CN202174928U - 一种混合动力汽车的动力系统 - Google Patents

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张毅
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Abstract

本实用新型提供了一种混合动力汽车的动力系统，其特征在于：它包括以下主要部件：两个电机，一个发动机，一个行星轮系，两个电磁离合器，电池与逆变器，发动机与行星轮系的环内齿轮相连，第一电机通过套轴与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的行星架可以由第二电磁离合器固定于箱体，也可以由第一电磁离合器与第二电机输出轴相连，第二电机输出轴与主变速齿轮相连；本专利汽车动力系统具有三个运行模式：纯电动，串联混合动力，并联混合动力。本实用新型可以保证在大多数情形下纯电动运行，必要时增程式运行，从而最大程度上实现便捷性，低能耗，零排放（或最低排放）。

Description

一种混合动力汽车的动力系统
技术领域
本实用新型涉及汽车动力系统，特别涉及一种混合动力汽车的动力系统。
背景技术
混合动力汽车具有节油与低排放的优点，但仍然依靠燃油提供动力。纯电动汽车则无需燃油，但在目前电池技术条件下，一次充电里程有限。增程式混合动力汽车可以综合电动汽车与传统汽车的优点，在一定设计里程内，它可以纯电动行驶，实现零油耗与零排放。如果需要长距离行驶，则可在增程模式下运行。目前在汽车工业界所采用的混合动力系统（包括增程设计）一般是串联混合系统或者是并联混合系统，结构复杂，制造成本昂贵，且运行模式有限。
发明内容
本实用新型的目的是一种混合动力汽车的动力系统，以实现低能耗，低排放或零排放。本实用新型的系统具备纯电动，串联混合动力与并联混合动力三种模式。装备此系统的汽车在一定里程内可以完全纯电动。如果需要长距离开车，则可以用串联混合动力模式或并联混合动力模式运行。
本实用新型提供一种混合动力汽车的动力系统，它包括以下主要部件：
两个电机，一个发动机，一个行星轮系，两个电磁离合器，电池与逆变器，发动机与行星轮系的环内齿轮相连，第一电机通过套轴与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的行星架可以由第二电磁离合器固定于箱体，也可以由第一电磁离合器与第二电机输出轴相连，第二电机输出轴与主变速齿轮相连；
本专利汽车动力系统具有三个运行模式：纯电动，串联混合动力，并联混合动力；
纯电动运行模式：汽车在此模式运行时，第一电磁离合器与第二电磁离合器都处于开放工况，发动机与第一电机都关闭，汽车由电机第二电机驱动，所有驱动力由电池提供；
串联混合动力模式：汽车在此模式运行时，第二电磁离合器闭合，第一电磁离合器开放，因为第二电磁离合器闭合，行星轮系的行星架固定于箱体上，在进入此模式时，发动机首先由第一电机启动，然后经过行星轮系提供动力给第一电机发电，在此模式下，汽车仍然由第二电机驱动，此模式实际上是串联运行模式，也就是说，发动机驱动第一电机发电，所发出的电能提供给第二电机驱动汽车，多余电能还可以通过逆变器给电池充电，此模式适合中低功率工况时以增程模式运行；
并联混合动力模式：汽车在此模式运行时，第二电磁离合器开放，第一电磁离合器闭合，此模式适合汽车高功率需求工况，此模式实际上是一种电动CVT模式，主要作为增程式模式运行。
优选地，发动机与行星轮系的环内齿轮相连，第一电机与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的行星架可以通过第二电磁离合器与箱体固连，也可以通过第一电磁离合器与第二电机输出轴相连。
优选地，它具有三个运行模式，即纯电动模式，串联混合动力模式与并联混合动力模式，因为具有此三个模式，装备此系统的车辆可以在一定里程内由纯电动运行，需要长距离运行时，可用增程模式（串联混合动力或并联混合动力模式）运行。
优选地，它具有第一电磁离合器和第二电磁离合器，第二电磁离合器闭合时将行星轮系的行星架固定于箱体上，第一电磁离合器闭合时将行星轮系的行星架与第二电机输出轴相连。
本实用新型提出的综合型汽车混合动力系统采用行星轮设计，结构简单，具备纯电动，串联混合动力，并联混合动力三种运行模式，是一种全能型的增程式混合动力。系统本实用新型解决了目前存在的混合动力汽车和纯电动汽车成本高，里程短与结构复杂等技术问题。
附图说明
附图1是本实用新型的结构示意图。
附图2是本实用新型的纯电动模式的工作原理示意图。
附图3是本实用新型的串联混合模式动力的工作原理示意图。
附图4是本实用新型的并联混合动力模式的工作原理示意图。
附图中：1、第一电机；2、第二电机；3、行星架；4、太阳轮；5、环内齿轮；6、发动机；7、电池；8、第一电磁离合器；9、第二电磁离合器；10、逆变器；11、套轴；12、第二电机输出轴；13、主变速齿轮。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚明确的界定。
本实用新型所提出的混合动力汽车的动力系统结构如附图1所示。此系统包括一个发动机6，第一电机1和第二电机2，一个行星轮系，第一电磁离合器8和第二电磁离合器9，一组电池7与动力电子系统（即逆变器10）。发动机6与行星轮系的环内齿轮5相连接，第一电机1通过套轴11与行星轮系的太阳轮4相连接，行星轮系的行星架3可以通过第二电磁离合器9与箱体固连，也可以通过第一电磁离合器8与第二电机输出轴12相连。第二电机输出轴12与主变速齿轮13的输入轴相连。
如附图1所示的结构适合前轮驱动，后轮驱动与四轮驱动。不同驱动系统只是附图1所示输出端后续部分不同。所实用新型的混合动力汽车的动力系统工作原理如下所述。
纯电动模式：
在此模式下，发动机6与第一电机1关闭。第一电磁离合器8与第二电磁离合器9均处于开放状态。此模式适应汽车起步，倒车，低速运行与巡航工况。适合速度范围约为-30公里/小时至50公里/小时，功率需求范围0至30千瓦。此模式动力全部由电池7提供，其动力传递路线如附图2所示。
如第二电机输出轴12后的主传动比为
Figure 526610DEST_PATH_IMAGE001
，则驱动轮和第二电机2之间力矩和转速之间的关系为：
Figure 139863DEST_PATH_IMAGE002
此处，
Figure 500437DEST_PATH_IMAGE003
Figure 949873DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 319674DEST_PATH_IMAGE005
为第二电机2的转速与力矩，
Figure 23319DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 820374DEST_PATH_IMAGE007
为驱动轮的转速与力矩。
串联混合动力模式：
在此模式下，第二电磁离合器9闭合，第一电磁离合器8开放。因为第二电磁离合器9闭合，行星轮系的行星架3被固定于箱体上。当汽车进入此运行模式时，发动机6首先由第一电机1启动。然后发动机6通过行星轮系驱动第一电机1发电。所发出的电力可以直接驱动第二电机2开车或给电池充电。此模式适合速度范围大约为0~50公里/小时，功率范围为大约为30~50Kw。
此模式的动力传递路线如附图3所示。
此模式下第一电机1，第二电机2，发动机6，驱动轮之间存在以下转速与力矩关系：
Figure 491527DEST_PATH_IMAGE008
Figure 665019DEST_PATH_IMAGE009
Figure 675700DEST_PATH_IMAGE010
此处，
Figure 955241DEST_PATH_IMAGE011
，分别为发动机6与环内齿轮5转速，，
Figure 690482DEST_PATH_IMAGE014
分别为第一电机1和发动机6的扭矩，
Figure 642388DEST_PATH_IMAGE015
为行星轮参数，其等于环内齿轮5齿数除以太阳轮4齿数。
并联混合混合模式：
在此模式下，第二电磁离合器9开放，第一电磁离合器8闭合。此模式适合高功率需求工况，所适合速度范围大于50公里/小时，功率需求范围为50千瓦以上。此模式下动力传递路线如附图4所示。
在此模式下，发动机6，第一电机1和第二电机2，驱动轮之间存在以下转速与扭矩关系：
Figure 225816DEST_PATH_IMAGE016
。
运行模式切换：
根据不同工况及电池充电量，汽车在三个模式之间切换。为描述方便，现将纯电动模式定义为模式一，串联混合动力模式定义为模式二，并联混合混合模式定义为模式三。
三种模式之间切换如下所述：
模式一→模式二：汽车在模式一运行时，发动机6，第一电机1，行星轮处于静止状态。因行星轮系具有两个自由度，第二电磁离合器9可以轻易平稳的接合。第二电磁离合器9接合后，第一电机1先启动发动机6，然后进入模式二运行。
模式二→模式三：从模式二切换至模式三时，首先使第二电磁离合器9脱离，然后通过控制第一电机1的转速使第一电磁离合器8两端的转速达到同步后，再将第一电磁离合器8闭合。这样就可以实现模式二到模式三的平稳快捷的切换。
模式一→模式三：在整车控制器控制下，汽车先从模式一切换到模式二，然后再从模式二切换到模式三。
模式二→模式一：只需将第二电磁离合器9分离，发动机6熄火，第一电机1断电即可。
模式三→模式一：只需将第一电磁离合器8分离，发动机6熄火，第一电机1断电即可。
模式三→模式二：首先将第一电磁离合器8分离，然后通过控制第一电机1转速使行星架3与转速为零，然后使第二电磁离合器9无冲击平稳结合。
如上所述各种模式根据汽车工况与电池7充电量选择，以达到动力性，舒适性，低能耗，低排放的优化结果。因为纯电动模式可根据设计要求达到100公里左右的行程，此种混合动力汽车的动力系统可以保证在大多数情形下纯电动运行，必要时增程式运行，从而最大程度上实现便捷性，低能耗，零排放（或最低排放）。
以上对本实用新型提出的混合动力汽车的动力系统结构与原理及实施方案进行了详细的技术阐述。很明显，在不离开本实用新型的范围和精神的基础上，可以对现有实用新型（包括技术工艺）进行修改，在本实用新型所属技术领域，只要掌握基础技术知识，就可以在本实用新型的技术要旨范围内，进行各种变更。 

Claims (2)

1.一种混合动力汽车的动力系统，其特征在于：它包括以下主要部件：
两个电机，一个发动机，一个行星轮系，两个电磁离合器，电池与逆变器，发动机与行星轮系的环内齿轮相连，第一电机通过套轴与行星轮系的太阳轮相连，行星轮系的行星架可以由第二电磁离合器固定于箱体，也可以由第一电磁离合器与第二电机输出轴相连，第二电机输出轴与主变速齿轮相连；
本动力系统具有三个运行模式：纯电动，串联混合动力，并联混合动力；
纯电动运行模式：汽车在此模式运行时，第一电磁离合器与第二电磁离合器都处于开放工况，发动机与第一电机都关闭，汽车由电机第二电机驱动，所有驱动力由电池提供；
串联混合动力模式：汽车在此模式运行时，第二电磁离合器闭合，第一电磁离合器开放，因为第二电磁离合器闭合，行星轮系的行星架固定于箱体上，在进入此模式时，发动机首先由第一电机启动，然后经过行星轮系提供动力给第一电机发电，在此模式下，汽车仍然由第二电机驱动，此模式实际上是串联运行模式，也就是说，发动机驱动第一电机发电，所发出的电能提供给第二电机驱动汽车，多余电能还可以通过逆变器给电池充电，此模式适合中低功率需求工况时以增程模式运行；
并联混合动力模式：汽车在此模式运行时，第二电磁离合器开放，第一电磁离合器闭合，此模式适合汽车高功率需求工况，此模式实际上是一种电动CVT模式，主要作为增程式模式运行。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力系统，其特征在于：第二电磁离合器闭合时将行星轮系的行星架固定于箱体上，第一电磁离合器闭合时将行星轮系的行星架与第二电机输出轴相连。
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