CN102582454A - 一种增程式纯电动汽车驱动总成 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增程式纯电动汽车驱动总成，包括储能单元、主驱动单元和增程驱动单元；储能单元包括蓄电装置和逆变器；主驱动单元包括主驱动电机、第一电机控制器、第一传动轴、第一齿轮和行星齿轮机构，增程驱动单元包括发动机、辅助电机、第二电机控制器、第二传动轴、第一离合器、第二齿轮和第二离合器，第二齿轮和第一齿轮外啮合。本增程式纯电动汽车驱动总成，其具备纯电动行驶模式、增程行驶模式、停车充电模式和制动能量回收模式等多种工作模式，可在无动力中断情况下选择不同的工作模式，满足不同工况下的驱动需求，并可增加续驶里程；可减小单台电机的负荷，两台电机可独立工作，工作可靠性好；具有制动能量回收功能，能源利用效率高。

Description

一种增程式纯电动汽车驱动总成
技术领域
本发明涉及一种电动汽车，特别涉及一种电动汽车驱动总成。
背景技术
纯电动汽车存在电池制造成本偏高、电池单位质量能量密度低、续驶里程受自重的限制而偏短、充电不方便、故障率高导致安全隐患等问题。
现有技术中，增程式电动汽车可以综合纯电动汽车和传统汽车的优点，可以较好的解决纯电动汽车存在的缺点，是电动汽车发展的主流方向之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种增程式纯电动汽车驱动总成，其具有行驶里程长、充电方便、能量利用率高、安全可靠性高等优点，可解决现有纯电动汽车存在的缺点。本发明的具体方案为：
本发明一种增程式纯电动汽车驱动总成，包括储能单元、主驱动单元和增程驱动单元；
所述储能单元包括蓄电装置和与蓄电装置电连接的逆变器；
所述主驱动单元包括主驱动电机、第一电机控制器、第一传动轴和由太阳轮、行星轮、齿圈、行星架组成的行星齿轮机构，第一传动轴上设置有第一锁止器；主驱动电机和第一传动轴传动配合，第一传动轴和太阳轮同轴固定连接，齿圈外套于第一传动轴并与其转动配合，所述行星架为动力输出端；所述第一传动轴上还设置有与其同轴固定连接的第一齿轮，第一电机控制器分别与逆变器和主驱动电机电连接；
所述增程驱动单元包括发动机、辅助电机、第二电机控制器、与第一传动轴平行设置的第二传动轴、连接发动机的动力输出轴和第二传动轴的第一离合器、外套于第二传动轴并与其转动配合的第二齿轮、以及连接第二传动轴和第二齿轮的第二离合器，第二传动轴为辅助电机的转子，第二齿轮和第一齿轮外啮合；第二电机控制器分别与逆变器和辅助电机电连接。
进一步，所述增程驱动单元还包括第三传动轴、连接第二传动轴和第三传动轴的第三离合器、用于锁止第三传动轴的第二锁止器和同轴固定设置于第三转动轴上的第三齿轮，所述第三齿轮和齿圈外啮合；
进一步，所述储能单元还包括和蓄电装置电连接的充电器。
本发明的有益效果：
1、本发明增程式纯电动汽车驱动总成，其具备纯电动行驶模式、增程行驶模式、停车充电模式和制动能量回收模式等多种工作模式，可在无动力中断情况下选择不同的工作模式，可省去变速器实现无级变速，满足不同工况下的驱动需求，并增加续驶里程。
2、本发明增程式纯电动汽车驱动总成，可根据实际需求合理让两台电机以不同模式驱动车辆，减小单台电机的负荷，提高用能源利用效率，减少用电量，增加续驶里程；两台电机独立工作，互不影响，提高了纯电动驱动模式下的工作可靠性。
3、本发明增程式纯电动汽车驱动总成，可通过辅助电机对发动机进行调速，使发动机在最佳效率区工作，可节约能源；且发动机可驱动辅助电机发电，充电方便。
4、本发明增程式纯电动汽车驱动总成，具有三种不同的制动能量回收方式，可根据不同的制动情况，最大限度的回收制动能量，提高能量利用率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明增程式纯电动汽车驱动总成的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明增程式纯电动汽车驱动总成的结构示意图。
如图所示，本实施例增程式纯电动汽车驱动总成，包括储能单元、主驱动单元和增程驱动单元；
所述储能单元包括蓄电装置1和与蓄电装置1电连接的逆变器2；
所述主驱动单元包括主驱动电机3、第一电机控制器4、第一传动轴5和由太阳轮6、行星轮7、齿圈8、行星架9组成的行星齿轮机构，第一传动轴5上设置有第一锁止器10；主驱动电机3和第一传动轴5传动配合，第一传动轴5和太阳轮6同轴固定连接，齿圈8外套于第一传动轴5并与其转动配合，所述行星架9为动力输出端；所述第一传动轴5上还设置有与其同轴固定连接的第一齿轮11，第一电机控制器4分别与逆变器2和主驱动电机3电连接；在具体实施中，主驱动电机3和第一传动轴5可通过联轴器连接实现传动配合，或者主驱动电机3和第一传动轴5也可通过齿轮实现传动配合；
所述增程驱动单元包括发动机12、辅助电机13、第二第一电机控制器4、与第一传动轴5平行设置的第二传动轴15、连接发动机12的动力输出轴和第二传动轴15的第一离合器16、外套于第二传动轴15并与其转动配合的第二齿轮17、以及连接第二传动轴15和第二齿轮17的第二离合器18，第二传动轴15为辅助电机13的转子，第二齿轮17和第一齿轮11外啮合；第二第一电机控制器4分别与逆变器2和辅助电机13电连接。
本增程式纯电动汽车驱动总成具备纯电动行驶模式、增程行驶模式、停车充电模式和制动能量回收模式等多种工作模式，可在无动力中断情况下选择不同的工作模式，可省去变速器实现无级变速，满足不同工况下的驱动需求。
本发明增程式纯电动汽车驱动总成，还可根据实际需求合理让两台电机以不同模式驱动车辆，减小单台电机的负荷，提高用能源利用效率，减少用电量，增加续驶里程；两台电机独立工作，互不影响，提高了纯电动驱动模式下的工作可靠性。
本发明增程式纯电动汽车驱动总成，还可通过辅助电机对发动机进行调速，使发动机在最佳效率区工作，可节约能源；且发动机可驱动辅助电机发电，充电方便。
本发明增程式纯电动汽车驱动总成，还具有三种不同的制动能量回收方式，可根据不同的制动情况，最大限度的回收制动能量，提高能量利用率。
作为对本实施方案的改进，所述增程驱动单元还包括第三传动轴19、连接第二传动轴15和第三传动轴19的第三离合器20、用于锁止第三传动轴19的第二锁止器21和同轴固定设置于第三转动轴19上的第三齿轮22，所述第三齿轮22和齿圈8外啮合。本结构使辅助电机13输出的动能可依次通过第三齿轮22、齿圈8、行星轮7和行星架9输出，使主驱动单元和增程驱动单元实现转速耦合，有利于减小单个电机工作负荷。
作为对本实施方案的改进，所述储能单元还包括和蓄电装置1电连接的充电器23，本结构可使储能单元充电更方便。
下面结合附图对本增程式纯电动汽车驱动总成的工作模式进行详细阐述。
1、纯电动运行模式：
第一种工作形式，主驱动电机3单独驱动。当车辆起步或者中低车速运行时，发动机12关闭，辅助电机13关闭，第一离合器16、第二离合器18、第三离合器20分离，第二锁止器21锁止，第一锁止器10分离，蓄电装置1输出能量，第一电机控制器4控制主驱动电机3工作在电动模式下，主驱动电机3输出动力依次经行星齿轮机构的太阳轮6、行星轮7和行星架9输出给驱动轮驱动车辆行驶。
第二种工作形式，辅助电机13单独驱动。当车辆起步或者中低车速运行时，发动机12关闭，第一离合器16、第二离合器18分离，第三离合器20结合，第二锁止器21分离，第一锁止器10结合，主驱动电机3关闭，蓄电装置1输出能量，第二电机控制器14控制辅助电机13工作在电动模式下，辅助电机13输出的动力依次经过第三齿轮22、齿圈8、行星轮7和行星架9传递到车辆行驶机构。
第三种工作形式，主驱动电机3驱动，辅助电机13发电。当车辆在纯电动驱动模式下需频繁变换工况时，发动机12关闭，第一离合器16、第三离合器20分离，第二离合器18结合，第二锁止器21锁止，第一锁止器10分离，蓄电装置1输出能量，第一电机控制器4控制主驱动电机3工作在电动模式下，主驱动电机3输出的一部分动力经行星齿轮机构的太阳轮6、行星轮7和行星架9传递给驱动轮驱动车辆行驶，同时主驱动电机3输出的另一部分动力依次经第一齿轮11、第二齿轮17和第二离合器18传递到第二传动轴15，驱动辅助电机13发电，辅助电机13产生的电能输入到蓄电装置1中储存。 
第四种工作形式，双电机联合驱动（转矩耦合）。当车辆爬坡或者高性能加速运行时，发动机12关闭，第一离合器16和第三离合器20分离，第二离合器18结合，第二锁止器21锁止，蓄电装置1输出能量，第二电机控制器14和第一电机控制器4分别控制辅助电机13和主驱动电机3工作在电动模式下，辅助电机13输出的动力经过第二离合器18和第二齿轮17后传递到第一齿轮11，并与主驱动电机3输出的动力进行转矩耦合，动力依次经过太阳轮6、行星轮7和行星架9传递给驱动轮驱动车辆行驶。
第五种工作形式，双电机联合驱动（转速耦合）。当车辆高速行驶时，发动机12关闭，第一离合器16和第二离合器18分离，第三离合器20结合，第二锁止器21和第一锁止器10分离，蓄电装置1输出能量，第二电机控制器14和第一电机控制器4分别控制辅助电机13和主驱动电机3工作在电动模式下，辅助电机13输出的动力依次经过第三离合器20、第三齿轮22和齿圈8传递到行星轮7，同时主驱动电机3输出的动力经太阳轮6 也传递到行星轮7并与辅助电机13输出的动力实现转速耦合，耦合后的动力再经行星架9传递给驱动轮驱动车辆行驶。
增程运行模式：
第一种工作形式，主驱动电机3驱动，发动机带动辅助电机13发电。当车辆中低车速运行时，发动机12开启，第一离合器16结合，第二离合器18和第三离合器20分离，第二锁止器21锁止，第一锁止器10分离，第二电机控制器14控制辅助电机13工作在发电模式下，发动机12带动辅助电机13发电，辅助电机13产生的电能一部分通过逆变器12供给主驱动电机3，剩余部分电能通过逆变器12输入蓄电装置1储存，第一电机控制器4控制主驱动电机3工作在电动模式下，主驱动电机3输出的动力依次经过行星齿轮机构的太阳轮6、行星轮7和行星架9传递给驱动轮驱动车辆行驶。
第二种工作形式，主驱动电机3和发动机12联合驱动，辅助电机13发电调速（转矩耦合）。当车辆爬坡或者高性能加速运行时，发动机12开启，第一离合器16和第二离合器18结合，第三离合器20分离，第二锁止器21锁止，第一锁止器10分离，第二电机控制器14控制辅助电机13工作在发电模式下，发动机12的一部分动力带动辅助电机13发电，辅助电机13发出的电能通过第二电机控制器14储存到蓄电装置1中（实现对发动机的调速），发动机12的另一部分动力依次经第二离合器18和第二齿轮17传递到第一齿轮11与主驱动电机3输出的动力进行转矩耦合，耦合后的动力经过行星齿轮机构的太阳轮6、行星轮7和行星架9传递给驱动轮驱动车辆行驶。
第三种工作形式，主驱动电机3和发动机12联合驱动，辅助电机13发电调速（转速耦合）。当车辆高速运行时，发动机12开启，第一离合器16和第三离合器20结合，第二离合器18分离，第二锁止器21和第一锁止器10分离，发动机12输出的一部分动力带动辅助电机13发电，辅助电机13发出的电能通过第二电机控制器14储存到蓄电装置1中（实现对发动机的调速），发动机12输出的另一部分动力经第三齿轮22和齿圈8传递到行星轮7，与主驱动电机3输出的动力进行转速耦合，耦合后的动力经行星架9传递给驱动轮驱动车辆行驶。
停车发电模式：
增程式纯电动汽车处于静止状态时，主驱动电机停止，第一离合器16结合，第二离合器18和第三离合器20分离，发动机12驱动辅助电机13发电，产生电能输入蓄电装置1储存起来。
制动能量回收模式：
第一种工作形式，辅助电机13单独发电：发动机12关闭，第一离合器16、第二离合器18分离，第三离合器20结合，第二锁止器21分离，第一锁止器10结合，第二电机控制器14 控制辅助电机13 工作于发电模式，车辆惯性转矩经驱动轮 、行星架9 、行星轮7、齿圈8 、第三齿轮22 、第三离合器20 拖动第二传动轴15旋转，第二电机控制器14按照整车再生制动控制逻辑控制辅助电机13的发电量，辅助电机13发出的电能输入蓄电装置1储存。
第二种工作形式，主驱动电机3单独发电：发动机12关闭，第一离合器16、第二离合器18和第三离合器20分离，第二锁止器21锁止，第一锁止器10分离，第一电机控制器4 控制主驱动电机3工作于发电模式，车辆惯性转矩经驱动轮 、行星架9 、行星轮7、太阳轮6和第一传动轴5传递到主驱动电机3的转子，第一电机控制器4按照整车再生制动控制逻辑控制主驱动电机3的发电量，主驱动电机3发出的电能输出蓄电装置1储存。
第三种工作形式，双电机联合发电（一）：发动机12关闭，第一离合器16、第三离合器20分离，第二离合器18结合，第二锁止器21锁止，第一锁止器10分离，第一电机控制器4和第二电机控制器14分别控制主驱动电机3和辅助电机13工作在发电模式下，车辆一部分惯性动能经驱动轮 、行星架9 、太阳轮6拖动主驱动电机3旋转，第一电机控制器4按照整车再生制动控制逻辑控制主驱动电机3的发电量，主驱动电机3发出的电能输入蓄电装置1储存；同时车辆的另一部分惯性动能依次经驱动轮 、行星架9 、太阳轮6 、第一齿轮11、第二齿轮17、第二离合器18传递到第二传动轴15，拖动辅助电机13发电，第二电机控制器14按照整车再生制动控制逻辑控制辅助电机13的发电量，辅助电机13发出的电能输入蓄电装置1储存。
第四种工作形式，双电机联合发电（二）：发动机12关闭，第一离合器16、第二离合器18分离，第三离合器20结合，第二锁止器21、第一锁止器10分离，第一电机控制器4和第二电机控制器14分别控制主驱动电机3和辅助电机13工作在发电模式下；车辆一部分惯性动能经驱动轮 、行星架9 、太阳轮6和第一传动轴5传递到主驱动电机3的转子，以拖动主驱动电机3发电，第一电机控制器4按照整车再生制动控制逻辑控制主驱动电机3的发电量，主驱动电机3发出的电能输入蓄电装置1储存；同时车辆另一部分惯性动能依次经驱动轮 、行星架9 、行星轮7、齿圈8、第三齿轮22、第三传动轴19和第三离合器20传递到第二传动轴15，拖动辅助电机13发电，第二电机控制器14按照整车再生制动控制逻辑控制辅助电机13发电量，辅助电机13发出的电能输入蓄电装置1储存。
本增程式纯电动汽车驱动总成的储能单元还可通过充电器23与外接电源连接，直接为蓄电装置1充电，充电方便。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种增程式纯电动汽车驱动总成，其特征在于：包括储能单元、主驱动单元和增程驱动单元；
所述储能单元包括蓄电装置和与蓄电装置电连接的逆变器；
所述主驱动单元包括主驱动电机、第一电机控制器、第一传动轴和由太阳轮、行星轮、齿圈、行星架组成的行星齿轮机构，第一传动轴上设置有第一锁止器；主驱动电机和第一传动轴传动配合，第一传动轴和太阳轮同轴固定连接，齿圈外套于第一传动轴并与其转动配合，所述行星架为动力输出端；所述第一传动轴上还设置有与其同轴固定连接的第一齿轮，第一电机控制器分别与逆变器和主驱动电机电连接；
所述增程驱动单元包括发动机、辅助电机、第二电机控制器、与第一传动轴平行设置的第二传动轴、连接发动机的动力输出轴和第二传动轴的第一离合器、外套于第二传动轴并与其转动配合的第二齿轮、以及连接第二传动轴和第二齿轮的第二离合器，第二传动轴为辅助电机的转子，第二齿轮和第一齿轮外啮合；第二电机控制器分别与逆变器和辅助电机电连接。
2.根据权利要求1所述的增程式纯电动汽车驱动总成，其特征在于：所述增程驱动单元还包括第三传动轴、连接第二传动轴和第三传动轴的第三离合器、用于锁止第三传动轴的第二锁止器和同轴固定设置于第三转动轴上的第三齿轮，所述第三齿轮和齿圈外啮合。
3.根据权利要求1所述的增程式纯电动汽车驱动总成，其特征在于：所述储能单元还包括和蓄电装置电连接的充电器。
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