用！
科学性、先进性
- 本技术研究中混合动力，机动力源采用高效率的斯特林发动机，电动力源采用新型高能锂离子动力电池。 斯特林发动机是利用气缸内被密封的工作流体（氦，氢等）从外部加热和冷却使其产生压力变化得到动能输出的外燃机。它理想的热力循环称作斯特林循环，在理论上来说，它的循环效率与卡诺循环的效率一样高，同温度下其理论效率比内燃机循环效率高。可使用多种能源，结构简单， 低噪音，排放污染少。而且它可以使用最符合未来发展方向最具潜力的清洁环保新能源—氢气，也可以在加氢站未来临之前相对内燃机而言以更高的效率使用多种传统燃料。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室
技术转让方式
- 协商
作品可展示的形式
- 说明书、图纸
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该混合动力技术可广泛应用于各类汽车，而不局限于轿车，也可用作其他动力。可使汽车达到最严格的排放标准，可以使用最符合未来发展方向最具潜力的清洁环保新能源—氢气，也可以在加氢站未来临之前高效率地使用多种传统燃料。当前混合动力技术及传统动力技术相比，排气污染少，热效率高，更加环保高效，并且具有低噪音等特点使用户驾驶更加舒适。 综合性能会优于目前的各种新能源汽车，将会开创绿色高效汽车新时代。 随着技术的进步与发展，推广前景越发广阔，经济效益十分可观！
同类课题研究水平概述
- 1982年3月，在英国伦敦里大学（Reading University）召开了第一届国际斯特林发动机学术会议。会议由英国机械工程学会发起并主办，会议主要议题是探讨“斯特林发动机向实用化进展”的问题。会议认为，斯特林发动机技术的研究，不应把人力和物力集中到车用发动机的研制上。从上世纪80年代起，斯特林发动机研究的重点不再集中在车用发动机的研制上，而是将人力和物力投入到内燃机所不擅长的领域中。 即便现代人已习惯了大马力的汽油引擎车，美国能源部(DOE)早期仍提供经费支持相关研究，美国太空总署、福特汽车公司都曾参与，发展出Mod I，Mod II，P-40等车用斯特林引擎20。2007年底，使用固态生质燃料的电力-斯特林引擎混合(hybrid)车（原型）在瑞典推出。 由于全球性的石油资源迅速减少和大气环境污染的不断恶化，最近十多年来，寻找高效的节能环保方法和技术来解决能源和环境的问题一直是科技发达国家最热门的研究开发领域之一。由于电动汽车(electric vehicle，EV)依靠车载二次电池(可充电电池)中的电力来驱动车辆，其所需的电力可以来自现有电网夜间的峰谷电力或由太阳能和风能发电等来充电，因此被认为是今后最具发展前景的一种零排放的新型交通和运输工具。
