CN106143174B - 一种电动汽车动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车动力装置，该装置适用于电动汽车的驱动。其技术方案：主驱动电机输出轴一端依次通过联轴器(3)与差速器(4)与电磁滑差离合器输出轴固接；主驱动电机控制器(21)控制所述主驱动电机的操作；加速踏板(11)向主驱动电机控制器提供操作信号；电磁滑差离合器(5)具有输入轴和输出轴；还设有电流传感器(15)、电流传感器控制器(31)、电磁滑差离合器控制器(32)、辅助驱动电机(6)、升速齿轮箱(7)、辅助驱动电机控制器(22)、飞轮(8)、测速传感器(801)、测速传感器控制器(33)。采用上述技术方案后，提高动力装置传动效果，降低电池组倍率放电的倍数，延长电池组的使用寿命。

Description

一种电动汽车动力装置

技术领域

本发明涉及一种电动汽车动力装置。该装置采用组合使用双电动机、飞轮和电磁滑差离合器结构，有效改善电动汽车的动力输送效果，适用于电动汽车的驱动。

背景技术

随着汽车工业的高速发展，各类新能源汽车不断涌现，如纯电动汽车。纯电动汽车使用的电池组倍率放电是一个难题，其严重影响电动汽车的动力输出效果和电池组寿命。

为提高电池组实际工况寿命，有人提出在串联电池组间并联一组超级电容效果。如中国专利公开号CN1833908A公开一种混合动力型车辆，其采用了电池和具有大电容量的电容器。但是超级电容的价格高昂，一组与串联电池组相匹配的超级电容，其价格等于或大于一组锂离子动力电池的价格，其不经济。

为方便制动和回收制动能，如中国专利公开号CN102781711A公开电动车辆及其控制方法，其具有电动发电机、包括蓄电装置的直流电源以及马达控制部。电动发电机构成为能够在该电机发电机和与驱动轮联结的驱动轴之间相互传递转矩。如此，能够通过电动发电机产生减速转矩伴有再生发电。该方法在实际运行中发现，刹车制动时间短，由机械动能带动发电机转换成电能产生充电电流大。如此，电能转换成化学能储能的过程，回馈储能的回馈效率非常有限；且瞬间大电流回馈充电，对电池组的伤害严重，大大缩短电池组使用寿命。

另，发明人在本申请之前提出过一种电动汽车的动力装置，中国专利公告号CN203727160U，其通过空气-电力的混合动力驱动结构，降低电池组的工作负担，该结构需要额外的空气结构组件。

现有电动汽车的刹车制动需要使用真空负压泵，真空负压泵成本高、噪音大、能耗大、寿命短、工作效率低，使用时间稍长，真空泵的真空度下降，达不到真空助力泵的真空度，会造成刹车制动效果差，严重时甚至出现刹车制动失灵。

根据国家十城千辆电动汽车运行情况反馈信息，电池组的使用效率和充放电循环寿命很低，驱动电机的效率下降严重，导致一年使用基本能用，二年效率明显下降，续行距离大大缩短不能正常使用，三年基本不能用，甚至电池组完全失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供电动汽车动力装置，其目的在于：综合运用双电动机、飞轮和电磁滑差离合器结构，提高动力装置传动效果，降低电池组倍率放电的倍数，延长电池组的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动汽车动力装置，其包括有：

主驱动电机，所述主驱动电机输出轴一端依次通过联轴器与差速器与电磁滑差离合器输出轴固接；

主电池组，所述主电池组通过主驱动电机控制器向所述主驱动电机提供电力；

主驱动电机控制器，所述主驱动电机控制器控制所述主驱动电机的操作；

加速踏板，所述加速踏板向主驱动电机控制器提供操作信号；

电磁滑差离合器，所述电磁滑差离合器具有输入轴和输出轴；

其中：

还设有电流传感器、电流传感器控制器、电磁滑差离合器控制器、辅助驱动电机、升速齿轮箱、辅助驱动电机控制器、飞轮、测速传感器、测速传感器控制器；

辅助驱动电机，所述辅助驱动电机输出轴一端与所述电磁滑差离合器输入轴同轴固接，所述辅助驱动电机输出轴另一端与所述升速齿轮箱的动力输入轴固接；

升速齿轮箱，所述升速齿轮箱具有动力输入轴和动力输出轴；

飞轮,飞轮与所述升速齿轮箱的动力输出轴固接；

辅助驱动电机控制器，所述辅助驱动电机控制器控制所述辅助驱动电机的操作；所述主电池组通过辅助驱动电机控制器向所述辅助驱动电机提供电力；

电流传感器，所述电流传感器检测所述主电池组的输出电流；

电磁滑差离合器控制器，所述电磁滑差离合器控制器分别依据所述电流传感器的检测信号、刹车信号、倒车信号控制所述电磁滑差离合器；

电流传感器控制器，所述电流传感器控制器依据所述电流传感器的检测信号控制电磁滑差离合器控制器；

测速传感器，所述测速传感器检测所述飞轮的转速；

测速传感器控制器,所述测速传感器控制器依据所述测速传感器的检测信号控制辅助驱动电机控制器。

进一步，还设有真空负压发生器和离心风扇叶轮，离心风扇叶轮置于真空负压发生器内，且离心风扇叶轮与所述飞轮同轴固接，真空负压发生器上设有可调空气滤清器、进气口和出风口。

更进一步，所述出风口朝向所述辅助驱动电机方向。

进一步，所述电流传感器是霍尔电流传感器。

进一步，所述测速传感器是霍尔测速传感器。

进一步，所述电磁滑差离合器是电磁磁粉离合器。

采用上述技术方案后的有益效果：

1、综合运用辅助驱动电机预备储能、刹车制动能量回馈储能，辅助驱动电机和主驱动电机分别轮流工作，降低电动汽车电池组的倍率放电，减小了放电电流，降低了电池组的温升，实现飞轮储能-辅助驱动电机-主驱动电机的混合动力驱动，提高动力装置传动效果。

2、在电动汽车起步、加速、爬坡时，辅助电机+飞轮储能的动力依据电池组放电电流适时通过电磁滑差离合器的滑差功率和主驱动电机形成合力，提高电动汽车的加速性，降低电池组的放电电流减少或避免实际工况使用中电池组的倍率放电现象，降低了电池组的温升，延长电池寿命；避免了驱动电机经常工作在峰值功率，降低了电机的温升，提高了驱动电机的效率，同时有效延长电动汽车的续行距离。

3、电动汽车加速时，各转动轴通过电磁滑差离合器的滑差功率连接，实现辅助电机、飞轮储能、主驱动电机合力输出能量，汽车加速性能佳。只需控制电磁滑差离合器控制器对电磁滑差离合器的励磁电流，就能立即有效提高电动汽车的加速性能。

4、电动汽车刹车时，刹车制动能量的回馈直接通过传动轴以旋转飞轮形式储存，避免，减少主电池组的短时间、高流量反复充电，延长主电池组的使用寿命，减少能量损耗。

5、现有技术中，电动汽车需要使用部分负压设备，如刹车***。为提供负压，现有技术一般额外采用真空泵并单独配套相应的电路***。运用本发明后，离心风扇叶轮运用飞轮的高速旋转产生高速气流，直接在真空发生器内产生一定的负压，负压设备使用时，只需要通过管路直接连接真空发生器上的进气口，成本低廉，维护简单，可靠性强。另，真空发生器的出风口能直接向外部运动部件，如主电机、辅助电机，提供冷却风量，避免额外的冷却风扇设计，结构紧凑。

附图说明

图1为本发明结构和控制电路图。

图中：1、主驱动电机输出轴，2、主驱动电机，3、联轴器，4、差速器，5、电磁滑差离合器，6、辅助驱动电机，601、辅助驱动电机输出轴，7、升速齿轮箱，8、飞轮，801、测速传感器，9、真空发生器，901、可调式空气滤清器，902、真空负压管，903、出风口，10、离心风扇叶轮，11、加速踏板，12、倒车信号，13、刹车信号，14、主电池组，15、电流传感器，16、辅助电源，21、主驱动电机控制器，22、辅助驱动电机控制器，31、电流传感器控制器，32、电磁滑差离合器控制器，33、测速传感器控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细地说明。

电磁滑差离合器，其是有输入轴和输出轴合并而成。在输入轴和输出轴之间的空间，填有粒状的磁粉。当电磁线圈不通电时，转矩不会从转动轴传于从动轴，但如将电磁线圈通电，就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现象，在连续滑动之间会把转矩传达。传达转矩和励磁电流成正比例，可实现高精度的控制；超强的超合金磁粉，耐热、耐磨耗、耐氧化耐腐蚀，寿命长。磁粉粉粒相互之间的结合力稳定，滑动转矩非常稳定，连续滑动功率大，无冲击的圆滑连结，加速性稳定及不发生冲击的尖峰转矩，阻力转矩极小，不会引起无用的发热量。磁粉离合器具有轻量、免保养，寿命长，适合高频运转，快速分离与结合，不会引起震动。

实施例一

如图1所示，一种电动汽车动力装置，其包括有主动力源部分、辅助动力源部分和飞轮储能部分。

主动力源部分，其包括有主驱动电机2、主驱动电机控制器21、加速踏板11和主电池组14，主电池组通过主驱动电机控制器21向所述主驱动电机提供电力，加速踏板11向主驱动电机控制器21提供操作信号，主驱动电机控制器21控制主驱动电机2。

辅助动力源部分，其包括有辅助驱动电机6、辅助驱动电机控制器22、电流传感器15、电流传感器控制器31、电磁滑差离合器控制器32，主电池组14通过辅助驱动电机控制器22向辅助驱动电机6提供电力；电流传感器15检测前述主电池组14的输出电流，并分别向辅助驱动电机控制器22、电流传感器控制器31传递检测信号；辅助驱动电机控制器22依据电流传感器的检测信号控制辅助驱动电机6；电流传感器控制器31依据电流传感器的检测信号控制电磁滑差离合器控制器32，电磁滑差离合器控制器32分别依据电流传感器控制器31、刹车信号13、倒车信号12控制电磁滑差离合器5。

飞轮储能部分，其包括有飞轮8、测速传感器801和测速传感器控制器33，测速传感器33检测飞轮8的转速，测速传感器控制器33依据测速传感器的检测信号控制辅助驱动电机控制器22。

主动力源和辅助动力源之间依次通过联轴器3、差速器4、电磁滑差离合器5连接，即：主驱动电机输出轴1一端依次通过联轴器3与差速器4与电磁滑差离合器输出轴固接，辅助驱动电机输出轴601一端与电磁滑差离合器输入轴固接。

辅助动力源部分和飞轮储能部分之间通过升速齿轮箱7连接，即：所述升速齿轮箱7具有动力输入轴和动力输出轴，辅助驱动电机输出轴601另一端与升速齿轮箱的动力输入轴固接，飞轮8与升速齿轮箱动力的输出轴固接。

电流传感器控制器31、电磁滑差离合器控制器32和测速传感器控制器33均能够但不限于由辅助电源16提供电力，辅助电源16能够但不限于12V/24V低压电池。

上述电流传感器15优选霍尔电流传感器。上述测速传感器801优选霍尔测速传感器。上述电磁滑差离合器5优选电磁磁粉离合器。

其具体工作过程如下：

车辆起步前，辅助驱动电机通过升速齿轮箱带动飞轮高速旋转，如飞轮转速达到10000转以上，使飞轮达到一定的能量储备，此时辅助电机工作在额定功率以下，电池组的放电率在0.2C以内，然后逐步电流下降约几秒钟后，飞轮达到设定的功率转速后，由测速控制器控制辅助驱动电机停止工作，需要随车调整设置。此时电磁滑差离合器完全处于分离状态，辅助驱动电机在飞轮储备能量的惯性下处于无动力输出自由旋转状态。同时真空发生器中的离心风扇叶轮在飞轮的带动下高速旋转，产生真空负压为刹车真空助力泵提供真空负压。

车辆起步时随着踩下加速踏板，主驱动电机开始工作，随着车辆的不断加速，主电池组放电电流达到或接近设定电流≥0.5～0.8C时，由电流传感器最终控制电磁滑差离合器电磁线圈励磁电流的大小，使电磁滑差离合器结合已充分储能的飞轮无缝调速与主驱动电机同步工作，这时主电池组工作电流会回降到设定电流0.5～0.8C之间，之后主电池组工作电流始终设定电流范围以内。电流传感器控制电路始终控制着电磁滑差离合器电磁线圈的励磁电流的大小，使飞轮储能的功率平衡配合主驱动电机始终工作在设定的额定功率以内。

如果继续加大加速踏板或瞬间突然加速、超载或爬长坡，辅助驱动电机在电流传感器控制电路设定的电流＞0.8C时参与工作，这时输出能力方式为主驱动电机、辅助电机和储能飞轮，主电池组放电电流控制在最大不超过0.8～1C之间。如果驾驶员经常注意加速踏板适时收放，主电池组的工作电流可以保持在0.5C以下。

当刹车制动时，能量回馈。电磁滑差离合器控制器控制电磁滑差离合器电磁线圈最大励磁电流无滑差，通过升速齿轮箱提速到储能飞轮，进行最大能量回馈储能，能量回馈的效率将大大超过通过驱动电机发电向电池组充电的化学能回馈效率3倍以上。当经常多次刹车制动或下长坡，储能飞轮的储能能量达到设定转速，储能能量饱和时，测速传感器控制辅助驱动电机控制器，这时储能飞轮将带动辅助驱动电机，向车用电池组充电，以备下次刹车制动能量飞轮能继续接受回馈储能的能力。提高刹车制动能量的回馈利用，提升刹车制动能量回馈效率。

对于电动汽车的使用而言，当车辆未起步或挂入倒档时，电磁滑差离合器始终保持分离状态。当车辆加速前进时，当主电池组放电电流大于电流传感器设定的电流值时，电磁滑差离合器开始工作，电磁线圈的励磁电流的大小控制传动扭矩的大小，电流传感器通过电流越大，电磁线圈的励磁电流也将越大，传动的扭矩也将越大。当车辆刹车制动时，电磁滑差离合器完全处于结合状态，以最大效率传递机械动力。起到车辆快速减速及飞轮快速储能的作用。

以上***配置将大大提高车辆性能，大大提高电池组的使用寿命，更将大大提高车辆的续行里程，约可延长续行里程30％以上。

其具体效果：

1、现在匹配的主驱动电机功率为原车驱动电机的电机功率的0.6～0.7左右，辅助电机的功率为0.1左右，主驱动电机和辅助电机总功率为原车驱动电机功率的0.8，降低了20％的电机功率。

2、完全取消原车辆***中的刹车制动能量回馈***，解决了原车刹车制动能量回馈时对电池组大电流充电的极大伤害，延长了电池组的使用寿命。

3、减小DC/DC高压电池组向低压电池组充电的变换器功率；

4、、彻底解决了后桥差速器齿轮由于原车驱动电机功率配置较大而经常损坏打齿的弊病。

5、由于辅助电机、飞轮储能和主驱动电机之间的协调工作和刹车制动时的能量回收，车辆的续驶里程明显提高。

6、飞轮预备储能及制动回馈储能，通过电磁滑差离合器与主驱动电机配合工作的优点在于能很好的适应配合满足电动汽车的各种工况要求；无论车辆的加速性和乘坐的舒适性都有明显的提高。

实施例二

如图1所示，实施例二是在实施例一基础上的进一步改进，其主要增加真空负压发生器9和离心风扇叶轮10。真空负压发生器9上设有可调空气滤清器901、进气口902和出风口903。离心风扇叶轮置于真空负压发生器9内，且离心风扇叶轮与所述飞轮同轴固接。出风口903优选朝向所述辅助驱动电机方向。

运用本方案后，能取消现有技术中电动汽车配置的直流真空泵，提高了低压电池组的使用寿命。

现有技术中，电动汽车需要使用部分负压设备，如刹车***。为提供负压，现有技术一般额外采用真空泵并单独配套相应的电路***。运用本发明后，离心风扇叶轮运用飞轮的高速旋转产生高速气流，直接在真空发生器进气口产生一定的负压，负压设备使用时，只需要通过管路直接连接真空发生器上的进气口，成本低廉，维护简单，可靠性强。另，真空发生器的出风口能直接向外部运动部件，如主电机、辅助电机，提供冷却风量，避免额外的冷却风扇设计，结构紧凑。

为方便普通技术人员理解，霍尔测速传感器和测速传感器控制器能够但不限于采用RC51步进电机控制器，该控制器自带霍尔测速传感器。当转速低于某个点或高于某个点可以报警输出，该报警点能依据需要具体设置，并最终控制飞轮始终保持在一定转速范围内。

RC51步进电机控制器能够但不限于以下规格：

工作电压：DC 8～24V或AC 6～18V；

测速范围：99999转/分～3.8转/分；

输出电流：20mA，供传感器用；

误差范围：±0.5‰～±1.5‰转/分钟；

磁铁尺寸：Φ6×3，单位：mm；

工作温度：-10℃～60℃，相对湿度80％以下。

为方便普通技术人员理解，电流传感器能够但不限于采用龙戈电子WCS1800系列过流检测传感器，其具有过流/短路保护检测模块。

本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种电动汽车动力装置，其包括有：

主驱动电机(2)，所述主驱动电机输出轴一端依次通过联轴器(3)、差速器(4)与电磁滑差离合器输出轴固接；

主电池组(14)，所述主电池组通过主驱动电机控制器(21)向所述主驱动电机提供电力；

主驱动电机控制器(21)，所述主驱动电机控制器控制所述主驱动电机(2)的操作；

加速踏板(11)，所述加速踏板向主驱动电机控制器提供操作信号；

电磁滑差离合器(5)，所述电磁滑差离合器具有输入轴和输出轴；

其特征在于：

还设有电流传感器(15)、电流传感器控制器(31)、电磁滑差离合器控制器(32)、辅助驱动电机(6)、升速齿轮箱(7)、辅助驱动电机控制器(22)、飞轮(8)、测速传感器(801)、测速传感器控制器(33)；

辅助驱动电机(6)，所述辅助驱动电机输出轴一端与所述电磁滑差离合器输入轴同轴固接，所述辅助驱动电机输出轴另一端与所述升速齿轮箱的动力输入轴固接；

升速齿轮箱(7)，所述升速齿轮箱具有动力输入轴和动力输出轴；

飞轮(8),飞轮(8)与所述升速齿轮箱的动力输出轴固接；

辅助驱动电机控制器(22)，所述辅助驱动电机控制器控制所述辅助驱动电机的操作；所述主电池组(14)通过辅助驱动电机控制器向所述辅助驱动电机提供电力；

电流传感器(15)，所述电流传感器(15)检测所述主电池组的输出电流；

电磁滑差离合器控制器(32)，所述电磁滑差离合器控制器分别依据所述电流传感器的检测信号、刹车信号(13)、倒车信号(12)控制所述电磁滑差离合器(5)；

电流传感器控制器(31)，所述电流传感器控制器依据所述电流传感器的检测信号控制电磁滑差离合器控制器(32)；

测速传感器(801)，所述测速传感器检测所述飞轮的转速；

测速传感器控制器(33)，所述测速传感器控制器依据所述测速传感器的检测信号控制辅助驱动电机控制器(22)。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力装置，其特征在于：还设有真空负压发生器(9)和离心风扇叶轮(10)，离心风扇叶轮置于真空负压发生器(9)内，且离心风扇叶轮与所述飞轮同轴固接，真空负压发生器(9)上设有可调空气滤清器(901)、进气口(902)和出风口(903)。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车动力装置，其特征在于：所述出风口朝向所述辅助驱动电机方向。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力装置，其特征在于：所述电流传感器(15)是霍尔电流传感器。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力装置，其特征在于：所述测速传感器(801)是霍尔测速传感器。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力装置，其特征在于：所述电磁滑差离合器(5)是电磁磁粉离合器。