CN108349401A - 用于轻型车辆的能量采集动力辅助***和方法 - Google Patents

用于轻型车辆的能量采集动力辅助***和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于人力轻型车辆的能量采集动力辅助***和方法。所述动力辅助***包括驱动机构、一个或更多个马达/发电机以及大容量储存装置。所述***连续地采集并且储存由马达转换为运动的能量，给使用者踩踏板提供附加动力。控制器基于使用者的预设值来确定踏板辅助量，并且管理大容量储存装置的充电和放电。这样，所述***不需要任何其他的外部能量源，并且储存装置在所描述的使用情况下从不需要外部充电。

Description

用于轻型车辆的能量采集动力辅助***和方法
相关申请的交叉引用：本申请要求2015年11月8日提交的标题为“HUMAN-ELECTRICPOWERED(HEP)HYBRID TRANSAXLE DRIVE APPARATUS AND METHOD FOR LIGHT VEHICLES(用于轻型车辆的人-电力(HEP)混合驱动桥驱动设备和方法)”的美国临时专利申请第62/252,568号的权益和优先权，该申请的整个公开内容通过引用被并入本文。
技术领域
本发明涉及在其中电力补充人力的动力辅助轻型车辆，并且具体地涉及一种不需要外部充电并且因此具有无限范围的能量采集***。
背景技术
动力辅助轻型车辆(比如自行车、三轮车和轮椅)在现有的实践中是众所周知的。许多这样的车辆利用具有电能储存装置(比如蓄电池)的电力辅助。然而，现有的实践中的所有这样的车辆由于能量储存装置的储存容量有限，具有有限的操作范围。一旦储存的能量已经被耗尽，动力辅助就不再可用，一直到接入可以给储存装置再充电的外部能量源为止。这样的有限范围是减损这些装置在现有的实践中的有用性的严重缺陷。
因此存在对于不需要任何外部充电并且因此有效地具有无限的范围的动力辅助***。
发明内容
因此，本公开的总目标是具有用于提供具有无限操作范围的动力辅助的设备和方法。
进一步地，本公开的目标是具有用于当存在超过使用者基于期望的投入水平选择的预设值的动力需求时，向使用者提供动力辅助的设备和方法。
这些目标通过闭合能量***来实现，在该闭合能量***中，能量被连续地采集并且被储存在大容量能量储存装置中。该能量可用于以后当存在对动力辅助的需求时使用。所述***不需要任何其他的外部能量源，并且因此在所描述的使用情况下永远不需要被充电。
附图说明
图1A是根据本公开的能量采集动力辅助***的示意性表示。
图1B是根据本公开的能量采集动力辅助***的实施方案的操作理论的概念表示。
图1C是示出根据本公开的能量采集动力辅助***的实施方案的细节的示意图。
图2是示出根据本公开的冷启动模式下的能量流的示意图。
图3是示出根据本公开的软惰行模式下的能量流的示意图。
图4是示出根据本公开的硬惰行模式下的能量流的示意图。
图5是示出根据本公开的软巡航模式下的能量流的示意图。
图6是示出根据本公开的硬巡航模式下的能量流的示意图。
图7是示出根据本公开的动能采集模式下的能量流的示意图。
图8是根据本公开的能量流控制方法的流程图。
图9是根据本公开的驱动组件的示意图。
图10示出安装在自行车上的根据本公开的能量采集动力辅助***。
图11A是根据本公开的驱动组件的右侧分解等距视图。
图11B是根据本公开的驱动组件的左侧分解等距视图。
图12是根据本公开的驱动组件的侧视图。
图13是根据本公开的驱动组件的水平截面。
图14是根据本公开的穿过行星齿轮的截面。
图15是根据本公开的穿过前链轮棘轮的截面。
图16是根据本公开的穿过马达/发电机和大容量储存部件的截面。
具体实施方式
注意在下面的描述中以及在附图中，使用约定E-XXX来标记能量流，其中XXX是被考虑的能量流的标号。此外在描述和附图中，使用约定S-YYY来标记信息信号线，其中YYY是被考虑的信号线的标号。
设备和方法的概述
图1A是根据本公开的用于轻型车辆的能量采集动力辅助***的示意性表示。使用者将使用者能量E-102施加于能量分割器单元102，能量分割器单元102分割使用者能量的少量E-101以用于储存在大容量储存单元112中。分割的能量E-101的幅值取决于轻型车辆的操作模式(参见下面的“动力管理”上的章节)，但是一般来说，分割的能量E-101可以包括从1％到20％的使用者能量E-102。分割的能量E-101经由控制单元110被在发电机模式下操作的马达/发电机组件108转换为电能，控制单元110控制大容量储存单元112和马达/发电机组件108之间的能量流。使用者能量E-102的更大的剩余比例E-103被引导到能量组合器组件105，能量组合器组件105将能量E-103与来自在马达模式下操作的马达/发电机组件108的能量E-109组合。能量组合器组件105的能量输出E-105被施加于轻型车辆的被驱动轮106。
在动能采集模式下，动能E-106可以从车轮106被回收，并且被作为能量E-107传送到在发电机模式下操作的马达/发电机组件108，马达/发电机组件108将动能转换为电能以用于储存在大容量储存单元112中。
控制单元110接收使用者定义的投入水平输入信号S-110，该输入信号定义使用者能量E-102的期望的最大水平。如果所需投入水平大于投入水平输入S-110，则控制单元110将使马达/发电机组件108从大容量储存单元112汲取能量并且递送能量E-109以向使用者提供动力辅助。如果所需投入水平小于投入水平输入S-110，则控制单元110将使马达/发电机组件108要么接收回收的动能E-107、要么采集分割的能量E-101以用于转换为电能并且被储存在大容量储存单元112中。注意，在使用者正在施加使用者能量E-102时，分割的能量E-101连续地可用于转换并且储存在大容量储存单元112中。
图1B是能量采集动力辅助***的实施方案的操作理论的概念表示。在图示的实施方案中，马达/发电机组件108包括第一马达/发电机7(MG1)和第二马达发电机8(MG2)。能量组合器组件105包括能量组合器单元104、能量选择器单元104a和能量选择器单元104b。
在图1B的实施方案中，能量分割器单元102分割使用者能量E-102的少量E-101a和E-101b以用于储存。能量选择器单元104a和104b被配置为要么分别发送分割能量分量E-101a和E-101b、要么分别发送动能分量E-106a和E-106b。能量选择器输出104a和104b的输出分别是被选能量E-107a和E-107b，并且被选能量分别被发送到MG2和MG1。能量选择器单元104a和104b被配置为彼此独立地操作，从而提供如表1所示的四个可能的输出。
E-107a E-107b
情况1 E-101a E-101b
情况2 E-101a E-106b
情况3 E-106a E-101b
情况4 E-106a E-106b
表1
被选能量E-107b和E-107a分别被在发电机模式下操作的MG1和MG2转换为电能。电能被储存在大容量能量储存装置112中。
储存的能量可用于以后使用，并且可以被在马达模式下操作的MG1和/或MG2转换回机械能。一个或两个马达可以根据所需的动力辅助的水平工作。能量组合器单元104组合所有的能量源，即，来自使用者的E-103以及分别来自在马达模式下操作的MG1和MG2的E-109b和E-109a。来自能量组合器单元104的能量输出E-105被传送到轻型车辆的被驱动轮106。
在实施方案中，能量分割器单元102、能量组合器单元104以及能量选择器单元104a和104b全都可以借助于如下所述的单个电-机组件来实现。
图1C示出了轻型车辆动力辅助***的实施方案的设备的示意性表示。该***由驱动组件100、电子控制单元110以及大容量能量储存装置112组成。驱动组件100包括踏板132、曲柄轴1、能量分割器单元102、马达/发电机MG1和MG2、能量组合器单元104以及能量选择器单元140a和140b(未示出)。驱动组件100还包括链轮和链条(参见图10)或其他机械连接***以将动力传送到车轮106。在实施方案中，MG1和MG2是无芯双Halbach阵列永磁轴向AC马达/发电机。
大容量能量储存装置112包括多个大容量储存部件111，大容量储存部件111包括超电容器111a(以下被称为UCAP)和大容量蓄电池单元111b(以下被称为BAT)。UCAP111a用作对具有许多快速充电/放电循环的小于大约10分钟的持续时间的峰值需求进行处理的短期能量缓存储存器，而BAT 111b为大于大约10分钟的持续时间的较长期需求提供能量。在实施方案中，大容量蓄电池单元111b可以包括锂离子蓄电池单元。在进一步的实施方案中，超电容器111a可以包括薄的超级电容器。
注意，控制单元110被配置为控制大容量储存部件112以使得BAT 111b总是保持最小能量水平，但是UCAP 111a可以被全耗尽。
电子控制单元110包括控制器122、DC-AC逆变器128a和128b、AC-DC整流器以及蓄电池管理***(BMS)138、辅助输入和连接单元142以及辅助动力DC-DC转换器140。
储存在能量储存装置112中的DC能量被DC到AC逆变器128a和128b转换为AC电流。DC到AC逆变器128a和128b的AC输出分别馈送马达/发电机MG2和MG1(马达方式)。MG2和MG1分别包括多个霍尔效应传感器130a和130b，这些霍尔效应传感器分别将来自MG2和MG1的转子相位信息反馈给DC到AC逆变器128a和128b。大容量能量储存装置112被马达/发电机MG1和MG2充电(发电机模式)。MG1和MG2被连接到AC-DC整流器和BMS 138，AC-DC整流器和BMS138对大容量能量储存装置112提供电荷。控制器122以闭环控制DC到AC逆变器128a和128b以及AC-DC整流器和BMS 138，其中闭环控制反馈由安装在曲柄轴1中的扭矩和踏频(RPM)传感器11提供。反馈回路参考是使用者选择的投入水平输入S-110。
辅助动力DC-DC转换器140将大容量能量储存装置112中的储存能量的一部分转换为合适的电压以给头灯和其他配件(例如，移动电话)提供动力。辅助输入和连接单元142具有两个主要功能：
(a)存在对于来自各种传感器(比如全球定位***(GPS)、加速计(ACCEL)以及倾斜计(INCLINO)，所有这些都可以被用来改进本文所描述的设备和方法的效用)的输入的规定；以及
(b)存在对于用于所述设备和移动电话之间的通信的蓝牙(BT)模块的连接性。在实施方案中，BT连接可以是使用者借助于移动电话键入投入水平输入S-110的方法。
能量分割器102能够分割从曲柄轴1到马达/发电机MG1和MG2的少量能量。该能量被储存在大容量能量储存装置112中以供以后使用。只要使用者正在踩踏板，使用者分割的能量E-101的储存就发生。如果使用者没有在踩踏板、但是轻型车辆仍在运动中，则动能E-106的储存发生。在任何一种情况下，控制器122基于大容量能量储存装置112中的储存耗尽水平来确定要储存的能量量值。控制器122还确定是否存在对于动力辅助的需要，如果是，则来自大容量能量储存装置112的储存能量被马达MG1和MG2转换为机械能，并且通过下面描述的链轮***被传送到轻型车辆车轮106。下面在机械实施方案章节的描述中更详细地描述驱动组件100的机械实施方案。
机械实施方案的描述
该章节提供了动力辅助***的机械实施方案的详细描述。该描述是参照图9～16进行的。
图9示出驱动组件100的示意图，并且图10示出安装在自行车上的动力辅助***的实施例，该动力辅助***包括驱动组件100。参照图9，前链轮棘轮2包括内前链轮棘轮2a和外前链轮棘轮2b。曲柄轴1是驱动组件100的轴，并且被连接到内前链轮棘轮2a。前链轮3被连接到外前链轮棘轮2b。前链轮棘轮2形成单向离合器，该单向离合器仅在顺时针(CW)方向上将扭矩从踏板132传送到前链路3，并且在逆时针(CCW)方向上使链轮3与曲柄轴1解耦合。当曲柄轴1在CW方向上比前链轮3更快地旋转时，使用者的产生的扭矩从曲柄轴1被传送到前链轮3，否则扭矩不被传送。
前链轮3是在其中组合使用者和马达MG1/MG2的扭矩的动力输出部件，照此，它是能量组合器组件105的机械实施方案。如图10所示，来自前链轮3的动力可以被链条或皮带13传送到后链轮12。后链轮12被固定到轻型车辆车轮106的轴以使得当后链轮12的旋转速度大于曲柄轴1的旋转速度时车轮106的旋转可以通过链条或皮带13驱动前链轮3的旋转。前链轮3的该被驱动旋转形成如图7中的被采集的动能E-106a和E-106b所示的动能回收的基础。
图14示出行星(周转)齿轮4的截面，行星(周转)齿轮4包括行星环4a、行星4b、行星太阳4c以及行星架4d(在图11B中示出)。行星齿轮4是能量分割器单元102的示例性机械实现，并且被同轴地安装在轴承5的曲柄轴1上(参见图13)。外前链轮棘轮2b也被连接到行星架4d，行星架4d是用于行星4b的载体。
行星环棘轮6包括内部行星环棘轮6a和外部行星环棘轮6b(参见图13)。行星环4a被连接到内部行星环棘轮6a，而外部行星环棘轮6b被固定到固定壳体10。注意，固定壳体10相对于轻型车辆的框架是固定的。内部行星环棘轮6a和外部行星环棘轮6b一起形成棘轮6，棘轮6是单向离合器，该单向离合器允许环形齿轮只在CW方向上旋转并且在CCW方向上将环形齿轮锁到固定壳体10。
分别具有马达7a和8a并且分别具有定子7b和8b的马达/发电机7(MG1)和8(MG2)被同轴地安装在行星太阳4c上(参见图11B)。MG1被安装在轴承9上，而MG2被直接耦合到行星太阳4c。MG2是中/高扭矩驱动单元，而MG1是低/中扭矩驱动单元。在实施方案中，两个单元都可以由双Halbach阵列永磁轴向马达/发电机组成。如图13所示，两个定子7b和8b都被固定到固定壳体10。
MG1马达7a被连接到行星环4a，并且由于行星环棘轮6，只可以在CW方向上旋转。环棘轮6的主要功能是使得MG2在冷启动期间能够将与如图2所示的能量E-109a相对应的扭矩传送到前链轮3。
固定壳体10是用于驱动组件100的壳体，并且它被固定到轻型车辆框架。壳体10可以被分割成部分以允许组装。如图11A和11B所示，壳体10还装入大容量储存部件111和电子控制单元110。壳体10可以借助于壳体底部托架座10a被固定到轻型车辆框架(参见图11A和13)。壳体底部托架座10a是壳体10的配合在市售的自行车底部托架16内部中的一部分。如图11A所示，壳体底部托架座10a在一端被用螺纹连接以使得螺纹部分从底部托架16突出并且允许安装防松螺母。壳体突缘15将壳体在旋转上紧靠自行车框架锁住。
如图11和13所述，扭矩和踏频传感器11被直接耦合到曲柄轴1。在实施方案中，传感器11还合并用于曲柄轴1的轴承。
在驱动组件100的替换实施方案中，MG1和MG2不被同轴地安装在行星齿轮4的轴上。在该实施方案中，MG1和MG2可以以它们的轴在离行星齿轮4的轴一定距离处这样的方式安装。两个马达/发电机借助于桥接MG1和MG2的轴与行星齿轮4的轴之间的距离的机械传送来实现第一实施方案中描述的相同功能。这样的机械传送可以例如用齿轮组或链轮和同步带来实现。
MG1和MG2可以被替换为DC无刷永磁马达/发电机，而不是Halbach阵列类型。
应注意，图10图示说明仅作为示例性实施方案的自行车。本发明可以被安装在三轮车、轮椅或任何其他的轻型车辆上，并且所有的这样的实施方案在本公开的范围内。
还应注意，行星齿轮4可以被实现为如所示的单级齿轮，或者可以可替换地被实现为具有实现期望性能或匹配特定的马达/发电机的扭矩特性所需的各种齿数比的多级行星齿轮***。行星齿轮***的实现的所有的这样的变型在本公开的范围内。
***动力管理
本章节描述用于每种情况的能量采集动力辅助***和能量流的所有使用情况。使用情况在图2～7中被图示，在图2～7中，递送到轻型车辆车轮106的能量被用粗线示出，并且被采集并且被储存在大容量能量储存装置112中的能量被用粗虚线示出。此外在图2～7中，用于每个给定的使用情况的工作中的部件被用粗线边界示出。
冷启动：
用于冷启动的动力流在图2中被示出。使用者开始踩踏板以使轻型车辆运动，MG2通过在CW方向上提供动力以便减小来自使用者的初始所需起始扭矩来辅助。环形棘轮6防止MG1在CCW方向上旋转。踏板132和前链轮3在CW方向上被前链轮棘轮2接合。动力流如下：
踏板132→车轮106(能量E-103)
MG1→断路
UCAP/BAT→MG2→车轮106(能量E-109a)
软惰行
用于软惰行的动力流在图3中被示出。软惰行是低骑行阻力情况，通常是当在平坦的平滑表面上没有逆风的情况下骑行时。踏板辅助是不需要的，并且使用者在不超过投入水平输入S-110的情况下以舒适的踏频(例如，60-70rpm)踩踏板。环棘轮6防止MG1在CCW方向上旋转。踏板132和前链轮3在CW方向上被前链轮棘轮2接合。MG1和MG2分别以大约200rpm和600rpm旋转，并且给UCAP 111a和BAT 111b充电。动力流如下：
踏板132→车轮106(能量E-103)
踏板132→MG1→UCAP/BAT(能量E-101b)
踏板132→MG2→UCAP/BAT(能量E-101a)
注意，根据UCAP 111a和BAT 111b的充电水平，被采集的能量(E-101a+E-101b)可以在使用者能量E-102的5％和20％之间。
硬惰行
用于硬惰行的动力流在图4中被示出。硬惰行是中低骑行阻力情况，通常是当在平坦的平滑表面上有温和逆风的情况下骑行时。踏板辅助是不需要的。使用者在不超过投入水平输入S-110的情况下以舒适的踏频(例如，60-70rpm)踩踏板。环棘轮6防止MG1在CCW方向上旋转。踏板132和前链轮3在CW方向上被前链轮棘轮2接合。MG2以400rpm旋转，并且给UCAP/BAT充电。动力流如下：
踏板132→车轮106(能量E-103)
MG1→断路
踏板132→MG2→UCAP/BAT(能量E-101a)
注意，根据UCAP 111a和BAT 111b的充电水平，被采集的能量(E-101a)可以在使用者能量E-102的1％和10％之间。
软巡航
用于软巡航的动力流在图5中被示出。软巡航是中骑行阻力情况，通常是当在有轻逆风的情况下和/或在缓坡上骑行时。踏板辅助是必需的，并且由MG2给予。骑行者在投入水平输入S-110下以舒适的踏频(例如，60-70rpm)踩踏板。踏板132和前链轮3在CW方向上被前链轮棘轮2接合。环棘轮6防止MG1在CCW方向上旋转。MG2根据行星架4d和行星环4a的相对速度在CW或CCW方向上旋转，并且根据需要辅助踩踏板。MG1在CW方向上旋转，并且给UCAP/BAT充电。控制单元110首先给UCAP 111a充电，并且当UCAP 111a被充分充电时，使用过大的动力来给BAT 111b充电。MG2从UCAP 111a或BAT 111b汲取必要的动力。动力流如下：
踏板132→车轮106(能量E-103)
踏板132→MG1→UCAP/BAT(能量E-101b)
UCAP/BAT→MG2→车轮106(能量E-109a)
注意，根据UCAP 111a和BAT 111b的充电水平，被采集的能量(E-101b)可以在使用者能量E-102的1％和10％之间。
硬巡航
用于硬巡航的动力流在图6中被示出。硬巡航是高骑行阻力情况，通常是当在有强逆风的情况下和/或在陡坡(例如，斜率>6％)上骑行时。踏板辅助是必需的，并且由MG1和MG2二者给予。使用者在投入水平输入S-110下以舒适的踏频(例如，30-50rpm)踩踏板。环棘轮6防止MG1在CCW方向上旋转。踏板132和前链轮3在CW方向上被前链轮棘轮2接合。MG1在CW方向上旋转，并且根据需要辅助踩踏板。MG2根据行星架4d和行星环4a的相对速度在CW或CCW方向上旋转，并且等同于低齿轮辅助。MG1和MG2这二者都从UCAP 111a或BAT 111b汲取必要的动力。该硬巡航操作模式意在具有在大约3至5分钟的范围内的相对较短的持续时间。动力流如下：
踏板132→车轮106(能量E-103)
UCAP/BAT→MG1→车轮106(能量E-109b)
UCAP/BAT→MG2→车轮106(能量E-109a)
动能采集
用于能量采集的动力流在图7中被示出。能量采集模式通常是当在平坦的或下坡的表面上骑行并且使用者停止踩踏板时所用的。踏板132和前链轮3被前链轮棘轮2脱离，因为相对旋转是CCW。后链轮12能够借助于链条或皮带13将车轮旋转传送到前链轮3。前链轮3从而在CW方向上被驱动。MG1和MG2还旋转CW并且给UCAP 111a和BAT 111b充电。MG1和MG2的被驱动旋转可以造成显著的拖曳，从而使轻型车辆减速。动力流如下：
车轮106→MG1→UCAP/BAT(能量E-106b)
车轮106→MG2→UCAP/BAT(能量E-106a)
注意，在能量采集模式的替换实施方案中，要么MG1或MG2、要么MG1和MG2这二者可以被连接来采集动能。控制器122被配置为基于可用动能的量(根据轻型车辆的速度)以及UCAP 111a和BAT 111b的能量储存水平来确定是连接MG1、MG2、还是连接这二者。
表2示出了上述使用情况的总结，包括用于每种情况的扭矩和踏频(RPM)的典型值。
表2
图8是根据本公开的流控制方法的示意图。在图8中，扭矩和踏频传感器11测得的轴踏频用符号C指定，并且扭矩和踏频传感器11测得的扭矩用符号T指定。等同于使用者定义的投入水平输入S-110的扭矩阈值用符号T2指定。下扭矩阈值T1由控制单元110计算，并且由T1＝k1·T2给出，其中k1是0.5和0.9之间的数，优先值为0.7。上扭矩阈值T3由控制单元110计算，并且由T3＝k3·T2给出，其中k3是1.1和1.5之间的数，优先值为1.3。注意，k1和k3的最佳值将取决于马达的功率/扭矩/rpm特性。控制单元110还可以被配置为根据UCAP111a和BAT 111b的充电状态来改变k1和k3的值。
在步骤70中，流控制方法开始，并且在步骤72中，所述方法确定C是否为零(曲柄轴1静止)。如果是，并且如果T大于零(步骤74)，则在步骤76中进入冷启动模式。如果在步骤72中C大于零(曲柄轴1旋转)，并且如果在步骤78中T为零(不需要扭矩)，则在步骤80中进入能量采集模式。如果在步骤78中T大于零，但是在步骤82中T不大于T1，则在步骤84中进入软惰行模式。如果在步骤82中T大于T1，但是在步骤86中T不大于T2，则在步骤88中进入硬惰行模式。如果在步骤86中T大于T2，但是在步骤90中T不大于T3，则在步骤92中进入软巡航模式。如果在步骤90中T大于T3，则在步骤94中进入硬巡航模式。所述方法在步骤96结束，但是再次在步骤70返回到开始，以使得轻型车辆的操作条件被连续地检查以确定是否需要改变动力流模式。
尽管已经关于本发明的特定实施方案描述了本发明，但是可以意识到，可以基于本公开的教导设想各种设计，并且所有这些都在本公开的范围内。

Claims (26)

1.一种用于具有所需使用者能量输入的轻型车辆的能量采集动力辅助***，所述动力辅助***包括：
能量分割器单元，所述能量分割器单元被配置为将所述轻型车辆的使用者消耗的使用者能量分割为第一分割能量和第二分割能量；
大容量能量储存单元，所述大容量能量储存单元被配置为储存并且释放电能，所述大容量能量储存单元包括：
多个超电容器，所述多个超电容器用于为短持续时间的较高动力需求提供能量，并且具有多个快速充电/放电循环；以及
多个大容量蓄电池单元，所述多个大容量蓄电池单元用于为长持续时间的较低动力需求提供能量；
马达/发电机组件，所述马达/发电机组件被配置为将所述第一分割能量转换为电能以用于储存在所述大容量能量储存单元中，并且通过从所述大容量能量储存单元汲取电能来生成马达机械能；
控制单元；
能量组合器组件，所述能量组合器组件被配置为通过组合所述第二分割能量和所述马达机械能、从而提供用于驱动所述轻型车辆的被驱动轮的驱动能量来向所述使用者提供动力辅助，并且被进一步配置为从所述被驱动轮采集被采集的动能以用于被所述马达/发电机组件转换为电能并且被存储在所述大容量能量储存单元中；并且
其中所述大容量能量储存单元不需要通过外部能量源重新充电。
2.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述控制单元被配置为接受最大使用者能量的使用者输入，并且被进一步配置为控制所述大容量能量储存单元和所述马达/发电机组件，以使得当所述所需使用者能量超过所述最大使用者能量时所述能量组合器组件提供所述马达机械能，并且当所述所需使用者能量小于所述最大使用者能量时所述能量组合器组件采集所述被采集的动能。
3.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述控制单元被配置为控制所述多个超电容器的充电/放电循环以及所述多个大容量蓄电池单元的电荷水平以使得所述大容量蓄电池单元总是保持最小电荷水平，但是所述超电容器可以被全耗尽。
4.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述能量分割器单元、所述大容量能量储存单元、所述马达/发电机组件、所述能量组合器组件以及所述控制单元被集成到具有驱动组件轴的驱动组件中，所述驱动组件轴被与连接到踏板的踏板曲柄轴同轴地安装以用于使用者能量的输入。
5.如权利要求4所述的动力辅助***，其中所述驱动组件具有前链轮，所述被驱动轮具有带有后链轮的被驱动轮轴，所述后链轮固定到所述被驱动轮轴，并且所述前链轮借助于链条或皮带被连接到所述后链轮，并且其中所述前链轮将所述驱动能量传送到所述后链轮或者从所述后链轮接收被采集的动能。
6.如权利要求4所述的动力辅助***，其中所述马达/发电机组件包括两个马达发电机单元，所述两个马达发电机单元具有盘式形状因子，并且被与所述驱动组件轴同轴地安装。
7.如权利要求5所述的动力辅助***，其中所述能量分割器单元借助于一个或更多个行星齿轮组被实现在所述驱动组件中，并且所述能量组合器单元借助于所述前链轮被实现在所述驱动组件中。
8.如权利要求7所述的动力辅助***，其中所述驱动组件进一步包括第一单向离合器装置，所述第一单向离合器装置被配置为当所述踏板曲柄轴的旋转速度等于或大于所述前链轮的旋转速度时使所述踏板曲柄轴与所述前链轮接合以使得所述前链轮接收所述使用者能量，并且所述第一单向离合器装置被进一步配置为当所述踏板曲柄轴的旋转速度小于所述前链轮的旋转速度时使所述踏板曲柄轴从所述前链轮脱离以使得所述前链轮从所述被驱动轮接收被采集的动能。
9.如权利要求8所述的动力辅助***，其中所述一个或更多个行星齿轮组中的每个具有环形齿轮，并且所述驱动组件进一步包括第二单向离合器装置，所述第二单向离合器装置被配置为允许至少一个环形齿轮在第一旋转方向上旋转并且在第二旋转方向上将所述至少一个环形齿轮锁到所述驱动组件的固定壳体。
10.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述控制单元被配置为控制所述马达/发电机组件以使得当所述能量组合器组件正在提供马达机械能时，所述使用者能量恒定地保持为最大使用者能量。
11.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述控制单元包括辅助输入和连接单元，所述辅助输入和连接单元用于从蓝牙装置、全球定位***装置、加速计或倾斜计接收数据输入。
12.如权利要求11所述的动力辅助***，其中所述蓝牙装置被连接到智能电话，并且其中所述最大使用者能量的使用者输入借助于所述智能电话来实现。
13.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述控制单元包括辅助动力DC-DC转换器，所述辅助动力DC-DC转换器被配置为向所述轻型车辆的头灯或其他配件提供电力。
14.如权利要求6所述的动力辅助***，其中所述控制单元包括DC-AC逆变器，并且所述两个马达发电机中的每个包括至少一个相位传感器，并且每个相位传感器的输出信号被连接到所述DC-AC逆变器。
15.如权利要求4所述的动力辅助***，其中所述控制单元被进一步配置为从扭矩和踏频传感器接收输入。
16.如权利要求15所述的动力辅助***，其中所述扭矩和踏频传感器被安置在所述踏板曲柄轴处。
17.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述多个超电容器包括薄的超级电容器。
18.如权利要求1所述的动力辅助***，其中所述短的持续时间小于10分钟，并且所述长的持续时间大于10分钟。
19.一种控制用于轻型车辆的动力辅助***中的动力流的方法，所述轻型车辆使使用者将使用者能量施加于连接到被驱动轮的踏板曲柄轴，所述动力辅助***包括第一马达/发电机、第二马达发电机以及大容量储存单元，所述动力辅助***向所述被驱动轮提供马达动力或者接收发电机动力以用于储存在所述大容量存储单元中，所述方法包括以下步骤：
接收最大使用者扭矩阈值的使用者数据输入；
在所述踏板曲柄轴处测量被测扭矩；
测量所述踏板曲柄轴的被测踏频；
如果所述被测踏频为零并且所述被测扭矩大于零，则进入冷启动动力流模式；
如果所述被测踏频大于零并且所述被测扭矩为零，则进入动能采集动力流模式；
如果所述被测踏频大于零并且所述被测扭矩大于零、但是小于下扭矩阈值，则进入软惰行动力流模式；
如果所述被测踏频大于零并且所述被测扭矩大于下扭矩阈值、但是小于所述最大使用者扭矩阈值，则进入硬惰行动力流模式；
如果所述被测踏频大于零并且所述被测扭矩大于所述最大使用者扭矩阈值、但是小于上扭矩阈值，则进入软巡航动力流模式；以及
如果所述被测踏频大于零并且所述被测扭矩大于所述上扭矩阈值，则进入硬巡航动力流模式。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述下扭矩阈值等于第一常数乘以所述最大使用者扭矩阈值，其中所述第一常数具有0.5和0.9之间的值，并且其中所述上扭矩阈值等于第二常数乘以所述最大使用者扭矩阈值，其中所述第二常数具有1.1和1.5之间的值。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述进入所述冷启动动力流模式的步骤进一步包括以下步骤：
从所述被驱动轮断开所述第一马达发电机；
将所述第二马达/发电机连接到所述被驱动轮；以及
将来自所述第二马达/发电机的马达动力提供给所述被驱动轮。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述进入所述动能采集动力流模式的步骤进一步包括以下步骤：
将所述第一马达/发电机和所述第二马达/发电机中的一个或两个连接到所述被驱动轮；
在所述第一马达/发电机和所述第二马达/发电机处接收所述发电机动力；以及
将来自所述第一马达/发电机和所述第二马达/发电机的发电机动力传送到所述大容量储存单元。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述进入所述软惰行动力流模式的步骤进一步包括以下步骤：
分割5％和20％之间的所述使用者能量来驱动所述第一马达/发电机和所述第二马达/发电机；
允许所述使用者能量的其余的95％至80％被施加于所述被驱动轮；
将来自所述第一马达/发电机和所述第二马达/发电机的发电机动力传送到所述大容量储存单元。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述进入所述硬惰行动力流模式的步骤进一步包括以下步骤：
从所述被驱动轮断开所述第一马达发电机；
分割1％和10％之间的所述使用者能量来驱动所述第二马达/发电机；
允许所述使用者能量的其余的99％至90％被施加于所述被驱动轮；
将来自所述第二马达/发电机的发电机动力传送到所述大容量储存单元。
25.如权利要求19所述的方法，其中所述进入所述软巡航动力流模式的步骤进一步包括以下步骤：
分割1％和10％之间的所述使用者能量来驱动所述第一马达/发电机；
允许所述使用者能量的其余的99％至90％被施加于所述被驱动轮；
将来自所述第一马达/发电机的发电机动力传送到所述大容量储存单元；
将所述第二马达/发电机连接到所述被驱动轮；以及
将来自所述第二马达/发电机的马达动力提供给所述被驱动轮。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述进入所述硬巡航动力流模式的步骤进一步包括以下步骤：
将所述第一马达/发电机连接到所述被驱动轮；
将所述第二马达/发电机连接到所述被驱动轮；以及
将来自所述第一马达/发电机和所述第二马达/发电机的马达动力提供给所述被驱动轮。
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