CN106976394A - 一种基于飞轮和蓄能器的机液复合能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞轮和蓄能器的机液复合能量回收系统，是由传动装置和蓄能装置组成，蓄能装置连接在传动装置上；本发明通过齿轮箱将飞轮与蓄能器独立开来，车辆制动或减速时，可以将一部分制动能量，直接储存到飞轮中，作为飞轮的动能，相比现有的复合储能系统，省去了机械能‑液压能‑机械能的能量转化，无疑提高了能量的利用率，当有大量能量需要储存时，飞轮相比蓄能器更具优势，飞轮和蓄能器也能够相互联系，蓄能器能够长时间储能，本发明通过锥齿轮，离合器这些机械式传动能够使飞轮带动液压泵/马达旋转，通过液压泵/马达作为液压泵工作，进而将飞轮动能转变成液压能储存到蓄能器中，避免了能量的浪费。

Description

一种基于飞轮和蓄能器的机液复合能量回收系统
技术领域
本发明涉及能量回收领域，特别涉及一种飞轮和蓄能器的机液复合能量回收系统。
背景技术
现有的能量回收系统中，蓄能器虽能作为储能元件，功率密度高，然而其能量密度低，飞轮作为储能元件，功率密度低，然而其能量密度高，通常用于机械能的回收；
已有的机液复合储能的方法，如中国发明专利申请，申请公布号：CN104776067A，是将飞轮和蓄能器做成一个元件，这种方法虽然也能够进行能量回收，但样机极难制造，且飞轮蓄能器密封性有待考量，成本高，不利于推广；
现有的能量回收系统专利，申请公布号为CN103158545A的专利中，只用液压蓄能器进行能量回收，而蓄能器体积有限，这使得能量回收有限；
申请公布号为CN102897012A的专利中，虽然既有飞轮又有蓄能器，但是汽车制动时，所有能量都先转化成液压能，一部分储存到蓄能器中，另一部分再转化成机械能转化到飞轮中，即飞轮中的能量经机械能—液压能—机械能转化得来，能量的重复转化，大大降低了能量的利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车制动能量回收系统，本发明将汽车制动的能量进行回收、储存，从而达到汽车节能和环保的目的。
本发明是由传动装置和蓄能装置组成，蓄能装置连接在传动装置上；
传动装置包括发动机、第一离合器、减速器、传动轴、驱动桥、车轮、齿轮箱、第二离合器和第三离合器，发动机、第一离合器、减速器通过轴依次连接，传动轴连接在减速器后端，驱动桥设置在传动轴后端，驱动桥两端分别具有车轮，齿轮箱设置在传动轴前端，第二离合器和第三离合器分别连接在齿轮箱上；
蓄能装置包括液压泵/马达、开关阀、油箱、蓄能器、单向阀、溢流阀、第四离合器、第一锥齿轮、第二锥齿轮和飞轮，
液压泵/马达通过轴与第二离合器相连接，下端通过油管和油箱连接，上端通过油管连接在开关阀上，右侧通过轴和第一锥齿轮相连接，蓄能器、单向阀、溢流阀分别通过油管与开关阀相连接，溢流阀左侧具有进油口，右侧具有排油口，排油口通过油管连接到油箱上，，第一锥齿轮通过轴与第四离合器相连接，第四离合器两端分别连接第一锥齿轮和第二锥齿轮，飞轮通过轴与第三离合器相连接，第二锥齿轮与飞轮相连接；
所述飞轮和蓄能器通过齿轮箱，实现并联，各自能够独立工作；
所述飞轮通过机械式连接能够将动能传递到液压泵/马达，液压泵/马达将机械能转化成液压能，进而储存到蓄能器中。
本发明的工作原理及过程：
1)当飞轮和蓄能器分别储能：
此状态应用于汽车制动或减速，与正常车辆相同，第二离合器、第三离合器、第四离合器断开，第一离合器闭合，发动机扭矩经过第一离合器，传递给减速器，经过汽车传动轴传递给驱动桥，进而带动车轮旋转；
飞轮储能：汽车制动时，第一离合器、第二离合器、第四离合器断开，第三离合器闭合，车体的动能依次经过驱动桥、传动轴和齿轮箱传递到第三离合器，最终传递给飞轮，飞轮储存这部分机械能，转速升高；
蓄能器储能：汽车制动时，第一离合器、第三离合器、第四离合器断开，第二离合器闭合，车体的动能依次经过驱动桥、传动轴和齿轮箱传递到第二离合器，然后传递到液压泵/马达，此时液压泵/马达作为液压泵，能够将机械能转变为液压能，液压泵从油箱中吸油，开关阀打开，油经过开关阀储存到蓄能器中，蓄能器中液体增多，气体被压缩，进而储存液压能，当蓄能器充满，油压到达一定限度时，高压油将通过溢流阀流入油箱；
2)飞轮与液压蓄能器同时储能：
此状态应用于汽车制动或减速，
此时相当于工作状态中飞轮储能和蓄能器储能同时进行，即同时储能，第一离合器、第四离合器断开；
3)飞轮与液压蓄能器分别供能：
此工作状态应用于汽车启动或加速，飞轮和蓄能器此时都存有汽车减速或制动时的能量，飞轮和蓄能器的能量都是先传递到齿轮箱，然后到驱动桥，最终带动车轮，汽车能够启动或加速；
飞轮供能：此时的过程为工作状态中飞轮储能的逆过程，第一离合器、第二离合器、第四离合器断开，第三离合器闭合，飞轮中的动能经过依次经过第三离合器，齿轮箱，传递到驱动桥，带动车轮旋转；
蓄能器供能：此时的过程为工作状态中蓄能器储能的逆过程，第一离合器、第三离合器、第四离合器断开，第二离合器闭合，蓄能器中释放出高压油经过开关阀到液压泵/马达，此时液压泵/马达作为液压马达，能够将液压能转化为机械能，液压马达带动第二离合器，将扭矩依次传递到齿轮箱、驱动桥和车轮，因此汽车能够启动或加速；
4)飞轮与液压蓄能器同时供能：
此状态应用于汽车启动或加速，此时相当于工作状态中飞轮供能和蓄能器供能同时进行，即同时放能，第一离合器、第四离合器断开；
5)飞轮给液压蓄能器充能：
此状态应用于汽车匀速时，当发动机转速平稳时，第一离合器、第二离合器、第三离合器断开，第四离合器闭合，此时飞轮动能通过第二锥齿轮、第四离合器和第一锥齿轮传递到液压泵/马达，此时液压泵/马达作为液压泵，能够将机械能转变为液压能，液压泵从油箱中吸油，开关阀打开，液压油经过开关阀储存到蓄能器中，储存液压能。
本发明的有益效果：
本发明在车辆启动时或行驶过程中车辆制动、减速、加速时应用，能够对车辆制动时损耗的机械能进行回收，回收时，飞轮能量密度高，能够储存大量能量，蓄能器功率密度高，能够快速储存能量。
首先，本发明通过齿轮箱将飞轮与蓄能器独立开来，车辆制动或减速时，可以将一部分制动能量，即车体动能，直接储存到飞轮中，作为飞轮的动能，相比现有的复合储能系统，省去了机械能-液压能-机械能的能量转化，无疑提高了能量的利用率，当有大量能量需要储存时，飞轮相比蓄能器更具优势。
其次，飞轮和蓄能器也能够相互联系，由于飞轮的能量因为摩擦容易损耗，而蓄能器能够长时间储能，本发明通过锥齿轮，离合器这些机械式传动能够使飞轮带动液压泵/马达旋转，通过液压泵/马达作为液压泵工作，进而将飞轮动能转变成液压能储存到蓄能器中，在汽车长时间匀速时，飞轮动能容易损耗，此时储存到蓄能器中，避免了能量的浪费。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明是由传动装置1和蓄能装置2组成，蓄能装置2连接在传动装置1上；
传动装置1包括发动机11、第一离合器12、减速器13、传动轴14、驱动桥15、车轮16、齿轮箱17、第二离合器18和第三离合器19，发动机11、第一离合器12、减速器13通过轴依次连接，传动轴14连接在减速器13后端，驱动桥15设置在传动轴14后端，驱动桥15两端分别具有车轮16，齿轮箱17设置在传动轴14前端，第二离合器18和第三离合器19分别连接在齿轮箱17上；
蓄能装置2包括液压泵/马达21、开关阀22、油箱23、蓄能器24、单向阀25、溢流阀26、第四离合器27、第一锥齿轮28、第二锥齿轮29和飞轮201，
液压泵/马达21通过轴与第二离合器18相连接，下端通过油管和油箱23连接，上端通过油管连接在开关阀22上，右侧通过轴和第一锥齿轮28相连接，蓄能器24、单向阀25、溢流阀26分别通过油管与开关阀22相连接，溢流阀27左侧具有进油口，右侧具有排油口，排油口通过油管连接到油箱23上，，第一锥齿轮28通过轴与第四离合器27相连接，第四离合器27两端分别连接第一锥齿轮28和第二锥齿轮29，飞轮201通过轴与第三离合器19相连接，第二锥齿轮29与飞轮201相连接；
所述飞轮201和蓄能器24通过齿轮箱17，实现并联，各自能够独立工作；
所述飞轮201通过机械式连接能够将动能传递到液压泵/马达21，液压泵/马达21将机械能转化成液压能，进而储存到蓄能器24中。
本发明的工作原理及过程：
请参阅图1所示，1)当飞轮和蓄能器分别储能：
此状态应用于汽车制动或减速，与正常车辆相同，第二离合器18、第三离合器19、第四离合器27断开，第一离合器12闭合，发动机11扭矩经过第一离合器12，传递给减速器13，经过汽车传动轴14传递给驱动桥15，进而带动车轮16旋转；
飞轮储能：汽车制动时，第一离合器12、第二离合器18、第四离合器27断开，第三离合器19闭合，车体的动能依次经过驱动桥15、传动轴14和齿轮箱17传递到第三离合器19，最终传递给飞轮201，飞轮201储存这部分机械能，转速升高；
蓄能器储能：汽车制动时，第一离合器12、第三离合器19、第四离合器27断开，第二离合器18闭合，车体的动能依次经过驱动桥15、传动轴14和齿轮箱17传递到第二离合器18，然后传递到液压泵/马达21，此时液压泵/马达21作为液压泵，能够将机械能转变为液压能，液压泵从油箱23中吸油，开关阀22打开，油经过开关阀22储存到蓄能器24中，蓄能器24中液体增多，气体被压缩，进而储存液压能，当蓄能器24充满，油压到达一定限度时，高压油将通过溢流阀26流入油箱23；
2)飞轮与液压蓄能器同时储能：
此状态应用于汽车制动或减速，
此时相当于工作状态1中飞轮储能和蓄能器储能同时进行，即同时储能，第一离合器12、第四离合器27断开；
3)飞轮与液压蓄能器分别供能：
此工作状态应用于汽车启动或加速，飞轮201和蓄能器24此时都存有汽车减速或制动时的能量，飞轮201和蓄能器24的能量都是先传递到齿轮箱17，然后到驱动桥15，最终带动车轮16，汽车能够启动或加速；
飞轮供能：此时的过程为工作状态1中飞轮储能的逆过程，第一离合器12、第二离合器18、第四离合器27断开，第三离合器19闭合，飞轮201中的动能经过依次经过第三离合器19，齿轮箱17，传递到驱动桥15，带动车轮16旋转；
蓄能器供能：此时的过程为工作状态1中蓄能器储能的逆过程，第一离合器12、第三离合器19、第四离合器27断开，第二离合器18闭合，蓄能器24中释放出高压油经过开关阀22到液压泵/马达21，此时液压泵/马达21作为液压马达，能够将液压能转化为机械能，液压马达带动第二离合器18，将扭矩依次传递到齿轮箱17、驱动桥15和车轮16，因此汽车能够启动或加速；
4)飞轮与液压蓄能器同时供能：
此状态应用于汽车启动或加速，此时相当于工作状态3中飞轮供能和蓄能器供能同时进行，即同时放能，第一离合器12、第四离合器27断开；
5)飞轮给液压蓄能器充能：
此状态应用于汽车匀速时，当发动机11转速平稳时，第一离合器12、第二离合器18、第三离合器19断开，第四离合器27闭合，此时飞轮201动能通过第二锥齿轮29、第四离合器27和第一锥齿轮28传递到液压泵/马达21，此时液压泵/马达21作为液压泵，能够将机械能转变为液压能，液压泵从油箱23中吸油，开关阀22打开，液压油经过开关阀22储存到蓄能器24中，储存液压能。

Claims (1)

1.一种飞轮和蓄能器的机液复合能量回收系统，其特征在于：是由传动装置(1)和蓄能装置(2)组成，蓄能装置(2)连接在传动装置(1)上；
传动装置(1)包括发动机(11)、第一离合器(12)、减速器(13)、传动轴(14)、驱动桥(15)、车轮(16)、齿轮箱(17)、第二离合器(18)和第三离合器(19)，发动机(11)、第一离合器(12)、减速器(13)通过轴依次连接，传动轴(14)连接在减速器(13)后端，驱动桥(15)设置在传动轴(14)后端，驱动桥(15)两端分别具有车轮(16)，齿轮箱(17)设置在传动轴(14)前端，第二离合器(18)和第三离合器(19)分别连接在齿轮箱(17)上；
蓄能装置(2)包括液压泵/马达(21)、开关阀(22)、油箱(23)、蓄能器(24)、单向阀(25)、溢流阀(26)、第四离合器(27)、第一锥齿轮(28)、第二锥齿轮(29)和飞轮(201)，
液压泵/马达(21)通过轴与第二离合器(18)相连接，下端通过油管和油箱(23)连接，上端通过油管连接在开关阀(22)上，右侧通过轴和第一锥齿轮(28)相连接，蓄能器(24)、单向阀(25)、溢流阀(26)分别通过油管与开关阀(22)相连接，溢流阀(27)左侧具有进油口，右侧具有排油口，排油口通过油管连接到油箱(23)上，，第一锥齿轮(28)通过轴与第四离合器(27)相连接，第四离合器(27)两端分别连接第一锥齿轮(28)和第二锥齿轮(29)，飞轮(201)通过轴与第三离合器(19)相连接，第二锥齿轮(29)与飞轮(201)相连接；
所述飞轮(201)和蓄能器(24)通过齿轮箱(17)，实现并联，各自能够独立工作；
所述飞轮(201)通过机械式连接能够将动能传递到液压泵/马达(21)，液压泵/马达(21)将机械能转化成液压能，进而储存到蓄能器(24)中。
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