CN207711796U - 一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，包括发动机、上装负载和行车负载，所述的上装负载与所述的行车负载分别通过飞轮集成式电机和底盘驱动电机驱动，且所述的飞轮集成式电机和底盘驱动电机通过储能装置串联连接，所述的发动机与所述的飞轮集成式电机直接相连集成于一体，且所述的飞轮集成式电机与所述的上装负载之间还设有离合器和传动装置。本实用新型提供一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，该系统具有工作噪音小，低油耗和低污染、工作时间和空间不受限制以及成本低的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车混合动力传动技术领域，更具体地说，它涉及一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统。
背景技术
由于全球性能源短缺及环境污染问题日益加剧，汽车尾气排放和能源消耗受到越来越多的关注，对汽车的节能减排压力越来越大。环卫车辆作为城市车辆的重要组成部分，担负城市清洁的重任，传统的环卫车辆一般采用柴油发动机，在进行城市清洁工作时对城市的空气造成二次污染，因此更为环保的电动环卫车便应运而生，然而由于一些关键技术的制约，电动环卫车存在续航里程短，充电设施不完善等缺点，并且环卫车需要长时间连续工作以满足各种清扫任务，因此电动环卫车在短时间内还难以全面推广应用。同时，传统的燃油环卫车具有一个或两个燃油发动机，只有一个燃油发动机时，发动机不仅要提供动力供车辆行走使用，而且还要通过PTO为上装负载提供动力；具有两个燃油发动机时，一个发动机为车辆行走提供动力，另一个发动机为上装负载提供动力，纯发动机动力的环卫车工作时噪音大，尾气污染严重，并且由于环卫车在工作时都是处于低速行走的状态，发动机工作在高油耗区域。电动环卫车工作噪音小，但装车的电池容量有限，使得它的工作范围和工作时间都有限，如果要加大装车电池容量，一方面会占据大量的空间，另一方面也会使整车成本大幅上升。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，能够降低工作噪音和油耗，以及减少污染，不受工作时间和空间的限制，有效降低了生产成本。
本实用新型的技术方案是这样的：一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，包括发动机、上装负载和行车负载，所述的上装负载与所述的行车负载分别通过飞轮集成式电机和底盘驱动电机驱动，且所述的飞轮集成式电机和底盘驱动电机通过储能装置串联连接，所述的发动机与所述的飞轮集成式电机直接相连集成于一体，且所述的飞轮集成式电机与所述的上装负载之间还设有离合器和传动装置。
作为进一步地改进，所述的飞轮集成式电机与储能装置之间还设有控制所述飞轮集成式电机的第一控制器，相应的，所述的底盘驱动电机与储能装置之间设有控制所述底盘驱动电机的第二控制器。
进一步地，所述的飞轮集成式电机、第一控制器、储能装置、第二控制器和底盘驱动电机依次电气串联连接。
进一步地，所述的飞轮集成式电机、离合器、传动装置和上装负载依次机械串联连接，相应的，所述的底盘驱动电机与行车负载机械串联连接。
进一步地，还包括电动附件，所述的电动附件通过第三控制器与所述的储能装置电气串联连接。
进一步地，还包括控制所述底盘驱动电机提供制动力矩以进行制动能量回收的制动能量回收系统。
有益效果
本实用新型与现有技术相比，具有的优点为：
1、本实用新型的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，该系统的整体系统连接紧凑，传动机构简单，部件少，电池用量比纯电小，成本比纯电低，具有工作噪音小，低油耗和低污染、工作时间和空间不受限制以及成本低的优点；
2、本实用新型的混合动力环卫车动力系统在车辆起步或短距离转场作业时，可以采用纯电驱动模式，可以有效减少发动机尾气排放污染，在行车并且进行上装作业时，根据储能装置的电量大小，环卫车可以选择采用纯电工作模式还是混合动力工作模式，多种模式的切换，达到节能减排的目的，其中，电池用量可以根据实际工况进行调整，构型灵活，取消发动机加大电池用量就可以成为纯电动构型；
3、本实用新型的发动机直接连接飞轮集成式电机，两者之间无任何形式的离合器，发动机与飞轮集成式电机高度集成化，可以直接布置在原有上装负载的发动机位置，提高整车利用空间，且发动机不直接参与驱动车辆，仅用于发电或驱动上装负载，使发动机总是工作在最佳工况区域，油耗低，尾气排放少；
4、本实用新型还设置有制动能量回收系统，能够将制动时产生的能量进行回收存储，有效节约了能源消耗，降低了用户的使用成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理图；
图2为本实用新型中第一种工作模式的能量流动示意图；
图3为本实用新型中第二种工作模式的能量流动示意图；
图4为本实用新型中第三种工作模式的能量流动示意图；
图5为本实用新型中第四种工作模式的能量流动示意图；
图6为本实用新型中第五种工作模式的能量流动示意图；
图7为本实用新型中第六种工作模式的能量流动示意图；
图8为本实用新型中第七种工作模式的能量流动示意图；
图9为本实用新型中第八种工作模式的能量流动示意图。
其中：1-发动机、2-上装负载、3-行车负载、4-飞轮集成式电机、5-底盘驱动电机、6-储能装置、7-离合器、8-传动装置、9-第一控制器、10-第二控制器、11-电动附件、12-第三控制器。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
参阅图1所示，本实用新型的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，该系统包括发动机1、上装负载2和行车负载3，其中上装负载2位环卫车工作时所需的转矩，上装负载2与行车负载3分别通过飞轮集成式电机4和底盘驱动电机5驱动，飞轮集成式电机4为FISG电机，行车负载3包括一对轮胎和后桥，后桥与底盘驱动电机5连接，后桥驱动轮胎运行所需的转矩即为负载，飞轮集成式电机4和底盘驱动电机5通过储能装置6串联连接，即飞轮集成式电机4和底盘驱动电机5的能量来源均来至储能装置6，发动机1与飞轮集成式电机4直接相连集成于一体，两者之间无任何形式的连接盘，发动机1与飞轮集成式电机4高度集成化，取消了柔性连接盘的连接方式，减少了故障件，长度短、惯性小，加速快，质量轻，可以直接布置在原有上装负载的发动机位置，提高整车利用空间，且发动机不直接参与驱动车辆，仅用于发电或驱动上装负载，使发动机总是工作在最佳工况区域，油耗低，尾气排放少，在飞轮集成式电机4与上装负载2之间还设有离合器7和传动装置8，可以通过离合器7在上装作业与发电的模式中进行切换，传动装置8改变传动比，以合理的速度驱动上装负载2。本实用新型的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，该系统的整体系统连接紧凑，传动机构简单，部件少，电池用量比纯电小，成本比纯电低，具有工作噪音小，低油耗和低污染、工作时间和空间不受限制以及成本低的优点。
本实施例中，在飞轮集成式电机4与储能装置6之间还设有控制飞轮集成式电机4的第一控制器9，相应的，在底盘驱动电机5与储能装置6之间设有控制底盘驱动电机5的第二控制器10，其中，飞轮集成式电机4、第一控制器9、储能装置6、第二控制器10和底盘驱动电机5依次电气串联连接，飞轮集成式电机4、离合器7、传动装置8和上装负载2依次机械串联连接，相应的，底盘驱动电机5与行车负载3机械串联连接。本实用新型还包括电动附件11，该电动附件11通过第三控制器12与储能装置6电气串联连接，实现电控飞轮集成式电机4、底盘驱动电机5以及电动附件，同时实现机械驱动上装负载2和行车负载3，以提高控制和传动的精度、稳定性和可靠性。
本实施例中的动力系统还包括控制底盘驱动电机5提供制动力矩以进行制动能量回收的制动能量回收系统，能够将制动时产生的能量进行回收存储，有效节约了能源消耗，降低了用户的使用成本。
本实施例的混合动力环卫车动力系统可以一边行车一边进行上装作业，通过多种模式的切换，使发动机1总是工作在最佳状态，以下为各种工作模式：
第一种工作模式：如图2所示，车辆以纯电行车，上装负载不工作，能量由储能装置流向第二控制器、底盘驱动电机，最后流至行车负载，达到纯电驱动行车的目的，此时，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。该种模式主要用于短距离间的转场作业，车速要求不高，形成稳定。
第二种工作模式：如图3所示，纯电行车，上装负载不工作，行车制动。当车辆进行制动时，能量回收控制系统根据行驶工况和驾驶员的需求控制底盘驱动电机提供合适的制动力矩，进行制动能量回收，储存到储能装置中，此时，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。该种模式主要用于纯电转场作业时的制动或减速。
第三种工作模式：如图4所示，纯电行车，纯电驱动上装负载进行工作，使用该种模式时，储能装置能量充足，离合器结合，能量流动具有两个方向，一是储能装置的能量流向第一控制器、飞轮集成式电机、离合器、传动装置，最后流至上装负载进行上装作业；二是储能装置的能量流向电机第二控制器、底盘驱动电机，最后流至行车负载驱动后桥带动轮胎转动，实现纯电行车，此时，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。该种模式下，整车控制器根据驾驶员的操作计算整车的功率需求，实时调整飞轮集成式电机4及底盘驱动电机的转速和扭矩，以便上装负载和行车负载都能获得满足工作需求的动力。
第四种工作模式：如图所示，纯电行车，纯电驱动上装负载进行工作，行车制动。使用该种模式时，离合器结合，储能装置的能量流向第一控制器、飞轮集成式电机、离合器、传动装置，最后流至上装负载进行上装作业，此时，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行，当车辆进行制动时，能量回收控制系统根据行驶工况和驾驶员的需求控制底盘驱动电机提供合适的制动力矩，进行制动能量回收，储存到储能装置中，该种模式主要用于纯电行车行走并作业的场合。
第五种工作模式：如图6所示，离合器断开，上装负载不工作，发动机启动发电，纯电行车。该种模式用于储能装置电量不足时，发动机启动，带动飞轮集成式电机进行发电，其所发的电能量越过储能装置直接传递给底盘驱动电机，用于驱动行车负载。此时，发动机启动后一直处于高效区域恒定转速工作，但由于底盘驱动电机需要的电量是变化的，因此，当飞轮集成式电机所发的电能量大于底盘驱动电机所需电能量时，多发出来的电能量储存在储能装置中；反之，就需要储能装置释放差额电量，使飞轮集成式电机所发的电能量和储能装置所释放的差额电能量共同用于底盘驱动电机驱动行车负载，从而满足行驶要求，整个模式工作过程中，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。
第六种工作模式：如图7所示，离合器断开，上装负载不工作，发动机启动发电，纯电行车制动，当纯电行车制动时，能量回收控制系统根据行驶工况和驾驶员的需求控制底盘驱动电机提供合适的制动力矩，进行制动能量回收，储存到储能装置中，此过程中，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。该种模式用于发动机发电，纯电行车制动的场合。
第七种工作模式：如图8所示，离合器结合，上装负载工作，发动机启动，纯电行车。该种模式用于储能装置电量降低时，发动机启动直接驱动上装负载，同时发动机带动飞轮集成式电机进行发电，飞轮集成式电机所发的电能量越过储能装置传递给底盘驱动电机，用于驱动行车负载。当飞轮集成式电机所发电量大于底盘驱动电机所需电量时，多发出来的电量储存进储能装置中；当飞轮集成式电机所发电量小于底盘驱动电机所需电量时，就需要储能装置释放差额电量，飞轮集成式电机所发电量和储能装置所释放的差额电量共同用于底盘驱动电机驱动行车负载，从而满足车辆行驶要求；当上装负载需要大功率作业时，即上装负载需要的功率大于发动机能提供的最大功率时，就需要储能装置为飞轮集成式电机供电，发动机和飞轮集成式电机共同驱动上装负载，整个过程中，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。
第八种工作模式：如图9所示，离合器结合，上装负载工作，发动机启动，纯电行车制动。该种模式用于发电机启动驱动上装负载，纯电行车制动的场合，当纯电行车制动时，能量回收控制系统根据行驶工况和驾驶员的需求控制底盘驱动电机提供合适的制动力矩，进行制动能量回收，储存到储能装置中，此过程中，储能装置向第三控制器传递能量，控制电动附件运行。
本实用新型的混合动力环卫车动力系统在车辆起步或短距离转场作业时，可以采用纯电驱动模式，可以有效减少发动机尾气排放污染，在行车并且进行上装作业时，根据储能装置的电量大小，环卫车可以选择采用纯电工作模式还是混合动力工作模式，多种模式的切换，达到节能减排的目的，其中，电池用量可以根据实际工况进行调整，构型灵活，取消发动机加大电池用量就可以成为纯电动构型。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。
Claims (6)
1.一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，包括发动机(1)、上装负载(2)和行车负载(3)，其特征在于，所述的上装负载(2)与所述的行车负载(3)分别通过飞轮集成式电机(4)和底盘驱动电机(5)驱动，且所述的飞轮集成式电机(4)和底盘驱动电机(5)通过储能装置(6)串联连接，所述的发动机(1)与所述的飞轮集成式电机(4)直接相连集成于一体，且所述的飞轮集成式电机(4)与所述的上装负载(2)之间还设有离合器(7)和传动装置(8)。
2.根据权利要求1所述的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，其特征在于，所述的飞轮集成式电机(4)与储能装置(6)之间还设有控制所述飞轮集成式电机(4)的第一控制器(9)，相应的，所述的底盘驱动电机(5)与储能装置(6)之间设有控制所述底盘驱动电机(5)的第二控制器(10)。
3.根据权利要求2所述的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，其特征在于，所述的飞轮集成式电机(4)、第一控制器(9)、储能装置(6)、第二控制器(10)和底盘驱动电机(5)依次电气串联连接。
4.根据权利要求1所述的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，其特征在于，所述的飞轮集成式电机(4)、离合器(7)、传动装置(8)和上装负载(2)依次机械串联连接，相应的，所述的底盘驱动电机(5)与行车负载(3)机械串联连接。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，其特征在于，还包括电动附件(11)，所述的电动附件(11)通过第三控制器(12)与所述的储能装置(6)电气串联连接。
6.根据权利要求1所述的一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统，其特征在于，还包括控制所述底盘驱动电机(5)提供制动力矩以进行制动能量回收的制动能量回收系统。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN108128140A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-08 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种单发动机双电机式混合动力环卫车动力系统 |
| CN111483452A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-08-04 | 清华大学 | 混合动力系统及其控制方法 |
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