CN204506521U - 双模复合功率分流式混联混合动力系统 - Google Patents

双模复合功率分流式混联混合动力系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种双模复合功率分流式混联混合动力系统，是由发动机、输入轴、行星齿轮系、一号电机、二号电机、逆变器、动力电池、第一离合器、第二离合器和输出齿轮组成。所述行星齿轮系包括前排太阳轮、前排行星轮、前排齿圈、后排齿圈、后排行星轮和行星架。本实用新型结构简单，通过控制两个离合器的工作状态即可完成模式切换，易实现控制；本实用新型在低速功率分流模式下为三个节点的输入式功率分流系统，在高速功率分流模式下为四个节点的复合式功率分流系统，在全车速范围具有较高的传动效率，且可降低对二号电机的装机功率需求，有利于二号电机的小型化。

Description

双模复合功率分流式混联混合动力系统
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，特别涉及一种双模复合功率分流式混联混合动力系统。
背景技术
当前混联式混合动力车辆典型结构形式主要有丰田混合动力系统和通用的高级混合动力系统。其中，丰田混合动力系统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、锁止器以进行模式切换，导致其结构复杂、控制难度大。由此可见，混合动力车辆动力耦合装置的结构还需进行改进。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种双模复合功率分流式混联混合动力系统。
本实用新型由发动机、输入轴、行星齿轮系、一号电机、二号电机、逆变器、动力电池、第一离合器、第二离合器和输出齿轮组成。所述行星齿轮系包括前排太阳轮、前排行星轮、前排齿圈、后排齿圈、后排行星轮和行星架。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依次啮合，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；所述第一离合器一端与前排齿圈连接，另一端与二号电机连接；所述第二离合器一端与后排齿圈连接，另一端与二号电机连接；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；所述输出齿轮与前排齿圈同轴固连。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
1．本实用新型结构简单，通过控制两个离合器的工作状态即可完成模式切换，易实现控制；
2．本实用新型在低速功率分流模式下为三个节点的输入式功率分流系统，在高速功率分流模式下为四个节点的复合式功率分流系统，在全车速范围具有较高的传动效率，且可降低对二号电机的装机功率需求，有利于二号电机的小型化。
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是本实用新型驻车发动机启动模式的动力传递路线图。
图3是本实用新型行车发动机启动模式的动力传递路线图。
图4是本实用新型纯电驱动模式的动力传递路线图。
图5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6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7是本实用新型低速功率分流模式的动力传递路线图。
图8是本实用新型高速功率分流模式的动力传递路线图。
图9是本实用新型在低速功率分流模式下的杆模型图。
图10是本实用新型在高速功率分流模式下的杆模型图。
图11是本实用新型低速再生制动模式的动力传递路线图。
图12是本实用新型高速再生制动模式的动力传递路线图。
图中：1.发动机，2.输入轴，3.一号电机，4.前排太阳轮，5.前排行星轮，6.前排齿圈，7.后排齿圈，8.后排行星轮，9.行星架，10.输出齿轮，11.第一离合器，12.第二离合器，13.二号电机，14.逆变器，15.动力电池。
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，一种双模复合功率分流式混联混合动力系统，包括发动机1、输入轴2、行星齿轮系、一号电机3、二号电机13、逆变器14、动力电池15、第一离合器11、第二离合器12和输出齿轮10。所述行星齿轮系包括前排太阳轮4、前排行星轮5、前排齿圈6、后排齿圈7、后排行星轮8和行星架9。所述发动机1通过输入轴2与行星架9连接；所述前排太阳轮4、前排行星轮5、前排齿圈6依次啮合，其中前排行星轮5可转动地套设在行星架9上；所述后排行星轮8和后排齿圈7依次啮合，其中后排行星轮8可转动地套设在行星架9上，并与前排行星轮5同轴固连；所述一号电机3与前排太阳轮4连接；所述第一离合器11一端与前排齿圈6连接，另一端与二号电机13连接；所述第二离合器12一端与后排齿圈7连接，另一端与二号电机13连接；所述动力电池15通过逆变器14分别与一号电机3、二号电机13电连接；所述输出齿轮10与前排齿圈6同轴固连。
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2，行车发动机启动模式的动力传递路线如图3。
两种子模式的共同特征是：
第二离合器12分离；动力电池15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9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；第一离合器11分离，后排行星轮8和后排齿圈7空转。在行车发动机启动模式下，第一离合器11接合；二号电机13以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经第一离合器11和输出齿轮10，最终传递至驱动车轮。
2．纯电驱动模式
纯电驱动模式主要用于当动力电池15处于许用状态时，车辆起步、低速行驶和倒车等低负荷工况，动力传递路线如图4。
在此模式下，第一离合器11接合，第二离合器12分离；动力电池15放电，二号电机13以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经第一离合器11和输出齿轮10，最终传递至驱动车轮；发动机1、输入轴2和行星架9固定；前排行星轮5、前排太阳轮4、一号电机3、后排太阳轮8和后排齿圈7空转。
3．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15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5；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6。
两种子模式的共同特征是：
第一离合器11和第二离合器12分离；发动机1工作，动力经输入轴2、行星架9、前排行星轮5、前排齿圈6和输出齿轮10，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8和后排齿圈7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3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15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3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。
4．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7。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8。
两种子模式的共同特征是：
发动机1工作，动力经输入轴2、行星架9、前排行星轮4、前排齿圈6和输出齿轮10，最终传递至驱动车轮；一号电机3和二号电机13均在工作；车辆处于电子无级变速状态；动力电池15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，第一离合器11接合，第二离合器12分离；一号电机3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13以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经第一离合器11和输出齿轮10，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，第一离合器11分离，第二离合器12接合；二号电机13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3；一号电机3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5、前排齿圈6和输出齿轮10，最终传递至驱动车轮，与发动机1共同提供牵引力。
分别设发动机1为ICE，一号电机3为MG1，二号电机13为MG2，输出为Output，前排太阳轮4为S1，行星架9为C，前排齿圈6为R1，后排齿圈7为R2。在低速功率分流模式下，本实用新型的杆模型如图9，驱动电机MG2和输出Output位于同一节点上，此时本实用新型为三节点系统，属于输入式功率分流系统；在高速功率分流模式下，本实用新型的杆模型如图10，此时本实用新型为四节点系统，属于复合式功率分流系统。
5．再生制动模式
当动力电池15处于正常工作状态时，可进行再生制动。根据整车运行状况，再生制动模式分为低速再生制动模式和高速再生制动模式。低速再生制动模式主要用于车辆中低速状态下的制动，动力传递路线如图11；高速再生制动模式主要用于车辆高速状态下的制动，动力传递路线如图12。
在低速再生制动模式下，第一离合器11接合，第二离合器12分离；车辆惯性力经输出齿轮10和第一离合器11传递至二号电机13；二号电机13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15中。
在高速再生制动模式下，第一离合器11分离，第二离合器12接合；车辆惯性力经输出齿轮10、前排齿圈6、前排行星轮5、后排行星轮8、后排齿圈7和第二离合器12传递至二号电机13；二号电机13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15中。
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)

1.一种双模复合功率分流式混联混合动力系统，其特征在于：是由发动机（1）、输入轴（2）、行星齿轮系、一号电机（3）、二号电机（13）、逆变器（14）、动力电池（15）、第一离合器（11）、第二离合器（12）和输出齿轮（10）组成；所述行星齿轮系包括前排太阳轮（4）、前排行星轮（5）、前排齿圈（6）、后排齿圈（7）、后排行星轮（8）和行星架（9）；所述发动机（1）通过输入轴（2）与行星架（9）连接；所述前排太阳轮（4）、前排行星轮（5）、前排齿圈（6）依次啮合，其中前排行星轮（5）可转动地套设在行星架（9）上；所述后排行星轮（8）和后排齿圈（7）依次啮合，其中后排行星轮（8）可转动地套设在行星架（9）上，并与前排行星轮（5）同轴固连；所述一号电机（3）与前排太阳轮（4）连接；所述第一离合器（11）一端与前排齿圈（6）连接，另一端与二号电机（13）连接；所述第二离合器（12）一端与后排齿圈（7）连接，另一端与二号电机（13）连接；所述动力电池（15）通过逆变器（14）分别与一号电机（3）、二号电机（13）电连接；所述输出齿轮（10）与前排齿圈（6）同轴固连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104786821A (zh) * 2015-04-01 2015-07-22 吉林大学 双模复合功率分流式混联混合动力系统
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