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CN103492209A - 具有三个马达、即电动机、液压马达和热力发动机的机动车辆以及管理车上储能的方法 - Google Patents

具有三个马达、即电动机、液压马达和热力发动机的机动车辆以及管理车上储能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有三个马达（即，电动机、液压马达和热力发动机）的机动车辆以及管理车上储存能量的方法。三个马达（19、25、15）特别用于驱动车辆，并分别与储存电能的装置（21）、储存液压能量的装置（28、29）和储存矿物能量的装置（18）相连接。热力发动机（15）布置成串联地连接，从而对储存液压能量的装置（28、29）充能量，但不对储存电能的装置（21）进行充电。在车辆行驶过程中，热力发动机（15）不对储存电能的装置（21）充电，其可对储存液压马达的液压能量的装置（28、29）充能量。

Description

具有三个马达、即电动机、液压马达和热力发动机的机动车辆以及管理车上储能的方法
技术领域
本发明领域是用以运输货物和乘客的陆上机动车辆，后一种车辆可以是客车和公共汽车。
背景技术
因此，装有轮子的机动车辆包括轮组，它们由马达组件通过传动轴和车轴驱动而转动。运行该马达组件有各种可能的能源。最常见的能源是由石油或柴油燃油构成的矿物能量，它们可用于内燃机。对于电动马达（电动机）来说，也可使用储存在电池或“超电容”内的电能。最后，对于液压马达来说，可使用加压流体（通常为油），加压流体被装在用以储存该液压能量的瓶子内。电池和超电容是可充电装置。同样地，流体瓶子也可通过以泵形式运行的液压马达或单独的泵进行再充灌。
应该清楚地指出的是，热力发动机也可用来驱动轮子以及对能量储存容器（即电池、超电容或流体瓶子）充电或再灌装。在第一种情形中，据说是并联连接的，而在第二种情形中，是串联连接的。
通常考虑铅蓄电池或镍镉电池作为储存电能的电池。然而，这些电池非常沉重和庞大。而且由于难于知道储存了多少能量，因此，常有过高估计储存能量的趋势，这对于车辆的能量效率是有害的。对于电动车辆来说，所有这些导致运行成本过高。
超电容就轻得多和小得多，但它们会非常快放完电，且非常昂贵。若热力发动机（发动机组）不串联的话，则难于想像它们如何可被开发利用。
在任何一种情形中，对电能储存容器的充电不是直截了当可行的，但对流体瓶子进行再充灌却很容易。
人们已经提出了混合型装置。
有了电动机辅助的热力发动机，如果电动机的电力很充足，那么，可用电动机启动车辆并以低速驱动车辆。在制动阶段期间，该类型的混合装置也是有利的，在该过程中电动机可用作为发电机。
有些制造商已经为车辆配装了包括热力发动机和液压泵/马达的组件。液压马达在启动时具有高性能，如上所述，不必提及其有效的能量回收。
最后，已有可能设想热/液压的混成，但要以极其周到考虑的方式实施。
热/电混成的局限性是明显的。现在为了克服这些局限性，并解决对储电容器充电的问题，本申请人有了这样的想法：将热/电混成（混合作用）和热/液压混成(混合作用)组合为一种更加先进的混成（混合作用）中，其可被称作三重混成。
发明内容
因此，本申请首先涉及一种陆上机动车辆，其包括：用以驱动车辆的电动机和用以储存电能的相关装置；用以驱动车辆的液压马达和用以储存液压能量的相关装置；以及热力发动机，该热力发动机带有储存矿物能量的装置，其布置成串联连接，并对储存液压能量的装置充液压能，但不是对与电力驱动的电动机相连的储存电能的装置充电。
本发明在好多个方面是显著的。首先，车辆包括用三种不同能源（矿物能、电能和热能）运行的马达组件。接下来，考虑到电力储存和液压储存之间的相似性，没有理由要求混合该两者。因为此缘故（且这是创造性的标志），就能够在行车过程中避免对储存电能的装置充电，但当车辆停在专用单位或汽车间时，保留有充电能力，因此解决了难于在车上充电的问题。
较佳地，热力发动机布置成作为车辆驱动马达也并联地连接。
在该情形中，车辆可有利地如下地运行。
车辆用液压马达来启动，这较佳地适于各种要求，并具有比其它低速驱动更佳的特性。
一旦车辆出发，电动机就开始工作：它并排运行，然后随着速度增加就替代了串联中的液压牵引。
运行保持令人满意，全面来说，电动机总体上效率高，且热耗散非常低。
在全功率时，热力发动机便可与电动机并排运行，或甚至完全替代电动机。
有利地，液压马达是泵马达，它也可与泵组合，而电动机（电动马达）是电动发电机。
本发明还涉及管理陆上机动车辆的车上储存能量的方法，该机动车辆包括：用以驱动车辆的电动机和用以储存电能的相关装置；用以驱动车辆的液压马达和用以储存液压能量的相关装置；以及热力发动机，发动机带有储存矿物能量的装置，根据本方法，当车辆在行车时，热力发动机不对储存电动机电能的装置进行充电，其能够对储存液压驱动马达的液压能量的装置充能量。
有利地，热力发动机可对用以储存运行车辆的辅助电动机（辅助电动马达）的电能的装置进行充电。
还为有利地是，当车辆减速时，液压马达运行，在泵马达的情形中，泵对储存液压能量的装置充能量，同时制动车辆。如果液压马达与泵组合，则泵运行，其对储存液压能量的装置充能量，同时制动车辆。
附图说明
参照附图，借助于以下对混合型车辆以及管理本发明车辆能量的方法的描述，将会更容易地理解本发明，附图中：
图1是车辆的功能性示意图；
图2A-2H是示出车辆八种运行模式的示意图；
图3是车辆一种可能的传统运行模式过程的示意图。
具体实施方式
参照图1，该图示出根据本发明的车辆的其中一个车轴1通过传动轴2用来驱动轮组3转动。车轴1本身受传动轴2和马达组件4控制，马达组件4包括热子组件5、电气子组件6和液压子组件7。
马达还包括用以运行车辆各个单元的辅助电子组件8，其包括辅助马达9和辅助电池10，这里为24V电池。
车辆可设置有如下的拖动：通过离合器11由热子组件5的牵引、通过离合器12由液压子组件7的牵引，以及通过离合器13由电子组件6的牵引。离合器11、12和13由辅助马达9提供动力。车轴1通过中间离合器14连接到离合器11、12，离合器14也由辅助马达9提供动力。轴2通过通过齿轮箱23连接到离合器13、14，通过齿轮箱23、离合器14及第二齿轮箱24连接到离合器11、12。
热力发动机子组件5
传统上，它包括热力牵引发动机15，在该发动机输出处，发动机15具有用以对辅助电池10充电的交流发电机16、发动机冷却系统17和化石燃料箱18。
电动机子组件6
传统上，它包括电动机（电动马达）19、管理模块20、受管理模块20控制的储存电能的电池21，以及由辅助马达9供应动力的冷却电动机的冷却系统22。
液压马达子组件7
它包括液压马达25（在本实例中马达25是泵马达）、油箱26以及在两者之间的主阀27。这里提供两个瓶子28、29用于储存液压能量，在本情形中为液压储能器，开关30介于它们和阀27之间。
齿轮箱23、24和离合器11-14的组件构成了轴向活塞单元31。
既然已经参照车辆主单元描述了其马达组件，现将表述车辆的运行。
参照图2A，车辆用液压马达25启动，液压马达在低速时具有最佳性能。离合器12和14啮合，而离合器11和13惰转。在该启动阶段结束时，车辆速度可达到20至25km/h。
参照图2B，一旦车辆出发，电动机19投入运行，一边运行一边牵引液压马达25。除了热力发动机的离合器11之外，所有离合器（12、13、14）啮合。车辆可在20至25km/h速度下继续前行。
参照图2C，一旦速度显著上升，电动机19替代了液压马达25。除了液压马达的离合器13之外，所有离合器（11、12、14）惰转。车辆可在50至55km/h速度下前行。
参照图2D，发动机4全速运行，热力发动机15同时运行电动机19。除了液压马达25的离合器12之外，所有离合器（11、13、14）啮合。车辆可在70km/h速度下前行。
参照图2E，在减慢的情形中，液压马达25作为泵运行，以便对储能器28、29充能量，同时制动车辆。离合器12和14啮合，另两个离合器11和13惰转。
参照图2F，电动机19对车辆提供牵引，此时离合器13啮合。热力发动机15用来对储能器28、29充能量；在该情形中，热力发动机串联连接。除了中间离合器14之外，所有离合器（11、12、13）啮合。
应该指出的是，热力发动机15串联连接仅可对储能器28、29充能量，而不对电力牵引电动机19的电池21充电。
参照图2G，对车辆的牵引是三重混合的，其由三个马达提供：液压马达25、电动机19和热力发动机15。所有离合器11-14都啮合。
最后，参照图2H，液压马达25和热力发动机15对车辆提供牵引。除了电动机19的离合器13之外，所有离合器（11、12、14）都啮合。
图3示出车辆在相当常规运行中的速度曲线图（速度单位km/h），其是所行距离d的函数。
阶段I（OA）是用液压马达25的液压启动阶段。在该阶段结束（CA）时，在其完成之前，电动机19启动（BA），同时，车辆大约以20km/h速度前行。当车辆速度达到30km/h（A）时，继续用该电动机19进行牵引（AD），直到速度达到大约50km/h（D）。如果要求继续提高速度的话，则可单独用热力发动机15的牵引力来代替电力牵引力（DF）。在该情形中，可节约电动机19的电池中电量。否则，在阶段III的情形中，保持恒速前行（DE），由电动机19和热力发动机15同时提供牵引。如果步骤DE的速度足够的话，则在车辆在阶段IV中前行的同时减速（EG），对储能器28、29充能量是令人满意的。但如果该步骤速度太低，则在减速的同时不再能确保储能器充能量的恢复，在该情形中，这些储能器由热力发动机15充能量。

Claims (9)

1.一种陆上机动车辆，其包括：用以驱动车辆的电动机（19）和用以储存电能的相关装置（21）；用以驱动车辆的液压马达（25）和用以储存液压能量的相关装置（28、29）；以及热力发动机（15），热力发动机带有储存矿物能量的装置（18），该装置布置成串联连接，并对储存液压能量的装置（28、29）充液压能，但不是对与电力驱动的电动机相连的储存电能的装置（21）充电。
2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述热力发动机（15）布置成也作为车辆驱动马达而并联连接。
3.如权利要求1和2中的一项所述的车辆，其特征在于，电动机（19）、液压马达（25）和热力发动机（15）通过三个离合器（13、12、11）分别连接到传动轴（2）。
4.如权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述三个离合器（11-13）连同第四、中间离合器（14）和两个齿轮箱（23、24）形成了轴向活塞单元（31）。
5.如权利要求1至4中任一项所述的车辆，其特征在于，所述液压马达（25）是泵马达。
6.如权利要求1至5中任一项所述的车辆，其特征在于，所述电动机（19）是电动发电机。
7.一种管理陆上机动车辆的车上储存能量的方法，该机动车辆包括：用以驱动车辆的电动机（19）和用以储存电能的相关装置（21）；用以驱动车辆的液压马达（25）和用以储存液压能量的相关装置（28、29）；以及热力发动机（15），热力发动机带有储存矿物能量的装置（18），根据本方法，当车辆在行车时，热力发动机（15）不对储存电动机（19）电能的装置（21）进行充电，热力发动机能够对储存液压驱动马达（25）的液压能量的装置（28、29）充能量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据该方法，由于液压马达（25）是泵马达，因此当车辆减速时，液压马达（25）作为泵运行，其对储存液压能量的装置（28、29）充能量，同时制动车辆（8）。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据该方法，所述液压马达与泵组合，所述泵运行，其对储存液压能量的装置（28、29）充能量，同时制动车辆。
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