将燃油动力汽车改装插电式混合动力汽车的装置及方法

技术领域

本发明属于交通运输技术领域，涉及一种将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的装置及方法。

背景技术

目前国内还没有成熟的将燃油动力汽车改装为插电式混合动力汽车的方法，更没有形成成熟的标准体系，而燃油动力汽车的使用不仅油耗较高，进而产生的行车费用昂贵，而且燃油动力汽车在行驶过程中将排放大量尾气，对城市空气质量造成严重的影响；如果将燃油动力汽车直接取代，那必然造成燃油动力汽车本身结构的浪费，因此将燃油动力汽车改装为油电混合动力汽车的方法是未来交通运输领域的发展趋势。

将燃油动力汽车改装为插电式混合油电动力汽车，主要从汽车的电机结构及电机动力能源供应装置电池组这两大结构上进行考虑。

发明内容

本发明的目的在于提供将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的方法及装置，通过在现有普通燃油动力汽车的动力结构上加入轮毂电机及轮毂电机控制系统，实现电驱动，且原有的悬挂及制动系统不变；采用大容量的动力锂电池组作为电驱动动力结构的动力能源，可采用交流220V电源插座对锂电池组供电，也可在使用燃油动力的同时，采用车载发电机通过车载充电器对动力锂电池组进行供电，电机结构及电机结构能源供应装置的改进，不仅降低了油耗及行车费用，而且减少了汽车尾气的排放，对于城市的净化起到显著的作用。

本发明通过下述技术方案实现：将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的方法，在燃油动力汽车的后轮驱动结构上加装轮毂电机及电驱动控制系统；采用动力锂电池组结合锂电池保护模块作为轮毂电机动力；使用交流220v电源对锂电池组充电或/在使用汽油动力情况下，使用车载发电机通过车载充电器对电池充电。

在燃油动力汽车的后轮驱动结构上加装轮毂电机及电驱动控制系统，主要针对两驱燃油动力汽车，轮毂电机替代原有燃油动力汽车的后轮轮毂安装架，加装轮毂电机后后轮刹车系统不变，同时燃油动力汽车中后轮为毂刹的结构改装为碟刹结构，实现电驱动功能；通过新增电驱动控制系统实现对新增轮毂电机的控制，原有的燃油动力汽车操控系统不变，即原有汽车显示仪表结构可在改装后的插电式混合动力汽车上继续使用，当采用电驱动作为汽车动力时，将变速箱排挡防止在空挡位置即可，这样设置原燃油动力汽车手动挡在电驱动情况下相当于自动挡汽车。

采用动力锂电池组结合锂电池保护模块作为轮毂电机动力，现有技术中锂电池保护板与充电器是独立的，且由于功能相近，在使用时很难结合在一起，本发明通过将充电和保护装置合二为一，采用积木式结构独立对单个锂电池充电和管理，即每个单体锂电池对应独立的充电电路和保护芯片然后通过总电压和总输出电流监控，确保锂电池组正常供电，实现低压大电流，工作电压3.2V～3.7V，工作电流50～200A，充电电流30～50A。

采用动力锂电池组作为动力，可采用两种方式对其供电，第一，直接使用普通交流220v家用电源插座，即采用插电式方式为动力锂电池组充电；第二，在使用燃油或汽油作为驱动动力情况下，使用车载发电机通过车载充电器对动力锂电池组充电。

进一步地，为更好的实现本发明，将燃油动力汽车改装为插电式混合动力汽车的方法中采用平板电脑监控锂电池组电机工作系统，其中平板电脑为现有技术，且平板电脑采用android系统，对油电系统转换、锂电池组电压容量监测、锂电池组工作和充电电路、轮毂电机和控制器温度显示、电驱动控制系统故障报警等结构状态的监控；该监控锂电池组电机工作系统，还可嵌入GPS导航结构、行车速度显示结构、行车视频记录结构、全车可视图像监测系统，还可分别与MP3/MP4车载娱乐和通讯上网系统连接，实现与相关网站的链接。

进一步地，为更好的实现本发明，对于后桥驱动汽车，采用后桥中置电机作为驱动动力，保留变速箱结构和离合系统，拆卸下发电机，将直流无刷电机与拆卸下发电机传动轴直接连接。

进一步地，为更好的实现本发明，将普通燃油动力汽车的后轮毂刹改装为碟刹。

另外本发明还揭示了一种将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的装置，该装置包括轮毂电机、电驱动控制系统，锂电池模块组件；

轮毂电机包括电机外壳、电机盖和电机轴，电机轴贯穿在电机外壳和电机盖中部，且电机轴通过法兰盘与电机外壳和电机盖固定，电机外壳相对于电机盖的另一侧设有呈环带分布的固定螺栓，电机轴的两端均设有汽车推力轴承连接电机外壳和电机盖；电机外壳内部设有逆变器，逆变器嵌插固定在电机轴上，逆变器内部安装有金属线芯，金属线芯与电机轴内部通入的电机电缆相连；

其中轮毂电机又称车轮内装轮毂电机又称车轮内装电机，电驱动控制系统对轮毂电机进行控制，其中电驱动控制系统为所属领域的公知常识，轮毂电机的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。在混合动力汽车改装方案里，采用轮毂电机，对汽车原有结构基本不做大的改变，在纯电动汽车领域，采用轮毂电机驱动，可以避免复杂的机械传动装置，使电动汽车结构更加简单和便于电子化操控。其中，使用的轴承为汽车推力轴承，可以承受高速长期行驶，轮毂电机驱动行驶最高可达120km/h，并且在高速制动情况下轴承不会发热烧毁；

锂电池模块组件包括动力锂电池组和锂电池保护模块，动力锂电池组包括电池模块和第一紧固件，电池模块包括多个错极堆叠且依次电联的单体聚合物锂离子电芯，金属U型卡和塑料夹，单体聚合物锂离子电芯置于塑料夹中，金属U型卡连接相邻单体聚合物锂离子电芯的两极，并将其卡接在为塑料夹上，第一紧固件用于连接并固定一个或多个电池模块；锂电池保护模块包括相互连接的整流滤波模块和充放电保护模块，充放电保护模块包括多个保护子模块，保护子模块包括总控芯片模块、震荡器模块、第一分控芯片模块和第二分控芯片模块，总控芯片模块通过震荡器模块分别连接第一分控芯片模块、第二分控芯片模块，第一分控芯片模块、第二分控芯片模块均包括集成芯片IC和场效应管MOS。

所述动力锂电池组中的一个塑料夹安放一个可充电的单体聚合物锂离子电芯并通过金属U型卡进行单体聚合物锂离子电芯与塑料夹的固定而构成一个电池模块的动力锂电池组；多个安放有单体聚合物锂离子电芯的塑料夹按照相邻两个单体聚合物锂离子电芯错极堆叠的方式依次排列并通过第一紧固件的依次连接构成多个电池模块的动力锂电池组。多个电池模块的动力锂电池组，其内部的单体聚合物锂离子电芯依次串联且相邻单体聚合物锂离子电芯间隔一定空隙利于散热，适用于大功率动力电池组的工作需求。

所述锂电池保护模块中主要通过充放电保护模块对动力电池组进行过充保护、过放保护、过压保护、过温保护及均衡充电保护。充电时，整流滤波模块将市电的交流电压转换为动力锂电池组工作的直流电压，总控芯片模块控制直流电压经振荡器模块作用转变为交流电，再由分控芯片模块对单体聚合物锂离子电芯单进行单独的充电保护；放电时，也是由分控芯片模块对单体聚合物锂离子电芯单进行单独的放电保护。一组保护子模块中由一个总控芯片模块通过振荡器模块分别连接第一分控芯片模块、第二分控芯片模块且第一分控芯片模块、第二分控芯片模块分别单独连接一个单体聚合物锂离子电芯的结构可实现单独对每个单体聚合物锂离子电芯进行充放电保护的功能，且两个分控芯片模块为一组通过一个总控芯片模块连接，既能保证均衡充电以及保护功能的稳定性，又可节省成本。

所述总控芯片模块、第一分控芯片模块、第二分控芯片模块均包括集成芯片IC和场效应管MOS，集成芯片IC包括相互连接的微控单元和检测单元，检测单元分别连接在单体聚合物锂离子电芯充电端和输电端进行电流、电压、温度等电参数的检测，微控单元根据检测结果进行动作：若检测结果符合安全阀阈值，对应的场效应管MOS维持现有连接状态；若检测结果超出安全阀阈值，对应的场效应管MOS断开以将故障单体聚合物锂离子电芯隔离而保护动力锂电池组整体的安全。所述检测单元设置有多个温度检测点，以保证对动力电池组工作温度的全面检测。

利用集成芯片IC的集成电路与场效应管MOS的连接实现过充、过放、过压、过温时的断路保护，此技术为成熟技术且集成芯片IC为现有的成熟产品，故不再赘述。

所述集成芯片IC可采用TEA1750或TEA1791，TEA1750或TEA1791均为新一代功率因数校正（PFC）控制器和反激式（FLYBACK）开关电源控制器集成在一起的IC，集成度高，外接元件少，性能稳定且成本低廉。

进一步地，为更好的实现本发明，所述塑料夹包括一对支架单元、第二紧固件和绝缘板，一对支架单元对称设置在单体聚合物锂离子电芯的两侧并连接为一体；所述支架单元的中部设置有散热通道，绝缘板嵌在散热通道内侧并与单体聚合物锂离子电芯接触；所述支架单元的四个角设置有L型凸部，L型凸部上设置有第一紧固孔和第二紧固孔，第二紧固件穿过第二紧固孔将对称设置在单体聚合物锂离子电芯左、右两侧的两个支架单元紧固连接，第一紧固件穿过第一紧固孔将多个塑料夹紧固连接；所述支架单元的上顶端设置紧固槽，金属U型卡的两个卡脚嵌入紧固槽；所述支架单元的外壳分布多个散热孔。

所述单个电池模块组件的动力锂离子电池组中，塑料夹的一对支架单元对称设置在单体聚合物锂离子电芯的两侧并通过第二紧固件穿过第二紧固孔连接为一体；所述多个电池模块的电池模块组件通过第一紧固件依次穿过多个第一紧固孔将堆叠的多个电池模块连接为一体。所述散热通道、散热孔的设置利于单体聚合物锂离子电芯发热后的自发散热。

进一步地，为更好的实现本发明，所述支架单元还设置有纵向支撑条、纵向散热槽和卡接件，纵向支撑条设置在散热通道的开口处，纵向散热槽设置在支架单元的外侧面；所述卡接件包括卡脚和卡槽，对称设置的支架单元通过卡脚、卡槽的卡接进行定位连接。

所述纵向支撑条用于加强塑料夹的强度，纵向散热槽用于电池模块的自发散热，卡接件用于辅助对称设置的支架单元的定位以及固定连接。

进一步地，为更好的实现本发明，所述第二紧固孔为沉头内螺纹通孔，第二紧固件包括相互套接的沉头螺栓和第二螺母，第二紧固件同时穿过对称设置的两个支架单元的第二紧固孔并通过第二螺母紧固连接。

所述第二紧固孔为沉头内螺纹通孔，第二紧固件包括相互套接的沉头螺栓和第二螺母，第二紧固件将对称的支架单元进行紧固连接后，沉头螺栓的螺栓头位于沉头内螺纹通孔的沉头内，减小电池模块的体积。

进一步地，为更好的实现本发明，所述第一紧固件包括相互套接的U型连接杆和第一螺母，U型连接杆的自由端设置外螺纹，U型连接杆依次穿过多个塑料夹的第一紧固孔且两端用第一螺母紧固连接。所述第一紧固件包括相互套接的U型连接杆和第一螺母，第一螺母分别拧接在U型连接杆的自由端，此结构方便快速固定的连接多个电池模块。

进一步地，为更好的实现本发明，所述金属U型卡包括U型卡扣和锁紧螺杆，U型卡扣设置有两个连接柱穿孔，锁紧螺杆穿过连接柱穿孔进行固定连接。

所述U型卡中U型卡扣分别嵌入设置在支架单元上的紧固槽中，一方面可将相邻两个单体聚合物锂离子电芯的正极、负极连接后固定在塑料夹上，另一方面方便对称设置的支架单元定位固定；所述锁紧螺杆穿过连接柱穿孔，一方面紧固连接，另一方面方便检测信号线的接入。本发明采用双锁紧螺杆连接的方式，更有利于大功率电流的连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的方法中将普通汽车改造为油电混合动力，不仅可以节约汽油消耗，而且大大降低行车费用，使用电驱动的情况下每公里费用仅为燃油费用的1/5～1/10，并且完全没有尾气排放，对于城市空气净化可以起显著的作用；

（2）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的方法中在燃油动力汽车的后轮驱动结构上加装轮毂电机及电驱动控制系统，增强插电式混合动力汽车行驶的安全性并能承受高速刹车带来的冲击力；

（3）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的方法采用动力锂电池组结合锂电池保护模块作为轮毂电机动力，可有效降低油耗，及对空气的污染；

（4）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的装置中轮毂电机的设置可以承受高速长期行驶，轮毂电机驱动行驶最高可达120km/h，并且在高速制动情况下轴承不会发热烧毁；

（5）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的装置中动力锂电池组的设置，将充电器和保护板的功能合成在一个动力锂电池组上，既可向多节动力电池提供均匀的充放电保护又减小整体的体积；

（6）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的装置中锂电池组的分控芯片模块，其对每个单体聚合物锂离子电芯进行独立的充放电保护，有效保障动力电池组在大功率使用条件下的安全工作。

（7）本发明将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的方法中可使用交流220v电源对动力锂电池组充电，也可在使用燃油动力情况下，采用车载发电机通过车载充电器对电池充电，提供了多种为锂电池组充电方式，降低能源消耗。

附图说明

图1是本发明中轮毂电机的正面结构示意图；

图2是本发明中轮毂电机的结构剖视示意图；

图3是本发明中轮毂电机的内部结构图；

图4为本发明锂电池组的结构示意图；

图5为本发明锂电池组中保护子模块的结构示意图；

图6为本发明锂电池组中单个锂电池模块的结构示意图；

图7为本发明的结构原理框图；

其中：1—电机外壳，2—电机盖，3—逆变器，4—汽车推力轴承，5—金属线芯，6—电机轴，7—电机电缆，8—固定螺栓，9—动力锂电池组，91—金属U型卡，911—U型卡扣，9111—连接柱穿孔，912—锁紧螺杆，921—支架单元，9 211—散热通道，9212—第一紧固孔，9213—第二紧固孔，9214—紧固槽，9215—散热孔，9216—纵向支撑条，9217—纵向散热槽，9218—卡脚，9219—卡槽，9221—沉头螺栓，9222—第二螺母，10—锂电池保护模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例的将燃料燃油动力汽车改装插电式混合动力汽车的方法，如图7所示，针对两驱汽车面包车、小型货车、SUV车、轿车等，在不改变原有动力结构的条件下，在前驱结构上加装轮毂电机及电驱动控制系统，将后轮的鼓刹该状为碟刹；并采用动力锂电池组结合锂电池保护模块作为轮毂电动力；使用交流220v电源对锂电池组充电，也可在使用燃油动力情况下，采用车载发电机通过车载充电器对电池充电；采用平板电脑监控锂电池组电机工作系统。

本实施例中还公开了一种将燃油动力汽车改装成插电式混合动力汽车的装置包括轮毂电机、电驱动控制系统、电池模块组件，其中轮毂电机，如图1、图2、图3所示，包括电机外壳1、电机盖2和电机轴6，电机轴6贯穿在电机外壳1和电机盖2中部，且电机轴6通过法兰盘与电机外壳1和电机盖2固定，电机外壳1相对于电机盖2的另一侧设有呈环带分布的固定螺栓8，电机轴6的两端均设有汽车推力轴承4连接电机外壳1和电机盖2；电机外壳1内部设有逆变器3，逆变器3嵌插固定在电机轴6上，逆变器3内部安装有金属线芯5，金属线芯5与电机轴6内部通入的电机电缆7相连；

电池模块组件包括动力锂电池组9和锂电池保护模块10，如图3所示，动力锂电池组9包括电池模块和第一紧固件，电池模块包括多个错极堆叠且依次电联的单体聚合物锂离子电芯，金属U型卡91和塑料夹，单体聚合物锂离子电芯置于塑料夹中，金属U型卡91连接相邻单体聚合物锂离子电芯的两极，并将其卡接在为塑料夹上，第一紧固件与电池模块连接；

锂电池保护模块10，如图5所示，包括相互连接的整流滤波模块和充放电保护模块，充放电保护模块包括多个保护子模块，保护子模块包括总控芯片模块、震荡器模块、第一分控芯片模块和第二分控芯片模块，总控芯片模块通过震荡器模块分别连接第一分控芯片模块、第二分控芯片模块、第一分控芯片模块、第二分控芯片模块均包括集成芯片IC和场效应管MOS。

以72V聚合物锂离子动力电池组为例，如图5所示，72V聚合物锂离子动力电池组共由20个单体聚合物锂离子电芯（1号~20号）串联组成，相邻的两个单体聚合物锂离子电芯为一组并分别由第一分控芯片模块、第二分控芯片模块通过振荡器模块与总控芯片模块连接组成一组保护子模块，共10组保护子模块（1001~1010）。充电时，市电为220V的交流电，经过整流滤波模块转变为直流电后均衡分配至各个保护子模块的总控芯片模块，经过振荡器模块的振荡形成交流电源向单体聚合物锂离子电芯进行充电，由保护子模块201中的第一分控芯片模块向单体聚合物锂离子电芯1号进行充电保护；由保护子模块201中的第二分控芯片模块向单体聚合物锂离子电芯2号进行充电保护。放电时，由保护子模块201中的第一分控芯片模块向单体聚合物锂离子电芯1号进行放电保护；由保护子模块201中的第二分控芯片模块向单体聚合物锂离子电芯2号进行放电保护。依次类推，每一个单体聚合物锂离子电芯由一个分控芯片模块提供独立的充放电保护。

实施例2：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，如图4所示，所述塑料夹包括一对支架单元921、第二紧固件和绝缘板，一对支架单元921对称设置在单体聚合物锂离子电芯的两侧并连接为一体；所述支架单元921的中部设置有散热通道9211，绝缘板嵌在散热通道9211内侧并与单体聚合物锂离子电芯接触；所述支架单元921的四个角设置有L型凸部，L型凸部上设置有第一紧固孔9212和第二紧固孔9213，第二紧固件穿过第二紧固孔9213将对称设置在单体聚合物锂离子电芯左、右两侧的两个支架单元921紧固连接，第一紧固件穿过第一紧固孔9212将多个塑料夹紧固连接；所述支架单元921的上顶端设置紧固槽9214，金属U型卡91的两个卡脚9218嵌入紧固槽9214；所述支架单元921的外壳分布多个散热孔9215。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，如图6所示，所述支架单元921还设置有纵向支撑条9216、纵向散热槽9217和卡接件，纵向支撑条9216设置在散热通道9211的开口处，纵向散热槽9217设置在支架单元921的外侧面；所述卡接件包括卡脚9218和卡槽9219，对称设置的支架单元921通过卡脚9218、卡槽9219的卡接进行定位连接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，如图6所示，所述第二紧固孔9213为沉头内螺纹通孔，第二紧固件包括相互套接的沉头螺栓9221和第二螺母9222，第二紧固件同时穿过对称设置的两个支架单元921的第二紧固孔9213并通过第二螺母9222紧固连接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，所述第一紧固件包括相互套接的U型连接杆和第一螺母，U型连接杆的自由端设置外螺纹，U型连接杆依次穿过多个塑料夹的第一紧固孔9212且两端用第一螺母紧固连接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，如图6所示，进一步地，所述金属U型卡11包括U型卡扣911和锁紧螺杆912，U型卡扣911设置有两个连接柱穿孔9111，锁紧螺杆912穿过连接柱穿孔9111进行固定连接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。