CN108215810A - 一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法和系统 - Google Patents

一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法和系统，该系统包括液压制动系统、再生制动系统、缓速器、制热/制冷系统和控制系统。所述制热/制冷系统包括：制热系统、制冷系统、三通阀和温度传感器，制动力分配控制器通过三通阀选择制热或制冷模式。所述制热系统包括暖气片、水泵、风扇和循环液，在缓速器中加热的循环液经过水泵和暖气片再回到缓速器中，风扇加速暖气片热量进入车体内。所述制冷系统包括制冷循环和循环液。在缓速器中加热的循环液驱动制冷循环制冷后再回到缓速器中。本发明将缓速器制动产生的热量用于空调制热/制冷，可解决制热/制冷导致续航里程下降严重的问题。

Description

一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法和系统
技术领域
本发明涉及一种电动汽车制动能量回收利用技术领域，尤其涉及一种集成汽 车辅助制动与车内温度调节的节能技术。
背景技术
重型卡车的能耗和排放非常高，货物运输行业实现电动化已成为各重型卡车 厂家的研发目标。因此，大型汽车对于降低原油需求、降低污染物排放的意义远 大于普通家用轿车的电动化。
目前制约电动汽车发展的关键因素是能量问题，普通燃油汽车夏季利用发动 机驱动蒸汽压缩式空调系统制冷，冬季可利用发动机的燃烧余热来制热取暖。而 电动汽车夏天只能利用电动机驱动压缩式空调制冷，冬天采用热泵型空调或电加 热器制热取暖，该制冷/制热系统耗电非常大，据有关文献报道，冬季取暖能够 降低大型电动汽车的续航里程的40％以上。虽然可以通过电机再生制动回收汽车 制动能量的40％左右，但经过发电、充电和电加热等过程，再生制动制热效率不 到20％。另一方面，为加强大型车辆的安全性，国家已出台大型客车和卡车辅助 制动装置或缓速器的强制标准，且缓速器可减少主制动的机械摩擦和避免长时间 制动热衰退问题。电动汽车虽然有电机再生制动作为辅助制动，但还不能达到国 家标准要求的仅使用辅助制动能以30km/h的匀速在6％坡道行驶6km，所以大 型电动车仍然有加装缓速器的必要性，特别是电动公交和重型卡车。
现有的大型电动汽车制动和制热/制冷解决方案中，CN106585325A公示了一 种大型电动汽车用风水复合热泵型空调系统，该系统由顶置式风水复合热泵系统 与车内下置式水热型采暖系统复合而成，较好的解决了顶置式热泵空调冬季供热 时头热脚冷的问题，但制热仍需消耗过多的电能，影响大型电动汽车的冬季续航 里程。CN106451999A公示了一种液冷电涡流缓速器及缓速器热量利用系统，该 系统利用缓速器中的循环液腔吸收缓速器工作产生的热量，并将该热量用于车内 取暖，该系统可有效实现对缓速器的及时降温，并且避免因电动车车内取暖导致 的二次能源浪费，但所利用的电涡流缓速器耗电较大，同样会降低车辆续航里程， 且不具备制冷功能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法和系 统，该方法通过协调控制液压制动、电机再生制动和缓速器制动，收集缓速器制 动时产生的热量，并将其用于空调制热/制冷，调节车内温度，解决大型电动汽 车制动力不够和制热/制冷导致续航里程下降严重的问题。该节能系统为用于实 现上述方法的装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，该系统包括液压制动系统、再 生制动系统、缓速器、制热/制冷系统和控制系统。液压制动系统与控制系统的 液压控制器连接。所述再生制动系统与控制系统的再生控制器连接。所述缓速器 与制热/制冷系统的三通阀连接，所述缓速器与控制系统的缓速器控制器连接。
所述液压制动系统包括液压控制单元和制动器，液压控制单元和制动器连接， 液压制动系统为大型电动汽车提供主制动。
所述再生制动系统包括电机和电池，电机和电池连接；再生制动系统为大型 电动汽车的主要部件，为大型电动汽车提供行驶动力和再生制动力，制动时电机 发电并存储在电池中。
所述缓速器置于电机与减速器之间或置于减速器之后，或采用电机缓速器一 体化设计。缓速器动子与汽车传动轴固定，缓速器定子固定于车架上，缓速器的 动子与定子之间采用永磁涡流或液力耦合原理进行制动，缓速器制动产生的热量 通过循环液进入制热/制冷系统。
所述制热/制冷系统包括制热系统、制冷系统、三通阀和温度传感器，制热系 统用于车辆冬季取暖，制冷系统用于夏季降温。制动力分配控制器通过三通阀控 制缓速器循环液流向制热系统或制冷系统，以此选择制热或制冷模式。温度传感 器用于采集大型电动汽车内的温度。
所述制热系统包括暖气片、水泵、风扇和循环液，暖气片和水泵通过水管与 三通阀连接，在缓速器中加热的循环液经过水泵和暖气片再回到缓速器中；风扇 设置在暖气片的一侧，风扇用以加速暖气片热量进入大型电动汽车内，从而提高 大型电动汽车内的温度。
所述制冷系统包括制冷循环和循环液。制冷循环通过水管与三通阀连接，在 缓速器中加热的循环液驱动制冷循环制冷后再回到缓速器中。
所述控制系统包括制动力分配控制器、液压制动控制器、电机控制器和缓速 器控制器。制动力分配控制器通过液压制动控制器、电机控制器和缓速器控制器， 对制动力矩进行分配，并根据电池SOC以及制热/制冷系统温度对力矩分配进行 调整。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
第一、本发明公开的一种用于大型电动汽车的辅助制动和温度调节系统，将 缓速器制动产生的热量用于空调制热/制冷，可解决制热/制冷导致续航里程下降 严重的问题。
第二、本发明公开的缓速器采用永久磁铁涡流制动或液力耦合制动原理，增 强了大型汽车的制动能力，提高了车辆行驶安全性，且除电磁阀外几乎不耗电， 降低了缓速器电能的损耗，提高能量回收利用率。
第三、本发明公开的一种用于大型电动汽车的辅助制动和制热取暖系统，采 用缓速器制动、再生制动、液压制动联合制动的方式，减少液压制动分配率，提 高能量回收利用率；减少摩擦片损耗，提高车辆行驶经济性。
附图说明
图1是本发明涉及的用于大型电动汽车的辅助制动与温度调节系统结构示意 图；
图2是本发明涉及的制热/制冷系统结构示意图；
图3是实施例1涉及的永磁缓速器结构示意图；
图4是实施例2涉及的液力缓速器结构示意图；
图中：1、定子，2、永久磁铁，3、水道，4、转子，5、电机轴，6、进水口， 7、出水口，11、转子，12、定子，13、液槽，14、进液口，15、出液口，16、 电机轴20、缓速器，21、暖气片，22、水泵，23、风扇，24、温度传感器，25、 三通阀，26、发生器，27、分离器，28、冷凝器，29、蒸发器，30、吸收器，31、 溶液泵，32、溶液热交换器，40、减速器，50、电机，60、电池，70、制动器， 80、液压控制单元，90、液压制动控制器，100、电机控制器，110、缓速器控制 器，120、制动力分配控制器，130、制热/制冷系统。
具体实施方式
下面结合实例和附图进一步说明本发明。
图1是本发明涉及的用于大型电动汽车的辅助制动制热系统结构示意图。该 用于大型电动汽车的辅助制动制热系统，包括液压制动系统、再生制动系统、缓 速器、制热/制冷系统和控制系统。
一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法，该方法通过三种制动方式进 行联合制动，通过调整三种制动方式的比例，在满足制动要求以及考虑驾驶感觉 的前提下，实现能量回收最大化，并将缓速器制动产生的热量用于空调制热/制 冷，解决大型电动汽车制动力不够和制热/制冷导致续航里程下降严重的问题。 液压制动系统，包括液压控制单元100、制动器70，液压制动单元100根据液压 制动控制器90提出的制动要求使控制器70提供相应的制动力。再生制动系统， 包括电机60、电池70，在驱动模式时电池70为电机60提供电能，在制动模式 时电机60将电机制动回收的能量存储在电池70中。控制系统包括液压制动控制 器90，电机控制器100，缓速器控制器110和制动力分配控制器120；制动力分 配控制器120通过液压制动控制器90，电机控制器100，缓速器控制器110对液 压制动，电机制动，缓速器制动进行联合制动控制。
图2是本发明涉及的制热/制冷系统130结构示意图。制热/制冷系统，包括： 制热系统、制冷系统和三通阀25。制动力分配控制器120通过三通阀25控制缓 速器循环液流向制热系统或制冷系统，以此选择制热或制冷模式。所述制热系统 包括暖气片21、水泵22、风扇23和温度传感器24。暖气片21和水泵22通过 水管与通过内嵌在缓速器定子内的水道连接，水道中流出的带有大量热量的循环 液流入车厢内的暖气片21，通过风扇23的作用使暖气片21中的热量加速进入 车体内。制动力分配控制器120通过安装在暖气片21上的温度传感器24检测车 厢内温度，对风扇23的工作状况进行调整，同时通过缓速器控制器120对缓速 器20的工作状况进行调整。
所述制冷系统包括发生器26、分离器27、冷凝器28、蒸发器29、吸收器30、 溶液泵31和溶液热交换器32。缓速器循环液流经发生器26，加热发生器26中 的溴化锂稀溶液，使溴化锂稀溶液中的水吸热后蒸发形成冷剂蒸汽，发生器26 中的溶液与蒸汽进入分离器27对水气进行分离，其中的溴化锂高温浓溶液进入 到溶液热交换器32与来自吸收器30的溴化锂稀溶液进行换热预冷，预冷后的溴 化锂浓溶液进入到吸收器30。冷剂蒸汽进入冷凝器28，冷剂蒸汽在冷凝器28 中被冷凝后形成冷剂水，流经冷剂水泵后进入蒸发器29。冷剂水在蒸发器29中 吸收车厢内的热量后形成低压低温蒸汽，为车厢内空气降温。来自蒸发器29的 低温低压冷剂蒸汽进入吸收器30后被溴化锂浓溶液吸收，形成溴化锂稀溶液， 溴化锂稀溶液进入溶液热交换器32预热后回到发生器26，完成一个制冷循环。
实施例1
本发明实施例1是利用永磁缓速器的进行辅助制动和制热/制冷。如图3是实 施例1涉及的永磁缓速器结构示意图。永磁缓速器，包括：定子1、转子4。12-20 块瓦片形永久磁铁2沿圆周均布在磁铁保持架上，定子1套设在转子4的外周圆 上。定子1可以相对转子4沿轴向滑动，并且受1-2个外力装置牵动，在外力装 置牵动下，定子1与转子4可以从完全重合至完全错开。水道3通过进水口6、 出水口7与暖气片30串联，将带有大量热量的循环液排出。
当缓速器工作时，气缸接口通入高压气体，推动定子1向永久磁铁2一侧滑 动，定子1切割磁铁保持架上永久磁铁2发出的磁力线，在定子1内产生涡流， 并产生阻碍转子4转动的力矩，改制动力矩通过磁铁保持架作用在电机轴5上， 从而对汽车产生制动力。当不需要制动时，气缸将定子1完全拉出永久磁铁2 右端面，定子1不能切割磁铁保持架上永久磁铁2发出的磁力线，电机轴5不受 制动力矩，从而解除对汽车的制动。
实施例2
本发明实施例1是利用液力缓速器的进行辅助制动和制热/制冷。如图4是实 施例2涉及的液力缓速器结构示意图；液力缓速器，包括转子11，定子12.转子 11与电机轴连接，定子12与固定部分连接。减速制动时通过控制阀将油槽中的 工作液泵入由转子11和定子12一起组成的工作腔内，由于液体的作用，定子 12对转子11产生制动力矩，在工作腔内液流循环流动对定子12叶片的冲击作 用将车辆动能转化为液体热能，通过油道将工作液体排入油槽13，使热量通过 循环液散发出去，循环液通过14进液口和15出液口与暖气片30串联，将带有 大量热量的循环液排出。从而实现车辆减速制动。当解除制动时，工作液体释放到油槽13里，保证缓速器不会在车辆行驶时产生阻力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这 些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：该系统包括液压制动系统、再生制动系统、缓速器、制热/制冷系统和控制系统；液压制动系统与控制系统的液压控制器连接；所述再生制动系统与控制系统的再生控制器连接；所述缓速器与制热/制冷系统的三通阀连接，所述缓速器与控制系统的缓速器控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述液压制动系统包括液压控制单元和制动器，液压控制单元和制动器连接，液压制动系统为大型电动汽车提供主制动。
3.根据权利要求1所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述再生制动系统包括电机和电池，电机和电池连接；再生制动系统为大型电动汽车的主要部件，为大型电动汽车提供行驶动力和再生制动力，制动时电机发电并存储在电池中。
4.根据权利要求1所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述缓速器置于电机与减速器之间或置于减速器之后，或采用电机缓速器一体化设计；缓速器动子与汽车传动轴固定，缓速器定子固定于车架上，缓速器的动子与定子之间采用永磁涡流或液力耦合原理进行制动，缓速器制动产生的热量通过循环液进入制热/制冷系统。
5.根据权利要求1所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述制热/制冷系统包括制热系统、制冷系统、三通阀和温度传感器，制热系统用于车辆冬季取暖，制冷系统用于夏季降温；制动力分配控制器通过三通阀控制缓速器循环液流向制热系统或制冷系统，以此选择制热或制冷模式；温度传感器用于采集大型电动汽车内的温度。
6.根据权利要求1所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述制热系统包括暖气片、水泵、风扇和循环液，暖气片和水泵通过水管与三通阀连接，在缓速器中加热的循环液经过水泵和暖气片再回到缓速器中；风扇设置在暖气片的一侧，风扇用以加速暖气片热量进入大型电动汽车内，从而提高大型电动汽车内的温度。
7.根据权利要求6所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述制冷系统包括制冷循环和循环液；制冷循环通过水管与三通阀连接，在缓速器中加热的循环液驱动制冷循环制冷后再回到缓速器中。
8.根据权利要求1所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能系统，其特征在于：所述控制系统包括制动力分配控制器、液压制动控制器、电机控制器和缓速器控制器；制动力分配控制器通过液压制动控制器、电机控制器和缓速器控制器，对制动力矩进行分配，并根据电池SOC以及制热/制冷系统温度对力矩分配进行调整。
9.利用权利要求1所述系统进行的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法，其特征在于：该方法通过三种制动方式进行联合制动，通过调整三种制动方式的比例，在满足制动要求以及考虑驾驶感觉的前提下，实现能量回收最大化，并将缓速器制动产生的热量用于空调制热/制冷；液压制动系统，包括液压控制单元、制动器，液压制动单元根据液压制动控制器提出的制动要求使控制器提供相应的制动力；再生制动系统，包括电机、电池，在驱动模式时电池为电机提供电能，在制动模式时电机将电机制动回收的能量存储在电池中；控制系统包括液压制动控制器，电机控制器，缓速器控制器和制动力分配控制器；制动力分配控制器通过液压制动控制器，电机控制器，缓速器控制器对液压制动，电机制动，缓速器制动进行联合制动控制；
制动力分配控制器通过三通阀控制缓速器循环液流向制热系统或制冷系统，以此选择制热或制冷模式；所述制热系统包括暖气片、水泵、风扇和温度传感器；暖气片和水泵通过水管与通过内嵌在缓速器定子内的水道连接，水道中流出的带有大量热量的循环液流入车厢内的暖气片，通过风扇的作用使暖气片中的热量加速进入车体内；制动力分配控制器通过安装在暖气片上的温度传感器检测车厢内温度，对风扇的工作状况进行调整，同时通过缓速器控制器对缓速器的工作状况进行调整。
10.根据权利要求9所述的一种用于大型电动汽车的辅助制动节能方法，其特征在于：所述制冷系统包括发生器、分离器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵和溶液热交换器；缓速器循环液流经发生器，加热发生器中的溴化锂稀溶液，使溴化锂稀溶液中的水吸热后蒸发形成冷剂蒸汽，发生器中的溶液与蒸汽进入分离器对水气进行分离，其中的溴化锂高温浓溶液进入到溶液热交换器与来自吸收器的溴化锂稀溶液进行换热预冷，预冷后的溴化锂浓溶液进入到吸收器；冷剂蒸汽进入冷凝器，冷剂蒸汽在冷凝器中被冷凝后形成冷剂水，流经冷剂水泵后进入蒸发器；冷剂水在蒸发器中吸收车厢内的热量后形成低压低温蒸汽，为车厢内空气降温；来自蒸发器的低温低压冷剂蒸汽进入吸收器后被溴化锂浓溶液吸收，形成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液进入溶液热交换器预热后回到发生器，完成一个制冷循环。
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