CN217197794U - 一种无人车串联式混合动力系统及无人车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人车串联式混合动力系统及无人车，包括：动力源模块、控制模块、热管理模块和驱动模块，动力源模块和驱动模块均通过线缆与控制模块电连接，动力源模块包括发电机组和动力电池组，发电机组和动力电池组能够通过控制模块同时向驱动模块供电，并且，发电机组和动力电池组均能够通过控制模块独立向驱动模块供电；热管理模块包括多个独立的冷却回路，可独立对发电机组和控制模块进行冷却。本实用新型对动力源系统中两个能量源发电机组和动力电池组的功率分配控制，采用高、低温双回路冷却系统对动力源系统热源进行热管理，实现动力源内部高效热交换与热平衡，保证各部件在合适的工作温度范围内正常工作。

Description

一种无人车串联式混合动力系统及无人车

技术领域

本实用新型涉及无人车技术领域，更加具体来说，本实用新型涉及一种无人车串联式混合动力系统及无人车。

背景技术

现有的无人车动力源动力系统多采用以柴油机、汽油机或燃气轮机等内燃机为基础的动力驱动系统，或采用动力电池作为车载储能器的纯电驱动系统。

其中内燃机驱动系统需要通过机械传动方式实现动力到驱动轮/履带的传递，动力源与驱动单元依托机械传动刚性连接，极大的限制了驱动构型与底盘布置的灵活性，发动机的噪声较大和红外特性较为明显。

纯电驱动系统通过电动机驱动车辆行驶，但动力电池的能量和功率密度受限，续航能力低，且其电能补充既需要基础设施的支持，充电时间较长，应用场景受到一定的限制，多用于微型无人地面平台。

并且，内燃机驱动和纯电驱动都涉及到一些发热部件需要进行冷却，而不同的部件所需温度不同，冷却系统往往不能够对各部件进行独立冷却，或者，需要结构比较复杂的系统实现不同部件的不同温度控制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型创新地提供了一种无人车串联式混合动力系统及无人车，能够提高无人车的续航能力，并克服了纯内燃机噪声大和纯电续航能力低的问题，同时，采用相互独立的冷却回路对不同部件进行独立冷却，保证各部件均能够在适宜温度进行工作。

为实现上述的技术目的，本实用新型的第一方面，公开了一种无人车串联式混合动力系统，包括：动力源模块、控制模块、热管理模块和驱动模块，所述动力源模块和所述驱动模块均通过线缆与所述控制模块电连接，

所述动力源模块包括发电机组和动力电池组，所述发电机组和所述动力电池组能够通过所述控制模块同时向所述驱动模块供电，并且，所述发电机组和所述动力电池组均能够通过所述控制模块独立向所述驱动模块供电；

所述热管理模块包括多个独立的冷却回路，可独立对所述发电机组和所述控制模块进行冷却。

优选地，所述发电机组包括发电机和发动机，所述热管理模块包括高温冷却回路和低温冷却回路，

所述高温冷却回路用于与所述发动机热交换对所述发动机进行冷却，所述低温冷却回路用于与所述发电机和所述控制模块热交换对所述发电机和所述控制模块冷却。

优选地，所述控制模块包括高压集成控制单元，所述高压集成控制单元与所述发电机组和所述动力电池组相连，所述发电机组和所述动力电池组通过所述高压集成控制单元向所述驱动模块供电。

优选地，所述高压集成控制单元包括：

整流器，与所述发电机组相连，所述整流器通过直流母线与所述驱动模块相连；

双向DC-DC转换器，与所述电池组相连，所述双向DC-DC转换器通过所述直流母线与所述驱动模块相连；

降压DC-DC转换器，与所述直流母线相连，所述降压DC-DC转换器设置多个，实现多电压等级输出，用于向车载用电部件供电。

优选地，所述控制模块还包括动力源控制器，所述动力源控制器与所述热管理模块和所述发电机组相连，对所述热管理模块和所述发电机组进行控制。

优选地，所述无人车串联式混合动力系统还包括动力舱，所述发电机组和所述高压集成控制单元相互间隔地设置在所述动力舱内。

优选地，所述热管理模块还包括风冷系统，所述风冷系统设置在所述动力舱上，在所述动力舱内形成风冷流道，对所述发电机组和所述高压集成控制单元进行冷却。

优选地，风冷流道在动力舱顶部形成进风口和出风口，在进风口处设置有倾斜格栅结构，格栅结构朝向偏离出风口的一侧倾斜。

优选地，所述动力源模块还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述控制模块相连，所述太阳能电池板能够通过所述控制模块向所述驱动模块供电或者为所述蓄电池充电。

本实用新型的第二方面公开一种无人车，包括底盘和上述无人车串联式混合动力系统，所述发电机组和所述动力电池组分置于所述底盘的前后两侧，所述驱动模块位于所述发电机组和所述动力电池组之间。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用基于强化学习算法的自适应能量管理控制策略实现对动力源系统中两个能量源发电机组和动力电池组的功率分配控制，动态调控发动机工作转速，使其工作在经济区间，提高动力源燃油经济性。采用高、低温双回路冷却系统对动力源系统热源进行热管理，实现动力源内部高效热交换与热平衡，保证各部件在合适的工作温度范围内正常工作。

附图说明

图1示出本实用新型实施例无人车串联式混合动力系统部分结构的结构框图；

图2示出本实用新型实施例无人车串联式混合动力系统的结构示意图。

图中，

1、动力源模块；11、发电机组；111、发动机；112、发电机；12、动力电池组；2、控制模块；21、高压集成控制单元；22、动力源控制器；3、热管理模块；4、驱动模块；5、用电设备；6、外部电源。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型提供的无人车串联式混合动力系统及无人车进行详细的解释和说明。

如图1、图2所示，本实用新型提供一种无人车串联式混合动力系统，包括：动力源模块1、控制模块2、热管理模块3和驱动模块4，并且，各模块的相互连接均采用柔性连接的方式方便系统整体布局，不会受到设置场景的限制，具体可以适应无人车的各种结构的底盘，通用性更好。动力源模块1和驱动模块4均通过线缆与控制模块2电连接，可以向控制模块2输出电源并能够传输控制信号。

动力源模块1包括发电机组11和动力电池组12，发电机组11和动力电池组12能够通过控制模块2同时向驱动模块4供电，并且，发电机组11和动力电池组12均能够通过控制模块2独立向驱动模块4供电。从而能够兼顾发动机驱动和蓄电池驱动两种类型的优点，不仅弥补了内燃机动力源噪声大和红外特征大的缺点，还消除了蓄电池续航能力低、充电难、能量密度低的缺点。

热管理模块3包括多个独立的冷却回路，可独立对发电机组11和控制模块2进行冷却，从而实现高、低两路独立冷却回路，使得不同的部件都能够在适宜的温度内进行工作，提高工作效率和可靠性。

优选地，发电机组11包括发电机112和发动机111，发动机111优选为柴油发动机111，发电机112为三相永磁同步盘式发电机，发动机111拖动三相永磁同步盘式发电机产生交流电，三相交流电输出到高压集成控制单元21。发动机111不直接参与车辆的驱动，而是用来驱动发电机112进行发电，发电机112和驱动模块4之间采用线缆实现电能的传递，从而实现柔性传递，相较于传统发动机111与驱动模块4的刚性连接，本实施例方案能够使车辆底盘布置更加灵活，并使底盘和动力源能够实现模块化设计。

动力电池组12包括多个蓄电池，可根据需要和设置空间进行组合，动力电池组12负责储存能量和平衡功率，以直流电的形式与高压集成控制单元21连接。

热管理模块3包括高温冷却回路和低温冷却回路，高温冷却回路用于与发动机111热交换对发动机111进行冷却，低温冷却回路用于与发电机112和控制模块2热交换对发电机112和控制模块2冷却。两个冷却回路采用相互独立的两个回路实现对不同发热部件进行冷却，从而可以实现温度的独立控制，更加有利于提高系统的运行性能和可靠性。

如图2所示，控制模块2包括高压集成控制单元21，高压集成控制单元21与发电机组11和动力电池组12相连，发电机组11和动力电池组12通过高压集成控制单元21向驱动模块4供电。

优选地，高压集成控制单元21包括：整流器、双向DC-DC转换器和降压DC-DC转换器，其中：整流器，与发电机组11相连，整流器与直流母线相连，优选为可控整流器AC-DC，通过可控整流器AC-DC将发电机差生的三相交流电整流为直流电并能输出至直流母线；双向DC-DC转换器，与动力电池组12相连，双向DC-DC转换器与直流母线相连，通过双向DC-DC转换器将动力电池组12输出电压与直流母线电压进行匹配，实现发电机组11与动力电池组12功率耦合输出；降压DC-DC转换器，与直流母线相连，对直流母线高压电压进行降压变换并输出，降压DC-DC转换器设置多个，实现多电压等级输出，用于向车载用电设备5供电。上述结构使高压集成控制单元21能够形成多制式、多电压输出面板，从而可以实现电源输出的多样化和高度集成化，方便与车辆进行装配，并能够实现为多个数量以及多种类型的用电部件供电。高压集成控制单元21上还集成有外部充电接口，可通过外部电源6对动力电池组12进行充电，丰富充电路径。

控制模块2还包括动力源控制器22，动力源控制器22与热管理模块3和发电机组11相连，对热管理模块3和发电机组11进行控制，从全局视角对发电机组11、动力电池组12和高压集成控制单元21进行检测与控制，实现功率的适应性调控。具体地，动力源控制器22通过CAN总线对内实现系统热管理和发电机组11的综合控制，对外与无人车整车控制器进行通讯，接受整车的控制指令。

无人车串联式混合动力系统还包括动力舱，发电机组11和高压集成控制单元21相互间隔地设置在动力舱内。优选地，动力舱包括箱体，箱体内部设置有隔板，隔板将箱体内分隔成两个容纳腔，其中一个容纳腔用于容纳发电机组11，另一个容纳腔用于容纳高压集成控制单元21。

热管理模块3还包括风冷系统，风冷系统设置在动力舱上，在动力舱内形成风冷流道，优选地，风冷流道在动力舱顶部形成进风口和出风口，且风冷流道连通隔板分隔成的两个容纳腔。在本实施例中，进风口和出风口分别对应一个容纳腔设置，形成U型风冷流道，冷却风从温度较低的一个容纳腔进入，流经两个容纳腔后再从温度较高的一个容纳腔流出，即高压集成控制单元21所在的容纳腔对应进风口，发电机组11所在的容纳腔对应出风口。

风冷系统还包括高温散热装置，设置在发电机组11的上方，在本实施例中，可以设置在出风口处，高温散热装置包括散热器和轴流风扇，通过轴流风扇可以使冷空气流入风冷流道并经散热器流出。发动机111的油箱位于动力舱内，优选采用异形设计充分利用动力舱内的空间。优选地，高压集成控制单元21上集成有内循环水路和多孔散热器，多孔散热器位于进风口的下方使其能够与冷却气流充分接触进行换热，从而对内置循环水路进行散热。

进一步地，在进风口处设置有倾斜格栅结构，格栅结构朝向偏离出风口的一侧倾斜，防止倒吸热风回流，同时还能够防止杂物进入阻塞冷却风道。

在本实施例中，出风口依托散热轴流风扇形成舱内负压，从而把发电机112、高压集成控制单元21的热量排出舱外，通过高、低温双回路水冷、风冷散热系统协同工作，确保动力舱内部件高效散热。

在其他实施例中，动力源模块1还包括太阳能电池板，太阳能电池板与控制模块2相连，太阳能电池板能够通过控制模块2向驱动模块4供电或者为蓄电池充电。太阳能电池板的设置使动力电池组12的充电方式更加多样化，并且在一定的使用环境下能够进一步减少发电机组11的运行，从而更大程度的降低动力系统运行时的噪音以及能耗，进一步提高无人处的续航、降低油耗提高燃油经济性。

在本实施例中，同时采用分舱布置、风道优化方式将发电机组11、高压集成控制单元21、油箱等部件进行集成布置，实现动力源系统机械集成；通过设计多合一高压集成控制器，将功率电子器件与动力源控制器22集成，减少电气线缆数量，降低连接复杂度，实现动力源系统电气集成。

采用基于强化学习算法的自适应能量管理控制策略实现对动力源系统中两个能量源发电机组11和动力电池组12的功率分配控制，动态调控发动机111工作转速，使其工作在经济区间，提高动力源燃油经济性。

采用高、低温双回路冷却系统对动力源系统热源进行热管理，实现动力源内部高效热交换与热平衡，保证各部件在合适的工作温度范围内正常工作。

本实用新型还提供一种无人车，包括底盘和上述无人车串联式混合动力系统，发电机组11和动力电池组12分置于底盘的前后两侧，驱动模块4位于发电机组11和动力电池组12之间。优选地，无人车为轻型通用履带式无人平台，在一个具体实施例中，采用发动机横置布置，高温散热器和轴流风扇设置在车体顶部，即出风口位于车体顶部，进风口位于车体侧部倾斜设置，发电机组11靠近车体前侧，动力电池组12布置在车体后侧，可以实现重心平衡。在另一实施例中，无人车为轻型通用轮式平台，发电机组11采用纵置的方式布置，高温散热器和轴流风扇嵌入到车体的顶壁，即出风口位于车体顶部，进风口位于车体的前侧并倾斜设置，动力电池组12设置在车体的后方。

本实用新型无人车由于采用上述无人车串联式混合动力系统，各部件实现模块化柔性连接，部件布置灵活性高。总布置依托底盘的需求与约束条件开展，力求简化动力源在整车安装流程，减少吊装组件数量，动力源辅助系统依托动力部件集成布置。系统包括动力舱和动力电池组12两个吊装组件，可实现一体化吊装，方便装配。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人车串联式混合动力系统，其特征在于，包括：动力源模块、控制模块、热管理模块和驱动模块，所述动力源模块和所述驱动模块均通过线缆与所述控制模块电连接，

所述动力源模块包括发电机组和动力电池组，所述发电机组和所述动力电池组能够通过所述控制模块同时向所述驱动模块供电，并且，所述发电机组和所述动力电池组均能够通过所述控制模块独立向所述驱动模块供电；

所述热管理模块包括多个独立的冷却回路，可独立对所述发电机组和所述控制模块进行冷却。

2.根据权利要求1所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述发电机组包括发电机和发动机，所述热管理模块包括高温冷却回路和低温冷却回路，

所述高温冷却回路用于与所述发动机热交换对所述发动机进行冷却，所述低温冷却回路用于与所述发电机和所述控制模块热交换对所述发电机和所述控制模块冷却。

3.根据权利要求2所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述控制模块包括高压集成控制单元，所述高压集成控制单元与所述发电机组和所述动力电池组相连，所述发电机组和所述动力电池组通过所述高压集成控制单元向所述驱动模块供电。

4.根据权利要求3所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述高压集成控制单元包括：

整流器，与所述发电机组相连，所述整流器通过直流母线与所述驱动模块相连；

双向DC-DC转换器，与所述动力电池组相连，所述双向DC-DC转换器通过所述直流母线与所述驱动模块相连；

降压DC-DC转换器，与所述直流母线相连，所述降压DC-DC转换器设置多个，实现多电压等级输出，用于向车载用电部件供电。

5.根据权利要求3所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述控制模块还包括动力源控制器，所述动力源控制器与所述热管理模块和所述发电机组相连，对所述热管理模块和所述发电机组进行控制。

6.根据权利要求3所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述无人车串联式混合动力系统还包括动力舱，所述发电机组和所述高压集成控制单元相互间隔地设置在所述动力舱内。

7.根据权利要求6所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述热管理模块还包括风冷系统，所述风冷系统设置在所述动力舱上，在所述动力舱内形成风冷流道，对所述发电机组和所述高压集成控制单元进行冷却。

8.根据权利要求7所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，风冷流道在动力舱顶部形成进风口和出风口，在进风口处设置有倾斜格栅结构，格栅结构朝向偏离出风口的一侧倾斜。

9.根据权利要求1-8任一项所述的无人车串联式混合动力系统，其特征在于，所述动力源模块还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述控制模块相连，所述太阳能电池板能够通过所述控制模块向所述驱动模块供电或者为所述动力电池组充电。

10.一种无人车，其特征在于，包括底盘和权利要求1-9任一项所述的无人车串联式混合动力系统，所述发电机组和所述动力电池组分置于所述底盘的前后两侧，所述驱动模块位于所述发电机组和所述动力电池组之间。

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