电动汽车弹性储能系统及能量管理方法与流程

本发明属于电动汽车的制动及能量回收技术领域。

背景技术：

传统电动汽车车辆在制动能量回收的过程中以单一的电池作为能量回收单元，而电动汽车的制动瞬间其电压和电流形成尖峰对电池安全性造成影响，而且电池长期处于过充和过放其使用寿命会大大降低。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有电动汽车电池长期处于过充和过放状态，导致电池寿命低的问题，提出了一种电动汽车弹性储能系统及能量管理方法。

本发明所述的电动汽车弹性储能系统，它包括电池1、变流器2、整车控制器3、驱动电机4、一号离合器5、一号传动齿轮6、二号传动齿轮7、弹性储能器、三号传动齿轮12、四号传动齿轮13、变速箱14和电机控制器17；

弹性储能器包括箱体、二号离合器8、涡簧储能机构9、拉力传感器10、三号离合器11和主轴18；

整车控制器3的拉力信号输入端连接拉力传感器10的信号输出端，所述拉力传感器10安装在涡簧储能机构9的外端，用于采集涡簧储能机构9的拉力状态；

整车控制器3的驱动电机输出控制信号输出端连接一号离合器5的断开或闭合控制信号输入端；

整车控制器3的涡簧储能控制信号输出端连接二号离合器8的断开或闭合控制信号输入端；

整车控制器3的涡簧输出控制信号输出端连接三号离合器11的断开或闭合控制信号输入端；

整车控制器3的驱动电机控制信号输出端连接电机控制器17的控制信号输入端，电机控制器17的控制信号输出端连接驱动电机4的控制信号输入端；

电池1的电量信号输出端连接整车控制器3的电池电量信号输入端；

变流器2的直流信号端连接电池1的充放电端，变流器(2)的交流信号端连接驱动电机4的电源端，驱动电机4的输出轴与变速箱14的输入轴同轴连接，驱动电机4的输出轴与一号传动齿轮6的传动轴连接，一号传动齿轮6的齿部与二号传动齿轮7的齿部啮合，二号传动齿轮7的传动轴与弹性储能器的主轴18的一端传动连接，一号离合器5设置在驱动电机4的输出轴与一号传动齿轮6的传动轴之间；

二号离合器8、涡簧储能机构9、拉力传感器10和三号离合器11均设置在箱体内，主轴18的两端穿过箱体相对的两个侧壁，涡簧储能机构9套设在主轴18上，二号离合器8和三号离合器11均与主轴18的一端同轴连接，且二号离合器8和三号离合器11分别位于涡簧储能机构9的两侧；

主轴18的另一端与三号传动齿轮12的传动轴连接，三号传动齿轮12的齿部与四号传动齿轮13齿部啮合，四号传动齿轮13的传动轴与变速箱14的输入轴传动连接，变速箱14带动车轮主轴15转动，所述车轮主轴15带动车轮16旋转。

电动汽车弹性储能系统的能量管理方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用拉力传感器10采集涡簧储能机构9的拉力，采用车载传感器采集电动汽车的油门踏板开度、制动踏板开度和车速信号，整车控制器3采集电池1的剩余电量；

步骤二、整车控制器3根据车载传感器采集电动汽车的油门踏板开度和制动踏板开度判断电动汽车是处于加速状态还是减速/刹车状态，当电动汽车是处于加速状态时，整车控制器3根据电动汽车油门踏板开度和速度信号计算电动汽车需求的总功率，整车控制器3根据拉力传感器10采集的涡簧储能机构9的拉力判断弹性储能器的能量是否大于额定储能的20％，若是，由弹性储能器和电池1共同提供电动汽车需求的总功率，否则，整车控制器3控制三号离合器11脱开，弹性储能器停止能量释放，电池1单独提供电动汽车需求的总功率；当电动汽车是处于减速/刹车状态时，执行步骤三；

步骤三、整车控制器3判断电池1的剩余电量是否大于电池最大电量的90％,若是，则执行步骤四；否则执行步骤五；

步骤四、整车控制器3控制一号离合器5闭合，变速箱14回收电动汽车的制动能量为弹性储能器补充机械能；执行步骤六；

步骤五、电池1通过驱动电机4经过变流器2接收变速箱14回收的电动汽车的制动能量直至达到电池的最大电量，整车控制器3控制一号离合器5和二号离合器8均闭合，变速箱14回收电动汽车的制动能量为弹性储能器补充机械能；

步骤六、整车控制器3根据拉力传感器10采集的拉力判断弹性储能器的存储的涡簧储能机构9的能量是否存满，若是，返回执行步骤一，否则，返回执行步骤四。

本发明为具有弹性储能机构的纯电动动力系统，在电动汽车制动能量回收结构系统基础上增加了弹性储能机构，按照本发明采用的逻辑门限的控制方法进行控制，可以有效的回收动力系统在刹车或减速阶段的制动能量；同时在电动汽车驱动阶段能够有效的利用汽车减速/制动阶段的回收的能量。本发明的汽车系统完全具备现有电动汽车动力的优点。且本发明采用的机械储能机构成本较低，技术完善，对环境污染小，而且机械结构的稳定性好，能量转换效率高，可以适应不同新能源汽车构型。

附图说明

图1为本发明所述电动汽车弹性储能系统的原理框图；

图2为棘轮机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，它包括电池1、变流器2、整车控制器3、驱动电机4、一号离合器5、一号传动齿轮6、二号传动齿轮7、弹性储能器、三号传动齿轮12、四号传动齿轮13、变速箱14和电机控制器17；

弹性储能器包括箱体、二号离合器8、涡簧储能机构9、拉力传感器10、三号离合器11和主轴18；

整车控制器3的拉力信号输入端连接拉力传感器10的信号输出端，所述拉力传感器10安装在涡簧储能机构9的外端，用于采集涡簧储能机构9的拉力状态；

整车控制器3的驱动电机输出控制信号输出端连接一号离合器5的断开或闭合控制信号输入端；

整车控制器3的涡簧储能控制信号输出端连接二号离合器8的断开或闭合控制信号输入端；

整车控制器3的涡簧输出控制信号输出端连接三号离合器11的断开或闭合控制信号输入端；

整车控制器3的驱动电机控制信号输出端连接电机控制器17的控制信号输入端，电机控制器17的控制信号输出端连接驱动电机4的控制信号输入端；

电池1的电量信号输出端连接整车控制器3的电池电量信号输入端；

变流器2的直流信号端连接电池1的充放电端，变流器(2)的交流信号端连接驱动电机4的电源端，驱动电机4的输出轴与变速箱14的输入轴同轴连接，驱动电机4的输出轴与一号传动齿轮6的传动轴连接，一号传动齿轮6的齿部与二号传动齿轮7的齿部啮合，二号传动齿轮7的传动轴与弹性储能器的主轴18的一端传动连接，一号离合器5设置在驱动电机4的输出轴与一号传动齿轮6的传动轴之间；

二号离合器8、涡簧储能机构9、拉力传感器10和三号离合器11均设置在箱体内，主轴18的两端穿过箱体相对的两个侧壁，涡簧储能机构9套设在主轴18上，二号离合器8和三号离合器11均与主轴18的一端同轴连接，且二号离合器8和三号离合器11分别位于涡簧储能机构9的两侧；

主轴18的另一端与三号传动齿轮12的传动轴连接，三号传动齿轮12的齿部与四号传动齿轮13齿部啮合，四号传动齿轮13的传动轴与变速箱14的输入轴传动连接，变速箱14带动车轮主轴15转动，所述车轮主轴15带动车轮16旋转。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的电动汽车弹性储能系统的进一步说明，它还包括两个棘轮机构，所述两个棘轮机构分别设置在涡簧储能机构9与三号离合器11之间和二号离合器8与涡簧储能机构9之间。

具体实施方式三、结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的电动汽车弹性储能系统的进一步说明，棘轮机构包括一号棘爪转轴21、涡簧弹性片22、一号棘爪23、二号棘爪转轴24、二号棘爪25、弹性片主轴26、一号棘爪离合器27和二号棘爪离合器28；

一号棘爪转轴21和二号棘爪转轴24分别固定二号棘爪25的一端和一号棘爪23的一端；一号棘爪23的另一端和二号棘爪25另一端分别卡接在涡簧弹性片22外围的锯齿内，涡簧弹性片22套接在弹性片主轴26的外侧；一号棘爪23与二号棘爪25以弹性片主轴26的中心为对称中心成中心对称；

一号棘爪离合器27的执行机构和二号棘爪离合器28的执行机构分别贴设在二号棘爪25与一号棘爪23的外侧，用于带动一号棘爪23和二号棘爪25分别沿二号棘爪转轴24和一号棘爪转轴21旋转。

具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的电动汽车弹性储能系统的进一步说明，它还包括can总线，整车控制器3与拉力传感器10、一号离合器5、二号离合器8、三号离合器11、电机控制器17之间通过can总线连接。

具体实施方式五、本实施方式所述电动汽车弹性储能系统的能量管理方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用拉力传感器10采集涡簧储能机构9的拉力，采用车载传感器采集电动汽车的油门踏板开度、制动踏板开度和车速信号，整车控制器3采集电池1的剩余电量；

步骤二、整车控制器3根据车载传感器采集电动汽车的油门踏板开度和制动踏板开度判断电动汽车是处于加速状态还是减速/刹车状态，当电动汽车是处于加速状态时，整车控制器3根据电动汽车油门踏板开度和速度信号计算电动汽车需求的总功率，整车控制器3根据拉力传感器10采集的涡簧储能机构9的拉力判断弹性储能器的能量是否大于额定储能的20％，若是，由弹性储能器和电池1共同提供电动汽车需求的总功率，否则，整车控制器3控制三号离合器11脱开，弹性储能器停止能量释放，电池1单独提供电动汽车需求的总功率；当电动汽车是处于减速/刹车状态时，执行步骤三；

步骤三、整车控制器3判断电池1的剩余电量是否大于电池最大电量的90％,若是，则执行步骤四；否则执行步骤五；

步骤四、整车控制器3控制一号离合器5闭合，变速箱14回收电动汽车的制动能量为弹性储能器补充机械能；执行步骤六；

步骤五、电池1通过驱动电机4经过变流器2接收变速箱14回收的电动汽车的制动能量直至达到电池的最大电量，整车控制器3控制一号离合器5和二号离合器8均闭合，变速箱14回收电动汽车的制动能量为弹性储能器补充机械能；

步骤六、整车控制器3根据拉力传感器10采集的拉力判断弹性储能器的存储的涡簧储能机构9的能量是否存满，若是，返回执行步骤一，否则，返回执行步骤四。

本发明提出的弹性储能系统，以涡簧为主要储能元件，将电动汽车运行过程中减速或者刹车的动能转化为机械能储存起来，当电动汽车需要加速或者是爬坡时，再由储能机构将机械能量释放出来，通过选择不同的工作模式将储存的机械能量转化机械能共同驱动电动汽车。本发明采用的机械储能机构成本较低，技术完善，对环境污染小，而且机械结构的稳定性好，能量转换效率高，可以适应不同新能源汽车构型。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。