一種電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車工程領(lǐng)域中的能量回收與利用技術(shù)，涉及一種以飛輪儲(chǔ)能的方式對(duì)汽車制動(dòng)過程中的能量進(jìn)行回收與利用的裝置。該裝置由變速器、行星機(jī)構(gòu)、飛輪、離合器及箱體等組成，與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)及車輛主減速器相聯(lián)接。飛輪安裝于行星機(jī)構(gòu)中太陽輪的齒輪軸上，行星輪架與行星機(jī)構(gòu)的輸出軸聯(lián)接，齒圈與行星機(jī)構(gòu)的輸入軸、離合器聯(lián)接，離合器與電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)聯(lián)接。該裝置使車輛制動(dòng)時(shí)能量可以回收利用，存儲(chǔ)能量的飛輪與電動(dòng)機(jī)能夠以混合動(dòng)力的方式驅(qū)動(dòng)車輛，提高車輛的輸出動(dòng)力，車輛停車后，飛輪存儲(chǔ)的剩余能量給蓄電池充電而得以充分的利用。如將本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，將大大提高制動(dòng)能量回收利用率，減少環(huán)境污染。
【專利說明】—種電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車工程領(lǐng)域中的能量回收與利用技術(shù)，涉及一種以飛輪儲(chǔ)能的方式對(duì)汽車制動(dòng)過程中的能量進(jìn)行回收與利用的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車的類型主要有純電動(dòng)汽車(Pure Electric Vehicle，PEV)、混合動(dòng)力汽車(Hybrid Electric Vehicle, HE V)和燃料電池汽車(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV)。目前，由于蓄電池比能量、比功率等技術(shù)性能指標(biāo)仍較低，因此限制了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和加速性能。所以，提高能量利用率是改善電動(dòng)汽車使用性能的重要途徑之一。在已有的電動(dòng)汽車上，一般是在汽車制動(dòng)或下坡運(yùn)行過程中，將車輛的動(dòng)能或重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能回饋并儲(chǔ)存在蓄電池中。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，電動(dòng)汽車以電能回收存儲(chǔ)制動(dòng)能量的方法，可使其增加10% -15%的續(xù)駛里程。
[0003]上述方式也存在著某些不足:第一，汽車頻繁制動(dòng)時(shí)，蓄電池也隨之處于反復(fù)地充電和放電狀態(tài)，其對(duì)蓄電池的使用壽命將產(chǎn)生不利的影響；第二，汽車加速或者上坡運(yùn)行時(shí)，若蓄電池是車輛的唯一能量源時(shí)，蓄電池將處于大電流放電狀態(tài)，對(duì)蓄電池的壽命也有不利的影響；第三，汽車緊急制動(dòng)時(shí)，受蓄電池充電特性的限制使電能的回收存儲(chǔ)有限，回收與利用率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種以飛輪將電動(dòng)汽車制動(dòng)過程中的能量回收，加速過程中將飛輪存儲(chǔ)的能量與電動(dòng)機(jī)能量耦合輸出的電動(dòng)機(jī)/飛輪混合驅(qū)動(dòng)裝置。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置是由變速器、行星機(jī)構(gòu)、飛輪、離合器及箱體等構(gòu)成，并與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)及車輛主減速器相聯(lián)接，同時(shí)與電動(dòng)機(jī)控制器、外部充電接口及發(fā)電機(jī)控制器組成電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用的電機(jī)/飛輪混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置中，變速器應(yīng)有前進(jìn)擋、空擋和倒擋，變速器的輸入軸與行星機(jī)構(gòu)的輸出軸聯(lián)接，輸出軸與主減速器的輸入端聯(lián)接并將動(dòng)力傳遞到車輪；行星機(jī)構(gòu)由太陽輪、行星輪、行星輪架、齒圈及齒圈制動(dòng)器組成，太陽輪的齒輪軸上安裝有飛輪，行星輪架與行星機(jī)構(gòu)的輸出軸聯(lián)接，齒圈與行星機(jī)構(gòu)的輸入軸聯(lián)接，且與離合器相聯(lián)接；離合器與電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)相聯(lián)接。
[0007]本發(fā)明采用技術(shù)方案的工作原理是:
[0008]第一，車輛起步時(shí)。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)以電動(dòng)機(jī)模式運(yùn)行輸出車輛驅(qū)動(dòng)力；此時(shí)，與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)輸出軸相聯(lián)接的離合器接合，并將動(dòng)力傳遞到行星機(jī)構(gòu)的輸入端，驅(qū)動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)。由于汽車起步時(shí)飛輪可能處于兩種狀態(tài)，即靜止?fàn)顟B(tài)或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，因此，將分別對(duì)飛輪靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)兩種狀態(tài)進(jìn)行描述:
[0009](I)當(dāng)飛輪處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于飛輪具有較大的慣性使與飛輪同軸安裝的太陽輪也處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以行星機(jī)構(gòu)的齒圈與行星輪構(gòu)成定軸輪系；與行星輪架相聯(lián)接的行星機(jī)構(gòu)輸出軸，相對(duì)于以齒圈為輸入端的輪系傳動(dòng)狀態(tài)是以減速增扭的方式輸出動(dòng)力，傳遞到變速器的輸入端，并根據(jù)變速器的擋位狀態(tài)使車輛前進(jìn)或后退。
[0010](2)當(dāng)飛輪處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，即飛輪在車輛起步前已經(jīng)存儲(chǔ)了制動(dòng)過程的回收能量，并且還沒有釋放完；由于飛輪存儲(chǔ)了一定能量使與飛輪同軸安裝的太陽輪也一同轉(zhuǎn)動(dòng)并輸出相應(yīng)的動(dòng)力；此時(shí)，行星機(jī)構(gòu)由齒圈和太陽輪兩個(gè)構(gòu)件同時(shí)提供輸入動(dòng)力，與行星輪相聯(lián)接的行星輪架的輸出動(dòng)力為兩個(gè)輸入構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)力之和，即車輛處于以電動(dòng)機(jī)/飛輪混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)?；旌蟿?dòng)力輸入到變速器的輸入端，并根據(jù)變速器的擋位狀態(tài)使車輛前進(jìn)或后退。
[0011](3)當(dāng)飛輪存儲(chǔ)的能量足以驅(qū)動(dòng)車輛起步時(shí)，通過齒圈制動(dòng)器將齒圈制動(dòng)固定，太陽輪與行星輪形成定軸輪系。因此，利用飛輪存儲(chǔ)的能量直接獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)車輛起步運(yùn)行。
[0012]第二，車輛勻速或加速運(yùn)行時(shí)。同樣根據(jù)飛輪是處于靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)兩種狀態(tài)，分為以電動(dòng)機(jī)獨(dú)立提供動(dòng)力或以電動(dòng)機(jī)/飛輪混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)。動(dòng)力傳遞過程與前述的起步時(shí)的工作過程相同。
[0013]第三，車輛滑行減速時(shí)。車輛滑行是利用車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)車輛行駛，其滑行過程對(duì)車輛行駛是一種能量的有效利用過程。安裝本發(fā)明所述裝置的車輛滑行時(shí)，首先是停止向電動(dòng)機(jī)供電即不踩加速踏板，同時(shí)也不踩制動(dòng)踏板，并將變速器置于空擋位置，此時(shí)車輛的動(dòng)能可以全部的用于驅(qū)動(dòng)車輛滑行。或?qū)⑴c電動(dòng)機(jī)相聯(lián)接的離合器分離，而變速器置于前進(jìn)擋位置，車輛的部分動(dòng)能可以通過行星機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)使能量得到回收，但滑行距離將減少。
[0014]第四，車輛制動(dòng)減速時(shí)。車輛制動(dòng)的一般過程是將車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有的動(dòng)能通過車輪制動(dòng)器產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，導(dǎo)致車輛具有的動(dòng)能得不到充分利用。安裝本發(fā)明所述裝置的車輛制動(dòng)減速時(shí)，當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，首先通過齒圈制動(dòng)器將齒圈制動(dòng)固定，太陽輪與行星輪形成定軸輪系。車輛動(dòng)能通過車輪、主減速器、變速器、行星輪架與行星輪驅(qū)動(dòng)行星機(jī)構(gòu)太陽輪帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)能回收存儲(chǔ)起來，同時(shí)使車輛減速。
[0015]第五，停車后飛輪剩余能量的利用。當(dāng)車輛停車后飛輪還在轉(zhuǎn)動(dòng)，即飛輪還有剩余能量時(shí)，若使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，可由飛輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于行星輪架固定，而飛輪帶動(dòng)太陽輪旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)行星輪、齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)離合器接合，動(dòng)力傳遞到電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)并使之處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)；因此，車輛停車后飛輪剩余的能量通過發(fā)電給蓄電池充電而得到充分的利用。
[0016]本發(fā)明提出的技術(shù)方案的有益效果是:第一，車輛制動(dòng)時(shí)的能量可以回收利用；第二，存儲(chǔ)能量的飛輪與電動(dòng)機(jī)能夠以混合動(dòng)力的方式驅(qū)動(dòng)車輛，提高車輛的輸出動(dòng)力；第三，車輛停車后，通過使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，使飛輪存儲(chǔ)的剩余能量給蓄電池充電而得以充分的利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖中，I為車輪；2為主減速器；3為變速器；4為行星輪架；5為行星輪；6為齒圈；7為太陽輪；8為小齒輪；9為軸承；10為大齒輪；11為離合器；12為軸承；13為電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)；14為電動(dòng)機(jī)控制器；15為蓄電池；16為外部充電器接口 ；17為發(fā)電機(jī)控制器；18為軸承；19為飛輪；20為軸承；21為軸承；22為齒圈制動(dòng)帶；23為箱體；24為軸承。
[0019]附圖中，點(diǎn)劃線所指范圍即本發(fā)明所述的主體結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0021]如附圖所示，本發(fā)明所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置中，變速器3的輸入軸與行星機(jī)構(gòu)中行星輪架4的輸出軸相聯(lián)接，變速器3的輸出軸與主減速器2相聯(lián)接；行星機(jī)構(gòu)中行星輪架4的輸出軸由安裝在箱體23上的軸承24支承；行星輪架4上安裝的行星輪5，分別與齒圈6和太陽輪7以齒輪嚙合的方式傳遞運(yùn)動(dòng)；與太陽輪7 —體的齒輪軸，由安裝在箱體23上的軸承18和軸承20支承；飛輪19固定在與太陽輪7 —體的齒輪軸上，并安裝在軸承18和軸承20之間；齒圈6由安裝在與太陽輪7 —體的齒輪軸上的軸承21支承，且大齒輪10與齒圈6同軸聯(lián)接在一起；大齒輪10與小齒輪8以齒輪嚙合的方式傳遞運(yùn)動(dòng)，與小齒輪8 —體的齒輪軸由安裝在箱體23上的軸承9支承；離合器11的被動(dòng)盤安裝在與小齒輪8—體的齒輪軸上,離合器11的主動(dòng)盤安裝在電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13的輸出軸上。
[0022](I)車輛起步時(shí)。安裝本發(fā)明所述裝置的電動(dòng)汽車起步時(shí)，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13以電動(dòng)機(jī)模式運(yùn)行輸出車輛驅(qū)動(dòng)力；此時(shí)，與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13輸出軸相聯(lián)接的離合器11接合，并通過小齒輪8、大齒輪10將動(dòng)力傳遞到齒圈6。由于汽車起步時(shí)飛輪19可能處于兩種狀態(tài)，即靜止?fàn)顟B(tài)或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。因此，將分別對(duì)飛輪19處于靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)兩種狀態(tài)進(jìn)行描述:
[0023]a.當(dāng)飛輪19處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于飛輪19具有較大的慣性使與飛輪19同軸安裝的太陽輪7也處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以行星機(jī)構(gòu)的齒圈6與行星輪5構(gòu)成定軸輪系；與行星輪架4相聯(lián)接的行星機(jī)構(gòu)輸出軸將動(dòng)力傳遞到變速器3的輸入端，并根據(jù)變速器3的擋位狀態(tài)使車輛前進(jìn)或后退。
[0024]b.當(dāng)飛輪19處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，即飛輪19在車輛起步前已經(jīng)存儲(chǔ)了制動(dòng)過程的回收能量，且還沒有釋放完畢。由于飛輪19存儲(chǔ)了一定能量使與飛輪19同軸安裝的太陽輪7也一同轉(zhuǎn)動(dòng)并輸出飛輪19存儲(chǔ)的相應(yīng)動(dòng)力；此時(shí)，行星機(jī)構(gòu)的兩個(gè)構(gòu)件齒圈6和太陽輪7同時(shí)提供輸入動(dòng)力，與行星輪5相聯(lián)接的行星輪架4的輸出動(dòng)力為兩個(gè)構(gòu)件齒圈6和太陽輪7的輸入的驅(qū)動(dòng)力之和，即車輛處于以電動(dòng)機(jī)/飛輪混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)?；旌蟿?dòng)力輸入到變速器3的輸入端，并根據(jù)變速器3的擋位狀態(tài)使車輛前進(jìn)或后退。
[0025]c.當(dāng)飛輪19存儲(chǔ)的能量足以驅(qū)動(dòng)車輛起步時(shí)，通過齒圈制動(dòng)器22將齒圈6制動(dòng)固定，太陽輪7與行星輪5形成定軸輪系。因此，利用飛輪19存儲(chǔ)的能量直接獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)車輛起步運(yùn)行。
[0026](2)車輛勻速或加速運(yùn)行時(shí)。安裝本發(fā)明所述裝置的電動(dòng)汽車，同樣根據(jù)飛輪19是靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)兩種狀態(tài)，分為以電動(dòng)機(jī)獨(dú)立提供動(dòng)力或以電動(dòng)機(jī)/飛輪混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)。動(dòng)力傳遞過程與前述的起步時(shí)的工作過程相同。
[0027](3)車輛滑行減速運(yùn)行時(shí)。安裝本發(fā)明所述裝置的電動(dòng)汽車滑行時(shí)，能夠以兩種不同的方式滑行:
[0028]a.將以電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13通過電動(dòng)機(jī)控制器14停止供電，同時(shí)，將變速器3置于空擋位置，此時(shí)，車輛的動(dòng)能可以全部用于驅(qū)動(dòng)車輛滑行。
[0029]b.將與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13相聯(lián)接的離合器11分離，而變速器3置于前進(jìn)擋位置，車輛的部分動(dòng)能可以通過行星機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)飛輪19旋轉(zhuǎn)使能量得到回收。
[0030](4)車輛制動(dòng)減速運(yùn)行時(shí)。安裝本發(fā)明所述裝置的電動(dòng)汽車制動(dòng)減速時(shí)，當(dāng)踩下制動(dòng)踏板，首先通過齒圈制動(dòng)器22將齒圈6制動(dòng)固定，太陽輪7與行星輪5形成定軸輪系。通過車輪1、主減速器2、變速器3、行星輪架4與行星輪5驅(qū)動(dòng)行星機(jī)構(gòu)太陽輪7帶動(dòng)飛輪19轉(zhuǎn)動(dòng)，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛輪19的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能回收存儲(chǔ)起來，同時(shí)使車輛減速。
[0031](5)停車后飛輪剩余能量的利用。安裝本發(fā)明所述裝置的電動(dòng)汽車停車后，若飛輪19還有剩余能量，即飛輪19還在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過發(fā)電機(jī)控制器17使電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13處于發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行狀態(tài)。由于車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于行星輪架4固定，而飛輪19帶動(dòng)太陽輪7旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)行星輪5、齒圈6轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)離合器11接合，動(dòng)力傳遞到電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)13并使之處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。
[0032]盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于上述【具體實(shí)施方式】，上述【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的而不是限定性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不違背本發(fā)明宗旨及權(quán)利要求的前提下，可以做出多種類似的表示，這樣的變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置，其特征是:所述裝置包括變速器(3)、行星機(jī)構(gòu)、飛輪(19)、離合器(11)及箱體(23);所述行星機(jī)構(gòu)由太陽輪(7)、行星輪(5)、行星輪架(4)、齒圈(6)及齒圈制動(dòng)器(22)組成；所述行星機(jī)構(gòu)的輸出軸與變速器(3)的輸入軸相聯(lián)接；所述飛輪(19)安裝在太陽輪(7)的齒輪軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置，其特征是:所述行星機(jī)構(gòu)太陽輪⑵的齒輪軸上的飛輪(19)安裝在齒圈(6)的外部，軸承(18)和軸承(20)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置，其特征是:所述行星機(jī)構(gòu)齒圈(6)由安裝在與太陽輪(7) —體的齒輪軸上的軸承(21)支承，且與大齒輪(10)同軸固定聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置，其特征是:所述離合器(11)被動(dòng)端安裝在小齒輪(8)的齒輪軸上，所述離合器(11)主動(dòng)端安裝在電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(13)輸出軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置，其特征是:所述齒圈制動(dòng)器(22)形式為制動(dòng)帶式，纏繞在齒圈￠)的外緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收利用裝置，其特征是:所述大齒輪(10)與小齒輪(8)采用外嚙合的方式進(jìn)行嚙合。
【文檔編號(hào)】B60K17/26GK104369663SQ201410414900
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】儲(chǔ)江偉, 李洪亮, 詹長書, 田廣東, 崔鵬飛, 吳麗娜, 孫中鑫, 張新賓 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)