CN102358162B - 混联油电节能动力装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明申请提供一种混联油电节能动力装置，包括踏板、发动机、变速箱、减速器、充电两用电机、电机控制器、蓄电池和动力分离器，在所述发动机上设有自动油门控制器，且发动机附带有发电机，在发动机怠速转动的时候，由充电两用电机为汽车行驶提供动力，同时，发动机附带的发电机还可以为蓄电池进行充电，当汽车加速行驶时，通过电机控制器和自动油门控制器，增大发动机转速，进行油电混合动力驱动，在汽车减速时，充电两用电机又可以为蓄电池进行反向充电，蓄电池电量不足时，通过切换开关，发动机单独提供动力。所述的动力系统具有优异的燃油经济性，一次充电后，行驶的路径长，且符合节能环保的趋势。

Description

混联油电节能动力装置及其控制方法

技术领域

本发明申请涉及一种油电混合动力装置，尤其是一种具有更高燃油经济性的采取混联形式的油电混合动力装置及其控制方法，属于汽车工业技术领域。

背景技术

由于燃油动力汽车对环境的污染以及对能源的消耗问题，电动汽车和混合动力汽车已经成为目前汽车领域开发的热点之一。通常所说的混合动力一般是指油电混合动力，即燃料（汽油，柴油）和电能的混合，常见的混合动力汽车采用电动马达作为发动机的辅助动力来驱动汽车。

目前的混合动力汽车的动力系统结构形式有串联、并联和混联三种形式。所谓并联方式是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的方式，这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要在汽车上增加电动马达和电瓶。

串联方式是只用电动马达驱动行驶的方式，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。

混联方式是指串联、并联方式，该方式在启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构比较复杂。

目前的混合动力系统多数被欧美和日本等大型汽车公司所开发和应用，常见的有本田公司Insight的IMA并联系统，丰田公司Prius的THS混联系统等，其中本田公司Insight的IMA系统结构简单，但电机只具备辅助功能，不具备纯电动行驶能力，属于弱混合动力形式；而丰田公司Prius的THS系统具备了纯电动行驶能力，但其动力合成机构复杂、体积大、制造成本高。

也有的混合动力系统，包括内燃机、电机、离合器、变速器、动力电池、制动系统及整车的自动控制系统，具备了纯电动行驶的能力，但其存在着总成过多、布置困难、车辆的动力性、燃油经济性和排放性能也不能令人满意，也需要进一步的改进。

发明内容

本发明申请即是根据目前汽车油电混合动力系统中存在的上述缺陷，提供一种结构相对简单，布置容易，而且燃油经济性和车辆动力性较高的混联动力装置。

具体来说，本发明申请所述的混联油电节能动力装置，包括踏板、发动机、变速箱和减速器，其特征在于：所述的装置还包括充电两用电机、电机控制器、蓄电池和动力分离器，在所述发动机上设有自动油门控制器，且发动机附带有发电机，其中，

1、                 发动机通过动力分离器连接充电两用电机，充电两用电机通过变速箱连接减速器，减速器设置在汽车驱动轴上，电机控制器与充电两用电机连接，蓄电池通过电机控制器为充电两用电机提供电力，充电两用电机、变速箱和减速器构成汽车正常行驶状态的驱动系统，在蓄电池电量不足或汽车加速或负载加大时，发动机通过动力分离器连接汽车的驱动系统，为汽车提供辅助动力；

2、                 踏板与自动油门控制器连接，控制自动油门控制器的工作，油门控制器调节发动机的供油量，从而控制发动机的转速；自动油门控制器与电机控制器连接，通过电机控制器控制充电两用电机的转动；

3、                 发动机附带的发电机与蓄电池连接，在发动机怠速状态下，通过带动发电机为蓄电池充电，在行驶减速缓冲时，电机控制器驱动充电两用电机，将充电两用电机的工作状态由电机切换成发电的工作状态，对储电池进行反充电；

4、                 当电机控制器检测到充电两用电机的电流短时间增大时，会产生指令电源，指令发动机提速工作；当检测到充电两用电机的电流减小或为正常行驶状态的电流，会断开指令电源，发动机回到怠速状态。

进一步的，在本发明申请所述的装置中，充电两用电机为异步电机，优选为三相异步电机。

发电机是将动能转化为电能的设备，电动机是将电能转化为动能设备，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力，而发电机是通过转动转子或外面的磁场，切割磁力线产生电流。在一定的情况下，发电机和电动机是可以互相转用的，常见的异步电机，例如三相异步电机，在定子绕组的出线端子上接上三相电容就会产生一个容性电流，容性电流的磁场和电机磁场方向一致，对电机磁场起增磁的作用，这样电机就可以作为发电机使用了。

进一步，所述的装置还包括一个充电器，该充电器与蓄电池连接，并为蓄电池充电，该充电器为可拆卸的，可以取下进行充电，然后安装在汽车内，对蓄电池进行充电。

进一步的，所述的动力分离器可以安装在充电两用电机内，也可以与充电两用电机分离。

在所述的装置中，汽车可以采用前轮驱动或后轮驱动的形式，减速器分别安装在前轮或后轮的传动轴上。

本发明申请的另一个目的是提供利用上述装置提供混合动力的方法，所述的方法包括如下的方面：

1.    点火后以及汽车平稳行驶的过程中，发动机在怠速状态下，由充电后的充电两用电机单独为汽车提供动力，行驶过程中，发动机在怠速状态下带动附带的发电机发电，发电机又对蓄电池进行充电，以达到不浪费发动机怠速能量的目的；       

2.    在行驶减速缓冲中，例如松开油门踏板，自动油门控制器将该变化传至电机控制器，电机控制器将充电两用电机切换成发电机的工作状态，给蓄电池反向充电；

3.    在超车或急爬坡时，需要大功率驱动整车时，急速踩下油门踏板，通过自动油门控制器使发动机加速，辅助充电两用电机起到油电混合的驱动效果；待充电两用电机转动缓和的时候，发动机回到怠速状态，此时汽车由充电两用电机单独驱动行驶；电机控制器在检测到充电两用电机的电流短时间增大时，会产生指令电源，指令发动机提速工作，如果检测到充电两用电机的电流减小，会断开指令电源，发动机回到怠速状态；

4.    当蓄电池电量不足时，可用油电切换开关切换成发动机单独驱动状态，在发动机单独驱动的过程中，发动机附带的发电机，会不断为蓄电池充电，发动机驱动时减速缓冲时，能够驱使充电两用电机转换为发电状态对蓄电池进行反充电。

使用本发明申请所述的动力装置，在发动机单独驱动汽车行驶时，所回收的电量可供电机行驶到发动机单独所行驶的50%里程；任何车型装配该混合动力功能的能耗均在原耗能的15-20%，每冲满一次电可供行驶四百之五百公里；当车辆能量需求较小时，辅助动力系统（即发动机系统）为驱动系统（电机驱动系统）提供能量的同时，还给蓄电池进行充电，由于蓄电池的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。

本发明申请所述的动力装置同时装有汽油发动机和电动机两套系统，启动、加速和上坡时两套系统同时出力，减速或刹车时，能量逆向存入蓄电池，进行能量储备，平稳行驶时，由蓄电池驱使电机作为主要动力，混合动力车有效的节约了燃油，尾气的排放大大减低。

附图说明

图1是本发明申请一个实施例的结构示意图；

图2是本发明申请另一个实施例的结构示意图；

其中，10为发动机、20为动力分离器、30为充电两用电机、40为变速箱、50为蓄电池、60为电机控制器、70为充电器、80为踏板、90为减速器、110为自动油门控制器、120为发电机。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施方式，对本发明申请所述的混合动力装置和控制方法进行描述，目的是为了公众更好的理解本发明申请所述的技术内容，而不是对所述技术内容的限制，在与本发明申请相同或近似的原理对所述动力装置进行的改进，包括各部分元件的增减和替换，凡以实现相同的功能为目的，都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。

实施例一

如图1，所述的动力装置安置在后轮驱动的汽车上，所述的装置包括了踏板80、发动机10、变速箱40和减速器90，还包括充电两用电机30、电机控制器60、蓄电池50和动力分离器20，在所述发动机10上设有自动油门控制器110，且发动机附带有发电机120，还可以设置充电器70为蓄电池50充电，其中，发动机10通过动力分离器20连接充电两用电机30，充电两用电机30通过变速箱40连接减速器90，减速器90设置在汽车后轮驱动的轴上，蓄电池50通过电机控制器60为充电两用电机30提供电力，充电两用电机30、变速箱40和减速器90构成汽车正常行驶状态的驱动系统，在蓄电池50电量不足或汽车加速或负载加大时，发动机10通过动力分离器20连接汽车的驱动系统，为汽车提供辅助动力；踏板80与自动油门控制器110连接，控制自动油门控制器110的工作，自动油门控制器110调节发动机10的供油量，从而控制发动机10的转速；自动油门控制器110与电机控制器60连接，通过控制电机控制器60控制充电两用电机30的转动。

发动机10附带的发电机120与蓄电池50连接，在发动机怠速状态下，通过带动发电机120为蓄电池50充电，在行驶减速缓冲时，电机控制器60控制充电两用电机30，将充电两用电机30由电机切换成发电的工作状态，对储电池50进行反充电；当电机控制器60检测到充电两用电机30的电流短时间增大时，会产生指令电源，通过控制自动油门控制器110，指令发动机10提速工作；当检测到充电两用电机30的电流减小或为正常行驶状态的电流，会断开指令电源，发动机回到怠速状态。

实施例二

如图2所示，本发明申请所述的动力装置还可以安装在采用前轮驱动的汽车上，其基本结构与实施例一中的装置相同，也包括了踏板80、发动机10、变速箱40和减速器90，还包括充电两用电机30、电机控制器60、蓄电池50、充电器70和动力分离器20，在所述发动机10上设有自动油门控制器110，且发动机附带有发电机120，各部分的连接与控制关系与实施例一相同，只是将减速器90安装在前轮的传动轴上，其工作原理与实施例一相同。

实施例三

以实施例一为例，说明利用所述的装置进行油电混合动力驱动汽车的原理和工作方法及步骤，所述的方法如下：

1.    点火后以及汽车平稳行驶的过程中，发动机10在怠速状态下，由充电后的充电两用电机30单独为汽车提供动力，行驶过程中，发动机10在怠速状态下带动附带的发电机120发电，发电机120又对蓄电池50进行充电，以达到不浪费发动机怠速能量的目的；       

2.    在汽车行驶减速缓冲中，例如松开油门踏板80，自动油门控制器110将该变化传至电机控制器60，电机控制器60将充电两用电机30切换成发电机的工作状态，给蓄电池50反向充电；

3.    在超车或急爬坡时，需要大功率驱动整车时，急速踩下油门踏板80，电机控制器60指令发动机自动油门控制器110同步工作，发动机10加速辅助充电两用电机30起到油电混合的驱动效果；待充电两用电机30转动缓和的时候，发动机10回到怠速状态，此时汽车由充电两用电机30单独驱动行驶；电机控制器60在检测到充电两用电机的电流短时间增大时，会产生指令电源，指令发动机10提速工作，如果检测到充电两用电机30的电流减小，会断开指令电源，发动机10回到怠速状态；

4.    当蓄电池50电量不足时，可用油电切换开关切换成发动机10单独驱动状态，在发动机10单独驱动的过程中，发动10机附带的发电机120，会不断为蓄电池50充电，发动机10驱动时减速缓冲时，能够驱使充电两用电机30转换为发电状态，对蓄电50进行反充电。

本发明申请所述的混合动力装置特别适合中国大城市交通普遍拥堵，汽车频繁制动的国情，具有良好的节能治污的效果。在油价持续攀升以及能源日益紧缺的大情势下，道路拥堵又难以根本改善，混合动力汽车具有广阔的市场和应用推广价值。

Claims (2)

1.一种混联油电节能动力装置，包括踏板、发动机、变速箱和减速器，其特征在于：所述的装置还包括充电两用电机、电机控制器、蓄电池和动力分离器，在所述发动机上设有自动油门控制器，且发动机附带有发电机，其中， 

1)发动机通过动力分离器连接充电两用电机，充电两用电机通过变速箱连接减速器，减速器设置在汽车驱动轴上，电机控制器与充电两用电机连接，蓄电池通过电机控制器为充电两用电机提供电力，充电两用电机、变速箱和减速器构成汽车正常行驶状态的驱动系统，在蓄电池电量不足或汽车加速或负载加大时，发动机通过动力分离器连接汽车的驱动系统，为汽车提供辅助动力； 

2)踏板与自动油门控制器连接，控制自动油门控制器的工作，油门控制器调节发动机的供油量，从而控制发动机的转速；自动油门控制器与电机控制器连接，通过电机控制器控制充电两用电机的转动； 

3)发动机附带的发电机与蓄电池连接，在发动机怠速状态下，通过带动发电机为蓄电池充电，在行驶减速缓冲时，电机控制器驱动充电两用电机，将充电两用电机的工作状态由电机切换成发电的工作状态，对蓄电池进行反充电； 

4)当电机控制器检测到充电两用电机的电流短时间增大时，会产生指令电源，指令发动机提速工作；当检测到充电两用电机的电流减小或为正常行驶状态的电流，会断开指令电源，发动机回到怠速状态； 

所述的充电两用电机包括异步电机； 

所述的装置还包括一个充电器，该充电器与蓄电池连接，并为蓄电池充电，该充电器为可拆卸的，可以取下进行充电，然后安装在汽车内，对蓄电池进行 充电； 

所述的动力分离器可以安装在充电两用电机内，也可以与充电两用电机分离； 

所述的装置中，汽车可以采用前轮驱动或后轮驱动的形式，减速器分别安装在前轮或后轮的传动轴上。 

2.一种利用权利要求1所述的动力装置提供混合动力的方法，其特征在于：所述的方法如下所述： 

1)点火后以及汽车平稳行驶的过程中，发动机在怠速状态下，由充电后的充电两用电机单独为汽车提供动力，行驶过程中，发动机在怠速状态下带动附带的发电机发电，发电机又对蓄电池进行充电，以达到不浪费发动机怠速能量的目的； 

2)在行驶减速缓冲中，松开踏板，自动油门控制器将该变化传至电机控制器，电机控制器将充电两用电机切换成发电机的工作状态，给蓄电池反向充电； 

3)在超车或急爬坡时，需要大功率驱动整车时，急速踩下踏板，电机控制器指令发动机自动油门控制器同步工作，发动机加速，辅助充电两用电机起到油电混合的驱动效果；待充电两用电机转动缓和的时候，发动机回到怠速状态，此时汽车由充电两用电机单独驱动行驶；电机控制器在检测到充电两用电机的电流短时间增大时，会产生指令电源，指令发动机提速工作，检测到充电两用电机的电流减小，会断开指令电源，发动机回到怠速状态； 

4)当蓄电池电量不足时，可用油电切换开关切换成发动机单独驱动状态， 在发动机单独驱动的过程中，发动机附带的发电机，会不断为蓄电池充电，发动机驱动时减速缓冲时，能够驱使充电两用电机转换为发电状态对蓄电池进行反充电。 

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