混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统技术方案

一种混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统，主要由发动机、主电机、调速电机、电池组、燃油箱、二自由度行星分汇流机构、监控分系统和传动装置构成，其特征在于用功率分汇流无级变速器替代所述二自由度行星分汇流机构；所述功率分汇流无级变速器由至少一个具有正向传递特性和一个具有反向传递特性的行星排组成的双向行星排组，以及一个在结构上与常规机械自动变速器ＡＭＴ相似的自动换段机构，通过机械、电气联结而共同构成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及以下两个领域(1)混合动力电动汽车的多能源动力系统，即把车载储能器的电能和燃油的化学能经电机和发动机转换成机械能来共同驱动车辆行驶的装置或系统；(2)无级变速传动系统，即实现机械功率势变量与流变量(转矩与转速)受控连续变换及调节的装置或系统。
技术介绍
多能源动力系统是混合动力电动汽车的关键或核心系统，分为串联式、并联式和混联式等不同的类型，其中混联式综合了前两大类型的优点。最典型的混联式动力系统包括基于二自由度行星分汇流机构的分割式(图1，即功率分流式，典型的例子如丰田公司THS系统)，以及可作多种工作模式切换的串并联式(如我国专利申请03247689.2)等等。虽然分割式混联动力系统被认为是目前最先进的方案，但现有诸如丰田THS的这类动力系统还存在一些缺陷或不足，主要是由于其基于二自由度行星排的功率分汇流与无级变速机构具有“变速不变矩”的特性，若不采取重大改进措施，将难以实现传动比在较大范围内的变化，影响车辆的动力性，因而仅适合于工作载荷及其变化不大的轻型混合动力轿车，应用范围受到很大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统，适应轻、中、重各类型混合动力电动汽车的使用要求，其分汇流机构既变速又变矩，传动比可在较大范围内连续变化，适于采用先进的优化控制策略，以克服现有分割式动力系统的不足。如图2所示，本专利技术提出的混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统，由发动机E、电机M1和M2、电池组B、油箱F、功率分汇流无级变速器H、调制控制器A和传动装置G等部件，通过机械、电气联接而组成。与图1所示的现有基于二自由度单行星排的分割式动力系统相比，其主要特征在于采用功率分汇流无级变速器H取代原来的二自由度单行星排机构C。在图1和图2中，空心粗箭头表示电能与燃油化学能(或功率)的流动及方向，实心细箭头表示转轴上机械能(或功率)的流动及方向。这里发动机E可以是汽油机、柴油机或其它热机，包括发动机的控制单元和执行器(如电动油门)等部件，其功能是随时按控制策略所指定的转矩与转速输出机械功率。调速电机M1和主电机M2两个电机中，M1的功能主要是通过图2虚线框所示分汇流无级变速器H来实现无级变速、稳定发动机E的工作点，兼顾启动发动机E以及向电池组B和电机M2供电；M2的功能主要是通过汇流装置G和系统输出轴O，和发动机E一起向车辆驱动桥(车轮)g提供混合驱动力，并在需要时向电池组B充电及实现制动能量再生回馈的“电刹车”。这两个电机可从直流、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，要求各电机应能按优化控制策略给其分配功率的大小、正负及指定转速，作发电、电动等不同工作状态的运行。作为电能存储器的电池组B，由电池单体通过恰当电气联接而构成，在需要时分别向电机M1和M2提供电能，或接受它们的充电。调制控制器A是根据既定控制策略来控制电机M1、M2和电池组B工作状态及它们之间电能流动方向与大小的功率电子器件分系统，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、电机调速的电子控制单元(ECU)、电池组充放电及均衡管理模块以及它们之间的电气联接等。传动装置G可以是定轴齿轮、挠性链、带或其他形式更为简单(如轴3与轴k间的速比等于1时可使两者合并为同一根轴)的传动副，用于在电机M2的转轴3、分汇流无级变速器H的输出轴k和系统输出轴O之间建立所需的固定传动关系。监控分系统f1是整个系统的大脑与中枢神经，参见附图3，主要由监控(及显示)器V、通讯总线及接口电路W与分布在各分系统部件内的电子控制单元ECU及各种传感器相联接而构成。监控及显示器V实质上是个装有控制策略及算法软件的微型计算机，通过通讯总线及接口电路W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总线一类恰当的现场总线及接口电路；而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等。如图2虚线框所示的分汇流无级变速器H，由至少包括一个正向和一个反向行星排通过部分构件相联而构成的双向行星排组C0、自动换段机构C1及其换段电子控制单元等组成，是本专利技术的关键装置。该装置利用具有多个不同固定速比的自动换段机构(可看成一种特殊的机械式自动变速器AMT)C1，使行星排组C0中的正、反向行星排(或行星排组)平顺无冲击地分段交替工作，在转速连续可调的条件下将来自发动机E以及调速电机M1的动力向下游输出，实现变速兼变矩的特性。其工作原理详述如下。对照图1和图2，除了图1中的C与图2中的H不同之外，其余部分两者相似。图1所示现有典型混联式动力系统中的三角形C，代表一个(或一组)二自由度分汇流行星排及其三个输入/输出元件；设在其一个输入元件a上输入来自发动机的稳定转速na、另一输入元件b上输入来自电机M1输出端的可变转速nb，则第三或输出元件c上将产生一个可变的输出转速nc，nc与nb呈线性关系。本专利技术定义若nc随nb增大而增大(nc∝nb)，则称此汇流行星排(组)具有正向传递特性，是正向行星排(组)；反之若nc随nb增大而减小(nc∝-nb)，则称此行星排(组)具有反向传递特性，是反向行星排(组)。图2虚线框H中的双向行星排组C0则包含了一个正向和一个反向的C机构。与一般的二自由度行星传动有3个输入/输出端的情形不同，它共有4个输入/输出端，即两个输入轴i、j和两个输出轴1、2，其中1、2也分别是正、反向行星排(组)的输出轴，均与自动换段机构C1相连。轴1、2的转速n1、n2与电机M1的转速nj呈线性关系，其中n1是nj的增函数，而n2是nj的减函数。双向行星排组C0的动力来源为两路一路是来自发动机E的功率被传递到H的输入轴i上，其转速与转矩的方向不可改变；另一路来自电机M1的功率被传递到H的另一输入轴j上，其转速与转矩的大小和方向均可能改变，具体根据稳定发动机E工作点(转速与转矩)的实际需要来确定，并会导致装置输出轴k的转速nk在一定范围内连续变化。自动换段机构C1在结构上与常规机械自动变速器AMT有某些相似之处，它接受其换段电子控制单元ECU根据工况给出的调控指令，可按I IIIIIIV…的段位顺序，依次、不跳段地实施段位往复变化，交替选择正、反向行星排(组)的输出轴1或2，将其转速连续变化着的功率以每段不同的固定速比传递给输出轴k。对应于工作段位IIIIIIIV…的从低到高排列，C1的固定速比也被设计成按一定规律从小到大变化；但根据第I段被设计成是由正向还是反向行星排工作(即轴1还是轴2输出)的不同情况，相应地可按“正向反向正向反向…”或“反向正向反向正向…”的顺序进行传递方式交替。顺带说明，第一，在本专利技术中“速比”定义为所论传动装置的输出转速与输入转速之比；第二，对应于C1的每个固定速比，轴i到轴k的速比iik随电机D01转速的变化而在一定范围(段)内线性地连续变化，而不像常规机械式自动变速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统，主要由发动机、主电机、调速电机、电池组、燃油箱、二自由度行星分汇流机构、监控分系统和传动装置构成，其特征在于用功率分汇流无级变速器替代所述二自由度行星分汇流机构；所述功率分汇流无级变速器由至少一个具有正向传递特性和一个具有反向传递特性的行星排组成的双向行星排组，以及一个在结构上与常规机械自动变速器AMT相似的自动换段机构，通过机械、电气联结而共同构成。2.根据权利要求1所述的混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统，其特征在于所述系统的监控分系统使主电机和调速...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄向东，赵克刚，罗玉涛，柳文斌，胡红斐，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：