CN215435973U

CN215435973U - 一种压缩空气和动力电池组合动力系统

Info

Publication number: CN215435973U
Application number: CN202122207703.XU
Authority: CN
Inventors: 董志国; 郑志鑫; 张泽华; 曹桂新
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2031-09-13

Abstract

本实用新型属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种压缩空气和动力电池组合动力系统及使用方。包括气罐，气罐内部通过纵板支撑有电池筒，电池筒内部表面覆盖有一层石墨烯发热膜，石墨烯发热膜由制动能量回收系统供电，电池筒内部设置有电池组单元，气罐上设置有用于充入压缩空气的进气阀以及用于排出高压气体的排气阀，排气阀通过气路与气动马达总成连接，气动马达总成依次通过主减速器、差速器与车轮连接，气动马达总成将动力传递给主减速器、差速器把动力分配给车轮行驶；所述的电池组单元与永磁同步电机连接，永磁同步电机通过减速器与电子差速器总成与车轮连接。

Description

一种压缩空气和动力电池组合动力系统

技术领域

本实用新型属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种压缩空气和动力电池组合动力系统及使用方法。

背景技术

当今社会科技快速发展，世界各国对于极地的探索越来越深入，更加频繁的使用车辆去极地。但是目前我们去极地还是使用燃油汽车，会有环境污染并且在极地地区缺乏微生物，污染物不容易降解。随着国家也大力提倡节能减排，对汽车的排放提出了更加严格的要求。利用传统的燃油汽车去极地，尾气排放会对极地环境造成不可逆的危害。若利用传统的电动汽车，电池在寒冷的工作条件下，当温度低于 0℃时，电池的放电电压、可用容量和功率会大幅下降，续航里程会大大降低。采用压缩空气与动力电池组合供能汽车不仅可以解决尾气排放对极地地区造成污染问题，还可以很好解决电池直接暴露在寒冷的环境中电动车续航里程短的问题。

目前在申请号：20082005239.3专利中给出了一种气动电动汽车混合驱动装置，该装置包括电动机、由电动机带动的主输入轴、输出轴、气动马达、由气动马达带动的辅助输入轴，一超越离合器齿轮等元件。该装置实现气动与电动装置的协同和独立工作。这个专利在纯电动工况关闭气动马达，分高速低速，分别啮合高低速齿轮。在蓄电池缺电无法驱动时，此时挂挡同步器空挡位置，电动机关闭，气动马达传递动力。在起步爬坡加速和需求大功率时，电机和马达混合驱动。根据它可以根据不同的需求采用不同的动力驱动方式。但是并不能够做到用气罐对电池进行保温，解决在极地地区电动车续航里程大幅下降的问题，当然也不能用电池产生的热量去加热气罐中的气体更好地发挥压缩气体的压力。

目前在申请号201921480036 .9专利中利用压缩空气驱动气动马达带动发电机输出电能，将与动力电池共同为增程式电动汽车提供驱动能量，或者仅仅单独利用气动马达提供动力。这个专利也没有做到给电池起到加热、保温以及电池工作产热给压缩气体加热的作用。与本实用新型有着明显的差异。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提供一种压缩空气和动力电池组合动力系统。

本实用新型采取以下技术方案：一种压缩空气和动力电池组合动力系统，包括气罐，气罐内部通过纵板支撑有电池筒，电池筒内部表面覆盖有一层石墨烯发热膜，石墨烯发热膜由制动能量回收系统供电，电池筒内部设置有电池组单元，气罐上设置有用于充入压缩空气的进气阀以及用于排出高压气体的排气阀，排气阀通过气路与气动马达总成连接，气动马达总成依次通过主减速器、差速器与车轮连接，气动马达总成将动力传递给主减速器、差速器把动力分配给车轮行驶；所述的电池组单元与永磁同步电机连接，永磁同步电机通过减速器与电子差速器总成与车轮连接。

进一步的，电池组单元设置有5组，五个电池组单元串联起来安装在电池筒内，每组电池组单元包括通过相互并列排布12节，纵向4节，共48节相互并联的锂电池。

进一步的，气罐的后部安装有橡胶块，橡胶块内嵌有单向阀。

进一步的，气动马达总成流出的气体流入进气歧管。储气罐内的压缩空气经过气动马达做功之后产生的废气从气动马达的排气口排出。

进一步的，气罐设置有若干组，若干组气罐中的电池组单元通过电线相互串联，气罐并排安装在车架的纵梁上，气罐上侧设置有用于固定的钢板，钢板两端通过螺栓与纵梁固定，气罐与钢板的缝隙位置设置有三角形橡胶块和弧形橡胶块。

一种压缩空气和动力电池组合动力系统的使用方法，刚启动车辆，先用气动马达总成提供能量，电动系统不进行工作，在运行过程中利用制动产生的电能给石墨烯发热膜进行充电，石墨烯发热膜用辐射的方式将热量传递给电池组单元，电池的温度达到合适的温度再启动永磁同步电机工作，同时关闭气动马达总成，当遇到复杂的路况时，再重新启动气动马达总成，即气动马达总成和永磁同步电机同时工作，当长时间用电池组进行工作时，电池组发热比较严重时用气动马达排出的气体经进气歧管、单向阀给电池组降温，让电池组处于高效的工作温度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）汽车在刚开始行驶时，因为电池的表面温度与环境温度大致相同都很低，若用电动启动，电池的放电效率非常低。先用气动作为能量来源提供能量，电动系统不进行工作。利用制动能量产生电能，给石墨烯发热膜进行通电，石墨烯中的碳分子运动产热。首先用石墨烯用辐射的方式将热量传递给电池，使电池受热更加的均匀，让电池的温度上升到合适的温度，然后再启动电动机，充分发挥出电池的性能。

（2）当电池的温度提高到40度时，电池工作效率下降，这时关闭电动系统，启动压缩空气系统提供能量。始终让压缩空气和电池在高效范围内工作。

（3）压缩气体在极地这种低温环境下，气体的部分压力能会变成冷量㶲，电池组位于气罐中间，产热可以加热高压气体，促进冷量㶲的释放，提高做功能力。

（4）当遇到突发情况时，想要汽车以更加快的车速避险或者大的动力去通过崎岖的路面，需要同时启动电池组和压缩空气供能系统，当电池发热严重时，还可以把气动马达输出的气体经过进气歧管，从单向阀通入气罐的一端，经过电池组与气罐之间的间隙从另一端流出，给电池组进行降温，让电池最大程度的保持在合适的温度工作。

（5）动力耦合有两种模式，主驱气动马达单独工作，此模式适用于车辆在平地上行驶的工况，双气动马达转矩耦合驱动模式将提供更大的转矩和功率，适用于爬坡或加速工况。

（6）电机的额定电压为110V，一个电池组单元是由48节3.7V的单节18650型锂电池并联而成，防止因个别电池损坏影响整体的电压，五个电池组单元串联组成了一个大气罐电池组，用四个长的支撑板纵向支撑于气罐的正中央，然后让六个大的气瓶电池单元进行串联。6个大的气瓶内的电池带动电动机通过传动装置驱动车辆行驶。压缩空气动力传动部分是在汽车出发前给气瓶冲入合适压力的压缩空气。

附图说明

图1为气罐的内部剖视图；

图2为气罐的侧视图；

图3为底盘气罐主视图；

图4为底盘气罐俯视图；

图中1-锂电池，2-电池组单元壳，3-电池筒，4-气罐，5-纵板，6-石墨烯发热膜，7-电线，8-进气阀，9-压力传感器，10-排气阀，11-电池组单元，12-单向阀，13-橡胶块，17-螺栓，18-钢板，19-横梁，20-纵梁，21-三角形橡胶块，22-车架纵梁，23-进气歧管，24-弧形橡胶块，25-气动马达总成，26-主减速器，27-差速器，28-车轮，29-后副车架，30-永磁同步电机，31-电子差速器总成。

具体实施方式

本实用新型涉及一种压缩空气充入气罐，电池与压缩空气相互协作供能装置。其中包括18650型的锂电池1，通过相互并列排布12节，纵向4节共48节相互并联组成一个电池组单元，用电池组单元壳2将它们组成一个整体，并且把五个电池组单元11串联起来装进电池筒3内，电池筒3及其内部的电池组单元11由4根纵板5支撑起来。电池筒3内部覆盖一层石墨烯发热膜6，首先用压缩空气传递动力，行驶过程中的制动能量转换成电能给石墨烯发热膜6通电，石墨烯发热膜6把热能辐射给电池组，让电池加热到合适的工作温度。电池筒3及纵板5、气罐4与纵板5都是通过焊接连接。气罐4的后部图2左侧为前，右侧为后橡胶块13作为电池筒3的轴向定位的作用，电线7正、负极从电池筒的前后部引出在同一端方便后续的布置线路。我们要从进气阀8向气罐4中充入压缩空气，从排气阀10排出高压气体送给气动马达总成25，然后传递给主减速器26、差速器27把动力分配给车轮28行驶。气动马达总成25与后副车架29通过螺栓连接在车架纵梁20上。气罐内的压力由压力传感器9进行监测，确保压力在安全的范围之内。橡胶块14用来限制电池筒的轴向移动。单向阀12分别嵌于橡胶块13中。6个气罐并排放在车架的纵梁20上，通过螺栓17把钢板18固定在纵梁20上，为了防止气罐的晃动，钢板18把三角形橡胶块21和弧形橡胶块24与气罐4压紧在一块固定。横梁19两端通过螺栓连接与纵梁20连接。从气动马达总成25流出的气体流入进气歧管23，让空气可以从一端流进，另一端流出，加速电池的散热。主减速器26与差速器27用螺栓进行连接，将动力进行传递给车轮28。空气电动系统采用使用两个永磁同步电机30通过螺栓17与前横梁22相连接，当电池处在合适的温度时，从电池组输出的动力带动两个永磁同步电机30转动，动力经过减速器与电子差速器总成31实现左右车轮28的转速分配，驱动汽车行驶。

一种压缩空气和动力电池组合动力系统的使用方法，刚启动车辆，先用气动马达总成25提供能量，电动系统不进行工作，在运行过程中利用制动产生的电能给石墨烯发热膜6进行充电，石墨烯发热膜6用辐射的方式将热量传递给电池组单元11，电池的温度达到合适的温度再启动永磁同步电机30工作，同时关闭气动马达总成25，当遇到复杂的路况时，再重新启动气动马达总成25，即气动马达总成25和永磁同步电机30同时工作，当长时间用电池组进行工作时，电池组发热比较严重时用气动马达排出的气体经进气歧管、单向阀给电池组降温，让电池组处于高效的工作温度。

压缩空气传递动能都是由气动马达总成25完成的。

在汽车增加一个E档位，E档位代替D档位时就启动了动能回收功能，E档位通过B+B-两个按键有1、2、3档位可以调整，档位越高回收的能量越高，1、2档为轻度能量回收，踩刹车才会回收能量，3档为重度能量回收，只要轻轻松开油门能量就得以回收。简单理解为制动系统分为两个系统，机械制动系统和再生制动系统，他们两个同时工作，机械制动系统负责刹车，再生制动系统负责将能量回收起来给石墨烯发热膜充电。

石墨烯发热膜的电路连接结构是由制动能量回收产生的电能给其充电。

两组系统为了使汽车布置的更为紧凑都采用行星齿轮减速器，锥齿轮式差速器，永磁同步电机30和气动马达总成25分别在车架的前后布置，互相并不影响可以同时提供动力。

Claims

1.一种压缩空气和动力电池组合动力系统，其特征在于：包括气罐（4），气罐（4）内部通过纵板（5）支撑有电池筒（3），电池筒（3）内部表面覆盖有一层石墨烯发热膜（6），石墨烯发热膜（6）由制动能量回收系统供电，电池筒（3）内部设置有电池组单元（11），气罐（4）上设置有用于充入压缩空气的进气阀（8）以及用于排出高压气体的排气阀（10），排气阀（10）通过气路与气动马达总成（25）连接，气动马达总成（25）依次通过主减速器（26）、差速器（27）与车轮（28）连接，气动马达总成（25）将动力传递给主减速器（26）、差速器（27）把动力分配给车轮（28）行驶；所述的电池组单元（11）与永磁同步电机（30）连接，永磁同步电机（30）通过减速器与电子差速器总成（31）与车轮（28）连接。

2.根据权利要求1所述的压缩空气和动力电池组合动力系统，其特征在于：所述的电池组单元（11）设置有5组，五个电池组单元（11）串联起来安装在电池筒（3）内，每组电池组单元（11）包括通过相互并列排布12节，纵向4节，共48节相互并联的锂电池（1）。

3.根据权利要求1所述的压缩空气和动力电池组合动力系统，其特征在于：所述的气动马达总成（25）流出的气体流入进气歧管（23）。

4.根据权利要求1所述的压缩空气和动力电池组合动力系统，其特征在于：所述的气罐（4）设置有若干组，若干组气罐（4）中的电池组单元（11）通过电线（7）相互串联。

5.根据权利要求1所述的压缩空气和动力电池组合动力系统，其特征在于：所述的气罐（4）并排安装在车架的纵梁（20）上，气罐（4）上侧设置有用于固定的钢板（18），钢板（18）两端通过螺栓（17）与纵梁（20）固定，气罐（4）与钢板（18）的缝隙位置设置有三角形橡胶块（21）和弧形橡胶块（24）。