CN107089131B - 基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构及能量分配方法 - Google Patents

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Abstract

基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构及能量分配方法，属于混合动力车辆技术领域。解决了现有电动汽车驱动储能结构存在多次更换电池造成的成本提高和能源的浪费问题。本发明采用弹性储能进行能量存储的辅助，尽量使发动机工作在高效、低排放区域；能量之间的传递都是通过电能转换，使控制方法简单、高效。同时使用弹性储能系统作为能量存储结构免了化学电池对环境的污染且使用寿命远比化学电池长久，间接降低了汽车的使用成本。本发明适用于混合动力车辆的能量的储存。

Description

基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构及能量分配方法
技术领域
本发明属于混合动力车辆技术领域。
背景技术
传统的混合动力汽车采用APU和动力电池结合的方式作为汽车的储能结构，此种结构需要大量的电池满足能量存储的需求，且电池随着充放电循环次数的增加，电池性能会降低会达不到所期望的要求，传统的解决方法是为混合动力汽车更换电池，这样就提高了汽车成本，而且电池的生产及废电池的处理都会对环境造成一定污染。
发明内容
本发明是为了解决现有电动汽车驱动储能结构存在效率低，且多次更换电池造成了成本的提高和能源的浪费的问题，提出了一种基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构及能量分配方法。
本发明所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构，该结构包括发动机1、轴连器2、发电机3、整流电路4、一号双向逆变器5、二号双向逆变器6、弹性储能系统、二号电机10、二号变速箱11和差速器12；弹性储能系统包括一号电机7、一号变速箱8和弹性储能箱9；
发动机1的输出轴经轴连器2与发电机3的输入轴同轴连接，发电机3的电流信号输出端与整流电路4的电流信号输入端连接，整流电路4直流信号输出端同时连接一号双向逆变器5的直流信号端和二号双向逆变器6直流信号端；
一号双向逆变器5的交流信号端连接二号电机10的驱动信号输入端，二号电机10的输出轴与二号变速箱11的输入轴同轴连接，所述二号变速箱11的输出轴与差速器12的输入轴同轴连接；
二号双向逆变器6交流信号输出端连接一号电机7的驱动信号输入端，一号电机7的输出轴与一号变速箱8的输入轴同轴连接，一号变速箱8的输出轴与弹性储能箱9的传动轴同轴连接。
进一步地，弹性储能箱9包括一号传动轴91、储能涡簧92、制动器93、一号箱体94和拉力传感器95；
一号传动轴91位于一号箱体94的中部，并横向穿过一号箱体94，储能涡簧92、制动器93和拉力传感器95均设置在一号箱体94内，储能涡簧92和制动器93均套设在一号传动轴91的上，拉力传感器95固定在储能涡簧92的外端，且储能涡簧92和制动器 93不接触。
进一步地，制动器93包括固定弹簧931、制动栓932、弹簧夹片933、制动轮934、二号传动轴935、开关管组937、永磁铁938、电磁铁939和二号箱体；
制动轮934套设在二号传动轴935上，制动轮934上边缘等间隔开有四个“U”型凹槽，所述四个“U”型凹槽用于插入制动栓932，所述制动栓932的末端嵌有永磁铁938，所述永磁铁938卡接在二号箱体内的竖直隔板上，所述二号箱体的左侧内壁与隔板之间设有固定弹簧931，二号箱体的上下内壁上相对设有弹簧夹片933，所述弹簧夹片933设置在隔板的右侧，永磁铁938与电磁铁939相对设置，所述电磁铁939设置在二号箱体的左侧内壁与隔板之间，电磁铁939的正负电源接线端通过开关管组937与汽车电池936的正负电极连接，制动轮934设置在二号箱体的右侧内壁与隔板之间。
基于弹性储能的串联混合动力汽车能量分配方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用车载传感器实时对汽车的油门踏板开度、制动踏板开度和发动机1的转速进行采集，判断汽车的油门踏板开度是否大于0，若是，并根据汽车油门踏板开度计算电动汽车所需驱动功率P；否则，执行步骤五；
步骤二、采用拉力传感器95实时检测弹性储能系统的储能状态；
步骤三、判断发动机1的转速是否在2500转/分到3000转/分之间，若是，当弹性储能箱9的能量状态低于自身最大储能的90％时，发动机1向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号，同时对弹性储能系统进行储能；当弹性储能系统的能量状态高于或等于自身最大储能的90％时，发动机1向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号，否则，执行步骤四；
步骤四、当弹性储能系统的能量状态低于自身最大储能的10％时，发动机1向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号；
当弹性储能系统能量状态的能量状态大于或等于自身最大储能的10％时，且汽车需求功率小于或等于汽车额定功率的60％时，弹性储能系统向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号；
当弹性储能系统能量状态的能量状态大于或等于自身最大储能的10％时，且汽车需求功率大于汽车额定功率的60％时，发动机1和弹性储能系统同时向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号，完成基于弹性储能的串联混合动力汽车的驱动能量分配；
步骤五、判断汽车的制动踏板开度是否大于0，若是，则执行步骤六，否则，返回执行步骤一；
步骤六、采用拉力传感器95实时检测弹性储能系统的储能状态；
步骤七、当弹性储能箱9的能量状态低于自身最大储能的90％时，采用二号电机10回馈制动的方式为弹性储能系统补充能量；
当弹性储能箱9的能量状态大于自身最大储能的90％时，采用控制制动踏板的方式，通过汽车制动系统进行制动，完成基于弹性储能的串联混合动力汽车的能量分配。
本发明采用弹性储能进行能量存储的辅助，尽量使发动机工作在高效、低排放区域；能量之间的传递都是通过电能转换，使控制方法简单、高效；使用弹性储能系统作为能量存储结构避免了化学电池对环境的污染且使用寿命远比化学电池长久，间接降低了汽车的使用成本。
附图说明
图1为本发明所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构的结构示意图；
图2为具体实施方式二所述的弹性储能箱的结构示意图；
图3为具体实施方式二所述的拉力传感器的安装结构示意图；
图4为具体实施方式三所述的制动器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构，该结构包括发动机1、轴连器2、发电机3、整流电路4、一号双向逆变器5、二号双向逆变器6、弹性储能系统、二号电机10、二号变速箱11和差速器12；弹性储能系统包括一号电机7、一号变速箱8和弹性储能箱9；
发动机1的输出轴经轴连器2与发电机3的输入轴同轴连接，发电机3的电流信号输出端与整流电路4的电流信号输入端连接，整流电路4直流信号输出端同时连接一号双向逆变器5的直流信号端和二号双向逆变器6直流信号端；
一号双向逆变器5的交流信号端连接二号电机10的驱动信号输入端，二号电机10的输出轴与二号变速箱11的输入轴同轴连接，所述二号变速箱11的输出轴与差速器12的输入轴同轴连接；
二号双向逆变器6交流信号输出端连接一号电机7的驱动信号输入端，一号电机7的输出轴与一号变速箱8的输入轴同轴连接，一号变速箱8的输出轴与弹性储能箱9的传动轴同轴连接。
具体实施方式二、结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构的进一步说明，弹性储能箱9包括一号传动轴91、储能涡簧92、制动器93、一号箱体94和拉力传感器95；
一号传动轴91位于一号箱体94的中部，并横向穿过一号箱体94，储能涡簧92、制动器93和拉力传感器95均设置在一号箱体94内，储能涡簧92和制动器93均套设在一号传动轴91的上，拉力传感器95固定在储能涡簧92的外端，且储能涡簧92和制动器 93不接触。
具体实施方式三、结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构的进一步说明，制动器93包括固定弹簧931、制动栓932、弹簧夹片933、制动轮934、二号传动轴935、开关管组937、永磁铁938、电磁铁939和二号箱体；
制动轮934套设在二号传动轴935上，制动轮934上边缘等间隔开有四个“U”型凹槽，所述四个“U”型凹槽用于插入制动栓932，所述制动栓932的末端嵌有永磁铁938，所述永磁铁938卡接在二号箱体内的竖直隔板上，所述二号箱体的左侧内壁与隔板之间设有固定弹簧931，二号箱体的上下内壁上相对设有弹簧夹片933，所述弹簧夹片933设置在隔板的右侧，永磁铁938与电磁铁939相对设置，所述电磁铁939设置在二号箱体的左侧内壁与隔板之间，电磁铁939的正负电源接线端通过开关管组937与汽车电池936的正负电极连接，制动轮(934)设置在二号箱体的右侧内壁与隔板之间。
具体实施方式四、本实施方式所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车的驱动能量分配方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用车载传感器实时对汽车的油门踏板开度、制动踏板开度和发动机1的转速进行采集，判断汽车的油门踏板开度是否大于0，若是，并根据汽车油门踏板开度计算电动汽车所需驱动功率P；否则，执行步骤五；
步骤二、采用拉力传感器95实时检测弹性储能系统的储能状态；
步骤三、判断发动机1的转速是否在2500转/分到3000转/分之间，若是，当弹性储能箱9的能量状态低于自身最大储能的90％时，发动机1向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号，同时对弹性储能系统进行储能；当弹性储能系统的能量状态高于或等于自身最大储能的90％时，发动机1向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号，否则，执行步骤四；
步骤四、当弹性储能系统的能量状态低于自身最大储能的10％时，发动机1向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号；
当弹性储能系统能量状态的能量状态大于或等于自身最大储能的10％时，且汽车需求功率小于或等于汽车额定功率的60％时，弹性储能系统向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号；
当弹性储能系统能量状态的能量状态大于或等于自身最大储能的10％时，且汽车需求功率大于汽车额定功率的60％时，发动机1和弹性储能系统同时向二号电机10发送驱动功率为P1的驱动信号，完成基于弹性储能的串联混合动力汽车的驱动能量分配；
步骤五、判断汽车的制动踏板开度是否大于0，若是，则执行步骤六，否则，返回执行步骤一；
步骤六、采用拉力传感器95实时检测弹性储能系统的储能状态；
步骤七、当弹性储能箱9的能量状态低于自身最大储能的90％时，采用二号电机10回馈制动的方式为弹性储能系统补充能量；
当弹性储能箱9的能量状态大于自身最大储能的90％时，采用控制制动踏板的方式，通过汽车制动系统进行制动，完成基于弹性储能的串联混合动力汽车的能量分配。
本发明的发动机与发电机通过轴连器实现转矩的传递，发动机带动发电机转动为整车系统提供能量，弹性储能系统与发电机和主电机通过能量转换器实现电能上的耦合，从而使能量可以从发电机流向主电机和弹性储能系统或从主电机流向弹性储能系统。能量变换器的整流电路负责把发电机发出的交流电整成直流，一号双向逆变器控制二号电机，一号双向逆变器控制弹性储能系统的一号电机。
弹性储能系统由弹性储能箱、变速箱和电机轴连而成；弹性储能系统起到辅助能量存储作用，通过适时不断吸收和释放能量使发动机尽量工作在高效区(转速在2500转/分到3000转/分之间)和低排放区；弹性储能箱的轴承通过变速箱与电机相连。弹性储能箱的轴承的转动带动涡簧旋转形变进行储存能量，涡簧的形状恢复带动轴承的旋转进行能量释放；拉力传感器感应拉力的大小反应储能涡簧的能量状态；制动器与箱体相连，制动器对轴承起到制动作用。涡簧采用旋转体的方式，一端通过拉力传感器与箱体相连，一端与轴承相连，拉力传感器可以反映涡簧储能状态。弹性储能箱的制动轮与轴承轴连，且制动轮上开凹槽，便于制动栓插入起到制动作用；制动栓末端嵌入一块永久磁铁，制动栓的移动靠电磁铁通不同方向的电流产生对永久磁铁的吸引力或排斥力所实现，制动栓的位置由固定弹簧和弹簧夹片决定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构，其特征在于，该结构包括发动机(1)、轴连器(2)、发电机(3)、整流电路(4)、一号双向逆变器(5)、二号双向逆变器(6)、弹性储能系统、二号电机(10)、二号变速箱(11)和差速器(12)；弹性储能系统包括一号电机(7)、一号变速箱(8)和弹性储能箱(9)；
发动机(1)的输出轴经轴连器(2)与发电机(3)的输入轴同轴连接，发电机(3)的电流信号输出端与整流电路(4)的电流信号输入端连接，整流电路(4)直流信号输出端同时连接一号双向逆变器(5)的直流信号端和二号双向逆变器(6)直流信号端；
一号双向逆变器(5)的交流信号端连接二号电机(10)的驱动信号输入端，二号电机(10)的输出轴与二号变速箱(11)的输入轴同轴连接，所述二号变速箱(11)的输出轴与差速器(12)的输入轴同轴连接；
二号双向逆变器(6)交流信号输出端连接一号电机(7)的驱动信号输入端，一号电机(7)的输出轴与一号变速箱(8)的输入轴同轴连接，一号变速箱(8)的输出轴与弹性储能箱(9)的传动轴同轴连接。
2.根据权利要求1所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构，其特征在于，弹性储能箱(9)包括一号传动轴(91)、储能涡簧(92)、制动器(93)、一号箱体(94)和拉力传感器(95)；
一号传动轴(91)位于一号箱体(94)的中部，并横向穿过一号箱体(94)，储能涡簧(92)、制动器(93)和拉力传感器(95)均设置在一号箱体(94)内，储能涡簧(92)和制动器(93)均套设在一号传动轴(91)的上，拉力传感器(95)固定在储能涡簧(92)的外端，且储能涡簧(92)和制动器(93)不接触。
3.根据权利要求1所述的基于弹性储能的串联混合动力汽车储能结构，其特征在于，制动器(93)包括固定弹簧(931)、制动栓(932)、弹簧夹片(933)、制动轮(934)、二号传动轴(935)、开关管组(937)、永磁铁(938)、电磁铁(939)和二号箱体；
制动轮(934)套设在二号传动轴(935)上，制动轮(934)上边缘等间隔开有四个“U”型凹槽，所述四个“U”型凹槽用于插入制动栓(932)，所述制动栓(932)的末端嵌有永磁铁(938)，所述永磁铁(938)卡接在二号箱体内的竖直隔板上，所述二号箱体的左侧内壁与隔板之间设有固定弹簧(931)，二号箱体的上下内壁上相对设有弹簧夹片(933)，所述弹簧夹片(933)设置在隔板的右侧，永磁铁(938)与电磁铁(939)相对设置，所述电磁铁(939)设置在二号箱体的左侧内壁与隔板之间，电磁铁(939)的正负电源接线端通过开关管组(937)与汽车电池(936)的正负电极连接，制动轮(934)设置在二号箱体的右侧内壁与隔板之间。
4.基于弹性储能的串联混合动力汽车的能量分配方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、采用车载传感器实时对汽车的油门踏板开度、制动踏板开度和发动机(1)的转速进行采集，判断汽车的油门踏板开度是否大于0，若是，并根据汽车油门踏板开度计算电动汽车所需驱动功率P；否则，执行步骤五；
步骤二、采用拉力传感器(95)实时检测弹性储能系统的储能状态；
步骤三、判断发动机(1)的转速是否在2500转/分到3000转/分之间，若是，则执行步骤三一；否则，执行步骤四；
步骤三一、当弹性储能箱(9)的能量状态低于自身最大储能的90％时，发动机(1)向二号电机(10)发送驱动功率为P1的驱动信号，同时对弹性储能系统进行储能；当弹性储能系统的能量状态高于或等于自身最大储能的90％时，发动机(1)向二号电机(10)发送驱动功率为P1的驱动信号；
步骤四、当弹性储能系统的能量状态低于自身最大储能的10％时，发动机(1)向二号电机(10)发送驱动功率为P1的驱动信号；
当弹性储能系统能量状态的能量状态大于或等于自身最大储能的10％时，且汽车需求功率小于或等于汽车额定功率的60％时，弹性储能系统向二号电机(10)发送驱动功率为P1的驱动信号；
当弹性储能系统能量状态的能量状态大于或等于自身最大储能的10％时，且汽车需求功率大于汽车额定功率的60％时，发动机(1)和弹性储能系统同时向二号电机(10)发送驱动功率为P1的驱动信号，完成基于弹性储能的串联混合动力汽车的驱动能量分配；
步骤五、判断汽车的制动踏板开度是否大于0，若是，则执行步骤六，否则，返回执行步骤一；
步骤六、采用拉力传感器(95)实时检测弹性储能系统的储能状态；
步骤七、当弹性储能箱(9)的能量状态低于自身最大储能的90％时，采用二号电机(10)回馈制动的方式为弹性储能系统补充能量；
当弹性储能箱(9)的能量状态大于自身最大储能的90％时，采用控制制动踏板的方式，通过汽车制动系统进行制动，完成基于弹性储能的串联混合动力汽车的能量分配。
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