一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置及其控制方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置，包括：發動機輸出旋轉動力驅動行星齒輪系的太陽輪；電機一端連接行星齒輪系的齒圈，將動力輸出至車輛的前橋；飛輪能夠與電機的輸出軸選擇性的同步轉動；燃料電池能夠單獨或與蓄電池組合同時為車輛的電機供電，并且飛輪同時與蓄電池連接；數據采集模塊能夠用于采集車速數據、油門開度數據、飛輪轉速數據及蓄電池荷電狀態；控制器，能夠通過車速、加速度、飛輪轉速及蓄電池荷電狀態調節飛輪與電機的輸出軸選擇性的接合與分離，以及能源裝置的開啟與關閉。本發明專利技術還公開了一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置的控制方法。

【技術實現步驟摘要】
一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置及其控制方法
本專利技術涉及混合動力車輛能量存儲系統，具體涉及一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置及其控制方法。
技術介紹
飛輪在混合動力的設計中越來越受歡迎，特別是重型混合動力客運汽車，這是由于以下幾點原因：第一，對電池功率的要求和能量的要求可以分開，可以得到最優的電池能量密度和循環壽命；第二，由于飛輪負載水平的的影響，高功率需求和大電流放電都極大地減小，可用能量、耐久性和電池循環壽命都得到了增加；第三，飛輪可以在低功率要求或再生制動期間，進行高效迅速的臨時性充電。由于主要能源的負載均衡和再生制動期間能量回收的綜合效應，車輛的運行范圍顯著擴大，能量密度主要與飛輪的轉速有關，增加轉速可以增大能量密度，但是也增加了潛在的安全隱患，同時由于需要圖書軸承和高強度材料，成本也將會增加，電動汽車可以完全由超高速飛輪提供動力，而不需要電池或燃料電池。相比于電池，飛輪能夠提供更高的比能量和比功率，所以在電動汽車的應用上有相應的潛在長期效益，飛輪的比功率可能比內燃機更高，所以通過在混合動力裝置中使用飛輪可以進行更好的能量存儲及能量利用。
技術實現思路
本專利技術設計開發了一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置。本專利技術目的是將飛輪設計在混合動力的儲能裝置中，能夠使燃料電池及蓄電池合理分配能源供電方式，動力系統的性能得到改善。本專利技術還設計開發了一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置的控制方法。本專利技術具有實時在線采集數據并且對數據能夠做出分析，確定重型混合動力車輛是否處于平穩的正常行駛及在處于正常的平穩行駛過程中對能源的合理分配利用能夠得到有效控制，并且操作簡單，減少能耗過大的問題。本專利技術具有可控性強、能源分配合理、增加蓄電池循環壽命等特點。本專利技術提供的技術方案為：一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置，包括：發動機，其輸出旋轉動力驅動行星齒輪系的太陽輪；電機，其具有貫穿式的輸出軸，其一端連接所述行星齒輪系的齒圈，并且所述行星齒輪系具有行星架，其將動力輸出至車輛的前橋，所述輸出軸的另一端連接變速箱，變速箱連接車輛的后橋；飛輪電機，其具有動力輸出軸；飛輪，其具有貫穿式的飛輪軸，其一端通過飛輪離合器與所述電機的輸出軸選擇性的接合，所述飛輪能夠與所述電機的輸出軸選擇性的同步轉動，另一端連接所述飛輪電機的動力輸出軸；能源裝置，其包括燃料電池及蓄電池；其中，所述燃料電池能夠單獨或與所述蓄電池組合同時為車輛的電機供電，所述燃料電池與所述蓄電池相連，并且所述飛輪電機同時與所述蓄電池連接；數據采集模塊，其能夠用于采集車速數據、油門開度數據、飛輪轉速數據及所述蓄電池荷電狀態；控制器，其同時與所述能源裝置及所述數據采集模塊相連，能夠通過車速、加速度、飛輪轉速及蓄電池荷電狀態調節所述飛輪與所述電機的輸出軸選擇性的接合與分離，以及能源裝置的開啟與關閉。優選的是，還包括：加速齒輪，其設置在所述電機的輸出軸與所述飛輪離合器之間，所述飛輪軸通過所述加速齒輪嚙合傳動；飛輪變速器，其設置在所述飛輪離合器與所述飛輪之間，并且具有低擋及高擋兩組傳動比。優選的是，所述飛輪變速器中通過選擇性的齒輪嚙合完成傳動比的選擇。優選的是，所述蓄電池是由80～100個電池單體串聯而成的鉛酸電池組。優選的是，還包括：離合器，其設置在所述發動機一側。優選的是，所述飛輪外側具有固定于車架的飛輪箱。一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置的控制方法，包括如下步驟：所述車輛起步后數據采集模塊進行數據采集，其中包括：車速、油門開度及蓄電池荷電狀態；所述控制器在所述車輛起步后的連續時間內對所述數據進行穩定性分析，判斷所述車輛是否處于穩定行駛，從而控制所述車輛進行重新起步或者繼續運行；所述車輛進入穩定行駛后，根據所述蓄電池荷電狀態，控制能源裝置的開啟與關閉，調節飛輪與電機的輸出軸的傳動比，使所述蓄電池能夠進行儲能；其中，在連續行駛的時間內，根據車速、加速度及蓄電池荷電狀態，控制所述能源裝置的開啟與關閉，控制發動機的開啟與關閉，調節所述飛輪與所述電機的輸出軸之間的傳動比進行蓄電池的儲能。優選的是，所述穩定性分析包括：在車輛起步后的連續時間t0內，加速至V0的過程中，控制器調節飛輪與電機輸出軸的選擇接合傳動比為低擋的齒輪嚙合，當滿足條件區間時，所述車輛起步處于平穩行駛狀態，繼續運行；當不滿足條件區間時，所述車輛起步處于非正常運行狀態，停止運行，重新起步；其中，I為飛輪接合后的傳動比，ω為飛輪轉速，r為車輪半徑，V為車速，β為油門開度，β0為油門完全開啟時的開度，e為自然對數的底數，R1,R2為經驗穩定系數。優選的是，在所述車輛穩定行駛后，控制器對發動機及能源裝置控制包括如下步驟：車速滿足條件0＜V＜V′時，所述控制器對所述能源裝置控制包括：所述蓄電池的電池SOC值低于50％，控制器開啟燃料電池為電機供電驅動車輛，并且調節飛輪與電機輸出軸的選擇分離，控制器開啟飛輪電機對蓄電池充電；所述蓄電池的電池SOC值高于50％，低于85％時，控制器開啟燃料電池及蓄電池同時為電機供電驅動車輛，并且調節飛輪與電機輸出軸的選擇接合傳動比為高擋的齒輪嚙合；所述蓄電池的電池SOC值高于85％時，控制器開啟燃料電池及蓄電池同時為電機供電驅動車輛，并且調節飛輪與電機輸出軸的選擇接合傳動比為低擋的齒輪嚙合；車速滿足條件V′≤V＜V″時，所述控制器控制燃料電池為電機供電，并且啟動發動機與電機同時驅動車輛，此時調節飛輪與電機輸出軸的選擇接合傳動比為高擋的齒輪嚙合轉動；其中，當所述蓄電池的電池SOC值低于50％，調節飛輪與電機輸出軸的選擇分離，控制器開啟飛輪電機對蓄電池充電；車速滿足條件V≥V″時，所述控制器控制燃料電池和蓄電池為電機供電，并且啟動發動機與電機同時驅動車輛，此時調節飛輪與電機輸出軸的選擇接合傳動比為低擋的齒輪嚙合轉動；其中，當所述蓄電池的電池SOC值低于50％，調節飛輪與電機輸出軸的選擇分離，控制器開啟飛輪電機對蓄電池充電；其中，V′第一限定速度，V″為第二限定速度。優選的是，選擇傳動比為高擋時，所述車輪與所述飛輪傳動比為1:4.8～5.5，選擇傳動比為低擋時，所述車輪與所述飛輪傳動比為1:3.5～4.5。本專利技術與現有技術相比較所具有的有益效果：1、在重型混合動力汽車運行的過程中，能夠根據實時監測車輛行駛狀態，對車輛驅動力進行合理分配，合理的進行發動機及能源裝置的開啟與關閉，能夠使車輛一直處于高效平穩的運行狀態；2、通過飛輪電機對蓄電池的充電作用，使蓄電池能夠得到很好的保護，延長其循環使用壽命。附圖說明圖1為本專利技術所述的結構示意圖。圖2為本專利技術所述的飛輪與電機連接示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。如圖1、圖2所示，本專利技術提供了一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其主體結構包括：發動機110、電機120、飛輪200、飛輪電機210、能源裝置、數據采集模塊及控制器180；其中，發動機110輸出旋轉動力驅動行星齒輪系140的太陽輪，電機120具有貫穿式的輸出軸，輸出軸一端連接行星齒輪系140的齒圈，行星齒輪系140具有行星架，行星架將動力輸出至車輛的前橋171，輸出軸的另一端連接變速箱130，變速箱130連接車輛的后橋172，飛輪電機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，包括：發動機，其輸出旋轉動力驅動行星齒輪系的太陽輪；電機，其具有貫穿式的輸出軸，其一端連接所述行星齒輪系的齒圈，并且所述行星齒輪系具有行星架，其將動力輸出至車輛的前橋，所述輸出軸的另一端連接變速箱，變速箱連接車輛的后橋；飛輪電機，其具有動力輸出軸；飛輪，其具有貫穿式的飛輪軸，其一端通過飛輪離合器與所述電機的輸出軸選擇性的接合，所述飛輪能夠與所述電機的輸出軸選擇性的同步轉動，另一端連接所述飛輪電機的動力輸出軸；能源裝置，其包括燃料電池及蓄電池；其中，所述燃料電池能夠單獨或與所述蓄電池組合同時為車輛的電機供電，所述燃料電池與所述蓄電池相連，并且所述飛輪電機同時與所述蓄電池連接；數據采集模塊，其能夠用于采集車速數據、油門開度數據、飛輪轉速數據及所述蓄電池荷電狀態；控制器，其同時與所述能源裝置及所述數據采集模塊相連，能夠通過車速、加速度、飛輪轉速及蓄電池荷電狀態調節所述飛輪與所述電機的輸出軸選擇性的接合與分離，以及能源裝置的開啟與關閉。

【技術特征摘要】
1.一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，包括：發動機，其輸出旋轉動力驅動行星齒輪系的太陽輪；電機，其具有貫穿式的輸出軸，其一端連接所述行星齒輪系的齒圈，并且所述行星齒輪系具有行星架，其將動力輸出至車輛的前橋，所述輸出軸的另一端連接變速箱，變速箱連接車輛的后橋；飛輪電機，其具有動力輸出軸；飛輪，其具有貫穿式的飛輪軸，其一端通過飛輪離合器與所述電機的輸出軸選擇性的接合，所述飛輪能夠與所述電機的輸出軸選擇性的同步轉動，另一端連接所述飛輪電機的動力輸出軸；能源裝置，其包括燃料電池及蓄電池；其中，所述燃料電池能夠單獨或與所述蓄電池組合同時為車輛的電機供電，所述燃料電池與所述蓄電池相連，并且所述飛輪電機同時與所述蓄電池連接；數據采集模塊，其能夠用于采集車速數據、油門開度數據、飛輪轉速數據及所述蓄電池荷電狀態；控制器，其同時與所述能源裝置及所述數據采集模塊相連，能夠通過車速、加速度、飛輪轉速及蓄電池荷電狀態調節所述飛輪與所述電機的輸出軸選擇性的接合與分離，以及能源裝置的開啟與關閉。2.如權利要求1所述的用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，還包括：加速齒輪，其設置在所述電機的輸出軸與所述飛輪離合器之間，所述飛輪軸通過所述加速齒輪嚙合傳動；飛輪變速器，其設置在所述飛輪離合器與所述飛輪之間，并且具有低擋及高擋兩組傳動比。3.如權利要求1或2所述的用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，所述飛輪變速器中通過選擇性的齒輪嚙合完成傳動比的選擇。4.如權利要求3所述的用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，所述蓄電池是由80～100個電池單體串聯而成的鉛酸電池組。5.如權利要求3所述的用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，還包括：離合器，其設置在所述發動機一側。6.如權利要求5所述的用于重型混合動力車輛的儲能裝置，其特征在于，所述飛輪外側具有固定于車架的飛輪箱。7.一種用于重型混合動力車輛的儲能裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：所述車輛起步后數據采集模塊進行數據采集，其中包括：車速、油門開度及蓄電池荷電狀態；所述控制器在所述車輛起步后的連續時間內對所述數據進行穩定性分析，判斷所述車輛是否處于穩定行駛，從而控制所述車輛進行重新起步或者繼續運行；所述車輛進入穩定行駛后，根據所述蓄電池荷電狀態，控制能源裝置的開啟與關閉，調節飛輪與電機的輸出軸的傳動比，使所述蓄電池能夠進行儲能；其中，在連續行駛的時間內，根據車速、加速度及蓄電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬園園，王宏祥，李想，
申請(專利權)人：遼寧工業大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21