CN115056645A - 一种插电式混合动力皮卡 - Google Patents

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CN115056645A CN202210759338.XA CN202210759338A CN115056645A CN 115056645 A CN115056645 A CN 115056645A CN 202210759338 A CN202210759338 A CN 202210759338A CN 115056645 A CN115056645 A CN 115056645A
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Abstract

本发明公开了一种插电式混合动力皮卡，包括车架和安装在车架上的发动机、蓄电池、变速箱、传动轴、低压电器部件、轮胎和高压燃油箱；变速箱主体内集成发电机、驱动电机和电机控制器；DHT混合动力变速箱，动力电池组内集成设置有电池管理系统和BMS；还包括高压控制一体化单元，高压控制一体化单元集成了车载充电机、DC/DC转换器、高压配电盒和PTC及压缩机的电源分配。本发明提供通过上述高度的集成设置，实现纯电、串联、并联、混联多种动力驱动系统，既最大化容纳了传统内燃机的整车结构，又满足了电动车高压系统的布置空间。形成动力性好、承载能力强、综合百公里油耗低、纯电续航里程大等综合优势明显的新能源皮卡汽车。

Description

一种插电式混合动力皮卡
技术领域
本发明涉及混合动力技术领域，尤其涉及一种插电式混合动力皮卡。
背景技术
目前，随着能源和环境危机的加重，新能源汽车的发展势在必行。由于动力性、经济性和环境清洁等方面的综合优势，当前插电式混合动力汽车被赋予为最切实可行的新能源汽车方案。
目前皮卡汽车主要是内燃机皮卡和电动皮卡为主。传统内燃机皮卡汽车动力系统好，商用运输能力强，但排放法规压力大、燃油费用高；纯电动皮卡汽车零排放、零污染，但承载能力下降、寒冷地区续航里程严重不足。对商用为主、逐步乘用化的皮卡来说，插电式混合动力车型具备巨大的市场潜力。
现有的中国专利公开号为CN 114030365 A的发明专利，提供一种增程式（又称串联式）混动皮卡，其采用串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是实际使用中，其动力传递链长、总体效率低，无四驱配置，限制了整车承载质量及客户的配置需求。
中国专利公开号为CN 113978265 A的发明专利，介绍一种混动高压控制系统，将电机控制器主控电路、电机输入输出控制和离合器控制集成为一个模块，虽然节约了一些安装空间，减少了各个模块的交互执行的故障率，但模块仍需单独安装在整车结构中，对混动皮卡集成化设计的需求远远不够。
中国专利公开号为CN 112918238 A的发明专利，提供一种纵置双电机混合动力系统，虽然其能实现换挡时动力连续，提高换挡的舒适性，且在加速过程中能提供动力辅助，且实现了其轴向布局小，能满足大部分后驱车辆的要求，但由于其仅有两档配置，并不能满足皮卡多种复杂工况、多速比的日常使用性能需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种插电式混合动力皮卡，能够实现动力性好、承载能力强、综合百公里油耗低、纯电续航里程大等综合优势明显的新能源皮卡汽车。
本发明采用的技术方案为：
一种插电式混合动力皮卡，包括车架和安装在车架上的发动机、蓄电池、变速箱、传动轴、低压电器部件、轮胎和高压燃油箱；
所述车架包括前舱和架体，发动机安装在前舱内，变速箱安装在架体前部，高压控制一体化单元安装在架体中部，动力电池安装在架体后部；
变速箱主体内集成发电机、驱动电机和电机控制器，铜排电连接，经外部统一接口和高压电池连接；DHT混合动力变速箱，置于发动机和传动减速机构中间，作为混合动力系统的主体；
放置在汽车底盘中部或后部的动力电池组，用于为电动模式提供动力的动力主体，所述的动力电池组内集成设置有电池管理系统和BMS；
还包括有实现电动马达或发电机的功能的驱动电机，作为电机与电池、整车控制系统等交互的载体的电机控制器MCU。
用于给动力电池进行充电的充电机OBC，整车暖风系统及给电池包进行预热的PTC加热器，通过高压电源驱动，为乘员舱、电驱系统、电池进行制冷散热的电动空调压缩机；以及实现汽车充、放电功能的充电口；
还包括高压控制一体化单元，所述的高压控制一体化单元集成了用于给动力电池进行充电的车载充电机、用于将高压直流电转为低压直流电，满足整车低压用电需求的DC/DC转换器、为高压部件提供电源的高压配电盒和PTC及压缩机的电源分配；高压控制一体化单元分别与变速箱、动力电池、用于给电池包进行预热的PTC加热器、用于通过高压电源驱动，为乘员舱、电驱系统、电池进行制冷散热的电动空调压缩机、充电口通过高压线束连接，实现能量、信号及信息的传递；
高压部件集成度越高，高压继电器、连接器、线缆使用量越少，整车高压系统可靠性越高，整车成本越低，汽车综合市场竞争力提升。
所述的变速箱采用4DHT混合动力变速箱。
包括9种运动模式，具体如下：
EV1运行模式：此时采用驱动电机驱动，充分发挥电机高效率、低噪音、大扭矩优势，不启动发动机；适用于低速中小负荷加速或中低速匀速行驶时，第一制动和驱动电机工作；
EV2运行模式：适用于低速中小负荷加速或中低速匀速行驶时，第二制动和驱动电机工作；
PS1运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电；可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；
PS2运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；
PS3运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；
PS4运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；PS4档驱动电机转速是发动机转速的2倍多，进入PS4档驱动电机和发动机都运行在高效区，节油效率显著；
串联1运行模式：串联发电，发动机保持在高效区间驱动发电机，给电池充电或给驱动电机提供电能；
串联2运行模式：串联发电，发动机保持在高效区间驱动发电机，给电池充电或给驱动电机提供电能；
ECVT运行模式：ECVT模式下，EM1可调节发动机保持高效区运行，可实现发电或驱动，动力调配更灵活；在档位切换过程中使用该模式，换挡更加平顺；
上述各个模式下，均可通过驱动电机回收能量，且在串联模式下，发电机支持停车发电。
所述的高压配电盒PDU内设高压供电部分，包括高压接口、铜排、绝缘板、继电器和保险丝。
所述的充电口为交直流充电口。
本发明本次申请的专利，提供了一种插电式混合动力皮卡，具有以下优势：
1、可以实现纯电、串联、并联、混联多种动力驱动方式，满足动力性的同时兼顾经济性；后轮驱动+全轮驱动的强劲配置，最大总质量可达3.1吨。
2、发动机四挡+纯电两档的宽速比调节平台，九种运行模式，保证了换挡平顺性和NVH水平，满足皮卡多种复杂工况的调节需求。
3、双电机及电机控制器在变速箱内部高度集成，既解决了电机及控制器安装空间不足的难题，又节省了相互连接的高压线束。
4、车载充电机、DC/DC、高压配电盒（含电动空调压缩机、PTC加热器配电）一体化的高压控制单元，合理节省整车的空间，提升高压系统控制的可靠性及安全，增加产品竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整车布置结构示意图；
图2为本发明的高压控制一体化单元的架构原理简图；
图3为本发明动力系统的原理简图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2和3所示，本发明包括车架和安装在车架上的发动机2、蓄电池、变速箱3、传动轴9、低压电器部件、轮胎和高压燃油箱10；
所述车架1包括前舱和架体，发动机2安装在前舱内，变速箱3安装在架体前部，高压控制一体化单元5安装在架体中部，动力电池4安装在架体后部；
变速箱3主体内集成发电机、驱动电机和电机控制器，铜排电连接，经外部统一接口和高压电池连接；DHT混合动力变速箱，置于发动机和传动减速机构中间，作为混合动力系统的主体；
放置在汽车底盘中部或后部的动力电池组，用于为电动模式提供动力的动力主体，所述的动力电池组内集成设置有电池管理系统和BMS；
还包括有实现电动马达或发电机的功能的驱动电机，作为电机与电池、整车控制系统等交互的载体的电机控制器MCU。
用于给动力电池进行充电的充电机OBC，整车暖风系统及给电池包进行预热的PTC加热器，通过高压电源驱动，为乘员舱、电驱系统、电池进行制冷散热的电动空调压缩机；以及实现汽车充、放电功能的充电口；
还包括高压控制一体化单元5，所述的高压控制一体化单元(5)集成了用于给动力电池进行充电的车载充电机、用于将高压直流电转为低压直流电，满足整车低压用电需求的DC/DC转换器、为高压部件提供电源的高压配电盒和PTC及压缩机的电源分配；高压控制一体化单元5分别与变速箱3、动力电池4、用于给电池包进行预热的PTC加热器6、用于通过高压电源驱动，为乘员舱、电驱系统、电池进行制冷散热的电动空调压缩机7、充电口8通过高压线束连接，实现能量、信号及信息的传递；
高压部件集成度越高，高压继电器、连接器、线缆使用量越少，整车高压系统可靠性越高，整车成本越低，汽车综合市场竞争力提升。
所述的变速箱采用4DHT混合动力变速箱。由于采用的4DHT混合动力变速箱，宽泛的传动比范围，可使发动机和驱动电机高效运行，向上满足高车速向下满足大负荷驱动能力。从而可以实现九种动力运行模式，良好的换挡平顺性，高效纯电驱动和能源再生功能，满足皮卡多复杂工况频繁换挡的工作需求。九种运行模式简介：如图3所示，图中，B1为第一制动器，B2为第二制动器， C1为第一离合器，C2第二为离合器，
ENG为发动机， EM1为驱动电机，EM2为发电机，
单行星行星排为R1-P1-S1，R1为齿圈，P1为行星，S1为太阳，
双行星行星排为R2-P2P3-S3 ，R2为齿圈，P2为行星，S2为太阳，P3为行星，S3为太阳，单行星行星排：R2-P2-S2。
1、EV1运行模式：驱动电机驱动，充分发挥电机高效率、低噪音、大扭矩优势，不启动发动机；适用于低速中小负荷加速或中低速匀速行驶时。（B1、EM1工作）
2、EV2运行模式：场景同上述1。（B2、EM1工作）
3、PS1运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行。（B1、C1、ENG工作，EM1、EM2可参与）
4、PS2运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行。（B2、C1、ENG工作，EM1、EM2可参与）
5、PS3运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行。（C1、C2、ENG工作，EM1、EM2可参与）
6、PS4运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电。可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行。PS4档驱动电机转速是发动机转速的2倍多，进入PS4档驱动电机和发动机都运行在高效区，节油效率显著。（B2、C2、ENG工作，EM1、EM2可参与）
7、串联1运行模式：串联发电，发动机保持在高效区间驱动发电机，给电池充电或给驱动电机提供电能。（B1、ENG、EM1工作，EM2发电）
8、串联2运行模式：串联发电，发动机保持在高效区间驱动发电机，给电池充电或给驱动电机提供电能。（B2、ENG、EM1工作，EM2发电）
9、ECVT运行模式：ECVT模式下，EM1可调节发动机保持高效区运行，可实现发电或驱动，动力调配更灵活；在档位切换过程中使用该模式，换挡更加平顺。（C2、ENG、EM1工作，EM2可发电）
所述的高压配电盒PDU内设高压供电部分，包括高压接口、铜排、绝缘板、继电器和保险丝。所述的充电口为交直流充电口。
本发明提供的插电式混合动力皮卡，采用2.0T纵置结构发动机，配备4DHT混动动力变速箱及集成式高压系统，整体容纳了传统内燃机皮卡的纵置传动布局。
本专利所述的插电式混合动力皮卡，通过对高压系统的组成中的驱动电机、发电机和电机控制器集成在混动变速箱内部，铜排电连接，经外部统一接口和高压电池连接；车载充电机、高压配电盒（含PTC和压缩机配电）和DC/DC转换器集成为控制一体化单元；从事实现了集成度的大大提高，而高压部件集成度越高，高压继电器、连接器、线缆使用量越少，整车高压系统可靠性越高，整车成本越低，汽车综合市场竞争力提升。
本发明通过上述结构，既容纳了传统燃油皮卡汽车的纵置传动结构，发动机四挡+纯电两档的宽速比平台，后轮驱动+四轮驱动配置，又配备了纯电动车的高压系统，形成动力性好、承载能力强、综合百公里油耗低、外网充电方便、续航里程大等综合优势强的插电式混合动力皮卡汽车。通过设置的高度集成的4DHT混合动力变速箱机构和高压控制单元，既解决了高压部件布置空间不足的难题，又节省了相互连接的高压线束，同时提升了系统控制的可靠性及高压安全，增加产品竞争力。
DC/DC、车载充电机、高压配电盒（含电动空调压缩机、PTC加热器配电）一体化的控制单元。既最大化容纳了传统内燃机的整车结构，又满足了电动车高压系统的布置空间。
本发明提供一种插电式混合动力皮卡，通过上述高度的集成设置，实现纯电、串联、并联、混联多种动力驱动系统，发动机四挡+纯电两档的宽速比平台，后驱+分时四驱的系统配置，双电机及电机控制器与混动变速箱高度集成的结构，DC/DC、车载充电机、高压配电盒（含电动空调压缩机、PTC加热器配电）一体化的控制单元。既最大化容纳了传统内燃机的整车结构，又满足了电动车高压系统的布置空间。形成动力性好、承载能力强、综合百公里油耗低、纯电续航里程大等综合优势明显的新能源皮卡汽车。
实际使用中，本发明可以实现纯电、串联、并联、混联多种动力驱动方式，满足动力性的同时兼顾经济性；后轮驱动+全轮驱动的强劲配置，最大总质量可达3.1吨。通过发动机四挡+纯电两档的宽速比调节平台，实现了九种运行模式，保证了换挡平顺性和NVH水平，满足皮卡多种复杂工况的调节需求。通过双电机及电机控制器在变速箱内部高度集成，既解决了电机及控制器安装空间不足的难题，又节省了相互连接的高压线束。最后，车载充电机、DC/DC、高压配电盒（含电动空调压缩机、PTC加热器配电）一体化的高压控制单元，合理节省整车的空间，提升高压系统控制的可靠性及安全，增加产品竞争力。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种插电式混合动力皮卡，包括车架和安装在车架上的发动机、蓄电池、变速箱、传动轴、低压电器部件、轮胎和高压燃油箱；其特征在于：
所述车架包括前舱和架体，发动机安装在前舱内，变速箱安装在架体前部，高压控制一体化单元安装在架体中部，动力电池安装在架体后部；
变速箱主体内集成发电机、驱动电机和电机控制器，铜排电连接，经外部统一接口和高压电池连接；DHT混合动力变速箱，置于发动机和传动减速机构中间，作为混合动力系统的主体；
放置在汽车底盘中部或后部的动力电池组，用于为电动模式提供动力的动力主体，所述的动力电池组内集成设置有电池管理系统和BMS；
还包括有实现电动马达或发电机的功能的驱动电机，作为电机与电池、整车控制系统等交互的载体的电机控制器MCU；
用于给动力电池进行充电的充电机OBC，整车暖风系统及给电池包进行预热的PTC加热器，通过高压电源驱动，为乘员舱、电驱系统、电池进行制冷散热的电动空调压缩机；以及实现汽车充、放电功能的充电口；
还包括高压控制一体化单元，所述的高压控制一体化单元集成了用于给动力电池进行充电的车载充电机、用于将高压直流电转为低压直流电，满足整车低压用电需求的DC/DC转换器、为高压部件提供电源的高压配电盒和PTC及压缩机的电源分配；高压控制一体化单元分别与变速箱、动力电池、用于给电池包进行预热的PTC加热器、用于通过高压电源驱动，为乘员舱、电驱系统、电池进行制冷散热的电动空调压缩机、充电口通过高压线束连接，实现能量、信号及信息的传递；
高压部件集成度越高，高压继电器、连接器、线缆使用量越少，整车高压系统可靠性越高，整车成本越低，汽车综合市场竞争力提升。
2.根据权利要求1所述的插电式混合动力皮卡，其特征在于：所述的变速箱采用4DHT混合动力变速箱。
3.根据权利要求1所述的插电式混合动力皮卡，其特征在于：包括9种运动模式，具体如下：
EV1运行模式：此时采用驱动电机驱动，充分发挥电机高效率、低噪音、大扭矩优势，不启动发动机；适用于低速中小负荷加速或中低速匀速行驶时，第一制动和驱动电机工作；
EV2运行模式：适用于低速中小负荷加速或中低速匀速行驶时，第二制动和驱动电机工作；
PS1运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电；可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；
PS2运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电；
可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；
PS3运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电；
可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；
PS4运行模式：发动机、驱动电机、发电机，多动力源根据动力需求同时参与驱动或发电；
可通过电机调整发动机工作点，辅助发动机高效运行；PS4档驱动电机转速是发动机转速的2倍多，进入PS4档驱动电机和发动机都运行在高效区，节油效率显著；
串联1运行模式：串联发电，发动机保持在高效区间驱动发电机，给电池充电或给驱动电机提供电能；
串联2运行模式：串联发电，发动机保持在高效区间驱动发电机，给电池充电或给驱动电机提供电能；
ECVT运行模式：ECVT模式下，EM1可调节发动机保持高效区运行，可实现发电或驱动，动力调配更灵活；在档位切换过程中使用该模式，换挡更加平顺。
4.根据权利要求3所述的插电式混合动力皮卡，其特征在于：上述各个模式下，均可通过驱动电机回收能量，且在串联模式下，发电机支持停车发电。
5.根据权利要求1所述的插电式混合动力皮卡，其特征在于：所述的高压配电盒PDU内设高压供电部分，包括高压接口、铜排、绝缘板、继电器和保险丝。
6.根据权利要求1所述的插电式混合动力皮卡，其特征在于：所述的充电口为交直流充电口。
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