一種混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于汽車節(jié)能技術(shù)及新能源汽車領(lǐng)域，主要涉及一種混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電動(dòng)前輪，制動(dòng)能量回收裝置，超級(jí)電容，蓄電池，渦輪發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)氣筒，懸架能量回收裝置等。該混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)可將懸架振動(dòng)和制動(dòng)動(dòng)能回收轉(zhuǎn)化為電能，用來(lái)為卡車的起步、低檔運(yùn)行提供動(dòng)力補(bǔ)充，以解決卡車抵擋油耗大、排放差的問(wèn)題。本發(fā)明無(wú)需更改原車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，便于改裝，且附加硬件的重量輕、成本低，使用中也不需要外部充電電源或者頻繁更換電池，并可為卡車的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)提供高壓氣。
【專利說(shuō)明】一種混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車節(jié)能技術(shù)及新能源汽車領(lǐng)域，主要涉及混合動(dòng)力卡車懸架振動(dòng)及制動(dòng)能量再生系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]卡車尤其是中重型的低檔油耗大、排放差，主要原因之一是低檔位的傳動(dòng)效率過(guò)低，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前國(guó)產(chǎn)中重型卡車的一檔傳動(dòng)率通常在15-20%，直接影響了卡車起步過(guò)程中的燃油經(jīng)濟(jì)性，造成車輪打滑、冒黑煙問(wèn)題。因此，在起步等低檔位工況下，采用混合動(dòng)力技術(shù)降低對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求，是解決該問(wèn)題的有效方法。
[0003]卡車的混合動(dòng)力化目前已有靜液式輕卡樣機(jī)，但是存在成本高、自重大等問(wèn)題。相比而言，更輕、更便宜的電動(dòng)式混合動(dòng)力卡車產(chǎn)品目前仍是空白，這主要是由于制約卡車電動(dòng)化的主要難題——電機(jī)功率的限制仍沒(méi)有得到非常有效的解決方法。
[0004]此外，在混合動(dòng)力汽車技術(shù)中，通常具有制動(dòng)能量再生系統(tǒng)。目前，制動(dòng)能量回收技術(shù)已從城市大客車過(guò)渡到乘用車中，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。除了慣性飛輪、液壓蓄能方式外，電機(jī)及電池、超級(jí)電容是制動(dòng)能量回收技術(shù)中的主要技術(shù)手段，相對(duì)較為成熟。但是制動(dòng)能量再生通常用于頻繁啟停的城市工況，不能完全涵蓋中重型卡車的主要行駛工況。
[0005]作為乘用車能量再生技術(shù)的另一個(gè)分支，饋能懸架系統(tǒng)目前常采用電能式、靜液式等形式，盡管可作為制動(dòng)能量再生的有益補(bǔ)充，但目前相關(guān)技術(shù)仍集中于控制算法和控制器設(shè)計(jì)，真正實(shí)用化的產(chǎn)品不多。
[0006]對(duì)于卡車來(lái)說(shuō)，根據(jù)2012年實(shí)施的GB/T27840-2011《商用車燃料消耗量測(cè)量方法》規(guī)定，我國(guó)的中重型卡車油耗測(cè)試實(shí)行C-WTVC工況，按時(shí)間城市工況約占50%，按里程則公路和高速公路合計(jì)約占71 %。由此可見(jiàn)，商用車除了承擔(dān)城市間的貨物運(yùn)輸外，也有較多時(shí)間需要在城市頻繁啟停，因此，城市工況的制動(dòng)能量和公路、高速工況的懸架振動(dòng)能量都有回收價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明繞開(kāi)目前制約卡車電動(dòng)化的主要難題一電機(jī)功率的限制，借鑒“輕度”混合動(dòng)力的思想，純粹利用卡車行駛過(guò)程中產(chǎn)生的“負(fù)能量”，將懸架振動(dòng)和制動(dòng)動(dòng)能回收轉(zhuǎn)化為電能，用來(lái)為卡車的起步、低檔運(yùn)行提供動(dòng)力補(bǔ)充。這種來(lái)自于制動(dòng)和懸架再生能量的自供電設(shè)計(jì)方案不需要大功率的電動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的電動(dòng)輪、電源等新增硬件系統(tǒng)的重量、尺寸、成本都可以有效降低，使用中也不需要外部充電電源或者頻繁更換電池，符合混合動(dòng)力電動(dòng)卡車的技術(shù)需求，并可為卡車的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)能。
[0008]針對(duì)中重型卡車，提出一種新型的自供能混合動(dòng)力系統(tǒng)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:它包括電動(dòng)前輪，制動(dòng)能量回收裝置，超級(jí)電容，蓄電池，渦輪發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)氣筒，懸架能量回收裝置，逆變器，后驅(qū)動(dòng)輪，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成，電源管理控制器，電機(jī)控制器。所述制動(dòng)能量回收裝置一端與電動(dòng)前輪連接，另一端連接超級(jí)電容，超級(jí)電容的另一端則與蓄電池相連。所述懸架能量回收裝置與儲(chǔ)氣筒相連，儲(chǔ)氣筒另一端與渦輪發(fā)電機(jī)相連，再將蓄電池與渦輪發(fā)電機(jī)相連。
[0009]該系統(tǒng)包括兩條能量再生線路，分別為振動(dòng)能量再生和制動(dòng)能量再生。懸架能量回收裝置轉(zhuǎn)化路面不平激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)動(dòng)能為儲(chǔ)氣筒的氣壓勢(shì)能用于氣壓制動(dòng)，或根據(jù)控制器算法控制渦輪發(fā)電機(jī)工作，得到的電能儲(chǔ)存到蓄電池中。制動(dòng)能量通過(guò)制動(dòng)能量回收裝置轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存到電容器中，并由控制器判斷車輛處于路口停車狀態(tài)還是長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)，若處于暫時(shí)停車狀態(tài)，則根據(jù)電容器和蓄電池的荷電狀態(tài)和柴油機(jī)工況，由電源控制器確定復(fù)合電源系統(tǒng)工作模式，并通過(guò)逆變器(含D/A轉(zhuǎn)換)等電路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪行駛；若處于長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)，利用充電電路將電容器中的電能儲(chǔ)存到蓄電池中以供使用。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:將懸架振動(dòng)和制動(dòng)動(dòng)能回收轉(zhuǎn)化為電能，用來(lái)為卡車的起步、低檔運(yùn)行提供動(dòng)力補(bǔ)充，可解決卡車抵擋油耗大、排放差的問(wèn)題。本發(fā)明無(wú)需更改原車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，便于改裝，且附加硬件的重量輕、成本低，使用中也不需要外部充電電源或者頻繁更換電池，并可為卡車的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)提供高壓氣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0013]圖中1.電動(dòng)前輪，2.制動(dòng)能量回收裝置，3.超級(jí)電容，4.蓄電池，5.渦輪發(fā)電機(jī)，
6.儲(chǔ)氣筒，7.懸架能量回收裝置，8.逆變器，9.后驅(qū)動(dòng)輪，10.發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成，11.電源管理控制器，12.電機(jī)控制器。
[0014]圖中灰色底色部分為原車的發(fā)動(dòng)機(jī)、車橋、后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；白色部分為本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的附加結(jié)構(gòu)或改裝結(jié)構(gòu)，其中虛線部分為控制器；箭頭標(biāo)識(shí)能量流動(dòng)方向，綠色部分為傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成能量流動(dòng)方向，藍(lán)色為制動(dòng)、懸架能量回收裝置向電池/電容充能，紅色為由電池/電容向電動(dòng)輪供能；

【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提供的混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案:它包括電動(dòng)前輪
(I)，制動(dòng)能量回收裝置(2)，超級(jí)電容(3)，蓄電池(4)，渦輪發(fā)電機(jī)(5)，儲(chǔ)氣筒(6)，懸架能量回收裝置(7)，逆變器(8)，后驅(qū)動(dòng)輪(9)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成(10)，電源管理控制器(11)，電機(jī)控制器(12)。所述制動(dòng)能量回收裝置(2) —端與電動(dòng)前輪(I)連接，另一端連接超級(jí)電容(3)，超級(jí)電容(3)的另一端則與蓄電池(4)相連。所述懸架能量回收裝置(7)與儲(chǔ)氣筒(6)相連，儲(chǔ)氣筒(6)另一端與渦輪發(fā)電機(jī)(5)相連，再將蓄電池⑷與渦輪發(fā)電機(jī)(5)相連。此外，超級(jí)電容(3)和蓄電池(4)均與逆變器(8)相連。電源管理控制器(11)控制超級(jí)電容(3)和蓄電池(4)，電機(jī)控制器(12)控制制動(dòng)能量回收裝置(2)和逆變器(8)。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成(10)保留不變。
[0016]該系統(tǒng)包括兩條能量再生線路，分別為振動(dòng)能量再生和制動(dòng)能量再生。懸架能量再生裝置(7)轉(zhuǎn)化振動(dòng)動(dòng)能為儲(chǔ)氣筒￠)的氣壓勢(shì)能用于氣壓制動(dòng)，或根據(jù)控制器算法控制渦輪發(fā)電機(jī)(5)工作，得到的電能儲(chǔ)存到蓄電池(4)中。制動(dòng)能量通過(guò)制動(dòng)能量回收裝置⑵轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存到電容器⑶中，并由控制器(10)判斷車輛處于路口停車狀態(tài)還是長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)，若處于暫時(shí)停車狀態(tài)，則根據(jù)電容器⑶和蓄電池⑷的荷電狀態(tài)和柴油機(jī)工況，根據(jù)控制算法確定復(fù)合電源系統(tǒng)工作模式，并通過(guò)逆變器(含D/A轉(zhuǎn)換)(8)等電路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)前輪(I)行駛；若處于長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)，利用充電電路將電容器(3)中的電能儲(chǔ)存到蓄電池(4)中以供使用。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)，設(shè)置在汽車懸架和車輪之間，其特征在于:它包括電動(dòng)輪，制動(dòng)能量回收裝置，超級(jí)電容，蓄電池，渦輪發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)氣筒，懸架能量回收裝置，逆變器，電源管理控制器，電機(jī)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)，所述制動(dòng)能量回收裝置一端與電動(dòng)輪連接，另一端連接超級(jí)電容，超級(jí)電容的另一端則與蓄電池相連。所述懸架能量回收裝置與儲(chǔ)氣筒相連，儲(chǔ)氣筒另一端與渦輪發(fā)電機(jī)相連，再將蓄電池與渦輪發(fā)電機(jī)相連。此外，保留發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、驅(qū)動(dòng)橋及后驅(qū)動(dòng)輪等動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合動(dòng)力卡車自供電系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括兩條能量再生線路，分別為振動(dòng)能量再生和制動(dòng)能量再生。懸架能量回收裝置轉(zhuǎn)化路面不平激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)動(dòng)能為儲(chǔ)氣筒的氣壓勢(shì)能用于氣壓制動(dòng)，并根據(jù)控制器算法控制渦輪發(fā)電機(jī)工作，得到的電能儲(chǔ)存到蓄電池中。制動(dòng)能量通過(guò)制動(dòng)能量回收裝置轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存到電容器中，并由控制器判斷車輛處于暫時(shí)停車狀態(tài)還是長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)，若處于暫時(shí)停車狀態(tài)，則根據(jù)電容器和蓄電池的荷電狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)工況，根據(jù)控制算法確定復(fù)合電源系統(tǒng)工作模式，并通過(guò)逆變器(含D/A轉(zhuǎn)換)等電路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪行駛；若處于長(zhǎng)時(shí)間停車狀態(tài)，利用充電電路將電容器中的電能儲(chǔ)存到蓄電池中以供使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1,電動(dòng)輪包括電動(dòng)前輪、電動(dòng)后輪以及4輪以上電驅(qū)動(dòng)車輪。電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)和交流電機(jī)，交流電機(jī)包括異步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、永磁電機(jī)等型式，可采用輪轂驅(qū)動(dòng)、輪邊驅(qū)動(dòng)兩種方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2，制動(dòng)能量回收裝置包括開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)能量再生系統(tǒng)等多種型式，以及其他能夠?qū)崿F(xiàn)車輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)能向電能轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)或裝置。制動(dòng)能量回收裝置包括電動(dòng)輪制動(dòng)能量再生和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)能量再生裝置，布置在前軸、后軸或中間傳動(dòng)軸位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，懸架能量回收裝置包括電磁線圈感應(yīng)式、滾珠絲杠式、曲柄連桿式、直線電機(jī)式、齒輪齒條式，以及其他能夠?qū)崿F(xiàn)懸架振動(dòng)動(dòng)能向電能轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)或裝置。懸架能量回收裝置包括能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)、懸架行程放大機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，超級(jí)電容可以為雙電層電容器、法拉第準(zhǔn)電容器、雙電層與準(zhǔn)電容混合型電容器。結(jié)構(gòu)形式包括對(duì)稱型和非對(duì)稱型。電極材料包括活性炭粉末、活性炭纖維、炭氣凝膠、納米炭管、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)活性炭，和二氧化釕、氧化鎳、氧化錳等貴金屬，以及聚泌咯、聚苯胺、聚對(duì)苯等聚合物。電解液包括水溶液體、有機(jī)體和固體物電解質(zhì)。超級(jí)電容包括單體及多組兩種布置方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，蓄電池包括鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰離子電池、鋅鎳電池、金屬空氣電池等。鉛酸蓄電池包括免維護(hù)鉛酸蓄電池和閥控密封式鉛酸蓄電池。鎳氫蓄電池包括方形鎳氫電池和圓形鎳氫電池。鋰離子電池的外形包括方形和圓柱形，電池正極材料包括錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋰，電解質(zhì)材料包括聚合物和液態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1，渦輪發(fā)電機(jī)包括聯(lián)合循環(huán)、簡(jiǎn)單循環(huán)和前置循環(huán)類型的渦輪發(fā)電機(jī)以及其他類型的高壓氣轉(zhuǎn)化電能的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，儲(chǔ)氣筒為圓筒形、矩形等形狀的氣體密封儲(chǔ)存裝置，數(shù)量包括單個(gè)及多個(gè)。
【文檔編號(hào)】B60K6/22GK104401197SQ201410515080
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】柳江, 林晨, 李勝 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)