[發明專利]帶有渦簧儲能機構的電動汽車復合儲能系統及其能量分配方法

有效

• 申請號: 201710274484.2
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107054105B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 杜玖玉;歐陽明高;李建秋;盧蘭光
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60L50/30
• 分類號: B60L50/30;B60L50/60
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

帶有渦簧儲能機構的電動汽車復合儲能系統及其能量分配方法，屬于混合動力車輛技術領域。解決了現有電動汽車僅采用電池供電不僅供電時間短且電池長期處于充放電過程造成電池的使用壽命嚴重縮短的問題與渦簧式儲能裝置功能過程中存在能量密度低的問題。本發明系統處于輸入功率狀態時，根據渦簧儲能機構主軸旋轉位置a優先的將再生制動能量為渦簧儲能機構充能。在系統處于輸出功率狀態時，鋰離子電池組優選地提供設定的閾值功率P_thr，當渦簧儲能機構主軸旋轉位置a小于設定渦簧儲能機構主軸旋轉閾值位置a_thr時，鋰離子電池組同時要滿足需求功率P_dem和為渦簧儲能機構充能的充能功率P_ch。本發明適用于電動汽車復合儲能及能量分配。

技術領域

本發明屬于混合動力車輛技術領域。

背景技術

電動汽車對環境的影響較小，有著很好的發展前景。以電池作為單一能量源的傳統電動汽車中，為滿足客車不同運行工況下的功率和能量需求，電池長期處于過充或過放，因此其壽命大大縮短。另外，當前廣泛應用在電動汽車行業里的鋰離子電池的價格還比較昂貴，能量密度不夠大。在電池技術上的種種限制驅使從事電動汽車行業的研究人員轉向研究其他儲能裝置與電池儲能相結合的混合儲能結構。

渦簧式儲能裝置主要是利用渦簧在受載條件下產生彈性勢能并將其儲存起來的原理，其具有較高的功率密度，較長的使用壽命，但是其能量密度較低。

發明內容

本發明是為了解決現有電動汽車僅采用電池供電不僅供電時間短且電池長期處于充放電過程造成電池的使用壽命嚴重縮短的問題與渦簧式儲能裝置功能過程中存在能量密度低的問題，提出了一種帶有渦簧儲能機構的電動汽車復合儲能系統及其能量分配方法。

本發明所述的帶有渦簧儲能機構的電動汽車復合儲能系統，它包括鋰離子電池組1、雙向逆變器2、驅動電機3、一號離合器4、齒輪機構5、變速箱8、二號離合器9、棘輪機構10、渦簧儲能機構11、位置傳感器12、系統控制器13和電壓傳感器14；

鋰離子電池組1的電流輸出端連接雙向逆變器2的直流電流端，雙向逆變器2的交流電流端連接驅動電機3的電源信號端，驅動電機3的輸出軸通過一號離合器4與齒輪機構5傳動連接，齒輪機構5同時與變速箱8的主軸一端和汽車減速器7的主軸傳動連接，變速箱8的主軸另一端通過二號離合器9與渦簧儲能機構11的主軸同軸連接，棘輪機構10套設在渦簧儲能機構11主軸的外側，棘輪機構10位于二號離合器9與渦簧儲能機構11之間；

位置傳感器12用于采集渦簧儲能機構11的主軸旋轉位置；位置傳感器12的主軸旋轉位置信號輸出端通過CAN總線連接系統控制器13的渦簧儲能機構的主軸旋轉位置信號輸入端；

電壓傳感器14用于采集鋰離子電池組1的電壓信號；電壓傳感器14的信號輸出端通過CAN總線連接系統控制器13的鋰離子電池電量信號輸入端；系統控制器13的逆變器控制信號輸出端連接雙向逆變器2的控制信號輸入端，棘輪機構10的開通或關閉控制信號輸入端連接系統控制器13的棘輪控制信號輸出端；

系統控制器13還用于控制一號離合器4和二號離合器9的斷開和閉合。

進一步地，渦簧儲能機構11包括箱體111、渦簧儲能機構的主軸112和渦簧本體113；渦簧本體113設置在箱體111內，渦簧本體113的外端與箱體111的內壁固定連接；渦簧本體113套設在渦簧儲能機構的主軸112的外側，且渦簧本體113的內端與渦簧儲能機構的主軸112側壁剛性連接。

進一步地，驅動電機3采用發電機與電動機一體機實現。

帶有渦簧儲能機構的電動汽車復合儲能系統的能量分配方法，該方法的具體步驟為：