CN101654062A

CN101654062A - 一种混合动力汽车的混联式混合动力系统

Info

Publication number: CN101654062A
Application number: CN200910044337A
Authority: CN
Inventors: 郭俊; 刘凌; 蒋时军; 汪伟; 李雪峰; 唐广笛; 刘文洲; 王文明
Original assignee: Hunan CSR Times Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Hunan CRRC Times Electric Vehicle Co Ltd
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-02-24

Abstract

一种混合动力汽车的混联式混合动力系统，整个系统由发动机、发电机、离合器、电机、变速箱、驱动桥、储能系统、电机控制器、发电机机控制器、整车控制器、储能系统管理系统组成。系统的主要特征如下：发动机与发电机集成；电机与变速箱集成；整车电气控制系统综合集成。其中，发动机与发电机集成是指：发动机与发电机同轴一体，且发电机转子线圈绕在曲轴上，定子则做在飞轮壳上；自动变速箱和自动离合器以及电机驱动系统整合在一起。电气系统的集成包括变流装置的集成和控制器的集成两个部分。本发明的优点在于：大大简化了现有混联式混合动力结构复杂的问题。

Description

一种混合动力汽车的混联式混合动力系统

技术领域：

本发明涉及一种汽车部件结构，尤其是指一种混联式动力汽车动力系统的排布结构，它涉及混联式动力系统串联构型与并联构型的综合。主要用于混合动力汽车。

背景技术：

二十世纪九十年代以来，能源危机和环境污染两大问题，日益受到各国政府的重视。随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，对能源和环境压力日益加剧，研究开发低排放、低油耗的汽车新技术势在必行。混合动力车辆作为一条近期切实可行的技术发展路线，已经成为世界各国研究的焦点之一。

混合动力汽车根据动力系统的结构可以分为串联构型、并联构型、混联构型几种形式。不同构型的混合动力系统各有其优缺点，其方案的选择取决于多种因素，例如：应用环境、驾驶工况、成本考虑等。

混联构型则不再是简单的串联式结构或并联式结构，它是由多个简单串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构。通过电机与传动装置间的配合，使系统既可以按串联方式进行工作也可按并联方式工作。混联式驱动系统兼具串联式和并联式的优点，具有更全面的混合动力工作模式，系统能量分配灵活度更高，能更好的适应车辆复杂的行驶工况。对于频繁起停和蠕行的城市工况，系统可以充分利用串联混和动力的优势，让发动机运行在稳定工况。而对于持续中高负荷的高速路工况，系统的发动机为车辆行驶提供主要能量，具有并联构型特征和优势。系统可通过行星齿轮的变速特性和电机的辅助作用，对发动机工况进行优化，使系统在高速路工况下仍然能够得到较高系统效率。

混联构型往往系统比较复杂，需要动力分配装置(行星齿轮)和多个电机，目前所有混合动力车辆的混联构型混合动力系统都是采用各自独立的结构，即是由多个简单串联式结构和并联式结构复合组成的串并联结构，这样就显得整个机构十分庞大，使得系统结构和复杂度大大提高，且成本也很高，安装和拆卸也不方便。因此十分有必要对此加以改进。

发明内容：

本发明的目的是针对现有混合动力车辆的混联构型混合动力系统的不足，提出了一种系统结构更简单，成本更低且安装和拆卸方便的混合动力车辆的混联构型混合动力系统。

本发明的技术实施方案如下：一种混合动力车辆的混联构型混合动力系统，整个系统采取集成化布置结构，整个传动系统同轴，在一个传动链上有两套机电一体化结构的混联式混合动力系统。该系统能拆分成一套并联系统与一套串联系统，整个结构集中体现了集成化的三大趋势：1.发动机与发电机集成；2.电机与变速箱集成；3.整车电气控制系统综合集成。

整个系统由发动机、发电机、离合器、电机、变速箱、驱动桥、储能系统、电机控制器、发电机机控制器、整车控制器、储能系统管理系统组成。系统的主要特征如下：1、发动机与发电机集成；2、电机与变速箱集成；3、整车电气控制系统综合集成。其中，发动机与发电机集成是指：发动机与发电机同轴一体，且发电机转子线圈绕在曲轴上，定子则做在飞轮壳上；自动变速箱和自动离合器以及电机驱动系统整合在一起。为了减小电机体积，减轻电机重量，电机采用永磁电机，且电机为盘形结构，将电机集成在变速箱离合器钟形罩内。发动机与电机同轴，它们的力矩耦合在一起经变速箱输出到驱动桥主减速器，传递到车轮。电气系统的集成包括两个部分：1)变流装置的集成，变流装置的集成就是将整流装置与逆变装置集成在一起做成一套结构高度紧凑的AC-DC-AC装置。发电机三相输出到电气总成柜，经整流器整流为直流，直流母排后端挂着储能系统与逆变器，逆变器将直流逆变成交流输入到电机，使电机旋转产生动力。2)控制器的集成，集成的控制器包括发电机控制器、电机控制器、整车控制器、储能管理系统。每个小控制盒都是一个ECU，所有控制盒共用各种传感器所采集得到各路信号，每个控制盒之间通过CAN总线进行数据传递。布置时，它们因为体积小，线路少，布置在电气总成柜中。

本发明的优点在于：大大简化了现有混联式混合动力结构复杂的问题，通过试验发现解决混联式混合动力结构复杂的正解就是集成化，只有将复杂的系统以更高的集成度组合在一起，尽量地减少系统构件个数，整个系统的可靠性才能得到提高。作为一个高度机电一体化的产品，混合动力车必然要求集中体现机电一体化水平的高低。高度集成的混联式混合动力，正是在高度机电一体化发展下的产物。

说明书附图

图1为系统结构原理图；

图2为发动机集成发电机的结构示意图；

图3为变速箱集成电机的结构示意图；

图4为电气总成柜的结构示意图。

图中：1-发动机发电机一体化装置；2-集成电机的自动变速箱；3-电气总成柜；4-整流器；5-逆变器；6-励磁控制板；7-储能管理控制板；8-整车控制器；9-逆变控制板。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

一种混合动力车辆的混联构型混合动力系统，整个系统采取集成化布置结构，整个传动系统同轴，在一个传动链上有两套机电一体化结构的混联式混合动力系统。该系统能拆分成一套并联系统与一套串联系统，整个结构集中体现了集成化的三大趋势：1.发动机与发电机集成；2.电机与变速箱集成；3.整车电气控制系统综合集成。

整个系统由发动机、发电机、离合器、电机、变速箱、驱动桥、储能系统、电机控制器、发电机机控制器、整车控制器、储能系统管理系统组成。系统的主要特征如下：1、发动机与发电机集成在一起；2、电机与变速箱集成在一起；3、整车电气控制系统综合集成在一起。其中，发动机与发电机集成在一起是指：发动机与发电机同轴一体，且发电机转子线圈绕在曲轴上，定子则做在飞轮壳上；电机与变速箱集成在一起是指：自动变速箱和自动离合器以及电机驱动系统整合在一起。为了减小电机体积，减轻电机重量，电机采用永磁电机，且电机为盘形结构，将电机集成在变速箱离合器钟形罩内。发动机与电机同轴，它们的力矩耦合在一起经变速箱输出到驱动桥主减速器，传递到车轮。整车电气控制系统综合集成在一起整车电气控制系统综合集成在一起包括两个部分：1)变流装置的集成，变流装置的集成就是将整流装置与逆变装置集成在一起做成一套结构高度紧凑的AC-DC-AC装置。发电机三相输出到电气总成柜，经整流器整流为直流，直流母排后端挂着储能系统与逆变器，逆变器将直流逆变成交流输入到电机，使电机旋转产生动力。2)控制器的集成，集成的控制器包括发电机控制器、电机控制器、整车控制器、储能管理系统。每个小控制盒都是一个ECU，所有控制盒共用各种传感器所采集得到各路信号，每个控制盒之间通过CAN总线进行数据传递。布置时，它们因为体积小，线路少，布置在电气总成柜中。

具体结构如图1所示，从图中可以看出本系统由三大部分组成：发动机发电机一体化装置1；集成电机的自动变速箱2；电气总成柜3。这三大部分中，发动机发电机一体化装置1包括发动机4和发电机5两部分，且发动机发电机一体化装置1与集成电机的自动变速箱2通过离合器6同轴连接，其结构形式与传统车基本一致，只是电机与自动变速箱集成在一起。电气总成柜3是电气部分的总成，它不与发动机发电机一体化装置1和集成电机的自动变速箱2发生机械联结，它与发动机发电机一体化装置1和集成电机的自动变速箱2只是产生电气连接，在布置上电气总成柜3可以顶置也可以置于车后部，电气线路走线可以走在车底，也可以将线布置在通风管道中。

其中，发动机发电机一体化装置1的结构如图2，发动机4和发电机5两部分，发电机转子线圈绕在曲轴上，定子则与飞轮壳集成为一体，这样实际上将整个飞轮结构延伸，扩展构成了一个发电机。

集成电机的自动变速箱2结构如图3，其中电机8采用永磁电机，电机8为盘形结构，电机8集成在变速箱7离合器钟形罩9内。将变速箱7的轴外延部分上加工出爪形凹槽10，永磁体11就装入凹槽10内。定子绕组则在钟形罩内镶嵌一个绕组圆盘，中间做成水路。

电气总成柜3的电气结构如图4，其中两套变流器件整流器与逆变器共用同一个散热器，整流模块与逆变模块装配在同一个散热器基座上，它们的连接采用直流母排，而三相交流则用端子排外接电机。励磁控制板与储能管理系统、整车控制器、逆变控制板之间采用CAN总线连接。它们统一布置在变流模块上面的隔板间，所有信号线、采样线都布置在这一层。

对此系统的控制描述为：1)当车速较低，起停比较多，即闹市繁华公交工况时，车辆工作在串联模式下，即发动机带动发电机发电，离合器分离，发动机力矩不传输到传动轴，只有电机驱动整车；2)当车辆处于高速、巡航状态时，离合器结合，发动机直联工作，发动机既带动发电机发电，也输出力矩到传动轴，而电机则在电量充足时出力助力。

Claims

1、一种混合动力汽车的混联式混合动力系统，其特征在于：整个系统采取集成化布置结构，整个传动系统同轴，在一个传动链上有两套机电一体化结构的混联式混合动力系统；该系统能拆分成一套并联系统与一套串联系统。

2、如权利要求1所述的混合动力汽车的混联构型混合动力系统，其特征在于：整个系统由发动机、发电机、离合器、电机、变速箱、驱动桥、储能系统、电机控制器、发电机机控制器、整车控制器、储能系统管理系统组成；系统的主要特征如下：发动机与发电机集成；电机与变速箱集成；整车电气控制系统综合集成；

3、如权利要求1或2所述的混合动力汽车的混联构型混合动力系统，其特征在于：所述的发动机与发电机集成是指：发动机与发电机同轴一体，且发电机转子线圈绕在曲轴上，定子则做在飞轮壳上；自动变速箱和自动离合器以及电机驱动系统整合在一起。

4、如权利要求3所述的混合动力汽车的混联构型混合动力系统，其特征在于：所述的发动机与电机同轴，它们的力矩耦合在一起经变速箱输出到驱动桥主减速器，传递到车轮。

5、如权利要求1或2所述的混合动力汽车的混联构型混合动力系统，其特征在于：所述的电气系统的集成包括两个部分：1)变流装置的集成，变流装置的集成就是将整流装置与逆变装置集成在一起做成一套结构高度紧凑的AC-DC-AC装置；发电机三相输出到电气总成柜，经整流器整流为直流，直流母排后端挂着储能系统与逆变器，逆变器将直流逆变成交流输入到电机，使电机旋转产生动力；2)控制器的集成，集成的控制器包括发电机控制器、电机控制器、整车控制器、储能管理系统；每个小控制盒都是一个ECU，所有控制盒共用各种传感器所采集得到各路信号，每个控制盒之间通过CAN总线进行数据传递。

6、如权利要求1或2所述的混合动力汽车的混联构型混合动力系统，其特征在于：所述的电机与变速箱集成为了减小电机体积，减轻电机重量，电机采用永磁电机，且电机为盘形结构，将电机集成在变速箱离合器钟形罩内。