CN104071017A - 功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统 - Google Patents
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Abstract
一种功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，包括车载发电机组、发电机控制器、驱动电机控制器、动力电池和电驱动总成，车载发电机组通过和动力电池的功率叠加，实现与电驱动总成的功率平衡。与传统混合动力汽车相比较，本发明中的发动机始终工作在油耗最低的高速稳定运行区域，使车载发电机组工作在高效、低排放区，能有效降低燃油消耗和排放，同时由于工况相对固定，振动噪声较小。与纯电动汽车相比，本发明通过采用小型化的功率型动力电池或超级电容器作为辅助能源，在车载发电机组保证车辆续驶里程的基础上，能有效克服纯电动汽车目前存在的需要配置大容量电池带来的重量大、成本高的不足。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车，特别涉及一种功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统。
背景技术
纯电驱动电动汽车已成为国家新能源汽车发展的方向。纯电驱动电动汽车包括插电式混合动力汽车、增程式混合动力汽车和纯电驱动汽车三大类。
插电式混合动力汽车通常是在混合动力汽车的基础上，通过增加电机功率和电池容量或者改变动力系统构型来提升纯电动续驶里程。插电式混合动力汽车技术往往依赖于传统发动机技术和传统变速箱技术，在技术方案实施上难度较大。
增程式纯电驱动电动汽车是一种串联型混合动力汽车应用方案。在纯电动汽车方案的基础上，通过增配增程器(APU)，动力蓄电池采用能量型，以APU功率与电池并联，驱动电动机运行，从而延长纯电行驶里程。目前市场上推出的增程式电动汽车按增程工作模式为当电池电量低于某一预设值时，启动车载发电机组工作。这种模式以车载电池供电为主，车载发电机组辅助供电，该模式整车的燃油和排放明显优于传统燃油车。然而，该模式存在以下缺陷：以车载电池供电为主，因此整车需要配备充足容量的电池；同时电池的一次投入成本高，需配备较充足容量的电池，整车自重会增加。
纯电动汽车采用大功率动力蓄电池作为储能单元，以大功率驱动电机作为能量变换单元，其车辆续驶里程和综合性能的高低往往取决于动力电池的容量的大小。现阶段对于纯电动客车，为了提高车辆的续驶历程，往往通过增加电池容量来实现，这样使得车辆重量和成本大大增加。
发明内容
本发明的目的，就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，其包括：
车载发电机组，为车辆提供持续运行的电能；
发电机控制器，与车载发电机组电连接；
驱动电机控制器，与电驱动总成电连接；
动力电池，分别与发电机控制器、驱动电机控制电连接；动力电池为动力系统提供瞬时能量补偿和回收制动能量；
电驱动总成，包括驱动电机和机电耦合机构，驱动电机与驱动电机控制器电连接；机电耦合机构与驱动电机耦合传动相连并与汽车后桥减速器传动相连；
车载发电机组通过和动力电池的功率叠加，实现与电驱动总成的功率平衡。
所述动力电池为功率型电池或超级电容器。
所述超级电容器为功率型高压大容量超级电容器。
所述机电耦合机构为机械式自动变速器、减速器或行星排。
本发明与传统混合动力汽车相比较，本方案车载发电机组发动机始终工作在油耗最低的高速稳定运行区域，避开传统的燃油车燃油高和排放差的工作区域，使车载发电机组工作在高效、低排放区，有效降低燃油消耗和排放，整车的燃油和排放也明显优于传统混合动力汽车；同时由于工况相对固定，振动噪声较小。与纯电动汽车相比，通过采用小型化的功率型动力电池或超级电容器作为辅助能源，在车载发电机组保证车辆续驶里程的基础上，本发明能有效克服纯电动汽车目前存在的需要配置大容量电池带来的重量大、成本高的不足。
附图说明
图1是功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统的第一实施例；
图2是功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统的第二实施例；
图3是功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统的第三实施例。
具体实施方式
下面结合具体实施实例，进一步阐述本发明。
参见图1，配合参见图2、图3，本发明的功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，包括由燃油或燃气发动机1与发电机2组成的车载发电机组，发电机控制器6、驱动电机控制器7、动力电池8、以及由驱动电机3和机电耦合机构4构成的电驱动总成。
本发明中的燃油或燃气发动机1工作在油耗最优的运行区域，为车辆运行提供持续动力。根据车辆运行工况的差异，通过设定几个典型工作点来对应不同车辆运行工况时的功率需求，不同工况点之间的切换通过整车控制器来进行协调。动力电池8作为辅助能源，为车辆运行提供瞬时的功率补给。动力电池可以采用功率型电池，以满足车辆瞬态功率输出和大功率快速的制动能量回收要求。车载发电机组输出功率与动力电池功率共同为车辆运行提供动力源，实现与驱动电机及其控制系统的功率平衡。动力电池也可以采用超级电容器，充分利用超级电容器的快速充放电特性和长寿命特性，提高系统的充放电效率和使用寿命。
本发明采用驱动电机3及机电耦合机构4作为动力传输。在图1的实施例中，机电耦合机构采用机械式自动变速器(AMT)，AMT输出转矩通过后桥减速器5传输至车轮。驱动电机与AMT总成相对于驱动电机与减速器总成而言，在重量、性能方面具有较大优势。通过电机与AMT匹配，可以有效地提高对电驱动总成的效率，采用电机与变速箱总成在效率利用方面可提升8～12％，在体积和重量方面降低约1/3～1/2。对于电机与AMT总成系统，在不同的车辆运行速度下，需要电机辅助进行AMT换档，电机需要运行在转矩控制和转速控制两种模式的切换下，且要求响应速度快。AMT控制器TCU作为一个控制与执行部件，涉及换档转速、换档时刻、换档时对驱动电机控制需求等方面均通过整车控制器来完成。在图1的实施例中，发电机控制器6、驱动电机控制器7通过直流电源进行并网，车载发电机组输出动力可直接提供给驱动电机控制器，也可储存在动力电池中。当车辆减速或制动时，通过驱动电机控制器也可将驱动电机制动能量反馈至动力电池中。
图2为本发明功率平衡式纯电驱动汽车动力系统的另一种构型。该构型中，作为车辆驱动用的电驱动总成采用驱动电机与减速器耦合的总成方式。与图1所示的构型比较，本构型对应的驱动电机功率相当，但转速较高，从而使得驱动电机控制器的功率模块电流等级需要提升；或者通过提高动力电池的电压等级来降低功率模块的电流等级。在驱动电机及其控制系统成本上略高于图1所示的构型，但电驱动总成成本相对较低。
图3为本发明的第三种构型。该构型中，电驱动总成采用驱动电机与行星排耦合的总成方式。驱动电机与太阳轮相连接，行星排齿圈固定，行星架作为动力输出端与后桥主减速器5相连接。与图2所示的构型相比较，在驱动电机及其控制系统成本和电驱动总成成本方面基本相当。
Claims (4)
1.一种功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，其特征在于包括：
车载发电机组，为车辆提供持续运行的电能；
发电机控制器，与车载发电机组电连接；
驱动电机控制器，与电驱动总成电连接；
动力电池，分别与发电机控制器、驱动电机控制电连接；动力电池为动力系统提供瞬时能量补偿和回收制动能量；
电驱动总成，包括驱动电机和机电耦合机构，驱动电机与驱动电机控制器电连接；机电耦合机构与驱动电机耦合传动相连并与汽车后桥减速器传动相连；
车载发电机组通过和动力电池的功率叠加，实现与电驱动总成的功率平衡。
2.如权利要求1所述的功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，其特征在于：所述动力电池为功率型电池或超级电容器。
3.如权利要求2所述的功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，其特征在于：所述超级电容器为功率型高压大容量超级电容器。
4.如权利要求1所述的功率平衡式纯电驱动电动汽车的动力系统，其特征在于：所述机电耦合机构为机械式自动变速器、减速器或行星排。
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