CN213473095U - 一种复合制动能量回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合制动能量回收系统，应用于混合动力货车或纯电动货车上。该系统将气动回收系统和飞轮储能系统两种能量回收方式有效集成在汽车底盘；气动回收系统主要包括车辆半轴、气动离合器、辅助制动减速模块、空气滤清器、空气压缩机、油水分离器等；飞轮储能系统基本结构为双行星齿轮组及飞轮结构。飞轮储能系统主要由主驱电机、飞轮控制电机、飞轮、飞轮制动器、行星齿轮机构两组、传感器等组成。从传动系统的始端——主驱动电机及传动的终端——半轴两个位置加装能量回收装置，改进结构和控制模块。使汽车行驶过程中摩擦消耗的能量得到回收和利用。除控制部份外全部为机械结构，整体可靠性耐用性强，转化效益可观。

Description

一种复合制动能量回收系统

技术领域

本实用新型涉及汽车能量回收技术领域，特别是涉及一种复合制动能量回收系统。

背景技术

传统汽车大多通过摩擦力将动能耗散成热能来完成汽车制动。混合动力汽车和纯电动车则采用制动能量回收的方式将这一部分能量回收利用。在现有的制动能量回收系统研究中，普遍针对的是小型乘用车型，利用双向电机将制动能量转化为电能储存在电池中是常见的方式。另外还有液压储能方式。电化学能量储存的研发和应用成本一般较高。液压储能系统要求高性能密封，发生泄漏会严重污染环境。基于上述现状，本设计提出的基于气压回收和飞轮储能的货车复合制动能量回收方案是成本较低、可靠性较高的制动能量回收方式。能较大幅度减少电动货车制动过程损失的能量。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服汽车制动能量回收应用成本高，性能不够稳定等问题，提出了一种整合方案，包括气动机构部分和飞轮储能部分。系统除控制部分外几乎全部为机械结构，对工作环境几乎没有要求，整体可靠性耐用性极强，转化过程能量散失极少，转化效率可观。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种复合制动能量回收系统，由模块一与模块二组成。模块一——气动回收系统包括车辆半轴，气动离合器，气压传动装置和减速机构；气压传动装置主要有空气滤清器，空气压缩机，油水分离器，空气干燥器，单向阀，截止阀，储气罐，减压阀，安全阀，两位两通电磁阀，快速排气阀；电控模块包括：压力传感器，坡度传感器，速度传感器，单片机，分电器，继电器；模块二——飞轮储能系统包括主驱电机、飞轮控制电机、飞轮、飞轮减速器、飞轮反向锁止机构、行星齿轮机构组1和行星齿轮机构组2、轴承、机油泵、水泵、传感器（水温传感器、油温传感器、电流传感器、转速传感器等）、壳体等组成。

模块一所述速度传感器，坡度传感器，压力传感器与单片机相连，所述单片机通过继电器与电磁阀k1连接，另一路单片机与继电器连接，再通过连接电磁阀k2连接所述快速排气阀，电磁阀k2与所述气动离合器连接，所述减压阀连接电磁阀与气动离合器，气动离合器通过带传动组连接车辆半轴，气动离合器连接所述空气压缩机，空气压缩机连接所述空气滤清器、空气处理装置，空气处理装置通过单向阀连接所述溢流阀，储气罐连接电磁阀k1和流量计。

模块二所述第一行星齿轮组的行星架固定，齿圈与飞轮控制电机连接，太阳轮与第二行星齿轮组的太阳轮连接，第一行星齿轮组为单自由度的增速机构，主要作用是放大控制电机的转速，避免控制电机在车辆高速时转速过高而反拖车辆；第二行星齿轮组的三个元件未固定，作为2自由度的差动行星齿轮传动，飞轮控制电机通过第一行星齿轮组后与第二行星齿轮组的太阳轮连接，太阳轮和齿圈，行星架与主减速器输入轴相连，主驱电机直接与主减速器输入轴连接，飞轮反向锁止机构安装在飞轮内部限制飞轮只能正向旋转。

所述主驱电机和所述飞轮控制电机同轴，飞轮工作在大气环境中，所述飞轮制动器与所述飞轮减速器均位于飞轮上。

优选的，所述第一行星齿轮组的行星架固定，齿圈与飞轮控制电机连接，太阳轮作为输出构件与第二行星齿轮组的太阳轮连接。

优选的，所述第二行星齿轮组的三个元件均未固定，作为2自由度的差动行星齿轮传动，飞轮通过减速齿轮与齿圈连接。

优选的，所述飞轮反向锁止机构安装在飞轮内部。

优选的，所述气动离合器通过空气压缩机、空气处理装置、单向阀连接储气罐，车辆半轴通过带传动组连接气动离合器。

有益效果在于：综合利用驱动电机端和半轴端的能量回收技术，集成为一体，极大限度利用了车辆在减速过程中浪费掉的能量。弥补了现有技术能量回收形式单一、回收效率低的不足。气压储能系统具有重量轻，成本低，可靠性高，效率高，可移植性强等优点，不需要繁琐的气动回路，其工作介质是空气，零成本，黏性小，所以流动阻力损失小，其可压缩性可用于储存能量，且排气处理简单，不污染环境。对冲击载荷和过载载荷有较强的适应能力，寿命也比较长。通过把机械能转化为气体的压力能进行能量回收。系统增加或拆除后不会影响车辆原本的动力性能。电动汽车飞轮辅助动力系统的主要特点是采用了动力电池和飞轮的双能量源，驱动电机和飞轮控制电机的双电机结构，在急加速或上坡时可以有效地降低动力电池的输出电流；并在制动时，利用飞轮快速、高效地回收车辆动能，在车辆驱动前进时，充分发挥飞轮“填谷削峰”的作用，使动力电池尽可能输出平滑的功率曲线同时，提高车辆的动力性；车辆制动减速时，尽可能利用飞轮回收动能，提高车辆的能量回收效率，增加续航里程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所述一种复合制动能量回收系统的整体结构布置示意图。

图2是本实用新型所述一种复合制动能量回收系统的模块一气动回收系统结构示意图。

图3是本实用新型所述一种复合制动能量回收系统的模块二飞轮储能系统机械部分示意图。

图4是本实用新型所述一种复合制动能量回收系统的模块二飞轮储能系统机械部分示意图。

图5是本实用新型所述一种复合制动能量回收系统的模块一气动回收控制系统示意图。

图6是本实用新型所述一种复合制动能量回收系统的模块二飞轮储能系统控制部分示意图。

附图标记说明如下：

1、储气罐；2、气动离合器；3、空压机工作部分；4、传动轮齿轮；5、传动带；6、第一行星齿轮组（组一行星齿轮齿圈）；7、第一行星齿轮组行星架；8、第二行星齿轮组；9、行星齿轮组与飞轮传动部分；10、输出齿轮；11、飞轮；12、飞轮制动器及反向锁止机构；13、飞轮减速器（行星组与飞轮传动部分）；14、控制电机传动输入轴；15、主驱电机动力输出轴。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步阐释：

如图1-图6所示，一种复合制动能量回收系统，将气动回收系统2、3与现有车辆电机驱动的半轴部位进行机械连接，将飞轮11与控制电机以创新的结构通过行星齿轮组6、8连接，实现了新颖的机电混合无级变速，将飞轮功率以控制电机额定功率的一到两倍输出，实现了飞轮与汽车传动系统间的直接功率传递。模块一包括车辆半轴，气动离合器2，辅助制动减速模块和空气压缩机3；气压传动装置主要有空气滤清器，空气压缩机，油水分离器，空气干燥器，单向阀，截止阀，储气罐1，减压阀，安全阀，两位两通电磁阀，快速排气阀；电控模块包括：速度传感器，压力传感器，坡度传感器，单片机，分电器，继电器。模块一所述压力传感器，速度传感器，坡度传感器与单片机相连，所述单片机通过继电器与电磁阀k1连接，另一路单片机与继电器连接，再通过连接电磁阀k2连接所述快速排气阀，电磁阀k2与所述气动离合器2连接，所述减压阀连接电磁阀与气动离合器2，气动离合器2通过带传动组连接车辆半轴，气动离合器2连接所述空气压缩机3，空气压缩机3连接所述空气滤清器，空气压缩机连接空气处理装置，空气处理装置通过单向阀连接所述溢流阀，储气罐1连接电磁阀k1和流量计。模块二飞轮储能系统包括主驱电机15、飞轮控制电机14、飞轮11、飞轮制动器12、飞轮减速器、飞轮反向锁止机构、行星齿轮机构组1和行星齿轮机构组2、轴承、机油泵、水泵、传感器（水温传感器、油温传感器、电流传感器、转速传感器等）、壳体等组成；模块二所述第一行星齿轮组的行星架7固定，齿圈与飞轮控制电机14连接，太阳轮与第二行星齿轮组的太阳轮连接，第一行星齿轮组为单自由度的增速机构，主要作用是放大控制电机的转速，避免控制电机在车辆高速时转速过高而反拖车辆；第二行星齿轮组的三个元件均未固定，作为2自由度的差动行星齿轮传动，飞轮通过减速齿轮13与齿圈连接，飞轮控制电机14通过第一行星齿轮组后与第二行星齿轮组的太阳轮连接，太阳轮和齿圈，行星架与主减速器输入轴相连，主驱电机15直接与主减速器输入轴连接，飞轮反向锁止机构安装在飞轮内部限制飞轮只能正向旋转。

所述行星齿轮组 1 的行星架固定，齿圈与飞轮控制电机连接，太阳轮作为输出构件与行星齿轮组 2 的太阳轮连接。

所述行星齿轮组 2 的三个元件均未固定，作为 2 自由度的差动行星齿轮传动，飞轮通过减速齿轮与齿圈连接。

所述飞轮反向锁止机构安装在飞轮内部。

所述气动离合器通过空气压缩机、空气处理装置、单向阀连接储气罐，车辆半轴通过带传动组连接气动离合器。

本实用新型的运转方式：

模块一中系统工作之前，储气罐预存一部分压缩气体供气动离合器第一次的接合使用，当传感器检测到车辆处于下坡、普通路段踩刹车状态的信号时，将信号传输至电控单元，然后给电磁阀一个通电信号，电磁阀开启，储气罐里面的预存气体进入气动离合器，气动离合器接合，接通机械传动路线：车辆半轴—气动离合器—（辅助制动模块）—空气压缩机，将压缩的气体储存在储气罐中，完成能量回收，同时这些负载使得车速降低一定幅度，辅助车辆制动。

当车辆下坡或者超速时，加速度传感器或者速度传感器检测到汽车下坡或者超速的信号，输入至单片机，经运算处理后给电磁阀 K1通电指令，电磁阀 K1开启，储气罐中的压缩气体就通过电磁阀 K1和减压阀进入气动离合器，气动离合器接合，此时，汽车半轴上的转矩经过带传动组传给空气压缩机，使得空气压缩机正常运转，空气经空气滤清器过滤后，进入空气压缩机，被压缩的气体再经过空气处理装置后，通过单向阀存入储气罐，这个过程完成了储能和辅助制动过程；速度合适或者下坡结束后，电磁阀 K1不通电，即呈关闭状态，电磁阀 K2开启，气动离合器的气体经过电磁阀 K2排除，气动离合器分离，系统停止工作。

模块二依据电动汽车不同的行驶工况，可以把电动汽车飞轮辅助动力系统的工作过程分为以下 7种模式，不同的工作模式，对应着主驱电机、控制电机和飞轮不同的工作状态以及双排行星齿轮组不同的输出特性。

（1）车辆初起步加速时

主驱电机和控制电机以电动机工作输出正扭矩及正转速。飞轮静止即行星齿轮组2 的齿圈固定，太阳轮作为输入构件，行星架为输出构件。当车辆继续加速，恒功率输出，进入高速巡航模式。

（2）驾驶员踩下制动踏板时

驾驶员踩下制动踏板则开始进入制动能量回收模式。该阶段主驱电机不工作，为空转；飞轮控制电机输出负扭矩、正转速，工作在发电机状态。飞轮转速增大，输出负扭矩，与飞轮控制电机的扭矩通过行星齿轮组耦合后作用到行星齿轮组 2 的行星架，为车辆提供部分制动力矩。

（3）继续制动减速时

继续制动减速，车速下降至某一特定值时控制电机换向，飞轮和电机都输出负扭矩，一起为车辆提供部分制动力矩。当飞轮转速达到设定最高值时不再升高，车辆停止制动能量回收。

（4）车辆再次起步加速时

飞轮在上述高速运转状态下，储存的制动回收动能随车速增加而减少至零。主驱电机和飞轮控制电机输出正扭矩和正转速。

（5）制动后踩下加速踏板加速时

车辆继续加速达到某一车速，控制电机开始作为电动机输出正扭矩，飞轮转速继续下降，给车辆提供辅助动力。

（6）倒车模式

飞轮和电机输出负转矩，提供倒车动力。

（7）停车模式

车辆需要长时间停车熄火后，驾驶员停车拔下车钥匙，飞轮制动器提供制动力使飞轮静止。

控制器以以上基本控制为基础，综合考虑汽车的常用行驶工况，制定统筹的控制策略，通过软件编程进行协同控制。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (7)

1.一种复合制动能量回收系统，其特征在于：将气动回收系统和飞轮储能系统两种能量回收方式有效集成在汽车底盘；气动回收系统包括储气罐、空气压缩机、气动离合器、辅助制动减速模块、空气滤清器、油水分离器；气动离合器连接所述空气压缩机，空气压缩机连接所述空气滤清器，飞轮储能系统包括主驱电机、飞轮控制电机、飞轮、飞轮制动器、行星齿轮机构两组、传感器，飞轮控制电机通过第一行星齿轮组后与第二行星齿轮组的太阳轮连接，主驱电机直接与主减速器输入轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合制动能量回收系统，其特征在于：将气动回收系统与现有车辆电机驱动的半轴部位进行机械连接，将飞轮与控制电机通过行星齿轮组连接。

3.根据权利要求1所述的一种复合制动能量回收系统，其特征在于：所述气动离合器通过空气压缩机、空气处理装置、单向阀连接储气罐，车辆半轴通过带传动组连接气动离合器。

4.根据权利要求1所述的一种复合制动能量回收系统，其特征在于：所述飞轮与控制电机的连接采用双排行星齿轮组。

5.根据权利要求1所述的一种复合制动能量回收系统，其特征在于：第一行星齿轮组的行星架固定，齿圈与飞轮控制电机连接，第一行星齿轮组的太阳轮作为输出构件与第二行星齿轮组的太阳轮连接。

6.根据权利要求1所述的一种复合制动能量回收系统，其特征在于：第二行星齿轮组的三个元件未固定，作为2自由度的差动行星齿轮传动，飞轮通过减速齿轮与齿圈连接。

7.根据权利要求1所述的一种复合制动能量回收系统，其特征在于：所述主驱电机和主减速器输入轴同轴，飞轮反向锁止机构安装在飞轮内部，使得系统结构紧凑。

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