一种混合动力汽车系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种混合动力汽车系统。一种混合动力汽车系统，其动力源为内燃机和驱动电机，提供的动力通过转速、转矩耦合装置传递至车轮，在本系统中还加入了能量管理单元及两个机电电池EMB，能量管理单元与动力电池、驱动电机、两个EMB及发电机等主要部件通过电气回路互联，在能量管理策略设计规则的指导下，将系统的能量管理策略进行了具体化，详细地规划了不同工况下能量的流向。本系统的优势在于：控制两个EMB主要进行短时、大功率输出，而动力电池和内燃机则工作于更加稳定、一致的工况，将原本应该由动力电池和内燃机承担的不理想工况改为由EMB承担，从而实现优化整车动力性、经济性、提高动力电池寿命等目的。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种混合动力汽车系统，特别涉及一种采用双机电电池作为能量缓冲装置的混合动力汽车系统。
技术介绍
机电电池(Electro-Magnetic Battery,EMB)是一种新型储能装置，典型的EMB结构如图1所示，主要由高速轴承、真空腔、转子飞轮以及定子绕组等构成，EMB的转子飞轮一般以高速旋转，EMB的工作原理为：在定子磁场转速高于转子速度时，磁场驱动转子飞轮加速，该过程相当于电动机工作在驱动工况，这时将电能转换为转子飞轮的机械能；在定子磁场转速低于转子速度时，磁场迫使转子飞轮减速，该过程相当于电动机工作在制动工况，这时将转子飞轮机械能转换为电能。从这样的外部特性看，EMB具有电池的特性，本质上EMB是电动机/发电机，它的充、放电过程实际上是准确、高效地按需求在一定时间内以一定规律调节转速的过程，EMB在工作时有三种工作模式，即充电、放电和空运行，从电机角度可理解为转速的提高、降低和保持。EMB与其他储能装置一样，能量流向是单向的，即不能同时充电、放电。具有如图2所示转子飞轮结构的EMB，其所储存的能量由下列公式给出：E=π(R2-r4)hρ4ω2(t)---(I)]]>其中，R为转子外径，r为转子内径，h为转子高度，材料密度为ρ。由公式(I)可以看出，当转子飞轮结构尺寸确定后，EMB的储能大小与转子飞轮转速的平方成正比。EMB储能相比于其他储能方式，有着独特的优点：储能密度高，功率密度大；荷电状态(State of charge,SOC)容易测量；充、放电速度快；使用寿命长；安全性高，不会出现化学电池燃烧、爆炸等情况；结构鲁棒性好；对环境友好无污染等。目前常见的混合动力系统存在着如下问题：(1)制动能量回收方面性能不佳原因：为了满足安全、寿命等要求，动力电池的充电功率一般限制在较低水平(明显低于放电功率)，即在制动能量回收的情况下，电池管理系统(BMS)限制了动力电池通过驱动电机所能提供的最大制动转矩，因而降低了制动能量回收的效率。(2)内燃机动力性和燃油经济性均有优化空间原因：动力性和经济性两个因素是相互制约的关系，混合动力系统提高经济性的思路是利用电动机的理想输出特性降低内燃机在非经济区间工作的可能性，在这样的设计中，与相同功率的传统内燃机车辆相比，动力性在某些对转矩需求大的工况下必然一定程度地被削弱；另一方面，由于一般混合动力系统的驱动电机功率相对内燃机的功率偏小，在某些对转矩需求处于中、高水平的场合中仍然是内燃机承担主要驱动任务，这样，内燃机仍然需要工作在较为宽广的工况范围内，因而限制了燃油经济性进一步提高。(3)动力电池寿命较短原因：通过驱动电机制动回收的能量一般质量不高，在不同制动工况中，能量的持续时间、大小、变化规律很难确定，因此动力电池在进行制动能量回收时，要求对持续时间和强度大幅变化的电流进行吸收，同时还要在充、放电之间频繁切换，使动力电池工作条件不理想，扰乱内部电化学反应，降低动力电池寿命。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出一种采用双EMB作为快速能量缓冲装置的混合动力系统，如图4，该系统利用EMB充放电快、主动充放电、响应速度快、效率高、耐过充过放等优秀特点，通过对能量管理的规则和能量管理策略的设计，控制两个EMB主要进行短时、大功率输出，而动力电池和内燃机则工作于更加稳定、一致的工况，将原本应该由动力电池和内燃机承担的不理想工况改为由EMB承担，从而实现优化整车动力性、经济性、提高动力电池寿命等目的。结合附图，说明如下：一种混合动力汽车系统，由内燃机、发电机、动力电池及驱动电机组成，内燃机和驱动电机提供的动力通过转速、转矩耦合装置传递至车轮，本系统还包括能量管理单元及两个机电电池EMB，能量管理单元与动力电池、驱动电机、两个EMB及发电机等主要部件通过电气回路互联，其中，动力电池、驱动电机和两个EMB与能量管理单元之间可以双向传递能量，发电机与能量管理单元只能单向传递能量；能量管理单元通过功率电子单元实现对以上部件之间能量流向的控制，控制两个EMB主要进行短时、大功率输出，而动力电池和内燃机则工作于更加稳定、一致的工况，将原本应该由动力电池和内燃机承担的不理想工况改为由EMB承担。有益效果：相比现存的混合动力系统，本技术的系统由于采用了EMB作为能量缓冲和相应的能量管理策略，具有以下优越性：(1)对内燃机的控制更注重经济性，可以获得更好的内燃机燃油消耗表现；(2)内燃机的目标工作点范围更加一致，控制容易，效率高，散热需求稳定；(3)降低了动力电池的充、放电能力等设计参数，降低动力电池选型、认可难度；(4)动力电池工作条件更加理想，明确限制动力电池充、放电深度，延长动力电池寿命；(5)采用EMB作为快速能量缓冲，动力电池不能直接吸收的能量先由EMB吸收，提高系统能量回收效率；(6)利用EMB短时提供大功率能量，在提高经济性的同时保证动力性。附图说明图1典型EMB结构示意图。图2典型EMB转子结构。图3 EMB在能量固定时的输出特性。图4本技术的混合动力系统结构图。图5本技术规定的内燃机经济区示意图。图6本技术规定的动力电池充、放电功率示意图。图7本技术混合动力系统的典型工况示意图。图8 EMB的SOC区间划分图例。图9发电机向SOC较低的EMB#1充电。图10发电机向SOC较低的EMB#2充电。图11发电机向EMB#1和EMB#2同时充电。图12驱动电机向SOC较低的EMB#1充电。图13驱动电机向SOC较低的EMB#2充电。图14驱动电机向EMB#1和EMB#2同时充电图15驱动电机向SOC较低的EMB#1充电，发电机向SOC较高的EMB#2充电。图16驱动电机向SOC较低的EMB#2充电，发电机向SOC较高的EMB#1充电。图17 SOC较高的EMB#1向驱动电机输出能量。图18 SOC较高的EMB#2向驱动电机输出能量。图19 SOC较高的EMB#1向驱动电机输出能量，发电机向SOC较低的EMB#2充电。图20 SOC较高的EMB#2向驱动电机输出能量，发电机向SOC较低的EMB#1充电。图21 EMB#1和EMB#2同时向驱动电机输出能量。图22 SOC较高的EMB#1向动力电池充电。图23 SOC较高的EMB#2向动力电池充电。图24 SOC较高的EMB#1向动力电池充电，发电机向SOC较低的EMB#2充电。图25 SOC较高的EMB#2向动力电池充电，发电机向SOC较低的EMB#1充电。图26 SOC较高的EMB#1向动力电池充电，驱动电机向SOC较低的EMB#2充电。图27 SOC较高的EMB#2向动力电池充电，驱动电机向SOC较低的EMB#1充电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力汽车系统，由内燃机、发电机、动力电池及驱动电机组成，内燃机和驱动电机提供的动力通过转速、转矩耦合装置传递至车轮，其特征在于：本系统还包括能量管理单元及两个机电电池EMB，能量管理单元与动力电池、驱动电机、两个EMB及发电机主要部件通过电气回路互联，其中，动力电池、驱动电机和两个EMB与能量管理单元之间可以双向传递能量，发电机与能量管理单元只能单向传递能量；能量管理单元通过功率电子单元实现对动力电池、驱动电机、两个EMB及发电机之间能量流向的控制，控制两个EMB主要进行短时、大功率输出，而动力电池和内燃机则工作于更加稳定、一致的工况，将原本应该由动力电池和内燃机承担的不理想工况改为由EMB承担。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力汽车系统，由内燃机、发电机、动力电池及驱动电机组成，内燃机和驱动电机提供的动力通过转速、转矩耦合装置传递至车轮，其特征在于：本系统还包括能量管理单元及两个机电电池EMB，能量管理单元与动力电池、驱动电机、两个EMB及发电机主要部件通过电气回路互联，其中，动力电池、驱动电机和两个EMB与能量管理单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨福，赵雪，杨博文，刘艺博，王晶，刘玉双，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22