CN110654248A - 一种飞轮辅助动力系统 - Google Patents

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孙宾宾
魏书斌
张铁柱
葛文庆
李波
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    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/30—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power stored mechanically, e.g. in fly-wheels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

本发明提出一种飞轮辅助动力系统，属于车辆领域。该飞轮辅助动力系统包括飞轮储能模块、电机控制器、车载电池。飞轮储能模块包括飞轮、调速电机、单排行星齿轮机构、齿轮Z1及齿轮Z2。该飞轮辅助动力系统的连接关系如下：太阳轮与调速电机连接；齿圈则通过齿轮Z1、Z2与飞轮连接；行星架则与传动系相连接从而输出动力。在该飞轮辅助动力系统中，飞轮以机械能形式储存能量，将车辆制动的动能吸收，转化为飞轮动能，并在车辆加速时释放，提供辅助动力，达到增强动力和降低能耗的效果。此外，在制动过程中，本系统可以将飞轮无法吸收的剩余能量通过调速电机发电，将电能储存在电池中。本发明可以提高能量利用率，具有新型、高效节能的优点。

Description

一种飞轮辅助动力系统
技术领域
本发明涉及一种飞轮辅助动力系统，属于车辆领域。
背景技术
飞轮电池是20世纪90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。飞轮电池具有能量密度高、能量转换效率高、寿命长、无污染等特点，可以作为电动汽车的辅助动力系统，在车辆加速、爬坡时输出较高的瞬时辅助功率，再生制动时又能提高能量回收率。目前，人们的生产生活中较常使用的飞轮电池包括电动式飞轮电池和机械式飞轮电池两种。由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～50000转每分钟，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，容易解体，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，制造飞轮的碳纤维材料目前还很贵，成本比较高。此外，飞轮电池还存在着陀螺效应、制造难度大、技术要求高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型的飞轮辅助动力系统，在保持传统飞轮优点的基础上，降低生产成本，提高应用性。
为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：一种飞轮辅助动力系统，该系统包括飞轮储能模块、电机控制器、车载电池。飞轮储能模块包括飞轮、调速电机、单排行星齿轮机构、齿轮Z1及齿轮Z2。其中，太阳轮与调速电机连接；齿圈则通过齿轮Z1、Z2与飞轮连接；行星架则与传动系相连接从而输出动力。
与电动式飞轮电池相比，该飞轮辅助动力系统通过行星齿轮机构以机械耦合的方式直接进行动能传输，不需要动能-电能-化学能的多重转换，刹车动能利用效率高；而调速电机进行辅助功率和能量管理，这样就将电力传动系统的容量要求大大降低。与机械式飞轮电池相比，该飞轮辅助动力系统以调速电机通过行星齿轮调速机构取代了机械式的无级变速器（CVT），可以通过电机随时补充飞轮能量，飞轮运行不需真空装置，从而降低生产成本，提高应用性。
附图说明
图1是本发明实施例的飞轮辅助动力系统的结构示意图。
附图标记的含义为：
1—飞轮；2—调速电机；3—行星齿轮机构；4—太阳轮；5—齿圈；6—行星架；7—齿轮Z1；8—齿轮Z2；9—电机控制器；10—车载电池；11—飞轮储能模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一种飞轮辅助动力系统，该系统包括飞轮储能模块11、电机控制器9、车载电池10。飞轮储能模块11包括飞轮1、调速电机2、行星齿轮机构3、齿轮Z1及齿轮Z2。其中，太阳轮4与调速电机2连接；齿圈5则通过齿轮Z1、Z2与飞轮1连接；行星架6则与传动系相连接从而输出动力。
根据车辆运行状况，一种飞轮辅助动力系统的工作状态划分如下：
启动充能状态：当车辆处于启动或怠速阶段时，车轮未转动，行星架固定，调速电机作为电动机，通过行星齿轮结构带动飞轮高速旋转，达到飞轮充能的效果。
加速放能状态：当车辆处于加速阶段时，飞轮降低转速释放动能，同时调速电机作为电动机，两者同时输出动力，经过行星齿轮机构耦合，由行星架向外传输动力至驱动轮，提高车辆加速性能。
匀速恒能状态：当车辆处于匀速阶段时，飞轮依靠惯性运行，同时调速电机小功率运行，维持飞轮转速基本保持不变。
减速回收状态：当车辆处于减速阶段时，汽车进行再生制动，调速电机和飞轮同时获得动力。调速电机作为发电机为电池充电；飞轮转速增加，实现充能；车轮转速降低，实现减速。
熄火回收状态：当车辆处于熄火阶段时，车轮停止转动，行星架固定，调速电机作为发电机给电池充电，将飞轮中的剩余动能转化为电池的化学能，飞轮转速降低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种飞轮辅助动力系统，其特征在于，该飞轮辅助动力系统包括飞轮储能模块、电机控制器、车载电池，其中，飞轮储能模块包括飞轮、调速电机、单排行星齿轮机构、齿轮Z1及齿轮Z2。
2.如权利要求1所述的飞轮辅助动力系统，其特征在于，太阳轮与调速电机连接；齿圈则通过齿轮Z1、Z2与飞轮连接；行星架则与传动系相连接从而输出动力。
3.如权利要求1所述的一种飞轮辅助动力系统，其特征在于，该系统储能单元包括：用于储存动能的飞轮本体，可以通过转速的变化吸收和释放能量，直接进行动能转换；与太阳轮连接的调速电机，可以作为发电机，将动能转化为电能储存于车载电池。
4.如权利要求1所述的一种飞轮辅助动力系统，其特征在于，电机控制器控制调速电机的启动、调速、制动和反向，决定调速电机的电动或发电状态。
5.如权利要求1所述的一种飞轮辅助动力系统，其特征在于，根据车辆运行状况，该飞轮辅助动力系统的工作状态划分如下：
启动充能状态：当车辆处于启动或怠速阶段时，车轮未转动，行星架固定，调速电机作为电动机，通过行星齿轮结构带动飞轮高速旋转，达到飞轮充能的效果；
加速放能状态：当车辆处于加速阶段时，飞轮降低转速释放动能，同时调速电机作为电动机，两者同时输出动力，经过行星齿轮机构耦合，由行星架向外传输动力至驱动轮，提高车辆加速性能；
匀速恒能状态：当车辆处于匀速阶段时，飞轮依靠惯性运行，同时调速电机小功率运行，维持飞轮转速基本保持不变；
减速回收状态：当车辆处于减速阶段时，汽车进行再生制动，调速电机和飞轮同时获得动力；
调速电机作为发电机为电池充电；飞轮转速增加，实现充能；车轮转速降低，实现减速；
熄火回收状态：当车辆处于熄火阶段时，车轮停止转动，行星架固定，调速电机作为发电机给电池充电，将飞轮中的剩余动能转化为电池的化学能，飞轮转速降低。
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