包括壓力儲存器的能量存儲系統的製作方法

2023-06-14 23:05:06 2

專利名稱：包括壓力儲存器的能量存儲系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於車輛的混合驅動系統，更具體地講，涉及一種用於車輛的混合液壓驅動系統。
背景技術：
典型的車輛混合液壓驅動系統使用可逆泵/馬達吸收來自傳統的車輛驅動系統的動力以及將動力加入傳統的車輛驅動系統或者協助傳統的車輛驅動系統。系統通過從低壓儲存器泵抽液壓流體使其進入液壓能量存儲系統來吸收動力。這種液壓能量存儲系統通常包括一個或多個充氮液壓蓄積器。混合液壓驅動系統通常利用存儲在液壓蓄積器中的液壓能量驅動作為馬達的可逆泵/馬達將動力加入到傳統的車輛驅動系統。

發明內容
一方面，本發明提供一種能量存儲系統，該能量存儲系統包括儲存器，限定內腔; 可拆卸的囊，位於內腔中，囊內具有工作流體；單向閥，與內腔流體連通，並且可操作為當工作流體流出囊時允許替代空氣進入內腔；可逆泵/馬達，與囊流體連通；蓄積器，容納有工作液體和氣體。蓄積器與可逆泵/馬達選擇性地流體連通，以當可逆泵/馬達作為馬達操作時蓄積器向可逆泵/馬達傳送加壓的工作流體，當可逆泵/馬達作為泵操作時蓄積器接收由可逆泵/馬達排出的加壓的工作流體。另一方面，本發明提供一種操作能量存儲系統的方法。該方法包括提供限定內腔的儲存器；在內腔中布置可拆卸的囊，當可逆泵/馬達作為馬達操作時，通過可逆泵/馬達使工作流體返回至可拆卸的囊，當可逆泵/馬達作為泵操作時，從可拆卸的囊中抽吸工作流體；當從可拆卸的囊抽吸工作流體時允許替代空氣進入儲存器的內腔。再一方面，本發明提供一種能量存儲系統，該能量存儲系統包括限定內腔且在其中具有工作流體的儲存器。該系統還包括與內腔流體連通的單向閥，單向閥可操作為當工作流體流出儲存器時允許替代空氣進入內腔；減壓閥，與內腔流體連通並選擇性地操作為將內腔中的空氣排放到儲存器外；氣泵，選擇性地與內腔流體連通，並且可操作為將加壓的空氣排出到內腔中；可逆泵/馬達，與儲存器流體連通；蓄積器，容納有工作流體和氣體。蓄積器選擇性地與可逆泵/馬達流體連通，當可逆泵/馬達作為馬達操作時，將加壓的工作流體傳送到可逆泵/馬達，當可逆泵/馬達作為泵操作時，接收由可逆泵/馬達排出的加壓的工作流體。本發明的其他特徵和方面結合下面的詳細說明和附圖將更加清楚。


圖I是根據本發明第一結構的能量存儲系統的示意圖。圖2是根據本發明第二結構的能量存儲系統的示意圖。在對本發明的任何實施例做出詳細說明之前，應該理解，本發明在其應用中並不限於下面的說明書中闡述的或附圖中描繪的組件的布置和構造的細節。本發明可以具有其它的實施例並能夠以不同的方式被執行或被實現。還應理解，此處使用的用語和術語是為了描述的目的而不應該被認為是限制。詳細說明圖I示出了能量存儲系統10的第一結構。特別地，系統10用於混合車輛並且被配置為並行液壓再生驅動系統10，該系統10包括儲存器14、蓄積器18、與蓄積器18選擇性地流體連通及與儲存器14流體連通的可逆泵/馬達22。可逆泵/馬達22被構造為可變排量的、軸向活塞、斜盤式設計泵/馬達22，例如Bosch Rexroth型號No. A4VS0可變排量、軸向活塞可逆泵/馬達22。或者，可逆泵/馬達22可被構造為具有恆定排量而非可變排量。 可逆泵/馬達22被可驅動地連接至旋轉軸26 (例如引擎的輸出軸、引擎的輔助驅動系統、 傳動裝置和軸組件之間的驅動軸等)。如下面更詳細地描述，可逆泵/馬達22當作為馬達操作時將動力傳送給旋轉軸26，可逆泵/馬達22當作為泵操作時可逆泵/馬達22被旋轉軸26驅動。或者，系統10可用於其它應用(如移動裝置或工藝液壓應用等)。蓄積器18包括容納氣體(例如氮氣等)的第一腔30、容納工作流體(例如液壓流體等)的第二腔34以及將腔30、34隔離的可移動活塞38 (示意行地描繪為腔30和腔34之間的線)。或者，蓄積器18可配置有囊或者隔膜而不是活塞38。系統10還包括與蓄積器18 內的工作流體腔34流體連通的隔離閥42。隔離閥42選擇性地流體連通蓄積器18和泵/ 馬達22。隔離閥42可被配置為如提升閥、球閥、短管閥、閘式閥、插裝閥、針形閥、斷流閥等。 進一步，隔離閥42被電磁操縱以打開和被彈簧偏置以關閉。 繼續根據圖1，儲存器14容納有工作流體並與可逆泵/馬達22通過流體通道50 流體連通。熱交換器和/或工作流體過濾器(沒有示出)可位於流體通道50中，以易於冷卻和過濾工作流體。可逆泵/馬達22與儲存器14流體連通，以當可逆泵/馬達22作為泵操作時通過流體通道50從儲存器14中抽出低壓工作流體(沿箭頭A的方向)。可逆泵/馬達 22也與儲存器14流體連通，以當可逆泵/馬達22作為馬達操作時通過流體通道50使低壓工作流體返回到儲存器14中(沿箭頭B的方向)。可逆泵/馬達22通過流體通道58與蓄積器18流體連通，以當可逆泵/馬達22 作為泵操作時將加壓的工作流體傳送到蓄積器18 (沿箭頭A的方向)。可逆泵/馬達22也通過流體通道58與蓄積器18流體連通，以當作為馬達操作時從蓄積器18接收加壓的工作流體(沿箭頭B的方向)。隔離閥42位於流體通道58內，並在關閉結構時阻擋工作流體流過流體通道58，在打開結構時允許工作流體流過流體通道58。繼續根據圖1，儲存器14包括限定內腔66的外殼62以及位於外殼62的內腔66 中的可拆卸的、非彈性的囊70。如下面地更詳細的討論，外殼62實質上是氣密性的並能保持外殼62內的加壓的空氣。在示出的系統10的結構中，示意性地示出外殼62具有大致矩形的形狀。然而，外殼62可以被設置為具有多種不同形狀中的任何一種，以與外殼62位於其中的混合車輛的結構一致。另外，外殼62可以由多種不同材料中的任一種(如金屬、塑料、複合材料等)製成。可拆卸的、非彈性的囊70限定內腔72，在內腔72內容納有工作流體。由於囊70 是非彈性的，所以與限定可變容積的內腔的彈性囊相比，內腔72的最大容積是固定值。囊 70還是非剛性的，因而與外殼62的內腔66的特殊形狀基本上一致。在示出的系統10的結構中，作為位於包括大體矩形的內腔66的外殼62內的結果,囊70示意性地示出為呈現大體的矩形的形狀。或者，囊70可以根據外殼62的特殊形狀呈現多種不同形狀中的任一種。囊70包括與流體通道50流體連通的一個進/出埠 74，工作流體流過進/出埠 74以進入或離開囊70。或者，囊70可以包括單獨的進埠和出埠，工作流體分別通過進埠和出埠流入囊70和流出囊70。儘管沒有示出，囊70可以包括排氣閥以便當囊 70填充工作流體時從內腔72內排出空氣。如圖I所示，容納在儲存器14的所有工作流體在系統10正常操作時期間都位於囊70內。囊70用作工作流體和周圍環境(也就是，包括外殼62的內腔66中含有的空氣或其它氣體)之間的保護或屏障，以減小工作流體被周圍環境或外殼62的內腔66內的碎屑的任何潛在汙染的危險。或者，囊70可以從系統10中省略，以使得工作流體直接容納在加壓外殼62中。系統10還包括與外殼62的內腔66流體連通的通氣組件78，該通氣組件78允許儲存器14在系統10和結合系統10的混合車輛操作時自加壓。如下面的更詳細的描述，儲存器14的加壓(也就是外殼62的內腔66的加壓)實質上保證在可逆泵/馬達22進口的工作流體的壓力維持在足以當可逆泵/馬達22作為泵操作時充分地防止可逆泵/馬達22氣蝕的水平。通氣組件78包括與外殼62的內腔66流體連通的沒有彈性的、單向止回閥82， 該止回閥82允許隨著囊70內的流體水平的減少處於大氣壓強的替代空氣進入到內腔66 內，但防止空氣從內腔66內排出或漏出。或者，止回閥82可以包括用於將止回閥82偏置到關閉結構的彈簧。通氣組件78還包括與外殼62的內腔66流體連通的並與單向止回閥82並連的彈簧加載的、單向減壓止回閥86，以允許當內腔66內的壓力超過預定值時從內腔66排出空氣。閥82、86都流體連接到共同的通氣器90，該通氣器將替代空氣從大氣指引到閥82，並將排出的空氣從閥86指引到大氣中。繼續根據圖1，系統10包括與外殼62的內腔66流體連通的壓力傳感器94，以檢測內腔66中的壓力。壓力傳感器94可採用診斷功能來確定加壓外殼62中出現的任何洩漏。例如，在系統10操作時內腔66中的壓力低於某個預定值，壓力傳感器94能夠給引擎控制單元(ECU)或結合有該系統10的混合車輛的單獨的控制單元提供信號，以停止混合車輛的再生驅動系統10的操作。混合車輛的單獨的控制單元或ECU還可在內腔66內的壓力低於預定值時觸發警報(例如視覺警報、聽覺警報等)，以警告混合車輛的操作者系統10需要維護。繼續根據圖1，外殼62包括集液器98，在集液器98內能夠積聚從囊70洩漏的工作流體。系統10還可包括洩露傳感器102，可用於檢測集液器98內任何積聚的工作流體。 同壓力傳感器94 一樣，洩露傳感器102可採用診斷功能來確定囊70出現的任何洩漏。例如，當檢測到集液器98內的工作流體時，洩露傳感器102能夠給結合有該系統10的混合車輛的單獨的控制單元或ECU提供信號，以停止混合車輛的再生驅動系統10的操作。混合車輛的單獨的控制單元或ECU還可在洩露傳感器102檢測到集液器98內的工作流體時觸發警報(例如視覺警報、聽覺警報等)，以警告混合車輛的操作者系統10需要維護。在操作中，當系統10從旋轉軸26重新獲得動能時，可逆泵/馬達22作為泵操作以沿著箭頭A的方向從囊70中抽出工作流體，對工作流體加壓，並通過打開的隔離閥42泵抽加壓的工作流體使其進入到蓄積器18的工作流體腔34中。當工作流體流出囊70時，囊70自身坍塌(如附圖I中虛線所示)，替代空氣被允許通過單向止回閥82進入內腔66。在旋轉軸26的動能重新恢復後，隔離閥42被啟動進入關閉結構，蓄積器18的氣體腔30內的加壓的空氣作用在活塞38上，以在蓄積器18內使工作流體維持在高壓。當混合車輛需要推進輔助時，隔離閥42被啟動到打開結構，以允許加壓的工作流體從蓄積器18沿著箭頭B的方向流動。高壓工作流體從蓄積器18中流動，通過流體通道 58，並進入到可逆泵/馬達22，以使可逆泵/馬達22作為馬達操作來驅動軸26。可逆泵 /馬達22然後通過流體通道50使低壓工作流體返回到囊70。當囊70內的流體水平增加時，單向止回閥82和單向減壓止回閥86保持關閉以防止空氣從外殼62的內腔66中漏出。 結果，內腔66中的空氣壓力增加。在混合車輛操作中繼續隨後的循環，即，當可逆泵/馬達 22作為泵操作時抽吸的替代空氣進入到內腔66，以從囊70中抽出工作流體，並當可逆泵/ 馬達22作為馬達操作時對內腔66中的空氣加壓，以使工作流體返回到囊70。在每次循環中，內腔66中的壓力逐漸增加直至正壓力(也就是大於大氣壓力的壓力)作用在囊70和囊 70內容納的工作流體上。內腔66中的壓力被允許設為或增加到預定值，通過此預定值，可逆泵/馬達22的所需的最小工作流體進口壓力被滿足，以當可逆泵/馬達22作為泵操作時減少或基本上防止可逆泵/馬達22的氣蝕。只有當壓力超過此預定值預定的安全係數時，減壓止回閥86才會打開以釋放內腔66內的壓力。圖2示出了用於混合車輛的能量存儲系統110的第二結構，相同的部件用相同的附圖標記表示。圖2中的系統110基本上類似於圖I中的系統10，除了圖2中的系統110 包括壓縮空氣或氣體源(例如車載泵或壓縮機114)以在操作混合車輛前在內腔66內提供初始的或「預加壓」的空氣，以對內腔66加壓並向囊70施加壓力，以滿足可逆泵/馬達22 所需的最小工作流體進口壓力。系統110還包括在儲存器14和壓縮機114之間流體連接的電磁操控的隔離閥118。或者，壓縮機114用於系統10，隔離閥118可被替換為止回閥。在示出的系統110的結構中，壓縮機114和閥118與內腔66流體連通，與閥82並連。換句話說，由壓縮機114供給的壓縮空氣、通過閥82的大氣的替代空氣通過單獨的通道進入內腔66。或者，隔離閥118的出口可在閥82的上遊位置流體連接至閥82位於其中的通道，以使得由壓縮機114供給的預加壓的加壓的空氣在進入內腔66前通過閥82。當結合有系統110的混合車輛起動時，隔離閥118被啟動進入打開結構，壓縮機 114開始將壓縮氣體泵抽到內腔66內以將內腔66加壓到預定值，在此預定值，施加到囊70 (以及容納在囊70內的工作流體)上的力足以滿足可逆泵/馬達22所需的最小工作流體進口壓力。當壓力傳感器94檢測到內腔66內的壓力達到此預定值時，隔離閥118被啟動到關閉結構且壓縮機114被停止。結果，滿足了可逆泵/馬達22所需的最小工作流體進口壓力，沒有當可逆泵/馬達22作為泵操作以從囊70抽出工作流體時，將替代空氣抽吸到內腔 66中的第一次所需的重複循環，沒有當可逆泵/馬達22作為馬達操作以使工作流體返回到囊70時，對內腔66中的空氣加壓。然而，在這樣的第一次循環後，系統110與圖I中的系統10的操作基本一樣，所述的第一次循環為當可逆泵/馬達22作為泵操作以從囊70抽吸工作流體時，將替代空氣抽吸到內腔66中，以及當可逆泵/馬達22作為馬達操作以將工作流體返回到囊70時，對內腔66中的空氣加壓。本發明的各種特徵在下面的權利要求中闡述。
權利要求
1.一種能量存儲系統，包括儲存器，限定內腔；可拆卸的囊，位於內腔中，所述囊內具有工作流體；單向閥，與內腔流體連通，可操作為當工作流體離開囊時允許替代空氣進入到內腔中；可逆泵/馬達，與囊流體連通；以及蓄積器，容納有工作流體和氣體，當可逆泵/馬達作為馬達操作時，蓄積器選擇性地與可逆泵/馬達流體連通，以將加壓的工作流體傳送到可逆泵/馬達，當可逆泵/馬達作為泵操作時，蓄積器接收由可逆泵/馬達排出的加壓的工作流體。
2.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，進一步包括與儲存器的內腔流體連通的減壓閥，該減壓閥可操作為當工作流體進入可拆卸的囊時防止替代空氣與內腔通氣而低於預定的閾值壓力。
3.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，進一步包括與儲存器的內腔選擇性流體連通的氣泵，該氣泵可操作為用壓縮空氣填充內腔以給囊施加壓力。
4.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，進一步包括與儲存器的內腔流體連通的壓力傳感器，以檢測內腔中的空氣壓力。
5.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，儲存器包括位於囊下面的集液器。
6.如權利要求5所述的能量存儲系統，其特徵在於，進一步包括傳感器，所述傳感器可操作為用於檢測從囊洩漏到集液器內的工作流體。
7.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，當可逆泵/馬達作為泵操作時，通過可逆泵/馬達從囊中抽吸工作流體。
8.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，囊限定內腔，且其中，可逆泵/馬達與囊的內腔流體連通。
9.如權利要求I所述的能量存儲系統，其特徵在於，囊是非彈性的。
10.一種操作能量存儲系統的方法，該方法包括以下步驟設置限定內腔的儲存器；在內腔內放置可拆卸的囊；當可逆泵/馬達作為馬達操作時，通過可逆泵/馬達使工作流體返回至可拆卸的囊；當可逆泵/馬達作為泵操作時，從可拆卸的囊抽吸工作流體；和當從可拆卸的囊中抽吸工作流體時，允許替代空氣進入儲存器的內腔。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，進一步包括以下步驟當工作流體返回可拆卸的囊時，防止替代空氣與內腔通氣而低於內腔的預定的閾值壓力。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，進一步包括以下步驟在從囊抽吸工作流體之前用加壓的空氣填充內腔。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，在工作流體返回至可拆卸的囊之前用加壓的空氣填充內腔。
14.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，進一步包括以下步驟監視儲存器的內腔中的空氣壓力。
15.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，進一步包括以下步驟在可拆卸的囊下面設置集液器；和監視集液器中的從囊洩漏並積聚在集液器內的工作流體。
16.一種能量存儲系統，包括儲存器，限定內腔，內腔中具有工作流體；單向閥，與內腔流體連通，可操作為當工作流體流出儲存器時允許替代空氣進入內腔；減壓閥，與內腔流體連通，並選擇性地可操作為使內腔內的空氣排放到儲存器外部； 氣泵，與內腔選擇性地流體連通，可操作為將加壓的空氣排出到內腔；可逆泵/馬達，與儲存器流體連通；和蓄積器，容納工作流體和氣體，蓄積器與可逆泵/馬達選擇性地流體連通，以當可逆泵 /馬達作為馬達操作時將加壓的工作流體傳送到可逆泵/馬達，當可逆泵/馬達作為泵操作時接收由可逆泵/馬達排出的加壓的工作流體。
17.如權利要求16所述的能量存儲系統，其特徵在於，進一步包括位於內腔的可拆卸的囊，其中，儲存器內的工作流體全部容納在囊內。
18.如權利要求17所述的能量存儲系統，其特徵在於，氣泵可操作為用加壓的空氣填充內腔以給囊施加壓力。
19.如權利要求17所述的能量存儲系統，其特徵在於，當可逆泵/馬達作為泵操作時， 通過可逆泵/馬達從囊內抽吸工作流體。
20.如權利要求17所述的能量存儲系統，其特徵在於，囊是非彈性的。
全文摘要
能量存儲系統(10)包括儲存器(14)，限定內腔(66)；可拆卸的囊(70)，儲存器位於內腔中且囊中容納有工作流體；單向閥(82)，與內腔流體連通，可操作為當工作流體流出囊時允許替代空氣進入到內腔；可逆泵/馬達(22)，與囊流體連通；以及蓄積器(18)，容納有工作流體和氣體。蓄積器選擇性地與可逆泵/馬達流體連通，以當可逆泵/馬達作為馬達操作時，將加壓的工作流體傳送到可逆泵/馬達，當可逆泵/馬達作為泵操作時，接收由可逆泵/馬達排出的加壓的工作流體。
文檔編號F15B1/02GK102612445SQ201080052038
公開日2012年7月25日 申請日期2010年11月18日 優先權日2009年11月20日
發明者A·J·涅爾謝相, M·E·施耐德, P·W·施瓦克 申請人:羅伯特·博世有限公司