CN104760495A - 复合双行星排式油电混联混合动力系统 - Google Patents

复合双行星排式油电混联混合动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合双行星排式油电混联混合动力系统，是由发动机、一号电机、二号电机、复合双行星排、输出齿轮、第一锁止器、第二锁止器、逆变器以及超级电容组成，本发明结构紧凑，所需安装空间较小，只有两个锁止器，易于控制；本发明在纯电动模式下，设于输入轴上的第一锁止器将行星架与发动机一并锁止，可以避免发动机曲轴的倒转，简化系统控制；本发明的两个电机安装在远离发动机的一端，并集成为一体，可以避免发动机散热对电机的影响，简化电机冷却系统；本发明通过设置于一号电机转轴的第二锁止器将一号电机锁止，从而避免了一号电机工作在零转速附近，提高了电机效率。本发明使用超级电容作为储能元件，提高整车动力性，并且能更有效地回收制动能量。

Description

复合双行星排式油电混联混合动力系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的动力系统领域，特别涉及一种复合双行星排式油电混联混合动力系统。
背景技术
能源短缺和环境污染是当今世界各国发展所面临的主要问题，在车辆上应用混合动力技术可以实现节能、环保的要求。目前车辆混合动力系统中，串联式动力系统的发动机和驱动轮之间设有电传动装置，解除了机械连接，易于对发动机进行最佳控制；并联式动力系统的发动机和驱动轮之间存在机械连接，但整车效率较串联式高；而混联式动力系统结合前两者的优点，可使混合动力车辆具有最佳的综合性能。
现有混联式混合动力系统如丰田混合动力系统，多选用功率较高、输出转矩较大的电机，增加了整车成本；另外，系统中两个电机多布置在行星排的两侧，导致电机冷却系统布置困难，并且与发动机并排布置在行星排同侧的电机易受发动机散热影响。
发明内容
本发明提供一种复合双行星排式油电混联混合动力系统，以降低目前混合动力车辆对驱动电机较大的依赖性，解决其发电机受发动机散热影响严重、电机散热系统复杂的问题。
本发明是由发动机、一号电机、二号电机、复合双行星排、输出齿轮、第一锁止器、第二锁止器、逆变器以及超级电容组成。
所述复合双行星排，包括第一行星排和第二行星排；所述第一行星排包括第一排太阳轮、行星架、第一排行星轮以及第一排齿圈；所述第二行星排包括第二排行星轮、第二排齿圈以及和第一行星排共用的行星架；
所述发动机通过输入轴与行星架连接，第一锁止器一端与输入轴连接，另一端固连于车架；第一排太阳轮与一号电机连接，第一排太阳轮转轴连接第二锁止器一端，第二锁止器另一端固连于车架；可转动地套设在第一排太阳轮转轴上的第二排齿圈与二号电机连接；第二排行星轮分别与第一排行星轮和第二排齿圈啮合；超级电容通过逆变器分别与一号电机、二号电机连接；位于第一排齿圈上的输出齿轮输出动力到驱动车轮。
本发明的有益效果：
1.本发明相对于现有混合动力系统，结构简单、紧凑，所需安装空间较小，只有两个锁止器，易于控制，成本较低；
2.与现有的拉威挪式齿轮变速机构相比，本发明可减小对二号电机的转速和转矩要求，从而有效地降低了二号电机的加工制造难度和生产成本。
3.本发明在纯电动模式下，设于输入轴上的第一锁止器将行星架与发动机一并锁止，可以避免发动机曲轴的倒转，简化系统控制；
4.本发明的两个电机安装在远离发动机的一端，并集成为一体，可以避免发动机散热对电机的影响，简化电机冷却系统；
5.本发明在功率直接传递模式和功率分流模式之间切换以及在高负荷行驶和最高车速行驶之间切换时，通过设置于一号电机转轴的第二锁止器将一号电机锁止，从而避免了一号电机工作在零转速附近，提高了电机效率。
6.本发明使用超级电容作为储能元件，与蓄电池相比能够提供更大的功率密度，提高整车动力性，并且能更有效地回收制动能量。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的发动机静止启动模式的动力传递路线图。
图3为本发明的发动机行车启动模式的动力传递路线图。
图4为本发明的纯电动模式的动力传递路线图。
图5为本发明的功率直接传递模式的动力传递路线图。
图6为本发明的功率分流模式的动力传递路线图。
图7为本发明的高负荷行驶下联合驱动模式的动力传递路线图。
图8为本发明的最高速行驶下联合驱动模式的动力传递路线图。
图9为本发明的再生制动模式的动力传递路线图。
图中：1.发动机，2.输入轴，3.第一锁止器，4.第一排太阳轮，5.行星架，6.第一排齿圈，7.第一排行星轮，8.二号电机，9.一号电机，10.第二锁止器，11.逆变器，12.超级电容，13.第二排行星轮，14.第二排齿圈，15.输出齿轮。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明是由发动机1、一号电机9、二号电机8、复合双行星排、输出齿轮15、第一锁止器3、第二锁止器10、逆变器11以及超级电容12组成；所述复合双行星排，包括第一行星排和第二行星排；所述第一行星排包括第一排太阳轮4、行星架5、第一排行星轮7以第一排齿圈6；所述第二行星排包括第二排行星轮13、第二排齿圈14以及和第一行星排共用的行星架5；所述发动机1通过输入轴2与行星架5连接,第一锁止器3一端与输入轴2连接，另一端固连于车架；第一排太阳轮4与一号电机9连接,第一排太阳轮4的转轴连接第二锁止器10一端，第二锁止器10另一端固连于车架；可转动地套设在第一排太阳轮4转轴上的第二排齿圈14与二号电机8连接；第二排行星轮13分别与第一排行星轮7和第二排齿圈14啮合；超级电容12通过逆变器11分别与一号电机9、二号电机8连接；位于第一排齿圈6上的输出齿轮15输出动力到驱动车轮。
本发明的工作过程和原理如下：
1.发动机启动模式
根据整车的运行状况，发动机启动模式分为静止启动和行车启动。这两种启动方式的共同特征是：第一锁止器3和第二锁止器10分离，超级电容12放电，一号电机9以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，动力经第一排太阳轮4、第一排行星轮7、行星架5传递到发动机1，发动机1启动。两种子模式的区别是：静止启动时二号电机8不工作，第一排齿圈6转速为零，动力传递路线如图2所示；行车启动时二号电机8以电动马达的形式工作，第一排齿圈6和第二排齿圈14转速不为零，动力传递路线如图3所示。
2.纯电动模式
纯电动模式主要用于当超级电容12(SOC)值较高时，车辆起步、低负荷行驶以及倒车。此模式下，第一锁止器3接合，第二锁止器10分离，超级电容12放电，二号电机8以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，动力经第二排齿圈14、第二排行星轮13、第一排行星轮7、第一排齿圈6，传递到输出齿轮15，再输出至驱动车轮；发动机1和行星架5固定，一号电机9和第一排太阳轮4空转。倒车时，二号电机8反转，其它过程相同。此模式下车辆行驶所需全部能量来自超级电容12，动力传递路线如图4所示。
3.发动机单独驱动模式
发动机单独驱动模式主要用于中负荷行驶和低负荷巡航，根据整车运行状况，发动机单独驱动模式分为功率直接传递和功率分流两种子模式。当车辆进行中负荷行驶，整车行驶需求功率大小处于发动机高效区时，为发动机单独驱动模式；当车辆进行低负荷巡航，整车行驶功率需求低于发动机在高效区提供的最小功率时，为功率分流模式。
这两种子模式的共同特征是：第一锁止器3分离，发动机1工作，动力经输入轴2、行星架5、第一排行星轮7、第一排齿圈6传递至输出齿轮15，再输出至驱动车轮；车辆行驶所需全部动力均来自于发动机1，第二排行星轮13、第二排齿圈14和二号电机8空转。两种子模式的区别是：功率直接传递时第二锁止器10接合，一号电机9和第一排太阳轮4不工作，发动机1输出的动力全部用于驱动车辆行驶，动力传递路线如图5所示；功率分流时第二锁止器10分离，一号电机9以发电机的形式工作，将发动机1输出的动力一部分用于驱动车辆行驶，另一部分以电能的形式存储在超级电容12内，动力传递路线如图6所示。
4.联合驱动模式
联合驱动模式主要用于高负荷行驶和最高速行驶。当车辆进行高负荷行驶时，第一锁止器3分离，第二锁止器10接合，一号电机9和第一排太阳轮4不工作，超级电容12放电，二号电机8以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，和发动机1共同驱动车辆，动力传递路线如图7所示。当车辆进行最高速行驶时，第一锁止器3和第二锁止器10分离，超级电容12放电，一号电机9和二号电机8均以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，和发动机1共同驱动车辆，动力传递路线如图8所示。
5.制动模式
当超级电容12(SOC)值较低且车速高于一定值时，车辆可采用再生制动模式，第一锁止器3和第二锁止器10分离，一号电机9空转，二号电机8以发电机的形式工作，回收的制动能量以电能的形式存储在超级电容12，动力传递路线如图9所示；
需要指出的是，当二号电机8不足以提供所需制动力矩时，车辆将采用再生制动、发动机反拖制动和摩擦制动共同作用的联合制动模式。

Claims (1)

1.一种复合双行星排式油电混联混合动力系统，其特征在于：是由发动机(1)、一号电机(9)、二号电机(8)、复合双行星排、输出齿轮(15)、第一锁止器(3)、第二锁止器(10)、逆变器(11)以及超级电容(12)组成；所述复合双行星排，包括第一行星排和第二行星排；所述第一行星排包括第一排太阳轮(4)、行星架(5)、第一排行星轮(7)以第一排齿圈(6)；所述第二行星排包括第二排行星轮(13)、第二排齿圈(14)以及和第一行星排共用的行星架(5)；所述发动机(1)通过输入轴(2)与行星架(5)连接,第一锁止器(3)一端与输入轴(2)连接，另一端固连于车架；第一排太阳轮(4)与一号电机(9)连接,第一排太阳轮(4)的转轴连接第二锁止器(10)一端，第二锁止器(10)另一端固连于车架；可转动地套设在第一排太阳轮(4)转轴上的第二排齿圈(14)与二号电机(8)连接；第二排行星轮(13)分别与第一排行星轮(7)和第二排齿圈(14)啮合；超级电容(12)通过逆变器(11)分别与一号电机(9)、二号电机(8)连接；位于第一排齿圈(6)上的输出齿轮(15)输出动力到驱动车轮。
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