CN102490587A - 具有高可靠性的混联式混合动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有高可靠性的混联式混合动力总成，其包括：发动机；第一空气压缩机；第一助力转向油泵；第一电机，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第一电机模块；第一电机控制器，其包含至少两个呈并联配置和布置的第一逆变器模块；主离合器，其用于连接发动机和第一电机；第二电机，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第二电机模块；第二电机控制器，其包含至少两个呈并联配置和布置的第二逆变器模块；第二空气压缩机；第二助力转向油泵；第一电磁离合器；第二电磁离合器；第三电磁离合器；第一皮带轮系；第二皮带轮系；蓄电装置，其包含至少两个呈并联配置和布置的电源模块。

Description

具有高可靠性的混联式混合动力总成

技术领域

本发明涉及一种混联式混合动力总成，尤其涉及一种适用于重型车辆的具有高可靠性的混联式混合动力总成。

背景技术

近年来，采用混合动力总成的城市公交客车等重型车辆已越来越多地投入使用。作为能源和环境危机的重要应对措施之一，混合动力车辆具有较好的动力性、经济性和排放性，不仅能够显著地降低燃油费用，而且能够满足日益严格的排放法规。

在主要作为生产工具使用的重型车辆上采用的混合动力总成必须具有较高的可靠性，以尽量减少车辆因故障维修不能投入运行而造成的经济损失。与传统的发动机加手动或自动变速箱构成的动力总成相比，混合动力总成具有更复杂的系统结构，必须解决因系统复杂性增加带来的可靠性下降的问题。

例如，中国专利200720006546.3公开了一种混联式混合电动车辆，采用的混合动力总成包括发动机、主离合器、驱动电机、通过皮带与发动机曲轴相连接的发电机、电机控制器和蓄电装置。此外，中国专利200910106080.8公开了一种混联式混合动力总成，包括发动机、安装在发动机曲轴上的发电机、主离合器、驱动电机、电机控制器和蓄电装置。其工作原理为，车辆由驱动电机启动并加速到一定车速时，主离合器接合，发动机开始参与驱动车辆。

在上述混联式混合动力总成中，由于取消了变速箱，发动机与驱动桥之间的传动比为1，而发动机的输出转矩不足以直接启动车辆，因此当驱动电机、电机控制器或者蓄电装置出现故障时，车辆不仅不能运行，甚至不具有跛足回家能力。所以，上述混联式混合动力总成具有明显的可靠性低的缺陷。而这对于作为生产工具使用的重型车辆而言，是难以接受的。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种具有高可靠性的混联式混合动力总成，在驱动电机、电机控制器或者蓄电装置出现故障时，车辆不仅具有跛足回家能力，而且能够降额运行，满足作为生产工具使用的重型车辆的高可靠性要求。

本发明提供了一种混联式混合动力总成，其包括：发动机；第一空气压缩机，其安装在发动机上并由发动机驱动；第一助力转向油泵，其安装在第一空气压缩机尾部并由发动机驱动；第一电机，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第一电机模块；第一电机控制器，其包含至少两个呈并联配置和布置的第一逆变器模块，分别用于控制第一电机的各第一电机模块；主离合器，其用于连接发动机和第一电机；第二电机，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第二电机模块；第二电机控制器，其包含至少两个呈并联配置和布置的第二逆变器模块，分别用于控制第二电机的各第二电机模块；第二空气压缩机，其外置于发动机；第二助力转向油泵，其外置于发动机；第一电磁离合器，其用于控制第二电机的工作状态；第二电磁离合器，其用于控制第二空气压缩机的工作状态；第三电磁离合器，其用于控制第二助力转向油泵的工作状态；第一皮带轮系，其用于连接发动机和第二电机；第二皮带轮系，其用于连接第二电机、第二空气压缩机和第二助力转向油泵；蓄电装置，其包含至少两个呈并联配置和布置的电源模块。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，第一电机与传动轴相连接；以及发动机通过主离合器、第一电机与传动轴相连接。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，第二电机通过第一电磁离合器、第一皮带轮系与发动机相连接；第二空气压缩机通过第二电磁离合器、第二皮带轮系与第二电机相连接；以及第二助力转向油泵通过第三电磁离合器、第二皮带轮系与第二电机相连接。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，第一电机控制器的各第一逆变器模块在直流侧串联一断路装置后并联到母线电容上；以及第二电机控制器的各第二逆变器模块在直流侧串联一断路装置后并联到母线电容上。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，蓄电装置的各电源模块的正极连接在一起后与正极接触器、预充接触器和预充电阻相连接，其中预充接触器和预充电阻串联后与正极接触器并联，形成蓄电装置的正极；以及蓄电装置的各电源模块的负极分别串联一负极接触器后连接在一起，形成蓄电装置的负极。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，第一电机的部分第一电机模块或第一电机控制器的部分第一逆变器模块出现故障时，剩余的第一电机模块或第一逆变器模块能够正常工作。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，第二电机的部分第二电机模块或第二电机控制器的部分第二逆变器模块出现故障时，剩余的第二电机模块或第二逆变器模块能够正常工作。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，蓄电装置的部分电源模块出现故障时，剩余的电源模块能够正常工作。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，具有纯电动驱动模式和混合驱动模式；在纯电动驱动模式下，发动机、第一空气压缩机和第一转向助力油泵不工作，主离合器和第一电磁离合器处于分离状态，第二电磁离合器和第三电磁离合器接合，第二电机工作在电动模式下，通过第二皮带轮系驱动第二空气压缩机和第二转向助力油泵；以及在混合驱动模式下，发动机工作，驱动第一空气压缩机和第一转向助力油泵，第一电磁离合器接合，发动机通过第一皮带轮系驱动第二电机，第二电机工作在发电模式下，第二电磁离合器和第三电磁离合器处于分离状态，第二空气压缩机和第二转向助力油泵不工作。

根据本发明的具有高可靠性的混联式混合动力总成，在纯电动驱动模式或混合驱动模式下，第一电机的部分第一电机模块或第一电机控制器的部分第一逆变器模块出现故障时，剩余的第一电机模块或第二逆变器模块能够正常工作，驱动车辆启动及降额运行；在纯电动驱动模式或混合驱动模式下，蓄电装置的部分电源模块出现故障时，剩余的电源模块能够正常工作，驱动车辆启动及降额运行；在纯电动驱动模式下，第二电机的部分第二电机模块或第二电机控制器的部分第二逆变器件模块出现故障时，剩余的第二电机模块或第二逆变器模块能够正常工作，驱动第二空气压缩机和第二转向助力油泵工作，第二电机或第二电机控制器出现故障完全不能工作时，自动切换到混合驱动模式，由发动机驱动第一空气压缩机和第一转向助力油泵工作；以及在混合驱动模式下，第二电机的部分第二电机模块或第二电机控制器的部分第二逆变器模块出现故障时，剩余的第二电机模块或第二逆变器模块能够正常工作，提供降额发电。

根据本发明，可以得到一种可靠性高的混联式混合动力总成。

附图说明

图1是本发明实施方式所涉及的混合动力总成的系统框图。

图2是本发明实施方式所涉及的第一电机及第一电机控制器的系统框图。

图3是本发明实施方式所涉及的蓄电装置的系统框图。

图中：1混合动力总成；2发动机；3传动轴；4、4a、4b和4c第一电机及其第一电机模块；5驱动桥；6、6a、6b和6c第二电机及其第二电机模块；7车轮；8、8a、8b和8c第一电机控制器及其第一逆变器模块；CB1、CB2和CB3断路装置；C母线电容；10、10a、10b和10c第一电机控制器及其第二逆变器模块；12、12a、12b和12c蓄电装置及其电源模块；20主离合器；21第一空气压缩机；22第一助力转向油泵；23第一皮带轮系；24第一电磁离合器；25第二皮带轮系；26第二电磁离合器；27第三电磁离合器；61第二空气压缩机；62第二助力转向油泵。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

以下根据图1至图4对本发明的实施例进行详细说明。

图1是本发明实施方式所涉及的混合动力总成的系统框图。城市公交客车一类的重型车辆(未示出)多采用后置后驱型式，混合动力总成1纵向布置在驱动桥5后，通过传动轴3与驱动桥5和车轮7相连接。

参照图1，混合动力总成1包括发动机2，安装在发动机2上的第一空气压缩机21，和安装在第一空气压缩机21尾部的第一助力转向油泵22。第一空气压缩机21由发动机2驱动；第一助力转向油泵22的转子(未示出)与第一空气压缩机21的转子(未示出)相连接，因此，第一助力转向油泵22也由发动机2驱动。

传统的12m城市公交客车一类的重型车辆多采用175kW功率等级的6缸涡轮增压柴油机。如果采用混合动力总成，柴油发动机的功率等级可以减小到150kW(6缸机)甚至125kW(4缸机)。在柴油发动机上装有空气压缩机和助力转向油泵，前者提供制动系统、主离合器气助力系统、车门开关系统等所需的高压气体，消耗的发动机功率约为3～5kW；后者提供助力转向系统所需的高压油液，消耗的发动机功率约为3～5kW。

混合动力总成1还包括：第一电机4，与传动轴3相连接，包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第一电机模块，优选地，包含三个第一电机模块4a、4b和4c。第二电机6，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第二电机模块，优选地，包含三个第二电机模块6a、6b和6c。

第一电机4和第二电机6均为三相交流电机，例如，可以通过三相交流异步电机或者永磁同步电机来实现。与永磁同步电机相比，异步电机具有可靠性较高和成本较低的优势。但是，异步电机和永磁同步电机的高效率区分别在高速段和中低速段，高速段两种电机效率相当，中低速段永磁同步电机的效率明显高于异步电机。因此，应根据应用的场合来选择合适类型的电机。相应地，第一电机模块4a、4b和4c以及第二电机模块6a、6b和6c可采用异步电机或者永磁同步电机来实现。为了减少零部件的种类，优选地，第一电机模块4a、4b和4c具有相同的定子和转子，第二电机模块6a、6b和6c具有相同的定子和转子。

第一电机4的主要功能为驱动车辆和回馈发电，其额定功率等级约为75kW。优选地，具有相同的定子和转子结构的第一电机模块4a、4b和4c具有相同的额定功率等级，例如25kW。

第二电机6的主要功能为发电和驱动空气压缩机及助力转向油泵，其额定功率等级约为15kW。优选地，具有相同的定子和转子结构的第二电机模块6a、6b和6c具有相同的额定功率等级，例如5kW。

第一电机控制器8，其包含至少两个呈并联配置和布置的第一逆变器模块，分别用于控制第一电机4的各第一电机模块。优选地，第一电机控制器8包含3个第一逆变器模块8a、8b和8c，分别用于控制第一电机模块4a、4b和4c。

第二电机控制器10，其包含至少两个呈并联配置和布置的第二逆变器件模块，分别用于控制第二电机6的各第二电机模块。优选地，第二电机控制器10包含3个第二逆变器模块10a、10b和10c，分别用于控制第二电机模块6a、6b和6c。

第一电机控制器8和第二电机控制器10均具备四象限驱动能力，优选地，采用三相全桥逆变电路来实现四象限驱动功能。三相全桥逆变电路可通过功率电子器件MOSFET或者IGBT来实现。与IGBT相比，MOSFET的耐压能力较低，通过并联可实现大容量，成本较低。IGBT的耐压能力高，容量大，但成本较高。因此，应根据应用的场合来选择合适类型的功率电子器件。相应地，第一逆变器模块8a、8b和8c以及第二逆变器模块10a、10b和10c可通过功率电子器件MOSFET或者IGBT来实现。为了减少零部件的种类，优选地，第一逆变器模块8a、8b和8c具有相同的电路和结构，第二逆变器模块10a、10b和10c具有相同的电路和结构。

第一电机控制器8的输出容量约为150kVA，以匹配额定功率等级75kW的第一电机4。优选地，具有相同的电路和结构的第一逆变器模块8a、8b和8c具有相同的输出容量，例如50kVA。

第二电机控制器10的输出容量约为35kVA，以匹配额定功率等级15kW的第二电机6。优选地，具有相同的逆变器电路和结构的第二逆变器模块10a、10b和10c具有相同的输出容量，例如12kVA。

主离合器20，其用于连接发动机2和第一电机4，可通过电控液压或者电控机械的干式或者湿式离合器来实现。优选地，采用电控气助力液压干式离合器，以简化系统设计；采用电控机械干式离合器可实现主离合器20平稳接合，必要时发动机2可参与车辆启动过程。通过主离合器20，发动机2与第一电机4及传动轴3相连接。

第一皮带轮系23，其用于连接发动机2和第二电机6。

第一电磁离合器24，其用于控制第二电机6的工作状态。第一电磁离合器24接合时，发动机2通过第一皮带轮系23驱动第二电机6发电。第一电磁离合器24分离时，则发动机2与第二电机6脱开，第二电机6工作在电动模式或者不工作。

第二皮带轮系25，其用于连接第二电机6、第二空气压缩机61和第二助力转向油泵62。

第二空气压缩机61，其用于在第一空气压缩机21不工作时提供所需的高压气体，通过第二皮带轮系25、第二电磁离合器26与第二电机6相连接。

第二电磁离合器26，其用于控制第二空气压缩机61的工作状态。第二电磁离合器26接合时，第二空气压缩机61可由第二电机6驱动。第二电磁离合器26分离时，第二空气压缩机61不工作。

通过设置在气路上的气压传感器(未示出)，在气压达到设定值时，例如0.8MPa，第二电磁离合器26分离，第二空气压缩机61不工作，可以降低能量消耗并确保气路系统的安全性。当气压低于设定值，例如0.8MPa，第二电磁离合器26接合，第二空气压缩机61工作，确保所需的高压气源。

第二助力转向油泵62，其用于在第一助力转向油泵22不工作时提供所需的高压油液，通过第二皮带轮系25、第三电磁离合器27与第二电机6相连接。

第三电磁离合器27，其用于控制第二助力转向油泵62的工作状态。第三电磁离合器27接合时，第二助力转向油泵62可由第二电机6驱动。第三电磁离合器27分离时，第二助力转向油泵54不工作。

蓄电装置12，其包含至少两套呈并联配置和布置的电源模块。优选地，蓄电装置12包含三套呈并联配置和布置的电源模块12a、12b和12c。蓄电装置12与第一电机控制器8和第二电机控制器10相连接。车辆行驶时，第一电机控制器8和第二电机控制器10将蓄电装置12提供的直流电转换成交流电，驱动第一电机4和第二电机6；第一电机4和第二电机6发电或回馈发电时，第一电机控制器8和第二电机控制器10将第一电机4和第二电机6产生的交流电转换成直流电，给蓄电装置12充电。此外，蓄电装置12也可以接受通过车载充电器(未示出)或者车外充电装置(未示出)提供的外部电能。对于可外接充电式混合动力车辆，应在每天夜间对蓄电装置12进行充电，利用电网电能进一步地降低燃油费用和污染物排放。

图2是本发明实施方式所涉及的第一电机4及其第一电机控制器8的系统框图。第一电机模块4a、4b和4c呈前后串列同轴布置，通过可拆卸结构(未示出)联接形成第一电机4。第一电机控制器8的第一逆变器模块8a、8b和8c呈并联配置和布置，分别用于控制第一电机模块4a、4b和4c。第一逆变器模块8a、8b和8c采用IGBT三相全桥逆变电路来实现，其直流侧串联一断路装置CB1、CB2和CB3后并联到母线电容C上。

例如，当第一电机4的第一电机模块4a或者第一电机控制器8的第一逆变器模块8a出现断路故障时，控制第一逆变器模块8a不工作；当第一电机模块4a或者第一逆变器模块8a出现短路故障时，断路装置CB1自动将第一逆变器模块8a从直流母线上断开，保证剩余的第一电机模块4b、4c和第一逆变器模块8b、8c正常工作。该断路装置可以通过电路保护器、断路器或者熔断器来实现。因此，可以避免由于电机或者逆变器出现故障导致第一电机系统(其包括第一电机4和第一电机控制器8)完全不能工作的情况，提高了第一电机系统的可靠性。

例如，第一电机系统正常工作时，所需提供的最大输出转矩为2500Nm。如果第一电机4只包含第一电机模块4a和4b，第一电机控制器8只包含第一逆变器模块8a和8b，当一个第一电机模块或者第一逆变器模块出现故障退出工作时，另外一个第一电机模块和第一逆变器模块只能提供所需转矩的一半。此时，第一电机系统的最大输出转矩能达到1250Nm，可以启动车辆。如果第一电机4包含三个第一电机模块4a、4b和4c，以及第一电机控制器8包含三个第一逆变器模块8a、8b和8c，当一个第一电机模块或者第一逆变器模块出现故障退出工作时，剩余的两个第一电机模块和第一逆变器模块能提供所需转矩的2/3。此时，第一电机系统的最大输出转矩能达到1667Nm，可以启动车辆及降额运行。

因此，构成第一电机4的第一电机模块和第一电机控制器8的第一逆变器模块的数量决定着重型车辆作为生产工具使用时，出现故障导致作业能力下降的程度。此外，过多的第一电机模块和第一逆变器模块将增加系统的复杂性。优选地，第一电机4包含三个第一电机模块，第一电机控制器8包含三个第一逆变器模块。

第二电机6具有与第一电机4类似的结构。第二电机控制器10具有与第一电机控制器8类似的结构。

图3是本发明实施方式所涉及的蓄电装置12的系统框图。蓄电装置12可由动力电池、超级电容器或者其它类型的储能元件构成。优选地，储能元件为动力电池，例如，镍氢电池和锂离子电池等。蓄电装置12还包括电子设备(未示出)，例如，电池管理系统、热管理系统、保险和电流传感器等。

参照图3，蓄电装置12包含三个呈并联配置和布置的电源模块12a、12b和12c。每个电源模块由多个储能元件通过并联和/或串联的方式形成，以得到所需的高电压和大容量。其中，蓄电装置12所能提供的功率比电能更重要。优选地，采用小容量的储能元件并联得到所需的大容量，同时能够提供所需的大功率。为了减少零部件的种类，优选地，电源模块具有相同的容量和结构。因此，对于384Vdc/120Ah的蓄电装置12，其电源模块12a、12b和12c具有相同的容量和结构，例如384Vdc/40Ah。

电源模块12a、12b和12c的正极连接在一起后与正极接触器SMR1、预充接触器SMR0和预充电阻R相连接，其中预充接触器SMR0和预充电阻R串联后与正极接触器SMR1并联，形成蓄电装置12的正极；电源模块12a、12b和12c的负极分别串联一负极接触器SMR2、SMR3和SMR4后连接在一起，形成蓄电装置12的负极。控制负极接触器的开关，即可控制电源模块的工作状态。例如，当电源模块12a的部分储能元件出现故障时，断开负极接触器SMR2将电源模块12a从直流母线上分离，电源模块12b和12c仍然能够供电。因此，可以避免由于部分储能元件出现故障导致蓄电装置12不能工作的情况，提高了蓄电装置12的可靠性。

例如，当第一电机系统的最大输出转矩为2500Nm时，需要蓄电装置12提供500A的输出电流。如果蓄电装置12只包含电源模块12a和12b，在其中一个电源模块出现故障退出工作时，由另外一个电源模块提供所需的电能和功率。此时，蓄电装置12只能提供所需电流的1/2，即250A，第一电机系统的最大输出转矩能达到1250Nm，可以启动车辆。如果蓄电装置12包含三个电源模块12a、12b和12c，在其中一个电源模块出现故障退出工作时，由另外两个电源模块提供所需的电能和功率。此时，蓄电装置12能够提供所需电流的2/3，即333A，第一电机系统的最大输出转矩能达到1667Nm，可以启动车辆及降额运行。

因此，构成蓄电装置12的电源模块的数量决定着重型车辆作为生产工具使用时，出现故障导致作业能力下降的程度。此外，过多的电源模块将增加系统的复杂性。优选地，蓄电装置12包含三个电源模块12a、12b和12c。

表1是本发明实施方式所涉及的各部件在两种驱动模式下的工作状态。特别地，当气路系统的压力达到设定的0.8MPa时，第二电磁离合器26自动分离，第二空气压缩机61不工作，以确保气路系统的安全性。

表1

	纯电动驱动模式	混合驱动模式
			主离合器20	分离	接合/分离
第一电磁离合器24	分离	接合/分离
			第二电磁离合器26	接合	分离
第三电磁离合器27	接合	分离
			发动机2	关闭	工作
第一电机系统	电动/发电	电动/发电

第二电机系统	电动	发电
			第一空气压缩机21	不工作	工作
第二空气压缩机61	工作	不工作
			第一助力转向油泵22	不工作	工作
第二助力转向油泵62	工作	不工作
			蓄电装置12	供电/充电	供电/充电

另外，在设置第一电机4和第二电机6的电动和发电功率时，将综合储能系统的SOC(荷电状态，State of Charge)、SOH(健康状况，State of Health)和温度等参数进行，以避免蓄电装置12发生过充或者过放，确保蓄电装置12的安全性和寿命。

混联式混合动力总成1具有纯电动和混合动力两种驱动模式。在纯电动驱动模式下，驱动车辆、空气压缩机和助力转向油泵所需的电能全部由蓄电装置12提供，因此，只有在蓄电装置12的荷电状态SOC(State-of-Charge)比较高时，例如大于40％，才能进入纯电动驱动模式。或者在车速小于10km/h，油门踏板深度小于10％等条件下，才能进入纯电动驱动模式。

在纯电动驱动模式下，发动机2、第一空气压缩机21和第一助力转向油泵22不工作，主离合器20和第一电磁离合器24处于分离状态，第一电机4工作在正转或反转电动模式，驱动车辆前进或倒车。第二电机6工作在电动模式，第二电磁离合器26、第三电磁离合器27和第四电磁离合器28接合，第二电机6通过第二皮带轮系25驱动第二空气压缩机61和第二助力转向油泵62。驱动车辆、空气压缩机和助力转向油泵所需的电能由蓄电装置12提供。车辆制动时，第一电机4工作在回馈发电模式，回收车辆动能并将其转换成电能给蓄电装置12充电。

在混合驱动模式下，发动机2工作，驱动第一空气压缩机21和第一助力转向油泵22工作，第二电磁离合器26和第三电磁离合器27分离，第二空气压缩机61和第二助力转向油泵62不工作。第一电机4工作在正转电动模式，启动车辆并加速到主离合器接合车速后，主离合器20接合，发动机2开始参与驱动车辆。匀速行驶时，发动机2单独驱动车辆，同时驱动第一电机4发电。第一电磁离合器24接合，第二电机6工作在发电模式。第一电机4工作在反转电动模式，驱动车辆倒车。所需的电能由蓄电装置12和第二电机6提供。车辆制动时，主离合器20分离，第一电机4工作在回馈发电模式，回收车辆的动能并将其转换成电能给蓄电装置12充电。

下面，以第一电机4和第二电机6、第一电机控制器8和第二电机控制器10以及蓄电装置12分别具有三个电机模块、三个逆变器模块和三个电源模块为例，分析混合动力总成1在两种驱动模式下的系统可靠性。

在纯电动驱动模式下，如果第一电机4和/或第一电机控制器8出现故障，例如一个第一电机模块和/或一个逆变器件模块出现故障，剩余的两个电机模块和逆变器件模块能够正常工作，此时，第一电机系统仍具有2/3的驱动能力，可以保证车辆正常启动和降额运行。优选地，当第一电机系统出现故障时，为了保证车辆的性能，应从纯电动驱动模式自动切换到混合驱动模式。

如果第二电机6和/或第二电机控制器10出现故障，例如一个电机模块和/或一个逆变器件模块出现故障，剩余的两个电机模块和逆变器件模块能够正常工作，此时，第二电机系统(其包括第二电机6和第二电机控制器10)仍具有2/3的驱动能力，可以保证第二空气压缩机61和第二助力转向油泵62正常工作，车辆能够正常启动和运行。

如果蓄电装置12出现故障，例如一个电源模块出现故障，剩余的两个电源模块能够正常工作，此时，蓄电装置12仍具有2/3的电能和功率能力，可以保证车辆正常启动和降额运行，但车辆的加速性能将下降，并且纯电动行驶里程缩短为原来的2/3。优选地，当蓄电装置12出现故障时，为了保证车辆性能并减轻蓄电装置12的负荷，应从纯电动驱动模式自动切换到混合驱动模式。

在混合驱动模式下，如果第一电机4和/或第一电机控制器8出现故障，例如一个电机模块和/或一个逆变器模块出现故障，剩余的两个电机模块和逆变器件模块能够正常工作，此时，第一电机系统仍具有2/3的驱动能力，通过实时在线调整能量管理策略，可以保证车辆正常启动和降额运行。显然，第一电机系统的回馈发电能力将减少1/3，车辆的油耗将有所增加。

如果第二电机6和/或第二电机控制器10出现故障，例如一个电机模块和/或一个逆变器模块出现故障，剩余的两个电机模块和逆变器件模块能够正常工作，此时，第二电机系统仍具有2/3的发电能力，通过实时在线调整能量管理策略，可以保证车辆正常启动和运行。显然，第二电机系统的发电能力将减少1/3，车辆的油耗将有所增加。

如果蓄电装置12出现故障，例如一个电源模块出现故障，剩余的两个电源模块能够正常工作，此时，蓄电装置12仍具有2/3的电能和功率能力，通过实时在线调整能量管理策略，可以保证车辆正常启动和降额运行。无故障的第二电机系统可以提供连续40A，短时80A的电流(额定输出电压400Vdc)，部分弥补由于一个电源模块故障带来的蓄电装置12的功率能力的下降。显然，蓄电装置12的充电功率将减少1/3，车辆的油耗将有所增加。

在一种比较严重的故障情况下，例如，第一电机系统只有一个电机模块和逆变器模块能够正常工作，可提供833Nm输出转矩，所需电流为167A；第二电机系统只有一个电机模块和逆变器模块能够正常工作，可提供连续13A，短时26A的电流；蓄电装置只有一个电源模块能够正常工作，可提供电流167A，此时，如果车辆空载，并能够控制主离合器20平稳接合，则发动机2和第一电机系统仍然能够启动车辆。因此，车辆具有跛足回家能力。

如上所述，本发明实施例的混合动力总成在驱动电机、电机控制器或者蓄电装置出现故障时，车辆不仅具有跛足回家能力，而且能够降额运行，满足作为生产工具使用的重型车辆的高可靠性要求。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种具有高可靠性的混联式混合动力总成，其包括：

发动机；

第一空气压缩机，其安装在发动机上并由发动机驱动；

第一助力转向油泵，其安装在第一空气压缩机尾部并由发动机驱动；

第一电机，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第一电机模块；

第一电机控制器，其包含至少两个呈并联配置和布置的第一逆变器模块，分别用于控制第一电机的各第一电机模块；

主离合器，其用于连接发动机和第一电机；

第二电机，其包含至少两个呈前后串列同轴配置和布置的第二电机模块；

第二电机控制器，其包含至少两个呈并联配置和布置的第二逆变器模块，分别用于控制第二电机的各第二电机模块；

第二空气压缩机，其外置于发动机；

第二助力转向油泵，其外置于发动机；

第一电磁离合器，其用于控制第二电机的工作状态；

第二电磁离合器，其用于控制第二空气压缩机的工作状态；

第三电磁离合器，其用于控制第二助力转向油泵的工作状态；

第一皮带轮系，其用于连接发动机和第二电机；

第二皮带轮系，其用于连接第二电机、第二空气压缩机和第二助力转向油泵；以及

蓄电装置，其包含至少两个呈并联配置和布置的电源模块。

2.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

第一电机与传动轴相连接；以及

发动机通过主离合器、第一电机与传动轴相连接。

3.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

第二电机通过第一电磁离合器、第一皮带轮系与发动机相连接；

第二空气压缩机通过第二电磁离合器、第二皮带轮系与第二电机相连接；以及

第二助力转向油泵通过第三电磁离合器、第二皮带轮系与第二电机相连接。

4.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

第一电机控制器的各第一逆变器模块在直流侧串联一断路装置后并联到母线电容上；以及

第二电机控制器的各第二逆变器模块在直流侧串联一断路装置后并联到母线电容上。

5.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

蓄电装置的各电源模块的正极连接在一起后与正极接触器、预充接触器和预充电阻相连接，其中预充接触器和预充电阻串联后与正极接触器并联，形成蓄电装置的正极；以及

蓄电装置的各电源模块的负极分别串联一负极接触器后连接在一起，形成蓄电装置的负极。

6.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

第一电机的部分第一电机模块或第一电机控制器的部分第一逆变器模块出现故障时，剩余的第一电机模块或第一逆变器模块能够正常工作。

7.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

第二电机的部分第二电机模块或第二电机控制器的部分第二逆变器模块出现故障时，剩余的第二电机模块或第二逆变器模块能够正常工作。

8.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

蓄电装置的部分电源模块出现故障时，剩余的电源模块能够正常工作。

9.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

具有纯电动驱动模式和混合驱动模式；

在纯电动驱动模式下，发动机、第一空气压缩机和第一转向助力油泵不工作，主离合器和第一电磁离合器处于分离状态，第二电磁离合器和第三电磁离合器接合，第二电机工作在电动模式下，通过第二皮带轮系驱动第二空气压缩机和第二转向助力油泵；以及

在混合驱动模式下，发动机工作，驱动第一空气压缩机和第一转向助力油泵，第一电磁离合器接合，发动机通过第一皮带轮系驱动第二电机，第二电机工作在发电模式下，第二电磁离合器和第三电磁离合器处于分离状态，第二空气压缩机和第二转向助力油泵不工作。

10.根据权利要求1所述的具有高可靠性的混联式混合动力总成，其特征在于，

在纯电动驱动模式或混合驱动模式下，第一电机的部分第一电机模块或第一电机控制器的部分第一逆变器模块出现故障时，剩余的第一电机模块或第二逆变器模块能够正常工作，驱动车辆启动及降额运行；

在纯电动驱动模式或混合驱动模式下，蓄电装置的部分电源模块出现故障时，剩余的电源模块能够正常工作，驱动车辆启动及降额运行；

在纯电动驱动模式下，第二电机的部分第二电机模块或第二电机控制器的部分第二逆变器件模块出现故障时，剩余的第二电机模块或第二逆变器模块能够正常工作，驱动第二空气压缩机和第二转向助力油泵工作，第二电机或第二电机控制器出现故障完全不能工作时，自动切换到混合驱动模式，由发动机驱动第一空气压缩机和第一转向助力油泵工作；以及

在混合驱动模式下，第二电机的部分第二电机模块或第二电机控制器的部分第二逆变器模块出现故障时，剩余的第二电机模块或第二逆变器模块能够正常工作，提供降额发电。

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