CN210706890U - 集成化燃料电池汽车动力系统总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种汽车动力系统总成，尤其涉及一种集成化燃料电池汽车的动力系统总成。该动力系统总成主要由电机（1）、变速器（2）和空压机（3）组成；电机（1）驱动变速器（2）运作，进而通过变速器（2）驱动空压机（3）和汽车行进系统（4）运作。变速器（2）具备同时向空压机（3）和汽车行进系统（4）输出动力的能力，对空压机（3）的输出可以做到调速的能力。本实用新型能够有效降低燃料电池汽车空压机系统重量和体积，提高动力系统集成化程度。

Description

集成化燃料电池汽车动力系统总成

技术领域

本实用新型涉及一种汽车动力系统总成，尤其涉及一种集成化燃料电池汽车动力系统总成。

背景技术

动力系统是燃料电池汽车的核心部件之一。燃料电池汽车的动力系统包括燃料电池发动机系统、电驱动系统、能量转换及能量管理系统、和其他辅助系统等。

目前国内燃料电池汽车整车设计的动力系统都是采用分散布置，即燃料电池发动机系统和驱动系统分散设置，燃料电池发动机作为驱动系统的电力来源，仅负责提供电力，其内部的空压机系统也由燃料电池发动机系统内部附加的电机进行驱动，需要消耗一部分燃料电池发动机产生的电能，产生寄生损耗。并且空压机系统与车辆驱动系统集成度低，造成车辆上，尤其是小型客车上有限的空间内安装困难。

发明内容

因而，本实用新型的目的在于，提供一种拥有较高集成度、且具备变速调节能力的集成化燃料电池汽车动力系统总成。

为达到上述目的，本实用新型提供一种集成化燃料电池汽车动力系统总成，包含电机、变速器及空压机，其特征在于：

该变速器内置有空压机高低速挡齿轮、空压机变速同步器及汽车行进系统同步器，该空压机通过该空压机高低速挡齿轮与该电机动力连接，该空压机高低速挡齿轮能够调节空压机转速，该空压机变速同步器能够根据车辆动力需求情况接合或断开空压机与电机的动力连接，该电机还通过该汽车行进系统同步器与汽车行进系统动力连接，该汽车行进系统能够根据车辆充放电需求接合或断开汽车行进系统的动力连接。

所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其中：该电机的输出轴上固定有电机锥齿轮，该电机锥齿轮与汽车行进系统锥齿轮啮合，该汽车行进系统锥齿轮通过该汽车行进系统同步器与该汽车行进系统形成动力通断的可控连接。

所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其中：该电机的输出轴上固定有电机高速挡齿轮与电机低速挡齿轮，空压机的输入轴上设有空压机低速挡齿轮、该空压机变速同步器以及空压机高速挡齿轮，空压机低速挡齿轮能够与电机低速挡齿轮啮合传动，空压机高速挡齿轮能够与电机高速挡齿轮啮合传动，空压机低速挡齿轮、空压机高速挡齿轮通过换挡机构的切换，与电机低速挡齿轮、电机高速挡齿轮切换连接；所述空压机变速同步器能够断开空压机高速挡齿轮与空压机的输入轴之间的动力连接。

所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其中：该空压机是离心式空压机、螺杆式空压机或罗茨式空压机。

所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其中：该空压机高低速挡齿轮是行星齿轮增速机构，所述行星齿轮增速机构具有内齿圈、行星轮架与太阳轮，太阳轮连接太阳轮制动器，内齿圈连接内齿圈制动器，行星轮架与电机的输出轴固定连接，而且行星轮架上的行星轮同时与内齿圈、太阳轮啮合，太阳轮的轮轴通过该空压机变速同步器与变速器输出齿轮相接，变速器输出齿轮与空压机的输入轴上的空压机输入齿轮啮合连接，在太阳轮的轮轴上还设有太阳轮制动器。

当车辆行驶需要加速时，所述电机输出的动力一部分经变速器传递至汽车行进系统，直接为驱动车辆提供动力，所述电力输出的动力另一部分经变速器传递至空压机，其中变速器内高速挡齿轮接合，使空压机转速提高，且跟随电机的转速升高而升高，为燃料电池系统提供更大的压比和流量，提高燃料电池系统的输出功率。

当车辆行驶需要减速时，所述电机不输出动力，所述汽车行进系统将车轮上的转速一部分经变速器将传递给电机，由电机直接发电，回收车辆动能，所述汽车行进系统将车轮上的转速另一部分经变速器传递至空压机，其中变速器内低速挡齿轮接合，使空压机转速降低，减少对燃料电池系统提供的气体的压比和流量，降低燃料电池系统的输出功率，使燃料电池系统仅为车辆蓄电池发电使用。

当车辆蓄电池内已充满电或车辆进行倒车工作时，所述变速器内与空压机相连的接合装置分离，所述电机停止对空压机提供动力，所述电机仅将动力通过变速器传递给汽车行进系统。

当车辆蓄电池亏电，需要停车充电时，所述变速器内与汽车行进系统相连的接合装置分离，所述电机停止对汽车行进系统提供动力，所述电机仅将动力通过变速器传递给空压机，使空压机为燃料电池系统提供充足的空气，使燃料电池系统为车辆蓄电池充电。

综上所述所述变速器内部设计有变速装置，变速装置可以通过多种方案实现不同转速输出的切换。

与现有技术相比，本实用新型具有集成度高，调节能力强的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例的第一种方案的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的第二种方案的结构示意图。

附图说明：1-电机；2-变速器；3-空压机；4-空压机低速挡齿轮；5-空压机变速同步器；6-空压机高速挡齿轮；7-电机锥齿轮；8-汽车行进系统同步器；9-汽车行进系统；10-汽车行进系统锥齿轮；11-电机高速挡齿轮；12-电机低速挡齿轮；13-空压机输入齿轮；14-内齿圈制动器；15-内齿圈；16-行星轮架；17-太阳轮；18-变速器输出齿轮；19-太阳轮制动器。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本实用新型。另外本文的附图和说明所选实施例不是所有可能的方案，也没有限制本实用新型的范围。

图1是本实用新型实施例的第一种方案的示意图。一种集成化燃料电池汽车动力系统总成，包含：电机1，变速器2及空压机3。

该变速器2用于传递并调节电机1输出的动力，其中变速器2内置有空压机高低速挡齿轮、空压机变速同步器5及汽车行进系统同步器8，空压机高低速挡齿轮用于调节空压机3转速，空压机变速同步器5能够根据车辆动力需求情况接合或断开空压机3，汽车行进系统同步器8能够根据车辆充放电需求接合或断开汽车行进系统9。

具体来说，电机1的输出轴上固定有电机锥齿轮7、电机高速挡齿轮11与电机低速挡齿轮12，电机锥齿轮7与汽车行进系统锥齿轮10啮合，汽车行进系统锥齿轮10通过汽车行进系统同步器8与汽车行进系统9形成动力通断的控制；空压机3的输入轴上设有空压机低速挡齿轮4、空压机变速同步器5以及空压机高速挡齿轮6，空压机低速挡齿轮4能够与电机低速挡齿轮12啮合传动，空压机高速挡齿轮6能够与电机高速挡齿轮11啮合传动，当然，空压机低速挡齿轮4、空压机高速挡齿轮6通过换挡机构的切换，与电机低速挡齿轮12、电机高速挡齿轮11切换连接而非同时连接，这属于现有技术，在此不予赘述；所述空压机变速同步器5则能够断开空压机高速挡齿轮6与空压机3的输入轴之间的动力连接，当电机1的输出轴选择高速挡位与空压机3的输入轴相连时，通过断开所述空压机变速同步器5，能够使电机1与空压机3断开连接。

该空压机3可以是离心式空压机、螺杆式空压机或罗茨式空压机等。

在燃料电池汽车运行过程中，电机1的一部分动力通过变速器2内电机锥齿轮7、汽车行进系统锥齿轮10以及处于接合状态的汽车行进系统同步器8传递到汽车行进系统9，电机1的另一部分动力通过变速器2内的增速齿轮、处于接合状态的空压机变速同步器5传递到空压机3。

其中，变速器2会根据蓄电池电量情况，选择适当的增速挡位。在蓄电池电量较充足情况下，变速器2选择低速挡位，甚至空压机变速同步器5断开，减少或不传递电机1经变速器2内变速齿轮传递到空压机3的转速，降低或停止空压机3工作转速，降低空压机3对燃料电池供气的压比和流量，减少燃料电池电堆输出功率；在蓄电池电量较低时，变速器2选择高速挡位，增加电机1经变速器2内变速齿轮传递到空压机3的转速，保证空压机3的转速随着电机的转速提高而提高，以提高空压机3输出气体的压比和流量，增大燃料电池电堆输出功率，为电机1提供充足的电力供应。

当车辆在停车时，变速器2会根据蓄电池电量情况，选择适当的空压机3增速挡位，在蓄电池电量较充足情况下，电机1停止工作，此时汽车行进系统9无动力输入，车辆停止，空压机3无动力输入，空压机3停止工作，燃料电池电堆停止工作，燃料电池电堆不向蓄电池进行充电；在蓄电池电量较低时，电机1运行，变速器2内的汽车行进系统同步器8断开，电机1不向汽车行进系统9传递动力，变速器2内的空压机变速同步器5接合，电机1的转速经变速器2内的变速齿轮传递到空压机3，空压机3跟随电机运行，为电料电池电堆提供充足的气体，保证燃料电池电堆输出功率，为蓄电池充电。

在车辆倒车时，变速器2内的汽车行进系统同步器8接合，电机1通过变速器2传递与车辆前进工作时电机1旋转方向相反的旋转动力到汽车行进系统9，使车辆进行倒车作业，变速器2内的空压机变速同步器5断开，电机1不向空压机3传递与车辆前进工作时电机1旋转方向相反的旋转动力，防止空压机3发生反转，因为一般空压机3的工作方向为确定的某一旋转方向，如果反转则导致空压机3工作失效，甚至对燃料电池系统造成损害。

图2为另一种集成化燃料电池汽车动力系统总成示意图，如图所示，变速器2内部采用行星齿轮增速机构，所述行星齿轮增速机构具有内齿圈15、行星轮架16与太阳轮17，内齿圈15由内齿圈制动器14控制而能够固定，行星轮架16与电机1的输出轴固定连接，而且行星轮架16上的行星轮同时与内齿圈15、太阳轮17啮合，太阳轮17的轮轴通过空压机变速同步器5与变速器输出齿轮18相接，变速器输出齿轮18与空压机3的输入轴上的空压机输入齿轮13啮合连接，在太阳轮17的轮轴上还设有太阳轮制动器19。

在燃料电池汽车运行过程中，电机1的一部分动力通过变速器2内电机锥齿轮7、汽车行进系统锥齿轮10、处于接合状态的汽车行进系统同步器8传递到汽车行进系统9，电机1的另一部分动力通过变速器2内的行星齿轮增速机构、处于接合状态的空压机变速同步器5传递到变速器输出齿轮18，再由空压机输入齿轮13传递到空压机3。

其中，变速器2会根据蓄电池电量情况，选择适当的增速挡位。在蓄电池电量较充足情况下，变速器2选择太阳轮17被太阳轮制动器19制动，空压机变速同步器5与内齿圈15接合，行星齿轮处于低速挡状态，甚至变速器2选择空压机变速同步器5断开，减少或不传递电机1经变速器2内行星齿轮传递到空压机3的转速，降低或停止空压机3工作转速，降低空压机3对燃料电池供气的压比和流量，减少燃料电池电堆输出功率；在蓄电池电量较低时，变速器2选择内齿圈15被内齿圈制动器14制动，空压机变速同步器5与太阳轮17接合，行星齿轮处于高速挡状态，增加电机1经变速器2内行星齿轮传递到空压机3的转速，保证空压机3的转速随着电机的转速提高而提高，以提高空压机3输出气体的压比和流量，增大燃料电池电堆输出功率，为电机1提供充足的电力供应。

当车辆在停车时，变速器2会根据蓄电池电量情况，选择适当的空压机3行星增速挡位，在蓄电池电量较充足情况下，电机1停止工作，此时汽车行进系统9无动力输入，车辆停止，空压机3无动力输入，空压机3停止工作，燃料电池电堆停止工作，燃料电池电堆不向蓄电池进行充电；在蓄电池电量较低时，电机1运行，变速器2内的汽车行进系统同步器8断开，电机1不向汽车行进系统9传递动力，变速器2内的空压机变速同步器5接合，电机1的转速经变速器2内的行星齿轮传递到空压机3，空压机3跟随电机运行，为电料电池电堆提供充足的气体，保证燃料电池电堆输出功率，为蓄电池充电。

在车辆倒车时，变速器2内的汽车行进系统同步器8接合，电机1通过变速器2传递与车辆前进工作时电机1旋转方向相反的旋转动力到汽车行进系统9，使车辆进行倒车作业，变速器2内的空压机变速同步器5断开，电机1不向空压机3传递与车辆前进工作时电机1旋转方向相反的旋转动力，防止空压机3发生反转，因为一般空压机3的工作方向为确定的某一旋转方向，如果反转则导致空压机3工作失效，甚至对燃料电池系统造成损害。

需要说明的是采用不同于以上实施例的集成化燃料电池汽车动力系统总成有多种实施方法，但其原理相同，结构相似，均归属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种集成化燃料电池汽车动力系统总成，包含电机、变速器及空压机，其特征在于：

该变速器内置有空压机高低速挡齿轮、空压机变速同步器及汽车行进系统同步器，该空压机通过该空压机高低速挡齿轮与该电机动力连接，该空压机高低速挡齿轮能够调节空压机转速，该空压机变速同步器能够根据车辆动力需求情况接合或断开空压机与电机的动力连接，该电机还通过该汽车行进系统同步器与汽车行进系统动力连接，该汽车行进系统能够根据车辆充放电需求接合或断开汽车行进系统的动力连接。

2.根据权利要求1所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其特征在于：该电机的输出轴上固定有电机锥齿轮，该电机锥齿轮与汽车行进系统锥齿轮啮合，该汽车行进系统锥齿轮通过该汽车行进系统同步器与该汽车行进系统形成动力通断的可控连接。

3.根据权利要求1所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其特征在于：该电机的输出轴上固定有电机高速挡齿轮与电机低速挡齿轮，空压机的输入轴上设有空压机低速挡齿轮、该空压机变速同步器以及空压机高速挡齿轮，空压机低速挡齿轮能够与电机低速挡齿轮啮合传动，空压机高速挡齿轮能够与电机高速挡齿轮啮合传动，空压机低速挡齿轮、空压机高速挡齿轮通过换挡机构的切换，与电机低速挡齿轮、电机高速挡齿轮切换连接；所述空压机变速同步器能够断开空压机高速挡齿轮与空压机的输入轴之间的动力连接。

4.根据权利要求1所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其特征在于：该空压机是离心式空压机、螺杆式空压机或罗茨式空压机。

5.根据权利要求1所述的集成化燃料电池汽车动力系统总成，其特征在于：该空压机高低速挡齿轮是行星齿轮增速机构，所述行星齿轮增速机构具有内齿圈、行星轮架与太阳轮，太阳轮连接太阳轮制动器，内齿圈连接内齿圈制动器，行星轮架与电机的输出轴固定连接，而且行星轮架上的行星轮同时与内齿圈、太阳轮啮合，太阳轮的轮轴通过该空压机变速同步器与变速器输出齿轮相接，变速器输出齿轮与空压机的输入轴上的空压机输入齿轮啮合连接，在太阳轮的轮轴上还设有太阳轮制动器。

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