CN103921665B - 一种增程式电动汽车动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增程式电动汽车动力系统，该系统的发动机通过内轴与第一电动机转子连接，第二电动机转子与外轴相连；外轴设于内轴的外周，且能够与内轴独立旋转；发动机通过第一变速机构输出动力至差速器，第二电动机通过第二变速机构输出动力至差速器；差速器通过半轴将动力输出至车轮。第二电动机可以一直驱动车辆，满足整车动力性需求，保证纯电动性能。本发明通过控制第一变速机构中的两个连接断开单元的分离或者结合，实现动力总成运行模式的切换，在动力电池电量不足时，低速时串联驱动车辆，高速时并联驱动车辆，提高了车辆的高速长途性能；第一电动机和第二电动机集成设计，结构紧凑。

Description

一种增程式电动汽车动力系统

技术领域

本发明属于电动汽车领域，涉及一种电动汽车动力系统，特别涉及具有发动机和两个电动机并能进行发动机驱动和电动机驱动的可外接充电式增程式电动汽车动力系统。

背景技术

在现有技术中，公知有以下内容。

增程式电动车是一种配有车载动力电池和辅助动力单元（AuxiliaryEnergySupply，AES）的纯电驱动的电动汽车，当电能充足时，动力电池提供车辆行驶所需的所有能量，当电能不足时，辅助动力单元工作。

增程式电动汽车工作模式分成两个阶段，第一阶段为CD（ChargeDepleting，电量消耗）阶段，该阶段下保持纯电动行驶，在有限的行驶里程内由动力电池提供能量；第二阶段为CS（ChargeSustaining，电量保持）阶段，该阶段下发动机参与工作，实现整车续驶里程的延长。

目前的增程式电动汽车存在两种构型，包括串联增程式电动汽车(如AudiA1e-tron)和混联增程式电动汽车（如ChevroletVOLT）。在串联增程式电动车中，电动机为驱动动力源，发动机不直接驱动车辆，只是在动力电池电量下降到一定程度时，发动机才会起动，带动发电机发电，为驱动电机提供能量。串联增程式电动汽车动力系统较为简单，成本较低。在混联增程式电动汽车VOLT中，CS阶段，低速行驶时串联驱动，高速行驶时电动机与发动机联合驱动车辆行驶，在CS阶段下动力性和油耗均优于串联增程式电动汽车。

中国大多数用户都是首次购车，对高速长途性能要求较高。由于目前电池能量密度低，纯电动车不能满足高速长途行驶的要求。

如上述串联增程式电动汽车，通常配置小功率的发动机和发电机，在CS阶段下动力性只能满足回家行驶。如果增大发动机和发电机的功率以提高CS阶段的高速长途性能，则由于能量二次转换损失，高速长途行驶时经济性差。所以，串联增程式电动汽车高速长途性能差。

混联增程式电动汽车在CS阶段下动力性和油耗均优于串联增程式电动汽车，可以满足高速长途行驶的要求，但动力系统复杂、成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，成本低的增程式电动汽车动力系统，由该动力系统驱动的电动汽车具有良好的高速长途性能。

为了解决上述技术问题，本发明的增程式电动汽车动力系统包括发动机、第一电动机、第二电动机、内轴、外轴、第一变速机构、第二变速机构和差速器；所述的发动机通过内轴与第一电动机转子连接，第二电动机转子与外轴相连；外轴设于内轴的外周，且能够与内轴独立旋转；发动机通过第一变速机构输出动力至差速器，第二电动机通过第二变速机构输出动力至差速器；第一变速机构包括第一传动机构，第一连接断开单元、第二连接断开单元、第一主减速齿轮、第二主减速齿轮和第二传动机构；当第一连接断开单元结合、第二连接断开单元断开时，发动机通过第一传动机构、第一连接断开单元、第一主减速齿轮和第二传动机构将动力输出至差速器；当第二连接断开单元结合、第一连接断开单元断开时，发动机通过第一传动机构、第二连接断开单元、第二主减速齿轮和第二传动机构将动力输出至差速器；差速器通过半轴将动力输出至车轮。

所述的第二电动机峰值功率不仅大于整车百公里加速需求功率、而且大于最高车速需求功率。

第二电动机可以一直驱动车辆，满足整车动力性需求，保证纯电动性能；通过控制两个连接断开单元的分离或者结合，实现动力总成运行模式的切换。动力电池电量充足时（SOC为35%～100%），第二电动机单独驱动车辆行驶，发动机停机。动力电池电量不足时（SOC为25%～35%），低速行驶时利用第一电动机为动力电池充电以满足车辆功率需求，高速行驶时发动机参与驱动以满足车辆的驱动功率与电动附件消耗功率的需求，提高了发动机的负荷率，从而改善了整车的燃油经济性。本发明在动力电池电量不足时，低速时串联驱动车辆，高速时并联驱动车辆，提高了车辆的高速长途性能。第一电动机和第二电动机集成设计，结构紧凑；发动机通过具有两个变速比的第一变速机构输出动力，工作区间更加灵活，可以同时兼顾车辆的动力性与经济性。

所述的第一电动机和第二电动机相邻布置在第二变速机构的同一侧，并且配置在同一条轴线上，能够使侧面的结构减少，提高搭载性。

所述第一传动机构采用齿轮传动机构或链传动机构。

在所述发动机的动力输出端配置一个减震器，起到缓冲减震作用。

所述的第一变速机构由多个齿轮和两个连接断开单元组成，具有两个变速比，所述的第二变速机构由多个齿轮组成，具有一个变速比。

所述的第一连接断开单元和第二连接断开单元分别布置在两根互相平行的传动轴上，通过控制两个连接断开单元的动作状态，可以实现第一变速机构以两个不同的变速比传递动力，在发动机驱动时可以更好的调节发动机工作区间，保证车辆动力性和经济性。

所述的第一连接断开单元和第二连接断开单元可以是干式离合器、湿式离合器或者其它能够实现连接断开功能的机构。

附图说明

图1为本发明的增程式电动汽车动力系统实施例1结构示意图。

图2为实施例1中第一主减速齿轮25、第二主减速齿轮26和第三主减速齿轮31的连接关系示意图。

图3为本发明的增程式电动汽车动力系统实施例2结构示意图。

图4为实施例2中第一主减速齿轮25、第二主减速齿轮26和齿轮14的连接关系示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，该增程式电动汽车动力系统包括发动机1、第一电动机、第二电动机、内轴2、外轴7、第一变速机构、第二变速机构和差速器18。

第一电动机包括第一电动机定子10，第一电动机转子11；第二电动机包括第二电动机定子8，第二电动机转子9。

第一变速机构包括第一传动机构，第一连接断开单元、第二连接断开单元、第一主减速齿轮25、第二主减速齿轮26和第二传动机构。其中第一传动机构由齿轮21分别与齿轮22、齿轮23啮合构成。第一连接断开单元、第二连接断开单元分别采用湿式离合器24、湿式离合器27。第二传动机构由第三主减速齿轮31构成。

在发动机1的动力输出端配置一个减震器30，起缓冲减震作用，削减发动机1传递到第一变速机构的震动。

第二变速机构包括齿轮6、齿轮30、传动轴16、第二主减速齿轮26、第三主减速齿轮31。

第二电动机由未示于图中的动力电池供电，在车辆停止运行时，可以通过外接电网对动力电池进行充电。

发动机1通过内轴2与第一电动机转子11连接，第二电动机转子9通过外轴7与齿轮6连接；外轴7设于内轴2的外周，且能够与内轴2独立旋转。

在第一变速机构中，第一主减速齿轮25与第三主减速齿轮31处于常啮合状态，第二主减速齿轮26与第三主减速齿轮31也处于常啮合状态。当离合器24结合，离合器27分离时，发动机1的动力依次通过齿轮21、齿轮22、离合器24、第一主减速齿轮25、第三主减速齿轮31传递到差速器18；当离合器24分离，离合器27结合时，发动机1的动力依次通过齿轮21、齿轮23、离合器27、第二主减速齿轮26、第三主减速齿轮31传递到差速器18；当离合器24分离，离合器27分离时，发动机1的动力不能传递到差速器18；在发动机1工作时，离合器24与离合器27不同时结合。第二电动机的动力依次通过齿轮6、齿轮30、传动轴16、第二主减速齿轮26、第三主减速齿轮31输出至差速器18。

所述的第二电动机峰值功率由整车动力性决定，其不仅大于整车百公里加速的需求功率，而且大于整车最高车速的需求功率，具体功率大小由整车整备质量、百公里加速时间、整车风阻、滚阻等决定。其中整车百公里加速的需求功率和整车最高车速的需求功率均为本领域技术人员通过常规技术手段就可以确定的。

根据动力电池荷电状态（SOC），所述增程式电动汽车动力系统有两个工作阶段：电量消耗（CD）阶段和电量维持（CS）阶段。当电池电量充足（SOC为35%～100%）时，所述增程式电动汽车动力系统工作在CD阶段，当电池电量降低到一定程度（SOC为25%～35%）时，所述增程式电动汽车动力系统进入到CS阶段。在CD阶段下所述增程式电动汽车动力系统工作在纯电动模式。在CS阶段下所述增程式电动汽车动力系统有以下几种工作模式：低速串联模式、高速行车发电模式、高速发动机单独驱动模式和高速联合驱动模式。在CS阶段下，由于发动机可以直接参与驱动，减少了能量的二次损失，所以其在高速长途行驶时性能较好。

CD和CS阶段下所述增程式电动汽车动力系统工作模式见下表。

通过控制离合器24和离合器27的分离或者结合，实现所述的增程式电动汽车动力系统工作模式的切换。所述增程式电动汽车动力系统工作模式及各工作模式下动力总成各部件的工作状态如下所述。

低速或高速纯电动模式下，发动机1停止工作，离合器24分离，离合器27分离，第二电动机单独驱动车辆行驶。

低速串联模式下，发动机1工作，第一电动机发电，离合器24分离，离合器27分离，第二电动机单独驱动车辆行驶。

高速行车发电模式下，发动机1工作，HUC控制第一电动机处于发电工作模式，第二电动机处于随转工作模式，离合器24分离离合器27结合，或者离合器24结合离合器27分离，发动机1单独驱动车辆行驶。

高速发动机单独驱动模式下，发动机1工作，HUC控制第一电动机处于随转工作模式，第二电动机处于随转工作模式，离合器24分离离合器27结合，或者离合器24结合离合器27分离，发动机1单独驱动车辆行驶。

高速联合驱动模式下，发动机1工作，离合器24分离离合器27结合，或者离合器4结合离合器27分离，第二电动机和发动机1联合驱动车辆行驶。

不同工作模式下动力总成各部件的工作状态见下表。

实施例2

如图2所示，该增程式电动汽车动力系统包括包括发动机1、第一电动机、第二电动机、内轴2、外轴7、第一变速机构、第二变速机构和差速器18。

第一连接断开单元、第二连接断开单元分别采用湿式离合器24、湿式离合器27。

与实施例1不同的是，第一变速机构包括第一传动机构，第一连接断开单元、第二连接断开单元、第一主减速齿轮25、第二主减速齿轮26和第二传动机构。其中的第一传动机构由链传动机构3构成。第二传动机构由齿轮14，主减速器输入轴12、齿轮15和第三主减速齿轮31构成。第二变速机构由齿轮6、齿轮13、主减速器输入轴12、齿轮15和第三主减速齿轮31构成。其余结构均与实施例1相同。

当离合器24结合，离合器27分离时，发动机1的动力通过链传动机构3、离合器24、第一主减速齿轮25、第三主减速齿轮31传递到差速器18；当离合器24分离，离合器27结合时，发动机1的动力通过链传动机构3、离合器27、第二主减速齿轮26、齿轮14、主减速器输入轴12、齿轮15和第三主减速齿轮31传递到差速器18；当离合器24分离，离合器27分离时，发动机1的动力不能传递到差速器18；在发动机1工作时，离合器24与离合器27不同时结合。第二电动机的动力依次通过齿轮6、齿轮13、主减速器输入轴12、齿轮15和第三主减速齿轮31输出至差速器。

根据动力电池荷电状态（SOC），所述增程式电动汽车动力系统有两个工作阶段：电量消耗（CD）阶段和电量维持（CS）阶段。当电池电量充足（SOC为35%～100%）时，所述增程式电动汽车动力系统工作在CD阶段，当电池电量降低到一定程度（SOC为25%～35%）时，所述增程式电动汽车动力系统进入到CS阶段。在CD阶段和CS阶段下所述增程式电动汽车动力系统的工作模式与具体实施例1中完全相同，在不同的工作模式下动力总成各部件的工作状态与具体实施例1中完全相同。

此外，本发明不限于上述实施方式中事例性地表示的内容，能够在不脱离本发明的范围内进行的适当变形或修改均属于本发明所要保护的范畴。

Claims (7)

1.一种增程式电动汽车动力系统，其特征在于包括发动机(1)、第一电动机、第二电动机、内轴(2)、外轴(7)、第一变速机构、第二变速机构和差速器(18)；所述的发动机(1)通过内轴(2)与第一电动机转子(11)连接，第二电动机转子(9)与外轴(7)相连；外轴(7)设于内轴(2)的外周，且能够与内轴(2)独立旋转；发动机(1)通过第一变速机构输出动力至差速器(18)，第二电动机通过第二变速机构输出动力至差速器(18)；第一变速机构包括第一传动机构，第一连接断开单元、第二连接断开单元、第一主减速齿轮(25)、第二主减速齿轮(26)和第二传动机构；当第一连接断开单元结合、第二连接断开单元断开时，发动机(1)通过第一传动机构、第一连接断开单元、第一主减速齿轮(25)和第二传动机构将动力输出至差速器(18)；当第二连接断开单元结合、第一连接断开单元断开时，发动机(1)通过第一传动机构、第二连接断开单元、第二主减速齿轮(26)和第二传动机构将动力输出至差速器(18)；差速器(18)通过半轴(19)将动力输出至车轮(20)。

2.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统，其特征在于所述的第一电动机和第二电动机相邻布置在第二变速机构的同一侧，并且配置在同一条轴线上。

3.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统，其特征在于所述第一传动机构采用齿轮传动机构或链传动机构。

4.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统，其特征在于在所述发动机(1)的动力输出端配置一个减震器(30)。

5.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统，其特征在于所述的第一连接断开单元和第二连接断开单元分别布置在两根互相平行的传动轴上。

6.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统，其特征在于所述的第一连接断开单元和第二连接断开单元采用干式离合器或湿式离合器。

7.根据权利要求1所述的增程式电动汽车动力系统，其特征在于所述的第二电动机峰值功率不仅大于整车百公里加速需求功率、而且大于最高车速需求功率。