CN107310372A - 一种插电式电‑电混合燃料电池增程式四驱动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种插电式电‑电混合燃料电池增程式四驱动力系统,该系统包括驱动单元以及相互连接的混合动力电源单元和控制单元,混合动力电源单元包括分别与控制单元连接的燃料电池发动机和动力电池组,驱动单元包括集中电机、减速器、差速器、左轮毂电机和右轮毂电机,集中电机、减速器和差速器依次连接,左轮毂电机和右轮毂电机分别与左、右前轮连接。该系统包括纯电驱动模式、增程模式、纯燃料电池发动机模式、并联模式和再生制动模式等。与现有技术相比,本发明具有降低了机械传动系统的复杂度,提高了整车传动效率,提高了驾驶员的操控性,以及多种工作模式的切换满足了不同行驶工况下的功率需求等优点。

Description

一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域,尤其是涉及一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统。
背景技术
新能源汽车以其节能、环保等诸多优点,已成为目前汽车发展的重要方向。目前,纯电动汽车已得到了广泛的应用,但是由于动力电池组容量的限制,其续航里程较短,而且存在充电桩较少,充电时间较长等问题,因此,纯电动车较难满足长途行驶的需求。虽然常规混合动力汽车可以大大延长行驶里程,但其采用燃油来提供动力,能量转换效率低且会造成环境污染。
燃料电池发动机增程式电动汽车综合了纯电动汽车和混合动力汽车的优点,其采用燃料电池发动机做增程器,摆脱了纯电动汽车受续驶里程的限制,且传动系统简单,从而提高了传动效率,减少了功率损失。同时,燃料电池发动机的最终产物是水,达到了零排放或近似零排放,能够实现对环境的零污染。
专利文献(中国专利公开号:CN100999191A)中公开了一种混合动力汽车的燃料电池动力系统,包括驱动电机、电机控制器、燃料电池堆、燃料电池发动机控制器、DC/DC变换器、锂离子蓄电池,其采用燃料电池发动机为主要动力源,锂离子蓄电池为辅助动力源。但是该专利所述方案中,未采用四轮驱动,动力性较弱,且无法通过外接充电器对锂离子蓄电池进行充电。
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而提供一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统。增程器采用燃料电池发动机+DC/DC转换器、前轴采用左右轮毂电机、后轴采用集中电机+减速器+差速器、可外接电网充电的插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统尚未有人提出。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,该系统包括驱动单元以及相互连接的混合动力电源单元和控制单元,所述的混合动力电源单元包括分别与控制单元连接的燃料电池发动机和动力电池组,所述的控制单元连接驱动单元,所述的驱动单元包括集中电机、减速器、差速器、左轮毂电机和右轮毂电机,所述的集中电机、减速器和差速器依次连接,控制后轮转动,所述的左轮毂电机和右轮毂电机分别与左、右前轮连接。
所述的控制单元包括整车控制器、各电机控制器、燃料电池发动机控制器和电池管理控制器,所述的整车控制器分别连接各电机控制器、燃料电池发动机控制器和电池管理控制器。
所述的各电机控制器包括第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器,所述的第一电机控制器连接集中电机,所述的第二电机控制器连接左轮毂电机,所述的第三电机控制器连接右轮毂电机。
所述的混合动力电源单元还包括DC/DC转换器和充电器,所述的燃料电池发动机控制器、燃料电池发动机和DC/DC转换器依次连接,所述的电池管理控制器分别连接动力电池组和充电器,所述的DC/DC转换器连接动力电池组。
所述的DC/DC转换器分别连接各电机控制器,所述的动力电池组分别连接各电机控制器,所述的整车控制器连接DC/DC转换器,所述的燃料电池发动机控制器连接燃料电池发动机。
所述的四驱混合动力系统包括以下工作模式:纯电驱动模式、增程模式、纯燃料电池发动机模式、并联模式和再生制动模式。
所述的纯电驱动模式具体为,仅动力电池组工作,所产生的电能仅用于驱动;
所述的增程模式具体为,燃料电池发动机与DC/DC转换器构成增程器,增程器工作,一部分电能用于驱动,一部分电能为动力电池组充电;
所述的纯燃料电池发动机模式具体为,燃料电池发动机工作,所产生的电能仅用于驱动;
所述的并联模式具体为,起始阶段仅由动力电池组供电,功率需求稳定后,由动力电池组和燃料电池发动机同时供电;
所述的再生制动模式具体为,当车辆制动时,左轮毂电机、右轮毂电机及集中电机作为发电机进行制动能量回收。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统使用燃料电池发动机做增程器,降低了机械传动系统的复杂度,提高了整车的传动效率;
(2)采用前轴左右轮毂电机,后轴集中电机的布置方案,使得车辆整体重心前移,提高了驾驶员的操控性。
(3)使用氢气作为燃料,能量密度高,对环境无污染;
(4)多种工作模式的切换满足了不同行驶工况下的功率需求。
附图说明
图1为一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统的结构示意图;
图2为纯电驱动模式下的能量流示意图;
图3为增程模式下的能量流示意图;
图4为纯燃料电池发动机模式下的能量流示意图;
图5为并联模式的能量流示意图;
图6为再生制动模式下的能量流示意图;
图7为停车充电状态下的能量流示意图;
图8为插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统衍生方案一的结构示意图;
图9为插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统衍生方案二的结构示意图;
图中标号说明:
1、第二电机控制器;2、左轮毂电机;3、燃料电池发动机;4、DC/DC转换器;5、动力电池组;6、第一电机控制器;7、集中电机;8、减速器;9、差速器;10、后轴;11、充电器;12、电池管理控制器;13、整车控制器;14、燃料电池发动机控制器;15、第三电机控制器;16、右轮毂电机;17、前轴;18、左轮边电机减速器;19、左轮边电机;20、右轮边电机;21、右轮边电机减速器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明的插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统采用动力电池组为主要动力源,采用燃料电池发动机为辅助动力源。采用左右轮毂电机实现前轮驱动,采用集中电机实现后轮驱动,从而实现整车四轮驱动,并且具有纯电动、并联、增程、再生制动等几种工作模式。
如图1所示,一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,系统包括混合动力电源单元、驱动单元和控制单元,所述的混合动力电源单元、控制单元和驱动单元依次连接,所述的驱动单元包括集中电机7、减速器8、差速器9、左轮毂电机2和右轮毂电机16,所述的集中电机7、减速器8和差速器9依次连接,控制后轴10从而带动后轮转动,所述的左轮毂电机2和右轮毂电机16分别与左、右前轮连接。
控制单元包括整车控制器13、各电机控制器、燃料电池发动机控制器14和电池管理控制器12,所述的整车控制器13分别连接各电机控制器、燃料电池发动机控制器14和电池管理控制器12。
各电机控制器包括第一电机控制器6、第二电机控制器1和第三电机控制器15,所述的第一电机控制器6连接集中电机7,所述的第二电机控制器1连接左轮毂电机2,所述的第三电机控制器15连接右轮毂电机16。
混合动力电源单元包括燃料电池发动机3、DC/DC转换器4、动力电池组5和充电器11,所述的燃料电池发动机控制器14、燃料电池发动机3和DC/DC转换器4依次连接,所述的电池管理控制器12分别连接动力电池组5和充电器11,所述的DC/DC转换器4连接动力电池组5。
DC/DC转换器4分别连接各电机控制器,所述的动力电池组5分别连接各电机控制器,所述的整车控制器13连接DC/DC转换器4,所述的燃料电池发动机控制器14连接燃料电池发动机3。
插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,集中电机、左轮毂电机和右轮毂电机均为电动和发电一体电机,可以实现驱动和发电。集中电机、左轮毂电机和右轮毂电机发电具体指:制动时,前轮带动左轮毂电机和右轮毂电机发电,后轮带动集中电机发电。前轴左右轮毂电机与后轴集中电机的协同驱动实现车辆的四轮驱动。燃料电池发动机与DC/DC转换器组成增程器。左右轮毂电机分别与左右前轮相连,实现电子主动差速。外接充电器与电池管理控制器相连,可通过电网对动力电池组进行充电。整车控制器分别与第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、燃料电池发动机控制器及电池管理控制器进行通信。
图2所示为纯电动驱动模式,当动力电池组荷电状态较高且功率需求较低时,车辆在该模式运行。在该模式下,只有动力电池组提供电能,且一部分电能供给左轮毂电机和右轮毂电机驱动前轮,另一部分电能供给集中电机驱动后轮。其能量流如图2所示。
图3所示为增程模式:当动力电池组荷电状态较低且功率需求较低时,车辆在该模式运行。在该模式下,增程器工作,燃料电池发动机输出的电能,经DC/DC转换器,一部分给动力电池组充电,一部分供给左轮毂电机和右轮毂电机驱动前轮,另一部分供给集中电机驱动后轮。其能量流如图3所示。
图4所示为纯燃料电池发动机模式:当动力电池组严重故障或是荷电状态非常低,并且功率需求较为平稳时,车辆在该模式运行。在该模式下,燃料电池发动机输出的电能,经DC/DC转换器供给左轮毂电机和右轮毂电机驱动前轮,另一部分供给集中电机驱动后轮。其能量流如图4所示。
图5所示并联模式:当功率需求较大且动力电池组荷电状态较高时,车辆在该模式运行。在该模式下,在功率需求变化阶段,只有动力电池组提供电能,且一部分电能供给左轮毂电机和右轮毂电机驱动前轮,另一部分电能供给集中电机驱动后轮。当功率需求稳定后,动力电池组与燃料电池发动机同时给左轮毂电机、右轮毂电机及集中电机供电从而驱动车辆行驶,其能流图如图5所示。
图6所示为再生制动模式,当车辆进行制动时,车辆在该模式运行。在该模式下,电动机进行制动能量回收,将产生的机械能通过前轴左右轮毂电机和后轴集中电机转变为电能输送给动力电池组,实现制动能量的回收。其能量流如图6所示。
图7所示为停车充电状态,当车辆停在充电车位且外接充电器与电网相连时,该模式运行。在该模式下,电网的电能依次通过外接充电器、电池管理控制器给动力电池组充电。
如图8所示为插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统衍生方案一的结构示意图,图8中将前轮采用集中电机、减速器和差速器驱动前轴17,后轮采用轮毂电机驱动。
如图9所示为插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统衍生方案二的结构示意图,图9中前轮采用轮边电机进行驱动,左前轮分别通过左轮边电机19和左轮边电机减速器18驱动,右前轮分别通过右轮边电机20和右轮边电机减速器21驱动。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,该系统包括驱动单元以及相互连接的混合动力电源单元和控制单元,所述的混合动力电源单元包括分别与控制单元连接的燃料电池发动机和动力电池组,所述的控制单元连接驱动单元,其特征在于,所述的驱动单元包括集中电机(7)、减速器(8)、差速器(9)、左轮毂电机(2)和右轮毂电机(16),所述的集中电机(7)、减速器(8)和差速器(9)依次连接,控制后轮转动,所述的左轮毂电机(2)和右轮毂电机(16)分别与左、右前轮连接。
2.根据权利要求1所述的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,其特征在于,所述的控制单元包括整车控制器(13)、各电机控制器、燃料电池发动机控制器(14)和电池管理控制器(12),所述的整车控制器(13)分别连接各电机控制器、燃料电池发动机控制器(14)和电池管理控制器(12)。
3.根据权利要求2所述的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,其特征在于,所述的各电机控制器包括第一电机控制器(6)、第二电机控制器(1)和第三电机控制器(15),所述的第一电机控制器(6)连接集中电机(7),所述的第二电机控制器(1)连接左轮毂电机(2),所述的第三电机控制器(15)连接右轮毂电机(16)。
4.根据权利要求2所述的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,其特征在于,所述的混合动力电源单元还包括DC/DC转换器(4)和充电器(11),所述的燃料电池发动机控制器(14)、燃料电池发动机(3)和DC/DC转换器(4)依次连接,所述的电池管理控制器(12)分别连接动力电池组(5)和充电器(11),所述的DC/DC转换器(4)连接动力电池组(5)。
5.根据权利要求4所述的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,其特征在于,所述的DC/DC转换器(4)分别连接各电机控制器,所述的动力电池组(5)分别连接各电机控制器,所述的整车控制器(13)连接DC/DC转换器(4),所述的燃料电池发动机控制器(14)连接燃料电池发动机(3)。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,其特征在于,所述的四驱混合动力系统包括以下工作模式:纯电驱动模式、增程模式、纯燃料电池发动机模式、并联模式和再生制动模式。
7.根据权利要求6所述的一种插电式电-电混合燃料电池增程式四驱动力系统,其特征在于,所述的纯电驱动模式具体为,仅动力电池组工作,所产生的电能仅用于驱动;
所述的增程模式具体为,燃料电池发动机与DC/DC转换器构成增程器,增程器工作,一部分电能用于驱动,一部分电能为动力电池组充电;
所述的纯燃料电池发动机模式具体为,燃料电池发动机工作,所产生的电能仅用于驱动;
所述的并联模式具体为,起始阶段仅由动力电池组供电,功率需求稳定后,由动力电池组和燃料电池发动机同时供电;
所述的再生制动模式具体为,当车辆制动时,左轮毂电机、右轮毂电机及集中电机作为发电机进行制动能量回收。
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