CN104589995A - 一种新型插电式并联混合动力系统 - Google Patents

Abstract

一种新型插电式并联混合动力系统，其构型包括动力电池系统（B）、驱动电机系统（M1）和驱动电机系统（M2）、发动机（E）、离合器（C）、变速箱（T）。其特征在于：本系统具有M1、M2、E三个动力驱动装置，其中M1只用于辅助驱动车辆和制动能量回收，M2只用于驱动车辆和制动能量回收，E只用于非纯电驱动模式下的车辆驱动，无发动机发电工况。根据车辆不同的运行工况，将车辆分为7种动力驱动模式和3种制动能量回收模式，多种驱动组合模式和制动能量回收模式，不但提高了车辆动力性能，也提高了驱动电机的工作效率和制动能量回收效率；另外由于发动机没有发电工作模式，减少了发动机发电环节的能量损失，提高了整车燃油经济性。

Description

一种新型插电式并联混合动力系统

技术领域

本发明涉及一种插电式混合动力系统，特别是涉及一种插电式并联混合动力系统。

背景技术

近年来，面对能源危机和环境污染双重压力，世界汽车产业面临战略转型，新能源汽车已成为我国汽车工业战略发展方向。其中，2012年科技部发布的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划（摘要）》中更明确提出，纯电动车是中国新能源汽车技术发展重中之重。纯电动车以车载电源为动力源可同时改善石油依存度和环境污染问题。但目前纯电动车存在的初期成本高、续航里程短及充电时间长等技术缺陷限制了其在汽车市场的推广范围，所以混合动力汽车作为由传统汽车到纯电动车转型中的过渡形式在近年来得到了国家的大力支持。然而混合动力汽车的主要动力源为发动机，消耗的主要能源仍为普通燃料，在长时间高速行驶时基本不省油，因此产生了更加接近纯电动车的产物——插电式混合动力汽车。与常规混合动力相比，蓄电池是插电式混合动力汽车的主要动力源，消耗的主要能源为电能，插电式混合动力汽车比常规混合动力汽车更接近于纯电动车。所以无论从战略发展方向还是国情上，插电式混动车型都更有利于市场推广。

根据动力传递方式的不同，插电式混合动力汽车同常规混合动力汽车一样可分为：串联式、并联式、混联式。串联式结构中发动机不参与直接驱动，需要通过发电机、驱动机等将能量传递至驱动车轮驱动车辆行驶，使得发动机的效率大大降低；混联式结构中发动机虽然参与直接驱动，效率较高，但是由于结构既能串联又能并联，所以混联式结构的控制策略较为复杂；而并联式结构与串联式相比发动机的效率较高，与混联式相比控制策略也较为简单，所以现阶段的插电式混合动力汽车大部分都采用了并联式结构。然而，现在的插电式并联混合动力汽车基本都采用单个大功率驱动电机进行驱动，在小负荷低速运行时，驱动电机的工作效率很低，而且插电式混合动力汽车的蓄电池容量较大，发动机功率相对较小，在部分工况下发动机还需要为蓄电池充电，这样使得发动机为蓄电池充电的效率大大降低，从而导致车辆经济性变差。因此，本发明本着改善纯电动模式下的车辆动力性，优化车辆再生制动能量回收率，提高车辆驱动系统效率，提高整车能量利用效率和燃油经济性的目的，对一种新型插电式并联混合动力系统进行了研究。

发明内容

根据现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种新型插电式并联混合动力系统，根据不同运行工况采取不同工作模式进行驱动和控制，实现驱动电机与发动机的高效率运行，达到改善经济性，提升制动能量回收率，提高动力性和系统可靠性的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：新型插电式并联混合动力系统，其构型包括其构型包括动力电池系统（B）、驱动电机系统（M1）和驱动电机系统（M2）、发动机（E）、离合器（C）、变速箱（T）。其特征在于：

本系统具有M1、M2、E三个动力驱动装置，其中M1只用于辅助驱动车辆和制动能量回收，M2只用于驱动车辆和制动能量回收，E只用于非纯电驱动模式下的车辆驱动，无发动机发电工况。根据车辆不同的运行工况（大、中、小加速，高、中、低速巡航，强、中、弱制动），将车辆分为7种动力驱动模式和3种制动能量回收模式，多种驱动组合模式和制动能量回收模式，不但提高了车辆动力性能，也提高了驱动电机效率和制动能量回收效率；另外由于发动机没有发电工作模式，所以也提高了整车燃油经济性。

车辆驱动工作模式包括M1单独驱动，M2单独驱动，M1+M2联合驱动，E单独驱动，M1+E联合驱动，M2+E联合驱动，M1+M2+E联合驱动七种，可根据车辆驱动工况（大、中、小加速，高、中、低速巡航）不同，选择合适的驱动工作模式驱动车辆运行；车辆制动能量回收工作模式包括M1单独制动，M2单独制动，M1+M2联合制动三种，可根据车辆制动能量回收工况（强、中、弱制动）不同，选择合适的制动能量回收工作模式进行制动能量回收。

在本发明中，动力电池系统（B）分别与驱动电机系统（M1）和驱动电机系统（M2）进行电气连接；M1采用小功率电机，M2采用大功率电机；其中电机M1、变速箱（T）、离合器（C）和发动机（E）同轴机械连接。当电机M1工作，发动机（E）不工作时，变速箱（T）处于空挡状态，当发动机（E）工作，电机M1不工作时，电机M1空转。

本发明的优点在于：

1、两个驱动电机系统（M1和M2）具有不相同额定转速、额定功率和峰值功率，车辆可以根据不同驱动工况需求选择合适的驱动电机系统，使得每个驱动电机系统都能够在高效工作区运行。

2、具有三个动力驱动装置，通过并联形式联接，可以共同驱动车辆行驶，具有超强的动力性。

3、在纯电动工作模式下，两个驱动电机系统（M1和M2）可以配合工作，大大提高了每个电机的工作效率和纯电动模式的动力性；长途行驶时以发动机工作为主，电机辅助工作，可以使发动机一直处在高效工作区，提高了整车的燃油经济性。

4、两个驱动电机系统（M1和M2）峰值功率与额定转速都不相同，在不同工况下，车辆采用不同电机进行制动能量回收，即使在低速行驶时，依旧可以通过小功率电机M1进行制动能量的回收。

5、本发明中取消了发动机发电工作模式，减少了发动机发电环节的能量损失，提高了整车的燃油经济性。

附图说明

图1新型插电式并联混合动力系统构型图。

图2新型插电式并联混合动力系统控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种新型插电式并联混合动力系统，其构型包括动力电池系统（B）、驱动电机系统（M1）和驱动电机系统（M2）、发动机（E）、离合器（C）、变速箱（T）。其特征在于：本系统具有M1、M2、E三个动力驱动装置，其中M1只用于辅助驱动车辆和制动能量回收，M2只用于驱动车辆和制动能量回收，E只用于非纯电驱动模式下的车辆驱动，无发动机发电工况。

如图2所示，为新型插电式并联混合动力系统控制方法流程图，具体实施步骤如下描述：

1、首先由传感器采集车辆运行状态的信息，通过采集到的车辆运行状态信息进行分析判断汽车是处于驱动状态还是制动能量回收状态，汽车驱动状态包括起步、巡航和加速三个工况，制动能量回收状态包括滑行和制动两个工况。

2、当通过采集车辆状态信息判断车辆处于驱动状态下的起步工况时，控制方法步骤如下：

步骤S00、判断车辆是否处于起步工况，是则，进行步骤S01；否则，进行步骤S10；

步骤S01、判断电池SOC是否小于限值，是则，进行步骤S02和S03；否则，进行步骤S04；

步骤S04、判断是否急速起步，是则，进行步骤S05和S06；否则，进行步骤S07；

步骤S07、判断起步所需功率是否大于电机M1的峰值功率，是则，进行步骤S08和S09；否则，进行步骤S010和S011。

3、当通过采集车辆状态信息判断车辆处于驱动状态下的巡航工况时，控制方法步骤如下：

步骤S10、判断车辆是否处于巡航工况，是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S20；

步骤S11、判断车辆是否以大于V₀的速度行驶了大于T的时间，是则，进行步骤S12；否则，进行步骤S116；

步骤S12、判断巡航所需功率是否小于E的最小允许功率，是则，进行步骤S13和S14；否则，进行步骤S15；

步骤S15、判断巡航所需功率是否小于E的最高允许功率，是则，进行步骤S16和S17；否则，进行步骤S18；

步骤S18、判断巡航所需功率是否小于E的最高允许功率与M1的峰值功率的和，是则，进行步骤S19和S110；否则，进行步骤S111；

步骤S111、判断巡航所需功率是否小于E的最高允许功率与M2的峰值功率的和，是则，进行步骤S112和S113；否则，进行步骤S114和S115；

步骤S11、判断车辆是否以大于V₀的速度行驶了大于T的时间，是则，进行步骤S12；否则，进行步骤S116；

步骤S116、判断是否是低速巡航，是则，进行步骤S117和S118；否则，进行步骤S119；

步骤S119、判断是否是中速巡航，是则，进行步骤S120和S121；否则，进行步骤S122；

步骤S122、判断是否是高速巡航，是则，进行步骤S123和S124；否则，进行步骤S125和S126。

4、当通过采集车辆状态信息判断车辆处于驱动状态下的加速工况时，控制方法步骤如下：

步骤S20、判断车辆是否处于加速工况，是则，进行步骤S22；否则，进行步骤S21；

步骤S22、判断发动机E是否参与驱动，是则，进行步骤S226，否则，进行步骤S23；

步骤S23、判断是否是电机M1单独驱动，是则，进行步骤S24，否则，进行步骤S212;

步骤S24、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S25和S26；否则，进行步骤S27；

步骤S27、判断是否是中加速度加速，是则，进行步骤S28和S29；否则，进行步骤S210和S211；

步骤S212、判断是否是电机M2单独驱动，是则，进行步骤S213；否则，进行步骤S221；

步骤S213、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S214和S215；否则，进行步骤S216；

步骤S216、判断是否是中加速度加速，是则，进行步骤S217和S218；否则，进行步骤S219和S220；

步骤S221、判断是否是M1和M2共同驱动，是则，进行步骤S222；否则，进行步骤S227和S228；

步骤S222、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S223和S224；否则，进行步骤S225和S226；

步骤S229、判断是否是E单独驱动，是则，进行步骤S230；否则，进行步骤S241；

步骤S230、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S231和S232；否则，进行步骤S233；

步骤S233、判断是否是中加速度加速，是则，进行步骤S234和S235；否则，进行步骤S236；

步骤S236、判断是否是大加速度加速，是则，进行步骤S237和S238；否则，进行步骤S239和S240；

步骤S241、判断是否是E和M1共同驱动，是则，进行步骤S242；否则，进行步骤S247；

步骤S242、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S243和S244；否则，进行步骤S245和S246；

步骤S247、判断是否是E和M2共同驱动，是则，进行步骤S248；否则，进行步骤S253和S254；

步骤S248、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S249和S250；否则，进行步骤S251和S252。

5、当通过采集车辆状态信息判断车辆处于制动能量回收状态时，控制方法步骤如下：

步骤S30、判断车辆是否处于滑行工况，是则，进行步骤S31；否则，进行步骤S40；

步骤S31、判断是否是弱制动，是则，进行步骤S32和S33；否则，进行步骤S34；

步骤S34、判断是否是中制动，是则，进行步骤S35和S36；否则，进行步骤S37和S38；

步骤S40、判断车辆是否处于制动工况，是则，进行步骤S42；否则，进行步骤S41；

步骤S42、判断是否是弱制动，是则，进行步骤S43和S44；否则，进行步骤S45；

步骤S45、判断是否是中制动，是则，进行步骤S46和S47；否则，进行步骤S48；

步骤S48、判断是否是强制动，是则，进行步骤S49和S410；否则，进行步骤S411和S422。

Claims (8)

1.一种新型插电式并联混合动力系统，其构型包括动力电池系统（B）、驱动电机系统（M1）和驱动电机系统（M2）、发动机（E）、离合器（C）、变速箱（T）；其特征在于：本系统具有M1、M2、E三个动力驱动装置，其中M1只用于辅助驱动车辆和制动能量回收，M2只用于驱动车辆和制动能量回收，E只用于非纯电驱动模式下的车辆驱动，无发动机发电工况；根据车辆不同的运行工况（大、中、小加速，高、中、低速巡航，强、中、弱制动），将车辆分为7种动力驱动模式和3种制动能量回收模式，多种驱动组合模式和制动能量回收模式，不但提高了车辆动力性能，也提高了驱动电机效率和制动能量回收效率；另外由于发动机没有发电工作模式，所以也提高了整车燃油经济性。

2.根据权利要求1所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：本发明具有额定转速、额定功率和峰值功率均不相同的两个驱动电机系统（M1和M2），其中驱动电机系统M1的额定转速、额定功率和峰值功率都相对较小，驱动电机系统M2的额定转速、额定功率和峰值功率都相对较大；可以根据不同工况需求选择合适的驱动电机系统，使得每个驱动电机系统都能够在高效工作区运行。

3. 根据权利要求1所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：在本发明中，动力电池系统（B）分别与驱动电机系统（M1）和驱动电机系统（M2）进行电气连接；M1采用小功率电机，M2采用大功率电机；其中电机M1、变速箱（T）、离合器（C）和发动机（E）同轴机械连接；当电机M1工作，发动机（E）不工作时，变速箱（T）处于空挡状态，当发动机（E）工作，电机M1不工作时，电机M1空转。

4.根据权利要求1所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：车辆驱动工作模式包括M1单独驱动，M2单独驱动，M1+M2联合驱动，E单独驱动，M1+E联合驱动，M2+E联合驱动，M1+M2+E联合驱动七种，可根据车辆驱动工况（大、中、小加速，高、中、低速巡航）不同，选择合适的驱动工作模式驱动车辆运行；车辆制动能量回收工作模式包括M1单独制动，M2单独制动，M1+M2联合制动三种，可根据车辆制动能量回收工况（强、中、弱制动）不同，选择合适的制动能量回收工作模式进行制动能量回收。

5.根据权利要求3和权利要求4所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：当通过采集车辆状态信息判断车辆处于驱动状态下的起步工况时，控制方法包括如下步骤：

步骤S00、判断车辆是否处于起步工况，是则，进行步骤S01；否则，进行步骤S10；

步骤S01、判断电池SOC是否小于限值，是则，进行步骤S02和S03；否则，进行步骤S04；

步骤S04、判断是否急速起步，是则，进行步骤S05和S06；否则，进行步骤S07；

步骤S07、判断起步所需功率是否大于电机M1的峰值功率，是则，进行步骤S08和S09；否则，进行步骤S010和S011。

6.根据权利要求3和权利要求4所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：当通过采集车辆状态信息判断车辆处于驱动状态下的巡航工况时，控制方法包括如下步骤：

步骤S10、判断车辆是否处于巡航工况，是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S20；

步骤S11、判断车辆是否以大于V₀的速度行驶了大于T的时间，是则，进行步骤S12；否则，进行步骤S116；

步骤S12、判断巡航所需功率是否小于E的最小允许功率，是则，进行步骤S13和S14；否则，进行步骤S15；

步骤S15、判断巡航所需功率是否小于E的最高允许功率，是则，进行步骤S16和S17；否则，进行步骤S18；

步骤S18、判断巡航所需功率是否小于E的最高允许功率与M1的峰值功率的和，是则，进行步骤S19和S110；否则，进行步骤S111；

步骤S111、判断巡航所需功率是否小于E的最高允许功率与M2的峰值功率的和，是则，进行步骤S112和S113；否则，进行步骤S114和S115；

步骤S11、判断车辆是否以大于V₀的速度行驶了大于T的时间，是则，进行步骤S12；否则，进行步骤S116；

步骤S116、判断是否是低速巡航，是则，进行步骤S117和S118；否则，进行步骤S119；

步骤S119、判断是否是中速巡航，是则，进行步骤S120和S121；否则，进行步骤S122；

步骤S122、判断是否是高速巡航，是则，进行步骤S123和S124；否则，进行步骤S125和S126。

7.根据权利要求3和权利要求4所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：当通过采集车辆状态信息判断车辆处于驱动状态下的加速工况时，控制方法包括如下步骤：

步骤S20、判断车辆是否处于加速工况，是则，进行步骤S22；否则，进行步骤S21；

步骤S22、判断发动机E是否参与驱动，是则，进行步骤S226，否则，进行步骤S23；

步骤S23、判断是否是电机M1单独驱动，是则，进行步骤S24，否则，进行步骤S212；

步骤S24、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S25和S26；否则，进行步骤S27；

步骤S27、判断是否是中加速度加速，是则，进行步骤S28和S29；否则，进行步骤S210和S211；

步骤S212、判断是否是电机M2单独驱动，是则，进行步骤S213；否则，进行步骤S221；

步骤S213、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S214和S215；否则，进行步骤S216；

步骤S216、判断是否是中加速度加速，是则，进行步骤S217和S218；否则，进行步骤S219和S220；

步骤S221、判断是否是M1和M2共同驱动，是则，进行步骤S222；否则，进行步骤S227和S228；

步骤S222、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S223和S224；否则，进行步骤S225和S226；

步骤S229、判断是否是E单独驱动，是则，进行步骤S230；否则，进行步骤S241；

步骤S230、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S231和S232；否则，进行步骤S233；

步骤S233、判断是否是中加速度加速，是则，进行步骤S234和S235；否则，进行步骤S236；

步骤S236、判断是否是大加速度加速，是则，进行步骤S237和S238；否则，进行步骤S239和S240；

步骤S241、判断是否是E和M1共同驱动，是则，进行步骤S242；否则，进行步骤S247；

步骤S242、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S243和S244；否则，进行步骤S245和S246；

步骤S247、判断是否是E和M2共同驱动，是则，进行步骤S248；否则，进行步骤S253和S254；

步骤S248、判断是否是小加速度加速，是则，进行步骤S249和S250；否则，进行步骤S251和S252。

8.根据权利要求3和权利要求4所述的新型插电式并联混合动力系统，其特征在于：当通过采集车辆状态信息判断车辆处于制动能量回收状态时，控制方法包括如下步骤：

步骤S30、判断车辆是否处于滑行工况，是则，进行步骤S31；否则，进行步骤S40；

步骤S31、判断是否是弱制动，是则，进行步骤S32和S33；否则，进行步骤S34；

步骤S34、判断是否是中制动，是则，进行步骤S35和S36；否则，进行步骤S37和S38；

步骤S40、判断车辆是否处于制动工况，是则，进行步骤S42；否则，进行步骤S41；

步骤S42、判断是否是弱制动，是则，进行步骤S43和S44；否则，进行步骤S45；

步骤S45、判断是否是中制动，是则，进行步骤S46和S47；否则，进行步骤S48；

步骤S48、判断是否是强制动，是则，进行步骤S49和S410；否则，进行步骤S411和S422。