CN201296160Y - 一种混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力驱动系统，其中所述驱动系统包括：发动机、第一离合器、第一电机、第二电机、第二离合器、第三离合器、储能装置、以及减速机构，所述发动机通过第一离合器与减速机构相连，所述储能装置与第一电机和第二电机分别电连接，所述第二电机与减速机构相连，发动机通过第二离合器与第一电机相连，所述第一电机通过第三离合器与减速机构相连。本实用新型提供的驱动系统结构简单，驱动方法以电机驱动为主，并且可以灵活控制驱动系统处于多种工作模式，以满足实际行驶的需要。

Description

一种混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种混合动力驱动系统。

背景技术

目前，由于混合动力汽车在节能环保方面表现优异，因此已逐渐成为汽车行业的发展方向。CN1118387C中公开了一种混合动力驱动系统，如图1所示，其包括发动机1、与发动机1的输出轴2连接的发电机3、用于存储由发电机3产生的电力的电池4、由电池4驱动的电动机5、与发动机1的输出轴2连接的动力传递机构11、以及与电动机5和动力传递机构11连接的减速齿轮6，所述减速齿轮6的输出最终将传递给车轮。

上述驱动系统的驱动方法为，在车辆正常行驶过程中，发动机1驱动发电机3，以通过电动机5将动力输入减速齿轮6，并最终传递到车轮。当车辆处于紧急情况下，如电动机5损坏时，发动机1的输出直接经动力传递机构11输入减速齿轮6，并最终传递到车轮。

但是，在上述这种驱动系统中，一方面，用于将发动机1的动力传递到减速齿轮6的动力传递机构11结构复杂，不仅包括离合器，还包括转矩转换器和另一减速齿轮，因此导致整个驱动系统构造复杂，这不仅给系统的整体布置带来不便，而且还使得车身重量增加；另一方面，发动机1与发电机3直接连接在一起，当发动机1单独驱动车轮的同时会带动发电机3空转，因此会产生一定的能量损失。此外，该驱动系统的驱动模式单一，能量有效利用率低，不能满足车辆实际行驶时各种复杂工况的动力需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种混合动力驱动系统，该驱动系统结构简单，且具有多种工作模式。

根据本实用新型的混合动力驱动系统包括：发动机、第一离合器、第一电机、第二电机、第二离合器、第三离合器、储能装置、以及减速机构，所述发动机通过第一离合器与减速机构相连，所述储能装置与第一电机和第二电机分别电连接，所述第二电机与减速机构相连，发动机通过第二离合器与第一电机相连，所述第一电机通过第三离合器与减速机构相连。

本实用新型提供的混合动力驱动系统结构简单，而且该驱动系统可以根据驱动系统的需求功率以及储能装置的储能情况来灵活控制驱动系统处于多种工作模式，同时，当不需要第一电机工作时可以控制第二离合器处于分离状态，提高了能料利用率；并且可以使混合动力驱动系统很好地发挥自身的效能，在满足需求功率的同时实现对能量最大效率的利用，避免发动机处于怠速或低速运转的工况，从而达到提高燃油利用率、减少尾气排放的目的，最终实现整车的低排放、低油耗、以及高动能。本实用新型的附加特征以及相应的优点在下面的具体实施方式部分进行详细说明。

附图说明

图1为CN1118387C中公开的混合动力驱动系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的混合动力驱动系统的方框简图；

图3为本实用新型提供的混合动力驱动系统的优选实施方式的原理简图；

图4为本实用新型一种实施方式提供的混合动力驱动系统在纯电动工况下的能量传递路径图；

图5为本实用新型一种实施方式提供的混合动力驱动系统在串联工况下的能量传递路径图；

图6为本实用新型一种实施方式提供的混合动力驱动系统在发动机工况下的能量传递路径图。

图7为本实用新型一种实施方式提供的混合动力驱动系统在并联工况下的能量传递路径图；

图8为本实用新型一种实施方式提供的混合动力驱动系统在混联工况下的能量传递路径图；

图9为本实用新型一种实施方式提供的混合动力驱动系统在三动力源工况下的能量传递路径图；

具体实施方式

下面，将结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。

如图2和图3所示，本实用新型提供的混合动力驱动系统包括：发动机100、第一离合器200、第一电机300、第二电机400、储能装置500、以及减速机构600，所述发动机100通过离合器200与减速机构600相连，所述储能装置500与第一电机300和第二电机400分别电连接，所述第二电机400与减速机构600相连，所述混合动力驱动系统还包括第二离合器800和第三离合器700，所述发动机100与第一电机300通过第二离合器800相连，所述第一电机300与减速机构600通过第三离合器700相连。

其中，所述发动机100可以为汽油机、柴油机或者甲醇、乙醇等其它燃料发动机等等。所述发动机100通过第一离合器200与减速机构600相连，从而在第一离合器200处于接合状态的情况下，当发动机100工作时，发动机100的动力可以通过第一离合器200传递到减速机构600。因此当发动机100工作时，第一离合器200接合，第二离合器800分离，则发动机的能量通过减速机构600传递到车轮。

所述第一电机300可以为AC交流电机、开关磁阻电机、直流永磁电机等等。根据电磁感应原理，所述第一电机300既可以发电机模式工作，也可以电动机模式工作，以发电机模式工作时，用于将机械能转化为电能；以电动机模式工作时，用于将电能转化为机械能。具体地说，第二离合器800结合，当发动机100工作，发动机100带动第一电机300以发电机模式工作，以将发动机100的动能转化为电能输出至储能装置500。当储能装置500向第一电机300供电时，第一电机300以电动机模式工作，以将电能转化为动能输出至发动机100，即带动发动机100工作。

所述第二电机400可以为AC交流电机、开关磁阻电机、直流永磁电机等等。根据电磁感应原理，所述第二电机400既可以发电机模式工作，也可以电动机模式工作，以发电机模式工作时，用于将机械能转化为电能；以电动机模式工作时，用于将电能转化为机械能。具体地说，当由减速机构600传递来的动能传递至第二电机400时，第二电机400以发电机模式工作，以将减速机构600的动能转化为电能并输出至储能装置500。当储能装置500向第二电机400供电时，第二电机400以电动机模式工作，以将电能转化为动能输出至减速机构600。

所述储能装置500为可控的能量存储装置，例如可以是蓄电池组、燃料电池组等等。所述减速机构600可以为减速齿轮、变速器等等，并且如本领域技术人员所公知的，输送至减速机构600的动力可以通过联轴器、车轮驱动轴等最终传递到车辆车轮，以驱动车辆行驶。

本实用新型所提供的混合动力驱动系统，在发动机100工作，发动机100通过第二离合器800带动第一电机300以发电机模式工作，使得第一电机300将机械能转化为电能，但此时储能装置500储能充足，无需充电的情况下，可以控制第二离合器800分离，切断发动机100传向第一电机300的能量，防止发动机100带动第一电机300继续旋转而造成的能量损失，同时也防止了储能装置500因过充电而造成的对储能装置500内部的损坏。

优选情况下，所述储能装置500具有外接充电接口(图中未示出)，通过该外接充电接口可以直接使用外部电源对所述储能装置500进行充电，例如可以直接使用家用电源对其进行充电，因此大大提高了使用方便性。

优选情况下，本实用新型所提供的混合动力驱动系统还包括检测单元900，所述检测单元900与所述储能装置500电连接，用于检测所述储能装置500的储能状态，即用于检测所述储能装置500的荷电状态。例如可以根据需要设定：当所述检测单元检测900到所述储能装置500的荷电状态大于40％时，表示所述储能装置500储能充足；当所述检测单元900检测到所述储能装置500的荷电状态小于或等于40％但大于15％时，表示所述储能装置500处于储能不足状态；当所述检测单元检测900到所述储能装置500的荷电状态小于或等于15％时，表示所述储能装置500处于储能严重不足状态。

所述第一离合器200、第二离合器800和第三离合器700可以为干式离合器或湿式离合器。

下面，对本实用新型提供的混合动力驱动系统的驱动方法进行详细说明。

本实用新型提供的混合动力驱动系统的驱动方法主要包括：根据所述驱动系统的需求功率以及储能装置的储能状态，控制所述驱动系统处于纯电动工况、发动机工况、串联工况、并联工况、混联工况、或者三动力源工况。

其中，1)纯电动工况

当所述驱动系统处于纯电动工况时，发动机100和第一电机300不工作，第一离合器200处于分离状态，储能装置500处于放电状态，由储能装置500向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作并输出动能至减速机构600，此时第二电机400作为动力源驱动车辆行驶。

纯电动工况下的能量传递路径如图4所示其中箭头指向为能量传递方向)，首先电能从储能装置500传输至第二电机400，经过第二电机400的能量转化，电能被转化为动能，然后第二电机400输出的动能被传输至减速机构600，并最终传输至车轮。

2)串联工况

当所述驱动系统处于串联工况时，第二离合器800处于结合状态，发动机100工作并带动第一电机300以发电机模式工作，从而对储能装置500进行充电，第一离合器200处于分离状态，由储能装置500向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作并输出动能至减速机构600，此时第二电机400作为动力源驱动车辆行驶。

串联工况下的能量传递路径如图5所示(其中箭头指向为能量传递方向)，首先结合第二离合器800，发动机100产生的动能经第一电机300转化为电能后传递至储能装置500，然后储能装置500中的电能经第二电机400转化为动能后传递至减速机构600，并最终传输至车轮。

3)发动机工况

当所述驱动系统处于发动机工况时，发动机100工作，第一离合器200处于接合状态，第二离合器和第三离合器处于分离状态，以将发动机100输出的动能传递至减速机构600，此时发动机100作为动力源驱动车辆行驶。

当发动机100产生的扭矩大于车辆所需扭矩时，发动机可以带动第一电机300为储能装置500充电。于是在此情况下，启动发动机100，并使第一离合器200、第二离合器800处于接合状态，以通过第一离合器200将发动机100产生的一部分动能传递到减速机构600，同时由于在发动机100处于工作状态的情况下，发动机100可以通过第二离合器800带动第一电机300，因此可以将发动机100产生的另一部分动能传递到第一电机300，此时第一电机300以发电机模式工作，以将由发动机100传递的动能转化为电能并输出至储能装置500以对其进行充电。

发动机工况下的能量传递路径如图6所示(其中箭头指向为能量传递方向)，一条能量传递路径为：发动机100产生的部分动能经第一离合器200传递至减速机构600后，其中一部分最终传输至车轮；另一条能量传递路径为：发动机100产生的另一部分动能经第二离合器800由第一电机300转化为电能后传递至储能装置500。

4)并联工况

当所述驱动系统处于并联工况时，发动机100工作，第一离合器200处于接合状态，以将发动机100输出的动能传递至减速机构600，储能装置500向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作并输出动能至减速机构600，此时发动机100和第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

具体来说，此时，由于第二电机400输出的动能无法满足车辆行驶要求，需要发动机100为其提供助力，所以启动发动机100，并使第一离合器200处于接合状态，从而可以通过第一离合器200将发动机100输出的动能传递到减速机构600。同时，电能充足的储能装置500处于放电状态，以向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作，以将由储能装置500输送的电能转化为动能并输出至减速机构600。输送至减速机构600的动能最终将全部输送至车轮，以驱动车辆行驶。此时，由于储能装置500电能充足，所以无需对其进行充电，因此第二离合器800处于分离状态。

并联工况下的能量传递路径如图7所示(其中箭头指向为能量传递方向)，一条能量传递路径为：发动机100产生的动能经第一离合器200传递至减速机构600，并最终传输至车轮；另一条能量传递路径为：储能装置500中的电能经第二电机400转化为动能后传递至减速机构600，并最终传输至车轮。

5)混联工况

所述驱动方法还包括控制所述驱动系统处于混联工况，第二离合器800结合，发动机100工作并通过第二离合器800带动第一电机300以发电机模式工作，从而对储能装置500进行充电，第一离合器200处于接合状态，以将发动机100输出的动能传递至减速机构600，同时由储能装置500向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作并输出动能至减速机构600，此时发动机100和第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

具体来说，此时，一方面，由于第二电机400输出的动能无法满足车辆行驶要求，需要发动机100为其提供助力，所以启动发动机100，并使第一离合器200处于接合状态，从而可以通过第一离合器200将发动机100输出的动能传递到减速机构600。同时，由储能装置500向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作，以将由储能装置500输送的电能转化为动能并输出至减速机构600。输送至减速机构600的动能最终将全部输送至车轮，以驱动车辆行驶。另一方面，由于储能装置500电能不足，需要及时充电，以保证继续行驶，所以在发动机100处于工作状态的情况下，可以通过结合第二离合器800来使发动机100带动第一电机300，以将发动机100的动能传递到第一电机300，此时第一电机300以发电机模式工作，以将发动机100的动能转化为电能并输出至储能装置500以对其进行充电。

混联工况下的能量传递路径如图8所示(其中箭头指向为能量传递方向)，一条能量传递路径为：发动机100产生的部分动能经第一离合器200传递至减速机构600，并最终传输至车轮；另一条能量传递路径为：发动机100产生的另一部分动能经第二离合器800由第一电机300转化为电能后传递至储能装置500；再一条能量传递路径为：储能装置500中的电能经第二电机400转化为动能后传递至减速机构600，并最终传输至车轮。

6)三动力源工况

当所述驱动系统处于三动力源工况时，发动机100工作，第一离合器200处于接合状态，以将发动机100输出的动能传递至减速机构600，储能装置500同时向第一电机300和第二电机400供电，第三离合器700处于接合状态第二电机400，第一电机300和第二电机400以电动机模式工作并输出动能至减速机构600，此时发动机100、第一电机300、以及第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

当车辆处于极其恶劣的行驶工况时，比如当驱动系统的需求功率大于第二电机400的输出功率与发动机的输出功率之和时，控制所述驱动系统处于三动力源工况。在三动力源工况下，发动机100、第一电机300、以及第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

具体来说，此时，一方面，启动发动机100，使第一离合器200处于接合状态，以通过第一离合器200将发动机100自身产生的动能传递到减速机构600。另一方面，由储能装置500向第一电机300供电，此时第三离合器700处于结合状态，第一电机300以电动机模式工作，以将储能装置500输送的电能转化为动能并通过第三离合器700输出至减速机构600。与此同时，储能装置500也向第二电机400供电，第二电机400以电动机模式工作，以将由储能装置500输送的电能转化为动能并输出至减速机构600，输送至减速机构600的动能最终将全部输送至车轮，以驱动车辆行驶。

三动力源工况下的能量传递路径如图9所示(其中箭头指向为能量传递方向)，一条能量传递路径为：发动机100自身产生的动能经第一离合器200传递至减速机构600，并最终传输至车轮；另一条能量传递路径为：储能装置500中的电能经第一电机300转化为动能后，再经第三离合器700传递至减速机构600，并最终传输至车轮；再一条能量传递路径为：储能装置500中的电能经第二电机400转化为动能后传递至减速机构600，并最终传输至车轮。

除以上各种工作工况外，所述驱动方法还包括控制所述驱动系统处于制动工况，当所述驱动系统处于制动工况时，第三离合器700接合，来自车轮组的动能经过减速机构驱动第一电机300和/或第二电机400发电，对储能装置500进行充电。

所述驱动方法还包括控制所述驱动系统处于外接电源充电工况，当所述驱动系统处于外接电源充电工况时，通过所述储能装置500上的外接充电接口使用外接电源为储能装置500充电。

当车辆正常平稳行驶且储能装置500储能充足时，比如当驱动系统的需求功率小于或等于第二电机400的输出功率、同时储能装置500的荷电状态大于40％时，控制所述驱动系统处于纯电动工况。

当车辆正常平稳行驶但储能装置500处于储能不足状态时，比如当所述驱动系统的需求功率小于或等于第二电机400的输出功率、同时储能装置500的荷电状态小于或等于40％但大于15％时，控制所述驱动系统处于串联工况。

当储能装置500处于储能严重不足状态且车辆处于较好的行驶工况时，比如当储能装置500的荷电状态小于或等于15％，已不足以驱动第二电机400、同时驱动系统的需求功率小于发动机的输出功率时，控制所述驱动系统处于发动机工况。在发动机工况下，仅由发动机100作为动力源驱动车辆行驶。

当车辆处于爬坡或加速等行驶工况但储能装置500处于储能不足状态时，比如当驱动系统的需求功率大于第二电机400的输出功率且小于或等于第二电机400的输出功率与发动机的输出功率之和、同时储能装置500的荷电状态小于或等于40％但大于15％时，控制所述驱动系统处于混联工况。在混联工况下，发动机100和第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

当车辆处于爬坡或加速等行驶工况且储能装置500储能充足时，比如当驱动系统的需求功率大于第二电机400的输出功率且小于或等于第二电机400的输出功率与发动机的输出功率之和、同时储能装置500的荷电状态大于40％时，控制所述驱动系统处于并联工况。在并联工况下，发动机100和第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

当车辆处于极其恶劣的行驶工况时，比如当驱动系统的需求功率大于第二电机400的输出功率与发动机的输出功率之和时，控制所述驱动系统处于三动力源工况。在三动力源工况下，发动机100、第一电机300、以及第二电机400同时作为动力源驱动车辆行驶。

本实用新型提供的混合动力驱动系统的驱动方法可以根据车辆的实际行驶工况，灵活控制驱动系统处于各种工作模式，而且驱动系统以电机驱动为主，并使发动机工作在其最大效率区，不但实现能量合理利用的目的，而且可以实现节能环保的目的。

Claims (5)

1、一种混合动力驱动系统，所述驱动系统包括：发动机(100)、第一离合器(200)、第一电机(300)、第二电机(400)、储能装置(500)、以及减速机构(600)，所述发动机(100)通过离合器(200)与减速机构(600)相连，所述储能装置(500)与第一电机(300)和第二电机(400)分别电连接，所述第二电机(400)与减速机构(600)相连，其特征在于：所述混合动力驱动系统还包括第二离合器(800)和第三离合器(700)，所述发动机(100)与第一电机(300)通过第二离合器(800)相连，所述第一电机(300)与减速机构(600)通过第三离合器(700)相连。

2、根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述储能装置(500)具有外接充电接口，以使用外部电源对储能装置(500)进行充电。

3、根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：还包括检测单元(900)，所述检测单元与储能装置(500)连接，用于检测所述储能装置(500)的储能状态。

4、根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述第一离合器(200)、第二离合器(800)和第三离合器(700)为干式离合器。

5、根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于：所述第一离合器(200)、第二离合器(800)和第三离合器(700)为湿式离合器。

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