CN107323258A - 一种汽车能量多级回收储存系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种汽车能量多级回收储存系统及方法，包括气压储能装置、热能回收装置和飞轮储能装置，气压储能装置包括高压气罐、低压气罐和气压转换装置，高压气罐第一进气口和第一出气口分别通过第一进气管及第一出气管与气压转换装置的第一气口相连通，第二出气口通过第二出气管与制动气室相连通，低压气罐进气口通过回收气管与制动气室相连通，出气口通过补气管与气压转换装置的第二气口相连通，热能回收装置为换热器，分别通过管道与第一出气管及汽车发动机的尾气管相连通，飞轮储能装置通过传动轴的一端与汽车减速箱相连，另一端与气压转换装置的一端相连，另一端与汽车发动机相连。本发明回收制动时消耗的能量，节能减排。

Description

一种汽车能量多级回收储存系统及方法

技术领域

本发明属于汽车发动机的技术领域，尤其涉及一种汽车能量多级回收储存系统及方法。

背景技术

在传统的制动过程中，汽车动能转化为热能散失了，并且制动后制动气缸中的高压气体直接排放到空气中，能量浪费严重，并且造成了环境污染，加剧了城市热岛效应。据资料显示，在城市工况下，制动能量损失已经占到总能量的5.8％。在不影响制动安全的前提下回收部分制动能量是提高汽车燃油经济性的一种可行方法。

近年来，已经有很多学者为解决这一问题进行了能量回收的研究。吉林大学的初亮等人研究了利用液压储能方式对汽车制动能量进行回收的装置，可实现对汽车能量的回收，但液压储能装置出现泄漏情况时易对环境造成污染，这有待进一步研究。东北林业大学的储江伟等人研究了一款电动汽车制动能量回收利用装置，制动时利用车辆能量驱动电机工作，采用电池储能方式收集能量，但该装置只适用于电动汽车，无法在传统汽车上，并且电能转化效率不高、成本较高等问题有待进一步研究。

现阶段，传统汽车保有量依然庞大，因此我们迫切需要一种应用在传统汽车上，经济性好并且绿色环保的汽车能量回收装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种汽车能量多级回收储存系统及方法，回收车辆行驶过程中，特别是制动时的消耗的能量，达到节能减排的目的。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种汽车能量多级回收储存系统，其特征在于，包括气压储能装置、热能回收装置和飞轮储能装置，所述气压储能装置包括高压气罐、低压气罐和气压转换装置，高压气罐第一进气口和第一出气口分别通过第一进气管及第一出气管与气压转换装置的第一气口相连通，高压气罐的第二出气口通过第二出气管与制动气室相连通，低压气罐进气口通过回收气管与制动气室相连通，出气口通过补气管与气压转换装置的第二气口相连通，所述热能回收装置为换热器，换热器分别通过管道与第一出气管及汽车发动机的尾气管相连通，所述飞轮储能装置通过传动轴的一端与汽车减速箱相连，传动轴的另一端与气压转换装置的一端相连，气压转换装置的另一端与汽车发动机相连。

按上述方案，所述气压转换装置包括箱体、活塞、连杆和曲轴，所述箱体上分别设有所述第一、第二气口，所述连杆一端与活塞相连，另一段与曲轴相连，曲轴两端分别伸出箱体与所述传动轴的另一端及汽车发动机相连。

按上述方案，还包括控制装置，所述控制装置包括ECU电控装置、制动踏板传感器、油门踏板传感器、第一气压传感器、第二气压传感器、飞轮转速传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一离合器、第二离合器和第三离合器，所述第一、第二气压传感器分别设于高压气罐和低压气罐上，所述飞轮转速传感器设于飞轮储能装置上，所述第一离合器设于飞轮储能装置及减速器之间，所述第二离合器设于气压转换装置及飞轮储能装置之间，所述第三离合器设于汽车发动机及气压转换装置之间，所述第一、第二电磁阀分别设于高压气罐的第一出气管及低压气罐的补气管上，所述ECU电控装置接收制动踏板传感器、油门踏板传感器、第一气压传感器、第二气压传感器、飞轮转速传感器的信息，控制第一、第二电磁阀及第一、第二、第三离合器的通断。

按上述方案，所述低压气罐上设有补气阀。

一种汽车能量多级回收储存方法，其特征在于，包括如下步骤：

当汽车制动时，ECU电控装置收到制动踏板传感器的信息后，控制第一离合器接合，使减速箱转轴带动飞轮储能装置的飞轮转动，飞轮吸收汽车的动能并转化成电能储存，制动后，制动气室中的低压气体通过回收气管进入低压气罐中；当汽车加速时，ECU电控装置收到油门踏板传感器的信息后，第一离合器接合，飞轮将储存的电能转化成飞轮的动能反馈给变速箱转轴，辅助车辆加速；当ECU电控装置收到飞轮转速传感器的信息后，判断飞轮能量到达上限时，第一离合器断开，第二离合器闭合，飞轮带动曲轴转动，进而实现活塞向上移动压缩空气，高压气罐的第一气口打开，压缩气体通过第一进气管进入高压气罐储存；当汽车需要能量时，ECU电控装置打开第一电磁阀，高压气罐中的压缩气体经换热器加热后进入气压转换装置中，带动活塞下移做功，转化为机械能，供给飞轮储能装置或直接通过第三离合器闭合供给汽车发动机；压缩气体做功后，第二电磁阀打开，低压气体通过补气管进入低压气罐中，以备下次空气压缩使用；当高压气罐中气压不足时，ECU电控装置收到第一气压传感器的信息后，第三离合器接合，汽车发动机带动曲轴转动，实现活塞向上移动压缩空气，高压气罐的第一气口打开，压缩气体通过第一进气管进入高压气罐储存，以供给下次制动使用。

本发明的有益效果是：1、提供一种汽车能量多级回收储存系统及方法，在车辆制动过程中，回收汽车动能，减轻了制动器的负担，提高了制动的安全性；2.飞轮储能装置可直接吸收和反馈机械能，不需要能量转换，并且气压储能方式对飞轮反馈剩余能量进行存储，提高了能量回收效率；3.整个系统由ECU控制，在车辆未制动时，断开装置与汽车连接，不影响车辆的正常行驶；4.将向空气中散失的能量回收，实现了能源的节约，并减小对生态环境的影响。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构分布示意图。

图2为本发明一个实施例的ECU电控装置对第一离合器的控制流程图。

图3为本发明一个实施例的能量回收过程中的流向示意图。

其中：1、低压气罐，2、第二出气管，3、气压转换装置，4、车轮，5、汽车减速箱，6、第一离合器，7、制动踏板传感器，8、油门踏板传感器，9、高压气罐，10、第一电磁阀，11、换热器，12、汽车发动机，13、第一气口，14、第二气口，15、连杆，16、曲轴，17、活塞，18、箱体，19、第一进气管，20、第一出气管，21、制动气室，22、回收气管，23、补气管，24、ECU电控装置，25、第一气压传感器，26、第二气压传感器，27、飞轮转速传感器，28、第二电磁阀，29、第二离合器，30、第三离合器，31、飞轮储能装置。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步的描述。

如图1所示，一种汽车能量多级回收储存系统，包括气压储能装置、热能回收装置和飞轮储能装置31，气压储能装置包括高压气罐9、低压气罐1和气压转换装置3，高压气罐第一进气口和第一出气口分别通过第一进气管19及第一出气管20与气压转换装置的第一气口13相连通，高压气罐的第二出气口通过第二出气管2与制动气室相连通，低压气罐进气口通过回收气管22与制动气室21相连通，出气口通过补气管23与气压转换装置的第二气口14相连通，热能回收装置为换热器11，换热器分别通过管道与第一出气管及汽车发动机12的尾气管相连通，飞轮储能装置通过传动轴的一端与汽车减速箱5相连，传动轴的另一端与气压转换装置的一端相连，气压转换装置的另一端与汽车发动机相连，汽车减速箱通过连接轴与汽车车轮4相连。

气压转换装置包括箱体18、活塞17、连杆15和曲轴16，箱体上分别设有第一、第二气口，连杆一端与活塞相连，另一段与曲轴相连，曲轴两端分别伸出箱体与传动轴的另一端及汽车发动机相连。

还包括控制装置，控制装置包括ECU电控装置24、制动踏板传感器7、油门踏板传感器8、第一气压传感器25、第二气压传感器26、飞轮转速传感器27、第一电磁阀10、第二电磁阀28、第一离合器6、第二离合器29和第三离合器30，第一、第二气压传感器分别设于高压气罐和低压气罐上，飞轮转速传感器设于飞轮储能装置上，第一离合器设于飞轮储能装置及减速器之间，第二离合器设于气压转换装置及飞轮储能装置之间，第三离合器设于汽车发动机及气压转换装置之间，第一、第二电磁阀分别设于高压气罐的第一出气管及低压气罐的补气管上，ECU电控装置接收制动踏板传感器、油门踏板传感器、第一气压传感器、第二气压传感器、飞轮转速传感器的信息，控制第一、第二电磁阀及第一、第二、第三离合器的通断。

低压气罐上设有补气阀，直接与大气接通，随时补气。

压缩气体时，低压气体从第二气口进入，活塞压缩气体，高压气体从第一气口流向高压气罐。压缩气体做功时，高压气体带动活塞运动，将高压气体的内能转换为曲轴机械能，供给汽车其他部分。

如图2所示，ECU控制第一离合1的流程为：当汽车加速度大于0.04g并持续0.5秒时，ECU进入控制状态，汽车加速度大于零且飞轮储能未达到下限时或汽车加速度小于零且飞轮储能未达到上限时，第一离合器接合，不满足条件时，第一离合器断开。

如图3所示，在回收汽车能量时，汽车动能转化为飞轮动能，在汽车加速时，飞轮动能转化为汽车动能；飞轮中储存的能量通过气体压缩转化为高压气体的内能保存；汽车需要能量时，高压的压缩气体对外做功转化为曲轴的机械能，曲轴的机械能供给给汽车使用，在压缩气体做功过程中，利用发动机的尾气热能预热气体，提高做功效率。

采用上述系统进行能量回收储存的步骤如下：当汽车制动时，ECU电控装置收到制动踏板传感器的信息后，控制第一离合器接合，使减速箱转轴带动飞轮储能装置的飞轮转动，飞轮吸收汽车的动能并转化成电能储存，制动后，制动气室中的低压气体通过回收气管进入低压气罐中；当汽车加速时，ECU电控装置收到油门踏板传感器的信息后，第一离合器接合，飞轮将储存的电能转化成飞轮的动能反馈给变速箱转轴，辅助车辆加速；当ECU电控装置收到飞轮转速传感器的信息后，判断飞轮能量到达上限时，第一离合器断开，第二离合器闭合，飞轮带动曲轴转动，进而实现活塞向上移动压缩空气，高压气罐的第一气口打开，压缩气体通过第一进气管进入高压气罐储存；当汽车需要能量时，ECU电控装置打开第一电磁阀，高压气罐中的压缩气体经换热器加热后进入气压转换装置中，带动活塞下移做功，转化为机械能，供给飞轮储能装置或直接通过第三离合器闭合供给汽车发动机；压缩气体做功后，第二电磁阀打开，低压气体通过补气管进入低压气罐中，以备下次空气压缩使用；当高压气罐中气压不足时，ECU电控装置收到第一气压传感器的信息后，第三离合器接合，汽车发动机带动曲轴转动，实现活塞向上移动压缩空气，高压气罐的第一气口打开，压缩气体通过第一进气管进入高压气罐储存，以供给下次制动使用。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所做的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种汽车能量多级回收储存系统，其特征在于，包括气压储能装置、热能回收装置和飞轮储能装置，所述气压储能装置包括高压气罐、低压气罐和气压转换装置，高压气罐第一进气口和第一出气口分别通过第一进气管及第一出气管与气压转换装置的第一气口相连通，高压气罐的第二出气口通过第二出气管与制动气室相连通，低压气罐进气口通过回收气管与制动气室相连通，出气口通过补气管与气压转换装置的第二气口相连通，所述热能回收装置为换热器，换热器分别通过管道与第一出气管及汽车发动机的尾气管相连通，所述飞轮储能装置通过传动轴的一端与汽车减速箱相连，传动轴的另一端与气压转换装置的一端相连，气压转换装置的另一端与汽车发动机相连。

2.根据权利要求1所述的一种汽车能量多级回收与储存系统，其特征在于，所述气压转换装置包括箱体、活塞、连杆和曲轴，所述箱体上分别设有所述第一、第二气口，所述连杆一端与活塞相连，另一段与曲轴相连，曲轴两端分别伸出箱体与所述传动轴的另一端及汽车发动机相连。

3.根据权利要求2所述的一种汽车能量多级回收与储存系统，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置包括ECU电控装置、制动踏板传感器、油门踏板传感器、第一气压传感器、第二气压传感器、飞轮转速传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第一离合器、第二离合器和第三离合器，所述第一、第二气压传感器分别设于高压气罐和低压气罐上，所述飞轮转速传感器设于飞轮储能装置上，所述第一离合器设于飞轮储能装置及减速器之间，所述第二离合器设于气压转换装置及飞轮储能装置之间，所述第三离合器设于汽车发动机及气压转换装置之间，所述第一、第二电磁阀分别设于高压气罐的第一出气管及低压气罐的补气管上，所述ECU电控装置接收制动踏板传感器、油门踏板传感器、第一气压传感器、第二气压传感器、飞轮转速传感器的信息，控制第一、第二电磁阀及第一、第二、第三离合器的通断。

4.根据权利要求3所述的一种汽车能量多级回收与储存系统，其特征在于，所述低压气罐上设有补气阀。

5.一种汽车能量多级回收储存方法，其特征在于，包括如下步骤：

当汽车制动时，ECU电控装置收到制动踏板传感器的信息后，控制第一离合器接合，使减速箱转轴带动飞轮储能装置的飞轮转动，飞轮吸收汽车的动能并转化成电能储存，制动后，制动气室中的低压气体通过回收气管进入低压气罐中；当汽车加速时，ECU电控装置收到油门踏板传感器的信息后，第一离合器接合，飞轮将储存的电能转化成飞轮的动能反馈给变速箱转轴，辅助车辆加速；当ECU电控装置收到飞轮转速传感器的信息后，判断飞轮能量到达上限时，第一离合器断开，第二离合器闭合，飞轮带动曲轴转动，进而实现活塞向上移动压缩空气，高压气罐的第一气口打开，压缩气体通过第一进气管进入高压气罐储存；当汽车需要能量时，ECU电控装置打开第一电磁阀，高压气罐中的压缩气体经换热器加热后进入气压转换装置中，带动活塞下移做功，转化为机械能，供给飞轮储能装置或直接通过第三离合器闭合供给汽车发动机；压缩气体做功后，第二电磁阀打开，低压气体通过补气管进入低压气罐中，以备下次空气压缩使用；当高压气罐中气压不足时，ECU电控装置收到第一气压传感器的信息后，第三离合器接合，汽车发动机带动曲轴转动，实现活塞向上移动压缩空气，高压气罐的第一气口打开，压缩气体通过第一进气管进入高压气罐储存，以供给下次制动使用。