CN212921143U - 电动汽车能量回收*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车领域，公开了一种电动汽车能量回收***，包括行星齿轮组件、驱动电机、能量转换部件以及蓄能器，所述星齿轮组件包括太阳轮、行星轮、行星架以及齿圈，多个所述行星轮环绕所述太阳轮轴线与所述太阳轮外啮合，多个所述行星轮与所述行星架固定连接，并与所述齿圈内啮合；所述驱动电机的动力输出轴与所述太阳轮固定连接；所述能量转换部件与所述行星架的转轴连接，用于在所述行星架和蓄能器之间进行能量转换；所述蓄能器与所述能量转换部件连接。通过上述技术方案的设置，能够有效提升电动汽车在制动过程中的能量回收，提升车辆综合行驶的续航里程。

Description

电动汽车能量回收***

技术领域

本实用新型涉及电动汽车领域，具体地涉及一种电动汽车能量回收***。

背景技术

随着能源问题和环境污染问题的加剧，电动汽车的研究与应用具有重要意义。在电动汽车研究过程中所面临的关键问题之一就是动力电池的比能量较低，从而造成电动汽车续航里程相比传统内燃机车辆具有较大劣势。要解决这一问题，除了在电池这一瓶颈技术上寻求突破之外，如何优化电动汽车的总体设计、建立高效安全的能量管理***、合理使用和节约能源成为了设计人员在电动汽车研制和开发过程中面临的一项重要课题。

目前，在消费者的购买倾向上，电动汽车相对比内燃机汽车并不占优，主要原因在于，现有技术中电动汽车的续航里程较短，因此，如何提高电动汽车的续航里程成为了亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电动汽车能量回收***和电动汽车驱动制动控制方法，该实用新型能够提高现有技术的中电动汽车续航里程。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电动汽车能量回收***，包括：

行星齿轮组件，包括太阳轮、行星轮、行星架以及齿圈，多个所述行星轮环绕所述太阳轮轴线与所述太阳轮外啮合，多个所述行星轮与所述行星架固定连接，并与所述齿圈内啮合；

驱动电机，所述驱动电机的动力输出轴与所述太阳轮固定连接；

能量转换部件，所述能量转换部件与所述行星架的转轴连接，用于在所述行星架和蓄能器之间进行能量转换；

所述蓄能器与所述能量转换部件连接,所述蓄能器与所述能量转换部件连接所述蓄能器包括充气式蓄能器；所述蓄能器包括气囊、气压阀以及限压阀，所述气囊具有充气端与放气端，所述放气端与所述气压阀连接，所述放气端与所述限压阀连接。

通过上述技术方案的设置，在行车中优先将减速和制动时损耗的机械能转化为所述蓄能器所存储的势能，再充分利用所述驱动电机反转将机械能转化为电能，能够有效提升电动汽车在制动过程中的能量回收，提升车辆综合行驶的续航里程。

进一步地，所述能量转换部件包括空气压缩机、气动马达以及切换结构；

所述空气压缩机的转子与所述行星架的转轴同轴轴承连接，所述气动马达的转子与所述行星架的转轴同轴轴承连接，所述切换结构与所述行星架的转轴同轴固定连接，所述切换结构位于所述空气压缩机和所述气动马达之间；

所述充气端与所述空气压缩机连接，所述气压阀与所述气动马达连接。

进一步地，所述切换结构包括花键毂和接合套，所述花键毂与所述行星架的转轴同轴固定连接，所述接合套与所述花键毂同轴滑动连接，所述接合套具有内齿轮，所述花键毂、所述空气压缩机转子以及所述气动马达的转子具有外齿轮，所述内齿轮能够与所述外齿轮啮合。

进一步地，所述电动汽车能量回收***还包括控制模块、用于检测所述蓄能器内部压力的压力传感器、用于检测车辆速度的车速传感器、用于检测车身倾角的倾角传感器、设置在制动踏板上的第一角位移传感器、设置在加速踏板上的第二角位移传感器、用于操纵所述接合套轴向来回移动的操纵机构、用于锁止行星架和太阳轮的锁止机构以及ABS模块；所述控制模块具有信号输入端接口和信号输出端接口，所述信号输入端接口与所述压力传感器、所述车速传感器、所述倾角传感器、所述第一角位移传感器以及所述第二角位移传感器连接；所述信号输出端接口与所述操纵机构、所述锁止机构、所述ABS模块以及所述气压阀连接。

进一步地，所述操纵机构包括由控制模块的控制的第一液压缸和拨叉，所述拨叉的一端与所述液压缸固定连接，所述拨叉的另一端与所述接合套连接。

进一步地，所述锁止机构包括第一夹持弧块、第二夹持弧块、第二液压缸和第三液压缸；

所述第一夹持弧块的数量为两个，环绕设置在所述行星架的转轴上，所述第一夹持弧块与所述第二液压缸连接，当所述第二液压缸工作时，两个所述第一夹持弧块夹持住所述行星架的转轴；

所述第二夹持弧块的数量为两个，环绕设置在所述太阳轮的转轴上，所述第二夹持弧块与所述第三液压缸连接，当所述第三液压缸工作时，两个所述第二夹持弧块夹持住所述太阳轮的转轴；

所述第一夹持弧块和第二夹持弧块的内壁设置有刹车片。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的电动汽车能量回收***的一种实施方式的结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是图2沿A-A的剖视图；

图4是控制模块以及相关零件的逻辑图。

附图标记说明

1驱动电机 21太阳轮

22行星轮 23行星架

24齿圈 3蓄能器

4空气压缩机 5气动马达

61接合套 62花键毂

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

本实用新型提供一种电动汽车能量回收***，如图1-4所示，包括：

行星齿轮组件，包括太阳轮21、行星轮22、行星架23以及齿圈24，多个所述行星轮22环绕所述太阳轮21轴线与所述太阳轮21外啮合，多个所述行星轮22与所述行星架23固定连接，并与所述齿圈24内啮合；所述齿圈24连接有减速机构，通过所述减速机构将动力传输到车轮上；

驱动电机1，所述驱动电机1的动力输出轴与所述太阳轮21固定连接；优选地，所述驱动电机1配置为永磁同步电机；

能量转换部件，所述能量转换部件设置在所述行星架23的转轴上，用于在所述行星架23和蓄能器3之间进行能量转换；

所述蓄能器3与所述能量转换部件连接，所述蓄能器3与所述能量转换部件连接所述蓄能器3包括充气式蓄能器；所述蓄能器3包括气囊、气压阀以及限压阀，所述气囊具有充气端与放气端，所述放气端与所述气压阀连接，所述放气端与所述限压阀连接，需要说明的是，当蓄能器的压力已到达压力传感器所设定的阈值时，但出现控制接合套退出与压缩机的连接失效、执行单元出现故障等情况，为了保护蓄能器不过压，所述限压阀会在压力过大时自动打开泄压。

通过上述技术方案的设置，在行车中优先将减速和制动时损耗的机械能转化为所述蓄能器3所存储的势能，再充分利用所述驱动电机1反转将机械能转化为电能，能够有效提升电动汽车在制动过程中的能量回收，提升车辆综合行驶的续航里程。

为了能够回收车辆制动时的能量，本实用新型在优选的情况下，所述能量转换部件包括空气压缩机4、气动马达5以及切换结构；

所述空气压缩机4的转子与所述行星架23的转轴同轴轴承连接，所述气动马达5的转子与所述行星架23的转轴同轴轴承连接，所述空气压缩机4 用于将所述行星架23的机械能转换成所述蓄能器3的压力势能，所述气动马达5用于将所述蓄能器3的压力势能转换成所述行星架23的机械能；所述切换结构与所述行星架23的转轴同轴固定连接，所述切换结构位于所述空气压缩机4和所述气动马达5之间，所述切换结构能够使得所述行星架23 与所述空气压缩机4或者所述气动马达5周向固定连接，或者所述行星架23 不与所述空气压缩机4和所述气动马达5连接；

所述充气端与所述空气压缩机4连接用于存储压缩空气，所述气压阀用于主动释放压缩空气。

为了能够连接或者切断与所述空气压缩机4或所述气动马达5的动力，本实用新型在优选的情况下，所述切换结构包括花键毂62和接合套61，所述花键毂62与所述行星架23的转轴同轴固定连接，所述接合套61与所述花键毂62同轴滑动连接，所述接合套61具有内齿轮，所述花键毂62、所述空气压缩机4转子以及所述气动马达5的转子具有外齿轮，所述内齿轮能够与所述外齿轮啮合。具体地说，所述接合套61套设于所述花键毂62上时，所述行星架23的转动不会带动所述空气压缩机4和所述气动马达5的转动；所述接合套61向所述空气压缩机4方向移动，连接所述花键毂62和所述空气压缩机4的转子，所述行星架23转动能够带动所述空气压缩机4的转动；所述接合套61向所述气动马达5方向移动，连接所述花键毂62和所述气动马达5的转子，所述气动马达5的转动能够带动的所述行星架23的转动。

为了能够精确控制所述电动汽车能量回收***，本实用新型在优选的情况下，如图4所示，所述电动汽车能量回收***还包括控制模块、用于检测所述蓄能器3内部压力的压力传感器、用于检测车辆速度的车速传感器、用于检测车身倾角的倾角传感器、设置在制动踏板上的第一角位移传感器、设置在加速踏板上的第二角位移传感器、用于操纵所述接合套61轴向来回移动的操纵机构、用于锁止行星架23和太阳轮21的锁止机构以及ABS模块，优选地，所述控制模块配置为PLC控制器；所述控制模块具有信号输入端接口和信号输出端接口，所述信号输入端接口与所述压力传感器、所述车速传感器、所述倾角传感器、所述第一角位移传感器以及所述第二角位移传感器连接；所述信号输出端接口与所述操纵机构、所述锁止机构、所述ABS 模块以及所述气压阀连接。

所述压力传感用于检测蓄能器的中的气压值，所述车速传感器用于检测车辆的行驶速度，具体到本实用新型中，用于检测车辆在制动时的初速度；所述第一角移传感器用于检测制动踏板的的位移角度的范围和位移角度发生变化的速度，通过所述控制模块计算出制动强度；加速踏板上的角位移传感器用于检测减速的程度。

所述操纵机构包括由控制模块的控制的第一液压缸和拨叉，所述拨叉的一端与所述液压缸固定连接，所述拨叉的另一端与所述接合套61连接。

所述锁止机构包括第一夹持弧块、第二夹持弧块、第二液压缸和第三液压缸；

所述第一夹持弧块的数量为两个，环绕设置在所述行星架23的转轴上，所述第一夹持弧块与所述第二液压缸连接，当所述第二液压缸工作时，两个所述第一夹持弧块夹持住所述行星架23的转轴；

所述第二夹持弧块的数量为两个，环绕设置在所述太阳轮21的转轴上，所述第二夹持弧块与所述第三液压缸连接，当所述第三液压缸工作时，两个所述第二夹持弧块夹持住所述太阳轮21的转轴；

所述第一夹持弧块和第二夹持弧块的内壁设置有刹车片。

所述ABS模式为绝大部分电动汽车所采用的现有技术。

所述电动汽车能量回收***的工作流程如下：

所述控制模块中设置有驱动模式：

根据车辆不同的速度状态信号和位置状态信号，由气动马达5和/或驱动电机1输出动力；

制动模式：

根据车辆不同的速度状态信号以及制动强度状态信号，分别进入至少一种制动方式；

充能模式：

当车辆驱动或者制动时，补充蓄能器3中的空气势能。

通过上述技术方案，在减速和制动过程中的充能模式对能量进行回收，在保证制动效能和汽车性能的同时，能够最大限度地回收制动时的能量回收。

进一步地，所述驱动模式包括：

S1)当速度传感器检测所得车辆速度为零，压力传感器检测所得的气压高于设定气压P_S1时，换言之，各传感器检测到汽车的趋势为起步时，控制模块控制气压阀打开，控制操纵机构移动接合套61与气动马达5接合，气动马达5带动齿圈24旋转；起步时充分利用气压驱动、减少驱动电机低效率工作区间；

S2)当速度传感器检测到车辆速度大于设定值n_ws时，换言之，车辆起步后，控制模块控制操纵机构移动接合套61退出与气动马达5的接合，控制模块控制气压阀关闭，控制模块控制驱动电机启动，驱动电机1带动齿圈24 旋转；

S3)当倾角传感器检测到车辆的爬坡角度大于设定值α或者第二角位移传感器的角度变化速度大于设定值β，压力传感器检测所得的气压高于设定气压P_S1时，换言之，车辆在爬坡或者加速时且所述蓄能器3压力足够时，在保持驱动电机工作的状态下，控制模块控制气压阀打开，控制操纵机构移动接合套61与气动马达5接合，气动马达5和驱动电机1同时带动齿圈24 旋转。相对比单一的所述驱动电机1驱动车辆，气动马达5的介入，增大了车辆在短时间内的扭矩，提供在特定场景下的性能。

为了能够兼顾制动性能和能量回收效率，本实用新型在优选的情况下，在所述制动模式中，所述制动方式包括：

第一制动方式，当压力传感器检测所得的气压低于设定气压P_S1时，控制模块控制锁止机构锁止太阳轮21以限制驱动电机1运行，控制操纵结构移动接合套61与空气压缩机连接，车轮的转速与扭矩通过行星架23带动空气压缩机4旋转，将空气加压存储到蓄能器3中；

第二制动方式，当压力传感器的检测所得的气压不低于设定气压P_S2时，控制模块控制锁止机构锁止行星架23，车轮的转速与扭矩通过太阳轮带动驱动电机1旋转，产生的电能存储到蓄电池中；

第三制动方式，车轮的转速与扭矩通过太阳轮带动驱动电机1旋转，产生的电能存储到蓄电池中；同时，控制模块控制操纵机构移动接合套61与空气压缩机连接，车轮的转速与扭矩通过行星架23带动空气压缩机4旋转，将空气加压存储到蓄能器3中；

第四制动方式，控制模块启用ABS模块，需要说明的是，第四制动方式未回收能量，保证制动时制动结构的简单可靠以应对紧急的刹车情况。

需要说明的是，上述各制动方式的制动效能不同，制动效能：第四制动方式＞第三制动方式＞第二制动方式＞第一制动方式。

为了使得所述控制模块能够更加精准地匹配四种所述制动方式的应用场景，本实用新型在优选的情况下，四种所述制动方式的应用工况包括：

当第二角位移传感器检测到减速动作时，控制模块依顺序采用第一制动方式和第二制动方式；

当第一角位移传感器检测到制动时，所指第一角位移传感器将信号传输到控制模块中，控制模块通过运算得到制动强度z₀，速度传感器获取车辆当前行驶速度v_a；

当v_a低于设定值v_b，z₀低于设定值z₁时，控制模块依顺序采用第一制动方式和第二制动方式；

当v_a低于设定值v_b，z₀高于设定值z₁但小于设定值z₂时，控制模块采用第二制动方式；

当v_a低于设定值v_b，z₀高于设定值z₂时，控制模块采用第三制动方式；

当v_a高于设定值v_b，z₀低于设定值z₃时，控制模块依顺序采用第一制动方式和第二制动方式；

当v_a高于设定值v_b，z₀高于设定值z₃但低于设定值z₄时，控制模块采用第二制动方式；

当v_a高于设定值v_b，z₀高于设定值z₄但低于设定值z₅时，控制模块采用第三制动方式；

当v_a高于设定值v_b，z₀高于设定值z₅时，控制模块采用第四制动方式。

简而言之，所述控制方法根据制动时的速度以及制动强度，在控制模块中预先设置了7种应用工况，7种应用工况中所采用的制动方式不同，以更加细分的形式使得能量回收和制动效果达到最佳的平衡。

为了车辆行驶和制动过程中，能够回收能量以保证后续所述蓄能器3的启用，本实用新型在优选的情况下，所述充能模式包括：

所述第一制动方式；

以及行驶充能，当所述压力传感器的检测所得的气压低于设定气压P_S1，所述驱动电机单独驱动车辆行驶且电机的转速到达“低速恒扭矩，高速恒功率”的临界转速v_c时，所述控制模块控制所述操纵结构移动所述接合套61 与所述空气压缩机连接，车轮的转速与扭矩通过所述行星架23带动所述空气压缩机4旋转，将空气加压存储到所述蓄能器3中。

所述充能模式还包括所述第一制动方式和所述行驶充能在充能完成后的断开充能，当蓄能器压力到达设定气压P_S2时，所述控制模块控制所述操纵结构移动所述接合套61退出与所述空气压缩机4的连接。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (6)

1.一种电动汽车能量回收***，其特征在于，包括：

行星齿轮组件，包括太阳轮(21)、行星轮(22)、行星架(23)以及齿圈(24)，多个所述行星轮(22)环绕所述太阳轮(21)轴线与所述太阳轮(21)外啮合，多个所述行星轮(22)与所述行星架(23)固定连接，并与所述齿圈(24)内啮合；

驱动电机(1)，所述驱动电机(1)的动力输出轴与所述太阳轮(21)固定连接；

能量转换部件，所述能量转换部件与所述行星架(23)的转轴连接，用于在所述行星架(23)和蓄能器(3)之间进行能量转换；

所述蓄能器(3)与所述能量转换部件连接，所述蓄能器(3)包括充气式蓄能器；所述蓄能器(3)包括气囊、气压阀以及限压阀，所述气囊具有充气端与放气端，所述放气端与所述气压阀连接，所述放气端与所述限压阀连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车能量回收***，其特征在于，所述能量转换部件包括空气压缩机(4)、气动马达(5)以及切换结构；

所述空气压缩机(4)的转子与所述行星架(23)的转轴同轴轴承连接，所述气动马达(5)的转子与所述行星架(23)的转轴同轴轴承连接，所述切换结构与所述行星架(23)的转轴同轴固定连接，所述切换结构位于所述空气压缩机(4)和所述气动马达(5)之间；

所述充气端与所述空气压缩机(4)连接，所述气压阀与所述气动马达(5)连接。

3.根据权利要求2所述的电动汽车能量回收***，其特征在于，所述切换结构包括花键毂(62)和接合套(61)，所述花键毂(62)与所述行星架(23)的转轴同轴固定连接，所述接合套(61)与所述花键毂(62)同轴滑动连接，所述接合套(61)具有内齿轮，所述花键毂(62)、所述空气压缩机(4)转子以及所述气动马达(5)的转子具有外齿轮，所述内齿轮能够与所述外齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的电动汽车能量回收***，其特征在于，所述电动汽车能量回收***还包括控制模块、用于检测所述蓄能器(3)内部压力的压力传感器、用于检测车辆速度的车速传感器、用于检测车身倾角的倾角传感器、设置在制动踏板上的第一角位移传感器、设置在加速踏板上的第二角位移传感器、用于操纵所述接合套(61)轴向来回移动的操纵机构、用于锁止行星架(23)和太阳轮(21)的锁止机构以及ABS模块；所述控制模块具有信号输入端接口和信号输出端接口，所述信号输入端接口与所述压力传感器、所述车速传感器、所述倾角传感器、所述第一角位移传感器以及所述第二角位移传感器连接；所述信号输出端接口与所述操纵机构、所述锁止机构、所述ABS模块以及所述气压阀连接。

5.根据权利要求4所述的电动汽车能量回收***，其特征在于，所述操纵机构包括由控制模块的控制的第一液压缸和拨叉，所述拨叉的一端与所述液压缸固定连接，所述拨叉的另一端与所述接合套(61)连接。

6.根据权利要求4所述的电动汽车能量回收***，其特征在于，所述锁止机构包括第一夹持弧块、第二夹持弧块、第二液压缸和第三液压缸；

所述第一夹持弧块环绕设置在所述行星架(23)的转轴上，所述第一夹持弧块与所述第二液压缸连接，所述第一夹持弧块能够夹持所述行星架(23)的转轴；

所述第二夹持弧块的数量环绕设置在所述太阳轮(21)的转轴上，所述第二夹持弧块与所述第三液压缸连接，两个所述第二夹持弧块能够夹持所述太阳轮(21)的转轴；

所述第一夹持弧块和第二夹持弧块的内壁设置有刹车片。

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