串并联混联式混合动力系统技术方案

一种汽车技术领域的串并联混联式混合动力系统。本发明专利技术其特点在于双电机双离合器混动结构，次电机主要用于快速起动发动机，主电机与次电机任何时刻均可按电动模式或发电模式工作。次电机与发动机输出端连接，次电机与主电机之间设置了次离合器，变速箱与主电机之间设置了主离合器。该混合动力总成沿用了现有内燃机汽车的发动机与变速箱技术及其机械结构，结构简单、布置紧凑、制造成本低，与现有内燃机汽车具有良好技术继承性，降低了系统成本，极大地优化了发动机、主电机、次电机运行效率和再生制动能量回馈效率，显著降低整车油耗和有害排放，并保持良好的动力性与驾驶平顺性。

【技术实现步骤摘要】
串并联混联式混合动力系统
本专利技术涉及的是一种汽车
的系统，特别是一种串并联混联式混合动力系统。
技术介绍
随着世界石油资源面临的枯竭，随着汽车保有量的快速增加，不仅进一步加剧了石油资源的消耗，而且对人类耐以生存的环境污染也可能日益严重，发展节能环保的混合动力汽车成为全球汽车工业发展的重点之一。混合动力总成是一种将汽车发动机动力总成进行混合化的汽车动力总成，由一套发动机动力总成系统与一套电驱动动力系统混合而成，是混合动力汽车的动力总成系统。为了增强混合动力系统的通用性和平台化，混合动力系统总成化成为混合动力系统结构形式的发展趋势。混合动力汽车动力系统的结构形式有串联式、并联式和混联式，具体的结构型式有多种变型。非常具有代表性的是日本丰田汽车公司的Prius THS混合动力系统及其THS2混合动力系统、日本本田公司的IMA混合动力系统、通用汽车公司的EP混合动力系统及其AHS2混合动力系统。IMA混合动力形式将电机布置在发动机与离合器之间，这种混合动力形式一般存在能量回馈过程中由于须倒拖发动机造成能量回馈效率低的缺点。Prius THS混合动力形式通过行星齿轮机构连接发动机、起动/发电机(MG1)、电动/发电机(MG2)，MG2按电动模式工作可按纯电动方式驱动车辆、也可按发电模式回收制动能量，属混联式的强混全混方式，发动机输出动力中总有一部分能量MG1发电给蓄电池充电或供MG2电动使用，这部分能量经过多次能量转换后造成了较大损失，同时动力合成机构结构复杂、制造成本高、体积大。THS2混合动力形式是通过2排行星齿轮机构实现动力耦合的，由于MG2通过后排行星齿轮结构减速后与类似Prius THS系统的输出耦合动力，克服了在Prius THS系统中MG2体积大的不足，THS2混合动力形式同样存在前述Prius THS混合动力形式的能量损失的缺点，而且结构动力耦合机构结构-->更加复杂，制造成本也更高。EP系统是通过3排行星齿轮结构连接发动机、两个电机，AHS2系统通过2排行星齿轮机构连接发动机、两个电机，并通过对离合器控制实现了多模式的转换，属强混全混的混合动力系统形式，但结构复杂、体积大、制造成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前混合动力系统结构复杂、制造成本高、体积大，或不具备纯电动模式、或能量回馈效率低的缺点，提供一种串并联混联式混合动力系统，使其结构简单、布置紧凑、制造成本低，具有良好的整车动力性、燃油经济性和低排放的特点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，所述的串并联混联式混合动力系统，包括发动机、次电机、次离合器、主电机、主离合器、变速箱、电机驱动控制器、高压电安全控制器、动力电池、动力电池管理器、辅助电池、直流变换器、整车控制器、混动总成输出轴、发动机控制器。其中混动总成输出轴通过传动轴、主减速器与车轮相连。其中发动机的输出端与次电机转子相连，次电机转子与次离合器的输入端相连，次离合器的输出轴与主电机转子相连，主电机转子与主离合器输入端相连，主离合器输出轴与变速箱输入轴相连，动力电池通过动力电池管理器和高压电安全控制器通过电机驱动控制器与主电机和次电机相连，动力电池还通过电池管理器、高压电安全控制器、直流变换器与辅助电池相连，整车控制器通过通讯系统与发动机控制器、电机驱动控制器、动力电池管理器、高压电安全控制器、直流变换器相连。本专利技术的工作过程与工作原理为：混动总成输出轴通过传动轴、主减速器进而与车轮进行动力传递。发动机由次电机起动，发动机与混动总成输出轴之间通过次电机、次离合器、主电机、主离合器、变速箱进行动力传递。次电机与混动总成输出轴之间通过次电机离合器、主电机、主离合器、变速箱进行动力传递，亦与发动机之间通过发动机输出端进行动力传递。主电机与混动总成输出轴之间通过次电机离合器、主电机、主离合器和变速箱进行动力传递，亦可与发动机之间通过次离合器、次电机、发动机输出端进行动力传递。次电机、主电机按电动方式工作时需要的电能通过电机驱动控制器由动力电池提供，按发电方式工作时发出的电能亦通过电机驱动控制器返回到动力电池。次电机和主电机的其中之一按发电方式工作、另一电机按电动方式工作，二电机-->间还可通过电机驱动控制器、动力电池进行电能传递。发动机由发动机控制器实施控制，次电机和主电机由电机驱动控制器实施控制，动力电池与电机驱动控制器的通断控制由高压电安全控制器实施，动力电池的状态监测与控制由动力电池管理器实施，辅助电池的状态监控与向辅助电池充电、向车载电气系统供电由直流变换器实施。整车控制器通过总线通讯系统向发动机控制器、电机驱动控制器、动力电池管理器、高压电安全控制器、直流变换器发送控制指令并接收各控制器反馈的信息，进而实现对所述各部件的控制。在整车控制器的控制下，发动机可按停机、运行等2种方式工作，次电机可按停机/空转、发电、电动等3种方式工作，主电机也可按停机/空转、发电、电动等3种方式工作，次离合器和主离合器也均有结合、分离等2种工作状态，具有怠速停机/发动机快速起动、纯电驱动、纯发动机驱动、并联混合驱动、再生制动能量回馈、串联混合驱动、混合式行车充电混合驱动、停车充电等运行模式。在车辆停止过程中，可通过使发动机停机实现车辆怠速停机，避免了现有内燃机汽车此时怠速运行的油耗和尾气排放。如此时动力电池电量低，根据动力电池充电要求，结合使从发动机到动力电池效率最高的目标，亦可通过使发动机输出动力，次离合器处于分离状态、次电机按发电方式工作向动力电池充电实现第一种停车充电方式，或主离合器处于分离状态、次电机和主电机均按发电方式工作向动力电池充电实现第二种停车充电方式。在车辆起步过程中，可使次离合器处于分离状态、主电机单独提供车辆起步加速的动力，次电机按电动方式工作同时拖转发动机。在车辆需要起步时，也可使次离合器结合，由次电机和主电机共同提供车辆起步加速的动力，并拖转发动机。发动机被拖转到一定转速后开始喷油工作，避免现有车辆发动机起动过程造成的燃油消耗与尾气有害排放。在车辆驱动过程中，驱动车辆的动力可由发动机单独全部提供实现纯发动机驱动方式，使发动机工作在高效率区，获得较高的整车燃油经济性和较低的尾气有害排放，且可确保将通过制动回馈能量和行车发电优化发动机效率而对动力电池的充电电能充分高效的利用。也可由发动机提供驱动车辆的部分动力，由次电机提供其中的部分动力实现第一种并联混合驱动方式，或由主电机提供其中的部分动力实现第二种并联混合驱动方式，或由次电机和主电机共同提供其中的部分动力实现第三种并联混合驱动方式，避免发动机瞬态工况引起的燃油经济性损失-->与尾气有害排放的增加，且提高整车加速动力性。驱动车辆的动力亦可由次电机、主电机单独或共同全部提供实现纯电驱动方式，实现零排放，避免发动机低负荷、低效率运行，此时次离合器处于分离状态，避免倒拖发动机引起的能量损失。在驱动车辆的过程中，还可使次电机或主电机中的一个电机按发电方式工作向另一电机或动力电池提供电能，另一电机按电动方式工作与发动机共同提供驱动车辆的动力，实现混合式行车充电驱动方式，优化发动机运行点使整车驱动的综合效率最高，实现动力电池电量的平衡控制。对于一些对排放要求特别高的场合，还可通过使次离合器处于分离状态，发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串并联混联式混合动力系统，包括发动机（１）、次电机（２）、次离合器（３）、主电机（４）、主离合器（５）、变速箱（６）、电机驱动控制器（７）、高压电安全控制器（８）、动力电池（９）、动力电池管理器（１０）、辅助电池（１１）、直流变换器（１２），整车控制器（１３）、混动总成输出轴（１４）、发动机控制器（１８），其特征在于：发动机（１）的输出端与次电机（２）的转子相连，次电机（２）的转子与次离合器（３）的输入端相连，次离合器（３）的输出轴与主电机（４）的转子相连，主电机（４）的转子与主离合器（５）的输入端相连，主离合器（５）的输出轴与变速箱（６）的输入轴相连，动力电池（９）通过动力电池管理器（１０）和高压电安全控制器（８）通过电机驱动控制器（７）与主电机（４）和次电机（２）相连，动力电池（９）还通过电池管理器（１２）、高压电安全控制器（８）、直流变换器（１２）与辅助电池（１１）相连，整车控制器（１３）通过通讯系统与发动机控制器（１８）、电机驱动控制器（７）、动力电池管理器（１０）、高压电安全控制器（８）、直流变换器（１２）相连。

【技术特征摘要】
1、一种串并联混联式混合动力系统，包括发动机(1)、次电机(2)、次离合器(3)、主电机(4)、主离合器(5)、变速箱(6)、电机驱动控制器(7)、高压电安全控制器(8)、动力电池(9)、动力电池管理器(10)、辅助电池(11)、直流变换器(12)，整车控制器(13)、混动总成输出轴(14)、发动机控制器(18)，其特征在于：发动机(1)的输出端与次电机(2)的转子相连，次电机(2)的转子与次离合器(3)的输入端相连，次离合器(3)的输出轴与主电机(4)的转子相连，主电机(4)的转子与主离合器(5)的输入端相连，主离合器(5)的输出轴与变速箱(6)的输入轴相连，动力电池(9)通过动力电池管理器(10)和高压电安全控制器(8)通过电机驱动控制器(7)与主...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，冒晓建，卓斌，唐航波，陈自强，王俊席，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]