[发明专利]能量控制

说明书

技术领域

本申请涉及能量控制。特别地，本申请涉及使用飞轮来进行能量的供应、存储以及回收。

背景技术

能量守恒和能量最佳使用是制造和运行现代车辆和机器主要考虑的问题。用户对于效率以及以最低可能的成本获得最大可能输出的需求越来越高。在成本/输出平衡方面的考虑包括财务因素和环境因素。另外，人们需要改善车辆和机器的动力和速度，同时需要提供舒适的和用户友好的感觉。进一步，发动机、发动机和其他设备趋于变得更为紧凑和流线型。

有很多已知的方法来处理上面所讨论的平滑。举例而言，随着对于环境友好车辆的用户需求增长以及在碳排放方面的规定越来越严格，混合动力车辆变得越来越流行。如本领域技术人员公知的，混合动力车辆使用两个或多个不同动力源的组合来驱动车辆或其他动力机器。在机动车辆领域，最常见的混合是混合动力电动车辆(HEV)，其将内燃机(ICE)与一个或多个电动机相结合。取决于任意给定时刻的动力需求，可以采用ICE和电动机中的一个或两个向车辆的输出提供动力。连同电动机，提供化学能存储系统，因此在不使用电动机来为车辆输出提供动力期间，其能操作为发电机以在化学能存储系统中产生并且存储电荷以供后来使用。已知的化学能存储系统可以由单一类型的化学单元组成，或者可以包括具有不同化学式表示的单元的任意组合。所有这样的化学能存储系统在本文特指为化学“电池”。

已知的混合系统中存在问题，这是因为由例如在典型的车辆使用环节的再生制动和回收所导致的混合电池系统充电电平的高循环频率以及与这些操作相关联的高功率通量加速了电池状况的劣化，由此限制了系统寿命。因此，传统混合动力系统的电池通常受到限制。典型地，在已知的混合动力电动车辆的寿命期间，化学电池可能不得不更换两次。进一步，电池循环可能受到保护控制系统的限制，该保护控制系统对混合系统中的电源分配和/或充电进行控制。这种保护限制的效果是削弱相应混合系统的CO₂减排功效。

用于优化能量供应以及从所存储的化学能转换为转矩(特别是在以ICE为动力的机动车辆中)的另一已知方法是涡轮增压器和增压器的使用。如本领域技术人员将会知道的，涡轮增压器回收排气能量以驱动压缩机并且增加进口充气压力给发动机。增压器设备使用引擎传递的转矩来驱动压缩机，以提高进口充气压力。然而，在实际利用中，这两种设备都有相关联的缺点。作为被动设备的涡轮增压器仅在具有足够的排气流量来驱动升压系统时才可操作。相比之下，增压器是主动设备，因为其通常是曲柄传动，并且因此不像涡轮增压器那样受到这些操作限制。然而，增压器确实引入了引擎能量的寄生损耗，由此，从减少燃料消耗方面来说，减少了其整体功效。

作为机动车辆应用的目标，用户舒适度和感受的一个方面是由手自一体变速器车辆上的变速事件引起的“转矩中断”感觉。同时这种变速器类型是非常有效率的，变速期间的这种转矩中断感觉包括用户的换挡舒适度和驾驶性能。根据已知的方法，在手自一体变速器的换挡中断期间，电动机可以用于满足转矩要求，以改善用户的驾驶平滑度。然而，为了向这样的电动机提供动力，在车辆内需要额外的能量供应，并且进一步，在电能和动能之间能量转换阶段，能量损耗不可避免。双离合器和自动变速器限制了变速期间的转矩中断，然而，由于在向驱动系统提供动力时相关联的损耗，与手自一体变速器相比，这些变速器类型较为昂贵和/或本质上效率较低。

如上文所讨论的，为了最佳地平衡车辆或机器的成本和输出，期望尽可能地利用可用的能量，并且阻止能量例如作为热能而耗散。

飞轮因为以动能形式来存储能量而闻名，例如用于车辆中使用。利用飞轮来存储能量是已知的，这些能量原本在车辆减速时被转换成车辆制动系统中的热量，所存储的能量随后被用于在需要时加速该车辆。然而，已知的飞轮的实现方式存在这样一个问题：如何在初始化阶段和在其低能量点处，为飞轮充电。有可能使用电动机飞轮充电系统。然而，应当理解的是，这并不是理想的解决方式，因为其引入了车辆内的电能存储系统上的额外能量需求，同时却不能减少来自车辆的排气能量损耗。

因此，当前需要对车辆和其他机器中的能量使用进行优化的装置和方法，同时不损害对用户而言的重要因素，比如舒适度、成本效率以及环境友好性。

本申请在权利要求书中列出。

因为，根据一个方面，提供了一种能量存储装置，其包括飞轮，其中，所述飞轮被布置具有已经从输入到其的引擎废气回收的能量，从而实现一种有效的并且自足式的存储和回收能量方法。也就是说，能量存储装置利用已经存在于传统引擎、车辆或机器中的能量，而不需要提供额外的能源。