CN103921663A - 双电机双离合器的混合动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机双离合器的混合动力系统，包括发动机、发电机及驱动电机，还包括第一离合器、第二离合器、电池单元及电容单元；电池单元与发电机相连，电容单元与电池单元及驱动电机相连；发动机、第一离合器、发电机、第二离合器、驱动电机依次相连；驱动电机制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元；当第二离合器接合时发电机制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元。还公开其控制方法，包括：通过驱动电机制动将制动能量转化为电能存储进电容单元中；通过发电机制动，将制动能量转化为电能后存储在电池单元内。本发明可靠性高、能有效发挥电池及电容优势。

Description

双电机双离合器的混合动力系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车动力系统技术领域，尤其涉及一种双电机双离合器的混合动力系统及其控制方法。

背景技术

随着新能源汽车技术的不断发展，过去的单纯电容作为能源的混合动力公交车，已经不再属于新能源车的范畴。目前政府导向重点发展插电式混合动力，但是由于目前电池技术的落后，电池的可靠性还有待提高，所以在设计插电式混合动力公交车的时候需要考虑采用电池和电容双电源的方案。然而电容的功率密度大，电池的能量密度大，如何完全的发挥两者的性能，是目前研究的重点方向。

目前市场上电容和电池双电源的插电式混合动力公交车，电池不能吸收车辆行驶过程中制动回收的能量，制动回收的能量只供电容吸收，而电池只能靠外接电源进行充电或者用车载发动机对电池进行充电。这种设计方案，需要的电容容量较大，并且制动回收过程中，富余的能量无法让电池吸收，无法发挥电池的能量密度大，电容功率密度大的优势。有个别厂家采用增加双向DC-DC的方案，实现电容和电池的相互充电，但是由于制动回收的能量大，DC-DC的功率需求较大，导致DC-DC的成本高，DC-DC的可靠性无法保证。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种可有效回收制动能量的双电机双离合器的混合动力系统，另外还提供其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种双电机双离合器的混合动力系统，包括发动机、发电机及驱动电机，还包括第一离合器、第二离合器、电池单元及电容单元；

所述电池单元与所述发电机相连，所述电容单元与所述电池单元及驱动电机相连；所述发动机输出端与第一离合器输入端相连，所述发电机输入端与所述第一离合器输出端相连，发电机的输出端与所述第二离合器的输入端相连，所述第二离合器的输出端与驱动电机相连；

驱动电机制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元；当第二离合器接合时发电机制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元。

还提供一种双电机双离合器的混合动力系统控制方法，所述方法包括：

通过驱动电机制动将制动能量转化为电能存储进电容单元中；

通过发电机制动，

将制动能量转化为电能后存储在电池单元内。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明在发动机与发电机之间设置第一离合器，在发电机及驱动电机之间设置第二离合器，发电机与电池单元相连接，电容单元与驱动电机及电池单元相连接，通过两个离合器的控制可以灵活控制驱动电机及发电机，驱动电机制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元；当第二离合器接合时发电机制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元。本发明在制动过程中可将富裕的能量让电池进行吸收，有效发挥了电池单元的能量密度大，电容单元功率密度大的优势，此外，电容单元与电池单元之间不用相互充电，提高系统本身的可靠性，降低了成本。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的结构示意图；

图2是本发明一优选实施例的电路原理图。

标号说明：

1、发动机；2、发电机；3、驱动电机；4、第一离合器；5、第二离合器；6、车轮；7、电池单元；71、电池组；8、电容单元；81、电容组；9、传动轴；10、传动桥。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

区别于现有技术，在驱动电机3制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元8；当第二离合器5接合时发电机2制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元7。本发明可靠性高，能有效发挥电池及电容优势。

如图1所示双电机双离合器的混合动力系统，包括发动机1、发电机2及驱动电机3，其特征在于，还包括第一离合器4、第二离合器5、电池单元7及电容单元8；

所述电池单元7与所述发电机2相连，所述电容单元8与所述电池单元7及驱动电机3相连；所述发动机1输出端与第一离合器4输入端相连，所述发电机2输入端与所述第一离合器4输出端相连，发电机2的输出端与所述第二离合器5的输入端相连，所述第二离合器5的输出端与驱动电机3相连；

驱动电机3制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元8；当第二离合器5接合时发电机2制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元7。

驱动电机3利用电容单元8电能转换为驱动力，此时，该动力系统的主要工作状态包括以下几种：在第一离合器4分离、第二离合器5分离时，驱动电机3为单独驱动及制动，此时发电机2与发动机1不工作；在第一离合器4分离、第二离合器5接合时，驱动电机3与发电机2为联合驱动及制动，此时发动机1不工作；在第一离合器4接合、第二离合器5接合时，驱动电机3与发电机2为联合驱动及制动，此时发动机1处于联合驱动状态；在第一离合器4接合、第二离合器5分离时，驱动电机3为单独驱动及制动，此时发动机1驱动发电机2发电，发电机2发电。

本发明在发动机1与发电机2之间设置第一离合器4，在发电机2及驱动电机3之间设置第二离合器5，发电机2与电池单元7相连接，电容单元8与驱动电机3及电池单元7相连接，通过两个离合器的控制可以灵活控制驱动电机3及发电机2，在驱动时，电容单元8给驱动电机3供电，电池单元7给发电机2供电，在电容单元8电量充足或者驱动功率足够时，只有驱动电机3驱动，在电容单元8电量充足或者驱动功率不足时，发电机2也参与驱动；驱动电机3制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元8；当第二离合器5接合时发电机2制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元7。本发明在制动过程中可将富裕的能量让电池进行吸收，有效发挥了电池单元7的能量密度大，电容单元8功率密度大的优势，电容单元8与电池单元7之间不相互充电，提高系统本身的可靠性，降低了成本。

此外，本发明有两个离合器，第一离合器4使发动机1独立与传动轴9，可以使两个电机的工作不受到发动工作的限制，第二离合器5使发电机2独立与传动轴9，可以实现发动机1带动发电机2发电，从而驱动驱动电机3进行整车驱动。

一同参阅图2，所述电池单元7包括电池组71、充电电路、放电电路及串联于充电电路中的第一开关S1，所述充电电路及放电电路电连接电池组71；

所述电容单元8包括电容组81、第二充电电路、第二放电电路及串联于第二充电电路中的第二开关S2，所述第二充电电路及第二放电电路电连接电容组81；

所述电池单元7与所述电容单元8并联；所述电池单元7与所述电容单元8之间设置有第三开关S3。

本发明中有两个电源分别为电容组81和电池组71，通过充放电电路与开关的配合，可以使发电机2分别单独的对电容组81进行耗电和发电、对电池进行耗电和发电，使驱动电机3对电容的耗电和回电、使发电机2单独的对电池的耗电和发电。本实施例中，所述电容组81通过第二充电电路将驱动电机3制动能量回收。所述电池组71通过第一放电电路将发电机2的制动能量存储。电容单元8用来作为提供平路的起步驱动和回收短暂的制动回收能量，电池组71用来作为提供长时间爬坡的驱动能量和长时间制动的回收能量。

进一步地，电池单元7与电容单元8中还分别包括电机控制单元，该电机控制单元除了有效控制电器的开启及关闭，还可检测电池组71及电容组81的充电状况。

本实施例中，驱动电机3的输出端连接传动轴9，所述传动轴9连接传动桥10，所述传动桥10端部设置车轮6，例如，本发明可应用于目前市场上常见的12米车的插电式混合动力系统一般匹配的电容组81为0.3kWh的能量，电池组71为16kWh的能量。电容组81能够允许大功率的充放电，16kWh的磷酸铁锂电池只能够允许短暂的64kW放电，短暂的48kW充电。驱动电机3允许的段时间的充放电功率为110kW。所以电池组71的容量远大于电容组81，电容允许短时间的充放电功率远大于电池。本发明电容组81用来作为提供平路的起步驱动和回收短暂的制动回收能量，电池组71用来作为提供长时间爬坡的驱动能量和长时间制动的回收能量。

另外，基于同一思路下双电机双离合器的混合动力系统控制方法包括：

通过驱动电机制动将制动能量转化为电能存储进电容单元中；

通过发电机制动，

将制动能量转化为电能后存储在电池单元内。

综上，发明在发动机1与发电机2之间设置第一离合器4，在发电机2及驱动电机3之间设置第二离合器5，发电机2与电池单元7相连接，电容单元8与驱动电机3及电池单元7相连接，通过两个离合器的控制可以灵活控制驱动电机3及发电机2，在制动过程中可将富裕的能量让电池进行吸收，有效发挥了电池单元7的能量密度大，电容单元8功率密度大的优势，此外，电容单元8与电池单元7之间不相互充电，提高系统本身的可靠性，降低了成本。在此基础上，本发明中有两个电源分别为电容组81和电池组71，通过充放电电路与开关的配合，可以使发电机2分别单独的对电容组81进行耗电和发电、对电池进行耗电和发电，使驱动电机3对电容的耗电和回电、使发电机2单独的对电池的耗电和发电。电容单元8用来作为提供平路的起步驱动和回收短暂的制动回收能量，电池组71用来作为提供长时间爬坡的驱动能量和长时间制动的回收能量。进一步设置电机控制单元，该电机控制单元除了有效控制电器的开启及关闭，还可检测电池组71及电容组81的充电状况。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种双电机双离合器的混合动力系统，包括发动机、发电机及驱动电机，其特征在于，还包括第一离合器、第二离合器、电池单元及电容单元；

所述电池单元与所述发电机相连，所述电容单元与所述电池单元及驱动电机相连；所述发动机输出端与第一离合器输入端相连，所述发电机输入端与所述第一离合器输出端相连，发电机的输出端与所述第二离合器的输入端相连，所述第二离合器的输出端与驱动电机相连；

驱动电机制动时将制动能量转化为电能存储进电容单元；当第二离合器接合时发电机制动并将制动能量转化为电能存储进电池单元。

2.根据权利要求1所述的双电机双离合器的混合动力系统，其特征在于：所述电池单元包括电池组、充电电路、放电电路及串联于充电电路中的第一开关，所述充电电路及放电电路电连接电池组；

所述电容单元包括电容组、第二充电电路、第二放电电路及串联于第二充电电路中的第二开关，所述第二充电电路及第二放电电路电连接电容组；

所述电池单元与所述电容单元并联；所述电池单元与所述电容单元之间设置有第三开关。

3.根据权利要求1所述的双电机双离合器的混合动力系统，其特征在于：所述电池单元与电容单元中还分别包括电机控制单元。

4.根据权利要求2所述的双电机双离合器的混合动力系统，其特征在于：所述电容组通过第二充电电路将驱动电机制动能量回收。

5.根据权利要求2所述的双电机双离合器的混合动力系统，其特征在于：所述电池组通过第一放电电路将发电机的制动能量存储。

6.根据权利要求1-5任一项所述的双电机双离合器的混合动力系统，其特征在于：所述驱动电机的输出端连接传动轴，所述传动轴连接传动桥，所述传动桥端部设置车轮。

7.一种双电机双离合器的混合动力系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：

通过驱动电机制动将制动能量转化为电能存储进电容单元中；

通过发电机制动，

将制动能量转化为电能后存储在电池单元内。