CN214929031U - 一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，该系统主要包括：整车控制器，前电机，后电机，前电机控制器，后电机控制器，动力供电模块；整车控制器通过通讯信号线分别与系统其他模块连接；具体工作流程为：整车控制器获取各模块状态信息及车辆驱动模式，并选择动力分配控制方式，进而分配前电机和后电机的驱动扭矩，并生成动力分配指令；前电机控制器和所述后电机控制器根据所述动力分配指令控制前电机和后电机消耗所述电能产生动力；前电机和所述后电机通过所述前驱动轴和所述后驱动轴将所述动力传到车辆轮胎，以驱动车辆。本实用新型方案简单，控制高效，能量利用率高，且驱动模式丰富，具有很好的灵活性和实用性。

Description

一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车驱动控制领域，尤其涉及一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统。

背景技术

氢燃料电池新能源汽车作为新能源汽车领域的一个分支，随着制氢技术和氢燃料电池技术的进步和普及，氢燃料电池汽车将作为国家的一个重要支柱型产业发展。

在目前现有技术状态下，新能源汽车的四驱驱动系统能量利用效率较低，驱动模式单一，且部分系统不能很好的适应于氢能新能源汽车，因此、提高驱动系统能量利用效率、改善驱动模式单一是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，以解决传统驱动系统能量利用效率低且驱动模式单一的问题。

本实用新型的技术方案是：一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，所述燃料电池氢能汽车四驱驱动系统包括：整车控制器，前电机，后电机，前电机控制器，后电机控制器，动力供电模块，前高压配电箱，后高压配电箱，前驱动轴，后驱动轴；

所述整车控制器，通过通讯信号线分别与所述供电模块、前高压配电箱、后高压配电箱、前电机控制器和后电机控制器连接；

所述前高压配电箱通过高压线分别与所述前电机控制器、所述供电模块和所述后高压配电箱电性连接；

所述后高压配电箱通过高压线与所述后电机控制器电性连接；

所述动力供电模块，用于产生电能；

所述整车控制器，用于获取所述供电模块、前高压配电箱、后高压配电箱、前电机控制器和后电机控制器的状态信息以及车辆驱动模式，根据所述状态信息和车辆驱动模式选择动力分配控制方式，根据所述动力分配控制方式分配所述前电机和所述后电机的驱动扭矩，并基于所述动力分配控制方式生成动力分配指令；

所述前高压配电箱和后高压配电箱，用于将所述电能分配给前电机控制器和后电机控制器；

所述前电机控制器和所述后电机控制器，用于根据所述动力分配指令控制所述前电机和所述后电机消耗所述电能产生动力；

所述前电机和所述后电机，用于通过所述前驱动轴和所述后驱动轴将所述动力传到车辆轮胎，以驱动车辆。

进一步地，由于车辆驱动对电量的需求很高，所以能量来源分为两大部分，即所述动力供电模块包括：动力电池系统、超级电容系统和氢燃料电池系统；

其中，氢燃料电池系统将作为燃料电池氢能汽车四驱驱动系统主要的能量来源，而动力电池系统和超级电容系统作为燃料电池氢能汽车四驱驱动系统的辅助能源，在燃料电池氢能汽车四驱驱动系统起步，急加速和爬坡等能耗较大情况下提供能量供应。

进一步地，所述车辆驱动模式包括：正常模式、运动模式和节能模式。

进一步地，根据所述前电机和后电机的不同转速和驱动扭矩对应的效率，将所述前电机和所述后电机均设定为三个工作区：高效工作区间(第一工作区间)、高驱动性能工作区间(第二工作区间)和中间工作区间(第三工作区间)。

其中，第一工作区间：根据电机和电机控制器的系统效率大于阈值E1设定，能保证工作在此区间的电机和电机控制器综合能量利用效率较高；第二工作区间：根据电机的外特性最大扭矩进行设定，能确保电机的输出扭矩较大；第三工作区间：完全基于驾驶员的操作意图进行电机扭矩控制，不进行动力加强或效率加强处理。

进一步地，根据所述状态信息和车辆驱动模式选择动力分配控制方式，根据所述动力分配控制方式分配所述前电机和所述后电机的驱动扭矩，具体包括：

(1)当所述车辆驱动模式为正常模式时，所述前电机和所述后电机的驱动扭矩分配具体为：

若电机转速＜6000rpm，则启动后电机，且所述后电机在所述中间工作区间进行扭矩加载；

若电机转速≥6000rpm，则前电机和后电机同时启动，且所述前电机和后电机均在所述中间工作区间进行扭矩加载。

(2)当所述车辆驱动模式为运动模式时，所述前电机和所述后电机的驱动扭矩分配具体为：

同时启动前电机和后电机，且所述述前电机和所述后电机均在所述高驱动性能工作区间进行扭矩加载；

(3)当所述车辆驱动模式为节能模式时，所述前电机和所述后电机的驱动扭矩分配具体为：

启动后电机，且所述后电机在所述高效工作区间进行扭矩加载。

此外，所述四驱驱动系统还包括：前减速器，前差速器，后减速器，后差速器；

所述前电机、所述前减速器、所述前差速器和所述前驱动轴之间通过齿轮连接；

所述后电机、所述后减速器、所述后差速器和所述后驱动轴之间通过齿轮连接。

进一步地，所述前电机采用小功率的感应异步电机，所述后电机采用大功率的永磁同步电机。

进一步地，所述氢燃料电池系统设置在车辆的前部；

所述前高压配电箱、所述动力电池系统和所述超级电容系统设置在车辆的中部；

所述后高压配电箱设置在车辆的后部。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，可很好的实现燃料电池氢能汽车的驱动，且能量利用率高，驱动模式丰富，具有很好的灵活性和实用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中燃料电池氢能汽车四驱驱动系统结构及布局原理图；

图2为本实用新型实施例中燃料电池氢能汽车四驱驱动系统控制原理图；

图3为本实用新型实施例中燃料电池氢能汽车四驱驱动系统前后电机空载阻力矩对比图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

现有新能源汽车的四驱驱动系统能量利用效率较低，驱动模式单一，且部分系统不能很好的适应于氢能新能源汽车。

请参考图1，图1为本实用新型实施例中燃料电池氢能汽车四驱驱动系统结构及布局原理图，本实用新型提供一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，该系统包括：整车控制器23、前电机控制器和前电机模块21、前减速器和前差速器模块22、前驱动轴31、动力电池系统26、超级电容系统26、氢燃料电池系统24、前高压配电箱25、后高压配电箱28、后电机控制和后电机模块29、后减速器和后差速器模块30和后驱动轴32。

上述的整车控制器23，前电机控制和电机21，动力电池系统26，超级电容系统27，氢燃料电池系统24，前高压配电箱25，后高压配电箱28，后电机控制和后电机模块29均包含有ECU模块；各系统ECU模块分别连接到四驱驱动系统CAN通讯主干道上，从而实现氢能汽车四驱系统各ECU模块之间的信息传递。

请参考图2，图2为本实用新型实施例中燃料电池氢能汽车四驱驱动系统控制原理图，氢燃料电池系统24将氢燃料电池状态信息2发送至驱动系统CAN通讯主干道上，动力电池系统26将动力电池状态信息3发送至驱动系统CAN通讯主干道上，超级电容系统27将超级电容状态信息4发送至驱动系统CAN通讯主干道上，前高压配电箱25将前高压配电箱状态信息5发送至驱动系统CAN通讯主干道上，后高压配电箱28将后高压配电箱状态信息6发送至驱动系统CAN通讯主干道上，前电机控制器和前电机模块21将前电机状态信息7发送至驱动系统CAN通讯主干道上，后电机控制器和后电机模块29将后驱动电机状态信息8发送至驱动系统CAN通讯主干道上，而整车控制器23通过驱动系统CAN通讯主干道上获取这些信息，并通过油门信息、刹车信息和驱动模式开关状态信息，对这些信息进行综合处理后，最终计算出合理的动力分配控制信息1并发送至驱动系统CAN通讯主干道上，基于动力分配控制信息生成控制指令，前后电机控制器和前后电机系统收到此控制信息1后，按照控制指令执行相应的操作，最终实现燃料电池氢能汽车四驱驱动系统合理的动力分配和较高的能量利用效率。

其中，前电机和前减速器、前减速器和前差速器、前差速器和前驱动轴31、后电机和后减速器、后减速器和后差速器以及后差速器和后驱动轴32直接通过齿轮机械连接的方式进行传动，并最终将驱动力传递给轮胎，最终实现燃料电池氢能汽车四驱驱动系统的驱动控制。

上述的油门、刹车和驱动模式开关等部件均为驾驶员操作部件，其中驱动模式开关有三种状态，通过整车控制器23的硬线采集信号线采集驱动模式开关的状态。通过驱动模式开关状态，识别出驾驶员的驾驶意图信息，从而根据不同的驾驶需求设计三种不同的驾驶驱动模式。

模式一：Normal正常模式；

模式二：Sport运动模式；

模式三：ECO节能模式。

为提高四驱驱动系统的能量利用效率，合理有效的分配动力，前电机控制器和电机21采用小功率的感应异步电机，后电机控制器和电机29采用大功率的永磁同步电机。其中，主要是用到了永磁同步电机的主要特点：最高效率高，空载阻力矩大，功率密度高，成本高；而感应异步电机的主要特点：最高效率较低，空载阻力矩小，功率密度低，成本低。

请参考图3，图3为本实用新型实施例中燃料电池氢能汽车四驱驱动系统前后电机空载阻力矩对比图，由图3可以看出，在同一转速下，永磁同步电机的空载阻力矩比感应异步电机的空载阻力矩大得多，这样在电机空载状态下，驱动同一转速的永磁同步电机比驱动同一转速的感应异步电机所耗的能量要多得多，本实用新型四驱驱动系统采用前电机为异步电机，后电机为永磁同步电机，通过前异步电机的低空载阻力矩特性结合特有的控制方法，设计出能量利用效率更高的氢能汽车四驱驱动系统。

根据不同转速和不同扭矩下的系统效率设定后电机的高效工作区间、高驱动性能工作区间和中间工作区间。

当驱动模式开关状态为模式一时，即模式为上述Normal正常模式，此时整车控制器23识别到该模式后，动力分配方案为：在电机转速＜6000rpm时，此时只启动后电机，且整车控制器23将按照后电机控制器和电机21系统效率Map图中的中间工作区间进行扭矩加载，在保证驱动性能的同时兼顾经济性能，此时前电机将被后电机拖转，需要克服空载阻力矩，消耗极小的能量；在电机转速≥6000rpm时，此时前后电机同时启动，且整车控制器23将按照前后电机控制器和电机系统效率Map图中的中间工作区间进行扭矩加载，保证在中高速情况下整车具有良好的动力性能和能量利用效率。

当驱动模式开关状态为模式二时，即模式为上述Sport运动模式，此时整车控制器23识别到该模式后，动力分配方案为：无论电机转速为多少，此时前后电机同时启动，且整车控制器23将按照前后电机控制器和电机系统效率Map图中的高驱动性能工作区间进行扭矩加载；此时能最大化利用四驱系统的驱动加速性能，提升驾驶感受。

当驱动模式开关状态为模式三时，即模式为上述ECO节能模式，此时整车控制器23识别到该模式后，动力分配方案为：无论电机转速为多少，此时只启动后电机，且整车控制器23将按照后电机控制器和电机系统效率Map图中的高效工作区间进行扭矩加载，此时前电机将被后电机拖转，需要克服空载阻力矩，消耗极小的能量；此时能最大化提高四驱系统的能量利用效率。

由于四驱驱动系统对能量的需求较高，所以本实用新型的氢能汽车四驱驱动系统的能量来源分为两大部分，一是氢燃料电池系统24，二是动力电池系统26和超级电容系统27；其中，氢燃料电池系统24将作为氢能汽车四驱驱动系统主要的能量来源，而动力电池系统26和超级电容系统27作为氢能汽车四驱驱动系统的辅助能源，在氢能汽车四驱驱动系统起步，急加速和爬坡等能耗较大情况下提供能量供应。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，可很好的实现燃料电池氢能汽车的驱动，且能量利用率高，驱动模式丰富，具有很好的灵活性和实用性。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述燃料电池氢能汽车四驱驱动系统包括：整车控制器，前电机，后电机，前电机控制器，后电机控制器，动力供电模块，前高压配电箱，后高压配电箱；

所述整车控制器，通过通讯信号线分别与所述供电模块、前高压配电箱、后高压配电箱、前电机控制器和后电机控制器连接；

所述前高压配电箱通过高压线分别与所述前电机控制器、所述供电模块和所述后高压配电箱电性连接；

所述后高压配电箱通过高压线与所述后电机控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述动力供电模块包括：动力电池系统、超级电容系统和氢燃料电池系统；

所述燃料电池系统作为主要供电能源；

所述动力电池系统和所述超级电容系统作为辅助供电能源。

3.根据权利要求1所述的燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述燃料电池氢能汽车四驱驱动系统还包括：前减速器，前差速器，后减速器，后差速器，前驱动轴，后驱动轴；

所述前电机、所述前减速器、所述前差速器和所述前驱动轴之间通过齿轮连接；

所述后电机、所述后减速器、所述后差速器和所述后驱动轴之间通过齿轮连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述前电机采用感应异步电机，所述后电机采用永磁同步电机，所述感应异步电机的功率小于所述永磁同步电机的功率。

5.根据权利要求2所述的燃料电池氢能汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述氢燃料电池系统设置在车辆的前部；

所述前高压配电箱、所述动力电池系统和所述超级电容系统设置在车辆的中部；

所述后高压配电箱设置在车辆的后部。

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