CN108819798B - 一种风电液驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电液混合驱动技术领域，公开了一种风电液驱动系统，用于解决现有电液混合动力系统存在着系统复杂以及不能利用风能的问题。本发明包括发电机，发电机的输出轴连接有液压马达，液压马达的连通有三位四通电液比例阀，三位四通电液比例阀连通有液压阀块，液压阀块连通有高压蓄能器和低压蓄能器，液压阀块还连通有液压泵/马达，液压泵/马达的输出轴连接有齿轮箱，齿轮箱设置有第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴经第二离合器连接有合动箱，第二输出轴经第三离合器连接有设置在车辆上由风带动转动的阻尼叶片。

Description

一种风电液驱动系统
技术领域
本发明属于电液驱动技术领域，具体涉及一种风电液驱动系统。
背景技术
电动车具备零排放、低噪声等优点，发展电动技术能够有效解决汽车能源与环境污染等问题，有利于节能减排，而电动车在使用过程中存在着启停频繁的特点，而电机启动时产生的冲击电流是额定电流的5-8倍，严重损害电机以及蓄电池，这也是蓄电池使用寿命短、续航能力差的一个重要因素。
针对该技术现有技术出现了电液混合驱动系统，例如申请号为201711000392.1的发明专利公开了一种车辆电液混合驱动系统，包括串联构成的电力驱动子系统、液压驱动子系统和后轮驱动子系统；液压驱动子系统包括闭式回路、补油溢流模块和液压辅助模块；闭式回路为主油路；补油溢流模块用于限定主油路的安全压力和为主油路补充油液；液压辅助模块用于完成驱动电机的辅助启动和整个车辆的重载加速以及制动能量的再生功能；还包括控制系统，控制系统控制整个驱动系统中传感器信号的收集和控制各变量元件；电力驱动子系统包括依次连接的蓄电池、逆变器、驱动电机、第一转速扭矩传感器和第一电磁离合器；闭式回路的变量泵与第一电磁离合器相连，变量泵的第二油口连接到主变量马达的第二油口，主变量马达的第一油口连接到第五二位二通电磁换向阀的P口，第五二位二通电磁换向阀的A口连接到第四二位二通电磁换向阀的P口，第四二位二通电磁换向阀的A口连接到变量泵的第一油口；补油溢流模块的补油电机驱动补油泵，补油泵的进油口与油箱相连，补油泵的出油口与滤油器的进油口相连，滤油器的出油口同时与补油溢流阀的进油口、第一单向阀的进油口、第一溢流阀的出油口、第二单向阀的进油口、第二溢流阀的出油口、第一二位二通电磁换向阀的P口、辅助变量马达的第一油口相连，补油溢流阀的出油口与油箱相连。
该技术借助液压能辅助驱动以降低电机峰值扭矩及功率，从而减轻驱动电机的重量及体积，提高车辆续航里程，利用液压能储能实现对电机启动，降低电机启动电流，达到提高蓄电池使用寿命以及续航能力的作用。
但是该系统在使用过程中存在着以下技术问题：
（1）整个控制管路由于布局设计不够合理，导致控制系统冗长，最终导致控制调节响应时间长，控制滞后;
（2）车辆在行驶过程中，由于巨大的风阻，而现有技术并没有将该部分能量进行回收和利用。
发明内容
本发明为了解决现有电液混合动力系统存在着系统复杂以及不能利用风能的问题，而提供一种风电液驱动系统，能够简化控制管路，从而提高控制响应的速度；并且本发明能够将车辆行驶过程中的风能进行回收利用，降低车辆行驶过程中的电能消耗，从而提高续航能力。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种风电液驱动系统，包括发电机，发电机的输出轴连接有液压马达，液压马达连通有三位四通电液比例阀，三位四通电液比例阀连通有液压阀块，液压阀块连通有高压蓄能器和低压蓄能器，液压阀块还连通有液压泵/马达，液压泵/马达的输出轴连接有齿轮箱，齿轮箱设置有第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴经第二离合器连接有合动箱，第二输出轴经第三离合器连接有设置在车辆上由风带动转动的阻尼叶片；所述合动箱设置有两个输入轴，其中一个输入轴与第二离合器连接，另一个输入轴经第一离合器连接有电机，电机连接有逆变器，逆变器连接有蓄电池，逆变器还与发电机电连接。
所述液压阀块包括第一二位二通电磁换向阀、第二二位二通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀，三位四通电液比例阀的A口和B口分别与液压马达的两个油口连通，三位四通电液比例阀的P口并联连接有第一二位二通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀的P口和溢流阀，第一二位二通电磁换向阀连接有高压蓄能器，三位四通电液比例阀的T口并联连接有低压蓄能器和三位四通电磁换向阀的T口，三位四通电磁换向阀的A口和B口分别与液压泵/马达的两个油口连通。
所述溢流阀串联连接有第二二位二通电磁换向阀，第二二位二通电磁换向阀与低压蓄能器连通。
所述合动箱的输出轴连接有减速器，减速器的输出轴与车轮的转动轴连接。
所述三位四通电液比例阀、第一二位二通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、第一离合器、第二离合器和第三离合器电连接有电子控制单元（ECU），由电子控制单元控制各个阀门和离合器进行完成动作指令。
本发明还提供一种风电液驱动系统的控制方法（即本发明的工作过程和原理），包括上述讲述的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，包括如下步骤：
（1）车辆启动时，高压蓄能器中的油液经第一二位二通电磁换向阀进入到三位四通电磁换向阀中，三位四通电磁换向阀中的油液进入到液压泵/马达中，液压泵/马达处于马达工况，液压泵/马达带动齿轮箱转动，第二离合器闭合从而经合动箱使得车辆获得一定速度；然后再闭合第一离合器，蓄电池释放电能通过逆变器驱动电机工作，由电机提供电功率带动车辆行驶，从而达到降低电机启动峰值电流，降低；
（2）车辆加速阶段：高压蓄能器经过第一二位二通电磁换向阀将高压油液输入到三位四通电磁换向阀中，液压泵/马达处于马达工况，带动齿轮箱转动，并经过第二离合器带动合动箱转动，同时电机经第一离合器一起带动合动箱转动，从而达到降低电机功率的目的；
（3）高速下匀速行驶阶段：由蓄电池、逆变器、电机、第一离合器与合动箱构成的驱动链保持不变带动车辆匀速运动，而第二离合器断开，第三离合器闭合，阻尼叶片在风阻的作用下，带动齿轮箱转动，液压泵/马达处于泵工况，液压泵/马达的出油口经三位四通电磁换向阀和三位四通电液比例阀进入到液压马达中，并控制三位四通电液比例阀开口大小，保持流经液压马达的流量恒定，使得液压马达的转速恒定，从而使得发电机输出电流恒定，并通过逆变器储存在蓄电池内；
（4）制动阶段：第一离合器断开，第二离合器和第三离合器闭合，车轮制动和阻尼叶片带动齿轮箱转动，液压泵/马达处于泵工况，液压泵/马达的出油口经第一二位二通电磁换向阀进入到高压蓄能器中回收制动能量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，在使用过程中，车辆在行驶过程中的风力通过阻尼叶片、齿轮传动箱、液压泵/马达、三位四通电磁转向阀和三位四通电液比例阀，最终带动液压马达进行工作，从而进行发电进行回收储存，相比于现有技术，能够充分的利用车辆在行驶过程中的风阻，降低能源的消耗。
本发明的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，在车辆启动阶段和加速爬坡阶段，利用高压蓄能器中的高压油液辅助车辆行驶，能够大大降低电机启动时的峰值电流，降低对蓄电池的损耗，延长蓄电池的使用寿命。在加速和爬坡阶段通过高压蓄能器提供辅助动力，能够降低电机的运行功率，从而提高蓄电池的续航能力。
本发明的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，高压蓄能器通过制动时的能量以及风阻能量进行蓄能，将制动时的能量进行回收利用，进一步降低能源的消耗。
本发明的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，相比于现有技术，不仅增加了风能回收利用的功能，同时通过合理的管路布置，整个系统中，仅仅使用了一三位四通电液比例阀、二个二位二通电磁换向阀、一个三位四通电磁换向阀和一个溢流阀即可完成各种液体流动的控制，相比于现有技术冗长的液压管路布置，大大简化了结构，从而缩短液压管线响应的时间，提高控制的及时性。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图中标记：1、发电机，2、液压马达，3、三位四通电液比例阀，4、高压蓄能器，5、第一二位二通电磁换向阀，6、三位四通电磁换向阀，7、低压蓄能器，8、第二二位二通电磁换向阀，9、溢流阀，10、液压泵/马达，11、电机，12、第一离合器，13、第二离合器，14、齿轮箱，15、第三离合器，16、阻尼叶片，17、合动箱，18、减速器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图，本发明的风电液驱动系统，包括发电机1，发电机的输出轴连接有液压马达2，液压马达2的两个油口连通有三位四通电液比例阀3，三位四通电液比例阀3连通有液压阀块，液压阀块连通有高压蓄能器4和低压蓄能器7，液压阀块还连通有液压泵/马达10，液压泵/马达10的输出轴连接有齿轮箱14，齿轮箱14设置有第一输出轴和第二输出轴，即是说，齿轮箱14设置有两个输出轴，第一输出轴经第二离合器13连接有合动箱17，第二输出轴经第三离合器15连接有设置在车辆上由风带动转动的阻尼叶片16；所述合动箱17设置有两个输入轴，其中一个输入轴与第二离合器13连接，另一个输入轴经第一离合器12连接有电机11，电机11连接有逆变器，逆变器连接有蓄电池，逆变器还与发电机1电连接。
本发明的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，在使用过程中，车辆在行驶过程中的风力通过阻尼叶片、齿轮传动箱、液压泵/马达、三位四通电磁转向阀和三位四通电液比例阀，最终带动液压马达进行工作，从而进行发电进行回收储存，相比于现有技术，能够充分的利用车辆在行驶过程中的风阻，降低能源的消耗。
本发明的液压阀块包括第一二位二通电磁换向阀5、第二二位二通电磁换向阀8和三位四通电磁换向阀6，三位四通电液比例阀3的A口和B口分别与液压马达2的两个油口连通，三位四通电液比例阀3的P口并联连接有第一二位二通电磁换向阀5、三位四通电磁换向阀6的P口和溢流阀9，第一二位二通电磁换向阀5连接有高压蓄能器4，三位四通电液比例阀3的T口并联连接有低压蓄能器7和三位四通电磁换向阀6的T口，三位四通电磁换向阀6的A口和B口分别与液压泵/马达的两个油口连通。
所述溢流阀9串联连接有第二二位二通电磁换向阀8，第二二位二通电磁换向阀8与低压蓄能器连通。
所述合动箱17的输出轴连接有减速器18，减速器18的输出轴与车轮的转动轴连接。
所述三位四通电液比例阀3、第一二位二通电磁换向阀5、三位四通电磁换向阀6、第一离合器12、第二离合器13和第三离合器15电连接有电子控制单元（ECU），由电子控制单元控制各个阀门和离合器进行完成动作指令。其中，电子控制单元属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
本发明的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，相比于现有技术，不仅增加了风能回收利用的功能，同时通过合理的管路布置，整个系统中，仅仅使用了一三位四通电液比例阀、二个二位二通电磁换向阀、一个三位四通电磁换向阀和一个溢流阀即可完成各种液体流动的控制，相比于现有技术冗长的液压管路布置，大大简化了结构，从而缩短液压管线响应的时间，提高控制的及时性。
本发明还提供一种风电液驱动系统的控制方法，包括上述讲述的基于车载风能高效利用的电液混合动力系统，包括如下步骤：
（1）车辆启动时，高压蓄能器4中的油液经第一二位二通电磁换向阀5进入到三位四通电磁换向阀6中，三位四通电磁换向阀6中的油液进入到液压泵/马达10中，液压泵/马达10处于马达工况，液压泵/马达10带动齿轮箱14转动，第二离合器13闭合从而经合动箱17使得车辆获得一定速度；然后再闭合第一离合器12，蓄电池释放电能通过逆变器驱动电机11工作，由电机11提供电功率带动车辆行驶，从而达到降低电机启动时峰值电流的目的，降低启动时对蓄电池的损害，延长蓄电池的使用寿命；
（2）车辆加速阶段：高压蓄能器4经过第一二位二通电磁换向阀5将高压油液输入到三位四通电磁换向阀6中，液压泵/马达10处于马达工况，带动齿轮箱14转动，并经过第二离合器13带动合动箱17转动，同时电机11经第一离合器12一起带动合动箱17转动，通过高压蓄能器4提供的辅助动力，降低电在加速和爬坡时的功率，从而提高蓄电池的使用寿命；
（3）高速下匀速行驶阶段：由蓄电池、逆变器、电机11、第一离合器12与合动箱17构成的驱动链保持不变带动车辆匀速运动，而第二离合器13断开，第三离合器15闭合，阻尼叶片16在风阻的作用下，带动齿轮箱14转动，液压泵/马达10处于泵工况，液压泵/马达10的出油口经三位四通电磁换向阀6和三位四通电液比例阀3进入到液压马达2中，并控制三位四通电液比例阀3开口大小，保持流经液压马达2的流量恒定，使得液压马达2的转速恒定，从而使得发电机1输出电流恒定，并通过逆变器储存在蓄电池内；蓄电池可以设置多组，从而使得充电和放电相互分开进行。并且当蓄电池电量充满的时候，可以闭合三位四通电液比例阀，利用高压蓄能器4进行回收高压油液，将阻尼叶片的能量储存在高压蓄能器中；
（4）制动阶段：第一离合器12断开，第二离合器13和第三离合器15闭合，车轮制动和阻尼叶片16带动齿轮箱14转动，液压泵/马达10处于泵工况，液压泵/马达10的出油口经第一二位二通电磁换向阀5进入到高压蓄能器4中回收制动能量。在实际制动过程中，若再生制动力不能满足制动要求时，可以通过车辆的摩擦制动系统提供额外的摩擦制动力保证制动性能；高压蓄能器通过制动时的能量以及风阻能量进行蓄能，将制动时的能量进行回收利用，进一步降低能源的消耗。
在实际使用过程中，高压蓄能器4可以设置一个，也可以设置2个，2个相互并联的高压蓄能器4，更加能够保障运行的可靠性。
本发明在使用过程中，当高压蓄能器经第一二位二通电磁换向阀5流出的高压油液不能完全利用的时候，可以通过溢流阀9和第二二位二通电磁换向阀8进入到低压蓄能器7中进行回收；或者经过三位四通电磁换向阀6进入到高压蓄能器4的高压油液不能完全利用的时候，也可以通过溢流阀9和第二二位二通电磁换向阀8进入到低压蓄能器7中进行回收。

Claims (3)

1.一种风电液驱动系统，包括发电机（1），发电机的输出轴连接有液压马达（2），液压马达（2）连通有三位四通电液比例阀（3），三位四通电液比例阀连通有液压阀块，液压阀块连通有高压蓄能器（4）和低压蓄能器（7），液压阀块还连通有液压泵/马达（10），液压泵/马达的输出轴连接有齿轮箱（14），齿轮箱设置有第一输出轴和第二输出轴，第一输出轴经第二离合器（13）连接有合动箱（17），第二输出轴经第三离合器（15）连接有设置在车辆上由风带动转动的阻尼叶片（16）；所述合动箱（17）设置有两个输入轴，其中一个输入轴与第二离合器（13）连接，另一个输入轴经第一离合器（12）连接有电机（11），电机（11）连接有逆变器，逆变器连接有蓄电池，逆变器还与发电机（1）电连接；所述液压阀块包括第一二位二通电磁换向阀（5）、第二二位二通电磁换向阀（8）和三位四通电磁换向阀（6），三位四通电液比例阀（3）的A口和B口分别与液压马达（2）的两个油口连通，三位四通电液比例阀的P口并联连接有第一二位二通电磁换向阀（5）、三位四通电磁换向阀的P口和溢流阀（9），第一二位二通电磁换向阀连接有高压蓄能器（4），三位四通电液比例阀（3）的T口并联连接有低压蓄能器（7）和三位四通电磁换向阀（6）的T口，三位四通电磁换向阀（6）的A口和B口分别与液压泵/马达（10）的两个油口连通；所述三位四通电液比例阀、第一二位二通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、第一离合器、第二离合器和第三离合器电连接有电子控制单元ECU，由电子控制单元控制各个阀门和离合器进行完成动作指令。
2. 根据权利要求1所述的风电液驱动系统，其特征在于， 所述溢流阀（9）串联连接有第二二位二通电磁换向阀（8），第二二位二通电磁换向阀（8）与低压蓄能器（7）连通。
3.根据权利要求1所述的风电液驱动系统，其特征在于，所述合动箱（17）的输出轴连接有减速器（18），减速器（18）的输出轴与车轮的转动轴连接。
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