本实用新型涉及利用液压装置将液压能转换为机械能并驱动汽车行驶的一种新能源汽车动力系统。
背景技术：
传统汽车通过石化燃料的燃烧热能以发动机为载体转换为机械能驱动其车厢行驶。全球现有的汽车保有量庞大且每年还在大量增加，其行驶所消耗的石化燃料对地球环境造成了严重污染。目前，电能的百分之七十左右由消耗石化燃料获得，油电混合动力新能源汽车既消耗石化燃料又消耗电能，纯电动新能源汽车消耗电能，实际上这两种汽车也直接或间接消耗了石化燃料。
因此，希望有一种新的技术方案和装置来解决上述问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种新能源汽车动力系统，通过初始动力的输入，实现能量内部循环，不消耗石化燃料，减少能量输入，对环境无污染，降低成本。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型技术方案如下：
一种新能源汽车动力系统，包括电池和用于驱动汽车的汽车电机，还包括液压动力发电系统；所述液压动力发电系统包括用于将液压能转化为机械能的动力转换装置、用于驱动动力转换装置工作的驱动电机和用于接收动力转换装置的机械能进行发电的发电机，所述电池分别与驱动电机和汽车电机连接，并设置有第一切换开关用于控制电池与驱动电机和电池与汽车电机的通断；所述发电机分别与驱动电机和汽车电机连接，并设置有第二切换开关用于控制发电机与驱动电机和发电机与汽车电机的通断。
当应用于汽车上时，电池在通过汽车电机驱动汽车行驶的同时，带动驱动电机进而驱动液压动力发电系统工作，带动发电机发电；发电机达到额定输出功率时，停止电池对汽车电机的供电，转换由发电机对汽车电机供电，同时停止电池对驱动电机的供电，转换由发电机对驱动电机供电。从而在电池初始动力输入后通过液压动力发电系统提供动力，实现能量内部循环；并能在电池供电与液压动力发电系统供电之间切换，不消耗石化燃料，减少能量输入，同时还能提高电动汽车的续航里程。
即：启动汽车时，打开第一转换开关，连通电池与汽车电机和驱动电机之间的电路；关闭第二转换开关，阻断发电机与汽车电机和驱动电机之间的电路；汽车行驶初始，由电池驱动汽车行驶并带动液压动力发电系统工作，进而带动发电机发电；
当发电机达到额定输出功率时，打开第二转换开关连通发电机与汽车电机和驱动电机之间的电路，关闭第一转换开关阻断电池与汽车电机和驱动电机之间的电路；
此时，由发电机对汽车电机供电驱动汽车行驶，同时发电机也给驱动电机供电，驱动液压动力发电系统工作，带动发电机发电；
汽车行驶过程中，若液压动力发电系统出现故障，发电机停止发、供电，打开第一转换开关，关闭第二转换开关，恢复电池对汽车电机供电驱动汽车行驶。
其中，电池与汽车电机、电池与驱动电机之间可通过一个第一转换开关控制通断，也可以通过两个第一转换开关分别控制；发电机与汽车电机、发电机与驱动电机之间可通过一个第二转换开关控制通断，也可以通过两个第二转换开关分别控制。
进一步，所述发电机还通过充电器与电池连接。
当汽车行驶过程中，电池电量低于设定值时，可启动充电器充电，将发电机的电充入电池；
汽车停用时也可以通过液压动力发电系统进行对电池充电。电池电量低于设定值时，打开第一转换开关，接通电池和驱动电机，关闭第二转换开关，启动液压动力发电系统工作带动发电机发电，当发电机达到额定输出功率时，打开第二转换开关，关闭第一转换开关，通过充电器对电池充电，电充满自动停充，同时关闭第二转换开关。
进一步，所述充电器连接有外充电插头。
外充电插头可以作为备用或者应急使用。当电池没有电也启动不了液压动力发电系统时，可进行外部充电。
进一步，所述发电机与汽车电机之间和电池与汽车电机之间还通过汽车电门锁控制通断。可根据工况，选择是否启动汽车电机驱动汽车行驶。
进一步，所述动力转换装置还包括第一液压缸、执行机构、第二液压缸、公共储油箱、放油阀凸轮轴和曲轴；所述驱动电机与执行机构连接；
所述执行机构驱动第一液压缸的活塞往复运动将公共储油箱的液压油输入第二液压缸；
所述第二液压缸的活塞通过连杆与曲轴连接，第二液压缸通过进油管路与第一液压缸连接，第二液压缸的放油管路上设置有放油阀及放油阀开关；
所述曲轴的输出轴通过传动机构分别与放油阀凸轮轴、发电机连接，所述曲轴动力输出分别用于带动放油阀凸轮轴动作和发电机发电；
所述放油阀凸轮轴作用于放油阀开关上，控制放油阀的打开和关闭。
本系统在电池提供电能的情况下，通过驱动电机带动执行机构运动，执行机构带动第一液压缸的活塞往复运动从而不断地从公共储油箱中吸入液压油，并输入到第二液压缸中，其中第一液压缸的活塞与其底部之间设置有弹簧用于活塞压下后的复位。第二液压缸的活塞由其液压油的推动而从下止点向上止点运行，并通过连杆带动曲轴连杆颈由最低点向最高点运动；当第二液压缸的活塞达到上止点后，通过放油阀凸轮轴打开放油阀开关开始放油，放油完成后第二液压缸的活塞到达下止点，放油阀凸轮轴使放油阀关闭，再次进行输油。在第二液压缸活塞往复运动过程中通过曲轴连杆推动曲轴旋转，由曲轴带动经过变速的发电机开始发电，并通过AC/DC转换器转化为直流电后对驱动电机和汽车电机供电。
进一步，所述放油阀凸轮轴通过同步带与曲轴连接，与曲轴同步转动；且第二液压缸的活塞顶出过程中所述放油阀凸轮轴使放油阀保持关闭，第二液压缸的活塞缩回过程中所述放油阀凸轮轴使放油阀保持打开。
进一步，所述放油阀开关为常开或常闭开关，并设置有弹性复位机构使其保持在常态，所述放油阀凸轮轴作用于该弹性复位机构，使放油阀打开或关闭。
进一步，所述放油阀凸轮轴的凸轮为半凸轮结构，其第一半周的直径大于第二半周直径。
进一步，所述放油阀开关通过弹簧保持在常开位置，所述半凸轮的大径段抵在放油阀开关上时使其关闭，且该过程中曲轴连杆颈由低止位转动至高止位；所述小径段抵在放油阀开关上时保持打开，且该过程中曲轴连杆颈由高止位转动至低止位。
进一步，所述曲轴的连杆颈为六个，六个连杆颈沿曲轴轴向排列，在曲轴周向间隔60°分布，所述放油阀凸轮轴的凸轮为六个，沿轴向排列，在凸轮轴周向间隔60°分布，并与六个连杆颈对应；所述第一液压缸和第二液压缸均为对应的六个，六个第二液压缸的活塞分别通过连杆与曲轴的六个连杆颈连接。
进一步，六个所述第一液压缸的活塞由同一执行机构驱动，所述执行机构作用于第一液压缸的活塞，该执行机构为驱动凸轮轴或曲柄滑块机构。
进一步，所述驱动凸轮轴具有对应于六个第一液压缸的六个凸轮位置，每个凸轮位置在一个圆周上至少分布两个凸轮，驱动凸轮轴旋转一周，其对应的第一液压缸的活塞至少往复运动两次。
进一步，六个所述曲轴连杆颈沿曲轴周向编号为“一至六”，按“一”和“六”、“二”和“三”、“五”和“四”两两一组共三组，每组两个连杆颈的横截面中心点与曲轴颈横截面中心点连线的夹角为180°。
进一步，六个第一液压缸呈“一”字排列并固定在机体底座上，公共储油箱和六个第二液压缸均安装在机体底座上，且六个第二液压缸呈“一”字排列在公共储油箱內，分别与公共储油箱和六个第一液压缸连通。
如上所述，本实用新型的有益效果是：
液压动力发电系统不消耗石化燃料对环境无污染，使用成本低。采用成熟并简单的技术，使液压能向机械能转换，研发和生产成本低。采用液压能运转速度低，噪音低，更换机油的间隔时间长，维护费用低。不需建大量的充电桩。
本系统采用从电能(电池、发电机)到机械能(执行机构)—机械能到液压能—液压能到机械能再到电能(发电机、电池)的内部循环交替转换模式，利用液压能以小功率的消耗，输出大机械能的特性，结合稀土永磁交流发电机的高效发电能力，让本系统在电池启动后，通过自行发电运转并驱动汽车行驶。
附图说明
图1为本实用新型新能源汽车动力系统的布置示意图；
图2为本实用新型动力转换部分的示意图；
图3为本实用新型驱动凸轮轴的周向示意图；
图4为本实用新型放油阀凸轮轴的周向示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
实施例
如图1所示，一种新能源汽车动力系统，包括电池和用于驱动汽车的汽车电机，还包括液压动力发电系统；其中，液压动力发电系统包括用于将液压能转化为机械能的动力转换装置、用于驱动动力转换装置工作的驱动电机和用于接收动力转换装置的机械能进行发电的发电机；电池分别与驱动电机和汽车电机电连接，并设置有第一切换开关用于控制电池与驱动电机以及电池与汽车电机的通断；发电机分别与驱动电机和汽车电机电连接；并设置有第二切换开关用于控制发电机与驱动电机以及发电机与汽车电机的通断。
其中，电池与汽车电机、电池与驱动电机之间可通过一个第一转换开关控制通断，也可以通过两个第一转换开关分别控制；发电机与汽车电机、发电机与驱动电机之间可通过一个第二转换开关控制通断，也可以通过两个第二转换开关分别控制。
当应用于汽车上时，电池在通过汽车电机驱动汽车行驶的同时，带动驱动电机进而驱动液压动力发电系统工作，带动发电机发电；发电机达到额定输出功率时，停止电池对汽车电机的供电，转换由发电机对汽车电机供电，同时停止电池对驱动电机的供电，转换由发电机对驱动电机供电。从而在电池初始动力输入后通过液压动力发电系统提供动力，实现能量内部循环；并能在电池供电与液压动力发电系统供电之间切换，不消耗石化燃料，减少能量输入，同时还能提高电动汽车的续航里程。
作为优选，发电机还通过充电器与电池连接，进而可以为电池充电。
作为优选，发电机与汽车电机之间以及电池与汽车电机之间还通过汽车电门锁控制通断。可根据工况，选择是否启动汽车电机驱动汽车行驶。
本例中，电池、发电机两条通路在分别连接汽车电机和驱动电机时并为一条通路，在该通路上设置汽车电门锁，在电池与汽车电机和驱动电机之间的通路上设置第一转换开关，在发电机与汽车电机和驱动电机之间的通路上设置第二转换开关。
本实用新型工作原理如下：
启动汽车时，打开第一转换开关，连通电池与汽车电机以及电池与驱动电机之间的电路；关闭第二转换开关，阻断发电机与汽车电机、发电机与驱动电机之间的电路；
打开汽车电门锁，操控汽车开始行驶；
汽车行驶初始，由电池驱动汽车行驶并带动液压动力发电装置工作，进而带动发电机发电；
当发电机达到额定输出功率时，打开第二转换开关连通发电机与汽车电机以及发电机和驱动电机之间的电路，关闭第一转换开关，阻断电池与汽车电机以及电池和驱动电机之间的电路；
此时，由发电机对汽车电机供电驱动汽车行驶，同时发电机也给驱动电机供电，驱动液压动力发电系统工作，带动发电机发电；
停止汽车行驶时，关闭第二转换开关。
当汽车行驶过程中，电池电量低于设定值时，可启动充电器充电，将发电机的电充入电池；
汽车停用时也可以通过液压动力发电系统进行对电池充电。电池电量低于设定值时，打开第一转换开关，接通电池和驱动电机，关闭第二转换开关，启动液压动力发电系统工作带动发电机发电，当发电机达到额定输出功率时，打开第二转换开关，关闭第一转换开关，通过充电器对电池充电，电充满自动停充，同时关闭第二转换开关。
汽车行驶过程中，若液压动力发电系统出现故障，发电机停止发、供电，打开第一转换开关，关闭第二转换开关，恢复电池对汽车电机供电驱动汽车行驶。
作为优选，所述充电器连接有外充电插头。车载充电器上增加自动充电和停充功能，保留外充电插头，当汽车停止使用，电池电量不足，液压动力发电系统又不能正常工作的情况下，可用外接电源对电池充电。
如图1至图4所示，本实用新型的液压动力发电系统包括驱动电机、发电机、第一液压缸2、执行机构、第二液压缸3、公共储油箱5、放油阀凸轮轴4、和曲轴；第一液压缸2通过进油管路202连接至公共储油箱5，并通过输油管路203连接至第二液压缸3，第二液压缸3的活塞301通过连杆7与曲轴连杆颈601连接，第二液压缸3通过进油管路203与第一液压缸2连接，第二液压缸3的放油管路302与公共储油箱5连接并设置有放油阀及放油阀开关303；
曲轴的输出轴通过传动机构分别与放油阀凸轮轴4、发电机连接，曲轴动力输出分别用于带动放油阀凸轮轴4和发电机发电；
其中，放油阀凸轮轴4作用于放油阀开关303上，控制放油阀的打开和关闭；发电机与曲轴连接进行发电，并将电能转化为直流电后提供给驱动电机，驱动电机与执行机构连接，驱动其工作，同时，发电机也可将电能提供给电池，为其充电。
其中，驱动电机带动执行机构驱动第一液压缸2的活塞往复运动将公共储油箱5的液压油输入第二液压缸3；第一液压缸2具有单向进油管路202和单向输油管路203，具体为在管路上设置单向阀，活塞201伸出时，输油管路203上的单向阀关闭，进油管路202上的单向阀开启，通过进油管路202将公共储油箱5中的液压油吸入第一液压缸2，活塞201压下时，进油管路202上的单向阀关闭，输油管路203上的单向阀开启，通过输油管路203向第二液压缸3输入液压油，从而使第二液压缸3的活塞动作。第一液压缸2和执行机构也可以由液压泵替换，其工作原理与液压泵相似。
该系统的工作原理如下：
初始时，在电池作为启动电源的情况下，通过驱动电机带动执行机构运动，执行机构带动第一液压缸2的活塞往复运动从而不断地从公共储油箱5中吸入液压油，并输入到第二液压缸3中，其中第一液压缸2的活塞201与其底部之间设置有弹簧用于活塞201压下后的复位。第二液压缸3的活塞301由其液压油的推动从下止点向上止点运行，并通过连杆带动曲轴连杆颈601由最低点向最高点运动；当第二液压缸3的活塞301达到上止点后，通过放油阀凸轮轴4打开放油阀开关303开始放油，放油完成后第二液压缸3的活塞到达下止点，放油阀凸轮轴4使放油阀关闭，再次进行输油。在第二液压缸3活塞往复运动过程中通过曲轴连杆颈601推动曲轴旋转，由曲轴带动经过变速的发电机开始发电并对驱动电机供电。
进一步地，本实用新型中为了提高曲轴的负载能力，曲轴设计有六个连杆颈601，六个连杆颈601由曲轴一端至另一端按“一”到“六”的顺序排列，并且在曲轴圆周方向上间隔60°布置，即六个曲轴连杆颈601横截面中心与曲轴颈6横截面中心连线的夹角相差60°。每一个连杆颈601对应一个连杆、一个第二液压缸3和一个第一液压缸2，六个第一液压缸2的活塞由同一执行机构驱动，六个第二液压缸3的放油阀开关303由放油阀凸轮轴4驱动，该放油阀凸轮轴4具有对应于六个第二液压缸3的六个凸轮。相对应地，放油阀凸轮轴4的凸轮为六个，在放油阀凸轮轴4周向间隔60°分布，即放油阀凸轮轴4的凸轮中心线依次间隔60°，六个凸轮与六个连杆颈601对应。
其中，放油阀凸轮轴4通过同步带401与曲轴连接，并与曲轴同步转动；其同步状态配置为：当第二液压缸3的活塞顶出过程中所述放油阀凸轮轴4使放油阀保持关闭，第二液压缸3的活塞缩回过程中所述放油阀凸轮轴4使放油阀保持打开。
放油阀开关303为常开或常闭开关，并设置有弹性复位机构304使其保持在常态，所述放油阀凸轮轴4作用于该弹性复位机构304，使放油阀打开或关闭。本例中优选常态为常开，即常态时在弹簧作用下将放油阀开关303顶至打开状态，当放油阀凸轮轴4的凸轮部分转动至放油阀开关303位置时，顶在放油阀开关303上使其保持关闭，直至第二液压缸3的活塞运动至上止点后，放油阀凸轮轴4的凸轮部分离开放油阀开关303，放油阀开关303又保持打开，从而放油，放油过程中第二液压缸3的活塞由上止点运动至下止点。
如图4所示，所述放油阀凸轮轴4的六个凸轮均为半凸轮结构，其第一半周的直径大于第二半周直径。放油阀开关303通过弹簧保持在常开位置，所述半凸轮的大径段抵在放油阀开关303上时使其关闭，且该过程中曲轴连杆颈601由低止位转动至高止位；小径段抵在放油阀开关303上时保持打开，且该过程中曲轴连杆颈601由高止位转动至低止位。
进一步地，执行机构作用于第一液压缸2的活塞201，该执行机构为驱动凸轮轴或曲柄滑块机构。
本例中优选为驱动凸轮轴，其具有对应于六个第一液压缸2的六个凸轮位置，如图3所示，每个凸轮位置在一个圆周上至少分布两个凸轮，驱动凸轮轴旋转一周，其对应的第一液压缸2的活塞至少往复运动两次。其他实施方式中也可以通过曲柄滑块机构连接于第一液压缸2的活塞，将圆周运动转化为第一液压缸2活塞的直线往复运动。
下面结合附图2对本实用新型的工作过程进行说明：
六个所述曲轴连杆颈601沿曲轴颈6周向编号为“一、二、三、四、五、六”，按“一”和“六”、“二”和“三”、“五”和“四”两两一组共三组，每组两个连杆颈601的横截面中心点与曲轴颈6横截面中心点连线的夹角为180°。即“二”和“三”的中心与曲轴颈6的中心在同一直线上。
为了便于描述第二液压缸3的活塞简称“大活塞”，第一液压缸2的活塞简称“小活塞”。六个第一液压缸2均固定在机体底座上并呈“一”字排列，公共储油箱5和六个第二液压缸3也固定在机体底座上，其中六个第二液压缸3呈“一”字排列在公共储油箱5内，分别对应六个第一液压缸2，六个第二液压缸3分别与公共储油箱5和六个第一液压缸2连通。六个大活塞顶部设置曲轴连杆连接销，用于安装曲轴连杆。
六个第一液压缸2的小活塞在驱动凸轮轴的驱动下，将公共储油箱5中的液压油分别输入对应的六个第二液压缸3，交替推动第二液压缸3中的大活塞从下止点向上止点运行，从而通过曲轴连杆7推动曲轴连杆颈601由最低点向最高点运行。
当曲轴连杆颈601“一”旋转至最低点时，曲轴连杆颈601“六”旋转至最高点；当曲轴连杆颈601“二”旋转至最低点时，曲轴连杆颈601“三”旋转至最高点；当曲轴连杆颈601“五”旋转至最低点时，曲轴轴连杆颈601“四”旋转至最高点；反之，当曲轴连杆颈601“六”、“三”、“四”分别旋转至最低点时，“一”“二”、“五”分别旋转至最高点。
当曲轴连杆颈601“一”旋转至最低点时，由曲轴次输出轴端上的同步皮带轮带动放油阀凸轮轴4上的同步皮带轮，进而带动放油阀凸轮轴4上的凸起部分同步到达放油阀开关303位置并将放油阀开关303顶进放油阀，关闭放油阀，与曲轴连杆颈601“一”对应的第一液压缸2的小活塞将公共储油箱5中的液压油输入与“一”对应的第二液压缸3，第二液压缸3中的大活塞及曲轴连杆7推动曲轴连杆颈601“一”从最低点向最高点旋转；与此同时，处于最高点位置的曲轴连杆颈601“六”对应的放油阀凸轮轴4上的凹进部分同步到达放油阀开关303位置，放油阀开关上的弹簧将开关从放油阀门中弹出，放油阀开启，第二液压缸3中的液压油在“一”往上推进的作用下回流到公共储油箱5，曲轴连杆颈601“六”从最高点往最低点回转。
曲轴连杆颈601“二”和“三”、“五”和“四”分别按前述“一”和“六”的方式，循环交替推动曲轴连杆颈601旋转，并通过曲轴对外输出机械能。
进一步地，本液压动力驱动系统还设置有底座、曲轴箱、驱动凸轮轴箱、放油阀凸轮轴箱等，用于安装第一液压缸2、第二液压缸3、曲轴、驱动凸轮轴和放油阀凸轮轴4等，制成一种液压动力驱动装置。液压动力驱动装置、发电机、驱动电机共同组成液压动力发电系统。
液压动力驱动装置为低转速、大扭矩且匀速运转，通过变速后带动发电机发电。在另一实施方式中液压动力驱动系统可采用现有技术中的液压动力发电机构.
本系统采用从电能(电池、发电机)到机械能(执行机构)—机械能到液压能—液压能到机械能再到电能(发电机、电池)的内部循环交替转换模式，利用液压能以小功率的消耗，输出大机械能的特性，结合稀土永磁发电机的高效发电能力，让本系统装置在电池启动后，通过自行发电运转并驱动汽车行驶。
液压动力驱动系统不消耗石化燃料对环境无污染，使用成本低。采用成熟并简单的技术，使液压能向机械能转换，研发和生产成本低。采用液压能运转速度低，噪音低，更换机油的间隔时间长，维护费用低。不需建大量充电桩。
通过液压能提供低转速超大扭矩的机械能并采用六缸接力方式曲轴，从而输出足够的机械能，以保证发电机的电能驱动汽车行驶。
本液压动力驱动装置系统采用六个大活塞，六个曲轴连杆颈601分别以60°角进行分布，循环交替推动曲轴旋转，即使有1至2个第二液压缸3出现故障，也不会出现卡顿和反转现象。本液压动力驱动装置系统设计了公共储油箱5其储油量较大能起到冷却降温作用。
本液压动力驱动装置系统曲轴箱、驱动凸轮轴轴箱、放油阀凸轮轴轴箱中均存有机油，对曲轴、驱动凸轮轴、放油阀凸轮轴4起降温和润滑作用。
本实施例电池为纯电动汽车车载电池组。
发电机为16kw低速稀土永磁交流发电机，其技术参数为：输出功率16000W，输出电压220V，输出电流70A-75A，输出频率50HZ，转速300r/min。
驱动电机为直流电动机，其技术参数为：额定输出功率≦240W，额定电压36V(或48V)，转速170--400r/min。
本实施例设计第一液压缸2的小活塞直径为11.5mm，小活塞工作伸缩长度为20mm，第二液压油缸直径为25mm，大活塞工作伸缩长度67mm，每个大活塞对应工作力矩2T。
本实施例曲轴设计及扭距计算：
曲轴颈6横截面中心点到曲轴连杆颈601横截面中心点为33.5mm，周运转67。
采用六个曲轴连杆颈60°角分布循环交替推动，当曲轴连杆颈601“一”在最低点时，曲轴连杆颈601“六”在最高点，曲轴连杆颈601“四”处于往上推动方向，距离“一”的角度为60°，曲轴连杆颈601“三”也处于往上推动方向，离“一”的角度为120°，距离最高点“六”的角度为60°，这时，有曲轴连杆颈601“三”和“四”两个向上推力；当曲轴连杆颈601“一”向上推动转离最低点，未达到60°角，曲轴连杆颈601“三”还未到达最高点，此时，有“三”、“四”、“一”三个曲轴连杆颈601向上的推力；当曲轴连杆颈601“三”到达最高点时，曲轴连杆颈601“二”到达最低点，有曲轴连杆颈601“四”和“一”两个向上推力，这样循环交替。所以，曲轴连杆颈601的向上推力始终在两个和三个之间转换，对应工作力矩按两个推力计算为：2T*2＝4T。
2T*2*9.8＝39200N*m，曲轴转速按15r/min设计，输出扭矩39200N*m。
变速皮带轮变速后，与稀土永磁交流发电机转速相匹配。
任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。