電動汽車機電複合儲能系統及能量控制方法與流程
2023-06-01 06:26:46
本發明屬於電動汽車能量回收與控制技術領域。
背景技術：
電動汽車在制動能量回收的過程中傳統車輛以單一的電池作為能量回收單元，而電動汽車的制動瞬間其電壓和電流形成尖峰對電池安全性造成影響，而且電池長期處於過充和過放其使用壽命會大大降低。
技術實現要素：
本發明是為了解決現有電動汽車電池長期處於過充和過放狀態造成電池壽命短的問題，提出了一種電動汽車機電複合儲能系統及能量控制方法。
本發明所述的電動汽車機電複合儲能系統，它包括一號dc/ac變換器1、驅動電機2、一號離合器3、一號傳動齒輪4、二號傳動齒輪5、彈性儲能器、變速箱8、三號傳動齒輪9、四號傳動齒輪11、五號傳動齒輪12、發電機13、二號dc/ac變換器14、電池15、整車控制器16和電機控制器17；
彈性儲能器包括箱體、二號離合器6、渦簧儲能機構7、拉力傳感器18、三號離合器10和儲能主軸19；
整車控制器16的拉力信號輸入端連接拉力傳感器18的信號輸出端，所述拉力傳感器18安裝在渦簧儲能機構7的外端，用於採集渦簧儲能機構7的拉力狀態；
整車控制器16的驅動電機控制信號輸出端連接一號離合器3的斷開或閉合控制信號輸入端；
整車控制器16的渦簧儲能控制信號輸出端連接二號離合器6的斷開或閉合控制信號輸入端；
整車控制器16的渦簧控制信號輸出端連接三號離合器10的斷開或閉合控制信號輸入端；
整車控制器16的驅動電機控制輸出端連接電機控制器17的控制信號輸入端，電機控制器17的控制信號輸出端連接驅動電機2的控制信號輸入端；
電池15的電量信號輸出端連接整車控制器16的電池電量信號輸入端；
電池15的充放電信號端同時連接一號dc/ac變換器1的直流信號端和二號dc/ac變換器14的直流信號端，一號dc/ac變換器1的交流信號端連接發電機13的電流信號輸出端，發電機13的輸入軸通過三號傳動齒輪9、五號傳動齒輪12和四號傳動齒輪11與彈性儲能器的主軸的一端傳動連接，所述彈性儲能器的主軸的一端通過三號傳動齒輪9、四號傳動齒輪11和傳動軸與變速箱8的輸入軸傳動連接；
二號離合器6、渦簧儲能機構7、拉力傳感器18和三號離合器10均設置在箱體內，主軸(19)的兩端穿過箱體相對的兩個側壁，渦簧儲能機構7套設在儲能主軸19上，二號離合器6和三號離合器10均與儲能主軸19同軸連接，且二號離合器6和三號離合器10分別位於渦簧儲能機構7的兩側；
儲能主軸19的另一端與二號傳動齒輪5傳動軸連接，二號傳動齒輪5的齒部與一號傳動齒輪4的齒部嚙合，一號傳動齒輪4的傳動軸與驅動電機2的輸入軸傳動連接，驅動電機2的輸入軸上還設有一號離合器3；
變速箱8帶動車輪主軸20轉動，所述車輪主軸20帶動車輪21旋轉。
電動汽車機電複合儲能系統的能量控制方法，該方法的具體步驟為：
步驟一、採用拉力傳感器18採集渦簧儲能機構7的拉力，採用車載傳感器採集電動汽車的油門踏板開度、制動踏板開度和車速信號，整車控制器16採集電池15的剩餘電量；
步驟二、整車控制器16根據車載傳感器採集電動汽車的油門踏板開度和制動踏板開度判斷電動汽車是處於驅動狀態還是制動狀態，當電動汽車是處於驅動狀態時，整車控制器16控制渦簧儲能機構7釋放能量，執行步驟七，當電動汽車是處於減速/剎車狀態時，執行步驟三；
步驟三、整車控制器16判斷電池15的剩餘電量是否大於電池最大電量的90％,若是，則執行步驟四；否則執行步驟五；
步驟四、整車控制器16控制一號離合器3閉合，變速箱8回收電動汽車的制動能量為彈性儲能器補充機械能；執行步驟六；
步驟五、電池15通過驅動電機2經過一號dc/ac變換器1接收變速箱8回收的電動汽車的制動能量直至達到電池的最大電量，整車控制器16控制一號離合器3閉合，變速箱8回收電動汽車的制動能量為彈性儲能器補充機械能；直至彈性儲能器的渦簧儲能機構7的能量存滿；
步驟六、整車控制器16根據拉力傳感器18採集的拉力判斷彈性儲能器的存儲的渦簧儲能機構7的能量是否存滿，若是，返回執行步驟一，否則，返回執行步驟四；
步驟七、整車控制器16根據車速信號判斷電動汽車是否處於加速狀態，若是，整車控制器16根據電動汽車油門踏板開度和速度信號計算電動汽車需求的總功率，整車控制器(3)根據拉力傳感器18採集的渦簧儲能機構7的拉力判斷彈性儲能器的能量是否大於額定儲能的20％，當彈性儲能器的能量大於額定儲能的20％時，由彈性儲能器和電池15共同提供電動汽車需求的總功率，當彈性儲能器的能量小於或等於額定儲能的20％時，整車控制器(3)控制三號離合器10脫開，彈性儲能器停止能量釋放，電池15單獨提供電動汽車需求的總功率；否則，執行步驟八；
步驟八、整車控制器16判斷電池15的剩餘電量是否大於電池最大電量的90％,若是，則返回執行步驟七；否則執行步驟九；
步驟九、整車控制器16控制三號離合器10閉合，通過發電機13為電池15充電，直至電池15充滿電，返回執行步驟八。
本發明提出的彈性儲能系統，以渦簧為主要儲能元件，將電動汽車運行過程中減速或者剎車的動能轉化為機械能儲存起來，當電動汽車需要加速或者是爬坡時，再由儲能機構將機械能量釋放出來，通過選擇不同的工作模式將儲存的機械能量轉化為電能或者機械能驅動電動汽車。本發明採用的機械儲能機構成本較低，技術完善，對環境汙染小，而且機械結構的穩定性好，能量轉換效率高，可以適應不同新能源汽車構型。
附圖說明
圖1為本發明所述的電動汽車機-電複合儲能系統的原理框圖；
圖2為棘輪機構的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
具體實施方式一、結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的電動汽車機電複合儲能系統，它包括一號dc/ac變換器1、驅動電機2、一號離合器3、一號傳動齒輪4、二號傳動齒輪5、彈性儲能器、變速箱8、三號傳動齒輪9、四號傳動齒輪11、五號傳動齒輪12、發電機13、二號dc/ac變換器14、電池15、整車控制器16和電機控制器17；
彈性儲能器包括箱體、二號離合器6、渦簧儲能機構7、拉力傳感器18、三號離合器10和儲能主軸19；
整車控制器16的拉力信號輸入端連接拉力傳感器18的信號輸出端，所述拉力傳感器18安裝在渦簧儲能機構7的外端，用於採集渦簧儲能機構7的拉力狀態；
整車控制器16的驅動電機控制信號輸出端連接一號離合器3的斷開或閉合控制信號輸入端；
整車控制器16的渦簧儲能控制信號輸出端連接二號離合器6的斷開或閉合控制信號輸入端；
整車控制器16的渦簧控制信號輸出端連接三號離合器10的斷開或閉合控制信號輸入端；
整車控制器16的驅動電機控制輸出端連接電機控制器17的控制信號輸入端，電機控制器17的控制信號輸出端連接驅動電機2的控制信號輸入端；
電池15的電量信號輸出端連接整車控制器16的電池電量信號輸入端；
電池15的充放電信號端同時連接一號dc/ac變換器1的直流信號端和二號dc/ac變換器14的直流信號端，一號dc/ac變換器1的交流信號端連接發電機13的電流信號輸出端，發電機13的輸入軸通過三號傳動齒輪9、五號傳動齒輪12和四號傳動齒輪11與彈性儲能器的主軸的一端傳動連接，所述彈性儲能器的主軸的一端通過三號傳動齒輪9、四號傳動齒輪11和傳動軸與變速箱8的輸入軸傳動連接；
二號離合器6、渦簧儲能機構7、拉力傳感器18和三號離合器10均設置在箱體內，主軸(19)的兩端穿過箱體相對的兩個側壁，渦簧儲能機構7套設在儲能主軸19上，二號離合器6和三號離合器10均與儲能主軸19同軸連接，且二號離合器6和三號離合器10分別位於渦簧儲能機構7的兩側；
儲能主軸19的另一端與二號傳動齒輪5傳動軸連接，二號傳動齒輪5的齒部與一號傳動齒輪4的齒部嚙合，一號傳動齒輪4的傳動軸與驅動電機2的輸入軸傳動連接，驅動電機2的輸入軸上還設有一號離合器3；
變速箱8帶動車輪主軸20轉動，所述車輪主軸20帶動車輪21旋轉。
具體實施方式二、本實施方式是對具體實施方式一所述的電動汽車機電複合儲能系統的進一步說明，所述兩個棘輪機構分別設置在二號離合器6與渦簧儲能機構7之間和渦簧儲能機構7與三號離合器10之間。
具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式一所述的電動汽車機電複合儲能系統的進一步說明，棘輪機構包括一號棘爪轉軸21、渦簧彈性片22、一號棘爪23、二號棘爪轉軸24、二號棘爪25、彈性片主軸26、一號棘爪離合器27和二號棘爪離合器28；
一號棘爪轉軸21和二號棘爪轉軸24分別固定二號棘爪25的一端和一號棘爪23的一端；一號棘爪23的另一端和二號棘爪25另一端分別卡接在渦簧彈性片22外圍的鋸齒內，渦簧彈性片22套接在彈性片主軸26的外側；一號棘爪23與二號棘爪25以彈性片主軸26的中心為對稱中心成中心對稱；
一號棘爪離合器27的執行機構和二號棘爪離合器28的執行機構分別貼設在二號棘爪25與一號棘爪23的外側，用於帶動一號棘爪23和二號棘爪25分別沿二號棘爪轉軸24和一號棘爪轉軸21旋轉。
具體實施方式四、本實施方式所述電動汽車機電複合儲能系統的能量控制方法，該方法的具體步驟為：
步驟一、採用拉力傳感器18採集渦簧儲能機構7的拉力，採用車載傳感器採集電動汽車的油門踏板開度、制動踏板開度和車速信號，整車控制器16採集電池15的剩餘電量；
步驟二、整車控制器16根據車載傳感器採集電動汽車的油門踏板開度和制動踏板開度判斷電動汽車是處於驅動狀態還是減速/剎車狀態，當電動汽車是處於驅動狀態時，整車控制器16控制渦簧儲能機構7釋放能量，執行步驟七，當電動汽車是處於減速/剎車狀態時，執行步驟三；
步驟三、整車控制器16判斷電池15的剩餘電量是否大於電池最大電量的90％,若是，則執行步驟四；否則執行步驟五；
步驟四、整車控制器16控制一號離合器3閉合，變速箱8回收電動汽車的制動能量為彈性儲能器補充機械能；執行步驟六；
步驟五、電池15通過驅動電機2經過一號dc/ac變換器1接收變速箱8回收的電動汽車的制動能量直至達到電池的最大電量，整車控制器16控制一號離合器3閉合，變速箱8回收電動汽車的制動能量為彈性儲能器補充機械能；直至彈性儲能器的渦簧儲能機構7的能量存滿；
步驟六、整車控制器16根據拉力傳感器18採集的拉力判斷彈性儲能器的存儲的渦簧儲能機構7的能量是否存滿，若是，返回執行步驟一，否則，返回執行步驟四；
步驟七、整車控制器16根據車速信號判斷電動汽車是否處於加速狀態，若是，整車控制器16根據電動汽車油門踏板開度和速度信號計算電動汽車需求的總功率，整車控制器16根據拉力傳感器18採集的渦簧儲能機構7的拉力判斷彈性儲能器的能量是否大於額定儲能的20％，當彈性儲能器的能量大於額定儲能的20％時，由彈性儲能器和電池15共同提供電動汽車需求的總功率，當彈性儲能器的能量小於或等於額定儲能的20％時，整車控制器16控制三號離合器10脫開，彈性儲能器停止能量釋放，電池15單獨提供電動汽車需求的總功率；否則，執行步驟八；
步驟八、整車控制器16判斷電池15的剩餘電量是否大於電池最大電量的90％,若是，則返回執行步驟七；否則執行步驟九；
步驟九、整車控制器16控制三號離合器10閉合，通過發電機13為電池15充電，直至電池15充滿電，返回執行步驟八。
本發明的具有彈性儲能機構的純電動動力系統，在電動汽車制動能量回收結構系統基礎上增加了彈性儲能機構，按照本發明的控制方法進行切換，可以有效的回收動力系統在剎車或減速階段的制動能量；此外，採用基於經驗的控制方法對驅動/制動階段能量分配，能夠有效的利用汽車減速/制動階段的能量。同時本發明的汽車系統完全具備現有電動汽車動力的優點。所以本發明具備廣闊的市場前景。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是兩個元件內部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。