CN204506518U - 单模复合功率分流式混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单模复合功率分流式混合动力系统，是由发动机、输入轴、锁止器、行星齿轮系、一号电机、二号电机、逆变器、动力电池和输出齿轮组成。所述行星齿轮系包括前排太阳轮、行星架、前排齿圈、前排行星轮、后排齿圈和后排行星轮，其中前排行星轮和后排行星轮为加工在同一根轴上的两个齿轮。本实用新型二号电机到输出件齿圈的减速比较小，可降低对二号电机的转速需求，有利于二号电机的小型化；本实用新型在驻车充电模式下二号电机也可以参与发电，能提供更大的充电电流，可使动力电池快速充电；本实用新型在纯电驱动模式下一号电机和二号电机均可参与驱动，使得车辆在此模式下能够适应更多的工况。

Description

单模复合功率分流式混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及一种混合动力车辆的动力传动系统，特别涉及一种单模复合功率分流式混合动力系统。

背景技术

当前混联式混合动力车辆典型的结构形式主要有丰田混合动力系统（THS）、通用的高级混合动力系统（AHS）和吉利的四轴行星排（FSPG）混合动力系统。其中丰田混合动力系统（THS）只能实现输入式功率分流一种模式，驱动电机直接连接到输出件齿圈，对其性能要求较高，需选用功率等级较高的电机。通用的高级混合动力系统（AHS）多数采用三排行星齿轮机构进行功率分流，需要控制多个离合器和锁止器以进行模式切换，导致其结构复杂、控制难度大。吉利的四轴行星排（FSPG）混合动力系统所采用的驱动电机到输出件齿圈的传动比较大，需采用额定转速较高的电机；另外，驱动电机的动力需经后排太阳轮、后排行星轮、前排行星轮和齿圈之间的三次齿轮啮合才能传递至输出件，啮合环节较多，一定程度上影响了传动效率。由此可见，在本技术领域，混合动力车辆的动力传动系统，尤其是其动力耦合装置的结构需进行改进。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种单模复合功率分流式混合动力系统。

本实用新型由发动机、输入轴、锁止器、行星齿轮系、一号电机、二号电机、逆变器、动力电池和输出齿轮组成。所述行星齿轮系包括前排太阳轮、行星架、前排齿圈、前排行星轮、后排齿圈和后排行星轮，其中前排行星轮和后排行星轮为加工在同一根轴上的两个齿轮。所述发动机通过输入轴与行星架连接；所述前排太阳轮、前排行星轮、前排齿圈依次啮合，其中前排行星轮可转动地套设在行星架上；所述后排行星轮和后排齿圈啮合，其中后排行星轮可转动地套设在行星架上，并与前排行星轮同轴固连；所述一号电机与前排太阳轮连接；所述二号电机与后排齿圈连接；所述动力电池通过逆变器分别与一号电机、二号电机电连接；所述锁止器一端与输入轴连接，另一端固连于车架；所述输出齿轮与前排齿圈同轴固连。

本实用新型所采用的动力耦合装置属于3K-H式行星齿轮系，设前排齿圈和前排太阳轮的齿数比为k1，后排齿圈和后排太阳轮的理论齿数比为k2。作为优选，使k1<k2，因此本系统为包含三个输入节点和一个输出节点的四节点系统，属于复合式功率分流系统。

作为优选，所述前排行星轮与后排行星轮的个数均为3到4个，并在圆周方向均布排列，有利于整个行星齿轮系的均匀受力。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1．本实用新型二号电机到输出件齿圈的减速比较小，可降低对二号电机的转速需求，有利于二号电机的小型化；

2．本实用新型二号电机的前排行星轮和后排行星轮同轴固连，相比于吉利的四轴行星排（FSPG）混合动力系统可减少一次啮合环节，传动效率较高；

3．本实用新型在驻车充电模式下二号电机也可以参与发电，能提供更大的充电电流，可使动力电池快速充电；

4．本实用新型在纯电驱动模式下一号电机和二号电机均可参与驱动，使得车辆在此模式下能够适应更多的工况，并且更多的纯电动模式和更强的纯电驱动能力使得本实用新型同样适用于插电式混合动力车辆。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型的结构组成与工作原理示意图。

图2是本实用新型的杆模型图。

图3是本实用新型驻车发动机启动模式的动力传递路线图。

图4是本实用新型行车发动机启动模式的动力传递路线图。

图5是本实用新型常速驻车充电模式的动力传递路线图。

图6是本实用新型快速驻车充电模式的动力传递路线图。

图7是本实用新型低速纯电驱动模式的动力传递路线图。

图8是本实用新型高速纯电驱动模式的动力传递路线图。

图9是本实用新型低速发动机单独驱动模式的动力传递路线图。

图10是本实用新型高速发动机单独驱动模式的动力传递路线图。

图11是本实用新型低速功率分流模式的动力传递路线图。

图12是本实用新型高速功率分流模式的动力传递路线图。

图13是本实用新型发动机关闭时再生制动模式的动力传递路线图。

图14是本实用新型发动机运转时再生制动模式的动力传递路线图。

图中：1.发动机，2.输入轴，3.锁止器，4.前排太阳轮，5.行星架，6.前排齿圈，7.前排行星轮，8.后排齿圈，9.后排行星轮，10.二号电机，11.一号电机，12.逆变器，13.动力电池，14.输出齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

请参阅图1所示，一种单模复合功率分流式混合动力系统，包括发动机1、输入轴2、锁止器3、行星齿轮系、一号电机11、二号电机10、逆变器12、动力电池13和输出齿轮14。所述行星齿轮系包括前排太阳轮4、行星架5、前排齿圈6、前排行星轮7、后排齿圈8和后排行星轮9，其中前排行星轮7和后排行星轮9为加工在同一根轴上的两个齿轮。所述发动机1通过输入轴2与行星架5连接；所述前排太阳轮4、前排行星轮7、前排齿圈6依次啮合，其中前排行星轮7可转动地套设在行星架5上；所述后排行星轮9和后排齿圈8啮合，其中后排行星轮9可转动地套设在行星架5上，并与前排行星轮7同轴固连；所述一号电机11与前排太阳轮4连接；所述二号电机10与后排齿圈8连接；所述动力电池13通过逆变器12分别与一号电机11、二号电机10电连接；所述锁止器3一端与输入轴2连接，另一端固连于车架；所述输出齿轮14与前排齿圈6同轴固连。

本实用新型所采用的动力耦合装置属于3K-H式行星齿轮系，其杆模型如图2。分别设发动机1为ICE，一号电机11为MG1，二号电机10为MG2，输出为Output，前排太阳轮4为S1，行星架5为C，前排齿圈6为R1，后排齿圈8为R2，前排齿圈6和前排太阳轮4的齿数比为k1，后排齿圈8和后排太阳轮的理论齿数比为k2。作为优选，使k1<k2，因此本系统为包含三个输入节点和一个输出节点的四节点系统，属于复合式功率分流系统。

本实用新型的工作过程和原理如下：

1．发动机启动模式

根据整车运行状况，发动机启动模式分为驻车发动机启动和行车发动机启动两种子模式，其中驻车发动机启动模式的动力传递路线如图3，行车发动机启动模式的动力传递路线如图4。

两种子模式的共同特征是：

锁止器3分离；动力电池13放电，一号电机11以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经前排太阳轮4、行星架5和输入轴2传递到发动机1，发动机1启动。

两种子模式的区别是：

在驻车发动机启动模式下，前排齿圈6转速为零，后排行星轮9、后排齿圈8和二号电机10空转。在行车发动机启动模式下，二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮。

2．驻车充电模式

驻车充电模式主要用于车辆进行发动机热机或等待绿灯，动力电池13荷电状态（SOC）值较低的工况。当动力电池13荷电状态（SOC）值较低但还能正常输出电能时，采用驻车常速充电模式，动力传递路线如图5；当动力电池13荷电状态（SOC）值极低致使其无法正常输出电能时的工况，采用驻车快速充电模式，动力传递路线如图6。

两种子模式的共同特征是：

锁止器3分离；发动机1工作，动力经输入轴2传递至行星齿轮系，电机以发电机的形式工作，将机械能转化为电能，经逆变器12充入动力电池13；前排齿圈6和输出齿轮14固定。

两种子模式的区别是：

在驻车常速充电模式下，动力经行星架5和前排太阳轮4传递至一号电机11，一号电机11以发电机的形式工作；后排行星轮9、后排齿圈8和二号电机10空转。在驻车快速充电模式下，动力经行星架5、后排行星轮9和后排齿圈8传递至二号电机10，二号电机10以发电机的形式工作；前排太阳轮4和一号电机11空转。

3．纯电驱动模式

纯电驱动模式主要用于当动力电池13处于电量消耗状态时，车辆的纯电动零排放行驶。根据整车行驶功率需求，纯电驱动模式分为低速纯电驱动和高速纯电驱动两种子模式，其中低速纯电驱动模式的动力传递路线如图7，高速纯电驱动模式的动力传递路线如图8。

两种子模式的共同特征是：

锁止器3接合；发动机1、输入轴2和行星架5固定；动力电池13放电，电机以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经输出齿轮14最终传递至驱动车轮。

两种子模式的区别是：

在低速纯电驱动模式下，一号电机11以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经前排太阳轮4、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮；后排行星轮9、后排齿圈8和二号电机10空转。在高速纯电驱动模式下，二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮；前排太阳轮4和一号电机11空转。

4．发动机单独驱动模式

根据整车运行状况，发动机单独驱动模式分为低速发动机单独驱动和高速发动机单独驱动两种子模式。低速发动机单独驱动模式主要用于车辆低负荷行驶，整车行驶功率需求小于发动机在高效区所能提供的最小功率，且动力电池13荷电状态（SOC）值较低致使其无法正常输出电能时的工况，动力传递路线如图9；高速发动机单独驱动模式主要用于车辆中负荷行驶，整车行驶功率需求处于发动机高效区时的工况，动力传递路线如图10。

两种子模式的共同特征是：

锁止器3分离；发动机1工作，动力经输入轴2、行星架5、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮，车辆行驶所需全部动力均来自于发动机1；后排行星轮9、后排齿圈8和二号电机10空转。

两种子模式的区别是：

在低速发动机单独驱动模式下，一号电机11以发电机的形式工作，将机械能转化为电能，使发动机1输出的动力一部分用于驱动车辆行驶，另一部分以电能的形式充入动力电池13内；此时车辆处于电子无级变速状态。在高速发动机单独驱动模式下，一号电机11和前排太阳轮4的转速为零，发动机1输出的动力全部用于驱动车辆行驶。

5．功率分流模式

根据整车运行状况，功率分流模式分为低速功率分流和高速功率分流两种子模式。低速功率分流模式主要用于车辆低速时加速或爬坡，整车行驶转矩需求大于发动机在高效区所能提供的最大转矩时的工况，动力传递路线如图11；高速功率分流模式主要用于车辆高速行驶，整车行驶转速需求大于发动机在高效区所能提供的最大转速时的工况，动力传递路线如图12。

两种子模式的共同特征是：

锁止器3分离；发动机1工作，动力经输入轴2、行星架5、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮；一号电机11和二号电机10均在工作，车辆处于电子无级变速状态；动力电池13根据整车功率需求确定充放电状态。

两种子模式的区别是：

在低速功率分流模式下，一号电机11以发电机的形式工作，将发动机1输出的部分动力转化为电能；二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮，与发动机1共同提供牵引力。在高速功率分流模式下，二号电机10以发电机的形式工作，将发动机1输出的部分动力转化为电能，并提供给一号电机11；一号电机11以电动马达的形式反转工作，将电能转化为机械能，产生的动力经前排太阳轮4、前排行星轮7、前排齿圈6和输出齿轮14，最终传递至驱动车轮，与发动机1共同提供牵引力。

6．再生制动模式

当动力电池13处于正常工作状态时，可进行再生制动。根据整车运行状况，再生制动模式分为发动机关闭时再生制动模式和发动机运转时再生制动模式。发动机关闭时再生制动模式主要用于纯电驱动模式下的制动，动力传递路线如图13；发动机运转时再生制动模式主要用于非纯电驱动模式下的制动，动力传递路线如图14。

两种子模式的共同特征是：

一号电机11和二号电机10均以发电机的形式工作，并提供制动力矩，车辆动能转化为电能并充入动力电池13中。

两种子模式的区别是：

在发动机关闭时再生制动模式下，锁止器3接合，发动机1和行星架5固定。在发动机运转时再生制动模式下，锁止器3分离，发动机1进行反拖制动，与一号电机11和二号电机10共同提供制动力矩。

需要指出的是，当电机不足以提供所需制动力矩时，车辆将采用再生制动和摩擦制动共同作用的联合制动模式。

Claims (1)

1.一种单模复合功率分流式混合动力系统，其特征在于：是由发动机（1）、输入轴（2）、锁止器（3）、行星齿轮系、一号电机（11）、二号电机（10）、逆变器（12）、动力电池（13）和输出齿轮（14）组成；所述行星齿轮系包括前排太阳轮（4）、行星架（5）、前排齿圈（6）、前排行星轮（7）、后排齿圈（8）和后排行星轮（9），其中前排行星轮（7）和后排行星轮（9）为加工在同一根轴上的两个齿轮；所述发动机（1）通过输入轴（2）与行星架（5）连接；所述前排太阳轮（4）、前排行星轮（7）、前排齿圈（6）依次啮合，其中前排行星轮（7）可转动地套设在行星架（5）上；所述后排行星轮（9）和后排齿圈（8）啮合，其中后排行星轮（9）可转动地套设在行星架（5）上，并与前排行星轮（7）同轴固连；所述一号电机（11）与前排太阳轮（4）连接；所述二号电机（10）与后排齿圈（8）连接；所述动力电池（13）通过逆变器（12）分别与一号电机（11）、二号电机（10）电连接；所述锁止器（3）一端与输入轴（2）连接，另一端固连于车架；所述输出齿轮（14）与前排齿圈（6）同轴固连。