CN103978883B - 采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统，包括内燃机、行星齿轮系统、第一电机、第二电机和双离合器。所述行星齿轮系统包括行星架、行星齿轮、齿圈和太阳轮。所述内燃机的输出轴连接行星架。所述第一电机的转子连接所述齿圈。所述太阳轮连接所述传动轴的一端，所述传动轴的另一端连接所述双离合器的输入盘。所述第二电机的转子连接所述双离合器的输入盘。所述双离合器的第一离合器的输出端安装一档主动齿轮，所述双离合器的第二离合器的输出端安装二档主动齿轮。所述一档主动齿轮与一档从动齿轮啮合。所述二档主动齿轮与二档从动齿轮啮合。所述一档从动齿轮和二档从动齿轮安装在动力输出轴上。

Description

采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统

技术领域

本发明涉及属于电动汽车领域。

背景技术

随着全球能源短缺和环境污染的日益加重，能源消耗的主要终端之一和有害气体排放的主要源头之一的汽车已成为节能减排的焦点，混合动力汽车与纯电动汽车正是在此背景下应运而生。

混合动力汽车是主要以内燃机为动力源，通过内燃机怠速停机、制动能量回收、低速纯电动行驶、行车发电、行车助力以及内燃机单独驱动等混合动力功能，使得内燃机可以按照整车的实际运行工况灵活调控，保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。虽然由电机来调节内燃机的工作点，但是汽车的动力主要由内燃机提供，因此内燃机的功率很大，而且内燃机工作时还必须带动与它相连的电机旋转，其产生的摩擦会影响汽车的经济性。

电动汽车具有零排放、能源利用率高、结构简单、噪声小和原料广的优点，是未来汽车工业发展的方向之一。但是传统汽车的发展却受到电池技术的制约由于国内充电桩网络无法大面积的覆盖，电池不能及时充电，限制了电动汽车的续驶里程；另外，电池在快速启动、上坡、加速时经常处于深放电状态，在回收制动时，快速回收制动能量，因此电池的寿命受到严重损害。

为了解决混合动力的燃油经济性与纯电动汽车的电池寿命和无法及时充电带来的续驶里程影响等问题，增程式电动汽车应运而生，增程式电动车是在纯电动车的基础上又增加了一个动力源一增程器(内燃机、发电机组)，车辆以电能为主能源，大部分时间工作于纯电动模式，此模式下增程器不工作，所需的能量完全由电池组提供，可以实现零排放、零污染；当行驶里程较长，电池组电量消耗到一定程度时内燃机才启动，带动发电机发电为汽车提供辅助能量可使内燃机一直工作在最佳效率区，降低了汽车的排放性与经济性。

为此，人们经过长期的探索，提出了各种方案。例如，有的方案是在车辆低速时由电机驱动，高速时动力系统并联驱动，但是其不能保证内燃机一直工作在最佳效率区，并且需要采用两个双离合装置，造价成本高，而且内燃机不能通过二档输出动力。还有的方案能够实现在低速或者内燃机效率低时，由电机驱动，在高速、急加速或者匀速且内燃机效率高时，有内燃机参与驱动，但是它不能保证内燃机一直工作在最佳效率区，且只有一个档位，对电机的转矩与最高转速要求高，动力系统的传动效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用双离合与行星齿轮相结合的两档自动变速器增程式电动汽车动力系统。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统，包括内燃机、行星齿轮系统、第一电机、第二电机和双离合器。

所述行星齿轮系统包括行星架、行星齿轮、齿圈和太阳轮。所述内燃机的输出轴连接行星架。所述第一电机的转子连接所述齿圈。

所述太阳轮连接所述传动轴的一端，所述传动轴的另一端连接所述双离合器的输入盘。所述第二电机的转子连接所述双离合器的输入盘。

所述双离合器的第一离合器的输出端安装一档主动齿轮，所述双离合器的第二离合器的输出端安装二档主动齿轮。

所述一档主动齿轮与一档从动齿轮啮合。所述二档主动齿轮与二档从动齿轮啮合。所述一档从动齿轮和二档从动齿轮安装在动力输出轴上。

进一步，所述齿圈具有内齿和外齿。所述齿圈的内齿与行星齿轮啮合，所述齿圈的外齿与安装在所述第一电机转子上的齿轮啮合。

进一步，所述动力输出轴上还安装有动力输出齿轮。

本发明还公开一种安装有如前所述的采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统的电动汽车。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。采用两档自动变速器，为第二电机提供了两个传动比，降低了车辆对第二电机的扭矩需求，提高了电机的工作效率，减小了第二电机的体积，最优化了第二电机的动力性与经济性。第一电机、内燃机、行星齿轮、双离合装置与第二电机采用一体化集成设计，使结构更加紧凑，实现系统的轻量化。由于行星齿轮机构的输入输出具有同轴特性，因此通过采用行星齿轮机构可实现内燃机到第二电机发电机的同轴传输,将有效地提高机电一体化水平，降低燃油消耗。在车辆低速、低功率行驶时，仅由第二电机驱动车辆，减小了内燃机在低效率的损耗；在高速行驶时，可根据功率需求让内燃机工作在最佳效率区单独驱动，在保证整车动力性的基础上，可进一步延长车辆的续驶里程。基于本发明的动力系统，可以取消内燃机、行星齿轮机构和第一电动机，动力系统一直在纯电动模式下工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：内燃机1、行星架2、齿圈3、第一电机转子4、二档主动齿轮5、第一传动轴6、一档主动齿轮7、双离合器8、第一离合器9、第二离合器10、第二电机转子11、第二电机定子12、动力输出齿轮13、输出齿轮14、一档从动齿轮15、二档从动齿轮16、第一电机定子17、太阳轮18、第二传动轴19。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统。

该系统包括内燃机1、行星齿轮系统、第一电机、第二电机和双离合器8。

所述行星齿轮系统包括行星架2、若干个行星齿轮、齿圈3和太阳轮18。所述内燃机1的输出轴连接行星架2，所述内燃机1工作时可以带动行星架2转动，进而带动车辆运动，也可以带动第一电机和/或第二电机旋转发电，所述第一电机和第二电机发出的电储存于蓄电池中，所述蓄电池的电能又供第一电机和第二电机的转子旋转做功时使用。所述第一电机的转子(即第一电机转子4)连接所述齿圈3。本实施例中，所述齿圈3具有内齿和外齿。所述齿圈3的内齿与行星齿轮啮合。所述齿圈3的外齿与安装在所述第一电机转子4上的齿轮啮合。由于所述齿圈3具有外齿，齿圈3相当于也是一个齿轮。因此，所述第一电机转子4与齿圈3之间是依靠齿轮传动。

所述太阳轮18连接所述传动轴6的一端，所述传动轴6的另一端连接所述双离合器8的输入盘。即所述太阳轮18与双离合器8的输入盘是通过传动轴6来传动的。所述第二电机的转子(即第二电机转子11)连接所述双离合器8的输入盘，即第二电机工作时，第二电机转子11可以带动双离合器8的输入盘旋转，而双离合器8的输入盘也可以带动第二电机转子11旋转，使得第二电机发电。

所述双离合器8的第一离合器9的输出端(与第一离合器9连接的输入轴上)安装一档主动齿轮7，所述双离合器8的第二离合器10的输出端(与第二离合器10连接的输入轴上)安装二档主动齿轮5。

所述一档主动齿轮7与一档从动齿轮15啮合。所述二档主动齿轮5与二档从动齿轮16啮合。所述一档从动齿轮15和二档从动齿轮16安装在同一根动力输出轴上。所述动力输出轴上还安装有动力输出齿轮13。

实施例2：

本实施例公开一种安装有如实施例1所述的采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统的电动汽车。

该电动汽车可以按照一下几种工作模式运行：

1)停车充电模式

当车辆停止或将要起步时，检测所述蓄电池剩余电量。若电量低于阈值，启动内燃机1，双离合中两个离合器均分离。内燃机1带动行星架2旋转，进而带动太阳轮18和/或齿圈3旋转。所述太阳轮18能够带动第二电机转子11旋转发电，所述齿圈3能够带动第一电机转子4旋转发电。第一电机和第二电机发出的电均储存于蓄电池中。若所述第一电机和/或第二电机对蓄电池充电后，所述蓄电池的电量大于阈值，则可以进入“纯电动起步模式”。

2)纯电动起步模式

在车辆起步时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，内燃机1不工作，双离合传动装置第一离合器9结合，双离合传动装置第二离合器10分离(挂一挡)。由第一电机和/或第二电机工作，带动双离合器的输入盘旋转，驱动车辆起步。如果由第二电机单独驱动车辆时，第一电机处于无扭矩旋转。

3)纯电动行驶模式

在车辆低速行驶，内燃机1效率比较低时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，内燃机1不工作，双离合传动装置第一离合器9结合，双离合传动装置第二离合器10分离(挂一挡)。由第一电机和/或第二电机工作，带动双离合器的输入盘旋转，驱动车辆起步。如果由第二电机单独驱动车辆时，第一电机处于无扭矩旋转。

4)行车充电模式

在车辆行驶中，检测所述蓄电池剩余电量，若电量小于阈值，内燃机1工作，第一离合器9和第二离合器10中的一个结合、另一个分离。由内燃机1带动第一电机发电。内燃机1和/或第二电机驱动车辆行驶。

5)内燃机单独驱动模式

在车辆中高速或匀速行驶，内燃机1工作在最佳效率区时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，第一离合器9和第二离合器10中的一个结合、另一个分离，内燃机1工作驱动车辆行驶。第一电机和第二电机不工作。

6)并联驱动模式

在车辆加速或者爬坡，所需功率比较高时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，这时第一电机与第二电机一起工作，内燃机1不动，实现两个电机的动力耦合，驱动车辆行驶。

7)行车制动模式

在车辆减速或者制动时，双离合装置第二离合器10结合，第一离合器9分离，第一电机处于无扭矩的旋转，内燃机1不动，第二电机发电，回收制动能量。

Claims (2)

1.采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统，其特征在于：包括内燃机(1)、行星齿轮系统、第一电机、第二电机和双离合器(8)；

所述行星齿轮系统包括行星架(2)、行星齿轮、齿圈(3)和太阳轮(18)；所述内燃机(1)的输出轴连接行星架(2)；所述第一电机的转子连接所述齿圈(3)；

所述太阳轮(18)连接传动轴(6)的一端，所述传动轴(6)的另一端连接所述双离合器(8)的输入盘；所述第二电机的转子连接所述双离合器(8)的输入盘；

所述双离合器(8)的第一离合器(9)的输出端安装一档主动齿轮(7)，所述双离合器(8)的第二离合器(10)的输出端安装二档主动齿轮(5)；

所述一档主动齿轮(7)与一档从动齿轮(15)啮合；所述二档主动齿轮(5)与二档从动齿轮(16)啮合；所述一档从动齿轮(15)和二档从动齿轮(16)安装在动力输出轴上；

所述齿圈(3)具有内齿和外齿；所述齿圈(3)的内齿与行星齿轮啮合，所述齿圈(3)的外齿与安装在所述第一电机转子(4)上的齿轮啮合；

所述动力输出轴上还安装有动力输出齿轮(13)。

2.一种安装有如权利要求1所述的采用双离合与行星齿轮相结合的增程式电动汽车动力系统的电动汽车，其特征在于：

1)停车充电模式

当车辆停止或将要起步时，检测蓄电池剩余电量；若电量低于阈值，启动内燃机(1)，双离合中两个离合器均分离；内燃机(1)带动行星架(2)旋转，进而带动太阳轮(18)和/或齿圈(3)旋转；所述太阳轮(18)能够带动第二电机转子(11)旋转发电，所述齿圈(3)能够带动第一电机转子(4)旋转发电；第一电机和第二电机发出的电均储存于蓄电池中；若所述第一电机和/或第二电机对蓄电池充电后，所述蓄电池的电量大于阈值，则可以进入“纯电动起步模式”；

2)纯电动起步模式

在车辆起步时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，内燃机(1)不工作，双离合传动装置第一离合器(9)结合，双离合传动装置第二离合器(10)分离；由第一电机和/或第二电机工作，带动双离合器的输入盘旋转，驱动车辆起步；如果由第二电机单独驱动车辆时，第一电机处于无扭矩旋转；

3)纯电动行驶模式

在车辆低速行驶，内燃机(1)效率比较低时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，内燃机(1)不工作，双离合传动装置第一离合器(9)结合，双离合传动装置第二离合器(10)分离；由第一电机和/或第二电机工作，带动双离合器的输入盘旋转，驱动车辆起步；如果由第二电机单独驱动车辆时，第一电机处于无扭矩旋转；

4)行车充电模式

在车辆行驶中，检测所述蓄电池剩余电量，若电量小于阈值，内燃机1工作，第一离合器(9)和第二离合器(10)中的一个结合、另一个分离；由内燃机(1)带动第一电机发电；内燃机(1)和/或第二电机驱动车辆行驶；

5)内燃机单独驱动模式

在车辆中高速或匀速行驶，内燃机(1)工作在最佳效率区时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，第一离合器(9)和第二离合器(10)中的一个结合、另一个分离，内燃机(1)工作驱动车辆行驶；第一电机和第二电机不工作；

6)并联驱动模式

在车辆加速或者爬坡，所需功率比较高时，检测所述蓄电池剩余电量，若电量大于阈值，这时第一电机与第二电机一起工作，内燃机(1)不动，实现两个电机的动力耦合，驱动车辆行驶；

7)行车制动模式

在车辆减速或者制动时，双离合装置第二离合器(10)结合，第一离合器(9)分离，第一电机处于无扭矩的旋转，内燃机(1)不动，第二电机发电，回收制动能量。