动能混合动力车的动力总成及方法技术

本发明专利技术公开了一系列动能混合动力汽车的系统和方法，动能混合动力系统主要由动能储存与动能动力装置与电动动力或燃油动力相结合组成，构成动能-电动混合动力车或动能-燃油混合动力车。动能储存与动能动力装置是由飞轮和控制飞轮的电控动力分配型无级变速器组成。而动力分配装置由三端口的行星齿轮系或四端口的复合行星齿轮系组成，其中飞轮接第一个端口，驱动车轮的传动系接第二个端口，调速电机接第三个端口，动力电机和/或内燃机接第四个端口，或与飞轮共接第一个端口(只有三个端口的情况下)。动能动力混合动力系统所储存的动能与汽车使用的都是动能，能量的储存和取出都无需经过能量转换，它比要经过四次能量转换的油电混合动力系统的节能效率有明显提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合动力汽车和电动汽车的动力总成和传动系统，运用飞轮装置作为动能储存和动力来驱动内燃机汽车和电动汽车，以及对飞轮装置和传动系统的能量优化控制方法。
技术介绍
节能技术在汽车工业领域是重要的课题，特别是面临石化能源枯竭，环境恶化，气候异常压力的今天，节约能源和减少排放尤为重要。内燃机汽车的节油技术一直在不断发展，但始终不能解决好燃油效率和加速性能之间的矛盾。汽车的加速性能与燃油经济性成反比关系追求好的加速性能会牺牲掉燃油经济性，而讲究节能的车加速性能又差。这种现象在电动车就不明显，例如大功率的电动车在相同的行驶条件下不见得比小功率的更费电。内燃汽车的燃油经济性与加速性能不能两全的根本原因是由内燃机的特性决定的。内燃机的最高效率区的分布是集中在一个特定转速和较高载荷(或功率)所对应的较小范围内，不管是汽油机、柴油机或用天然气的内燃机都是这个规律。例如某发动机在2000转/分和75%的最大载荷时的效率最高。这意味着发动机要在它较大的相对功率下运行,效率才高。而汽车在绝大部分情况下所需功率较小，大的功率储备只是为了满足恨短时间的加速性能而已，而大部分时间都处于低功率的低效率状态。如果用很小功率的发动机来工作在它的高功率状态来提高其效率，平时可节油，但又没有足够的功率储备，加速性能差。另一方面，传统的内燃机汽车在减速过程中将汽车的动能经刹车变成热能浪费掉。油电混合动力技术在解决性能与效率这对矛盾方面进了一大步。由于具有另一套电动动力和能量储存，可以用一个小功率发动机来运行在较高的相对功率状态，这时每做一定量的功所耗的油最少，既效率更高。再用电动机来作为储备功率，补充发动机的功率不足来提高加速性能。此外当汽车减速时电机还可发电收回部分能量。这样油电混合动力车就能在不牺牲性能的同时提高节能效率。然而，不足的是，油电混合动力车的电能是以化学能的形式储存在电池中的，与汽车最终使用的动能不是同一种能量形式，能量的存入和取出都要经过几次能量转换，有相当的能量损失。因此，效率有待进一步提高。另外，大功率的电机、控制器和电池组也增加了不少成本。用省下的油费还抵不过增加的成本，在根本上限制了市场的占有率。为避免能量转换损失和提高燃油经济性，另一种动力和能量储存装置可供使用飞轮装置。飞轮既可储存能量，相当于油电混合动力车的电池组的作用，又可输出能量提供动力，相当于油电混合动力车的电机的作用，而且储存的是动能，与汽车用的能量一致，能量的进出不需经过能量转换而比电动动力和储存系统的效率更高，它还有功率密度大的优点。难点在于怎样控制动能的传递。过去和现在都有用机械无级变速器来控制飞轮能量的储存与释放，不过机械无级变速器在大传动比时效率较低，而且传动比最大只能达到6 1，另外还有成本的考虑。还有通过一对电动机-发电机的组合来控制飞轮能量的进出的，这样的方法将飞轮沦为一个能量储存装置，而且每一次能量的储存与释放，百分之百的能量都要经过四次的机械能与电能之间的转换，效率受限。最近有用电控动力分配型的无级变速器来控制飞轮能量的传递的专利和专利申请案飞轮传递的能量中的一部分经直接的机械连接而获接近百分之百的高效率，只有另一部分经机械能和电能的转换，因而整体效率大增。美国7，341，534号专利(Schmidt)公布了一个结合飞轮储存能量的电控变速箱。它的构成是在传统汽车传动链的自动变速箱的输出端与一个行星齿轮系的一个端口相连，行星齿轮系的另一个端口接飞轮，还有一个端口接控制电机(或调速电机)。这个行星齿轮系起着控制飞轮能量传递的动力分配型无级变速器(或变速箱)的作用，并由调速电机控制的端口去改变另外两个端口的传动比来控制飞轮和汽车之间的能量传递，这部分的能量传递是经由直接的机械连接，所以效率很高，使整体效率得以提高。不过这个飞轮的系统是接在传动链的末端，受车速变化影响较大。美国专利申请案US2010/0184549(Sartre等)公布了一个类似的结构，不同的是飞轮系统是接在发动机和发动机的变速箱之间，不太受车速的影响。在以上的两个结构里，由三端口的行星齿轮系构成的动力分配型无级变速箱只是为了控制飞轮的，它两个端口分别接了飞轮和控制电机，发动机和车轮驱动轴只好共享其剩下的最后一个端口。所以，发动机和车轮驱动系之间还需要另一个变速箱，要么是发动机通过另一个变速箱与车轮驱动轴一起接到同一端口(in the case of Schmidt),要么是车轮驱动轴通过另一个变速箱与发动机一起接到同一端口(in the case of Sartre)。这就需要一定的成本。而且这种三端口的变速箱的控制电机在控制过程中会经过低效率的零速点。传统上，用来控制飞轮的动力分配型的无级变速箱都是用单个行星齿轮系，只有三个输入输出端口，有些有另外的行星齿轮系，它的一个端口被固定，也只是用来做固定传动比的齿轮，而不是用来变速的。
技术实现思路
与以往的系统不同，本专利技术展示了好几个整车型的动能混合动力系统和方法，其中有三端口动力分配型和四端口复合动力分配型的无级变速箱所构成的不同的系统结构和方法，都不需要另一个变速箱。只有用于改装现有汽车，使其升级到动能混合动力车的几个系统例外，可以保留原有发动机的变速箱。所有本专利技术中的系统结构中的共同之处在于，车轮驱动轴是连接在一个独立的输入输出端口上，不与其它任何动力源共享同一端口。各种动力源(飞轮，动力电机，和/或发动机)可用不同的方式共享剩下的端口。在本专利技术的技术方案中，调节一个端口的速度，可以改变其它端口之间的传动比。这可以让飞轮和汽车之间交换能量，也可以改变发动机与车轮驱动轴之间的传动比，使发动机能在整个车速范围内有效地传递能量，也就是说飞轮和发动机可共享同一个无级变速箱。一个方案，飞轮可与一个单电机的电动车结合为动能电动混合动力车。飞轮(动能动力和动能储存)，电机(调节电机兼动力电机)，和车轮驱动轴各自占有独立的输入输出端口。另一个方案，飞轮可与一个双电机的电动车结合成动能电动混合动力车。飞轮(动能动力和动能储存)和动力电机共享第一个端口，车轮驱动轴独占第二个端口，调速电机接第三个端口。进一步的方案中，飞轮系统可与内燃机结合成动能燃油混合动力车。还是飞轮，发动机和动力电机共享第一个端口，车轮驱动轴独占第二个端口，调速电机接第三个端口。还可以通过离合器让飞轮和发动机轮流使用无级变速箱。这些方案都不需要使用另一个变速箱而降低成本。本专利技术还提供了一个无电机的飞轮控制方案。利用刹车所产生的转矩来控制飞轮储存动能和释放动能帮助汽车加速，对提高汽车的加速性能和燃油效率大有益处。还免去了的电机，逆变/控制器和电池等所增加的成本，重量和复杂结构。在本专利技术中较好的一个技术方案中，采用了四个输入输出端口的复合动力分配型无级变速箱，还包括一个飞轮，一个燃油发动机，一个调速电机，一个动力电机和车轮驱动轴。这个四端口的变速箱保障有足够的独立端口可供飞轮，车轮驱动轴和调速电机分别独自使用，但发动机与动力电机可以共享同一个端口。不需要另外的变速箱。其中燃油发动机为第一动力，飞轮为第二动力和动能储存组成动能燃油混合动力系统。不用发动机时，动力电机成为第一动力，贝1J为动能电动混合动力系统。在四个输入输出端口中，任何端口的速度变化，都会改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一动能混合动力汽车的动能混合动力系统，其特征在于：所述动能混合动力系统包含：一行星齿轮系，所述行星齿轮系组成了一个四端口的复合型的动力分配装置及包含有第一端口，第二端口，第三端口和第四端口；一飞轮，所述飞轮连接于所述行星齿轮系的第一端口；一驱动轴，所述驱动轴连接于所述行星齿轮系的所述第二端口；第一电机，所述第一电机连接于所述行星齿轮系的所述第三端口；第二电机，所述第二电机连接于所述行星齿轮系的所述第四端口；及一发动机，所述发动机通过一离合器连接于所述行星齿轮系的所述第四端口。

【技术特征摘要】
1.一动能混合动力汽车的动能混合动力系统，其特征在于所述动能混合动力系统包含: 一行星齿轮系，所述行星齿轮系组成了一个四端口的复合型的动力分配装置及包含有第一端口，第二端口，第三端口和第四端口 ； 一飞轮，所述飞轮连接于所述行星齿轮系的第一端口； 一驱动轴，所述驱动轴连接于所述行星齿轮系的所述第二端口； 第一电机，所述第一电机连接于所述行星齿轮系的所述第三端口； 第二电机，所述第二电机连接于所述行星齿轮系的所述第四端口 ；及 一发动机，所述发动机通过一离合器连接于所述行星齿轮系的所述第四端口。2.如权利要求I所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述动能混合动力系统可使所述混合动力汽车在一巡航状态下工作令所述混合动力汽车保持行驶于一由控制者决定的特定的巡航车速范围，其中，所述巡航期由第一阶段和第二阶段组成， 所述第一巡航阶段包括在一定车速范围内发动机会在最高效率状态下工作，而所述发动机的功率会分成两部分，其中一部分功率用以维持所述汽车巡航车速，同时另一部份的功率用来加速所述飞轮从而给所述飞轮充动能，以及 所述第二巡航阶段包括，汽车的巡航车速由飞轮释放能量来驱动。3.如权利要求2所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述发动机是通过一离合器连接于所述行星齿轮系的第四端口，其中当所述混合动力汽车在所述第二巡航阶段下工作时，所述发动机会通过所述离合器与所述行星齿轮系的所述第四端口脱离连接。4.如权利要求I所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述行星齿轮系包含第一及第二齿轮组，其中所述第一齿轮组包含第一太阳轮，第一行星齿轮架和第一齿圈，其中所述第二齿轮组包含第二太阳轮，第二行星齿轮架和第二齿圈。5.如权利要求4所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述行星齿轮系的所述第一端口是与所述第一太阳轮连接。6.如权利要求5所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一行星齿轮架是与所述第二齿圈连接。7.如权利要求5所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一行星齿轮架是连接于所述第二齿轮架。8.如权利要求6所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一齿圈是与所述第二行星齿轮架连接。9.如权利要求8所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第二端口是连接于所述第一齿轮架和所述第二齿圈，所述第四端口是连接于所述第二齿轮架和所述第一齿圈，所述第三端口是与没有被权利要求5中所述的第一端口所占用的所述第一太阳轮或所述第二太阳轮连接。10.如权利要求6所述的动能混合动力系统，其特征在于，其中所述第一太阳轮是连接于所述第二齿轮架。11.如权利要求7所述的动能混合动力系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺洪平，贺晶，
申请(专利权)人：贺洪平，贺晶，
类型：发明
国别省市：