CN219769631U - 燃油辅助混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃油辅助混合动力系统，长续航时，发动机作为辅助动力，能全时段参与直驱，以较低的配置，实现较高的性能。无机械变速器，电控调矩调速，简单、轻便、高效。包括电池组及控制器电连接到第一电机和第二电机，所述两个电机分别连接差动齿轮（或行星齿轮）的两个中心轮，动力合成后由行星架输出到差速器。发动机经由离合器与所述第一电机连接，所述第二电机与制动器连接。离合器耦合后，发动机直驱，第一电机随着运转，负责调整输出扭矩的大小，第二电机负责调整输出转速的大小。需要或产生的电能由电池组提供或储存。

Description

燃油辅助混合动力系统

技术领域

本实用新型是一种应用于混合动力车的新型混动方案。发动机可以在高速、低速以及大扭矩、小扭矩全时段参与直驱。在保证性能的前提下，对发动机配置要求更低。

背景技术

在现存技术中，双能源车型基本分为两类：增程式和混动式。在发动机介入时，增程式的工作过程是：发动机带动发电机发电，然后再用电带动驱动电机。混动式的一般工作过程是：高速时发动机直驱，低速时改为增程模式，属于半直驱。有些车型是靠增加机械变速箱匹配发动机在高低速时直驱，这和燃油车没什么差别了。

增程式的优点：结构简单，控制也简单，几乎不需要机械控制，对发动机性能和功率要求相对较低。缺点：效率较低，能量经过燃油、机械、电、机械几个过程的转换。设备利用率低，发动机、发电机、驱动电机的功率设置一般是1：1：2，三者满负荷工作却只有驱动电机的工作是有效的。增程巡航工况，驱动电机的功率只用一半，三者负荷功率为1：1：1，总负荷利用率只有33%，与车载设备总功率相比，设备利用率只有25%。

混动式的优点：高速直驱，低速电驱，效率较高。缺点：结构复杂，控制复杂。直驱、增程和纯电模式之间要不断切换，增加部件损耗，顿挫感明显。对发动机性能和功率要求较高，基本配置的都是全功率发动机，发动机、发电机、驱动电机的功率设置一般是2：1：2，直驱巡航工况，发动机一半的功率用于驱动，是有效的，一半功率用于发电存储到电池，三者负荷功率为2：1：0，总负荷利用率只有33%，与车载设备总功率相比，设备利用率只有20%。

设备利用率低，意味着成本高，车载重，能耗高。

总负荷利用率低，意味着磨损大，损耗大，后期维护成本大。

丰田汽车的US5991683A专利提出的一种使用行星齿轮合成发动机动力和电机动力的混动方案，发动机连接齿轮架，发电机连太阳轮，齿圈连驱动电机，驱动电机经减速连差速器输出动。丰田这种方案结构比较紧凑，省去了机械变速箱和离合器，但其设计是大燃油、小电池的思想，以发动机为主，电动为辅。在纯电运行时，发电机和驱动电机扭矩能够叠加但转速不能叠加，速度调整范围受限。发动机是全功率发动机较为笨重，发动机直驱时传动机构环节多，转速先升后降。驱动电机与齿圈机械连接，不利于使用高速电机（丰田后期的改进增加了加速结构）。

比亚迪的CN115042610A专利实质上是对丰田汽车的US5991683A专利的改进，用双星排实现发动机、第一电机、第二电机的转速匹配。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种新型混动方案。以纯电车为基础，在保证性能的前提下，以低配置的发动机为辅助，通过全时段直驱混动，实现简单、轻便、高效的双能源驱动。

纯电驱动部分，采用双电机结构，第一电机和第二电机分别与差动齿轮（或行星齿轮）的两个中心轮连接，动力合成后由行星架输出到差速器。发动机直驱部分，发动机通过离合器与第一电机连接，直驱模式，第一电机随发动机一起运转，负责扭矩的加减，第二电机负责转速的加减。实现发动机在高速、低速、大扭矩、小扭矩各种工况全时段参与直驱。

本实用新型不采用任何机械变速器，只用纯电车既有的电机控制功能，配合常啮合的差动齿轮（或行星齿轮），实现变矩变速，结构简单可靠。长续航时，发动机介入直驱，能全时段以经济工况连续工作，故对发动机功率和性能要求较低。发动机、第一电机、第二电机的功率设置大致为1：（1~1.3）：（1~1.3），第一电机和第二电机的总驱动功率大于发动机驱动功率的2倍。直驱巡航工况，负荷功率为1：0：0，总负荷利用率为100%，设备利用率为33%（燃油、纯电最高50%）。整个驱动系统简单、轻便、高效。以此构建“小燃油，大电池”的燃油辅助混动车，操控和经济性、便捷性上与纯电车相同，总重和续航接近燃油汽车。

附图说明

图1是本实用新型的一般实施例结构示意图：

(1)电池组；(2)控制器；(3)第一电机；(4)第二电机；(5)差动齿轮（或行星齿轮）；(6)制动器； (7)传动齿轮；(8)差速器；(10)离合器；(11)发动机；

图2是发动机直驱时变矩控制示意图；

图3是发动机直驱时变速控制示意图；

图4是使用差动齿轮的实施例结构示意图，其中，51是差动齿轮；

图5是使用行星齿轮的实施例结构示意图，其中，52是行星齿轮。

实施方式

纯电模式

纯电驱动部分采用双电机结构。控制器分别与第一电机、第二电机电连接，控制二者的输出扭矩和转速。第一电机与第二电机分别连接差动齿轮（或行星齿轮）的两个中心轮，动力由行星架合成后输出。

高速状态：第一电机与第二电机同时驱动。此时

行星架输出扭矩：M=2*M1=2*M2 M1第一电机所连中心轮扭矩，M2第二电机所连中心轮扭矩

行星架输出转速：n=(n1+n2)/2 n1第一电机所连中心轮转速，n2第二电机所连中心轮转速。

低速状态：第一电机驱动，第二电机制动。此时

行星架输出扭矩：M=2*M1

行星架输出转速：n=n1/2

车速减半，而第一电机的运转扭矩和转速基本不变，利于设计电机的高效运转区间。

发动机直驱模式

发动机直驱部分，发动机通过离合器与第一电机连接，离合器耦合，由第一电机启动发动机，启动后，发动机以经济工况运转。此时，发动机的扭矩和转速分别表示为：M3、n3。

行星架输出扭矩：由于永磁电机的扭矩具有硬特性，M=2*（M3+M1）＝2*M2 如果第二电机制动，则得： M=2*（M3+M1）

只要改变M1的大小和正负，就得到最小为0、最大为2*（M3+M1）的不同扭矩。 M1为正即是电池组向第一电机放电，M1为负即是第一电机向电池组充电。如图2。

行星架输出转速：n=（n3+n2）/2

只要改变n2的大小和正负，就可以获得最小为0、最大为（n3+n2）/2的不同转速。n2为正即是电池组向第二电机放电；n2为负即是第二电机反向转动向电池组充电，充电电流越大n2的绝对值越小，控制充电电流大小即可控制n2大小。如图3。在n2接近于0时，可以制动第二电机。

上述两个过程相结合，行星架可以输出不同大小的扭矩和转速，以适应不同的行驶状况。第一电机、第二电机、差动齿轮三者与控制器相结合组成变矩变速结构。

动能回收已经包含于上述速度控制。

本实用新型的动力系统为双路动力结构，两路动力互为备份，一路出现问题，另一路可以单独驱动。

本实用新型燃油驱动是对电驱动的辅助，有效延长性能续航。亏电状况下，纯燃油驱动，能低速巡航，加速性能受限。

静止发电模式

驻车后，发动机运转，离合器耦合，第一电机发电，第二电机空转。如果驻车可靠也可两个电机同时发电。

实施例

第一实施例，图4是用差动齿轮来实现所述功能的结构。两个电机经减速齿轮分别与差动齿轮的两个中心轮相连，发动机动力轴经离合器与第一电机侧中心轮机械连接。行星架输出轮与差速器相连；

第二实施例，图5是用行星齿轮来实现所述功能的结构。第二电机机械连接太阳轮，发动机动力轴经离合器机械连接齿圈，第一电机经减速齿轮与齿圈相连。行星架输出轮与差速器相连。

Claims (5)

1.一种燃油辅助混合动力系统，包括发动机，通过离合器与发动机连接的第一电机，差动齿轮或行星齿轮，第二电机，差速器，以及与所述第一电机、第二电机电连接的电池组和控制器，其特征是，所述发动机和第一电机连接所述差动齿轮或行星齿轮的一个中心轮，所述差动齿轮或行星齿轮的另一个中心轮连接所述第二电机，所述差动齿轮或行星齿轮的行星架连接差速器，与所述控制器相结合组成变矩变速结构。

2.根据权利要求1所述的燃油辅助混合动力系统，其特征是，所述发动机在高速、低速时均参与直驱。

3.根据权利要求1所述的燃油辅助混合动力系统，其特征是，所述发动机通过离合器机械连接差动齿轮的一个中心轮，所述第一电机与第二电机通过减速齿轮分别连接所述差动齿轮的两个中心轮。

4.根据权利要求1所述的燃油辅助混合动力系统，其特征是，所述发动机通过离合器机械连接行星齿轮的齿圈，所述第一电机通过减速齿轮连接所述齿圈，所述第二电机连接所述行星齿轮的太阳轮。

5.根据权利要求1所述的燃油辅助混合动力系统，其特征是，所述电机的总驱动功率大于所述发动机驱动功率的2倍。