CN102612445B - 包括压力储存器的能量存储系统 - Google Patents

Abstract

能量存储系统（10）包括：储存器（14），限定内腔（66）；可拆卸的囊（70），储存器位于内腔中且囊中容纳有工作流体；单向阀（82），与内腔流体连通，可操作为当工作流体流出囊时允许替代空气进入到内腔；可逆泵/马达（22），与囊流体连通；以及蓄积器（18），容纳有工作流体和气体。蓄积器选择性地与可逆泵/马达流体连通，以当可逆泵/马达作为马达操作时，将加压的工作流体传送到可逆泵/马达，当可逆泵/马达作为泵操作时，接收由可逆泵/马达排出的加压的工作流体。

Description

包括压力储存器的能量存储系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的混合驱动系统，更具体地讲，涉及一种用于车辆的混合液压驱动系统。

背景技术

典型的车辆混合液压驱动系统使用可逆泵/马达吸收来自传统的车辆驱动系统的动力以及将动力加入传统的车辆驱动系统或者协助传统的车辆驱动系统。系统通过从低压储存器泵抽液压流体使其进入液压能量存储系统来吸收动力。这种液压能量存储系统通常包括一个或多个充氮液压蓄积器。混合液压驱动系统通常利用存储在液压蓄积器中的液压能量驱动作为马达的可逆泵/马达将动力加入到传统的车辆驱动系统。

发明内容

一方面，本发明提供一种能量存储系统，该能量存储系统包括：储存器，限定内腔；可拆卸的囊，位于内腔中，囊内具有工作流体；单向阀，与内腔流体连通，并且可操作为当工作流体流出囊时允许替代空气进入内腔；可逆泵/马达，与囊流体连通；蓄积器，容纳有工作液体和气体。蓄积器与可逆泵/马达选择性地流体连通，以当可逆泵/马达作为马达操作时蓄积器向可逆泵/马达传送加压的工作流体，当可逆泵/马达作为泵操作时蓄积器接收由可逆泵/马达排出的加压的工作流体。

另一方面，本发明提供一种操作能量存储系统的方法。该方法包括：提供限定内腔的储存器；在内腔中布置可拆卸的囊，当可逆泵/马达作为马达操作时，通过可逆泵/马达使工作流体返回至可拆卸的囊，当可逆泵/马达作为泵操作时，从可拆卸的囊中抽吸工作流体；当从可拆卸的囊抽吸工作流体时允许替代空气进入储存器的内腔。

再一方面，本发明提供一种能量存储系统，该能量存储系统包括限定内腔且在其中具有工作流体的储存器。该系统还包括：与内腔流体连通的单向阀，单向阀可操作为当工作流体流出储存器时允许替代空气进入内腔；减压阀，与内腔流体连通并选择性地操作为将内腔中的空气排放到储存器外；气泵，选择性地与内腔流体连通，并且可操作为将加压的空气排出到内腔中；可逆泵/马达，与储存器流体连通；蓄积器，容纳有工作流体和气体。蓄积器选择性地与可逆泵/马达流体连通，当可逆泵/马达作为马达操作时，将加压的工作流体传送到可逆泵/马达，当可逆泵/马达作为泵操作时，接收由可逆泵/马达排出的加压的工作流体。

本发明的其他特征和方面结合下面的详细说明和附图将更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明第一结构的能量存储系统的示意图。

图2是根据本发明第二结构的能量存储系统的示意图。

在对本发明的任何实施例做出详细说明之前，应该理解，本发明在其应用中并不限于下面的说明书中阐述的或附图中描绘的组件的布置和构造的细节。本发明可以具有其它的实施例并能够以不同的方式被执行或被实现。还应理解，此处使用的用语和术语是为了描述的目的而不应该被认为是限制。

详细说明

图1示出了能量存储系统10的第一结构。特别地，系统10用于混合车辆并且被配置为并行液压再生驱动系统10，该系统10包括储存器14、蓄积器18、与蓄积器18选择性地流体连通及与储存器14流体连通的可逆泵/马达22。可逆泵/马达22被构造为可变排量的、轴向活塞、斜盘式设计泵/马达22，例如Bosch Rexroth型号No.A4VSO可变排量、轴向活塞可逆泵/马达22。或者，可逆泵/马达22可被构造为具有恒定排量而非可变排量。可逆泵/马达22被可驱动地连接至旋转轴26（例如引擎的输出轴、引擎的辅助驱动系统、传动装置和轴组件之间的驱动轴等）。如下面更详细地描述，可逆泵/马达22当作为马达操作时将动力传送给旋转轴26，可逆泵/马达22当作为泵操作时可逆泵/马达22被旋转轴26驱动。或者，系统10可用于其它应用（如移动装置或工艺液压应用等）。

蓄积器18包括容纳气体（例如氮气等）的第一腔30、容纳工作流体（例如液压流体等）的第二腔34以及将腔30、34隔离的可移动活塞38（示意行地描绘为腔30和腔34之间的线）。或者，蓄积器18可配置有囊或者隔膜而不是活塞38。系统10还包括与蓄积器18内的工作流体腔34流体连通的隔离阀42。隔离阀42选择性地流体连通蓄积器18和泵/马达22。隔离阀42可被配置为如提升阀、球阀、短管阀、闸式阀、插装阀、针形阀、断流阀等。进一步，隔离阀42被电磁操纵以打开和被弹簧偏置以关闭。

继续根据图1，储存器14容纳有工作流体并与可逆泵/马达22通过流体通道50流体连通。热交换器和/或工作流体过滤器（没有示出）可位于流体通道50中，以易于冷却和过滤工作流体。可逆泵/马达22与储存器14流体连通，以当可逆泵/马达22作为泵操作时通过流体通道50从储存器14中抽出低压工作流体（沿箭头A的方向）。可逆泵/马达22也与储存器14流体连通，以当可逆泵/马达22作为马达操作时通过流体通道50使低压工作流体返回到储存器14中（沿箭头B的方向）。

可逆泵/马达22通过流体通道58与蓄积器18流体连通，以当可逆泵/马达22作为泵操作时将加压的工作流体传送到蓄积器18（沿箭头A的方向）。可逆泵/马达22也通过流体通道58与蓄积器18流体连通，以当作为马达操作时从蓄积器18接收加压的工作流体（沿箭头B的方向）。隔离阀42位于流体通道58内，并在关闭结构时阻挡工作流体流过流体通道58，在打开结构时允许工作流体流过流体通道58。

继续根据图1，储存器14包括限定内腔66的外壳62以及位于外壳62的内腔66中的可拆卸的、非弹性的囊70。如下面地更详细的讨论，外壳62实质上是气密性的并能保持外壳62内的加压的空气。在示出的系统10的结构中，示意性地示出外壳62具有大致矩形的形状。然而，外壳62可以被设置为具有多种不同形状中的任何一种，以与外壳62位于其中的混合车辆的结构一致。另外，外壳62可以由多种不同材料中的任一种（如金属、塑料、复合材料等）制成。

可拆卸的、非弹性的囊70限定内腔72，在内腔72内容纳有工作流体。由于囊70是非弹性的，所以与限定可变容积的内腔的弹性囊相比，内腔72的最大容积是固定值。囊70还是非刚性的，因而与外壳62的内腔66的特殊形状基本上一致。在示出的系统10的结构中，作为位于包括大体矩形的内腔66的外壳62内的结果，囊70示意性地示出为呈现大体的矩形的形状。或者，囊70可以根据外壳62的特殊形状呈现多种不同形状中的任一种。

囊70包括与流体通道50流体连通的一个进/出端口74，工作流体流过进/出端口74以进入或离开囊70。或者，囊70可以包括单独的进端口和出端口，工作流体分别通过进端口和出端口流入囊70和流出囊70。尽管没有示出，囊70可以包括排气阀以便当囊70填充工作流体时从内腔72内排出空气。如图1所示，容纳在储存器14的所有工作流体在系统10正常操作时期间都位于囊70内。囊70用作工作流体和周围环境（也就是，包括外壳62的内腔66中含有的空气或其它气体）之间的保护或屏障，以减小工作流体被周围环境或外壳62的内腔66内的碎屑的任何潜在污染的危险。或者，囊70可以从系统10中省略，以使得工作流体直接容纳在加压外壳62中。

系统10还包括与外壳62的内腔66流体连通的通气组件78，该通气组件78允许储存器14在系统10和结合系统10的混合车辆操作时自加压。如下面的更详细的描述，储存器14的加压（也就是外壳62的内腔66的加压）实质上保证在可逆泵/马达22进口的工作流体的压力维持在足以当可逆泵/马达22作为泵操作时充分地防止可逆泵/马达22气蚀的水平。通气组件78包括与外壳62的内腔66流体连通的没有弹性的、单向止回阀82，该止回阀82允许随着囊70内的流体水平的减少处于大气压强的替代空气进入到内腔66内，但防止空气从内腔66内排出或漏出。或者，止回阀82可以包括用于将止回阀82偏置到关闭结构的弹簧。

通气组件78还包括与外壳62的内腔66流体连通的并与单向止回阀82并连的弹簧加载的、单向减压止回阀86，以允许当内腔66内的压力超过预定值时从内腔66排出空气。阀82、86都流体连接到共同的通气器90，该通气器将替代空气从大气指引到阀82，并将排出的空气从阀86指引到大气中。

继续根据图1，系统10包括与外壳62的内腔66流体连通的压力传感器94，以检测内腔66中的压力。压力传感器94可采用诊断功能来确定加压外壳62中出现的任何泄漏。例如，在系统10操作时内腔66中的压力低于某个预定值，压力传感器94能够给引擎控制单元（ECU）或结合有该系统10的混合车辆的单独的控制单元提供信号，以停止混合车辆的再生驱动系统10的操作。混合车辆的单独的控制单元或ECU还可在内腔66内的压力低于预定值时触发警报（例如视觉警报、听觉警报等），以警告混合车辆的操作者系统10需要维护。

继续根据图1，外壳62包括集液器98，在集液器98内能够积聚从囊70泄漏的工作流体。系统10还可包括泄露传感器102，可用于检测集液器98内任何积聚的工作流体。同压力传感器94一样，泄露传感器102可采用诊断功能来确定囊70出现的任何泄漏。例如，当检测到集液器98内的工作流体时，泄露传感器102能够给结合有该系统10的混合车辆的单独的控制单元或ECU提供信号，以停止混合车辆的再生驱动系统10的操作。混合车辆的单独的控制单元或ECU还可在泄露传感器102检测到集液器98内的工作流体时触发警报（例如视觉警报、听觉警报等），以警告混合车辆的操作者系统10需要维护。

在操作中，当系统10从旋转轴26重新获得动能时，可逆泵/马达22作为泵操作以沿着箭头A的方向从囊70中抽出工作流体，对工作流体加压，并通过打开的隔离阀42泵抽加压的工作流体使其进入到蓄积器18的工作流体腔34中。当工作流体流出囊70时，囊70自身坍塌（如附图1中虚线所示），替代空气被允许通过单向止回阀82进入内腔66。在旋转轴26的动能重新恢复后，隔离阀42被启动进入关闭结构，蓄积器18的气体腔30内的加压的空气作用在活塞38上，以在蓄积器18内使工作流体维持在高压。

当混合车辆需要推进辅助时，隔离阀42被启动到打开结构，以允许加压的工作流体从蓄积器18沿着箭头B的方向流动。高压工作流体从蓄积器18中流动，通过流体通道58，并进入到可逆泵/马达22，以使可逆泵/马达22作为马达操作来驱动轴26。可逆泵/马达22然后通过流体通道50使低压工作流体返回到囊70。当囊70内的流体水平增加时，单向止回阀82和单向减压止回阀86保持关闭以防止空气从外壳62的内腔66中漏出。结果，内腔66中的空气压力增加。在混合车辆操作中继续随后的循环，即，当可逆泵/马达22作为泵操作时抽吸的替代空气进入到内腔66，以从囊70中抽出工作流体，并当可逆泵/马达22作为马达操作时对内腔66中的空气加压，以使工作流体返回到囊70。在每次循环中，内腔66中的压力逐渐增加直至正压力（也就是大于大气压力的压力）作用在囊70和囊70内容纳的工作流体上。内腔66中的压力被允许设为或增加到预定值，通过此预定值，可逆泵/马达22的所需的最小工作流体进口压力被满足，以当可逆泵/马达22作为泵操作时减少或基本上防止可逆泵/马达22的气蚀。只有当压力超过此预定值预定的安全系数时，减压止回阀86才会打开以释放内腔66内的压力。

图2示出了用于混合车辆的能量存储系统110的第二结构，相同的部件用相同的附图标记表示。图2中的系统110基本上类似于图1中的系统10，除了图2中的系统110包括压缩空气或气体源（例如车载泵或压缩机114）以在操作混合车辆前在内腔66内提供初始的或“预加压”的空气，以对内腔66加压并向囊70施加压力，以满足可逆泵/马达22所需的最小工作流体进口压力。系统110还包括在储存器14和压缩机114之间流体连接的电磁操控的隔离阀118。或者，压缩机114用于系统10，隔离阀118可被替换为止回阀。

在示出的系统110的结构中，压缩机114和阀118与内腔66流体连通，与阀82并连。换句话说，由压缩机114供给的压缩空气、通过阀82的大气的替代空气通过单独的通道进入内腔66。或者，隔离阀118的出口可在阀82的上游位置流体连接至阀82位于其中的通道，以使得由压缩机114供给的预加压的加压的空气在进入内腔66前通过阀82。

当结合有系统110的混合车辆起动时，隔离阀118被启动进入打开结构，压缩机114开始将压缩气体泵抽到内腔66内以将内腔66加压到预定值，在此预定值，施加到囊70（以及容纳在囊70内的工作流体）上的力足以满足可逆泵/马达22所需的最小工作流体进口压力。当压力传感器94检测到内腔66内的压力达到此预定值时，隔离阀118被启动到关闭结构且压缩机114被停止。结果，满足了可逆泵/马达22所需的最小工作流体进口压力，没有当可逆泵/马达22作为泵操作以从囊70抽出工作流体时，将替代空气抽吸到内腔66中的第一次所需的重复循环，没有当可逆泵/马达22作为马达操作以使工作流体返回到囊70时，对内腔66中的空气加压。然而，在这样的第一次循环后，系统110与图1中的系统10的操作基本一样，所述的第一次循环为：当可逆泵/马达22作为泵操作以从囊70抽吸工作流体时，将替代空气抽吸到内腔66中，以及当可逆泵/马达22作为马达操作以将工作流体返回到囊70时，对内腔66中的空气加压。

本发明的各种特征在下面的权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种能量存储系统，包括：

储存器，限定内腔；

可拆卸的囊，位于内腔中，所述囊内具有工作流体；

单向阀，与内腔流体连通，可操作为当工作流体离开囊时允许替代空气进入到内腔中；

可逆泵/马达，与囊流体连通；以及

蓄积器，容纳有工作流体和气体，当可逆泵/马达作为马达操作时，蓄积器选择性地与可逆泵/马达流体连通，以将加压的工作流体传送到可逆泵/马达，当可逆泵/马达作为泵操作时，蓄积器接收由可逆泵/马达排出的加压的工作流体。

2.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括与储存器的内腔流体连通的减压阀，该减压阀可操作为当工作流体进入可拆卸的囊时防止替代空气与内腔通气而低于预定的阈值压力。

3.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括与储存器的内腔选择性流体连通的气泵，该气泵可操作为用压缩空气填充内腔以给囊施加压力。

4.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括与储存器的内腔流体连通的压力传感器，以检测内腔中的空气压力。

5.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，储存器包括位于囊下面的集液器。

6.如权利要求5所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括传感器，所述传感器可操作为用于检测从囊泄漏到集液器内的工作流体。

7.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，当可逆泵/马达作为泵操作时，通过可逆泵/马达从囊中抽吸工作流体。

8.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，囊限定内腔，且其中，可逆泵/马达与囊的内腔流体连通。

9.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，囊是非弹性的。

10.一种操作能量存储系统的方法，该方法包括以下步骤：

设置限定内腔的储存器；

在内腔内放置可拆卸的囊；

当可逆泵/马达作为马达操作时，通过可逆泵/马达使工作流体返回至可拆卸的囊；

当可逆泵/马达作为泵操作时，从可拆卸的囊抽吸工作流体；和

当从可拆卸的囊中抽吸工作流体时，允许替代空气进入储存器的内腔。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：当工作流体返回可拆卸的囊时，防止替代空气与内腔通气而低于内腔的预定的阈值压力。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：在从囊抽吸工作流体之前用加压的空气填充内腔。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在工作流体返回至可拆卸的囊之前用加压的空气填充内腔。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：监视储存器的内腔中的空气压力。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

在可拆卸的囊下面设置集液器；和

监视集液器中的从囊泄漏并积聚在集液器内的工作流体。

16.一种能量存储系统，包括：

储存器，限定内腔，内腔中具有工作流体；

单向阀，与内腔流体连通，可操作为当工作流体流出储存器时允许替代空气进入内腔；

减压阀，与内腔流体连通，并选择性地可操作为使内腔内的空气排放到储存器外部；

气泵，与内腔选择性地流体连通，可操作为将加压的空气排出到内腔；

可逆泵/马达，与储存器流体连通；和

蓄积器，容纳工作流体和气体，蓄积器与可逆泵/马达选择性地流体连通，以当可逆泵/马达作为马达操作时将加压的工作流体传送到可逆泵/马达，当可逆泵/马达作为泵操作时接收由可逆泵/马达排出的加压的工作流体。

17.如权利要求16所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括位于内腔的可拆卸的囊，其中，储存器内的工作流体全部容纳在囊内。

18.如权利要求17所述的能量存储系统，其特征在于，气泵可操作为用加压的空气填充内腔以给囊施加压力。

19.如权利要求17所述的能量存储系统，其特征在于，当可逆泵/马达作为泵操作时，通过可逆泵/马达从囊内抽吸工作流体。

20.如权利要求17所述的能量存储系统，其特征在于，囊是非弹性的。