CN101844511B

CN101844511B - 一种电动汽车的动力输出装置

Info

Publication number: CN101844511B
Application number: CN2010101758070A
Authority: CN
Inventors: 李峰; 秦兴权; 李昱; 李宝; 张雁桥; 何强
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-05-14
Also published as: CN101844511A

Abstract

本发明的电动汽车的动力输出装置，包括电池、DC/DC转换器、电容器、第一电动机、第二电动机、电机、单排行星齿轮机构、制动器、主减速器、前轴差速器、前轴输出轴、后轴减速器、后轴差速器以及后轴输出轴，其中，单排行星齿轮机构包括太阳轮、齿圈和行星架，电池与DC/DC转换器和电容器电连接，DC/DC转换器与电容器、第一电动机、第二电动机以及电机电连接，电机的输出轴与齿圈固定连接，第一电动机的输出轴通过制动器与太阳轮固定连接，前轴差速器位于前轴输出轴上并且通过主减速器与行星架传动连接，后轴差速器位于后轴输出轴上并且通过后轴减速器与第二电动机传动连接。该装置结构简单紧凑、装配容易、重量轻、制造成本低。

Description

一种电动汽车的动力输出装置

技术领域

本发明涉及一种电动汽车的动力输出装置。

背景技术

目前，由于燃油汽车对环境的污染以及国际石油价格的不断攀升，纯电动汽车作为绿色新能源技术的一个分支，具有零排放、噪声低、结构相对简单、可以实现交通能源来源多元化等优点，逐渐为人们所关注，市场份额也逐年增加。但是，纯电动汽车仍有很多不如人意的缺点，现有的电动汽车采用的驱动机构仍为电动机+变速箱+差速器的模式，由于变速箱存在结构复杂、装配困难、重量重、制造成本高等不足，会大大增加整车的生产成本。传统电动汽车还由于电池电量和电动机功率的原因而突出表现为行驶里程短、动力性较差等缺点，这成为了纯电动汽车广泛推广的主要瓶颈。

发明内容

为了解决电动汽车中的变速箱的结构复杂、装配困难、重量重、制造成本高以及电动汽车行驶里程短、动力性较差的问题，本发明提出了一种电动汽车的动力输出装置。

本发明的电动汽车的动力输出装置包括电池、DC/DC转换器、电容器、第一电动机、第二电动机、电机、单排行星齿轮机构、制动器、主减速器、前轴差速器、前轴输出轴、后轴减速器、后轴差速器以及后轴输出轴，其中，所述单排行星齿轮机构包括太阳轮、齿圈和行星架，所述电池与所述DC/DC转换器和所述电容器电连接，所述DC/DC转换器与所述电容器、所述第一电动机、所述第二电动机以及所述电机电连接，所述电机的输出轴与所述齿圈固定连接，所述第一电动机的输出轴通过所述制动器与所述太阳轮固定连接，所述前轴差速器位于所述前轴输出轴上并且通过所述主减速器与所述行星架传动连接，所述后轴差速器位于所述后轴输出轴上并且通过所述后轴减速器与所述第二电动机传动连接。

本发明的电动汽车的动力输出装置取消了传统结构中的变速箱，采用两个电动机和一个电机的动力耦合装置，使得整个动力总成的结构简单紧凑、装配容易、重量轻、制造成本低，提高了能量利用率，增加了续航里程。

附图说明

图1是本发明的电动汽车的动力输出装置的结构示意图；

图2是本发明的电动汽车的动力输出装置的电气连接图；以及

图3是电动机的效率特性图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的电动汽车的动力输出装置进行详细描述。

图1是本发明的电动汽车的动力输出装置的结构示意图；图2是本发明的电动汽车的动力输出装置的电气连接图。图1和图2中的虚线代表电连接，实线代表机械连接。如图1和图2所示，本发明的电动汽车的动力输出装置包括电池1、DC/DC转换器2、电容器3、第一电动机4、第二电动机5、电机6、单排行星齿轮机构、制动器10、主减速器11、前轴差速器12、前轴输出轴13、后轴减速器14、后轴差速器15以及后轴输出轴16，其中，单排行星齿轮机构包括太阳轮7、齿圈8和行星架9，电池1与DC/DC转换器2和电容器3电连接，DC/DC转换器2与电容器3、第一电动机4、第二电动机5以及电机6电连接，电机6的输出轴与齿圈8固定连接，第一电动机4的输出轴通过制动器10与太阳轮7固定连接，前轴差速器12位于前轴输出轴13上并且通过主减速器11与行星架9传动连接，后轴差速器15位于后轴输出轴16上并且通过后轴减速器14与第二电动机5传动连接。

优选情况下，本发明的电动汽车的动力输出装置还可以包括控制器19，该控制器19分别与电池1、第一电动机4、第二电动机5、电机6、制动器10电连接来进行整车控制，控制器19根据汽车所处工况来控制第一电动机4、第二电动机5、电机6的开启/关闭和工作模式以及制动器10是否锁止。控制器19根据从方向盘、刹车、油门踏板以及汽车上的各个传感器(例如，车速传感器、发动机转速传感器、电动机转速传感器等)获得的信号来判断各种工况，从而根据不同工况来进行控制。对于根据从传感器获得的信号如何判断工况是本领域普通技术人员可以结合本领域的公知常识根据车辆实际运行情况来设定的，不属于本发明的重点，在此不再赘述。

优选情况下，控制器19还可以实时计算其中一个电动机(或电机)的实际转速与期望转速之间的差异，如果该差异在较长时间内(例如，15分钟到2个小时)均超过预定值(例如，150-600rpm)，则判断该电动机(或电机)发生故障，并采取进一步的措施，将在后面介绍。电机6的期望转速是固定的，例如，图3中所示的高效率区[2000，2200]；第二电动机5的期望转速与车轮转速有固定的比例关系(即，第二电动机转速＝车轮转速*固定值)；第一电动机4的期望转速(即太阳轮7的转速)是通过单排行星齿轮机构的各个部件之间的固定比例关系以及车轮转速和电机6的期望转速计算得到的(所涉及的公式和原理在后面详细解释)。

本发明的电动汽车的动力输出装置还包括电池管理器18，该电池管理器18与所述电池1和控制器19电连接，并用于在控制器19的控制下对电池1的充放电及电池的平衡进行管理，电池管理器18具有充放电均衡的功能从而提高电池1的使用寿命，电池1通常为磷酸铁锂或锰酸锂电池。

DC/DC转换器2可以对从电池1输出的电能进行升压或降压转换，以满足整个汽车的用电需求。

制动器10用于对第一电动机4与太阳轮7之间的连接进行锁止，防止机械能在两者之间传递。制动器10可以采用能完成制动效果的任意致动器。

第一电动机4采用高转速、小功率的电动机，第二电动机5和电机6可以采用电动汽车上通常使用的永磁同步电机或永磁无刷电机。

电容器3的电容大小一般为1500-1600F，容量小会影响制动时电池回收电能的效果，容量大则成本较高。电容器3能够在电机6对电池1进行充电时吸收大的脉冲电流，从而保护电池1。

单排行星齿轮机构、主减速器11、前轴差速器12、前轴输出轴13、后轴减速器14、后轴差速器15、后轴输出轴16的结构及其之间的连接关系为本领域技术人员公知的技术，不再进行详细描述。图1中的标号17代表车轮，安装于前轴输出轴13和后轴输出轴16上。

下面根据不同工况描述本发明的动力输出装置的操作。

汽车的起步通常分为两种，一种为平地起步，此时驾驶员只需轻踩油门即可，一种为坡道起步，此时驾驶员需要猛踩油门。

当汽车处于平地起步工况时，控制器19控制第一电动机4和第二电动机5关闭、制动器10锁止、电机6开启且处于电动机工作模式，电池1通过DC/DC转换器2将电能传送到电机6，从而以前轴驱动的方式驱动汽车起步。在这种情况下，制动器10锁止，可以使得单排行星齿轮机构中的太阳轮7固定，从而仅由电机6带动齿圈8转动，从而使得电机6与起步的车速有固定的比例关系，便于控制(相当于使用变速箱起步时用到的一档)，齿圈8与行星架9通过啮合作用使得行星架9运转，行星架9驱动主减速器11和前轴差速器12将满足需求的动能传递到前轴输出轴13，从而带动车轮17转动，以前驱的方式驱动汽车。

当汽车处于坡道起步工况时，控制器19控制第一电动机4关闭、第二电动机5开启、制动器10锁止、电机6开启且处于电动机工作模式，电池1通过DC/DC转换器2将电能传送到第二电动机5和电机6，从而以全驱的方式驱动汽车起步。此时，汽车的动力由第二电动机5和电机6同时提供，从而适合于驾驶员猛踩油门的驾驶模式。

当汽车处于巡航工况时，控制器19控制第一电动机4开启、第二电动机5关闭、制动器10不锁止、电机6开启且处于电动机工作模式，电池1通过DC/DC转换器2将电能传送到第一电动机4和电机6，从而以前轴驱动的方式驱动汽车。第一电动机4是高转速、小功率的电动机，用于对电机6的转速进行调节。由于单排行星齿轮机构中各个部件的转速之间有固定的比例关系，即(1+g_RS)ω_c＝ω_s+g_RSω_R(g_RS是齿圈与太阳轮的齿数比，ω_c是行星架的转速，ω_s是太阳轮的转速，ω_R是齿圈的转速)，所以电机6的转速可以通过第一电动机4来进行调节，使得电机6可以在高效率的转速范围内，如图3所示的[n1，n2]的转速范围内(即高效率区的转速范围内，该高效率区的转速范围根据不同的电动机而有所不同，例如，[2000，2200])，使得电机6具有较高的效率，从而使得电动汽车的续航里程大大增加。

当汽车处于急加速、爬坡或路况恶劣工况时，控制器19控制第一电动机4和第二电动机5开启、制动器10不锁止、电机6开启且处于电动机工作模式，电池1通过DC/DC转换器2将电能传送到第一电动机4、第二电动机5和电机6，从而以全驱的方式驱动汽车。此时，汽车的动力由第一电动机4、第二电动机5和电机6同时提供，从而满足汽车对扭矩的需求。

当汽车处于减速制动工况时，控制器19控制第一电动机4和第二电动机5关闭、制动器10锁止、电机6开启且处于发电机工作模式，前轴输出轴13的机械能带动电机6运转，从而使得电机6将产生的电能通过DC/DC转换器2和电容器3传送到电池1中。此时，制动器10锁止可以防止前轴输出轴13的机械能带动第一电动机4空转，从而使得机械能尽可能多地用于带动电机6运转以产生更多的电能。

当汽车处于怠速工况时(例如红灯或堵车时)，控制器19控制第一电动机4、第二电动机5和电机6关闭、制动器10不锁止，电池1给整车供电。

当控制器19根据第一电动机4、第二电动机5、电机6的转速而判断第一电动机4、第二电动机5、电机6中的一者或两者发生故障时，控制第一电动机4、第二电动机5、电机6中的一者或两者以前驱或后驱的方式驱动汽车。

Claims

1.一种电动汽车的动力输出装置，该装置包括电池、DC/DC转换器、电容器、第一电动机、第二电动机、电机、单排行星齿轮机构、制动器、主减速器、前轴差速器、前轴输出轴、后轴减速器、后轴差速器以及后轴输出轴，其中，所述单排行星齿轮机构包括太阳轮、齿圈和行星架，所述电池与所述DC/DC转换器和所述电容器电连接，所述DC/DC转换器与所述电容器、所述第一电动机、所述第二电动机以及所述电机电连接，所述电机的输出轴与所述齿圈固定连接，所述第一电动机的输出轴通过所述制动器与所述太阳轮固定连接，所述前轴差速器位于所述前轴输出轴上并且通过所述主减速器与所述行星架传动连接，所述后轴差速器位于所述后轴输出轴上并且通过所述后轴减速器与所述第二电动机传动连接，所述装置还包括控制器，该控制器分别与所述电池、所述第一电动机、所述第二电动机、所述电机、所述制动器电连接来进行整车控制，所述控制器根据汽车所处工况来控制所述第一电动机、所述第二电动机、所述电机的开启/关闭和工作模式以及所述制动器是否锁止。

2.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括电池管理器，该电池管理器与所述电池和所述控制器电连接，并用于在所述控制器的控制下对所述电池的充放电及电池的平衡进行管理。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，当汽车处于平地起步工况时，所述控制器控制所述第一电动机和所述第二电动机关闭、所述制动器锁止、所述电机开启且处于电动机工作模式，所述电池通过所述DC/DC转换器将电能传送到所述电机，从而以前轴驱动的方式驱动汽车起步。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，当汽车处于坡道起步工况时，所述控制器控制所述第一电动机关闭、所述第二电动机开启、所述制动器锁止、所述电机开启且处于电动机工作模式，所述电池通过所述DC/DC转换器将电能传送到所述第二电动机和所述电机，从而以全驱的方式驱动汽车起步。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，当汽车处于巡航工况时，所述控制器控制所述第一电动机开启、所述第二电动机关闭、所述制动器不锁止、所述电机开启且处于电动机工作模式，所述电池通过所述DC/DC转换器将电能传送到所述第一电动机和所述电机，从而以前轴驱动的方式驱动汽车。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，当汽车处于急加速、爬坡或路况恶劣工况时，所述控制器控制所述第一电动机和所述第二电动机开启、所述制动器不锁止、所述电机开启且处于电动机工作模式，所述电池通过所述DC/DC转换器将电能传送到所述第一电动机、所述第二电动机和所述电机，从而以全驱的方式驱动汽车。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，当汽车处于减速制动工况时，所述控制器控制所述第一电动机和所述第二电动机关闭、所述制动器锁止、所述电机开启且处于发电机工作模式，所述前轴输出轴的机械能带动所述电机运转，从而使得所述电机将产生的电能通过所述DC/DC转换器和所述电容器传送到所述电池中。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，当汽车处于怠速工况时，所述控制器控制所述第一电动机、所述第二电动机和所述电机关闭、所述制动器不锁止，所述电池给整车供电。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述控制器根据所述第一电动机、所述第二电动机、所述电机的转速而判断所述第一电动机、所述第二电动机、所述电机中的一者或两者发生故障时，控制所述第一电动机、所述第二电动机、所述电机中的一者或两者以前驱或后驱的方式驱动汽车。