CN219904067U - 电动车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动车辆，包括：驱动系统，包括作为驱动电机的电机A，以及与电机A同轴连接的车轮；电池系统，与电机A电连接并为电机A提供电能；能量回收系统，包括电控离合器、空气压缩泵A和高压气瓶，其中，空气压缩泵A通过电控离合器与电机A连接；高压气瓶与空气压缩泵A连接，空气压缩泵A用于压缩空气并存储于高压气瓶中。本实用新型还公开了该电动车辆的控制方法。本实用新型以高压气瓶作为能量平衡器，对电动车辆的制动能量进行回收再利用，并在车辆需要加速时为车辆提供推力，实现整车能量的削峰填谷，在实现环保节能的同时提高了能源利用率。

Description

电动车辆

技术领域

本实用新型涉及一种电动车辆，属于车辆技术领域。

背景技术

随着全球环境和空气质量的变差，越来越多的人们意识到环境保护的重要性。传统燃油车对能源的利用率不高，效率低，对环境的危害较大，因此，作为新能源车的增程式电动车辆在诸多客观因素的促使下越来越受到人们的追捧。

目前，增程式电动车辆主要涉及三种情况：第一种是以内燃机作为增程器，即利用内燃机带动发电机发电，给电池充电；第二种是以自由活塞膨胀机-直线发电机作为增程器，利用压缩空气驱动自由活塞发电机输出电能，给电池充电；第三种是以微型燃气轮机作为增程器，利用燃机输出轴转动带动发电机工作，给电池充电。

为提高增程式电动车辆的能源利用率，避免能源的浪费，对车辆的制动能量进行回收是必要的，现有技术中有诸多报道，比如CN 204383180 U公开了一种具有飞轮储能的增程式电动汽车传动装置，采用飞轮储能对制动能量进行回收。该方案结构复杂，体积庞大，不便于实施。比如CN 104691358 A公开了增程式电动汽车的能量回收控制方法和装置，其将预充电功率与动力电池的最大允许从电功率比较，根据比较结果，确定电动汽车的增程器当前使用的制动回收功率。该方案需要对增程工作模式下充电功率进行监督和限制，需控制增程器频繁降速、停机或待机。比如CN 101734251 A公开了一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法，其设置集发电/驱动功能于一体的驱动电机，采用增程器供电，一方面根据整车高压电池的蓄电池状态确定是否需要启动增程器进行发电，另一方面在驾驶者无驱动需求时，通过使驱动电机发电对整车动能进行能量回收，延长了续航里程。该方案在蓄电池处于充满电状态下无法对发电机输出的多余电能进行及时、有效地利用。

发明内容

针对上述现有技术，本实用新型提供了一种电动车辆，及其控制方法。本实用新型的电动车辆，能够对车辆制动过程中的能量进行合理回收利用，且无需限制增程器的输出功率，能够对发电机输出的多余电能进行及时、有效地利用，且在车辆需要加速时可为车辆提供额外动力。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种电动车辆，包括：

驱动系统，包括作为驱动电机的电机A，以及与电机A同轴连接的车轮；

电池系统，与电机A电连接并为电机A提供电能；

能量回收系统，包括电控离合器、空气压缩泵A和高压气瓶，其中，空气压缩泵A通过电控离合器与电机A连接；高压气瓶与空气压缩泵A连接，空气压缩泵A用于压缩空气并存储于高压气瓶中。

进一步地，所述车辆还包括增程器，增程器包括相连接的发动机和发电机，所述发电机与电池系统连接。

进一步地，所述能量回收系统还包括电机B和空气压缩泵B，所述增程器的发电机与电机B连接，电机B与空气压缩泵B连接；空气压缩泵B与高压气瓶连接，空气压缩泵B用于压缩空气并存储于高压气瓶中。

进一步地，所述增程器的发动机为微型燃气轮机。

进一步地，所述能量回收系统还包括换热器，换热器设在高压气瓶内，换热器与微型燃气轮机连接，通过换热器实现微型燃气轮机排放的高温尾气(约200℃)与高压气瓶内的压缩气体的换热。换热后，一方面，高压气瓶内的压缩气体被加热，压力更高，在喷射时膨胀做功的效能更好，给车辆的推力更强劲，另一方面，尾气的温度降低，可以接近常温的温度排放，实现了余热回收，环保无污染。

进一步地，所述高压气瓶上设有高压气喷射口。

进一步地，所述能量回收系统还包括气动发电机，高压气瓶的排气口与气动发电机连接，气动发电机与电池系统连接。

进一步地，所述车辆还包括功率分配器，功率分配器与电池系统、电机A和电机B连接，并且包括以下工作模式：

在电池系统未满电时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电池系统，以为电池系统充电；

在电池系统满电时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电机A，以驱动车轮转动；

在电池系统满电且电机A不工作时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电机B，以带动空气压缩泵B压缩空气并存储于高压气瓶中。

进一步地，所述车辆还包括电控离合控制器，电控离合控制器与电控离合器连接，并且包括以下工作模式：

当车辆行驶时，控制电控离合器脱开，电机A驱动车轮转动；

当车辆制动时，控制电控离合器接合，车轮经由电机A带动空气压缩泵A压缩空气并存储于高压气瓶中，同时空气压缩泵A为车轮提供反向阻力。

进一步地，所述电控离合器与空气压缩泵A之间设有增速器，在车辆制动时，用于将车轮和/或电机A带动的传动轴的低转速(由于制动导致轴的转速降低)放大，强化空气压缩泵A的泵气效力。

进一步地，所述能量回收系统还包括用于检测高压气瓶工作状态参数的传感器，以及用于控制高压气瓶的高压气喷射口的开闭的高压气瓶控制器，传感器与高压气瓶控制器连接；所述传感器选自压力传感器、温度传感器和/或流量传感器。工作时，高压气瓶控制器可响应于传感器检测的高压气瓶的工作状态参数控制高压气喷射口的开闭，例如：当传感器检测到高压气瓶内的压力接近预设压力时，气瓶控制器控制高压气喷射口开启，向与车辆行驶方向相反的方向喷气，从而为车辆提供推力；例如：当传感器检测到高压气瓶内气体的温度接近换热器辐射温度时，表明已经无法再换热，此时气瓶控制器控制高压气喷射口开启。

进一步地，所述电动车辆还包括整车控制系统，用于整车及各部件的管理、控制、协调、信息收集和处理，其包括以下元件：

整车控制器；

交直流转换器，用于将发电机发出的交流电转换为直流电，以便于电池系统存储；

电机控制器，通过接收整车控制器的控制命令，控制电机A。

进一步地，所述空气压缩泵A和/或空气压缩泵B，选自活塞泵、螺杆泵或离心泵。

进一步地，所述高压气瓶的瓶体采用隔热材料制作，以实现隔热效果，保证瓶内气体热量不流失。

进一步地，所述电池系统为电池组。

进一步地，所述增程器、高压气瓶在整车的设置位置可以为多种，比如前置，中置，后置，此为现有技术，例如CN 105774512 A公开的一种发动机前置的增程式电动乘用车，例如CN 104802629 A公开的一种发动机中置的增程式电动汽车，不再赘述。

上述的电动车辆的控制方法，包括：

当车辆平稳行驶时，控制电控离合器脱开，电机A驱动车轮转动；

当车辆加速行驶时，控制高压气瓶的高压气喷射口向与车辆行驶方向相反的方向喷气，为车辆提供推力；

当车辆非紧急制动时，控制电控离合器接合，并控制电机A不工作，车轮经由电机A带动空气压缩泵A压缩空气并存储于高压气瓶中，同时空气压缩泵A为车轮提供反向阻力；

当车辆紧急制动时，控制电控离合器接合，并控制电机A工作，电机A驱动车轮上的机械卡盘对车轮制动，同时叠加空气压缩泵A的反向阻力，实现车辆制动。

进一步地，还包括以下工作模式：

在电池系统未满电时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电池系统，以为电池系统充电；

在电池系统满电时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电机A，以驱动车轮转动；

在电池系统满电且电机A不工作时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电机B，以带动空气压缩泵B压缩空气并存储于高压气瓶中。

本实用新型的电动车辆及控制系统，以高压气瓶作为能量平衡器，对电动车辆的制动能量进行回收再利用，在车辆行进过程中只要出现制动情况，就会将制动能量通过空气压缩泵A转化为压缩空气的势能回收。同时，在发动机不便于降速、关停或待机时，可通过空气压缩泵B将不能及时存储的电能转化为压缩空气的势能回收。另外，还通过设置换热器的方式，对发动机排放的高温尾气的热量进行回收。而且，本实用新型可以将回收的能量及时再利用，通过高压气喷射口将高压气体排出，为车辆的行驶提供额外的动力，在实现环保节能的同时提高了能源利用率。

本实用新型的电动车辆及控制系统，具有以下优点：

1.利用高压气瓶喷射的高压气体为车辆提供推力，可降低电动车辆对电池能量密度、放电倍率的标准，因此可选用普通电池组或减小电池体积，从而节约成本。

2.高压气瓶作为整个车辆的能量平衡器，对车辆制动能量进行回收，并在车辆需要加速时为车辆提供推力，实现整车能量的削峰填谷。

3.高压气瓶、空气压缩泵、电控离合器等易于安装，结构相对简单，整个方案便于实施。

4.空气压缩存储势能，没有能量损耗。

5.对发动机排放的高温尾气的热量进行回收，提高了能量利用效率，理论上整车热效率可达到70％～90％。

本实用新型使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本实用新型所表述的含义为准。

附图说明

图1：电动车辆的结构示意图。

其中，1、车轮；2、电机A；3、电控离合器；4、增速器；5、空气压缩泵A；6、高压气瓶；7、高压气喷射口；8、换热器；9、传感器；10、尾气；11、电池系统；12、整车控制器；13、高压气瓶控制器；14、交直流转换器；15、电机控制器；16、功率分配器；17、电控离合控制器；18、发电机；19、压气机；20、燃烧室；21、涡轮；22、电机B；23、空气压缩泵B。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。然而，本实用新型的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本实用新型的精神和范围的前提下，可以对本实用新型进行各种变化和修饰。

实施例1

一种电动车辆，其结构如图1所示，包括：

驱动系统，为车辆提供动力输出，包括作为驱动电机的电机A 2，以及与电机A 2同轴连接的车轮1。

电池系统11，与电机A 2电连接并为电机A 2提供电能；用于存储电能并为驱动系统提供动力。

能量回收系统，用于回收车辆的制动能量，包括电控离合器3、空气压缩泵A 5和高压气瓶6，其中，空气压缩泵A 5通过电控离合器3与电机A 2连接；高压气瓶6与空气压缩泵A5连接，空气压缩泵A 5用于压缩空气并存储于高压气瓶6中；所述高压气瓶6上设有高压气喷射口7。

增程器，包括相连接的发动机和发电机18，所述发电机18与电池系统11连接。

所述增程器的发动机为微型燃气轮机。微型燃气轮机主要包括压气机19、燃烧室20、涡轮21三大部件，工作时，压气机19从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室20与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮21中膨胀做功，推动涡轮21带动压气机19和外负荷转子一起高速旋转，并通过连接发电机18输出电能。

所述能量回收系统还可包括电机B 22和空气压缩泵B 23，所述增程器的发电机与电机B 22连接，电机B 22与空气压缩泵B 23连接；空气压缩泵B 23与高压气瓶6连接，空气压缩泵B 23用于压缩空气并存储于高压气瓶6中。

所述能量回收系统还可包括换热器8，换热器8设在高压气瓶6内，换热器8与微型燃气轮机连接，通过换热器8实现微型燃气轮机排放的高温尾气(约200℃)与高压气瓶6内的压缩气体的换热。换热后，一方面，高压气瓶6内的压缩气体被加热，压力更高，在喷射时膨胀做功的效能更好，给车辆的推力更强劲，另一方面，尾气10的温度降低，可以接近常温的温度排放，实现了余热回收，环保无污染。

所述能量回收系统还可包括气动发电机，高压气瓶6的排气口与气动发电机连接，气动发电机与电池系统11连接，工作时，通过高压气瓶6的压缩器带动该气动发电机发电。

所述车辆还包括功率分配器16，功率分配器16与电池系统11、电机A 2和电机B 22连接，并且包括以下工作模式：

在电池系统11未满电时，将来自于增程器的发电机18的电能分配至电池系统11，以为电池系统11充电；

在电池系统11满电时，将来自于增程器的发电机18的电能分配至电机A 2，以驱动车轮1转动；

在电池系统11满电且电机A 2不工作时，将来自于增程器的发电机11的电能分配至电机B 22，以带动空气压缩泵B 23压缩空气并存储于高压气瓶6中。

所述车辆还包括电控离合控制器17，电控离合控制器17与电控离合器3连接，并且包括以下工作模式：

当车辆行驶时，控制电控离合器3脱开，电机A 2驱动车轮1转动；

当车辆制动时，控制电控离合器3接合，车轮1经由电机A 2带动空气压缩泵A 5压缩空气并存储于高压气瓶6中，同时空气压缩泵A 5为车轮1提供反向阻力。

所述电控离合器3与空气压缩泵A 5之间可以设有增速器4，在车辆制动时，用于将车轮1和/或电机A 2带动的传动轴的低转速(由于制动导致轴的转速降低)放大，强化空气压缩泵A 5的泵气效力。

所述能量回收系统还可包括用于检测高压气瓶6工作状态参数的传感器9，以及用于控制高压气瓶6的高压气喷射口7的开闭的气瓶控制器13，传感器9与高压气瓶控制器13连接；所述传感器9选自压力传感器、温度传感器和/或流量传感器。工作时，高压气瓶控制器13可响应于传感器9检测的高压气瓶6的工作状态参数控制高压气喷射口7的开闭，例如：当传感器9检测到高压气瓶6内的压力接近预设压力时，高压气瓶控制器13控制高压气喷射口7开启，向与车辆行驶方向相反的方向喷气，从而为车辆提供推力；例如：当传感器9检测到高压气瓶6内气体的温度接近换热器8辐射温度时，表明已经无法再换热，此时高压气瓶控制器13控制高压气喷射口7开启。

所述电动车辆还包括整车控制系统，用于整车及各部件的管理、控制、协调、信息收集和处理，其包括以下元件：

整车控制器12；

交直流转换器14，用于将发电机18发出的交流电转换为直流电，以便于电池系统11存储；

电机控制器15，通过接收整车控制器的控制命令，控制电机A 2。

所述空气压缩泵A 5、空气压缩泵B 23，可以是活塞泵、螺杆泵或离心泵。

所述高压气瓶6的瓶体可以采用隔热材料制作，以实现隔热效果，保证瓶内气体热量不流失。

所述电池系统11可以为电池组。

所述增程器、高压气瓶6在整车的设置位置可以为多种，比如前置，中置，后置。

实施例2电动车辆的控制方法

包括以下工作模式：

当车辆平稳行驶时，控制电控离合器3脱开，电机A 2驱动车轮1转动；

当车辆加速行驶时，控制高压气瓶6的高压气喷射口7向与车辆行驶方向相反的方向喷气，为车辆提供推力；

当车辆非紧急制动(仅依靠车轮1与路面之间的摩擦力制动)时，控制电控离合器3接合，并控制电机A 2不工作，车轮1经由电机A 2带动空气压缩泵A 5压缩空气并存储于高压气瓶6中，同时空气压缩泵A 5为车轮1提供反向阻力，从而实现更好地制动效果；

当车辆紧急制动时，控制电控离合器3接合，并控制电机A 2工作，电机A 2驱动车轮1上的机械卡盘对车轮制动，同时叠加空气压缩泵A 5的反向阻力，实现车辆制动。

在电池系统11未满电时，将来自于增程器的发电机18的电能分配至电池系统11，以为电池系统11充电；

在电池系统11满电时，将来自于增程器的发电机18的电能分配至电机A 2，以驱动车轮1转动；

在电池系统11满电且电机A 2不工作时，将来自于增程器的发电机18的电能分配至电机B 22，以带动空气压缩泵B 23压缩空气并存储于高压气瓶6中，实现电能到势能的转换存储。

给本领域技术人员提供上述实施例，以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案，而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电动车辆，其特征在于：包括：

驱动系统，包括作为驱动电机的电机A，以及与电机A同轴连接的车轮；

电池系统，与电机A电连接并为电机A提供电能；

能量回收系统，包括电控离合器、空气压缩泵A和高压气瓶，其中，空气压缩泵A通过电控离合器与电机A连接；高压气瓶与空气压缩泵A连接，空气压缩泵A用于压缩空气并存储于高压气瓶中。

2.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于：所述车辆还包括增程器，增程器包括相连接的发动机和发电机，所述发电机与电池系统连接。

3.根据权利要求2所述的电动车辆，其特征在于：所述能量回收系统还包括电机B和空气压缩泵B，所述增程器的发电机与电机B连接，电机B与空气压缩泵B连接；空气压缩泵B与高压气瓶连接，空气压缩泵B用于压缩空气并存储于高压气瓶中。

4.根据权利要求2所述的电动车辆，其特征在于：所述增程器的发动机为微型燃气轮机。

5.根据权利要求4所述的电动车辆，其特征在于：所述能量回收系统还包括换热器，换热器设在高压气瓶内，换热器与微型燃气轮机连接，通过换热器实现微型燃气轮机排放的高温尾气与高压气瓶内的压缩气体的换热。

6.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于：所述高压气瓶上设有高压气喷射口；

和/或，所述能量回收系统还包括气动发电机，高压气瓶的排气口与气动发电机连接，气动发电机与电池系统连接。

7.根据权利要求2所述的电动车辆，其特征在于：所述车辆还包括功率分配器，功率分配器与电池系统、电机A和电机B连接，并且包括以下工作模式：

在电池系统未满电时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电池系统，以为电池系统充电；

在电池系统满电时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电机A，以驱动车轮转动；

在电池系统满电且电机A不工作时，将来自于增程器的发电机的电能分配至电机B，以带动空气压缩泵B压缩空气并存储于高压气瓶中。

8.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于：所述车辆还包括电控离合控制器，电控离合控制器与电控离合器连接，并且包括以下工作模式：

当车辆行驶时，控制电控离合器脱开，电机A驱动车轮转动；

当车辆制动时，控制电控离合器接合，车轮经由电机A带动空气压缩泵A压缩空气并存储于高压气瓶中，同时空气压缩泵A为车轮提供反向阻力。

9.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于：所述电控离合器与空气压缩泵A之间设有增速器。

10.根据权利要求1所述的电动车辆，其特征在于：所述能量回收系统还包括用于检测高压气瓶工作状态参数的传感器，传感器与高压气瓶控制器连接；所述传感器选自压力传感器、温度传感器和/或流量传感器。