CN104149595A - 一种混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种混合动力系统。该系统包括复合燃料储存装置、第一能源转换装置、第二能源装换装置、行星齿轮传动机构以及四个轴力传递装置。该复合燃料储存装置分别与第一能源转换装置和第二能源转换装置连接。行星齿轮传动机构包括太阳轮、齿圈、机架和行星架。第一能源转换装置和第二能源转换装置中的一个通过第一轴力传递装置与太阳轮连接，另一个通过第二轴力传递装置与齿圈连接。太阳轮和齿圈分别通过第三轴力传递装置和第四轴力传递装置连接机架，以固定或者松开太阳轮和齿圈。本发明能源利用效率高、污染物排放少、续驶里程较长且工作方式灵活。

Description

一种混合动力系统

技术领域

本发明属于混合动力车辆技术领域，涉及一种混合动力系统。

背景技术

混合动力汽车已成为当前汽车发展的重点，其节能减排的优势受到汽车企业与研究机构的广泛重视，并投入大力予以研究和开发，且已有很多成型产品投放市场。在可以预见的未来，其将作为汽车发展的主流方向予以大规模的推广和运用。

目前，根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：

一是串联式混合动力系统，一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。但是在这种混合方式中能量需要经过多次转换，导致效率比较低并且动力性较差。

二是并联式混合动力系统，它有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。本田的Accord和Civic采用的即是并联式联结方式。

三是混联式混合动力系统，它在结构上综合了串联式和并联式的特点。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节发动机的功率输出和电机的运转。但是，此联结方式系统复杂，成本高。丰田的Prius采用的是混联式联结方式。

目前的多数混合动力系统，主要包括内燃机、发电机、离合器、变速器、动力电池、制动系统及整车自动控制系统，但是其使用成本较高，续驶里程较短，同时在能效、排放、燃油经济性等方面也存在提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能源利用效率高、污染物排放少、续驶里程较长且工作方式较为灵活的混合动力系统。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种混合动力系统，包括复合燃料储存装置、第一能源转换装置、第二能源装换装置、行星齿轮传动机构以及四个轴力传递装置；所述复合燃料储存装置分别与第一能源转换装置和第二能源转换装置连接，存储并提供第一能源转换装置和第二能源装换装置所需的能源，并由第一能源转换装置和第二能源转换装置将所述能源转换成机械能；所述行星齿轮传动机构包括太阳轮、齿圈、机架和行星架；第一能源转换装置和第二能源转换装置中的一个通过第一轴力传递装置与所述太阳轮连接，另一个通过第二轴力传递装置与所述齿圈连接；所述太阳轮和所述齿圈分别通过第三轴力传递装置和第四轴力传递装置连接所述机架，以固定或者松开所述太阳轮和齿圈。

第一能源转换装置和第二能源转换装置均包括能源转换单元，以将从所述复合燃料储存装置获取的能源转换成电能或者机械能；若所述能源转换单元的输出能量为电能，则其所在能源转换装置还包括与所述能源转换单元的输出端连接的电动机，所述电动机的输出端连接所述行星齿轮传动机构。

第一能源转换装置包括燃料电池组和电动机，所述燃料电池组的输入端连接所述复合燃料储存装置，输出端连接所述电动机的输入端；第二能源转换装置为天然气内燃机。

第一轴力传递装置和第二轴力传递装置均为离合器。

第三轴力传递装置和第四轴力传递装置均为制动器。

所述混合动力系统还包括传动装置，所述传动装置包括依次连接的离合器、变速器和驱动桥；其中，所述离合器的输入端连接所述行星齿轮传动装置的行星架。

所述混合动力系统还包括控制并连接所述复合燃料储存装置的第一控制单元，控制并连接所述天然气内燃机的第二控制单元，控制并连接所述燃料电池组的第三控制单元，控制并连接所述电动机的第四控制单元，控制并连接所述所有轴力传递装置的第五控制单元。

所述混合动力系统还包括整车控制单元，所述整车控制单元分别连接并控制第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元和第五控制单元。

所述混合动力系统还包括控制并连接所述复合燃料储存装置的第一控制单元，控制并连接所述天然气内燃机的第二控制单元，控制并连接所述燃料电池组的第三控制单元，控制并连接所述电动机的第四控制单元，控制并连接所述所有轴力传递装置的第五控制单元；控制并连接所述传动系统中离合器的第六控制单元以及控制并连接所述传动系统中变速器的第七控制单元。

所述混合动力系统还包括整车控制单元，所述整车控制单元分别连接并控制第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元、第五控制单元、第六控制单元和第七控制单元。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

1、本发明混合动力系统配合高密度复合燃料储存装置，提高了能源利用效率，降低了污染物的排放，与传统混合动力汽车相比较，还具有使用成本低，续驶里程长等优点。

2、本发明混合动力系统可根据不同工况，通过多种工作模式优选能源使用方式，灵活性强且消耗低。

总之，本发明混合动力系统基于高密度复合燃料储存装置应用于下一代清洁能源汽车，具有可观的前景。

附图说明

图1是本发明实施例中混合动力系统的结构示意图。

附图中：1、复合燃料储存装置；2、天然气内燃机；3、燃料电池组；4、电动机；5、行星齿轮传动机构；5a、太阳轮；5b、齿圈；5c、行星架；5d、机架；6、离合器；7、变速器；8、驱动桥；9a、第一离合器；9b、第二离合器；10a、第一制动器；10b、第二制动器；11a、第一控制单元；11b、第二控制单元；11c、第三控制单元；11d、第四控制单元；11e、第五控制单元；11f、第六控制单元；11g、第七控制单元；11h、整车控制单元。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

针对现有混合动力系统的上述技术问题，本发明提出了一种混合动力系统，图1是其结构示意图。该混合动力系统基于氢气/天然气双燃料高密度复合储存技术，包括复合燃料储存装置1、与复合燃料储存装置1分别连接的燃料电池组3和天然气内燃机2、与燃料电池组3的输出端连接的电动机4、与电动机4和天然气内燃机2的输出端均连接的行星齿轮传动机构5，以及依次连接于行星齿轮传动机构5的行星架之后的离合器6、变速器7和驱动桥8。

上述复合燃料储存装置1用于储存氢气和天然气，并为燃料电池组3提供氢气，为天然气内燃机2提供天然气。燃料电池组3的输出能源为电能，因此通过电动机4转换成机械能。天然气内燃机2的输出能源为机械能。

行星齿轮传动机构5包括太阳轮5a、齿圈5b、行星架5c和机架5d。电动机4的输出轴通过第一离合器9a与太阳轮5a连接，天然气内燃机2通过第二离合器9b与齿圈5b连接。太阳轮5a通过第一制动器10a与机架5d连接，以固定或者松开太阳轮5a；齿圈5b通过第二制动器10b与机架5d连接，以固定或者松开齿圈5b。

该系统还包括控制并连接复合燃料储存装置1的第一控制单元11a，以控制复合燃料储存装置的能源输出；控制并连接天然气内燃机2的第二控制单元11b，以控制天然气内燃机将天然气的能量转化成机械能；控制并连接燃料电池组3的第三控制单元11c，以控制燃料电池组的工作；控制并连接电动机4的第四控制单元11d，以控制电动机将电能转化成机械能；控制并连接第一离合器9a、第二离合器9b、第一制动器10a、第二制动器10b的第五控制单元11e，以控制第一离合器9a、第二离合器9b、第一制动器10a、第二制动器10b的动作；控制并连接离合器6的第六控制单元11f，以控制离合器6的动作；控制并连接变速器7的第七控制单元11g，以控制变速器7的动作。此外，该系统还包括整车控制单元11h，整车控制单元11h连接上述所有其他控制单元，并控制这些控制单元的工作。整车控制单元11h收集各节点的信息，结合车辆运行状况及驾驶员操作，按照一定的策略处理出对各部件的控制命令，发送给相应的控制单元。

由此可知，该混合动力系统包括两条动力输出路径。一条路径为由复合燃料储存装置1的一条分支连至燃料电池组3，再经过电动机4，然后通过第一离合器9a与行星齿轮传动机构5中的太阳轮5a相连；另一条为内燃机输出路径，由复合燃料储存装置1的另一条分支连至天然气内燃机2，并通过第二离合器9b与行星齿轮传动机构5中的齿圈5b相连。功率由行星齿轮传动机构5中的行星架5c经离合器6传入变速器7，到达驱动桥8，并最终由车轴输出。

当汽车处于电动机独立工作模式时，将第一离合器9a、第二制动器10b接合，第二离合器9b、第一制动器10a脱开，此时行星齿轮传动机构5中的齿圈5b固定，电动机4通过行星齿轮传动机构5中的太阳轮5a输入功率，通过行星架5c输出。此状态下行星齿轮传动机构5不提供动力分配的功能。

当汽车处于综合驱动模式时，接合第一离合器9a、第二离合器9b，将第一制动器10a、第二制动器10b脱开，此时电动机4和天然气内燃机2分别通过行星齿轮传动机构5中的太阳轮5a和齿圈5b输入功率，经行星齿轮传动机构5进行匹配之后由行星架5c输出。

当氢气耗尽，即汽车处于内燃机独立工作模式时，接合第二离合器9b、第一制动器10a，将第一离合器9a、第二制动器10b脱开，此时行星齿轮传动机构5中的太阳轮5a固定，天然气内燃机2通过行星齿轮传动机构5中的齿圈5b输入功率，通过行星架5c输出。此状态下行星齿轮传动机构5也不提供动力分配的功能。

上述实施例是本发明一个优选的实施例，本发明在所附权利要求书的范围内可以对上述实施例作相应的改变，例如天然气内燃机可以是其他的能源转换装置，燃料电池组和电动机组成的能源转换装置也可以由其他的能源转换装置替代；电动机4和天然气内燃机2与行星齿轮传动机构5的连接可以对换，即电动机4的输出轴通过第二离合器9b连接行星齿轮传动机构5的齿圈5b，而天然气内燃机2的输出轴通过第一离合器9a连接行星齿轮传动机构5的太阳轮5a；第一离合器9a、第二离合器9b、第一制动器10a和第二制动器10b均可以采用其他类似的轴力传动装置如联轴节等等。

综上所述，本发明混合动力系统相对于现有技术来说，在可根据不同工况进行多种运行模式选择的同时，与氢气/天然气双燃料高密度复合储存系统相配合，实现了能源利用效率的提高、污染物排放量的降低以及续驶里程的增长等改善。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，其特征在于：包括复合燃料储存装置、第一能源转换装置、第二能源装换装置、行星齿轮传动机构以及四个轴力传递装置；

所述复合燃料储存装置分别与第一能源转换装置和第二能源转换装置连接，存储并提供第一能源转换装置和第二能源装换装置所需的能源，并由第一能源转换装置和第二能源转换装置将所述能源转换成机械能；

所述行星齿轮传动机构包括太阳轮、齿圈、机架和行星架；第一能源转换装置和第二能源转换装置中的一个通过第一轴力传递装置与所述太阳轮连接，另一个通过第二轴力传递装置与所述齿圈连接；所述太阳轮和所述齿圈分别通过第三轴力传递装置和第四轴力传递装置连接所述机架，以固定或者松开所述太阳轮和齿圈。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：第一能源转换装置和第二能源转换装置均包括能源转换单元，以将从所述复合燃料储存装置获取的能源转换成电能或者机械能；

若所述能源转换单元的输出能量为电能，则其所在能源转换装置还包括与所述能源转换单元的输出端连接的电动机，所述电动机的输出端连接所述行星齿轮传动机构。

3.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：第一能源转换装置包括燃料电池组和电动机，所述燃料电池组的输入端连接所述复合燃料储存装置，输出端连接所述电动机的输入端；第二能源转换装置为天然气内燃机。

4.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：第一轴力传递装置和第二轴力传递装置均为离合器。

5.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：第三轴力传递装置和第四轴力传递装置均为制动器。

6.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统还包括传动装置，所述传动装置包括依次连接的离合器、变速器和驱动桥；

其中，所述离合器的输入端连接所述行星齿轮传动装置的行星架。

7.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统还包括控制并连接所述复合燃料储存装置的第一控制单元，控制并连接所述天然气内燃机的第二控制单元，控制并连接所述燃料电池组的第三控制单元，控制并连接所述电动机的第四控制单元，控制并连接所有轴力传递装置的第五控制单元。

8.根据权利要求7所述的混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统还包括整车控制单元，所述整车控制单元分别连接并控制第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元和第五控制单元。

9.根据权利要求6所述的混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统还包括控制并连接复合燃料储存装置的第一控制单元，控制并连接天然气内燃机的第二控制单元，控制并连接所述燃料电池组的第三控制单元，控制并连接所述电动机的第四控制单元，控制并连接所述所有轴力传递装置的第五控制单元；控制并连接所述传动系统中离合器的第六控制单元以及控制并连接所述传动系统中变速器的第七控制单元。

10.根据权利要求9所述的混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统还包括整车控制单元，所述整车控制单元分别连接并控制第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元、第四控制单元、第五控制单元、第六控制单元和第七控制单元。