CN102514479B - 增程式电动汽车动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增程式电动汽车动力系统,包括前桥、后桥、前驱动装置、后驱动装置、动力耦合装置、控制器、蓄电池组等,前驱动装置包括前驱动电机、内燃机和变速箱,前驱动电机由控制器控制,变速箱上设置分别用于向前桥和后桥输出动力的前输出轴和后输出轴,前驱动电机为电动发电一体机,内燃机与前驱动电机的动力输入端通过离合器连接,内燃机既可以带动前驱动电机发电,又可以直接参与车辆驱动,并通过前驱动电机调节其工作点保持在高效率区,提高了内燃机的能量利用率,改善了车辆的经济性,另外,本发明可使车辆实现四轮驱动,提高轮胎牵引力的利用率,通过增加动力耦合装置,可实现前后动力的转速耦合或转矩耦合,改善车辆的动力性能。

Description

增程式电动汽车动力系统
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车动力系统,特别涉及一种电动汽车动力系统。
背景技术
[0002] 随着环保形势的日益严峻,研究新能源汽车的需求日益增加。纯电动汽车无需燃油,但由于电池的技术瓶颈,车辆存在制造成本高、充电不方便、一次充电续驶里程短、功率不足、故障率高等问题;其他新能源汽车,由于技术成本高或安全问题,难以适用。因此,现有的新能源汽车很难和传统汽车抗衡,其适用范围受到限制。
[0003] 在此背景下,增程式电动汽车作为一种新型的节能环保型汽车可以综合纯电动汽车和传统汽车的优点。车辆在一定设计里程范围内可以纯电动行驶,实现低能耗、零排放;如果需要长途行驶时可由内燃机在最佳工况下带动发电机发电,给蓄电池和驱动电机供电;另外,电池组还可以有效回收汽车制动能量。因此,增程式电动汽车被公认为目前电动汽车发展的主流技术方向之一。
[0004]目前,增程式电动汽车的技术和市场处于一种蓬勃的发展阶段,市场上已出现的增程式电动汽车其动力系统基本采用“机械能一电能一机械能”的增程方式,即内燃发电机组直接向电池组或驱动电机供电以增加续驶里程,其能量利用率不高,且工作模式和功率有限,难以满足车辆多工况、大功率的需求,安全可靠性较低。
[0005] 此外,现有增程式电动汽车多数采用两轮驱动,相对于四轮驱动汽车,其轮胎牵引力利用率不高;或是某些四驱车只是简单地用发动机和电机分别驱动两个车轴,动力难以充分利用,且在车辆制动时不能进行全轮制动能量回收,能量利用率不高。
[0006] 因此,需探索一种能充分利用内燃机和驱动电机动力并能提高轮胎牵引力和制动能量利用率的增程式电动汽车的动力系统,改善车辆的动力性、经济性和安全可靠性,使其更好地满足人们日常工作和远途旅行的需求,提高电动汽车适用性。
发明内容
[0007] 有鉴于此,本发明提供一种增程式电动汽车动力系统,以解决现有增程式电动汽车无法充分利用内燃机和驱动电机的动力,以及两轮驱动轮胎牵引力和制动能量利用率低等技术问题。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
[0009] 本发明的增程式电动汽车动力系统,包括前桥、后桥、前驱动装置、后驱动装置、控制器和蓄电池组,所述前驱动装置包括前驱动电机和变速箱,前驱动电机由控制器控制,所述变速箱上设置用于向前桥输出动力的前输出轴和用于向后桥输出动力的后输出轴,所述前驱动电机与变速箱之间设置离合器I,前输出轴与前桥之间设置离合器II,后输出轴与后桥之间设置离合器III,所述前驱动装置还包括内燃机,所述前驱动电机为电动发电一体机,所述内燃机与前驱动电机的动力输入端通过离合器IV连接,所述前驱动装置和后驱动装置通过动力耦合装置实现转速耦合或转矩耦合。[0010] 进一步,所述后驱动装置包括由控制器控制的后驱动电机和与后驱动电机转轴沿周向固定配合的电机输出齿轮,所述动力I禹合装置包括同时设置内齿和外齿的齿圈、与后桥的输入轴沿周向固定配合的行星架和可绕后桥的输入轴转动的太阳轮,所述电机输出齿轮与齿圈的外齿啮合,行星架的行星齿轮同时与太阳轮和齿圈的内齿啮合,所述太阳轮与后输出轴之间设置离合器V;
[0011] 进一步,所述太阳轮上设置有制动器;
[0012] 进一步,所述后驱动电机为电动发电一体机。
[0013] 本发明的有益效果:本发明的增程式电动汽车动力系统具有以下优点:
[0014] 1.本发明的内燃机既可以带动前驱动电机发电,又可以直接参与车辆驱动,同时前驱动电机调节其工作点保持在高效率区,提高了内燃机的能量利用率,改善了车辆的经济性。
[0015] 2.本发明可实现车辆的四轮驱动,提高轮胎牵引力的利用率,同时在汽车制动时还可以根据驾驶条件进行单电机或双电机的制动能量回收,从而改善电动汽车的动力性和能量利用率。
[0016] 3.本发明通过协调控制各离合器和制动器的不同工作状态,可实现车辆的纯电动驱动、纯内燃机驱动、内燃机与驱动电机的混合驱动、增程发电等多种模式,并且还可以根据需要进行两轮驱动或四轮驱动的模式切换,满足了车辆多工况、大功率的需求。
[0017] 4.本发明所述的动力耦合装置能够将后输出轴传递的动力和后驱动电机的动力进行转速耦合或转矩耦合,从而提供高转速或高转矩输出,以满足不同的动力需求。
[0018] 5.本发明还可以在特殊工况条件下进行内燃机反拖制动,提高车辆的制动安全性。
[0019] 6.本发明可以降低车辆对动力源(如驱动电机)的功率要求,从而节约制造成本。附图说明
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述;
[0021] 图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0022] 以下将结合附图对本发明进行详细说明,图中,虚线表示电力连接:本实施例的增程式电动汽车动力系统,包括前桥1、后桥2、前驱动装置、后驱动装置、控制器3和蓄电池组4,本实施例中,蓄电池组上设置有充电器15,所述前驱动装置包括前驱动电机5和变速箱6,前驱动电机5由控制器3控制,所述变速箱6上设置用于向前桥I输出动力的前输出轴6a和用于向后桥2输出动力的后输出轴6b,所述前驱动电机5与变速箱6之间设置离合器I 7a,前输出轴6a与前桥I之间设置离合器II 7b,后输出轴6b与后桥2之间设置离合器III 7c,离合器选用自动离合器,所述前驱动装置还包括内燃机8,所述前驱动电机5为电动发电一体机,所述内燃机8与前驱动电机5的动力输入端通过离合器IV 7d连接,所述前驱动装置和后驱动装置通过动力耦合装置实现转速耦合或转矩耦合,内燃机既可以带动前驱动电机发电,又可以直接参与车辆驱动同时前驱动电机调节其工作点保持在高效率区,提高了整车的能量利用率,改善了车辆的经济性。[0023] 作为上述技术方案的进一步改进,所述后驱动装置包括由控制器3控制的后驱动电机9和与后驱动电机9转轴沿周向固定配合的电机输出齿轮10,控制器控制前驱动电机和后驱动电机的工作状态,同时管理前驱动电机、后驱动电机及蓄电池组三者之间的能量交换,所述动力耦合装置包括同时设置内齿和外齿的齿圈11、与后桥2的输入轴2a沿周向固定配合的行星架12和可绕后桥2的输入轴2a转动的太阳轮13,所述电机输出齿轮10与齿圈11的外齿啮合,行星架12的行星齿轮12a同时与太阳轮13和齿圈11的内齿啮合,所述太阳轮13与后输出轴6b之间设置离合器V 7e。
[0024] 作为上述技术方案的进一步改进,所述太阳轮上13设置有制动器14,所述后驱动电机9为电动发电一体机,在汽车制动时可以根据驾驶条件控制前后两个电机工作状态,进行单电机或双电机的制动能量回收,从而改善了电动汽车的能量利用率。
[0025] 下面具体介绍该动力系统的各个工作模式:
[0026] 首先要说明的是,本发明所涉及的动力耦合装置可以在后输出轴6b和后驱动电机9均有动力输入时实现前后动力的转速耦合或转矩耦合,具体实现如下:
[0027] 当进行转速耦合时,离合器III 7c分离,离合器V 7e接合,制动器14分离,后输出轴6b的动力通过太阳轮13输入,后驱动电机9的动力通过电机输出齿轮10与齿圈11外齿轮啮合输入,通过行星轮系实现两个电机的转速耦合,并由行星架12输出至后桥。
[0028] 当进行转矩耦合时,离合器III 7c接合,离合器V 7e分离,制动器14制动(即制动太阳轮13),后输出轴6b的动力直接传递到行星架12,后驱动电机9的动力通过电机输出齿轮10与齿圈11外齿轮啮合输入,此时太阳轮13制动,通过行星轮系实现两个电机的转矩耦合,并由行星架12输出至后桥。
[0029] 1.纯电动驱动模式
[0030] 当车辆低速行驶或在对排放要求严格的特定区域行驶时,可使用纯电动驱动模式,此时内燃机8关闭,离合器IV 7d分离,蓄电池组提供动力。
[0031 ] (I)前驱动电机5前驱
[0032] 此时蓄电池组4向前驱动电机5提供电能,后驱动电机9断电,离合器I 7a和离合器II 7b接合,离合器III 7c和离合器V 7e分离,其动力路线为:前驱动电机5—离合器
I 7a—变速箱6—前输出轴6a—离合器II 7b—前桥I。
[0033] ( 2 )后驱动电机9后驱
[0034] 此时蓄电池组4向后驱动电机9提供电能,前驱动电机5断电,所有离合器分离,制动器14锁止。其动力路线为:后驱动电机9一电机输出齿轮10—齿圈11 一行星架12—后桥2。
[0035] (3 )前驱动电机5与后驱动电机9联合后驱
[0036] 此时蓄电池组4向前驱动电机5和后驱动电机9提供电能,离合器II 7b分离,前驱动电机5将动力经后输出轴6b传递给动力耦合装置,然后与后驱动电机9进行转速耦合或转矩耦合,从而驱动车辆行驶。
[0037] (4)前驱动电机5前驱、后驱动电机9后驱
[0038] 此时蓄电池组4向前驱动电机5和后驱动电机9提供电能,离合器III 7c和离合器V 7e分离,制动器14锁止。此时动力传递路线分为两部分,第一条动力路线:前驱动电机5—离合器I 7a—变速箱6—前输出轴6a—离合器II 7b—前桥1,第二条动力路线:后驱动电机9一电机输出齿轮10—齿圈11一行星架12—后桥2。
[0039] (5 )前驱动电机5与后驱动电机9混合四驱
[0040] 此时蓄电池组4向前驱动电机5和后驱动电机9提供电能,离合器I 7a接合,离合器II 7b接合将前驱动电机5的动力传递到前桥,控制离合器III 7c、离合器V 7e和制动器14将前驱动电机5的动力传递到动力耦合装置与后驱动电机9进行转速或转矩的耦合。
[0041] 2.内燃机驱动模式
[0042] 在蓄电池组4电量不足,或车辆要求长时间较大功率输出且内燃机单独工作足以满足功率需求时,可以选择该模式。首先离合器IV 7d接合,前驱动电机5以电动模式将内燃机启动,然后前驱动电机5空转,后驱动电机9断电。
[0043] (I)内燃机前驱
[0044] 此时,离合器I 7a、离合器II 7b接合,离合器III 7c、离合器V 7e分离,动力路线为:内燃机8一离合器IV 7d一前驱动电机5—离合器I 7a—变速箱6—前输出轴6a—离合器 II 7b一iu 桥 I ο
[0045] (2)内燃机后驱
[0046] 此时离合器I 7a、离合器III 7c接合,离合器II 7b、离合器V 7e分离,动力路线为:内燃机8—离合器IV 7d—前驱动电机5—变速箱6—后输出轴6b—离合器III 7c—行星架12—后桥2。
[0047] (3)内燃机四驱
[0048] 此时离合器I 7a、离合器II 7b、离合器III 7c接合,离合器V 7e分离,内燃机的动力经离合器IV 7d、前驱动电机5、离合器I 7a传递到变速箱6,然后前输出轴6a通过离合器
II 7b驱动前桥1,后输出轴6b通过离合器III 7c传递动力驱动后桥2。
[0049] 3.内燃机与驱动电机混合驱动模式
[0050] 当车辆要求大功率输出且电动机或内燃机单独工作均不能满足功率需求时,采用内燃机与电机混合驱动模式。此时离合器IV 7d、离合器I 7a接合,前驱动电机5可以空转也可以电动模式与内燃机8的动力进行耦合,然后与后驱动电机9联合驱动车辆。
[0051] (I)内燃机8前驱、后驱动电机9后驱
[0052] 此时离合器II 7b接合,离合器V 7e、离合器III 7c分离,制动器14锁止,动力传递路线分为两部分,第一部分:内燃机8—离合器IV 7d—前驱动电机5—离合器I 7a—变速箱6一前输出轴6a—离合器II 7b一前桥I,第二部分:后驱动电机9一电机输出齿轮10—齿圈11一行星架12—后桥2。
[0053] (2)内燃机8与后驱动电机9联合后驱
[0054] 此时离合器II 7b分离,后输出轴6b将内燃机8的动力传递到耦合装置与后驱动电机9进行转速或转矩的耦合,从而提供高转速或高转矩输出,以适应不同动力要求。
[0055] (3)内燃机8与后驱动电机9混合四驱
[0056] 此时内燃机8的动力经过变速箱6输出后一分为二,一部分由前输出轴6a通过离合器II 7b驱动前桥I,一部分动力由后输出轴6b传递给动力耦合装置与后驱动电机9进行转速耦合或转矩耦合,然后由行星架12驱动后桥2。
[0057] 4.增程发电模式
[0058] 此时内燃机8处于工作状态,离合器IV 7d接合,内燃机带动前驱动电机5发电,根据车辆状态可以分为驻车发电和行车发电模式。
[0059] (I)驻车发电
[0060] 此时后驱动电机9断电,车辆处于停车状态,所有除离合器IV 7d之外的其他离合器均分离,前驱动电机5将内燃机8的机械能转化为电能储存到蓄电池组4中。
[0061] (2)行车发电
[0062] 当内燃机8不直接参与驱动时,前驱动电机5将内燃机8的机械能转化为电能提供给后驱动电机9,并将多余的电能储存到蓄电池组中,此时属于串联式增程模式。
[0063] 当内燃机8直接参与车辆驱动时,前驱动电机5以发电模式工作并调节内燃机8的工作点使其最优,所发电能提供给蓄电池组4或后驱动电机9。
[0064] 5.制动能量回收模式
[0065] 在车辆制动时,可以根据制动需要,通过协调控制前后两个电机、各个离合器和制动器的状态,选择单电机或双电机制动能量回收。
[0066] 6.倒车模式
[0067] 当车辆需要倒车时,只需在纯电动模式下电机反向转动即可实现倒车功能,因此变速箱无需设置倒挡,简化了其结构。
[0068] 7.插电模式
[0069] 当车辆运行结束时,可以利用充电器15连接电网电源对蓄电池组进行充电。
[0070] 此外,本发明还可以在车辆在特殊工况下如车辆下长坡时进行内燃机的反拖制动,此时离合器IV 7d接合,提高了车辆的制动安全性。
[0071] 如上所述,本发明可以使车辆实现多种工作模式,用户可以根据需要选择其中若干,并且为使车辆控制更加方便,优选某些工作模式作为常用工作模式,同时可以降低对动力源的功率要求,提高整车的运行效率。
[0072] 最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种增程式电动汽车动力系统,包括前桥(I)、后桥(2)、前驱动装置、后驱动装置、控制器(3 )和蓄电池组(4),所述前驱动装置包括前驱动电机(5 )和变速箱(6 ),前驱动电机(5)由控制器(3)控制,所述变速箱(6)上设置用于向前桥(I)输出动力的前输出轴(6a)和用于向后桥(2)输出动力的后输出轴(6b),所述前驱动电机(5)与变速箱(6)之间设置离合器I (7a),前输出轴(6a)与前桥(I)之间设置离合器II (7b),后输出轴(6b)与后桥(2)之间设置离合器III(7c),其特征在于:所述前驱动装置还包括内燃机(8),所述前驱动电机(5)为电动发电一体机,所述内燃机(8)与前驱动电机(5)的动力输入端通过离合器IV(7d)连接,所述前驱动装置和后驱动装置通过动力耦合装置实现转速耦合或转矩耦合; 所述后驱动装置包括由控制器(3)控制的后驱动电机(9)和与后驱动电机(9)转轴沿周向固定配合的电机输出齿轮(10),所述动力耦合装置包括同时设置内齿和外齿的齿圈(11)、与后桥(2)的输入轴(2a)沿周向固定配合的行星架(12)和可绕后桥(2)的输入轴(2a)转动的太阳轮(13),所述电机输出齿轮(10)与齿圈(11)的外齿啮合,行星架(12)的行星齿轮(12a)同时与太阳轮(13)和齿圈(11)的内齿啮合,所述太阳轮(13)与后输出轴(6b)之间设置离合器V (7e)。
2.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统,其特征在于:所述太阳轮上(13)设置有制动器(14)。
3.根据权利要求2所述的增程式电动汽车动力系统,其特征在于:所述后驱动电机(9)为电动发电一体机。
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