一种电动汽车利用悬架振动能量的自给式充电系统和控制方法与流程

本发明涉及新能源电动汽车领域，如纯电动汽车、混合动力汽车的研究领域，具体涉及一种电动汽车利用悬架振动能量的自给式充电系统和控制方法。

背景技术：

汽车在道路上行驶时，路面的不平度和频繁地加减速等驾驶行为会导致汽车簧载质量与非簧载质量产生相对位移，而由此引起的振动能量可以被利用。传统悬架由于被动减振器的存在这部分振动能量都以热能的形式散发掉了，如果能将这部分能量进行有效的回收和利用，提供给车上的电器设备使用，能在很大程度上减小汽车燃油消耗，同时也具有节能环保的意义。

关于提高电动汽车的续航里程一直是各国研究机构发展电动汽车亟需解决的关键技术。而如果能将悬架振动能量回收，转换成电能以供电动汽车驱动电机以及车上用电设备利用，将很大程度上减少动力电池的用电量，无形中增加了电动汽车的续航里程。

目前应用直线电机作为作动器的结构引起了国内外许多学者的关注，但是目前直线电机式馈能悬架存在着成本昂贵、可提供作动力小、发电效率不高等问题，如果选用高性能的直线电机，将会由于成本过高而不利于推广，由此导致长期以来车用直线电机的使用仅停留在研究实验阶段而很难运用到实际车辆生产中。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种结构简单、技术性能可靠、成本较低，极易推广的电动汽车利用悬架振动能量的自给式充电系统和控制方法，直接应用于电动汽车悬架振动能量的回收及动力电池电源的供给。

本发明的技术方案是：

一种电动汽车利用悬架振动能量的自给式充电系统，包括汽车悬架振动能量转换液压能单元、发电机驱动单元和充电单元；

所述汽车悬架振动能量转换液压能单元主要包括柱塞泵和蓄能器；所述柱塞泵包括柱塞杆和柱塞体；所述柱塞杆的一端位于柱塞体内，所述柱塞体的左下方设有进油阀，右下方设有出油阀，所述柱塞体的内腔设有缓冲弹簧；所述柱塞杆通过上吊耳销与电动汽车悬架上部车身部件连接，柱塞体通过下吊耳销与车轮部件连接；所述进油阀通过管道与油箱连接；所述出油阀通过管道与蓄能器连接，且出油阀与蓄能器连接的管道上装有单向阀；

所述发电机驱动单元包括液压马达、永磁同步发电机、调速阀和调压阀；所述液压马达通过联轴器与永磁同步发电机连接；所述调压阀通过管道一端与蓄能器连接，另一端与液压马达连接；所述调速阀通过管道一端与液压马达连接，另一端与油箱连接；

所述充电单元包括充电模块和动力电池；所述充电模块包括电压调节器、电流调节器和自动断路器，所述充电模块通过线路一端与永磁同步发电机的电源连接，另一端与动力电池连接。

上述方案中，所述柱塞杆在中间外圆上设置了三道环槽，上下二道各装了一只y型油封，两只y型油封之间的中间一道装有一只耐磨环。

上述方案中，所述的出油阀与单向阀之间的管道上设有与油箱连接的溢流阀。

上述方案中，所述充电模块根据电动汽车能源管理系统的指令自动调节电源的电压、电流与动力电池相匹配，当动力电池电量满载时，自动断路器将线路断开。

上述方案中，所述动力电池选用锂离子蓄电池。

一种根据所述的电动汽车利用悬架振动能量的自给式充电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、悬架振动能量的回收及液压能转换：当汽车在行驶时由于路面不平和汽车频繁地加减速导致了汽车悬架簧载质量和非簧载质量之间的相对运动，使柱塞杆与柱塞泵之间也发生相对运动，当柱塞杆向上运动时，柱塞杆下端面与柱塞体内腔形成的空间增大，这时油箱内液压油在大气压的作用下顶开进油阀，而被吸入到柱塞体的内腔，当柱塞杆向下运动时，柱塞体内腔空间逐渐变小，而压力逐渐增大，当压力达到一定值时，压力油顶开出油阀，压力油将不断地输入到蓄能器中；

s2、液压能转换电能：从蓄能器流出的液压油通过调压阀输入到液压马达，并驱动液压马达旋转，液压马达的输出轴通过联轴器带动同一轴线上的永磁同步发电机转子轴旋转，使发电机产生电能；

s3、动力电池的充电：永磁同步发电机产生的电能通过电线输入到充电模块，充电模块根据电动汽车能量管理系统单元的指令，自动调节输入的电流、电压，使其与动力电池的电流、电压等技术参数匹配，并输入到动力电池，对动力电池进行充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.结构简单，运行可靠；汽车在行驶中由于路面不平度产生的振动直接带动柱塞泵运动，产生液压能并能转换成电能供车载动力电池使用。

2.汽车悬架振动能量转换液压能单元和发电机驱动单元零部件少，制造成本低，易于推广。

3.本悬架振动能量回收系统与其他汽车悬架振动能量的回收方式相比其回收效率高，可在悬架簧载质量与非簧载质量连接处安装多个柱塞泵，从而提高回收能量。

4.液压能有很大的功率密度，液压传动技术相比电气传动技术成熟、工作可靠。

5.液压能快速转换电能后，可连续不断地对动力电池充电，从而增加电动汽车续航里程，提高经济性。

附图说明

图1为本发明一实施方式的汽车悬架振动能量转换液压能的工作原理示意图；

图2为本发明一实施方式的电动汽车利用悬架振动能量自给式充电系统的工作原理图。

图中，1-车轮部件；2-油箱；3-进油阀；4-弹簧；5-柱塞杆；6-车身部件；7-上吊耳销；8-柱塞体；9-y型油封；10-耐磨环；11-缓冲弹簧；12-出油阀；13-下吊耳销；14-溢流阀；15-单向阀；16-蓄能器；17-压力表；18-调压阀；19-永磁同步发电机；20-联轴器；21-液压马达；22-调速阀；23-充电模块；24-动力电池；25-悬架簧上质量；26-悬架簧下质量。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1和图2所示为本发明所述的电动汽车利用悬架振动能量自给式充电系统和控制方法的一种实施方式，所述电动汽车利用悬架振动能量自给式充电系统包括悬架振动能量转换液压能单元、发电机驱动单元和充电单元。

如图1，所述汽车悬架振动能量转换液压能单元主要包括柱塞泵和蓄能器16。所述柱塞泵包括柱塞杆5和柱塞体8；所述柱塞杆5的一端位于柱塞体8内；为了有效地控制液压油的输入和输出，所述的柱塞体8的左下方设有进油阀3，右下方设有出油阀12；为了保证柱塞杆5的运动平稳性，所述柱塞体8的内腔设有缓冲弹簧11，所述缓冲弹簧11的一端抵在柱塞杆5的下端，另一端抵在柱塞体8的内腔底部，所述柱塞杆5通过上吊耳销7与汽车悬架上部车身6部件浮动连接，柱塞体8通过下吊耳销13与车轮部件1浮动连接；上部车身6与车轮部件之1间设有弹簧；所述进油阀3通过管道与油箱2连接；所述出油阀12通过管道与蓄能器16连接，且出油阀12与蓄能器16连接管道上装有单向阀15，保证液压油的单向传递；所述出油阀12与单向阀15之间的管道上设有与油箱连接的溢流阀14，保证管道在一定压力下工作；所述柱塞杆5在中间外圆上设置了三道环槽，上下二道各装有一只y型油封9，中间一道装有一只耐磨环10，保证柱塞杆5在柱塞体8孔内的准确导向；压力表17通过管道与蓄能器16连接，用来检测蓄能器16油液的压力。

如图2，所述发电机驱动单元包括液压马达21、联轴器20、永磁同步发电机19、调速阀22、调压阀18；所述液压马达21通过联轴器20与永磁同步发电机19连接；所述调压阀18通过管道一端与蓄能器16连接，另一端与液压马达21连接；所述调速阀18通过管道一端与液压马达21连接，另一端与油箱2连接。

如图2，所述充电单元包括充电模块23和动力电池24。所述充电模块23主要包括电压调节器、电流调节器和自动断路器组成，充电模块23根据电动汽车能源管理系统的指令自动调节电压与电流，与动力电池24组相匹配，当动力电池24容量满载时，自动断路器将电流断开，所述的动力电池24一般选用锂离子蓄电池。

本发明还提供一种根据所述电动汽车利用悬架振动能量自给式充电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：悬架振动能量的回收及液压能转换过程：

在汽车悬架簧上质量25即车身部件6通过上吊耳销7连接一柱塞泵的柱塞杆5；在悬架簧下质量26即车轮部件1通过下吊耳销13连接一柱塞体8，当汽车在行驶时由于路面不平和汽车频繁地加减速导致了汽车悬架簧载质量和非簧载质量之间的相对运动，使柱塞杆5与柱塞泵之间也发生相对运动，当柱塞杆5向上运动时，柱塞杆5下端面与柱塞体8内腔形成的空间增大，由于此时柱塞体8下部左侧的进油阀3和右侧的出油阀12都是关闭的，因此密封的柱塞泵内腔局部空间形成了一定的真空，这时油箱2内的液压油在大气压的作用下顶开进油阀3，而被吸入到柱塞体8的内腔，当柱塞杆5向下运动时，柱塞体8内腔空间逐渐变小，而压力逐渐变大，当压力达到一定时，压力油顶开出油阀3，压力油将不断地输入到蓄能器16中，如此汽车悬架的振动能量通过柱塞泵转变为液压能，而储存在蓄能器16中。液压系统的压力可通过溢流阀14调整，当压力高于溢流阀14设定压力时溢流阀14打开，液压油排入油箱2。

s2：液压能转换电能过程：

从蓄能器16流出的液压能通过调压阀18输入到液压马达21，并驱动液压马达21旋转，液压马达21的输出轴通过联轴器20带动同一轴线上的永磁同步发电机19转子轴旋转，使发电机产生电能。从蓄能器16输出的液压能经过调压阀18可进行压力调控，确保蓄能器16的液压油充满，并且只有当液压油达到一定压力时调压阀18才会打开，保证流经液压马达21的液压油具有相当的压力和流速，从而保障液压马达21旋转的连续性。液压马达21的转速可通过调节调速阀22的回流流量来控制，并最后流入油箱2。

s3：动力电池的充电过程

永磁同步发电机19产生的电能通过电线输入到充电模块23，充电模块23根据电动汽车能源管理系统单元的指令，自动调节输入的电流值与电压值，使之与动力电池的额定电流与额定电压等技术参数选配，并输入到动力电池24，对动力电池24进行充电。

通过上述电动汽车悬架在行驶过程中产生的振动，带动柱塞泵运动并使振动能量转变为液压能，从而回收振动能量；又通过液压马达21带动永磁同步发电机19旋转并发电，并使电能储存在动力电池24中。此系统在具备了高可靠性、低成本的同时，高效地回收了悬架振动能量，并以电能的形式储存在动力电池中，对解决电动汽车续航里程的关键问题有重要意义，并在一定程度上提高了车辆的经济性。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。