CN109017269A - 一种串并联构型插电式混合动力系统 - Google Patents

一种串并联构型插电式混合动力系统 Download PDF

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CN109017269A CN201810575459.2A CN201810575459A CN109017269A CN 109017269 A CN109017269 A CN 109017269A CN 201810575459 A CN201810575459 A CN 201810575459A CN 109017269 A CN109017269 A CN 109017269A
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Abstract

本发明涉及一种串并联构型插电式混合动力系统，包括驱动系统以及相互连接的电控系统和高压电源系统，所述的驱动系统包括功率辅助装置、驱动电机M1、减速器、同步器和差速器；所述的电控系统包括发动机控制器、驱动电机M1控制器、电机M2控制器、功率辅助装置电控单元、电池管理系统和整车控制器；所述的高压电源系统包括动力蓄电池组与外接充电器；其中，所述的功率辅助装置包括发动机、离合器和电机M2；所述的离合器设置于发动机和电机M2之间，接合离合器时，可实现电机M2快速起动发动机，并传递发动机的转矩，分离离合器时，可防止发动机倒拖。与现有技术相比，本发明具有在发动机不工作时分离离合器，防止发动机倒拖等优点。

Description

一种串并联构型插电式混合动力系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及一种串并联构型插电式混合动力系统。
背景技术
为克服目前动力电池能量密度低所造成的纯电动汽车续驶里程短等问题，混合动力技术已成为各大整车厂家应对日益严苛的油耗限值和排放法规的必然选择。而混合动力系统包括串联式、并联式、功率分流混联式、串并联式四种构型。串联式构型以通用沃蓝达和广汽传祺GA5为代表，该构型虽结构简单，但能量转化效率低、动力性较差。并联式构型以比亚迪秦为代表，该构型动力强劲，但由于只有一台电机，无法在充电的同时驱动整车。功率分流混联式构型以第四代丰田普锐斯为代表，节能效果好，但结构和控制复杂，核心技术被国外车企所垄断。相对而言，串并联式构型综合了串联式系统结构简单和并联式系统动力强劲的优点。
但目前市场上的串并联构型插电式混合动力系统中，发动机与电机直接刚性连接，导致发动机即使在不工作时也处于倒拖状态；与发动机相连的电机，仅作为发电机，而不能辅助助力，不能充分发挥电机的驱动能力；有限的驱动模式也难以满足驾驶员的需求。因此，为解决上述问题，特别需要开发一种串并联构型插电式混合动力系统。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以解决发动机不工作时处于倒拖状态、充分发挥各动力源的优势、具备多种驱动模式的串并联构型插电式混合动力系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种串并联构型插电式混合动力系统，包括驱动系统以及相互连接的电控系统和高压电源系统，所述的驱动系统包括功率辅助装置、驱动电机M1、减速器、同步器和差速器；所述的电控系统包括发动机控制器、驱动电机M1控制器、电机M2控制器、功率辅助装置电控单元、电池管理系统和整车控制器；所述的高压电源系统包括动力蓄电池组与外接充电器；
其中，所述的功率辅助装置包括发动机、离合器和电机M2；所述的离合器设置于发动机和电机M2之间，接合离合器时，可实现电机M2快速起动发动机，并传递发动机的转矩，在发动机不工作时，分离离合器时，可防止发动机倒拖。
优选地，所述的功率辅助装置电控单元直接连接并控制离合器，所述的功率辅助装置电控单元经CAN总线分别与发动机控制器、电机M2控制器连接；所述的整车控制器直接连接并控制同步器，所述的整车控制器分别与功率辅助装置电控单元、驱动电机M1控制器及电池管理系统连接。
优选地，所述的电机M2为电动和发电一体机，经离合器与发动机连接，既用于快速起动发动机，又用于发电，双电机纯电驱动模式下还辅助助力。
优选地，所述的减速器依次通过差速器、半轴与整车连接。
优选地，所述的发动机在动力蓄电池组发生故障时，可直接驱动整车。
优选地，所述的驱动系统还包括减速器第一输入轴和减速器第二输入轴，所述减速器第一输入轴与驱动电机M1连接，所述减速器第二输入轴经同步器与电机M2连接，可实现动力耦合，并进行单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式和全混合驱动模式之间的切换。
优选地，所述的插电式混合动力系统包括以下工作模式：单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式、全混合驱动模式、增程模式、发动机驱动模式、制动回馈模式、停车发电模式以及夜晚充电模式。
优选地，所述的单电机纯电驱动模式具体为，当动力蓄电池组荷电量充足且需求转矩小于较小设定值时，同步器分离，驱动电机M1工作，动力蓄电池组仅为驱动电机M1供电；
所述的双电机纯电驱动模式具体为，当动力蓄电池组荷电量充足且需求转矩大于较大设定值时，离合器分离，同步器接合，电机M2处于辅助助力状态，动力蓄电池组为驱动电机M1和电机M2共同供电；
所述的全混合驱动模式具体为，当动力蓄电池组荷电量充足且需求转矩大于较大设定值时，离合器和同步器接合，动力蓄电池组为电机M2和驱动电机M1共同供电，电机M2、驱动电机M1和发动机的动力经减速器耦合后传递至差速器，驱动整车；
所述的增程模式具体为，当动力蓄电池组荷电量不足时，离合器接合，同步器分离，电机M2将发动机的机械能转化为电能，为动力蓄电池组充电，同时，动力蓄电池组为驱动电机M1供电，驱动整车；
所述的发动机驱动模式具体为，当高速运行或动力蓄电池组发生故障时，离合器和同步器接合，驱动电机M1和电机M2不工作，仅发动机的动力经离合器、电机M2、同步器、减速器和差速器后传递至车轮；
所述的制动回馈模式具体为，当车辆制动且车速高于临界车速时，电机处于再生制动状态，该模式分两种情况，包括驱动电机M1制动回馈模式和驱动电机M1与电机M2制动回馈模式，当制动强度小于较小设定值时，离合器和同步器分离，仅驱动电机M1将车轮制动产生的机械能转化为电能，为动力蓄电池组充电，当制动强度大于较大设定值时，离合器分离，同步器接合，驱动电机M1和电机M2共同为动力蓄电池组充电；
所述的停车发电模式具体为，当动力蓄电池组荷电量严重不足时，车辆停止，接合离合器和同步器，发动机带动电机M2发电，全部为动力蓄电池组充电；
所述的夜晚充电模式具体为，在夜晚用电低峰时期，当动力蓄电池组荷电量不足时，电网的电能通过外接充电器为动力蓄电池组充电。
与现有的技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明在发动机与电机之间设计了离合器，不但可以在接合离合器时，电机快速起动发动机，以及传递发动机的转矩，而且可以在发动机不工作时分离离合器，防止发动机倒拖；
2)本发明具有多种工作模式，包括：单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式、全混合驱动模式、增程模式、发动机驱动模式、制动回馈模式、停车发电模式以及夜晚充电模式等。多种工作模式的使用可以充分满足车辆不同行驶工况下的功率需求与高效行驶；
3)本发明以双电机取代传统的单电机，发挥双电机输出转矩较大、工作效率高且响应快的特性。与发动机相连的电机为电动/发电一体机，必要时可以辅助助力，充分发挥各动力源的优势。
附图说明
图1为一种串并联构型插电式混合动力系统的结构示意图；
图2为单电机纯电驱动模式下的能量传递路线示意图；
图3为双电机纯电驱动模式下的能量传递路线示意图；
图4为全混合驱动模式下的能量传递路线示意图；
图5为增程模式的能量传递路线示意图；
图6为发动机驱动模式下的能量传递路线示意图；
图7为制动回馈模式下的能量传递路线示意图；
图8为停车发电模式下的能量传递路线示意图；
图9为夜晚充电模式下的能量传递路线示意图；
图10为串并联构型插电式混合动力系统衍生方案一的结构示意图；
图11为串并联构型插电式混合动力系统衍生方案二的结构示意图；
图12为串并联构型插电式混合动力系统衍生方案三的结构示意图。
图中标号说明：
1、差速器；2、减速器；3、同步器；4、减速器第二输入轴；5、电机M2控制器；6、电机M2；7、离合器；8、发动机控制器；9、发动机；10、功率辅助装置；11、动力蓄电池组；12、外接充电器；13、电池管理系统；14、功率辅助装置电控单元；15、整车控制器；16、驱动电机M1；17、驱动电机M1控制器；18、减速器第一输入轴；19、减速器控制单元；20、电驱传动装置；21、电驱传动装置电控单元。
“a”表示机械连接，“b”表示CAN总线，“c”表示高压电气信号，“d”表示部件与其控制器连接。
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。
如图1所示，本发明提供了一种串并联构型插电式混合动力系统，该系统包括驱动系统、电控系统和高压电源系统，所述的驱动系统包括功率辅助装置10、驱动电机16、同步器3、减速器2和差速器1，其中，其中同步器3集成在减速器2内，所述的功率辅助装置10包括发动机9、离合器7和电机6，发动机9、离合器7和电机6依次连接，通过同步器7与减速器2第二输入轴相连，驱动电机16与减速器第一输入轴18相连，经减速器2实现双电机机电耦合，控制差速器1从而驱动整车；所述的电控系统包括发动机控制器8、电机M2控制器5、功率辅助装置电控单元14、驱动电机M1控制器17、电池管理系统13和整车控制器15，其中功率辅助装置电控单元14直接控制离合器7，并经CAN总线与发动机控制器8、电机M2控制器通信5，整车控制器15直接控制同步器3，并与功率辅助装置电控单元14、驱动电机M1控制器17及电池管理系统13相连；所述的高压电源系统包括动力蓄电池组11与外接充电器12，动力蓄电池组11通过电池管理系统13，经整车控制器15分别与驱动电机M1控制器17、电机M2控制器5实现通信，外接充电器12与电池管理系统13相连。
图2所示为单电机纯电驱动模式，当动力蓄电池组11荷电量充足且需求转矩较小(多为起步或低速行驶)时，离合器7和同步器3分离，驱动电机16工作，动力蓄电池组11的电功率经驱动电机M1控制器17、驱动电机16、减速器2和差速器1后传递至车轮，驱动整车，其能量传递路线如图2所示。
图3所示为双电机纯电驱动模式，当动力蓄电池组11荷电量充足且需求转矩较大(中高速行驶)时，离合器7分离，同步器3接合，电机6处于辅助助力状态，动力蓄电池组11的电功率一部分经驱动电机M1控制器17和驱动电机16传递至减速器第一输入轴18，另一部分经电机M2控制器5、电机6传递至减速器第二输入轴4，经减速器2实现双电机机电耦合，控制差速器1从而驱动整车，其能量传递路线如图3所示。
图4所示为全混合驱动模式，当动力蓄电池组11荷电量充足且需求转矩大(爬坡或加速)时，离合器7和同步器3接合，电机6、驱动电机16和发动机9均工作，发动机9的机械能经离合器7，与电机6传递的电能在同步器3处耦合，共同传递至减速器第二输入轴4，同时驱动电机16的电能传递至减速器第一输入轴18，经减速器2耦合后传递至差速器1，从而驱动整车，其能量传递路线如图4所示。
图5所示为增程模式，当动力蓄电池组11荷电量不足时，离合器7接合，同步器3分离，发动机9的机械能经离合器7传递至电机6，电机6将机械能转化为电能，并为动力蓄电池组11充电。同时，动力蓄电池组11的电能经驱动电机M1控制器17、驱动电机16、减速器2和差速器1后，传递至车轮，从而驱动整车，其能量传递路线如图5所示。
图6所示为发动机驱动模式，当高速运行或动力蓄电池组11发生故障时，离合器7和同步器3接合，驱动电机16和电机6不工作，发动机9的机械能经离合器7、电机6、同步器3、减速器2和差速器1后传递至车轮，从而驱动整车，其能量传递路线如图6所示。
图7所示为制动回馈模式，当车辆制动且车速高于临界车速时，电机处于再生制动状态，该模式分为两种情况，包括驱动电机16制动回馈模式和驱动电机16+电机6制动回馈模式，如图7(a)所示，当车辆制动强度较小时，离合器7和同步器3分离，驱动电机16将车轮制动产生的机械能转化为电能，为动力蓄电池组11充电，如图7(b)所示，当车辆制动强度较大时，离合器7分离，同步器3接合，驱动电机16和电机6共同将车轮制动产生的机械能转化为电能，为动力蓄电池组11充电，其能量传递路线如图7所示。
图8所示为停车发电模式，当动力蓄电池组11荷电量严重不足时，车辆停止，离合器7接合，同步器3分离，发动机9的机械能经离合器7传递给电机6，电机6将机械能转化为电能，并为动力蓄电池组11充电，其能量传递路线如图8所示。
图9所示为夜晚充电模式。在夜晚用电低峰时期，当动力蓄电池组11荷电量不足时，电网的电能通过外接充电器12为动力蓄电池组11充电，其能量传递路线如图9所示。
如图10所示为串并联构型插电式混合动力系统衍生方案一的结构示意图，图中取消了功率辅助装置10和功率辅助装置电控单元14，简化了整体结构，其功能由整车控制器15取代，整车控制器15统一协调发动机控制器8、电机M2控制器5、离合器7以及同步器3。
如图11所示为串并联构型插电式混合动力系统衍生方案二的结构示意图，图中离合器7和同步器3由减速器控制单元19控制，减速器控制单元19经CAN总线与整车控制器15相连。
如图12所示为串并联构型插电式混合动力系统衍生方案三的结构示意图，减速器2、同步器3、减速器第二输入轴4、电机M2控制器6、离合器7、减速器第一输入轴18和驱动电机16共同组成电驱传动装置20，电驱传动装置电控单元21直接控制同步器3,、离合器7、驱动电机M1控制器17和电机M2控制器，并经CAN总线与整车控制器15通信。
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 (8)

1.一种串并联构型插电式混合动力系统，包括驱动系统以及相互连接的电控系统和高压电源系统，其特征在于，所述的驱动系统包括功率辅助装置(10)、驱动电机M1(16)、减速器(2)、同步器(3)和差速器(1)；所述的电控系统包括发动机控制器(8)、驱动电机M1控制器(17)、电机M2控制器(5)、功率辅助装置电控单元(14)、电池管理系统(13)和整车控制器(15)；所述的高压电源系统包括动力蓄电池组(11)与外接充电器(12)；
其中，所述的功率辅助装置包括发动机(9)、离合器(7)和电机M2(6)；所述的离合器(7)设置于发动机(9)和电机M2(6)之间，接合离合器(7)时，可实现电机M2(6)快速起动发动机(9)，并传递发动机(9)的转矩，在发动机不工作时，分离离合器(7)时，可防止发动机(9)倒拖。
2.根据权利要求1所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的功率辅助装置电控单元(14)直接连接并控制离合器(7)，所述的功率辅助装置电控单元(14)经CAN总线分别与发动机控制器(8)、电机M2控制器(5)连接；所述的整车控制器(15)直接连接并控制同步器(3)，所述的整车控制器(15)分别与功率辅助装置电控单元(14)、驱动电机M1控制器(17)及电池管理系统(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的电机M2(6)为电动和发电一体机，经离合器(7)与发动机(9)连接，既用于快速起动发动机，又用于发电，双电机纯电驱动模式下还辅助助力。
4.根据权利要求1所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的减速器(2)依次通过差速器(1)、半轴与整车连接。
5.根据权利要求1所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的发动机(9)在动力蓄电池组(11)发生故障时，可直接驱动整车。
6.根据权利要求1所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的驱动系统还包括减速器第一输入轴(18)和减速器第二输入轴(17)，所述减速器第一输入轴(18)与驱动电机M1(16)连接，所述减速器第二输入轴(4)经同步器(3)与电机M2(6)连接，可实现动力耦合，并进行单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式和全混合驱动模式之间的切换。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的插电式混合动力系统包括以下工作模式：单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式、全混合驱动模式、增程模式、发动机驱动模式、制动回馈模式、停车发电模式以及夜晚充电模式。
8.根据权利要求7所述的一种串并联构型插电式混合动力系统，其特征在于，所述的单电机纯电驱动模式具体为，当动力蓄电池组(11)荷电量充足且需求转矩小于较小设定值时，同步器(3)分离，驱动电机M1(16)工作，动力蓄电池组(11)仅为驱动电机M1(16)供电；
所述的双电机纯电驱动模式具体为，当动力蓄电池组荷电量充足且需求转矩大于较大设定值时，离合器(7)分离，同步器(3)接合，电机M2(6)处于辅助助力状态，动力蓄电池组(11)为驱动电机M1(16)和电机M2(6)共同供电；
所述的全混合驱动模式具体为，当动力蓄电池组(11)荷电量充足且需求转矩大于较大设定值时，离合器(7)和同步器(3)接合，动力蓄电池组(11)为电机M2(6)和驱动电机M1(16)共同供电，电机M2(6)、驱动电机M1(16)和发动机(9)的动力经减速器(2)耦合后传递至差速器(1)，驱动整车；
所述的增程模式具体为，当动力蓄电池组(11)荷电量不足时，离合器(7)接合，同步器(3)分离，电机M2(6)将发动机(9)的机械能转化为电能，为动力蓄电池组(11)充电，同时，动力蓄电池组(11)为驱动电机M1(16)供电，驱动整车；
所述的发动机驱动模式具体为，当高速运行或动力蓄电池组(11)发生故障时，离合器(7)和同步器(3)接合，驱动电机M1(16)和电机M2(6)不工作，仅发动机(9)的动力经离合器(7)、电机M2(6)、同步器(3)、减速器(2)和差速器(1)后传递至车轮；
所述的制动回馈模式具体为，当车辆制动且车速高于临界车速时，电机处于再生制动状态，该模式分两种情况，包括驱动电机M1(16)制动回馈模式和驱动电机M1(16)与电机M2(6)制动回馈模式，当制动强度小于较小设定值时，离合器(7)和同步器(3)分离，仅驱动电机M1(16)将车轮制动产生的机械能转化为电能，为动力蓄电池组(11)充电，当制动强度大于较大设定值时，离合器(7)分离，同步器(3)接合，驱动电机M1(16)和电机M2(6)共同为动力蓄电池组(11)充电；
所述的停车发电模式具体为，当动力蓄电池组荷电量严重不足时，车辆停止，接合离合器(7)和同步器(3)，发动机(9)带动电机M2(6)发电，全部为动力蓄电池组(11)充电；
所述的夜晚充电模式具体为，在夜晚用电低峰时期，当动力蓄电池组(11)荷电量不足时，电网的电能通过外接充电器(12)为动力蓄电池组(11)充电。
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