CN101081593A - 并联型气电混合动力车动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车驱动系统，旨在提供一种并联型气电混合动力车动力系统。该系统包括依次连接的离合器、变速器、差速器、半轴和第一组驱动轮，有一储气罐通过输气管依次连接主控阀、热交换器、稳压箱和气动发动机，气动发动机与离合器连接；第二组驱动轮上分别安装轮毂电机及控制系统，动力电池通过电缆分别与轮毂电机及控制系统连接；中央控制器通过信号线分别连接气动发动机、离合器、变速器、主控阀、动力电池、轮毂电机及控制系统；所述的两组驱动轮分属前桥或后桥。本发明可提高纯电动汽车的性能、降低其价格，采用气动发动机作为电动汽车的辅助动力可简化动力系统，实现气动、电动单独工作以及气动电动混合工作模式以及多种制动能量回收模式。

Description

并联型气电混合动力车动力系统

技术领域

本发明涉及一种汽车驱动系统，更具体地说，本发明涉及一种并联型气电混合动力车动力系统。

背景技术

燃油价格的不断飚升和燃油汽车对环境污染不断加重使得世界各国都在加紧研发新型能源汽车。电动汽车作为新型能源车的一种受到了相当大的关注，但由于电动汽车价格高、续驶里程短、蓄电池寿命短等原因使得其难以与燃油车相抗衡。

为了提高电动汽车的竞争力，推进其产业化进程，针对电动汽车在使用过程中存在的一些问题对现有电动汽车进行优化是一种较为有效的手段之一。纯电动汽车在使用过程中存在电流变化大、大电流充放电对动力电池充放电效率和寿命的影响、驱动电机的高效工作区域有限以及制动能量回收受到回收轴数、动力电池Soc、发电机功率、动力电池的充电功率等限制而导致制动能量回收效率低等问题，若能为纯电动汽车加上一种能够高效回收制动能量、比功率和比能量较高、价格便宜的辅助动力，辅以适当的动力系统结构布置则能够解决以上问题。气动发动机以压缩空气作为能量源，具有使用过程中无污染、比能量和比功率较大、价格便宜、便于回收制动能量等优点，是一种较为理想的电动汽车辅助动力。

中国专利[00123383.1]公开了一种气电混合动力发动机，是一种混联型的结构，气动发动机一方面通过发电机给蓄电池电池充电，蓄电池供能给驱动电机，由驱动电机驱动驱动轮前进，当动力不足时，气动发动机通过结合离合器与驱动电机一道提供动力，制动能量回收通过发电机给蓄电池充电完成。该结构布置较为复杂，需要单独增设一台发电机，压缩空气的储气罐又必须选用较大的体积，会占据底盘较大的空间，不容易布置。且气动发动机工作过程中，有大部分时间是压缩空气的压力能转换成电能，然后由电能转换为机械能工作，转换效率较低，另外制动能量回收过程由发电机完成，仍然不能克服电动制动回收诸如动力电池SOC、动力电池的充电功率、发电机功率等对制动能量回收的限制。中国专利[200520020855.7]公开了一种气电混合动力输出装置，该装置工作时首先由电动部分工作，电动机一边带负载一边通过压缩机给储气罐充气，当储气罐到达一定压力时，由储气罐给叶轮机构供能带动负载工作，此时电动部分停止工作。此装置由于采用的是气动和电动交替工作的布置，虽然在一定程度上可以提高蓄电池的寿命，但是由于整个系统蓄能都来自于蓄电池，而蓄电池的能量需要转换为压缩空气的压力能，再转变成机械能，耗能必然会比只采用电动的装置要多，若以此动力装置应用于车辆，在相同蓄电池容量的情况下，结果只能是减少电动汽车的续驶里程，且中间能量转换过程中还必须加上空气压缩机等，使得整个动力系统的结构复杂化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种并联型气电混合动力车动力系统。该系统包括依次连接的离合器、变速器、差速器、半轴和第一组驱动轮，有一储气罐通过输气管依次连接主控阀、热交换器、稳压箱和气动发动机，气动发动机与离合器连接；第二组驱动轮上分别安装轮毂电机及控制系统，动力电池通过电缆分别与轮毂电机及控制系统连接；中央控制器通过信号线分别连接气动发动机、离合器、变速器、主控阀、动力电池、轮毂电机及控制系统；所述的两组驱动轮分属前桥或后桥。

作为一种改进，所述气动发动机为往复活塞式发动机。

作为一种改进，所述轮毂电机是一种能够实现再生制动的电机，在电动驱动时从动力电池导入电流驱动行驶，在对电动制动能量回收发电时用于给动力电池充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可以提高纯电动汽车的性能、降低其价格，采用气动发动机作为电动汽车的辅助动力可以简化动力系统，整个动力总成采用并联型四轮驱动的结构，前桥由气动部分单独驱动，后桥由电动部分单独驱动或者前桥由电动部分单独驱动，后桥由气动部分单独驱动，动力在驱动轮处组合，电动部分采用轮毂电机驱动。系统可以实现气动单独工作模式、电动单独工作模式、气动电动混合四轮驱动工作模式、气动制动能量回收模式、电动制动能量回收模式和气电混合制动能量回收模式。气动和电动的切换由中央控制系统自动实现，在有特殊需要时也可以通过人工实现。

本发明所提出的气电混合动力汽车具有明显的优势：采用气动辅助电动克服电动汽车在循环工况中的所需求最大功率比平均功率大很多的矛盾，可以选取较小的轮毂电机功率；由于气动发动机具有较高的比能量且价格便宜，在储气罐布置空间允许的情况下，压缩空气所蓄能量可以部分取代价格昂贵的蓄电池，降低整车成本；采用气动发动机辅助电动汽车可以防止蓄电池的大电流放电，既可以提高动力电池组的放电效率又可以提高其使用寿命；采用气动辅助还能够优化轮毂电机的工作区域，使其一直处于高效工作区间；由于压缩空气储气罐和蓄电池的体积较大，本发明电动部分采用轮毂电机驱动，以最大化的让出空间布置动力系统；采用驱动轮动力组合方式车辆的工作模式灵活，可以实现气动、电动单独工作以及气动电动混合工作模式以及多种制动能量回收模式。

附图说明

图1是本发明实施例中并联型气电混合动力车动力系统原理图

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示的并联型气电混合动力车动力系统，包括依次连接的离合器13、变速器14、差速器9、半轴8和第一组驱动轮1，有一储气罐6通过输气管2依次连接主控阀5、热交换器3、稳压箱4和气动发动机12，气动发动机12与离合器13连接；第二组驱动轮15上分别安装轮毂电机及控制系统7，动力电池10通过电缆16分别与轮毂电机及控制系统7连接；中央控制器11通过信号线分别连接气动发动机12、离合器13、变速器14、主控阀5、动力电池10、轮毂电机及控制系统7；第一组驱动轮1位于前桥，采用压缩空气发动机通过传动系统单独驱动。第二组驱动轮15位于后桥，通过两个轮毂电机单独驱动。当然，也可以在后桥采用气动发动机驱动、前桥采用两个轮毂电机驱动。气动和电动两套系统在结构上完全独立，两动力在驱动轮处组合。

本发明中气动发动机为往复活塞式发动机，在制动过程中可以实现空气压缩机的功能，将气缸内的空气压缩送入稳压箱4或附加蓄能罐来实现制动能量回收。

本发明中的轮毂电机是一种能够实现再生制动的电机，在电动驱动时从动力电池导入电流驱动行驶，在对电动制动能量回收发电时用于给动力电池充电。可选用PML Flightlink公司生产的HPD型号的产品。

本发明中的中央控制器11的功能是完成整个系统的工作协调及能源管理。其工作原理是运用CAN总线等技术来完成对轮毂电机及控制系统7、气动发动机12、变速器、离合器的工作进行协调，使得整个驱动系统在保证行驶要求的前提下的效率最优，另外中央控制器还充当整车的能量管理系统，通过对动力电池10的工作信号和稳压箱4的储气压力的不断采集，来组织整车的能量利用及制动能量的回收工作。可选用带CAN总线控制器的控制芯片，如PHILIPS公司的P8xC5xX2系列单片机等。

本发明中的并联型气电混合汽车动力系统能够实现双轴制动能量回收，一轴由气动发动机12回收，另一轴由轮毂电机充当发电机向动力电池充电实现制动能量回收，有气动单独制动能量回收模式、电动单独制动能量回收模式、气电混合制动能量回收模式。

本发明中的并联型气电混合汽车动力系统通过中央控制器11来控制和协调气动发动机和电动部分的工作，电动为主，气动为辅，可以实现气动单独工作或电动单独工作的单桥驱动模式，两者同时工作时能够实现四轮驱动。

实施例中，储气罐6通过输气管2、主控阀5、热交换器3、稳压箱4给气动发动机12提供压缩空气，气动发动机12通过离合器13、变速器14、差速器9、半轴8将动力传递到前驱动桥的两个驱动轮上。稳压箱4用于给气动发动机12提供一恒定的进气压力，当稳压箱4中的压力低于设定压力时，中央控制器11通过打开主控阀5，将高压压缩空气输送给稳压箱4，直到其压力达到设定值为止，则又关闭主控阀5。电动部分由动力电池10给两个轮毂电机及控制系统7供电驱动两个驱动轮来完成。

气动单独驱动模式：当轮毂电机或蓄电池需要大的放电电流时，例如在车辆起步时，中央控制器11在停止给轮毂电机供电的同时，结合离合器13，给气动发动机12供给高压空气，气动发动机12通过离合器13、变速器14、差速器9、半轴8、第一组驱动轮1驱动车辆行驶，此时为两轮驱动。另外在动力电池10的SOC值低于下限时，车辆也以该种模式行驶。

电动单独驱动模式：当电动部分单独工作能够保证车辆功率需求，并且此时轮毂电机及控制系统7工作在高效区间且不需要从动力电池10中取出大的放电电流时，中央控制器11停止给气动发动机12供气，脱开离合器13，接通轮毂电机及控制系统7的电源，车辆由两轮毂电机驱动行驶，此种模式通常为车辆稳定工况下的两轮驱动模式。另外当储气罐6不能提供压缩空气时，车辆也以该种模式行驶。

四轮驱动模式：当轮毂电机不能满足车辆行驶所需要的功率时，如车辆加速或爬坡时，中央控制器11在保证电动正常工作的同时启动气动发动机12，结合离合器13，由气动发动机12来辅助轮毂电机驱动车辆行驶，车辆进入四轮驱动模式。当车辆在附着条件不好的路面行驶时，如雪地或泥泞的路面时，也用该模式行驶。

制动能量回收模式：本发明制动能量回收可以采用气动单轴制动能量回收、电动单轴制动能量回收以及气动\电动双轴制动能量回收的形式。气动制动能量回收由车桥反拖气动发动机12，此时气动发动机12充当空气压缩机，通过将车辆的动能转换成压缩空气的压力能来实现制动能量回收。电动制动能量回收通过轮毂电机发电，给动力电池10充电完成。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1、一种并联型气电混合动力车动力系统，包括依次连接的离合器、变速器、差速器、半轴和第一组驱动轮，其特征在于，有一储气罐通过输气管依次连接主控阀、热交换器、稳压箱和气动发动机，气动发动机与离合器连接；第二组驱动轮上分别安装轮毂电机及控制系统，动力电池通过电缆分别与轮毂电机及控制系统连接；中央控制器通过信号线分别连接气动发动机、离合器、变速器、主控阀、动力电池、轮毂电机及控制系统；所述的两组驱动轮分属前桥或后桥。

2、根据权利要求1所述的并联型气电混合动力车动力系统，其特征在于，所述气动发动机为往复活塞式发动机。

3、根据权利要求1所述的并联型气电混合动力车动力系统，其特征在于，所述轮毂电机是一种能够实现再生制动的电机，在电动驱动时从动力电池导入电流驱动行驶，在对电动制动能量回收发电时用于给动力电池充电。

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