CN105291854A - 一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法，涉及电动交通工具技术领域。该系统通过将超级电容的一端与所述轮毂电机连接，所述超级电容的另一端分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和所述车载电器连接，使电动交通工具制动时，轮毂电机产生的感应电势为超级电容充电，使制动动能转化为电能存储在超级电容中，匀速行驶时，超级电容中存储的电能被重新利用，为车机装置和车载电器供电，同时为辅助电池充电，避免了直接为动力电池充电，再由动力电池供电，提高了系统的动能回收及利用效率，且动力电池的性能不会受到影响，进而延长了动力电池的使用寿命。

Description

一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法

技术领域

本发明涉及电动交通工具技术领域，尤其涉及一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法。

背景技术

当今汽车制动能量还是一种未充分开发利用的能源，在制动过程中大量的动能只能通过摩擦转化为热能消耗掉，这不但浪费了能源还致使汽车制动系统过早的磨损，增加了汽车使用成本；而且制动器的热衰退性问题成了汽车在这些工况下的安全隐患。

再生制动技术中,能量转换是第一步,其作用是进行制动和驱动转矩的变换,把汽车制动动能转换成其它形式的能量。

电动交通工具制动产生的电能通过升降压电路和整流滤波电路向动力电池直接充电，这样不仅会造成动能回收系统的电路过于复杂，而且，由于动力电池本身的特性，车载动力电池的充电性能有限，同时存在能量二次转化现象，因此，会导致动能回收系统的回收效率低下；另外，由于制动时间短暂，因此，会导致瞬时电流过大、产生急充电现象，会对车载动力电池的性能和使用寿命产生一定的影响。

所以，现有技术中，电动交通工具的动能回收系统直接向动力电池充电，由于动力电池难以实现短时间大功率充电，因此，导致了能量回收和利用效率偏低，且动力电池的使用寿命和性能会受到一定的影响。

而且，现有技术中的动能回收系统，使用超级电容器组作为直接制动能量存储单元，只是利用了超级电容器充放电快，比功率大的优点，而忽略了超级电容器存在着能量密度低、自放电速率高、不易长时间储能、电压低等缺点，且电动交通工具经常会出现频繁的再生制动，需要有较高电容量的储能装置，所以导致电动交通工具的动能回收系统使用的超级电容会出现体积加大、重量增加、自放电速率提高等现象，从而会严重影响电动交通工具的空间布置、运行性能以及成本价格。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电动交通工具动能回收及利用系统，所述动能回收及利用系统包括电路子系统，所述电路子系统包括：轮毂电机、超级电容、辅助电池、车机装置和车载电器，所述超级电容的一端与所述轮毂电机连接，所述超级电容的另一端分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和所述车载电器连接。

进一步地，所述电路子系统还包括开关，所述开关分别设置于所述轮毂电机与所述超级电容之间、所述超级电容与所述辅助电池、车机装置和车载电器之间、所述辅助电池与所述车机装置和所述车载电器之间。

优选地，所述开关为继电器开关。

进一步地，所述动能回收及利用系统还包括控制子系统，所述控制子系统包括：控制器、车速传感器和制动传感器，所述控制器的输入端分别与所述车速传感器和所述制动传感器连接，所述控制器的输出端分别与所述轮毂电机和所述继电器开关连接，所述车速传感器与所述轮毂电机连接，所述制动传感器与制动装置连接。

进一步地，所述电路子系统还包括DC/DC转换器，所述超级电容的另一端通过所述DC/DC转换器分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接。

优选地，所述轮毂电机内嵌在两个前轮或后轮里，所述超级电容位于所述轮毂电机的内侧。

优选地，所述辅助电池为磷酸铁锂电池。

一种电动交通工具动能回收及利用方法，包括如下步骤：

电动交通工具制动时，轮毂电机产生感应电势，所述轮毂电机与所述超级电容器连通，为所述超级电容器充电；同时，辅助电池分别与车机装置和车载电器连通，所述辅助电池为所述车机装置和所述车载电器供电；

电动交通工具匀速行驶时，所述超级电容器与所述轮毂电机断开连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和车载电器断开连接，所述超级电容器分别与所述辅助电池、车机装置和车载电器连通，所述超级电容器为辅助电池充电、为所述车机装置和车载电器供电。

优选地，通过如下方法实现自动控制：

电动交通工具制动时，制动传感器采集的制动装置的制动信号，并将制动信号传输至控制器，控制器接收到制动信号后，控制轮毂电机减速；使轮毂电机产生感应电势，车速传感器采集所述轮毂电机的减速信号，并将减速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关闭合，使感应电势为超级电容器充电；所述控制器接收到减速信号后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使辅助电池为车机装置和车载电器供电；同时，控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器断开；

电动交通工具匀速行驶时，车速传感器采集所述轮毂电机的匀速信号，并将匀速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关断开，同时，所述控制器控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使超级电容器为辅助电池充电、为车机装置和车载电器供电；同时，所述控制器接收到匀速后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关断开。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供了一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法，通过将超级电容的一端与所述轮毂电机连接，所述超级电容的另一端分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和所述车载电器连接，使电动交通工具制动时，轮毂电机产生的感应电势为超级电容充电，使制动动能转化为电能存储在超级电容中，匀速行驶时，超级电容中存储的电能被重新利用，为车机装置和车载电器供电，同时为辅助电池充电，使辅助电池能够在汽车制动时，为车机装置和车载电器供电，从而避免了直接为动力电池充电，再由动力电池供电，需要动力电池进行短时间大功率充电，所以，提高了系统的动能回收及利用效率；另外，由于动力电池不会出现瞬时电流过大和急充电现象，所以动力电池的性能不会受到影响，进而延长了动力电池的使用寿命；同时，采用本实施例提供的系统，动力电池无需为车机装置和车载电器供电，也间接的延长了动力电池的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电动交通工具动能回收及利用系统的结构示意图。

图中，各符号的含义如下：

1轮毂电机，2超级电容，3辅助电池，4车机装置，5车载电器，6开关，7控制器，8车速传感器，9制动传感器，10DC/DC转换器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种电动交通工具动能回收及利用系统，所述动能回收及利用系统包括电路子系统，所述电路子系统包括：轮毂电机1、超级电容2、辅助电池3、车机装置4和车载电器5，超级电容2的一端与轮毂电机1连接，超级电容2的另一端分别与辅助电池3、车机装置4和车载电器5连接，辅助电池3分别与车机装置4和车载电器5连接。

上述结构的系统，具体的工作过程为：

电动交通工具制动时，轮毂电机产生感应电势，所述轮毂电机与所述超级电容器连通，为所述超级电容器充电；同时，辅助电池分别与车机装置和车载电器连通，所述辅助电池为所述车机装置和所述车载电器供电；

电动交通工具匀速行驶时，所述超级电容器与所述轮毂电机断开连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和车载电器断开连接，所述超级电容器分别与所述辅助电池、车机装置和车载电器连通，所述超级电容器为辅助电池充电、为所述车机装置和车载电器供电。

与现有技术中，电动交通工具制动动能回收系统中直接为动力电池充电，需要的超级电容体积大，空间占用大，制造成本高的特点相比，本实施例中提供的系统，将超级电容与辅助电池结合使用，并且将制动产生的感应电势为超级电容充电，通过超级电容为辅助电池充电，或直接为车机装置和车载电器供电，再在制动时，由辅助电池为车机装置和车载电器供电，而无需直接为动力电池充电，也无需在电动交通工具发生制动时，动力电池既要充电，又要为车机装置和车载电器供电，而动力电池只需为电机和车内空调装置供电，所以，不会影响动力电池的性能，延长了动力电池的使用寿命，同时，由于动力电池无需急充电，再由动力电池供电，需要动力电池进行短时间大功率充电，所以，也提高了系统的动能回收及利用效率。

本发明实施例中，电路子系统还包括开关6，开关6分别设置于轮毂电机1与超级电容2之间、超级电容2与辅助电池3、车机装置4和车载电器5之间、辅助电池3与车机装置4和车载电器5之间。

通过开关的设置，可以比较方便的实现电路的连通和断开。比如，将轮毂电机与超级电容之间的开关闭合，即可以实现轮毂电机与超级电容的连通，将其打开，即可以实现轮毂电机与超级电容的断开。

本发明实施例中，开关6可以为继电器开关。

通过使用继电器开关可以实现对开关所在电路连通或断开的自动控制。

本发明实施例中，所述动能回收及利用系统还包括控制子系统，所述控制子系统包括：控制器7、车速传感器8和制动传感器9，控制器7的输入端分别与车速传感器8和制动传感器9连接，控制器7的输出端分别与轮毂电机1和继电器开关连接，车速传感器8与轮毂电机1连接，制动传感器9与制动装置连接。

上述结构的控制子系统，其工作过程为：

电动交通工具制动时，制动传感器采集的制动装置的制动信号，并将制动信号传输至控制器，控制器接收到制动信号后，控制轮毂电机减速，使轮毂电机产生感应电势，车速传感器采集所述轮毂电机的减速信号，并将减速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关闭合，使感应电势为超级电容器充电；所述控制器接收到减速信号后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使辅助电池为车机装置和车载电器供电；同时，控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器断开；

电动交通工具匀速行驶时，车速传感器采集所述轮毂电机的匀速信号，并将匀速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关断开，同时，所述控制器控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使超级电容器为辅助电池充电、为车机装置和车载电器供电；同时，所述控制器接收到匀速后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关断开。

通过上述结构的控制子系统，可以实现对系统的自动控制。

本发明实施例中，所述电路子系统还包括DC/DC转换器10，超级电容2的另一端通过DC/DC转换器10分别与辅助电池3、车机装置4和车载电器5连接。

DC/DC转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。本发明实施例中，通过使用该电压转换器，可以将存储在超级电容中的感应电势以固定电压输出给辅助电池、车机装置和车载电器。

本发明实施例中，轮毂电机1内嵌在两个前轮或后轮里，超级电容2位于轮毂电机1的内侧。

本发明实施例中，辅助电池3可以为磷酸铁锂电池。

如本领域技术人员可以理解的，辅助电池也可以为三元锂电池，但是，磷酸铁锂电池较三元锂电池成本低，易维护，且循环充电寿命长。

实施例二

本发明实施例提供了一种电动交通工具动能回收及利用方法，包括如下步骤：

电动交通工具制动时，轮毂电机产生感应电势，所述轮毂电机与所述超级电容器连通，为所述超级电容器充电；同时，辅助电池分别与车机装置和车载电器连通，所述辅助电池为所述车机装置和所述车载电器供电；

电动交通工具匀速行驶时，所述超级电容器与所述轮毂电机断开连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和车载电器断开连接，所述超级电容器分别与所述辅助电池、车机装置和车载电器连通，所述超级电容器为辅助电池充电、为所述车机装置和车载电器供电。

与现有技术中，电动交通工具制动动能回收系统中直接为动力电池充电，需要的超级电容体积大，空间占用大，制造成本高的特点相比，本实施例中提供的系统，将超级电容与辅助电池结合使用，并且将制动产生的感应电势为超级电容充电，通过超级电容为辅助电池充电，或直接为车机装置和车载电器供电，再在制动时，由辅助电池为车机装置和车载电器供电，而无需直接为动力电池充电，也无需在电动交通工具发生制动时，动力电池既要充电，又要为车机装置和车载电器供电，而动力电池只需为电机和车内空调装置供电，所以，不会影响动力电池的性能，延长了动力电池的使用寿命，同时，由于动力电池无需急充电，再由动力电池供电，需要动力电池进行短时间大功率充电，所以，也提高了系统的动能回收及利用效率。

本发明的一个优选实施例中，可以通过如下方法实现自动控制：

电动交通工具制动时，制动传感器采集的制动装置的制动信号，并将制动信号传输至控制器，控制器接收到制动信号后，控制轮毂电机减速，同时，动力电池停止给轮毂电机供电，轮毂电机中转子在惯性的作用下，做切割磁感线运动，使轮毂电机产生感应电势，车速传感器采集所述轮毂电机的减速信号，并将减速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关闭合，使感应电势为超级电容器充电；所述控制器接收到减速信号后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使辅助电池为车机装置和车载电器供电；同时，控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器断开；

电动交通工具匀速行驶时，车速传感器采集所述轮毂电机的匀速信号，并将匀速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关断开，同时，所述控制器控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使超级电容器为辅助电池充电、为车机装置和车载电器供电；同时，所述控制器接收到匀速后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关断开。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供了一种电动交通工具动能回收及利用系统和方法，通过将超级电容的一端与所述轮毂电机连接，所述超级电容的另一端分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和所述车载电器连接，使电动交通工具制动时，轮毂电机产生的感应电势为超级电容充电，使制动动能转化为电能存储在超级电容中，匀速行驶时，超级电容中存储的电能被重新利用，为车机装置和车载电器供电，同时为辅助电池充电，使辅助电池能够在汽车制动时，为车机装置和车载电器供电，从而避免了直接为动力电池充电，再由动力电池供电，需要动力电池进行短时间大功率充电，所以，提高了系统的动能回收及利用效率；另外，由于动力电池不会出现瞬时电流过大和急充电现象，所以动力电池的性能不会受到影响，进而延长了动力电池的使用寿命；同时，采用本实施例提供的系统，动力电池无需为车机装置和车载电器供电，也间接的延长了动力电池的使用寿命。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述动能回收及利用系统包括电路子系统，所述电路子系统包括：轮毂电机、超级电容、辅助电池、车机装置和车载电器，所述超级电容的一端与所述轮毂电机连接，所述超级电容的另一端分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和所述车载电器连接。

2.根据权利要求1所述的电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述电路子系统还包括开关，所述开关分别设置于所述轮毂电机与所述超级电容之间、所述超级电容与所述辅助电池、车机装置和车载电器之间、所述辅助电池与所述车机装置和所述车载电器之间。

3.根据权利要求2所述的电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述开关为继电器开关。

4.根据权利要求3所述的电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述动能回收及利用系统还包括控制子系统，所述控制子系统包括：控制器、车速传感器和制动传感器，所述控制器的输入端分别与所述车速传感器和所述制动传感器连接，所述控制器的输出端分别与所述轮毂电机和所述继电器开关连接，所述车速传感器与所述轮毂电机连接，所述制动传感器与制动装置连接。

5.根据权利要求1所述的电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述电路子系统还包括DC/DC转换器，所述超级电容的另一端通过所述DC/DC转换器分别与所述辅助电池、所述车机装置和所述车载电器连接。

6.根据权利要求1所述的电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述轮毂电机内嵌在两个前轮或后轮里，所述超级电容位于所述轮毂电机的内侧。

7.根据权利要求1所述的电动交通工具动能回收及利用系统，其特征在于，所述辅助电池为磷酸铁锂电池。

8.一种电动交通工具动能回收及利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

电动交通工具制动时，轮毂电机产生感应电势，所述轮毂电机与所述超级电容器连通，为所述超级电容器充电；同时，辅助电池分别与车机装置和车载电器连通，所述辅助电池为所述车机装置和所述车载电器供电；

电动交通工具匀速行驶时，所述超级电容器与所述轮毂电机断开连接，所述辅助电池分别与所述车机装置和车载电器断开连接，所述超级电容器分别与所述辅助电池、车机装置和车载电器连通，所述超级电容器为辅助电池充电、为所述车机装置和车载电器供电。

9.根据权利要求8所述的电动交通工具动能回收及利用方法，其特征在于，通过如下方法实现自动控制：

电动交通工具制动时，制动传感器采集的制动装置的制动信号，并将制动信号传输至控制器，控制器接收到制动信号后，控制轮毂电机减速；使轮毂电机产生感应电势，车速传感器采集所述轮毂电机的减速信号，并将减速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关闭合，使感应电势为超级电容器充电；所述控制器接收到减速信号后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使辅助电池为车机装置和车载电器供电；同时，控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器断开；

电动交通工具匀速行驶时，车速传感器采集所述轮毂电机的匀速信号，并将匀速信号传输至控制器，所述控制器控制轮毂电机与超级电容器之间的继电器开关断开，同时，所述控制器控制超级电容器与辅助电池、车机装置和车载电器之间的继电器开关闭合，使超级电容器为辅助电池充电、为车机装置和车载电器供电；同时，所述控制器接收到匀速后，控制辅助电池与车机装置和车载电器之间的继电器开关断开。