CN113859271A - 混合动力动车组动力*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力动车组动力***，包括动力电池***、牵引动力***和辅助动力***。所述动力电池***包括动力电池、动力电池控制***和动力电池热管理***，集成动力电池包悬挂于动车组车下或安装于动车组车顶；所述牵引动力***包括柴油机、电机(发电机/电动机)、混动箱、变速箱、车齿箱、冷却***和电控***等，除车齿箱外集成混合动力包悬挂于动车组车下，车齿箱安装于动车组转向架内；所述辅助动力***包括辅助逆变器、滤波器和变压器等。本发明所述混合动力动车组动力***可以实现动车组油电单独或混合驱动，同时满足动车组辅助供电需求，达到高效、节能、绿色、低碳、环保的目标。
Description
技术领域
本发明涉及动车组混合动力领域，尤其涉及混合动力动车组动力***。
背景技术
传统动车组动力***分为电传和液传两种方式。
液传动力***是最早出现的也是目前运用最广泛的内燃动车组动力传动 ***。
液传动力***包括牵引动力***和辅助动力***；牵引动力***包括柴 油机、液力传动箱、万向轴、车齿箱、轮对、冷却***和电控***等，其中 柴油机、液力传动箱、冷却***和电控***等集成液传动力包(见发明专利 《内燃动车组用分体式液传动力***》，专利号ZL201910063339.9)；辅助 动力***包括辅助发电机、充电机和蓄电池等；牵引动力***和辅助动力系 统均由柴油机直接驱动。
电传动力***包括牵引动力***和辅助动力***；牵引动力***包括柴 油机、发电机、整流器、牵引逆变器、牵引电动机、联轴器、齿轮箱、轮对、 冷却***和电控***等，其中柴油机、发电机、冷却***和电控***等集成 电传动力包(见发明专利《米轨内燃动车组动力集成***》，专利号 ZL201711047868.7；发明专利《高速内燃动车组用车下布置动力集成***》， 专利号ZL201610793574.8)；辅助动力***包括辅助逆变器、滤波器、变压 器、电源、充电机和蓄电池等；牵引动力***和辅助动力***通过直流母线 交互联通。
随着低碳、节能、环保理念的不断推进，铁路动车组也开始推行 混合动力驱动模式，并将逐步取代纯柴油机驱动。通过引入动力电池 和电机驱动***，实现油电单独或混合驱动动车组，满足将柴油机控
目前国内轨道交通领域应用的混动***是基于内燃电传动力***发展出 来的，类似于汽车中的串联混动，通过柴油发电机组发电，再经过整流逆变， 由电动机驱动车轮运转。
该混动***包括动力电池***、牵引动力***和辅助动力***；动力电 池***包括动力电池、动力电池控制***和动力电池热管理***；牵引动力 ***包括柴油机、发电机、整流器、牵引逆变器、牵引电动机、齿轮箱、轮 对、冷却***和电控***等，其中柴油机、发电机、冷却***和电控***等 集成内燃电传动力包；辅助动力***包括辅助逆变器、滤波器、变压器、电 源、充电机和蓄电池等；动力电池***、牵引动力***和辅助动力***通过 直流母线交互联通。
该混动***的优点是纯电传动***，原理简单，易于实现。缺点是*** 复杂，成本高、维护难度大。
因此需要研究一种全新的混动***，将传统的液传动力***和电传动力 ***结合起来，吸取液传动力***效率高、成本低、易维护的优势，同时实 现与动力电池***形成混合动力，类似于汽车中的混联驱动。
目前汽车领域的混动***已发展的较为完善，但由于汽车重量轻，所需 牵引功率较小，发动机和电机功率也较小，因此汽车的混动***采用将电机、 混动机构和变速箱集成为一体。而铁路动车组的重量大，所需牵引功率与汽 车相差悬殊，因此无法采用汽车的一体结构，将混动箱单独设计，布置在柴 油机、电机和变速箱之间，实现混动功能。
发明内容
本发明针对上述问题的提出，而研究设计的一种混合动力动车组动力系 统。本发明采用的技术手段如下：
一种混合动力动车组动力***，包括：动力电池***、牵引动力***和 辅助动力***；
所述动力电池***包括动力电池、动力电池控制***和动力电池热管理 ***；
所述牵引动力***包括柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱、离合器、 变速箱、万向轴、车齿箱、轮对、冷却***和电控***等；
所述辅助动力***包括辅助逆变器、滤波器、变压器、电源、充电机和 蓄电池等；
所述动力电池***、牵引动力***和辅助动力***通过直流母线交互联 通。
进一步的，所述混动箱包括：箱体、差动行星齿轮组、外啮合齿轮组、 离合器一、离合器二、润滑***和电控***，
所述差动行星齿轮组包括有太阳轮、多个行星轮、内齿圈和行星架，所 述多个行星轮之间通过行星架固定，所述行星轮啮合在太阳轮和内齿圈之间， 所述内齿圈内侧壁和外侧壁均设置有轮齿，所述离合器一通过第五连接轴与 所述行星架连接，所述离合器一通过第一连接轴与柴油机连接，所述行星架 与所述内齿圈之间连接离合器二，所述内齿圈通过第二连接轴连接变速器；
所述外啮合齿轮组包括第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮和第三外啮合 齿轮，所述第一外啮合齿轮与太阳轮通过浮动齿轮联轴器连接，所述太阳轮 套在所述第五连接轴上，所述第二外啮合齿轮与第一外啮合齿轮啮合，所述 第三外啮合齿轮与内齿圈的外侧轮齿啮合，所述第二外啮合齿轮通过第三连 接轴连接电机一，所述第三外啮合齿轮通过第四连接轴连接电机二，所述电 机一由变流器一控制，所述电机二由变流器二控制。
进一步的，所述混合动力动车组***包括以下工作模式：启动柴油机、纯 柴油机驱动模式、混联驱动模式、纯电驱动模式、并联混动驱动模式，其中：
启动柴油机：动车组在启动时，所述离合器一和所述离合器二均处于结 合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有两种结 合方式：
第一种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所 述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈、行星轮和行星 架，启动柴油机；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所 述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳 轮、行星轮和行星架，启动柴油机；
纯柴油机驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合 器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流 器二均处于空载状态，所述电机一和所述电机二均不工作，所述柴油机通过 所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱；
混联驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一结合，所述离合 器二断开，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式，均可实现柴油机 与电机一之间的转速解耦和柴油机与电机二之间的扭矩解耦：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通 过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合 齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，所述电机二通过第 三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，三者共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于充电状态，所 述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、 第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，共同驱 动变速箱，同时内齿圈通过第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第三种：所述变流器一处于充电状态，所述变流器二处于电动状态，所 述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出，所述 电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱，同时柴 油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动 电机一发电；
第四种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通 过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出驱动变速箱，同时 柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱 动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二 发电；
纯电驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一断开，所述离合 器二结合，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有三种 结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述电机一通 过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮驱动内齿圈，所述电 机二通过第三外啮合齿轮驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所 述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳 轮、行星轮、内齿圈驱动变速箱；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所 述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈驱动变速箱；
并联混动驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合 器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流 器二有四种结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通 过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，所示电机一通过第二外啮 合齿轮、第一外啮合齿轮，太阳轮、行星轮和内齿圈驱动变速箱，所述电机 二通过第三外啮合齿轮和内齿圈驱动变速箱，实现柴油机、电机一和电机二 共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通 过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、 行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过 行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第三种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电 机二不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱， 同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿 轮驱动电机一发电；
第四种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电 机一不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱， 同时柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
进一步的，所述混合动力动车组动力***还包括电制动能量收回模式： 动车组在此模式运行时，所述离合器一处于断开状态，所述离合器二处于结 合状态，所述行星齿轮组处于一个整体，所述变流器有三种结合状态：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，车辆制动通过 变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动 电机一发电，同时通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电 机二不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合 齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电 机一不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发 电。
进一步的，所述混合动力动车组动力***还包括停车充电模式：动车组 在此模式时，所述离合器一和所述离合器二均处于闭合状态，所述变速箱处 于断开状态，行星齿轮组处于一个整体，所述柴油机直接驱动行星架带动齿 轮组运动，所述变流器一和所述变流器二有三种不同结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，所述柴油机通 过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一 发电，同时通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电 机二不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、 第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电 机一不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱 动电机二发电。
进一步的，所述动力电池***中的控制***与牵引动力***中的电控系 统通讯，控制动力电池的充放电；所述动力电池***中的热管理***保证动 力电池的工作温度，所述动力电池***集成动力电池包悬挂于动车组车下或 安装于动车组车顶。
进一步的，所述辅助动力***由动力电池***或牵引动力***供电，通 过辅助逆变器、滤波器、变压器等，形成单相和三相电源，为动车组空调、 空压机、蓄电池等辅助设备供电；动车组动力***优先满足辅助设备供电的 最低需求；辅助动力***悬挂于动车组车下或安装于动车组车顶。
进一步的，所述牵引动力***通过电控***控制柴油机、电机、牵引逆 变器、混动箱、离合器和变速箱，实现动车组油电单独或混合驱动，所述牵 引动力***中的柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱、离合器、变速箱、冷 却***和电控***集成混合动力包悬挂于动车组车下，混合动力包输出通过 万向轴驱动安装于动车组转向架内的车齿箱和轮对。
进一步的，所述电机为永磁同步电机，通过电控***控制其作为电动机 驱动动车组，或作为发电机为动力电池充电；所述离合器为电磁干式离合器， 通过电控***控制柴油机、电机和变速箱的接入和脱开；所述变速箱为液力 机械变速箱，由变矩器、行星齿轮和湿式离合器组成，变矩器可闭锁，能够 实现动车组制动时反拖电机为动力电池充电。
进一步的，所述冷却***由空空中冷器、高低温水散热器、冷却风扇、 风扇驱动电机和电机驱动器等组成，满足柴油机、电机、牵引逆变器、混动 箱和变速箱冷却换热需求，风扇转速可实现温控自动调节。
与现有技术比较，本发明所述的混合动力动车组动力***成功引入了动 力电池***，利用柴油机剩余能量和动车组制动能量为动力电池充电，动车 组优先采用纯电驱动；通过由柴油机、电机(发电机/电动机)、牵引逆变器、 混动箱、离合器、变速箱、冷却***和电控***集成的混合动力包，实现动 车组的油电单独或混合驱动，通过混动箱的设计和离合器的控制，实现在油 电混合驱动时，将柴油机转速控制在低油耗、低排放区间运行的目标；同时 优先采用动力电池为辅助动力***供电。满足动车组纯油、纯电、油电混合 驱动，同时利用柴油机剩余能量和动车组制动能量为电池充电，达到高效、 节能、绿色、低碳、环保的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的混合动力动车组动力***的结构示意图；
图2为本发明公开的混合动力动车组动力***混动箱结构示意图；
图中：1、柴油机，2、变速箱，3、电机一，4、电机二，5、第一连接轴，6、 第二连接轴，7、第三连接轴，8、第四连接轴，9、离合器一，10、离合器二， 11、内齿圈，12、行星轮，13、太阳轮，14、第一外啮合齿轮，15、第三外 啮合齿轮，16、第二外啮合齿轮，17、行星架，18、混动箱，19、第五连接 轴，20、变流器一，21、变流器二，22、浮动齿轮联轴器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种混合动力动车组动力***，如图1所示，包括动力 电池***、牵引动力***和辅助动力***；所述动力电池***包括动力电池、 动力电池控制***和动力电池热管理***；所述牵引动力***包括柴油机、 电机、牵引逆变器、混动箱、离合器、变速箱、万向轴、车齿箱、轮对、冷 却***和电控***等；所述辅助动力***包括辅助逆变器、滤波器、变压器、 电源、充电机和蓄电池等；所述动力电池***、牵引动力***和辅助动力系 统通过直流母线交互联通。
在本实施例中，如图2所示，所述混动箱包括：箱体、差动行星齿轮组、 外啮合齿轮组、离合器一、离合器二、润滑***和电控***，
所述差动行星齿轮组包括有太阳轮13、多个行星轮12、内齿圈11和行 星架17，所述多个行星轮12之间通过行星架17固定，所述行星轮12啮合 在太阳轮13和内齿圈11之间，所述内齿圈11内侧壁和外侧壁均设置有轮齿， 所述离合器一9通过第五连接轴19与所述行星架17连接，所述离合器一9 通过第一连接轴5与柴油机1连接，离合器二10的两个连接轴分别连接在行 星架17和内齿圈11上，所述内齿圈11通过第二连接轴6连接变速器2；
所述外啮合齿轮组包括第一外啮合齿轮14、第二外啮合齿轮16和第三 外啮合齿轮15，所述第一外啮合齿轮14与太阳轮13通过浮动齿轮联轴器22 连接，所述太阳轮13套在所述第五连接轴19上，所述第二外啮合齿轮16与 第一外啮合齿轮14啮合，所述第三外啮合齿轮15与内齿圈11的外侧轮齿啮 合，所述第二外啮合齿轮16通过第三连接轴7连接电机一3，所述第三外啮 合齿轮15通过第四连接轴8连接电机二4，所述电机一3由变流器一20控制，所述电机二4由变流器二21控制。为了方便说明混动箱的控制关系，将 离合器表示在混动箱内，实际情况下，离合器均在混动箱外部与混动箱内部 的行星架及内齿圈连接。
在本实施例中，所述混合动力动车组动力***有以下工作模式：启动柴 油机、纯柴油机驱动模式、混联驱动模式、纯电驱动模式、并联混动驱动模 式，其中：
启动柴油机：动车组在启动时，所述离合器一和所述离合器二均处于结 合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有两种结 合方式：
第一种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所 述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈、行星轮和行星 架，启动柴油机；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所 述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳 轮、行星轮和行星架，启动柴油机；
纯柴油机驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合 器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流 器二均处于空载状态，所述电机一和所述电机二均不工作，所述柴油机通过 所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱；
混联驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一结合，所述离合 器二断开，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式，均可实现柴油机 与电机一之间的转速解耦和柴油机与电机二之间的扭矩解耦：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通 过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合 齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，所述电机二通过第 三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，三者共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于充电状态，所 述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、 第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，共同驱 动变速箱，同时内齿圈通过第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第三种：所述变流器一处于充电状态，所述变流器二处于电动状态，所 述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出，所述 电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱，同时柴 油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动 电机一发电；
第四种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通 过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出驱动变速箱，同时 柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱 动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二 发电；
纯电驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一断开，所述离合 器二结合，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有三种 结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述电机一通 过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮驱动内齿圈，所述电 机二通过第三外啮合齿轮驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所 述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳 轮、行星轮、内齿圈驱动变速箱；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所 述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈驱动变速箱；
并联混动驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合 器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流 器二有四种结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通 过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，所示电机一通过第二外啮 合齿轮、第一外啮合齿轮，太阳轮、行星轮和内齿圈驱动变速箱，所述电机 二通过第三外啮合齿轮和内齿圈驱动变速箱，实现柴油机、电机一和电机二 共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通 过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、 行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过 行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第三种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电 机二不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱， 同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿 轮驱动电机一发电；
第四种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电 机一不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱， 同时柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
在本实施例中，所述混合动力动车组动力***还包括电制动能量收回模 式：动车组在此模式运行时，所述离合器一处于断开状态，所述离合器二处 于结合状态，所述行星齿轮组处于一个整体，所述变流器有三种结合状态：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，车辆制动通过 变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动 电机一发电，同时通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电 机二不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合 齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电 机一不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发 电。
在本实施例中，所述混合动力动车组动力***还包括停车充电模式：动 车组在此模式时，所述离合器一和所述离合器二均处于闭合状态，所述变速 箱处于断开状态，行星齿轮组处于一个整体，所述柴油机直接驱动行星架带 动齿轮组运动，所述变流器一和所述变流器二有三种不同结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，所述柴油机通 过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一 发电，同时通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电 机二不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、 第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电 机一不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱 动电机二发电。
在本实施例中，所述动力电池***中的控制***与牵引动力***中的电 控***通讯，控制动力电池的充放电；所述动力电池***中的热管理***保 证动力电池的工作温度，所述动力电池***集成动力电池包悬挂于动车组车 下或安装于动车组车顶。
在本实施例中，所述辅助动力***由动力电池***或牵引动力***供电， 通过辅助逆变器、滤波器、变压器等，形成单相和三相电源，为动车组空调、 空压机、蓄电池等辅助设备供电；动车组动力***优先满足辅助设备供电的 最低需求；辅助动力***悬挂于动车组车下或安装于动车组车顶。
在本实施例中，所述牵引动力***通过电控***控制柴油机、电机、牵 引逆变器、混动箱、离合器和变速箱，实现动车组油电单独或混合驱动，所 述牵引动力***中的柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱、离合器、变速箱、 冷却***和电控***集成混合动力包悬挂于动车组车下，混合动力包输出通 过万向轴驱动安装于动车组转向架内的车齿箱和轮对。
在本实施例中，所述电机为永磁同步电机，通过电控***控制其作为电 动机驱动动车组，或作为发电机为动力电池充电；所述离合器为电磁干式离 合器，通过电控***控制柴油机、电机和变速箱的接入和脱开；所述变速箱 为液力机械变速箱，由变矩器、行星齿轮和湿式离合器组成，变矩器可闭锁， 能够实现动车组制动时反拖电机为动力电池充电。
在本实施例中，所述冷却***由空空中冷器、高低温水散热器、冷却风 扇、风扇驱动电机和电机驱动器等组成，满足柴油机、电机、牵引逆变器、 混动箱和变速箱冷却换热需求，风扇转速可实现温控自动调节。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种混合动力动车组动力***，其特征在于，包括动力电池***、牵引动力***和辅助动力***；
所述动力电池***包括动力电池、动力电池控制***和动力电池热管理***；
所述牵引动力***包括柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱、离合器、变速箱、万向轴、车齿箱、轮对、冷却***和电控***；
所述辅助动力***包括辅助逆变器、滤波器、变压器、电源、充电机和蓄电池；
所述动力电池***、牵引动力***和辅助动力***通过直流母线交互联通。
2.根据权利要求1所述的混合动力动车组动力***，其特征在于，所述混动箱包括：箱体、差动行星齿轮组、外啮合齿轮组、离合器一、离合器二、润滑***和电控***，
所述差动行星齿轮组包括有太阳轮(13)、多个行星轮(12)、内齿圈(11)和行星架(17)，所述多个行星轮(12)之间通过行星架(17)固定，所述行星轮(12)啮合在太阳轮(13)和内齿圈(11)之间，所述内齿圈(11)内侧壁和外侧壁均设置有轮齿，所述离合器一(9)通过第五连接轴(19)与所述行星架(17)连接，所述离合器一(9)通过第一连接轴(5)与柴油机(1)连接，所述行星架(17)与所述内齿圈(11)之间连接离合器二(10)，所述内齿圈(11)通过第二连接轴(6)连接变速器(2)，
所述外啮合齿轮组包括第一外啮合齿轮(14)、第二外啮合齿轮(16)和第三外啮合齿轮(15)，所述第一外啮合齿轮(14)与太阳轮(13)通过浮动齿轮联轴器(22)连接，所述太阳轮(13)套在所述第五连接轴(19)上，所述第二外啮合齿轮(16)与第一外啮合齿轮(14)啮合，所述第三外啮合齿轮(15)与内齿圈(11)的外侧轮齿啮合，所述第二外啮合齿轮(16)通过第三连接轴(7)连接电机一(3)，所述第三外啮合齿轮(15)通过第四连接轴(8)连接电机二(4)，所述电机一(3)由变流器一(20)控制，所述电机二(4)由变流器二(21)控制。
3.根据权利要求2所述的混合动力动车组动力***，其特征在于，所述混合动力动车组***包括以下工作模式：启动柴油机、纯柴油机驱动模式、混联驱动模式、纯电驱动模式、并联混动驱动模式，其中：
启动柴油机：动车组在启动时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有两种结合方式：
第一种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈、行星轮和行星架，启动柴油机；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮和行星架，启动柴油机；
纯柴油机驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二均处于空载状态，所述电机一和所述电机二均不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱；
混联驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一结合，所述离合器二断开，所述变流器一和所述变流器二有四种结合方式，均可实现柴油机与电机一之间的转速解耦和柴油机与电机二之间的扭矩解耦：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，所述电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，三者共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮驱动太阳轮，两者通过行星轮组共同由内齿圈输出，共同驱动变速箱，同时内齿圈通过第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第三种：所述变流器一处于充电状态，所述变流器二处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出，所述电机二通过第三外啮合齿轮直接驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第四种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一驱动行星架，通过行星轮组由内齿圈输出驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
纯电驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一断开，所述离合器二结合，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有三种结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮驱动内齿圈，所述电机二通过第三外啮合齿轮驱动内齿圈，两者共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一处于电动状态，所述变流器二处于空载状态，所述电机二不工作，所述电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮、太阳轮、行星轮、内齿圈驱动变速箱；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于电动状态，所述电机一不工作，所述电机二通过第三外啮合齿轮、内齿圈驱动变速箱；
并联混动驱动模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一和所述离合器二均处于结合状态，行星齿轮组形成一个整体，所述变流器一和所述变流器二有两种结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于电动状态，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，所示电机一通过第二外啮合齿轮、第一外啮合齿轮，太阳轮、行星轮和内齿圈驱动变速箱，所述电机二通过第三外啮合齿轮和内齿圈驱动变速箱，实现柴油机、电机一和电机二共同驱动变速箱；
第二种：所述变流器一和所述变流器二均处于充电状态，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第三种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第四种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，所述柴油机通过所述离合器一和所述离合器二直接驱动变速箱，同时柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
4.根据权利要求2所述的混合动力动车组动力***，其特征在于，还包括电制动能量收回模式：动车组在此模式运行时，所述离合器一处于断开状态，所述离合器二处于结合状态，所述行星齿轮组处于一个整体，所述变流器有三种结合状态：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，同时通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，车辆制动通过变速箱、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
5.根据权利要求2所述的混合动力动车组动力***，其特征在于，还包括停车充电模式：动车组在此模式时，所述离合器一和所述离合器二均处于闭合状态，所述变速箱处于断开状态，行星齿轮组处于一个整体，所述柴油机直接驱动行星架带动齿轮组运动，所述变流器一和所述变流器二有三种不同结合方式：
第一种：所述变流器一和所述变流器二均处于发电状态，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电，同时通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电；
第二种：所述变流器一处于发电状态，所述变流器二处于空载状态，电机二不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、太阳轮、第一外啮合齿轮、第二外啮合齿轮驱动电机一发电；
第三种：所述变流器一处于空载状态，所述变流器二处于发电状态，电机一不工作，所述柴油机通过行星架、行星轮、内齿圈、第三外啮合齿轮驱动电机二发电。
6.根据权利要求1所述的混合动力动车组动力***，其特征在于：所述动力电池***中的控制***与牵引动力***中的电控***通讯，控制动力电池的充放电；所述动力电池***中的热管理***保证动力电池的工作温度，所述动力电池***集成动力电池包悬挂于动车组车下或安装于动车组车顶。
7.根据权利要求1所述的混合动力动车组动力***，其特征在于：所述辅助动力***由动力电池***或牵引动力***供电，通过辅助逆变器、滤波器、变压器等，形成单相和三相电源，为动车组空调、空压机、蓄电池等辅助设备供电；动车组动力***优先满足辅助设备供电的最低需求；辅助动力***悬挂于动车组车下或安装于动车组车顶。
8.根据权利要求1所述的混合动力动车组动力***，其特征在于：所述牵引动力***通过电控***控制柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱、离合器和变速箱，实现动车组油电单独或混合驱动，所述牵引动力***中的柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱、离合器、变速箱、冷却***和电控***集成混合动力包悬挂于动车组车下，混合动力包输出通过万向轴驱动安装于动车组转向架内的车齿箱和轮对。
9.根据权利要求2所述的混合动力动车组动力***，其特征在于：所述电机为永磁同步电机，通过电控***控制其作为电动机驱动动车组，或作为发电机为动力电池充电；所述离合器为电磁干式离合器，通过电控***控制柴油机、电机和变速箱的接入和脱开；所述变速箱为液力机械变速箱，由变矩器、行星齿轮和湿式离合器组成，变矩器可闭锁，能够实现动车组制动时反拖电机为动力电池充电。
10.根据权利要求8所述的混合动力动车组动力***，其特征在于：所述冷却***由空空中冷器、高低温水散热器、冷却风扇、风扇驱动电机和电机驱动器等组成，满足柴油机、电机、牵引逆变器、混动箱和变速箱冷却换热需求，风扇转速可实现温控自动调节。
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