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技术领域

本发明属于汽车能量回收领域，尤其涉及到一种蓄电池与飞轮联合式怠速和制动能量回 收系统。

背景技术

由于石油资源的短缺，节能成为汽车产业必须克服的难关；汽车在怠速与制动时都会消 耗汽车的能量，尤其是在城市工况下，车流量较大且红绿灯较多，需要经常怠速等待和刹车 制动，这将会加大燃油消耗率造成能源浪费。

目前的能量回收形式有蓄电池和飞轮储能等，但一般只采用其中的一种形式，单一的储 能方式都存在各自的弱点，在使用蓄电池蓄能时，各方面性能都较好，但是功率密度较低， 充放电频率小，不能迅速的吸收大量能量，而在车辆制动或起动时需要获得大量的能量，这 使得蓄电池的应用受到很大的限制；而采用飞轮储能，在飞轮的转速与所驱动的转轴转速相 同时，飞轮会与转轴错开，飞轮中剩余的动能不能得到充分利用。

申请号为201320724622.X的专利中描述一种怠速启停控制系统，能够延长蓄电池的寿命 和对滑行能量进行有效回收的怠速启停控制系统。该专利将飞轮储存的能量直接通过飞轮发 电机发电回收利用，这样会降低能量的利用效率，在汽车启动时会需要大功率电动机带动汽 车启动。

针对上述存在的问题，采用蓄电池与储能飞轮联合式怠速和制动能量回收系统，利用蓄 电池与飞轮两种形式联合进行储能，将汽车制动时损耗的能量以飞轮储能的形式进行回收， 在怠速时为减少能量损耗用发电机进行发电并储存到蓄电池中，从而提高能源的利用效率。

发明内容

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种蓄电池与飞轮联合式怠速和制动能量回收系统，包括蓄电池与飞轮联合式怠速和制 动能量装置和电子控制单元；

蓄电池与飞轮联合式怠速和制动能量装置中，发动机输出轴与发动机飞轮输入轴连接； 发动机飞轮与起动齿轮啮合连接；起动齿轮输出轴与电磁离合器a一端连接；电磁离合器a 另一端与电机/发电机输入连接；

电机/发电机与蓄电池连接；

电机/发电机输出与电磁离合器b一端连接；电磁离合器b另一端与储能飞轮连接；

所述电子控制单元用于接收检测分析储能飞轮转速传感器、车速传感器、节气门位置传 感器、制动力和踏板行程传感器和发动机飞轮转速传感器采集的汽车运行模式信号，控制电 磁离合器a、电磁离合器b和电机/发电机结合或断开，从而用于实现对汽车的冷启动和怠速 模式、汽车的制动时能量回收和加速模式的控制和汽车储能飞轮剩余能量回收动力模式。

进一步的，所述电子控制单元包括输入模块、运算模块、离合器控制模块、电机/发电机 控制模块和输出模块；

所述输入模块输入端与AD转换相连接；AD转换分别与储能飞轮转速传感器、车速传感 器、节气门位置传感器、制动力和踏板行程传感器和发动机飞轮转速传感器连接；输入模块 输出端与运算模块输入端连接；运算模块输出端分别与离合器控制模块输入端、电机/发电机 控制模块输入端连接；离合器控制模块输出端与输出模块输入端连接；电机/发电机控制模块 输出端与输出模块输入端连接；输出模块输出端与电磁离合器a和电磁离合器b连接；

所述输入模块用于接收车速传感器的车速信号、制动力和踏板行程传感器的制动力和踏 板行程传感器信号和节气门位置传感器的节气门位置信号，发动机飞轮转速传感器的发动机 飞轮转速信号，储能飞轮转速传感器的储能飞轮转速信号，并将车速信号、制动力以及踏板 行程信号和节气门位置信号传送到运算模块；

所述运算模块根据车速信号计算汽车车速，判断汽车是否静止；根据节气门位置传感器 信号计算节气门的开度，判断节气门的位置；根据制动力以及踏板行程信号计算制动力的大 小和制动踏板的位置，判断汽车是否制动；根据发动机飞轮转速信号和储能飞轮转速信号， 判断发动机飞轮的转速是否大于储能飞轮的转速；并将计算得到的结果传送给离合器控制模 块、电机/发电机控制模块；

所述离合器控制模块根据汽车的点火信号和汽车是否静止，节气门的位置，汽车是否制 动以及发动机飞轮的转速是否大于储能飞轮的转速，生成离合器的控制指令，并将控制指令 传送到输出模块；电机/发电机控制模块根据汽车的点火信号和汽车是否静止，节气门的位置， 汽车是否制动以及发动机飞轮的转速是否大于储能飞轮的转速，生成所述电机/发电机的模式 控制指令和电机工作指令，并传送到所述输出模块；

所述输出模块根据离合器的控制指令分别控制电磁离合器a和电磁离合器b的结合与断 开；根据电机/发电机的模式控制指令和电机工作指令控制电机/发电机的工作模式和电机运 转。

进一步的，所述汽车的冷启动和怠速模式：

汽车发动机冷启动模式：电子控制单元检测到点火信号后分析判断出发动机进行冷启动， 电子控制单元发出信号使电磁离合器a结合，此时电机/发电机为电机模式，电机/发电机通电 带动发动机飞轮转动，当电子控制单元检测到发动机成功启动后，控制电磁离合器a迅速断 开，以防止电机/发电机超速转动；

汽车的怠速能量回收模式：车速传感器和节气门位置传感器将分别检测的车速和节气门 开度信号输入到电子控制单元，电子控制单元判断汽车处于怠速状态时发出信号控制电磁离 合器a结合，此时电机/发电机为发电机模式进行发电并将电能储存到蓄电池中，回收怠速时 损耗的能量。

进一步的，所述汽车的制动时能量回收和加速模式：

汽车制动时能量回收模式：在行驶过程中，制动力和踏板行程传感器将检测的信号输入 到电子控制单元，电子控制单元判断汽车进行制动时发出信号控制电磁离合器a和电磁离合 器b结合，此时电机/发电机为空转模式，发动机将动力传给发动机飞轮传输到储能飞轮，从 而驱动储能飞轮高速转动，从而将制动能量转化为动能储存在储能飞轮中，发动机飞轮转速 传感器和储能飞轮转速传感器检测转速信号给电子控制单元，电子控制单元根据接收到的信 号分析出储能飞轮和发动机飞轮转速相同时，发出信号使得电磁电磁离合器b断开；

汽车的加速模式：节气门位置传感器将检测的节气门开度信号输入到电子控制单元，电 子控制单元判断汽车进行加速时发出信号控制控制电磁离合器a和电磁离合器b结合，此时 电机/发电机为空转模式，储能飞轮将储存的动力传递到发动机飞轮，驱动发动机飞轮转动， 使汽车加速前进；

汽车储能飞轮剩余能量回收动力模式：

发动机飞轮转速传感器和储能飞轮转速传感器将检测的转速信号输入电子控制单元，电 子控制单元判断出发动机飞轮转速大于储能飞轮转速时控制电磁电磁离合器a断开，此时电 机/发电机为发电机模式回收储能飞轮的动能并储存在蓄电池中，当电子控制单元分析出储能 飞轮的转速为零时断开电磁离合器b。

有益效果：

1.利用储能飞轮与蓄电池联合储能，有利于减少单一模式时蓄电池功率密度低，不能迅 速吸收转化大量能量，以及寿命短的缺点；同时有利于减少储能飞轮剩余能量的损耗，提高 能量回收效率；

2.使用储能飞轮能够高效的回收制动能量，同时蓄电池储存怠速时回收能量；减少能量 损耗，提高发动机的燃油效率，节约燃油；

3.使用电机/发电机代替原来的起动电机，既起到汽车启动又起到回收怠速能量的作用， 由于在两端与电磁离合器连接，使电磁离合器代替原有的传动结构，在汽车启动后断开离合 器，从而防止电机在发动机驱动下超速；

4.本发明以原有的电子控制系统为基础，节约了制造成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明电子控制系统结构原理示意图；

图3为本发明汽车启动时动力传递路线图；

图4为本发明汽车怠速时动力传递路线图；

图5为本发明汽车制动时动力传递路线图；

图6为本发明汽车制动后前进时动力传递路线图；

图7为本发明储能飞轮剩余能量回收动力传递路线图；

附图标记如下：

1-发动机；2-发动机飞轮；5-储能飞轮转速传感器；6-储能飞轮7-电磁离合器b；8-电机/ 发电机；9-蓄电池；10-电磁离合器a；11-起动齿轮；12-电子控制单元；13-车速传感器； 14-节气门位置传感器；15-制动力和踏板行程传感器；16-发动机飞轮转速传感器；

具体实施方式

一种蓄电池与飞轮联合式怠速和制动能量回收系统，包括蓄电池与飞轮联合式怠速和制 动能量装置和电子控制单元12；

蓄电池与飞轮联合式怠速和制动能量装置中，发动机1输出轴与发动机飞轮2输入轴连 接；发动机飞轮2与起动齿轮11啮合连接；起动齿轮11输出轴与电磁离合器a10一端连接； 电磁离合器a10另一端与电机/发电机8输入连接；

电机/发电机8与蓄电池9连接；

电机/发电机8输出与电磁离合器b7一端连接；电磁离合器b7另一端与储能飞轮6连接；

所述电子控制单元12用于接收检测分析储能飞轮转速传感器5、车速传感器13、节气门 位置传感器14、制动力和踏板行程传感器15和发动机飞轮转速传感器16采集的汽车运行模 式信号，控制电磁离合器a10、电磁离合器b7和电机/发电机8结合或断开，从而用于实现对 汽车的冷启动和怠速模式、汽车的制动时能量回收和加速模式的控制和汽车储能飞轮剩余能 量回收动力模式。

其中，所述电子控制单元12包括输入模块、运算模块、离合器控制模块、电机/发电机 控制模块和输出模块；

所述输入模块输入端与AD转换相连接；AD转换分别与储能飞轮转速传感器5、车速传 感器13、节气门位置传感器14、制动力和踏板行程传感器15和发动机飞轮转速传感器16连 接；输入模块输出端与运算模块输入端连接；运算模块输出端分别与离合器控制模块输入端、 电机/发电机控制模块输入端连接；离合器控制模块输出端与输出模块输入端连接；电机/发电 机控制模块输出端与输出模块输入端连接；输出模块输出端与电磁离合器a10和电磁离合器 b7连接；

所述输入模块用于接收车速传感器13的车速信号、制动力和踏板行程传感器15的制动 力及踏板行程信号和节气门位置传感器14的节气门位置信号，发动机飞轮转速传感器16的 发动机飞轮转速信号，储能飞轮转速传感器5的储能飞轮6转速信号，并将车速信号、制动 力以及踏板行程信号和节气门位置信号传送到运算模块；

所述运算模块根据车速信号计算汽车车速，判断汽车是否静止；根据节气门位置传感器 信号计算节气门的开度，判断节气门的位置；根据制动力以及踏板行程信号计算制动力的大 小和制动踏板的位置，判断汽车是否制动；根据发动机飞轮转速信号和储能飞轮转速信号， 判断发动机飞轮的转速是否大于储能飞轮的转速；并将计算得到的结果传送给离合器控制模 块、电机/发电机控制模块；

所述离合器控制模块根据汽车的点火信号和汽车是否静止，节气门的位置，汽车是否制 动以及发动机飞轮的转速是否大于储能飞轮的转速，生成离合器的控制指令，并将控制指令 传送到输出模块；电机/发电机控制模块根据汽车的点火信号和汽车是否静止，节气门的位置， 汽车是否制动以及发动机飞轮的转速是否大于储能飞轮的转速，生成所述电机/发电机的模式 控制指令和电机工作指令，并传送到所述输出模块；

所述输出模块根据离合器的控制指令分别控制电磁离合器a10和电磁离合器b7的结合与 断开；根据电机/发电机的模式控制指令和电机工作指令控制电机/发电机8的工作模式和电机 运转。

所述汽车的冷启动和怠速模式：

汽车发动机1冷启动模式：电子控制单元12检测到点火信号后分析判断出发动机1进行 冷启动，电子控制单元12发出信号使电磁离合器a10结合，此时电机/发电机8为电机模式， 电机/发电机8通电带动发动机飞轮2转动，当电子控制单元12检测到发动机1成功启动后， 控制电磁离合器a10迅速断开，以防止电机/发电机8超速转动；

汽车的怠速能量回收模式：车速传感器13和节气门位置传感器14将分别检测的车速和 节气门开度信号输入到电子控制单元12，电子控制单元12判断汽车处于怠速状态时发出信 号控制电磁离合器a10结合，此时电机/发电机8为发电机模式进行发电并将电能储存到蓄电 池9中，回收怠速时损耗的能量。

所述汽车的制动时能量回收和加速模式：

汽车制动时能量回收模式：在行驶过程中，制动力和踏板行程传感器15将检测的信号输 入到电子控制单元12，电子控制单元12判断汽车进行制动时发出信号控制电磁离合器a10 和电磁离合器b7结合，此时电机/发电机8为空转模式，发动机1将动力传给发动机飞轮2 传输到储能飞轮6，从而驱动储能飞轮6高速转动，从而将制动能量转化为动能储存在储能 飞轮6中，发动机飞轮转速传感器16和储能飞轮6转速传感器5检测转速信号给电子控制单 元12，电子控制单元12根据接收到的信号分析出储能飞轮6和发动机飞轮2转速相同时， 发出信号使得电磁电磁离合器b7断开；

汽车的加速模式：节气门位置传感器14将检测的节气门开度信号输入到电子控制单元 12，电子控制单元12判断汽车进行加速时发出信号控制控制电磁离合器a10和电磁离合器 b7结合，此时电机/发电机8为空转模式，储能飞轮6将储存的动力传递到发动机飞轮2，驱 动发动机飞轮2转动，使汽车加速前进；

汽车储能飞轮剩余能量回收动力模式：

发动机飞轮转速传感器16和储能飞轮转速传感器5将检测的转速信号输入电子控制单元 12，电子控制单元12判断出发动机飞轮2转速大于储能飞轮6转速时控制电磁电磁离合器 a10断开，此时电机/发电机8为发电机模式回收储能飞轮6的动能并储存在蓄电池9中，当 电子控制单元12分析出储能飞轮6的转速为零时断开电磁离合器b7。

结合附图对发明进一步的描述：

结合附图1本发明的结构示意图，本发明利用电机/发电机8与储能飞轮6串联的形式， 从电机/发电机8回收汽车怠速时损耗的能量，储能飞轮6回收制动能量，汽车起步时，储能 飞轮6释放能量辅助汽车起步和加速，同时由于储能飞轮6与电机/发电机8串联，当储能飞 轮6辅助汽车起步后，剩余的能量又可以利用发电机8发电回收，使能量得到有效的回收利 用。

电机/发电机8在汽车启动时起到起动电机的作用，在汽车怠速时作为发电机进行发电； 电机/发电机8系统的两端分别与电磁离合器a10和电磁离合器b7相连接，以控制动力的传 递路线，电机/发电机8的输出端与电磁离合器a10连接，电磁离合器a10输出与起动齿轮11 连接，起动齿轮11与发动机飞轮2啮合；电机/发电机8的另一端与电磁离合器b7连接，电 磁离合器b7输出端与储能飞轮6连接；储能飞轮6用来储存汽车制动时的制动能量，当汽车 停止制动向前前进时，储能飞轮6释放能量带动汽车前进。

结合附图2为本发明电子控制系统结构原理示意图，电子控制单元12是在原有的控制单 元基础上实现的，电子控制单元12是由输入模块，运算模块、离合器控制模块、电机发电机 控制模块、输出模块组成；

电子控制单元12的输入模块经定时器、AD转换等硬件，与车速传感器13、制动力以及 踏板行程传感器15、节气门位置传感器14、发动机飞轮转速传感器16储能飞轮转速传感器 5电连接；

电子控制单元12输入端主要检测车速传感器13、节气门传感器14、制动力以及踏板行 程传感器15、发动机飞轮转速传感器16和储能飞轮转速传感器5的信号；输出端实现对电 磁离合器a10和电磁离合器b7以及电机/发电机8的控制，车速传感器19主要检测汽车的运 行速度，节气门位置传感器20检测节气门的开度，用来判断汽车处于怠速还是行驶状态；制 动力以及踏板行程传感器18，主要判断汽车是否进行制动，以控制制动能量回收；发动机飞 轮转速传感器16和储能飞轮转速传感器5主要测量发动机飞轮2和储能飞轮6的转速。

结合附图3本发明汽车启动时动力传递路线图，汽车启动时，电子控制单元12控制电磁 离合器a10结合，电机/发电机8为电机模式做为起动电机，其动力传输路径是电机/发电机8 输出动力，经电磁离合器a10和起动齿轮11带动发动机飞轮2转动；当汽车启动后，电磁离 合器a10迅速断开，以防止电机超速。

结合附图4本发明汽车怠速时动力传递路线图，汽车怠速能量回收过程，电子控制单元 12控制电磁离合器a10结合，电机/发电机8为发电机模式，其动力传输路径为发动机飞轮2 输出的动力，经起动齿轮11和电磁离合器a10驱动电机/发电机8发电，最后将电能储存到 蓄电池9中。

结合附图5本发明汽车制动时动力传递路线图，汽车制动能量回收时，电子控制单元12 控制电磁离合器a10和电磁离合器b7同时结合，电机/发电机8为空转状态，其动力传输路 径为发动机飞轮2的动力，经起动齿轮11、电磁离合器a10和电磁离合器b7驱动储能飞轮6 高速转动，使储能飞轮6回收制动能量。

结合附图6本发明汽车制动后前进时动力传递路线图，汽车制动后起步时，驾驶员踩下 加速踏板，电子控制单元12根据节气门位置传感器14检测的节气门开度信号，判断汽车进 行加速，然后控制电磁离合器全部结合，电机/发电机8为空转模式，动力传递路径为储能飞 轮6的动力，经电磁离合器b7、电磁离合器a10和起动齿轮11，带动发动机飞轮2转动，使 汽车加速前行。

结合附图7本发明储能飞轮剩余能量回收动力传递路线图，当储能飞轮6与发动机飞轮 的转速相同时，电子控制单元12控制电磁离合器a10断开，电机/发电机8为发电机模式， 此时动力传递路径为储能飞轮6剩余的动力，经电磁离合器b7带动电机/发电机8发电，进 一步回收能量。

结合具体实施例进一步说明：

一种蓄电池与飞轮联合式怠速和制动能量回收系统，包括电子控制单元12、检测机构和 执行机构；所述电子控制单元12接收检测机构检测到的执行机构的信号，并对接收到的执行 机构的信号进行分析处理，发出信号控制执行机构的动作；所述检测机构包括储能飞轮转速 传感器5、车速传感器13、节气门位置传感器14、制动力和踏板行程传感器15和发动机飞 轮转速传感器16；所述执行机构包括依次连接的发动机1、发动机飞轮2、起动齿轮11、电 磁离合器a10、电机8、电磁离合器b7和储能飞轮6；所述发动机飞轮2与起动齿轮11啮合 连接；所述电机8与蓄电池9连接。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本 发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均 属于本发明的保护范围。