CN110509782A - 基于气动马达的增程式电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种基于气动马达的增程式电动汽车,属于节能减排领域。本发明将气动马达发电***作为增程式电动汽车的增程器,根据压缩空气无污染、零排放、绿色环保的特点,利用压缩空气驱动气动马达带动发电机输出电能,将与动力电池共同为增程式电动汽车提供驱动能量。该增程式电动汽车具有能量转化效率较高,电池循环寿命长、在行驶路线上或行驶区域内对大气环境零污染等优势。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种基于气动马达的增程式电动汽车,属于节能减排领域。
背景技术
电动汽车工作时不会产生废气,对环境保护和空气的洁净是十分有益的,可以说几乎是“零污染”;电动汽车被认为是解决汽车行业所带来的环境污染和能源危机等诸多问题的有效途径之一,然而电动汽车的发展仍然面临许多制约因素,诸如功率密度、续航里程、环境适应性、能量效率和循环使用寿命等。为了增加纯电动汽车的行驶里程,就需要多装电池,则电动汽车的车身重量就会增加,耗电量也随之增大,而目前国内主要靠燃煤发电,这将导致耗电量越大的电动汽车排放二氧化碳及各种有害气体就越多,这背离了电动汽车低碳化发展的方向。增程式电动汽车是补贴退坡后新能源汽车走向市场化的最佳技术路线之一,是建设汽车强国的利器。
目前,已有专利提出采用内燃机作为增程式电动汽车的增程器,确保内燃机处于高效率的工况范围内,这其中存在的一个现实问题:若采用内燃机作为增程器,在车辆的行驶路线或区域内不可避免地要排放二氧化碳及其有害气体,对当地的大气环境直接带来或多或少的消极影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,提出了基于气动马达的增程式电动汽车,将气动马达发电***作为增程式电动汽车的增程器,根据压缩空气无污染、零排放、绿色环保的特点,利用压缩空气驱动气动马达带动发电机输出电能,将与动力电池共同为增程式电动汽车提供驱动能量。
该装置将气动马达和发电机进行耦合,形成了气动马达发电***,通过压缩空气驱动气动马达带动发电机进行发电。压缩空气作为电动汽车增程器的工质,具有无污染、零排放、绿色环保的特点。气动马达发电***作为增程式电动汽车的增程器,可以单独驱动电动汽车。当车辆上坡或急加速时需要大驱动力时,气动马达发电***与动力电池可以同时驱动电动汽车。可以通过优化气动马达与动力电池间的车辆驱动能量分配比例,以确保二者均在高效率区间工作,从而有利于提高整车经济性。根据驱动电机功率需求及控制策略模式,确定驱动电机的运行状态,得到电动汽车的工作模式:纯电动驱动,气动马达发电***驱动,气动马达发电***和动力电池联合驱动,驻车充电等。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术解决方案:
一种基于气动马达的增程式电动汽车,主要包括气动马达发电***和能量管理与控制***。
所述气动马达发电***包括:压缩空气(1)、气动马达(2)、发电机(3)、整流器(4)、稳压器(5)、气缸(19)、进气门(20)、排气门(21)、流量计一(22)、温度传感器一(23)、压力传感器一(24)、温度传感器二(25)、压力传感器二(26)、流量计二(27)、温度传感器三(28)、压力传感器三(29)、活塞(30)、连杆(31)。其中进气门(20)和排气门(21)安装在气缸(19)上;流量计一(22)、温度传感器一(23)和压力传感器一(24)安装在进气门(20)上;温度传感器二(25)、压力传感器二(26)和流量计二(27)位于排气门(21)上;温度传感器三(28)和压力传感器三(29)安装在气缸(19)上;活塞(30)和连杆(31)位于气缸(19)内。
所述能量管理与控制***主要包括:整流器(4)、稳压器(5)、逆变器一(6)、继电器一(7)、能量管理与控制***(8)、继电器二(9)、动力电池(10)、逆变器二(11)、继电器三(12)、驱动电机(13)、差速器(14)、驱动轮一(15)、驱动轮二(16)、速度谱(17)、功率谱(18)。
所述基于气动马达的增程式电动汽车的工作原理为:
压缩空气(1)驱动气动马达(2)时,首先经过流量计一(22)、温度传感器一(23)、压力传感器一(24),并根据驱动电机(13)功率的需求,通过调节进气门(20)的开度,间接控制进入气缸(19)空气压力和空气流量;进入气缸(19)内的压缩空气(1)推动活塞做功,与发电机(3)耦合在一起;发电机(3)产生电能通过整流器(4)和稳压器(5),与逆变器一(6)和继电器二(9)相连接,通过能量管理与控制***(8)根据驱当前电动汽车的行驶状态,即驱动轮一(15)和驱动轮二(16)的状态,以及当前的速度谱(17)和功率谱(18)确定当前驱动电机的(13)功率需求;能量管理与控制***(8)在根据当前动力电池(10)的核电荷量(state ofcharge,简称SOC)综合判断电动汽车的驱动模式:纯电动驱动,气动马达发电***驱动,气动马达发电***和动力电池联合驱动,驻车充电等;
当动力电池(10)的SOC大于75%时,可以关闭气动马达(2)的进气门(20)使气动马达(2)停止工作,从动力电池(10)流动的电流经过逆变器二(11),闭合继电器三(12),给驱动电机(13)供电,驱动电机(13)通过差速器(14)驱动电动汽车;当动力电池(10)的SOC小于50%时,气动马达(2)开始工作,带动发电机(3)进行发电,电流经过整流器(4)、稳压器(5)、逆变器一(6),闭合继电器一(7)给驱动电机(13)供电,气动马达(2)单独驱动电动汽车;
通过能量管理与控制***(8)加大气动马达(2)的进气门(20)开度,在保证给驱动电机(13)供电的条件下,同时给动力电池(10)充电,当动力电池(10)的SOC接近75%时,能量管理与控制***(8)断开继电器二(9),停止给动力电池(10)充电;同时,通过能量管理与控制***(8)减小气动马达(2)的进气门(20)开度使其能保证给驱动电机(13)供电即可。
与现有技术方案相比,本发明具有以下优点:
1、本项目采用气动马达发电***作为电动汽车的增程器,这种增程器采用压缩空气作为工质,在行驶路线上或行驶区域内可实现零碳排放。气动马达发电***作为增程器,不仅可以增加增程式电动汽车的续航里程;而且可减少电池组单体数量,从而降低整车的重量和成本。
2、气动马达能满足增程式电动汽车在各种变工况下的运行情况。气动马达本身具有很多优点,通过控制压缩空气的流量和压力就能够调节气动马达的转速和功率;气动马达具有较高的扭矩,可以直接驱动发电机发电,且起停均非常迅速;气动马达的功率范围比较宽,从几百瓦到几万瓦,转速范围可以从零到万转每分钟,气动马达有过载保护功能,工作安全。
3、气动马达发电***和动力电池相互配合可组成不同的工作模式,共同驱动车辆行驶,增加了整车的续驶里程,但同时也增加了整车控制的复杂性,必须确定合理的控制策略才能实现各种工作模式之间的顺利切换、功率流的合理分配,以利于达到整车的性能最优。针对不同的运行工况,在满足整车动力性能和续航里程的前提下,通过优化气动马达发电***与动力电池间的最佳匹配特性,利用气动马达操作简单的优势,通过控制压缩空气的流量和压力实时地调节气动马达的转速和功率,避免大电流对动力电池的伤害,以提高整车的经济性和动力性。
附图说明
图1是基于气动马达的增程式电动汽车的能量管理原理示意图
图2是气动马达的示意图
图中:1、压缩空气;2、气动马达;3、发电机;4、整流器;5、稳压器;6、逆变器一;7、继电器一;8、能量管理与控制***;9、继电器二;10、动力电池;11、逆变器二;12、继电器三;13、驱动电机;14、差速器;15、驱动轮一;16、驱动轮二;17、速度谱;18、功率谱;19、气缸;20、进气门;21、排气门;22、流量计一;23、温度传感器一;24、压力传感器一;25、温度传感器二;26、压力传感器二;27、流量计二28、温度传感器三;29、压力传感器三;30、活塞;31、连杆。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1:下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2所示,一种基于气动马达的增程式电动汽车的能量管理,该技术方案主要包括气动马达发电***和能量管理与控制***。具体包括:1、压缩空气;2、气动马达;3、发电机;4、整流器;5、稳压器;6、逆变器一;7、继电器一;8、能量管理与控制***;9、继电器二;10、动力电池;11、逆变器二;12、继电器三;13、驱动电机;14、差速器;15、驱动轮一;16、驱动轮二;17、速度谱;18、功率谱;19、气缸;20、进气门;21、排气门;22、流量计一;23、温度传感器一;24、压力传感器一;25、温度传感器二;26、压力传感器二;27、流量计二28、温度传感器三;29、压力传感器三;30、活塞;31、连杆。
所述气动马达发电***主要包括:压缩空气(1)、气动马达(2)、发电机(3)、整流器(4)、稳压器(5)、气缸(19)、进气门(20)、排气门(21)、流量计一(22)、温度传感器一(23)、压力传感器一(24)、温度传感器二(25)、压力传感器二(26)、流量计二(27)、温度传感器三(28)、压力传感器三(29)、活塞(30)、连杆(31)。其中进气门(20)和排气门(21)安装在气缸(19)上;流量计一(22)、温度传感器一(23)和压力传感器一(24)安装在进气门(20)上;温度传感器二(25)、压力传感器二(26)和流量计二(27)位于排气门(21)上;温度传感器三(28)和压力传感器三(29)安装在气缸(19)上;活塞(30)和连杆(31)位于气缸(19)内。
所述能量管理与控制***主要包括:整流器(4)、稳压器(5)、逆变器一(6)、继电器一(7)、能量管理与控制***(8)、继电器二(9)、动力电池(10)、逆变器二(11)、继电器三(12)、驱动电机(13)、差速器(14)、驱动轮一(15)、驱动轮二(16)、速度谱(17)、功率谱(18)。
以下结合附图详细说明基于气动马达的增程式电动汽车的工作原理:
压缩空气(1)驱动气动马达(2)时,首先经过流量计一(22)、温度传感器一(23)、压力传感器一(24),并根据驱动电机(13)功率的需求,通过调节进气门(20)的开度,间接控制进入气缸(19)空气压力和空气流量;进入气缸(19)内的压缩空气(1)推动活塞做功,与发电机(3)耦合在一起;发电机(3)产生电能通过整流器(4)和稳压器(5),与逆变器一(6)和继电器二(9)相连接,通过能量管理与控制***(8)根据驱当前电动汽车的行驶状态,即驱动轮一(15)和驱动轮二(16)的状态,以及当前的速度谱(17)和功率谱(18)确定当前驱动电机的(13)功率需求;能量管理与控制***(8)在根据当前动力电池(10)的核电荷量(state ofcharge,简称SOC)综合判断电动汽车的驱动模式:纯电动驱动,气动马达发电***驱动,气动马达发电***和动力电池联合驱动,驻车充电等;
当动力电池(10)的SOC大于75%时,可以关闭气动马达(2)的进气门(20)使气动马达(2)停止工作,从动力电池(10)流动的电流经过逆变器二(11),闭合继电器三(12),给驱动电机(13)供电,驱动电机(13)通过差速器(14)驱动电动汽车;当动力电池(10)的SOC小于50%时,气动马达(2)开始工作,带动发电机(3)进行发电,电流经过整流器(4)、稳压器(5)、逆变器一(6),闭合继电器一(7)给驱动电机(13)供电,气动马达(2)单独驱动电动汽车;通过能量管理与控制***(8)加大气动马达(2)的进气门(20)开度,在保证给驱动电机(13)供电的条件下,同时给动力电池(10)充电,当动力电池(10)的SOC接近75%时,能量管理与控制***(8)断开继电器二(9),停止给动力电池(10)充电;同时,通过能量管理与控制***(8)减小气动马达(2)的进气门(20)开度使其能保证给驱动电机(13)供电即可;当汽车需要加速或者提高功率时,气动马达(2)和动力电池(10)同时给驱动电机(13)供电,保证电动汽车对大功率的需求。
Claims (3)
1.一种基于气动马达的增程式电动汽车,主要包括气动马达发电***和能量管理与控制***,其特征在于:
所述气动马达发电***主要包括:压缩空气(1)、气动马达(2)、发电机(3)、整流器(4)、稳压器(5)、气缸(19)、进气门(20)、排气门(21)、流量计一(22)、温度传感器一(23)、压力传感器一(24)、温度传感器二(25)、压力传感器二(26)、流量计二(27)、温度传感器三(28)、压力传感器三(29)、活塞(30)、连杆(31);
所述能量管理与控制***主要包括:整流器(4)、稳压器(5)、逆变器一(6)、继电器一(7)、能量管理与控制***(8)、继电器二(9)、动力电池(10)、逆变器二(11)、继电器三(12)、驱动电机(13)、差速器(14)、驱动轮一(15)、驱动轮二(16)、速度谱(17)、功率谱(18)。
2.根据权利要求1所述的基于气动马达的增程式电动汽车,其特征在于:所述气动马达发电***中,进气门(20)和排气门(21)安装在气缸(19)上;流量计一(22)、温度传感器一(23)和压力传感器一(24)安装在进气门(20)上;温度传感器二(25)、压力传感器二(26)和流量计二(27)位于排气门(21)上;温度传感器三(28)和压力传感器三(29)安装在气缸(19)上;活塞(30)和连杆(31)位于气缸(19)内;所述能量管理与控制***(8)实时地控制气动马达(2)进气门(20)的开度以调节气动马达(2)的转速和功率。
3.根据权利要求1-2所述的基于气动马达的增程式电动汽车,其特征在于:所述基于气动马达的增程式电动汽车的工作原理如下:
压缩空气(1)驱动气动马达(2)时,首先经过流量计一(22)、温度传感器一(23)、压力传感器一(24),并根据驱动电机(13)功率的需求,通过调节进气门(20)的开度,间接控制进入气缸(19)空气压力和空气流量;进入气缸(19)内的压缩空气(1)推动活塞做功,与发电机(3)耦合在一起;发电机(3)产生电能通过整流器(4)和稳压器(5),与逆变器一(6)和继电器二(9)相连接,通过能量管理与控制***(8)根据驱当前电动汽车的行驶状态,即驱动轮一(15)和驱动轮二(16)的状态,以及当前的速度谱(17)和功率谱(18)确定当前驱动电机的(13)功率需求;能量管理与控制***(8)在根据当前动力电池(10)的核电荷量(state ofcharge,简称SOC)综合判断电动汽车的驱动模式:纯电动驱动,气动马达发电***驱动,气动马达发电***和动力电池联合驱动,驻车充电等;
当动力电池(10)的SOC大于75%时,可以关闭气动马达(2)的进气门(20)使气动马达(2)停止工作,从动力电池(10)流动的电流经过逆变器二(11),闭合继电器三(12),给驱动电机(13)供电,驱动电机(13)通过差速器(14)驱动电动汽车;当动力电池(10)的SOC小于50%时,气动马达(2)开始工作,带动发电机(3)进行发电,电流经过整流器(4)、稳压器(5)、逆变器一(6),闭合继电器一(7)给驱动电机(13)供电,气动马达(2)单独驱动电动汽车;通过能量管理与控制***(8)加大气动马达(2)的进气门(20)开度,在保证给驱动电机(13)供电的条件下,同时给动力电池(10)充电,当动力电池(10)的SOC接近75%时,能量管理与控制***(8)断开继电器二(9),停止给动力电池(10)充电;同时,通过能量管理与控制***(8)减小气动马达(2)的进气门(20)开度使其能保证给驱动电机(13)供电即可;当汽车需要加速或者提高功率时,气动马达(2)和动力电池(10)同时给驱动电机(13)供电,保证电动汽车对大功率的需求。
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