一種電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統和控制方法與流程

2024-03-08 22:05:15

本發明涉及新能源電動汽車領域，如純電動汽車、混合動力汽車的研究領域，具體涉及一種電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統和控制方法。

背景技術：

汽車在道路上行駛時，路面的不平度和頻繁地加減速等駕駛行為會導致汽車簧載質量與非簧載質量產生相對位移，而由此引起的振動能量可以被利用。傳統懸架由於被動減振器的存在這部分振動能量都以熱能的形式散發掉了，如果能將這部分能量進行有效的回收和利用，提供給車上的電器設備使用，能在很大程度上減小汽車燃油消耗，同時也具有節能環保的意義。

關於提高電動汽車的續航裡程一直是各國研究機構發展電動汽車亟需解決的關鍵技術。而如果能將懸架振動能量回收，轉換成電能以供電動汽車驅動電機以及車上用電設備利用，將很大程度上減少動力電池的用電量，無形中增加了電動汽車的續航裡程。

目前應用直線電機作為作動器的結構引起了國內外許多學者的關注，但是目前直線電機式饋能懸架存在著成本昂貴、可提供作動力小、發電效率不高等問題，如果選用高性能的直線電機，將會由於成本過高而不利於推廣，由此導致長期以來車用直線電機的使用僅停留在研究實驗階段而很難運用到實際車輛生產中。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述問題提供一種結構簡單、技術性能可靠、成本較低，極易推廣的電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統和控制方法，直接應用於電動汽車懸架振動能量的回收及動力電池電源的供給。

本發明的技術方案是：

一種電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統，包括汽車懸架振動能量轉換液壓能單元、發電機驅動單元和充電單元；

所述汽車懸架振動能量轉換液壓能單元主要包括柱塞泵和蓄能器；所述柱塞泵包括柱塞杆和柱塞體；所述柱塞杆的一端位於柱塞體內，所述柱塞體的左下方設有進油閥，右下方設有出油閥，所述柱塞體的內腔設有緩衝彈簧；所述柱塞杆通過上吊耳銷與電動汽車懸架上部車身部件連接，柱塞體通過下吊耳銷與車輪部件連接；所述進油閥通過管道與油箱連接；所述出油閥通過管道與蓄能器連接，且出油閥與蓄能器連接的管道上裝有單向閥；

所述發電機驅動單元包括液壓馬達、永磁同步發電機、調速閥和調壓閥；所述液壓馬達通過聯軸器與永磁同步發電機連接；所述調壓閥通過管道一端與蓄能器連接，另一端與液壓馬達連接；所述調速閥通過管道一端與液壓馬達連接，另一端與油箱連接；

所述充電單元包括充電模塊和動力電池；所述充電模塊包括電壓調節器、電流調節器和自動斷路器，所述充電模塊通過線路一端與永磁同步發電機的電源連接，另一端與動力電池連接。

上述方案中，所述柱塞杆在中間外圓上設置了三道環槽，上下二道各裝了一隻y型油封，兩隻y型油封之間的中間一道裝有一隻耐磨環。

上述方案中，所述的出油閥與單向閥之間的管道上設有與油箱連接的溢流閥。

上述方案中，所述充電模塊根據電動汽車能源管理系統的指令自動調節電源的電壓、電流與動力電池相匹配，當動力電池電量滿載時，自動斷路器將線路斷開。

上述方案中，所述動力電池選用鋰離子蓄電池。

一種根據所述的電動汽車利用懸架振動能量的自給式充電系統的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：

s1、懸架振動能量的回收及液壓能轉換：當汽車在行駛時由於路面不平和汽車頻繁地加減速導致了汽車懸架簧載質量和非簧載質量之間的相對運動，使柱塞杆與柱塞泵之間也發生相對運動，當柱塞杆向上運動時，柱塞杆下端面與柱塞體內腔形成的空間增大，這時油箱內液壓油在大氣壓的作用下頂開進油閥，而被吸入到柱塞體的內腔，當柱塞杆向下運動時，柱塞體內腔空間逐漸變小，而壓力逐漸增大，當壓力達到一定值時，壓力油頂開出油閥，壓力油將不斷地輸入到蓄能器中；

s2、液壓能轉換電能：從蓄能器流出的液壓油通過調壓閥輸入到液壓馬達，並驅動液壓馬達旋轉，液壓馬達的輸出軸通過聯軸器帶動同一軸線上的永磁同步發電機轉子軸旋轉，使發電機產生電能；

s3、動力電池的充電：永磁同步發電機產生的電能通過電線輸入到充電模塊，充電模塊根據電動汽車能量管理系統單元的指令，自動調節輸入的電流、電壓，使其與動力電池的電流、電壓等技術參數匹配，並輸入到動力電池，對動力電池進行充電。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1.結構簡單，運行可靠；汽車在行駛中由於路面不平度產生的振動直接帶動柱塞泵運動，產生液壓能並能轉換成電能供車載動力電池使用。

2.汽車懸架振動能量轉換液壓能單元和發電機驅動單元零部件少，製造成本低，易於推廣。

3.本懸架振動能量回收系統與其他汽車懸架振動能量的回收方式相比其回收效率高，可在懸架簧載質量與非簧載質量連接處安裝多個柱塞泵，從而提高回收能量。

4.液壓能有很大的功率密度，液壓傳動技術相比電氣傳動技術成熟、工作可靠。

5.液壓能快速轉換電能後，可連續不斷地對動力電池充電，從而增加電動汽車續航裡程，提高經濟性。

附圖說明

圖1為本發明一實施方式的汽車懸架振動能量轉換液壓能的工作原理示意圖；

圖2為本發明一實施方式的電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統的工作原理圖。

圖中，1-車輪部件；2-油箱；3-進油閥；4-彈簧；5-柱塞杆；6-車身部件；7-上吊耳銷；8-柱塞體；9-y型油封；10-耐磨環；11-緩衝彈簧；12-出油閥；13-下吊耳銷；14-溢流閥；15-單向閥；16-蓄能器；17-壓力表；18-調壓閥；19-永磁同步發電機；20-聯軸器；21-液壓馬達；22-調速閥；23-充電模塊；24-動力電池；25-懸架簧上質量；26-懸架簧下質量。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護範圍並不限於此。

圖1和圖2所示為本發明所述的電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統和控制方法的一種實施方式，所述電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統包括懸架振動能量轉換液壓能單元、發電機驅動單元和充電單元。

如圖1，所述汽車懸架振動能量轉換液壓能單元主要包括柱塞泵和蓄能器16。所述柱塞泵包括柱塞杆5和柱塞體8；所述柱塞杆5的一端位於柱塞體8內；為了有效地控制液壓油的輸入和輸出，所述的柱塞體8的左下方設有進油閥3，右下方設有出油閥12；為了保證柱塞杆5的運動平穩性，所述柱塞體8的內腔設有緩衝彈簧11，所述緩衝彈簧11的一端抵在柱塞杆5的下端，另一端抵在柱塞體8的內腔底部，所述柱塞杆5通過上吊耳銷7與汽車懸架上部車身6部件浮動連接，柱塞體8通過下吊耳銷13與車輪部件1浮動連接；上部車身6與車輪部件之1間設有彈簧；所述進油閥3通過管道與油箱2連接；所述出油閥12通過管道與蓄能器16連接，且出油閥12與蓄能器16連接管道上裝有單向閥15，保證液壓油的單向傳遞；所述出油閥12與單向閥15之間的管道上設有與油箱連接的溢流閥14，保證管道在一定壓力下工作；所述柱塞杆5在中間外圓上設置了三道環槽，上下二道各裝有一隻y型油封9，中間一道裝有一隻耐磨環10，保證柱塞杆5在柱塞體8孔內的準確導向；壓力表17通過管道與蓄能器16連接，用來檢測蓄能器16油液的壓力。

如圖2，所述發電機驅動單元包括液壓馬達21、聯軸器20、永磁同步發電機19、調速閥22、調壓閥18；所述液壓馬達21通過聯軸器20與永磁同步發電機19連接；所述調壓閥18通過管道一端與蓄能器16連接，另一端與液壓馬達21連接；所述調速閥18通過管道一端與液壓馬達21連接，另一端與油箱2連接。

如圖2，所述充電單元包括充電模塊23和動力電池24。所述充電模塊23主要包括電壓調節器、電流調節器和自動斷路器組成，充電模塊23根據電動汽車能源管理系統的指令自動調節電壓與電流，與動力電池24組相匹配，當動力電池24容量滿載時，自動斷路器將電流斷開，所述的動力電池24一般選用鋰離子蓄電池。

本發明還提供一種根據所述電動汽車利用懸架振動能量自給式充電系統的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：

s1：懸架振動能量的回收及液壓能轉換過程：

在汽車懸架簧上質量25即車身部件6通過上吊耳銷7連接一柱塞泵的柱塞杆5；在懸架簧下質量26即車輪部件1通過下吊耳銷13連接一柱塞體8，當汽車在行駛時由於路面不平和汽車頻繁地加減速導致了汽車懸架簧載質量和非簧載質量之間的相對運動，使柱塞杆5與柱塞泵之間也發生相對運動，當柱塞杆5向上運動時，柱塞杆5下端面與柱塞體8內腔形成的空間增大，由於此時柱塞體8下部左側的進油閥3和右側的出油閥12都是關閉的，因此密封的柱塞泵內腔局部空間形成了一定的真空，這時油箱2內的液壓油在大氣壓的作用下頂開進油閥3，而被吸入到柱塞體8的內腔，當柱塞杆5向下運動時，柱塞體8內腔空間逐漸變小，而壓力逐漸變大，當壓力達到一定時，壓力油頂開出油閥3，壓力油將不斷地輸入到蓄能器16中，如此汽車懸架的振動能量通過柱塞泵轉變為液壓能，而儲存在蓄能器16中。液壓系統的壓力可通過溢流閥14調整，當壓力高於溢流閥14設定壓力時溢流閥14打開，液壓油排入油箱2。

s2：液壓能轉換電能過程：

從蓄能器16流出的液壓能通過調壓閥18輸入到液壓馬達21，並驅動液壓馬達21旋轉，液壓馬達21的輸出軸通過聯軸器20帶動同一軸線上的永磁同步發電機19轉子軸旋轉，使發電機產生電能。從蓄能器16輸出的液壓能經過調壓閥18可進行壓力調控，確保蓄能器16的液壓油充滿，並且只有當液壓油達到一定壓力時調壓閥18才會打開，保證流經液壓馬達21的液壓油具有相當的壓力和流速，從而保障液壓馬達21旋轉的連續性。液壓馬達21的轉速可通過調節調速閥22的回流流量來控制，並最後流入油箱2。

s3：動力電池的充電過程

永磁同步發電機19產生的電能通過電線輸入到充電模塊23，充電模塊23根據電動汽車能源管理系統單元的指令，自動調節輸入的電流值與電壓值，使之與動力電池的額定電流與額定電壓等技術參數選配，並輸入到動力電池24，對動力電池24進行充電。

通過上述電動汽車懸架在行駛過程中產生的振動，帶動柱塞泵運動並使振動能量轉變為液壓能，從而回收振動能量；又通過液壓馬達21帶動永磁同步發電機19旋轉並發電，並使電能儲存在動力電池24中。此系統在具備了高可靠性、低成本的同時，高效地回收了懸架振動能量，並以電能的形式儲存在動力電池中，對解決電動汽車續航裡程的關鍵問題有重要意義，並在一定程度上提高了車輛的經濟性。

應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但並非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施例的具體說明，它們並非用以限制本發明的保護範圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發明的保護範圍之內。