一种液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置及能源车

摘要

本发明公开了一种液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置及能源车，包括定量泵、变量马达、二位三通换向阀、三位四通换向阀、两级蓄能器、若干用于控制油液导通的单向阀及储存油液的油箱。以泵控马达液压系统驱动负载，使能量传输过程的损耗降到最小。通过适时切换二位三通换向阀可实现两个风动液压泵的串联与并联工作模式互换，从而更好地适应低风速与高风速的工况环境。采用两级蓄能器使得储能环节与供能环节相互独立，消除了能量回收过程中因随机因素对能量输出的干扰。采用发明所述液压系统的可再生能源车无需燃料，十分环保，工作不受风速风向限制，应用广泛，适合于中低载荷中低速的轻型车，如旅游景区的小型摆渡车、观光车等。

说明书

技术领域

本发明属于流体压力控制机构领域，具体涉及一种液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置及能源车。

背景技术

随着全球能源危机与环境问题的日益突出，可再生能源的开发和利用已成为世界各国争相追逐的热点。风能、太阳能发电在过去的可再生能源利用中扮演了重要角色，给电力能源行业带来新的发展机遇。然而，利用可再生能源发电会受到较多因素的限制，如风力、场地等自然环境因素，以及一次性大规模投入等经济因素。因此，拓宽其应用范围是进一步开发和利用可再生能源的有效途径。可再生能源车以其零消耗零污染的独特环保优势成为可再生能源利用的一个重要方向。以风能为例，若车辆能回收风能作为动力则可摆脱燃料的限制，从流动的空气中获得能量。由于地面附近的风速和风向变化不定，难以持续供能，给车辆前进所需动力的连续性造成影响，因此研制适用于不同工况环境条件下的风能回收装置是解决该类应用的关键问题。同时，能量的收集存储与驱动负载所需动力的分配均存在较大的随机性，因此必须采取有效措施使得在不影响能量回收与分配的情况下消除二者的相互干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置及能源车，该装置结构设计合理，能够有效提高系统能量传输和利用效率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置，包括第一定量泵、第二定量泵、变量马达、二位三通换向阀、三位四通换向阀、两级蓄能器、若干用于控制油液导通的单向阀及储存油液的油箱；

第一定量泵和第二定量泵均与二位三通换向阀相连，二位三通换向阀能够通过切换工作位确定第一定量泵和第二定量泵串联或并联；

所述两级蓄能器包括用于储能的第一蓄能器、第二蓄能器，以及用于供能的第三蓄能器、第四蓄能器；第二定量泵的出油口通过管路与第一蓄能器相连，第一蓄能器的出油口通过管路与第二蓄能器的进油口相连，第二蓄能器通过管路与二位三通换向阀相连；第三蓄能器和第四蓄能器均与三位四通换向阀相连；三位四通换向阀的回油口与变量马达的进油口相连，变量马达的出油口与第一定量泵的进油口相连；

第一定量泵的输出轴端设有集风装置，第二定量泵的输出轴端设有叶轮，变量马达的输出轴端设有传动装置。

第一定量泵的进油口与第一单向阀的出油口、第二单向阀的进油口相连，第一定量泵的出油口与第三单向阀的进油口、二位三通换向阀的进油口相连；

第二定量泵的进油口与第四单向阀的出油口、二位三通换向阀的出油口相连，第二定量泵的出油口与第五单向阀的进油口及第六单向阀的进油口相连；

第三单向阀的出油口与第五单向阀的出油口均通过管路与溢流阀的进油口相连。

第一单向阀的进油口、第二单向阀的出油口、第四单向阀的进油口及溢流阀的出油口分别通过管路连接油箱。

在第二定量泵与第一蓄能器相连的管路上设有第六单向阀，第六单向阀的出油口与第一蓄能器及第七单向阀的进油口相连；

在第二蓄能器与二位三通换向阀相连的管路上设有第八单向阀，第八单向阀和第七单向阀之间设有第九单向阀；二位三通换向阀的出油口与第八单向阀的进油口相连，第八单向阀的出油口、第九单向阀的进油口分别与第二蓄能器相连；第七单向阀的出油口分别与第九单向阀的出油口及三位四通换向阀进油口相连。

还包括与第三蓄能器相连的第一压力继电器，与第四蓄能器相连的第二压力继电器，所述三位四通换向阀的第一出油口与第三蓄能器和第一压力继电器连接，第二出油口与第四蓄能器和第二压力继电器连接。

所述的集风装置包括两组对称设置的叶片和两组对称设置的楔形导风槽；第一叶片和第三叶片的形状相同，迎风面朝上，沿回转轴线反对称布置；第二叶片和第四叶片的形状相同，迎风面朝下，沿回转轴线反对称布置；第一楔形导风槽和第三楔形导风槽形状相同，能够使收集的风流动方向向下倾斜，沿回转轴线反对称布置，分别收集前后两个方向的风推动第一叶片和第三叶片逆时针转动；第二楔形导风槽和第四楔形导风槽形状相同，能够使收集的风流动方向向上倾斜，沿回转轴线反对称布置，分别收集左右两个方向的风推动第二叶片和第四叶片逆时针转动。

本发明还公开了基于上述的液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置的能源车，包括车身，液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置的集风装置置于车身顶部，用于回收流过车辆顶部的风能；在集风装置顶部设置太阳能板，用于回收太阳能为电控系统提供电源；叶轮安装于车身的前端，用于收集车行进过程中迎面流过的风能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置，采用(定量泵)液压泵与两级蓄能器作为能量回收和存储元件，提高了整个系统能量传输和利用效率，同时储能与放能环节独立工作消除了外界工作环境对驱动负载的动力源释放能量过程的干扰。定量泵串并联可切换工作模式配合专门设计的集风装置使得应用现场环境条件对能量回收利用的影响降到了最低。具体优势体现如下：

1、以定量泵作为能量回收元件、蓄能器作为能量储存元件和负载动力源直接驱动负载，整个系统能量传递和转化效率高、损失小；

2、通过适时切换二位三通换向阀可实现两个风动定量泵的串联与并联工作模式互换，通过改变定量泵的串并联方式以适应更宽风能密度范围下的能量回收操作，从而更好地适应低风速与高风速的工况环境，降低了风速变化对能量回收系统的影响；

3、采用两级蓄能器分别作为能量回收和动力源输出装置，使得储能环节与供能环节相互独立，消除了储能过程对输出动力蓄能器供油压力的影响，消除了能量回收过程中因随机因素对能量输出的干扰，便于实施负载控制。

进一步地，集风装置包括两组对称设置的叶片和两组对称设置的楔形导风槽，特殊设计的集风装置可以使通过车顶部任意方向的风力都能够被收集并驱动叶片向同一方向转动，从而简化了液压系统的设计。

本发明公开的基于上述液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置的能源车，车顶部装有太阳能板以及车顶部和前面装有风机叶片，可分别回收太阳能转化为电能储存以及风能转化为液压能储存，前者满足控制系统的供电需求，后者为整车提供主动力。采用本发明所述液压系统的可再生能源车无需燃料，使得整个可再生能源车实现了零消耗零排放，十分环保，且其工作不受风速风量限制，应用广泛，特别适合于中低载荷中低速的轻型车，如旅游景区的小型摆渡车、观光车等。

附图说明

图1为本本发明的液压系统原理图；

图2为本发明的集风装置结构示意图；

图3为本发明的能源车结构示意图。

其中，1为油箱；2为第一单向阀；3为第一定量泵；4为集风装置；4.1为第一叶片；4.2为第二叶片；4.3为第三叶片；4.4为第四叶片；5为二位三通换向阀；6为第四单向阀；7为第二定量泵；8为叶轮；9.1为第三单向阀；9.2为第五单向阀；10为溢流阀；11为第六单向阀；12为第一蓄能器；13为第二蓄能器；14.1为第七单向阀；14.2为第九单向阀；15为第八单向阀；16为三位四通换向阀；17为第三蓄能器；18为第四蓄能器；19为第一压力继电器；20为第二压力继电器；21为变量马达；22为传动装置；23为第二单向阀；24.1为第一楔形导风槽；24.2为第二楔形导风槽；24.3为第三楔形导风槽；24.4为第四楔形导风槽；25为太阳能板；26为车身。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明的液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置中，第一定量泵3的进油口与第一单向阀2的出油口B2、第二单向阀23进油口A23、变量马达21出油口相连，第一定量泵3的出油口与第三单向阀9.1的进油口A9.1、二位三通换向阀5的进油口P5相连，第一定量泵3的输出轴与集风装置4刚性连接；第二定量泵7的进油口与第四单向阀6的出油口B6、二位三通换向阀5的出油口A5相连，第二定量泵7的出油口与单向阀9.2、11的进油口A9.2、A11相连，输出轴与叶轮8刚性连接；第三单向阀9.1出油口B9.1与第五单向阀9.2出油口B9.2以及溢流阀10进油口P10相连；第一单向阀2进油口A2、第二单向阀23出油口B23、第四单向阀6进油口A6、溢流阀10出油口T10分别与油箱1连接；第六单向阀11出油口B11与第一蓄能器12及第七单向阀14.1进油口A14.1相连；二位三通换向阀5出油口B5与第八单向阀15进油口A15相连；第八单向阀15出油口B15、第九单向阀14.2进油口A14.2分别与第二蓄能器13相连；第七单向阀14.1出油口B14.1与第九单向阀14.2出油口B14.2及三位四通换向阀16进油口P16相连；三位四通换向阀16出油口A16与第三蓄能器17和第一压力继电器19连接，出油口B16与第四蓄能器18和第二压力继电器20连接，回油口T16连接变量马达21进油口；变量马达21输出轴与传动装置22刚性连接。

如图2所示，本发明的集风装置4包括第一叶片4.1、第二叶片4.2、第三叶片4.3、第四叶片4.4和第一楔形导风槽24.1、第二楔形导风槽24.2、第三楔形导风槽24.3、第四楔形导风槽24.4；第一叶片4.1和第三叶片4.3形状相同，迎风面朝上，沿回转轴线反对称布置，第二叶片4.2和第二叶片4.4形状相同，迎风面朝下，沿回转轴线反对称布置；第一楔形导风槽24.1和第三楔形导风槽24.3形状相同，均使收集的风流动方向向下倾斜，沿回转轴线反对称布置，分别收集前后两个方向的风推动第一叶片4.1和第三叶片4.3逆时针转动；第二楔形导风槽24.2和第四楔形导风槽24.4形状相同，均使收集的风流动方向向上倾斜，沿回转轴线反对称布置，分别收集左右两个方向的风推动第二叶片4.2和第四叶片4.4逆时针转动。集风装置4可以收集来自任何方向的风且能够确保第一定量泵3始终被驱动朝一个固定的方向转动。

如图3所示，本发明的集风装置4位于车身26顶部，用于回收流过车辆顶部的风能；集风装置4顶上安装太阳能板25，用于回收太阳能并储存为电控系统提供电源；叶轮8安装于车身26前端，用于收集车行进过程中迎面流过的风能。

本发明的工作原理如下：

安装于车身26前部的叶轮8在风力作用下带第二动定量泵7转动，由于叶轮8始终迎风工作，其回转方向恒定不变。安装于车身26顶部的集风装置4可回收来自各个方向的风力。当风流进第一楔形导风槽24.1时，被收集的风将推动第一叶片4.1带动第一定量泵3沿逆时针方向回转。当风流进第二楔形导风槽24.2时，被收集的风将推动第二叶片4.2带动第一定量泵3沿逆时针方向回转。当风流进第三楔形导风槽24.3时，被收集的风将推动第三叶片4.3带动第一定量泵3仍沿逆时针方向回转。当风流进第四楔形导风槽24.4时，被收集的风将推动第四叶片4.4带动第一定量泵3仍沿逆时针方向回转。因此，不论风向如何，集风装置4始终能够保证第一定量泵3沿同一方向回转，在本发明中该回转方向须与第二定量泵7的回转方向保持一致。

当风力较小时，二位三通换向阀5电磁铁断电，工作在左位，第一定量泵3与第二定量泵7串联。在第一定量泵3的作用下，油箱1中的液压油经第一单向阀2流入第一定量泵3的进油口，经第一定量泵3增压后从出油口流出至第三单向阀9.1进油口A9.1和二位三通换向阀5的进油口P5。此时，第三单向阀9.1正向导通，高压油流过第三单向阀9.1至溢流阀10进油口P10和第五单向阀9.2出油口B9.2，第五单向阀9.2反向截止。当工作压力未达到溢流阀10设定压力时，溢流阀10关闭。压力油经二位三通换向阀5进油口P5流入，出油口A5流出至定量泵7进油口和第四单向阀6出油口B6。由于第四单向阀6反向截止，压力油经第二定量泵7增压后从出油口流出至第六单向阀11、第五单向阀9.2的进油口A11、A9.2。第五单向阀9.2正向导通，压力油经出油口B9.2流出至第三单向阀9.1出油口B9.1和溢流阀10进油口P10，第三单向阀9.1反向截止。当工作压力未达到溢流阀10设定压力时，溢流阀10关闭。压力油从第六单向阀11出油口B11流出至第一蓄能器12、第七单向阀14.1进油口A14.1。第七单向阀A14.1正向导通，压力油经出油口B14.1流出至第九单向阀14.2出油口B14.2和三位四通换向阀16进油口P16。由于第九单向阀14.2反向截止，三位四通换向阀16电磁铁断电工作于中位，进油口P16截止。因此，第一定量泵3和第二定量泵7输出的高压油充入第一蓄能器12中。当第一定量泵3和第二定量泵7的流量不匹配时，若第一定量泵3流量大于第二定量泵7造成流量过剩导致第一定量泵3出口压力过高，当高于溢流阀10设定压力时，溢流阀开启使过剩流量经第三单向阀9.1、溢流阀10从出油口T10流回油箱；若第一定量泵3流量小于第二定量泵7造成流量不足导致第二定量泵7进油口吸空，第四单向阀6导通，油箱中的油液经单向阀进油口A6、出油口B6至第二定量泵7进油口以补充不足流量。当第一蓄能器12充油压力高于溢流阀10设定压力时，溢流阀开启使过剩流量经第五单向阀9.2、溢流阀10从出油口T10流回油箱。

当风力较大时，二位三通换向阀5电磁铁通电，工作在右位，第一定量泵3与第二定量泵7并联。在第一定量泵3的作用下，油箱1中的液压油经单向阀2流入第一定量泵3的进油口，经第一定量泵3增压后从出油口流出至第三单向阀9.1进油口A9.1和二位三通换向阀5的进油口P5。此时，第三单向阀9.1正向导通，高压油流过第三单向阀9.1至溢流阀10进油口P10和单向阀9.2出油口B9.2，第五单向阀9.2反向截止。当工作压力未达到溢流阀10设定压力时，溢流阀10关闭。压力油经二位三通换向阀5进油口P5流入，出油口B5流出至第八单向阀15进油口A15，第八单向阀15正向导通，压力油经第八单向阀15出油口B15流至第二蓄能器13和第九单向阀14.2进油口A14.2，第九单向阀14.2正向导通，压力油经第九单向阀14.2出油口B14.2至第七单向阀14.1出油口和三位四通换向阀16进油口P16。由于第七单向阀14.1反向截止，三位四通换向阀16电磁铁断电工作于中位，进油口P16截止。因此，第一定量泵3输出的高压油充入第二蓄能器13中。由于二位三通换向阀5出油口A5截止，在第二定量泵7作用下油箱中的液压油经第四单向阀6流至第二定量泵7进油口，此时第四单向阀6正向导通。液压油经第二定量泵7增压后从出油口流出至第六单向阀11、第五单向阀9.2的进油口A11、A9.2。第五单向阀9.2正向导通，压力油经出油口B9.2流出至第三单向阀9.1出油口B9.1和溢流阀10进油口P10，第三单向阀9.1反向截止。当工作压力未达到溢流阀10设定压力时，溢流阀10关闭。压力油从第六单向阀11出油口B11流出至第一蓄能器12、第七单向阀14.1进油口A14.1。第七单向阀A14.1正向导通，压力油经出油口B14.1流出至第九单向阀14.2出油口B14.2和三位四通换向阀16进油口P16。由于第九单向阀14.2反向截止，三位四通换向阀16电磁铁断电工作于中位，进油口P10截止。因此，第二定量泵7输出的高压油充入第一蓄能器12中。当第一蓄能器12或第二蓄能器13充油压力高于溢流阀10设定压力时，溢流阀10开启使高压油经第五单向阀9.2或第三单向阀9.1、溢流阀10溢流回油箱。

当三位四通换向阀16左边电磁铁通电，工作于左位，进油口P16的压力油经出油口B16至第四蓄能器18和第二压力继电器20，第四蓄能器18处于充油状态。此时三位四通换向阀16出油口A16与回油口T16连通，第三蓄能器17中的高压油经三位四通换向阀16流至变量马达21进油口，驱动变量马达21带动传动装置22转动。液压油从变量马达21出油口流至单向阀23进油口A23、第一单向阀2出油口B2和第一定量泵3进油口，第一单向阀2反向截止，在第一定量泵3进油口吸油负压的作用下变量马达21出油口的液压油优先流至第一定量泵3进油口进行流量补给。当变量马达21出油口液压油流量大于第一定量泵3进油口需求时，多余流量将从第二单向阀23进油口A23流入、出油口B23流出回到油箱。

第一压力继电器19实时检测第三蓄能器17中油液压力，当该压力低于设定值时，三位四通换向阀16右边电磁铁通电，工作于右位，P16口的压力油经出油口A16至第三蓄能器17和第一压力继电器19，第三蓄能器17处于充油状态。此时三位四通换向阀16出油口B16与回油口T16连通，第四蓄能器18中的高压油经三位四通换向阀16流至变量马达21进油口，驱动变量马达21带动传动装置22转动。液压油从变量马达21出油口流至第二单向阀23进油口A23、第一单向阀2出油口B2和第一定量泵3进油口，第一单向阀2反向截止，在第一定量泵3进油口吸油负压的作用下变量马达21出油口的液压油优先流至第一定量泵3进油口进行流量补给。当变量马达21出油口液压油流量大于第一定量泵3进油口需求时，多余流量将从第二单向阀23进油口A23流入、出油口B23流出回到油箱。

第二压力继电器20实时检测第四蓄能器18中油液压力，当该压力低于设定值时，三位四通换向阀16左边电磁铁通电，工作于左位，第一蓄能器17供油，第四蓄能器18充油。

当第一压力继电器19和第二继电器20检测到第三蓄能器17和第四蓄能器18中油液压力均低于设定值时，三位四通换向阀16左右电磁铁均断电，工作于中位，各油口截止，变量马达21停止工作。

通过调节变量马达21的排量可以实现输出转速、扭矩以及回转方向的控制，从而满足不同负载工况的需求。安装于集风装置4顶部的太阳能板25回收太阳能并储存为液压元件电控系统提供电源。

综上所述，本发明公开的液压驱动的可再生能源车能量回收与利用装置，采用蓄能器作为能量存储装置和动力源，以泵控马达液压系统驱动负载，使能量传输过程的损耗降到最小。通过适时切换二位三通换向阀可实现两个风动液压泵的串联与并联工作模式互换，从而更好地适应低风速与高风速的工况环境。采用两级蓄能器使得储能环节与供能环节相互独立，消除了能量回收过程中因随机因素造成对能量输出的干扰。车顶部装有太阳能板以及车顶部和前面装有风机叶片，可分别回收太阳能转化为电能储存以及风能转化为液压能储存，前者满足控制系统的供电需求，后者为整车提供主动力。采用本发明所述液压系统的可再生能源车无需燃料，十分环保，且其工作不受风速风量限制，应用广泛，特别适合于中低载荷中低速的轻型车，如旅游景区的小型摆渡车、观光车等。