CN2657974Y - 混合动力电动汽车的混联式动力总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成，由发动机变速器分总成，电机分总成，电源分总成，传动系，监控器及监测通讯网络系统，耗能附件组成；发动机动力输出轴分别与两个电机实现传动联接；其中一个电机既与车辆传动系统联接，又与车辆耗能附件联接；总成监控器通过通讯总线获得各分总成的工作状态信息，同时根据实际工况需要和附件功率需求控制各分总成的工作状态，实现功率的合理分流、汇流，该总成可以工作在串联，并联，混联，纯电动和纯发动机驱动工作模式，在驱动车辆的同时可以向附件提供功率；本实用新型综合了串联，并联式两者的特点，适于在多种工作模式间快速频繁切换、有利于采用先进的优化控制策略从而实现超低排放、提高燃油经济性及动力性等整车性能。

Description

混合动力电动汽车的混联式动力总成

技术领域

本实用新型涉及混合动力电动汽车的多能源动力装置，即以车载燃料的化学能和储能器的电能为能源并转换成驱动车辆的机械能的装置或系统。

背景技术

多能源动力总成是环保节能的混合动力电动汽车的关键或核心技术，公知按其机电偶合方案不同分为串联式、并联式和混联式三大类。其中混联式综合了串联和并联式两者的特点，提供了根据不同工况让油、电两种(或多种)能源分别按串联、并联或串并联结合三种混合模式工作，以及按“零排放”纯电动、纯发动机驱动两种单一模式工作的多种可能性。现有的混联式动力总成有着不同的类型，最典型的是基于二自由度行星分汇流机构的分割式(如丰田公司的THS系统)，以及采用某种类似于齿轮变速箱的机械式切换器作工作模式切换的串并联式(如我国专利申请02205008.6)等。但现有混联式动力总成还存在一些缺陷或不足，例如像丰田THS这类总成，因其行星机构“变速不变矩”的特性，若不采取改良措施将难以实现传动比在较大范围内的变化，仅较适合于工作载荷及其变化不大的轻型混合动力轿车；又如采用机械式工作模式切换器的总成，难以在多种工作模式间快速、平顺和频繁切换，只适合采用对应少数给定典型工况进行简单模式切换的初级控制策略，不利于在动力总成上采用先进的优化控制策略从而实现超低排放、提高燃油经济性及动力性等整车性能优化目标。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适应轻、中、重各类型混合动力电动汽车使用要求、便于在多种工作模式间快速频繁切换、适于采用先进的优化控制策略的混联式动力总成，以克服现有混联式混合动力电动汽车动力总成的上述不足。

参照图1，图2，本发明涉及的混联式动力总成的基本构成、功能及联接关系描述如下：

本实用新型提出的混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成，由发动机变速器分总成a，电机分总成b，电源分总成c，传动系d，监控器及监测通讯网络系统e，耗能附件f构成；

所述发动机变速器分总成a主要由发动机和含燃油箱、电控油门、变速器及其相应的控制器构成，用以实现随时按控制策略所指定的转矩与转速输出所分配功率的功能；

这里所述的发动机可以是汽油机、柴油机或其它热机，采用AT、AMT或CVT等类型的自动变速器；

发动机与变速器通过电控离合器C01实现机械联接，电控油门不受司机的直接操控，而由监控器根据控制策略分配给发动机的输出功率来确定供油率；

所述电机分总成b主要由第I电机及其驱动器、第II电机及其驱动器构成，两个电机驱动器通过直流总线DC-bus实现电气联接，各电机要按控制策略给其分配功率的大小、正负号及指定转速，作发电机或电动机运行；

电机可从直流、交流同步或异步、永磁或励磁、单相或三相等不同类型中选用；

电机驱动器包含实现双向直流-直流(DC/DC)或直流-交流(DC/AC)变换的功率电子装置和电机调速的电子控制单元(ECU)。

所述电源分总成c主要由电池及/或超级电容等储能器组及其管理模块，以及向车辆其他低压用电器供应直流电的附加装置构成，并联在直流总线DC-bus上，向电机提供及接受电机回馈的电能，并向其他用电器供电；其中管理包括模块监控电池组的储能器的充放电等工作状态，以及实现电池组各单体间的电量均衡；

所述传动系d主要由汇流传动箱、电控主离合器C0、常开式电控离合器C1、万向节传动轴、驱动桥以及一些挠性带或链传动组件构成；其中汇流传动箱使发动机变速器总成在其下游与电机I并联起来，实现它们与驱动桥之间的机械传动，是简单的定轴齿轮传动副、带/链传动副或其他形式；另外，由一组带或链挠性传动及电控离合器C1的开与闭，在变速器上游建立或断开电机II与发动机输出轴之间的机械传动联系；

所述监控器及监测通讯网络系统e是整个总成的大脑与中枢神经，参见附图2，主要由监控及显示器、通讯总线及接口电路、各种传感器、以及分布在各分总成部件内的电子控制单元ECU构成；监控及显示器是个装有控制策略及算法软件的微型计算机，通过网络系统不断采集各传感器和各部件ECU的信号，计算确定各部件的工作状态和功率输出并加以显示，按控制策略向各部件ECU发出协调工作的指令；各ECU根据从网络上接收的指令和信息使相应的执行器动作，控制部件的运行状态、提供要求的功率，并把相关部件的当前状态信号经网络传回给监控器；这里通讯网络可采用诸如CAN总线之类的恰当的现场总线及接口电路；各种传感器中包括了反映司机对车轮上驱动或制动总功率的需求的油门及制动踏板开度传感器；

所述耗能附件f主要包括各类混合动力电动汽车可能会采用、需要消耗一定功率来驱动的附件，诸如空调压缩机、动力转向泵以及向各种气动元件供气的压气机等等。这些附件多数情况下由电机II、必要时由发动机通过使离合器C1结合，以皮带等挠性传动方式驱动，以使其不受发动机停车或转速波动等的影响而高效稳定地工作；任一附件的开与停由其对应的电磁离合器C2执行。

本实用新型提出的混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成的另一种结构形式，主要由发动机变速器分总成a，电机分总成b，电源分总成c，传动系d，监控器及监测通讯网络系统e，耗能附件f构成；通过传动系d使发动机变速器分总成a在其下游与电机分总成b中的电机I并联起来，实现它们与驱动桥之间的机械传动；另外，传动系d也在发动机变速器分总成a上游建立与电机分总成b中电机II之间的机械传动联系。也就是说发动机变速器分总成a动力输出轴通过传动系d分别与电机分总成b中两个可作电动与发电运转状态变换的电机实现传动联接，总成监控器根据恰当的控制策略发出不同指令，通过改变相关电控离合器的开合及电机的运转状态，在串联、并联、混联(串并联)、纯电动和纯发动机驱动等工作模式之间快速、频繁地切换。电机分总成b其中一个电机既与传动系d联接，又与车辆耗能附件f联接。总成监控器根据实际工况和附件功率需求，使该电机向附件提供功率或向驱动车轮提供功率，必要时也可以由发动机向附件提供功率同时拖动该电机发电。同时由总成监控器及监测通讯网络系统e采集各分总成的工作状态信息，同时根据实际工况需求控制各分总成，实现功率的合理分流、汇流。

本实用新型与现有技术相比的优点是提出一种适应轻、中、重各类型混合动力电动汽车使用要求、便于在多种工作模式间快速频繁切换、适于采用先进的优化控制策略的混联式动力总成。便于混合动力电动汽车根据实际车辆行驶工况，采取并联，串联，串并联的工作方式，也易于监控器采用先进控制策略提高整车燃油经济性及降低污染物排放。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理及能量流方向图；

图2是本实用新型动力总成的一个具体实施例；

图3是本实用新型的监控器及监测通讯网络的系统图；

图4是本实用新型动力总成的另一个具体实施例。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图3所示的实施方案，在并联工作模式时，发动机输出功率经离合器C0、变速器，再通过有固定速比的汇流传动箱与电机I实现功率汇流，并向下游的驱动桥输出。此时电机II有三种可能运转方式：①以电动机运转方式驱动耗能附件，离合器C1断开；②停止工作空转，离合器C1结合，由发动机通过皮带挠性传动副驱动耗能附件；③以电动机运转方式驱动耗能附件的同时，短时提供额外的动力通过皮带挠性传动副及结合的离合器C1与发动机动力汇流，再通过汇流传动箱与电机I实现功率汇流，向下游的驱动桥输出。串并联工作模式时，离合器C1结合，电机II处于发电机运转方式，向电池或电机I供电。在串联工作模式时，主离合C0断开，发动机拖动电机II发电，向直流总线供电，而电机I处于电动机状态，利用电池储存的电能和电机II发出的电能向驱动桥提供动力。在本例中，电机I选用了交流感应电机，相应的驱动器采用双向DC/AC；电机II选用了永磁直流电机，相应的驱动器采用双向DC/DC。

图4所示的另一实施方案，同样可以方便地以类似方法实现上述多种工作模式的切换。所不同的是，具有固定速比的汇流传动箱4被放置在了变速器3的上游，位于离合器C0与发动机1之间并与电机I实现功率汇流，且在发动机与汇流传动箱之间增设了电控离合器C01。该离合器为常闭式，仅在串联工作模式时需要断开。

此外，若将图1和图3中的汇流传动箱取消，让电机I的枢轴与发动机1的输出轴同轴(相当于使汇流传动箱的固定速比等于1)，还可以获得第三、第四种实施方案。

下面以图1所示的具体实例为例，说明本实用新型的各种实际工作模式：

1、电启动驱动模式

在普通平路车辆起步时，根据油门踏板状态，主控制器启动电机I、断开主离合C0，以纯电动模式驱动车辆。在车辆达到一定车速时，由电机II拖动发动机快速启动，再结合主离合C0，进入混合驱动模式。以上状态避免了发动机怠速高油耗、高排放的缺点。

2、纯电动驱动模式

车辆行驶在对排放要求特别高的地区(如风景区，人口高密集区)或车内电池高于一定设定值或发动机出现严重故障时，车辆即转入纯电动驱动模式。在该模式下，发动机不工作，根据实际功率需求，电机I，II输出动力至驱动桥。

3、纯发动机驱动模式

仅在电机或电池出现严重故障或人为干预时，车辆转入纯发动机驱动模式。在该模式下，主控制器发出指令，停止电机I、II工作，车辆完全由发动机驱动。

4、混合动力混联工作驱动模式

在一般车况中，主控制器根据控制策略的优化目标、实际车况功率需求和电池组荷电状态，控制动力总成的输出总功率及功率分配。发动机，电机I、II在并联和混联(串并联)工作模式之间不断切换，功率汇流后驱动车辆。

5、混合动力串联工作驱动模式

在混联模式工作无法满足排放要求且电池组荷电状态较低的情况下或变速器发生故障时，车辆转入串联工作驱动模式。发动机稳定工作在一个低排放工作点驱动电机II发电，发出的电能和电池储存的电能联合向电机I供电，由电机I驱动车辆。

6、能量回溃制动驱动模式

在除纯发动机驱动模式之外的上述任何工作模式下，且车辆需要制动减速或下坡限速时，主控制器根据制动踏板信号，断开主离合器C0，同时向电机I发出负力矩给定信号，使其处于反拖发电状态，向电池组回馈电能。当制动踏板信号继续增大时，使原有机械制动系统也开始工作，以首先保证满足制动安全性的需要。

Claims (4)

1、一种混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成，其特征在于由发动机变速器分总成，电机分总成，电源分总成，传动系，监控器及监测通讯网络系统，耗能附件构成；

所述发动机变速器分总成主要由发动机和含燃油箱、电控油门、变速器及其相应的控制器构成；

发动机与变速器通过电控离合器C01实现机械联接；

所述电机分总成主要由第I电机及其驱动器、第II电机及其驱动器构成，两个电机驱动器通过直流总线DC-bus实现电气联接；

电机选自直流、交流同步或异步、永磁或励磁、单相或三相电机；

电机驱动器包括实现双向直流-直流或直流-交流变换的功率电子装置和电机调速的电子控制单元；

所述电源分总成主要由电池及/或超级电容等储能器组及其管理模块、以及向车辆其他低压用电器供应直流电的附加装置构成，并联在直流总线DC-bus上；

所述传动系主要由汇流传动箱、电控主离合器C0、常开式电控离合器C1、万向节传动轴、驱动桥以及一些挠性带或链传动组件构成；其中汇流传动箱使发动机变速器总成在其下游与电机I并联；

所述监控器及监测通讯网络系统主要由监控及显示器、通讯总线及接口电路、各种传感器、以及分布在各分总成部件内的电子控制单元ECU构成；监控及显示器是装有控制策略及算法软件的微型计算机；

所述耗能附件主要包括空调压缩机、动力转向泵以及向各种气动元件供气的压气机；

2、根据权利要求1所述的一种混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成，其特征在于所述的发动机是采用AT、AMT或CVT的自动变速器的汽油机、柴油机或其它热机。

3、一种混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成，其特征在于主要由发动机变速器分总成，电机分总成，电源分总成，传动系，监控器及监测通讯网络系统，耗能附件构成；通过传动系使发动机变速器分总成在其下游与电机分总成中的电机I并联，传动系也在发动机变速器分总成上游建立与电机分总成中电机II之间的机械传动联系；发动机变速器分总成动力输出轴通过传动系分别与电机分总成中两个可作电动与发电运转状态变换的电机实现传动联接，电机分总成其中一个电机既与传动系联接，又与车辆耗能附件联接。

4、根据权利要求3所述的一种混合动力电动汽车的混联式多能源动力总成，其特征在于所述的发动机是采用AT、AMT或CVT的自动变速器的汽油机、柴油机或其它热机。

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