一、 基本原理：
節(jié)能汽車動(dòng)力技術(shù)的實(shí)質(zhì)，就是將電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)，電機(jī)功率控制器，與電池）作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力結(jié)合到汽車動(dòng)力結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)下列三大節(jié)能效果：
發(fā)動(dòng)機(jī)效率點(diǎn)運(yùn)行，及其功率和尺寸的縮減；
低速、怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，全電動(dòng)模式；
動(dòng)能的剎車回收儲(chǔ)存，及加速時(shí)釋放。
豐田Prius的深度混合動(dòng)力系統(tǒng)HSD實(shí)現(xiàn)上述三大節(jié)能效果比較成功，但受量產(chǎn)低成本的鎳氫電池的功率制約，剎車功率僅有不足30千瓦通過一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器進(jìn)入鎳氫電池，剩余動(dòng)能被機(jī)械剎車消耗，浪費(fèi)了總裝機(jī)超過100千瓦的雙電機(jī)容量。另一方面，其車輛加速的輔助動(dòng)力性能也受到電池組的輸出功率限制。
下表：各典型駕駛路況及其可回收動(dòng)能的總量比較：
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典型駕駛路況速度數(shù)據(jù) |
EPA75 Urban |
Austr. Urban |
ECE-15 |
Japan1015 |
New York City | |
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驅(qū)動(dòng)能量（KJ） |
總量 |
4000 |
6480 |
3478 |
1675 |
998 |
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/公里 |
377 |
606 |
437 |
402 |
519 | |
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剎車動(dòng)能（KJ） |
總量 |
1934 |
4195 |
953 |
888 |
878 |
|
/公里 |
182 |
392 |
120 |
213 |
461 | |
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剎車動(dòng)能在總驅(qū)動(dòng)能量中的占比（%） |
48.3 |
64.7 |
27.5 |
53.0 |
88.8 | |
從上表可以看出，可回收的車輛動(dòng)能占所需的總驅(qū)動(dòng)能量很大的比重，由此充分顯示了車輛動(dòng)能回收的重要性。而飛輪混動(dòng)系統(tǒng)由于其大功率、高效率的功率吸收能力，幾乎完全可以避免機(jī)械剎車的使用，充分回收動(dòng)能，從而大大改進(jìn)了日系混合動(dòng)力系統(tǒng)的弱點(diǎn)。
通過對(duì)各典型駕駛路況的速度數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)的均值仿真，以及0到100公里加速的仿真，可以看出，�？频娘w輪混動(dòng)系統(tǒng)在使用相同功率的電驅(qū)動(dòng)零部件時(shí)（為方便量化指標(biāo)的生成，并和已有的汽車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行比較，特選擇適用于豐田Prius相同功率的發(fā)動(dòng)機(jī)、雙電機(jī)、雙功率控制器來作為飛輪輔助動(dòng)力系統(tǒng)所配套的整車動(dòng)力系統(tǒng)的具體零部件配置），動(dòng)力性能與油耗指標(biāo)明顯優(yōu)于豐田Prius（見下表）。此外，在示范系統(tǒng)使用同樣容量的低成本鎳氫電池的前提下，電池需承擔(dān)的大功率放電次數(shù)大大減少，延長(zhǎng)了電池壽命。
下表：使用�？频娘w輪混動(dòng)系統(tǒng)的車輛與日系車的加速性能和油耗對(duì)比：
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車型或技術(shù)方案 |
豐田Prius |
豐田Camry-H |
豐田Highlander |
�？频娘w輪混動(dòng)系統(tǒng) |
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0-100km 加速用時(shí)（s） |
11 |
9 |
7.5 |
<8 |
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油耗（mpg） |
50 |
40 |
29 |
40 |
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可否四驅(qū) |
否 |
否 |
是 |
是 |
二、�？�"電動(dòng)式"飛輪混動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
1，與“儲(chǔ)能式”飛輪混動(dòng)系統(tǒng)相比，�？频摹半妱�(dòng)式”飛輪混動(dòng)系統(tǒng)通過行星齒輪機(jī)構(gòu)以機(jī)械耦合的方式直接進(jìn)行動(dòng)能傳輸，不需要?jiǎng)幽?電能-化學(xué)能的四重轉(zhuǎn)換，剎車動(dòng)能利用效率高；而調(diào)速電機(jī)進(jìn)行輔助功率和能量管理，這樣就將電力傳動(dòng)系統(tǒng)的容量要求大大降低。
2，與“機(jī)械式”飛輪混動(dòng)系統(tǒng)相比，海科使用的是機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)，以電機(jī)通過行星齒輪調(diào)速機(jī)構(gòu)取代了“機(jī)械式”的CVT調(diào)速機(jī)構(gòu)，可以通過電機(jī)隨時(shí)補(bǔ)充飛輪能量，飛輪運(yùn)行不需真空裝置；
相比CVT控制的非線形，采用電機(jī)的矢量控制可以達(dá)到很好的動(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)理想的平順性和一致性；而使用行星齒輪機(jī)構(gòu)可以有效解決高扭矩連接問題；
3，�？频娘w輪限速25,000rpm，大大低于其它車載飛輪動(dòng)力系統(tǒng)；半徑設(shè)計(jì)保守，離心強(qiáng)度超過其它產(chǎn)品的兩倍；高強(qiáng)度保護(hù)罩、飛輪失效保護(hù)裝置、抵消陀螺效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4，適用于多種汽車動(dòng)力結(jié)構(gòu)，即可無縫集成到電動(dòng)汽車和多種形式的混合動(dòng)力汽車，也可適用于轎車和重型商用車，還可作為子系統(tǒng)融入到改裝車的原有動(dòng)力系統(tǒng)中。
三、核心技術(shù)：
�？菩履茉吹暮诵募夹g(shù)，集中體現(xiàn)在機(jī)械集成、電氣集成、系統(tǒng)控制三個(gè)方面，在現(xiàn)有新能源汽車動(dòng)力技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破性創(chuàng)新。為此，�？菩履茉磽碛胁⒄谏陥�(bào)多項(xiàng)專利，形成了完整的IP體系。
下表：�？坪诵募夹g(shù)人員作為專利權(quán)人的有關(guān)飛輪混動(dòng)技術(shù)的部分專利內(nèi)容
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專利號(hào) |
專利名稱 |
專利范圍 |
專利權(quán)人名稱 |
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GB2405129 |
Kinetic energy storage system |
英國(guó) |
Chris Ellis |
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PCT/GB2007/001786 |
CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION DEVICE |
全世界 |
Chris Ellis |
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US 5931249 |
Kinetic energy storage system |
美國(guó) |
Chris Ellis |
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US Patent Application No. 60/826,010 |
Integrated Flywheel-Assisted Hybrid Electric Drive Systems |
美國(guó) |
廖越峰 |
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US Patent Application No. 60/826,016 |
Flywheel-Assisted Hybrid Transmission with Neutralized Gyroscopic Effect |
美國(guó) |
廖越峰 |
下表：�？普谏陥�(bào)的部分專利內(nèi)容
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核心技術(shù) |
核心技術(shù)內(nèi)容 |
專利內(nèi)容 |
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動(dòng)力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新（結(jié)構(gòu)創(chuàng)新）
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將飛輪控制電機(jī)與汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，以創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)通過行星齒輪連接起來，再用創(chuàng)新的控制方法實(shí)現(xiàn)新穎的電混合無極變速，將飛輪功率以控制電機(jī)額定功率的2到3倍輸入輸出。實(shí)現(xiàn)了飛輪與汽車傳動(dòng)系統(tǒng)間大于50%的直接功率傳遞，將昂貴的飛輪控制電機(jī)及控制器的額定功率、重量、體積和成本減半之余，系統(tǒng)的動(dòng)力系能不減反增，能量轉(zhuǎn)化效率也大大提高。 |
“電動(dòng)式”飛輪混動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和原理 |
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系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)創(chuàng)新（技術(shù)創(chuàng)新） |
飛輪系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率的****化；
飛輪與電池系統(tǒng)儲(chǔ)能狀態(tài)的優(yōu)化保持，及輔助動(dòng)力穩(wěn)定性的維持；
系統(tǒng)輔助動(dòng)力輸出控制、以及與發(fā)動(dòng)機(jī)的出功分配等等一系列動(dòng)力優(yōu)化的控制策略創(chuàng)新。 |
系統(tǒng)控制類：“電動(dòng)式”飛輪混動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)控制策略和裝置。
電氣集成類：電磁離合器配飛輪；超速離合器配飛輪；飛輪失效保護(hù)裝置。 |
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高速飛輪與行星齒輪技術(shù)創(chuàng)新（工藝創(chuàng)新） |
特殊的行星排和飛輪設(shè)計(jì)等 |
機(jī)械集成類：?jiǎn)涡行桥牛瑱C(jī)械飛輪儲(chǔ)能裝置；雙行星排，機(jī)械飛輪儲(chǔ)能裝置；雙行星輪；飛輪到齒輪花鍵套；新的油封裝配形式；飛濺式和離心式強(qiáng)制結(jié)合的特殊潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)及高速油封的應(yīng)用；膨脹腔問題解決方案。 |
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靈活集成到各種新能源汽車動(dòng)力結(jié)構(gòu)中的創(chuàng)新（應(yīng)用創(chuàng)新） |
將重度混合動(dòng)力或純電動(dòng)汽車動(dòng)力結(jié)構(gòu)中本來就需要的大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為轉(zhuǎn)化飛輪功率的一個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)由于飛輪的大功率輸出能力，使車輛在低速狀態(tài)下加速時(shí)，無需啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，避免了其在低速區(qū)間不節(jié)能地運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)僅在達(dá)到高效率的高速工作點(diǎn)時(shí)再啟動(dòng)。此項(xiàng)功能繞過了制約我國(guó)深度混合動(dòng)力發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜控制技術(shù)的瓶頸，繞過了日系車深度混合動(dòng)力拓?fù)鋵＠趬尽?/DIV> |
“電動(dòng)式”飛輪混動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和原理 |
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