[發明專利]能量控制

無效

• 申請號: 201080056601.4
• 申請日: 2010-10-20
• 公開（公告）號: CN102687309A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: A·F·阿特金斯;喬納森·查爾斯·威爾斯;S·蒂莫西·D·謝佛德;J·J·多爾比;B·G·科珀;約翰·斯托克斯
• 申請（專利權）人: 里卡多英國有限公司
• 主分類號: H01M2/20
• 分類號: H01M2/20;H01M2/34;H01H39/00;H01M6/50;B60K6/10;B60K6/20
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;張穎玲

技術領域

本申請涉及能量控制。特別地，本申請涉及使用飛輪來進行能量的供應、存儲以及回收。

背景技術

能量守恒和能量最佳使用是制造和運行現代車輛和機器主要考慮的問題。用戶對于效率以及以最低可能的成本獲得最大可能輸出的需求越來越高。在成本/輸出平衡方面的考慮包括財務因素和環境因素。另外，人們需要改善車輛和機器的動力和速度，同時需要提供舒適的和用戶友好的感覺。進一步，發動機、發動機和其他設備趨于變得更為緊湊和流線型。

有很多已知的方法來處理上面所討論的平滑。舉例而言，隨著對于環境友好車輛的用戶需求增長以及在碳排放方面的規定越來越嚴格，混合動力車輛變得越來越流行。如本領域技術人員公知的，混合動力車輛使用兩個或多個不同動力源的組合來驅動車輛或其他動力機器。在機動車輛領域，最常見的混合是混合動力電動車輛(HEV)，其將內燃機(ICE)與一個或多個電動機相結合。取決于任意給定時刻的動力需求，可以采用ICE和電動機中的一個或兩個向車輛的輸出提供動力。連同電動機，提供化學能存儲系統，因此在不使用電動機來為車輛輸出提供動力期間，其能操作為發電機以在化學能存儲系統中產生并且存儲電荷以供后來使用。已知的化學能存儲系統可以由單一類型的化學單元組成，或者可以包括具有不同化學式表示的單元的任意組合。所有這樣的化學能存儲系統在本文特指為化學“電池”。

已知的混合系統中存在問題，這是因為由例如在典型的車輛使用環節的再生制動和回收所導致的混合電池系統充電電平的高循環頻率以及與這些操作相關聯的高功率通量加速了電池狀況的劣化，由此限制了系統壽命。因此，傳統混合動力系統的電池通常受到限制。典型地，在已知的混合動力電動車輛的壽命期間，化學電池可能不得不更換兩次。進一步，電池循環可能受到保護控制系統的限制，該保護控制系統對混合系統中的電源分配和/或充電進行控制。這種保護限制的效果是削弱相應混合系統的CO₂減排功效。

用于優化能量供應以及從所存儲的化學能轉換為轉矩(特別是在以ICE為動力的機動車輛中)的另一已知方法是渦輪增壓器和增壓器的使用。如本領域技術人員將會知道的，渦輪增壓器回收排氣能量以驅動壓縮機并且增加進口充氣壓力給發動機。增壓器設備使用引擎傳遞的轉矩來驅動壓縮機，以提高進口充氣壓力。然而，在實際利用中，這兩種設備都有相關聯的缺點。作為被動設備的渦輪增壓器僅在具有足夠的排氣流量來驅動升壓系統時才可操作。相比之下，增壓器是主動設備，因為其通常是曲柄傳動，并且因此不像渦輪增壓器那樣受到這些操作限制。然而，增壓器確實引入了引擎能量的寄生損耗，由此，從減少燃料消耗方面來說，減少了其整體功效。

作為機動車輛應用的目標，用戶舒適度和感受的一個方面是由手自一體變速器車輛上的變速事件引起的“轉矩中斷”感覺。同時這種變速器類型是非常有效率的，變速期間的這種轉矩中斷感覺包括用戶的換擋舒適度和駕駛性能。根據已知的方法，在手自一體變速器的換擋中斷期間，電動機可以用于滿足轉矩要求，以改善用戶的駕駛平滑度。然而，為了向這樣的電動機提供動力，在車輛內需要額外的能量供應，并且進一步，在電能和動能之間能量轉換階段，能量損耗不可避免。雙離合器和自動變速器限制了變速期間的轉矩中斷，然而，由于在向驅動系統提供動力時相關聯的損耗，與手自一體變速器相比，這些變速器類型較為昂貴和/或本質上效率較低。

如上文所討論的，為了最佳地平衡車輛或機器的成本和輸出，期望盡可能地利用可用的能量，并且阻止能量例如作為熱能而耗散。

飛輪因為以動能形式來存儲能量而聞名，例如用于車輛中使用。利用飛輪來存儲能量是已知的，這些能量原本在車輛減速時被轉換成車輛制動系統中的熱量，所存儲的能量隨后被用于在需要時加速該車輛。然而，已知的飛輪的實現方式存在這樣一個問題：如何在初始化階段和在其低能量點處，為飛輪充電。有可能使用電動機飛輪充電系統。然而，應當理解的是，這并不是理想的解決方式，因為其引入了車輛內的電能存儲系統上的額外能量需求，同時卻不能減少來自車輛的排氣能量損耗。

因此，當前需要對車輛和其他機器中的能量使用進行優化的裝置和方法，同時不損害對用戶而言的重要因素，比如舒適度、成本效率以及環境友好性。

本申請在權利要求書中列出。

因為，根據一個方面，提供了一種能量存儲裝置，其包括飛輪，其中，所述飛輪被布置具有已經從輸入到其的引擎廢氣回收的能量，從而實現一種有效的并且自足式的存儲和回收能量方法。也就是說，能量存儲裝置利用已經存在于傳統引擎、車輛或機器中的能量，而不需要提供額外的能源。