一種電動汽車制動能量回收利用裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種電動汽車制動能量回收利用裝置。屬于電動汽車工程領(lǐng)域中的能量回收與利用技術(shù)，涉及一種以飛輪儲能的方式對汽車制動過程中的能量進(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，離合器與電動汽車的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)聯(lián)接。該裝置使車輛制動時能量可以回收利用，存儲能量的飛輪與電動機(jī)能夠以混合動力的方式驅(qū)動車輛，提高車輛的輸出動力，車輛停車后，飛輪存儲的剩余能量給蓄電池充電而得以充分的利用。如將本實(shí)用新型應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域，將大大提高制動能量回收利用率，減少環(huán)境污染。
【專利說明】—種電動汽車制動能量回收利用裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電動汽車工程領(lǐng)域中的能量回收與利用技術(shù)，涉及一種以飛輪儲能的方式對汽車制動過程中的能量進(jìn)行回收與利用的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車的類型主要有純電動汽車(Pure Electric Vehicle，PEV)、混合動力汽車(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汽車使用性能的重要途徑之一。在已有的電動汽車上，一般是在汽車制動或下坡運(yùn)行過程中，將車輛的動能或重力勢能轉(zhuǎn)化為電能回饋并儲存在蓄電池中。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，電動汽車以電能回收存儲制動能量的方法，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，汽車頻繁制動時，蓄電池也隨之處于反復(fù)地充電和放電狀態(tài)，其對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，若蓄電池是車輛的唯一能量源時，蓄電池將處于大電流放電狀態(tài)，對蓄電池的壽命也有不利的影響；第三，汽車緊急制動時，受蓄電池充電特性的限制使電能的回收存儲有限，回收與利用率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提出一種以飛輪將電動汽車制動過程中的能量回收，加速過程中將飛輪存儲的能量與電動機(jī)能量耦合輸出的電動機(jī)/飛輪混合驅(qū)動裝置。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:電動汽車制動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，并與電動機(jī)/發(fā)電機(jī)及車輛主減速器相聯(lián)接，同時與電動機(jī)控制器、外部充電接口及發(fā)電機(jī)控制器組成電動汽車制動能量回收利用的電機(jī)/飛輪混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型所述的電動汽車制動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；離合器與電動汽車的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)相聯(lián)接。
[0007]本實(shí)用新型采用技術(shù)方案的工作原理是:
[0008]第一，車輛起步時。電動機(jī)/發(fā)電機(jī)以電動機(jī)模式運(yùn)行輸出車輛驅(qū)動力；此時，與電動機(jī)/發(fā)電機(jī)輸出軸相聯(lián)接的離合器接合，并將動力傳遞到行星機(jī)構(gòu)的輸入端，驅(qū)動齒圈轉(zhuǎn)動。由于汽車起步時飛輪可能處于兩種狀態(tài)，即靜止?fàn)顟B(tài)或轉(zhuǎn)動狀態(tài)，因此，將分別對飛輪靜止或轉(zhuǎn)動兩種狀態(tài)進(jìn)行描述:
[0009](I)當(dāng)飛輪處于靜止?fàn)顟B(tài)時，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，相對于以齒圈為輸入端的輪系傳動狀態(tài)是以減速增扭的方式輸出動力，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)動狀態(tài)時，即飛輪在車輛起步前已經(jīng)存儲了制動過程的回收能量，并且還沒有釋放完；由于飛輪存儲了一定能量使與飛輪同軸安裝的太陽輪也一同轉(zhuǎn)動并輸出相應(yīng)的動力；此時，行星機(jī)構(gòu)由齒圈和太陽輪兩個構(gòu)件同時提供輸入動力，與行星輪相聯(lián)接的行星輪架的輸出動力為兩個輸入構(gòu)件的驅(qū)動力之和，即車輛處于以電動機(jī)/飛輪混合動力驅(qū)動的狀態(tài)?；旌蟿恿斎氲阶兯倨鞯妮斎攵?，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)飛輪存儲的能量足以驅(qū)動車輛起步時，通過齒圈制動器將齒圈制動固定，太陽輪與行星輪形成定軸輪系。因此，利用飛輪存儲的能量直接獨(dú)立地驅(qū)動車輛起步運(yùn)行。
[0012]第二，車輛勻速或加速運(yùn)行時。同樣根據(jù)飛輪是處于靜止或轉(zhuǎn)動兩種狀態(tài)，分為以電動機(jī)獨(dú)立提供動力或以電動機(jī)/飛輪混合動力驅(qū)動的運(yùn)行狀態(tài)。動力傳遞過程與前述的起步時的工作過程相同。
[0013]第三，車輛滑行減速時。車輛滑行是利用車輛運(yùn)動狀態(tài)具有的動能驅(qū)動車輛行駛，其滑行過程對車輛行駛是一種能量的有效利用過程。安裝本實(shí)用新型所述裝置的車輛滑行時，首先是停止向電動機(jī)供電即不踩加速踏板，同時也不踩制動踏板，并將變速器置于空擋位置，此時車輛的動能可以全部的用于驅(qū)動車輛滑行?；?qū)⑴c電動機(jī)相聯(lián)接的離合器分離，而變速器置于前進(jìn)擋位置，車輛的部分動能可以通過行星機(jī)構(gòu)驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)使能量得到回收，但滑行距離將減少。
[0014]第四，車輛制動減速時。車輛制動的一般過程是將車輛運(yùn)動狀態(tài)具有的動能通過車輪制動器產(chǎn)生的摩擦力轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，導(dǎo)致車輛具有的動能得不到充分利用。安裝本實(shí)用新型所述裝置的車輛制動減速時，當(dāng)踩下制動踏板時，首先通過齒圈制動器將齒圈制動固定，太陽輪與行星輪形成定軸輪系。車輛動能通過車輪、主減速器、變速器、行星輪架與行星輪驅(qū)動行星機(jī)構(gòu)太陽輪帶動飛輪轉(zhuǎn)動，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為飛輪旋轉(zhuǎn)動能回收存儲起來，同時使車輛減速。
[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，即飛輪還有剩余能量時，若使電動機(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，而飛輪帶動太陽輪旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動行星輪、齒圈轉(zhuǎn)動，此時離合器接合，動力傳遞到電動機(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]本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案的有益效果是:第一，車輛制動時的能量可以回收利用；第二，存儲能量的飛輪與電動機(jī)能夠以混合動力的方式驅(qū)動車輛，提高車輛的輸出動力；第三，車輛停車后，通過使電動機(jī)/發(fā)電機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，使飛輪存儲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]附圖是本實(shí)用新型【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為電動機(jī)/發(fā)電機(jī)；14為電動機(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為齒圈制動帶；23為箱體；24為軸承。
[0019]附圖中，點(diǎn)劃線所指范圍即本實(shí)用新型所述的主體結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，說明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0021]如附圖所示，本實(shí)用新型所述的電動汽車制動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；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，與小齒輪8 一體的齒輪軸由安裝在箱體23上的軸承9支承；離合器11的被動盤安裝在與小齒輪8 一體的齒輪軸上,離合器11的主動盤安裝在電動機(jī)/發(fā)電機(jī)13的輸出軸上。
[0022](I)車輛起步時。安裝本實(shí)用新型所述裝置的電動汽車起步時，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)13以電動機(jī)模式運(yùn)行輸出車輛驅(qū)動力；此時，與電動機(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將動力傳遞到齒圈6。由于汽車起步時飛輪19可能處于兩種狀態(tài)，即靜止?fàn)顟B(tài)或轉(zhuǎn)動狀態(tài)。因此，將分別對飛輪19處于靜止或轉(zhuǎn)動兩種狀態(tài)進(jìn)行描述:
[0023]a.當(dāng)飛輪19處于靜止?fàn)顟B(tài)時，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)動狀態(tài)時，即飛輪19在車輛起步前已經(jīng)存儲了制動過程的回收能量，且還沒有釋放完畢。由于飛輪19存儲了一定能量使與飛輪19同軸安裝的太陽輪7也一同轉(zhuǎn)動并輸出飛輪19存儲的相應(yīng)動力；此時，行星機(jī)構(gòu)的兩個構(gòu)件齒圈6和太陽輪7同時提供輸入動力，與行星輪5相聯(lián)接的行星輪架4的輸出動力為兩個構(gòu)件齒圈6和太陽輪7的輸入的驅(qū)動力之和，即車輛處于以電動機(jī)/飛輪混合動力驅(qū)動的狀態(tài)?；旌蟿恿斎氲阶兯倨?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存儲的能量足以驅(qū)動車輛起步時，通過齒圈制動器22將齒圈6制動固定，太陽輪7與行星輪5形成定軸輪系。因此，利用飛輪19存儲的能量直接獨(dú)立地驅(qū)動車輛起步運(yùn)行。
[0026](2)車輛勻速或加速運(yùn)行時。安裝本實(shí)用新型所述裝置的電動汽車，同樣根據(jù)飛輪19是靜止或轉(zhuǎn)動兩種狀態(tài),分為以電動機(jī)獨(dú)立提供動力或以電動機(jī)/飛輪混合動力驅(qū)動的運(yùn)行狀態(tài)。動力傳遞過程與前述的起步時的工作過程相同。
[0027](3)車輛滑行減速運(yùn)行時。安裝本實(shí)用新型所述裝置的電動汽車滑行時，能夠以兩種不同的方式滑行:
[0028]a.將以電動機(jī)運(yùn)行模式的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)13通過電動機(jī)控制器14停止供電，同時，將變速器3置于空擋位置，此時，車輛的動能可以全部用于驅(qū)動車輛滑行。
[0029]b.將與電動機(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，車輛的部分動能可以通過行星機(jī)構(gòu)驅(qū)動飛輪19旋轉(zhuǎn)使能量得到回收。
[0030](4)車輛制動減速運(yùn)行時。安裝本實(shí)用新型所述裝置的電動汽車制動減速時，當(dāng)踩下制動踏板，首先通過齒圈制動器22將齒圈6制動固定，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)動行星機(jī)構(gòu)太陽輪7帶動飛輪19轉(zhuǎn)動，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為飛輪19的旋轉(zhuǎn)動能回收存儲起來，同時使車輛減速。
[0031](5)停車后飛輪剩余能量的利用。安裝本實(shí)用新型所述裝置的電動汽車停車后，若飛輪19還有剩余能量，即飛輪19還在轉(zhuǎn)動時，通過發(fā)電機(jī)控制器17使電動機(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帶動太陽輪7旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動行星輪5、齒圈6轉(zhuǎn)動，此時離合器11接合，動力傳遞到電動機(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)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本實(shí)用新型不限于上述【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)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不違背本實(shí)用新型宗旨及權(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實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車制動能量回收利用裝置，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所述的電動汽車制動能量回收利用裝置，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所述的電動汽車制動能量回收利用裝置，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所述的電動汽車制動能量回收利用裝置，其特征是:所述離合器(11)被動端安裝在小齒輪(8)的齒輪軸上，所述離合器(11)主動端安裝在電動機(jī)/發(fā)電機(jī)(13)輸出軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車制動能量回收利用裝置，其特征是:所述齒圈制動器(22)形式為制動帶式，纏繞在齒圈￠)的外緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動汽車制動能量回收利用裝置，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】B60K17/04GK203995674SQ201420474710
【公開日】2014年12月10日 申請日期: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 申請人:東北林業(yè)大學(xué)