基于弹性储能的汽车储能结构及能量分配方法与流程

本发明属于混合动力车辆技术领域。

背景技术：

传统的混合动力汽车采用apu和动力电池结合的方式作为汽车的储能结构，此种结构需要单独的电机对电池进行充放电，这就造成了系统效率低下，浪费了大量的能量，且电池随着充放电循环次数的增加，电池性能会降低会达不到所期望的要求，传统的解决方法是为混合动力汽车更换电池，这样就提高了汽车成本，而且电池的生产及废电池的处理都会对环境造成一定污染。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有电动汽车的储能结构供电效率低，需要定期更换电池造成了成本高污染环境的问题，提出了一种基于弹性储能的汽车储能结构及能量分配方法。

本发明所述的基于弹性储能的汽车储能结构，它包括发动机1、一号离合器2、转矩耦合器3、变速箱4、差速器5、二号离合器6和弹性储能系统7；

发动机1的输出轴经一号离合器2后通过转矩耦合器3同时与弹性储能系统7轴承和变速箱4连动杆机械耦合，所述转矩耦合器3与弹性储能系统7之间设有二号离合器6，变速箱4的输出轴与差速器5的输入轴同轴连接；

弹性储能系统7包括变速装置71和弹性储能箱72；所述变速装置71包括一号箱体、一号传动轴711、储能齿轮712、释能齿轮713、二号传动轴714、一号开关管组716、一号电磁铁717、一号永磁铁718、换挡叉719和中间齿轮720；

储能齿轮712和释能齿轮713均套接在一号传动轴711的上，且储能齿轮712位于释能齿轮713的上侧，中间齿轮720为一个轴承上套接有两个齿轮构成，且两个齿轮分别位于所述轴承的上、下两端；储能齿轮712与中间齿轮720的上齿轮的一侧传动连接，中间齿轮720上齿轮的另一侧位于换挡叉719的插头内，一号永磁铁718固定在换挡叉719的插头底座的下端，一号电磁铁717位于一号永磁铁718的正下方，一号电磁铁717的正负电源接线端通过一号开关管组716与汽车电池715的正负电极连接；

中间齿轮720的下齿轮与二号传动轴714通过齿轮咬合连接；储能齿轮712、释能齿轮713和中间齿轮720均位于一号箱体内；一号传动轴711的顶端穿过一号箱体与二号离合器6同轴连接；二号传动轴714下端穿过一号箱体与弹性储能箱72的轴承同轴连接。

进一步地，弹性储能箱72包括三号传动轴721、储能涡簧722、制动器723、二号箱体724和拉力传感器725；

三号传动轴721位于二号箱体724的中部，且横向穿过二号箱体724，储能涡簧722、制动器723和拉力传感器725均设置在二号箱体724内，储能涡簧722和制动器723均套设在三号传动轴721上，拉力传感器725固定在储能涡簧722的外端，且储能涡簧722和制动器723不接触。

进一步地，制动器723包括固定弹簧7231、制动栓7232、弹簧夹片7233、制动轮7234、三号轴承7235、二号开关管组7237、二号永磁铁7238、二号电磁铁7239和三号箱体；

制动轮7234套设在三号轴承7235上，制动轮7234上边缘等间隔开有四个“u”型凹槽，所述四个“u”型凹槽用于插入制动栓7232，所述制动栓7232的末端嵌有二号永磁铁7238，所述二号永磁铁7238卡接在三号箱体内的竖直隔板上，所述三号箱体的左侧内壁与隔板之间设有固定弹簧7231，三号箱体的上下内壁上相对设有弹簧夹片7233，所述弹簧夹片7233设置在隔板的右侧，二号永磁铁7238与二号电磁铁7239相对设置，所述二号电磁铁7239设置在三号箱体的左侧内壁与隔板之间，二号电磁铁7239的正负电源接线端通过二号开关管组7237与汽车电池715的正负电极连接，制动轮7234设置在三号箱体的右侧内壁与隔板之间。

基于弹性储能的汽车能量分配方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用车载传感器实时对汽车的油门踏板开度和制动踏板开度进行采集，判断油门踏板开度是否大于0，若是，，并根据汽车油门踏板开度计算电动汽车所需驱动功率p1；执行步骤二，否则，执行步骤五；

步骤二、采用拉力传感器725实时检测弹性储能系统7的储能状态；

步骤三、判断电动汽车所需驱动功率p1是否大于汽车发动机1额定输出功率的60％，若是，当弹性储能系统7能量状态小于或等于弹性储能系统7的最大储能量的30％时，则一号离合器2和二号离合器6均闭合，发动机1和弹性储能系统7同时为汽车变速箱4提供驱动能量；当弹性储能系统7能量状态大于弹性储能系统7的最大储能量的30％时，一号离合器2断开，二号离合器6闭合，弹性储能系统7单独为汽车变速箱4提供驱动能量，否则，执行步骤四；

步骤四、当弹性储能系统7能量状态小于或等于弹性储能系统7的最大储能量的30％，同时闭合一号离合器2和二号离合器6；发动机1同时为弹性储能系统7储能和汽车变速箱4提供驱动能量；

当弹性储能系统7能量状态小于弹性储能系统7的最大储能量的30％，则一号离合器2闭合，二号离合器6断开，发动机1为汽车变速箱4提供驱动能量；

步骤五、判断制动踏板开度是否大于0，若是，则执行步骤六，否则，返回执行步骤一；

步骤六、采用拉力传感器725实时检测弹性储能系统7的储能状态；

步骤七、判断弹性储能系统7的能量状态是否小于弹性储能系统7的最大储能量的90％，若是，则闭合二号离合器6，采用弹性储能系统7的制动器723对汽车进行制动，同时弹性储能系统7的制动器723为储能涡簧722进行补充能量；否则，执行步骤八；

步骤八、采用控制制动踏板的方式，通过汽车制动系统进行制动，完成基于弹性储能的汽车能量的分配。

本发明所述的基于弹性储能系统的汽车的储能结构及能量分配方法，重点在于使用弹性储能进行能量存储的辅助，尽量使发动机工作在高效、低排放区域；发动机与弹性储能系统直接实现机械上的耦合，使能量利用率大大提高。

附图说明

图1为本发明所述的基于弹性储能的汽车储能结构原理框图；

图2为变速装置的结构示意图；

图3为弹性储能器的结构示意图；

图4为拉力传感器安装结构示意图；

图5为制动器的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于弹性储能的汽车储能结构，它包括发动机1、一号离合器2、转矩耦合器3、变速箱4、差速器5、二号离合器6和弹性储能系统7；

发动机1的输出轴经一号离合器2后通过转矩耦合器3同时与弹性储能系统7轴承和变速箱4连动杆机械耦合，所述转矩耦合器3与弹性储能系统7之间设有二号离合器6，变速箱4的输出轴与差速器5的输入轴同轴连接；

弹性储能系统7包括变速装置71和弹性储能箱72；所述变速装置71包括一号箱体、一号传动轴711、储能齿轮712、释能齿轮713、二号传动轴714、一号开关管组716、一号电磁铁717、一号永磁铁718、换挡叉719和中间齿轮720；

储能齿轮712和释能齿轮713均套接在一号传动轴711的上，且储能齿轮712位于释能齿轮713的上侧，中间齿轮720为一个轴承上套接有两个齿轮构成，且两个齿轮分别位于所述轴承的上、下两端；储能齿轮712与中间齿轮720的上齿轮的一侧传动连接，中间齿轮720上齿轮的另一侧位于换挡叉719的插头内，一号永磁铁718固定在换挡叉719的插头底座的下端，一号电磁铁717位于一号永磁铁718的正下方，一号电磁铁717的正负电源接线端通过一号开关管组716与汽车电池715的正负电极连接；

中间齿轮720的下齿轮与二号传动轴714通过齿轮咬合连接；储能齿轮712、释能齿轮713和中间齿轮720均位于一号箱体内；一号传动轴711的顶端穿过一号箱体与二号离合器6同轴连接；二号传动轴714下端穿过一号箱体与弹性储能箱72的轴承同轴连接。

具体实施方式二、结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于弹性储能的汽车储能结构的进一步说明，弹性储能箱72包括三号传动轴721、储能涡簧722、制动器723、二号箱体724和拉力传感器725；

三号传动轴721位于二号箱体724的中部，且横向穿过二号箱体724，储能涡簧722、制动器723和拉力传感器725均设置在二号箱体724内，储能涡簧722和制动器723均套设在三号传动轴721上，拉力传感器725固定在储能涡簧722的外端，且储能涡簧722和制动器723不接触。

具体实施方式三、结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的基于弹性储能的汽车储能结构的进一步说明，制动器723包括固定弹簧7231、制动栓7232、弹簧夹片7233、制动轮7234、三号轴承7235、二号开关管组7237、二号永磁铁7238、二号电磁铁7239和三号箱体；

制动轮7234套设在三号轴承7235上，制动轮7234上边缘等间隔开有四个“u”型凹槽，所述四个“u”型凹槽用于插入制动栓7232，所述制动栓7232的末端嵌有二号永磁铁7238，所述二号永磁铁7238卡接在三号箱体内的竖直隔板上，所述三号箱体的左侧内壁与隔板之间设有固定弹簧7231，三号箱体的上下内壁上相对设有弹簧夹片7233，所述弹簧夹片7233设置在隔板的右侧，二号永磁铁7238与二号电磁铁7239相对设置，所述二号电磁铁7239设置在三号箱体的左侧内壁与隔板之间，二号电磁铁7239的正负电源接线端通过二号开关管组7237与汽车电池715的正负电极连接，制动轮7234设置在三号箱体的右侧内壁与隔板之间。

具体实施方式四、本实施方式所述基于弹性储能的汽车能量分配方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用车载传感器实时对汽车的油门踏板开度和制动踏板开度进行采集，判断油门踏板开度是否大于0，若是，并根据汽车油门踏板开度计算电动汽车所需驱动功率p1；执行步骤二，否则，执行步骤五；

步骤二、采用拉力传感器725实时检测弹性储能系统7的储能状态；

步骤三、判断电动汽车所需驱动功率p1是否大于汽车发动机(1额定输出功率的60％，若是，当弹性储能系统7能量状态小于或等于弹性储能系统7的最大储能量的30％时，则一号离合器2和二号离合器6均闭合，发动机1和弹性储能系统7同时为汽车变速箱4提供驱动能量；当弹性储能系统7能量状态大于弹性储能系统7的最大储能量的30％时，一号离合器2断开，二号离合器6闭合，弹性储能系统7单独为汽车变速箱4提供驱动能量，否则，执行步骤四；

步骤四、当弹性储能系统7能量状态小于或等于弹性储能系统7的最大储能量的30％，同时闭合一号离合器2和二号离合器6；发动机1同时为弹性储能系统7储能和汽车变速箱4提供驱动能量；

当弹性储能系统7能量状态小于弹性储能系统7的最大储能量的30％，则一号离合器2闭合，二号离合器6断开，发动机1为汽车变速箱4提供驱动能量；

步骤五、判断制动踏板开度是否大于0，若是，则执行步骤六，否则，返回执行步骤一；

步骤六、采用拉力传感器725实时检测弹性储能系统7的储能状态；

步骤七、判断弹性储能系统7的能量状态是否小于弹性储能系统7的最大储能量的90％，若是，则闭合二号离合器6，采用弹性储能系统7的制动器723对汽车进行制动，同时弹性储能系统7的制动器723为储能涡簧722进行补充能量；否则，执行步骤八；步骤八、采用控制制动踏板的方式，通过汽车制动系统进行制动，完成基于弹性储能的汽车能量的分配。

本发明采用发动机与弹性储能系统通过转矩耦合器实现机械耦合，配合能量分配方法，二者可以以不同的组合方式向整车提供能量。转矩耦合器由两个曲面齿锥齿轮啮合而成，可以实现不同轴向上的转矩耦合。弹性储能系统由弹性储能箱、变速箱轴连而成；所述传动系统由齿轮变速箱与差速器轴连而成。弹性储能箱由储能涡簧、轴承、制动器、拉力传感器与箱体组成；涡簧一端与轴承直接相连，另一端与拉力传感器相连；轴承的转动带动涡簧旋转形变进行储存能量，涡簧的形状恢复带动轴承的旋转进行能量释放；拉力传感器感应拉力的大小反应储能涡簧的能量状态；制动器与箱体相连，制动器对轴承起到制动作用。弹性储能系统的变速装置由箱体、储能齿轮、释能齿轮、中间齿轮、磁铁、电磁铁组成，中间齿轮通过移动分别可以和储能齿轮和释能齿轮啮合达到为涡簧储能和释能的目的；中间齿轮的移动通过换挡叉的拨动完成；换挡叉的一端固定磁铁，受电磁铁的吸引和排斥完成中间齿轮的移动；电磁铁的两个引线通过两组开关管直接与汽车蓄电池相连，蓄电池通过开关管的通断对电磁铁提供不同方向的电流，从而产生不同方向的磁极对磁铁进行吸引或排斥。弹性储能箱的制动器由制动轮、电磁铁、磁铁、制动栓、固定弹簧、弹簧夹片及两组开关管构成，制动轮与轴承轴连，且制动轮上开凹槽，便于制动栓插入起到制动作用；制动栓末端嵌入一块永久磁铁，制动栓的移动靠电磁铁通不同方向的电流产生对永久磁铁的吸引力或排斥力所实现，制动栓的位置由固定弹簧和弹簧夹片决定；电磁铁的两个引线通过两组开关管直接与汽车电池相连，电池通过开关管的通断对电磁铁提供不同方向的电流，由于弹簧夹片和固定弹簧的存在，蓄电池只需通一小段时间的电流便可以对制动栓进行控制。