CN1970359A - 一种充电式混合动力电动汽车的动力*** - Google Patents

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武小兰
程博
张微
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Abstract

本发明公开了一种充电式混合动力电动汽车的动力***，该车动力***主要由以下几部分组成：发动机、第一电机(A)、第二电机(B)、传动装置、储能装置、控制装置、充电模块。第一电机(A)与发动机相连用于启动发动机和提供电能给第二电机(B)；发动机和电机提供车辆运行所需动能；传动装置实现发动机、电机输出动能到车辆动能的能量正向或反向传递；控制装置由控制器和功率转换器组成，用于控制能量流动的方向和大小；储能装置用于存储能量，提供电机驱动所需能量，可以由外接电网对其充电，或由发动机带动第一电机(A)对其充电，或以回收车辆减速制动时的能量对其充电。充电模块实现车辆与外接电网的连接。

Description

一种充电式混合动力电动汽车的动力***
技术领域
本发明属于混合动力电动汽车领域，尤其涉及充电式混合动力电动汽车的动力***，该动力***的储能装置既能够利用普通电网电压对其充电，又可以通过发动机带动发电机对其充电，还可以回收车辆刹车制动能量对其充电。
背景技术
石油能源日渐枯竭，全球气候变暖、大气污染日益严重，开发新的替代能源、提高能量转换效率和节约能源被认为是解决或缓解环境污染和保障能源供给的有效办法。汽车燃油发动机是消耗矿石能源和制造环境污染的大户，研发替代燃油发动机的新动力势所必然。替代燃油发动机的方案也越来越多，例如，纯电动汽车、氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。由于当前技术发展的局限，在目前和未来几年内最有实用性价值的为利用常规发动机与电机驱动相结合的混合动力汽车技术。目前的混合动力汽车，比之传统的燃油汽车，在改善燃油经济性和减少废气排放量，获取优良的加速性能和更大的变速范围方面取得了很大成功，但是，这种混合动力汽车的车载电池充电能量来源于发动机输出的部分能量和再生制动能量的回收，这在一定程度上限制了电机驱动优势的发挥和燃油经济性的提高。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明在于提供一种充电式混合动力电动汽车的动力***，该动力***相比于传统的混合动力汽车的动力***，具有更大容量储能装置，能够利用普通电网电压对储能装置充电，增加了续驶里程，减少了燃油消耗。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种充电式混合动力电动汽车的动力***，包括发动机、传动装置、第一电机(A)、第二电机(B)，控制装置、储能装置和充电模块；
动力***有四种构成形式：串联型、并联型、混联型、复合型；
第一电机(A)通过传动装置与发动机相连，用于启动发动机和提供电能给第二电机(B)；
传动装置用于实现发动机、第一电机(A)和第二电机(B)输出动能到车辆动能的能量正向或反向传递；
储能装置为蓄电池或者由蓄电池和辅助能量源组成的复合电源，由外接电网对其充电；或者由发动机带动第一电机(A)通过控制装置对其充电，或者以回收车辆减速制动时的能量对其充电；
充电模块用于连接外部电网对储能装置充电；
控制装置由控制器和功率转换器组成，控制器用于采集、处理来自传感器的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号；功率转换器在控制信号作用下实现储能装置和电动机之间的能量互换。
本发明带来的技术效果是：
1)储能装置可利用外接普通电网电压对其充电，从而降低了油耗，减少了温室气体的排出。另外，使用者可灵活利用廉价的电力资源，降低使用成本。
2)储能装置采用更大容量的蓄电池和辅助能量源，蓄电池提供车辆连续平均功率，辅助能量源提供车辆所需峰值功率，并吸收再生制动回馈能量，从而，延长了续驶里程，提高了能量利用效率。
3)储能装置中辅助能量源具有比功率大、瞬间充/放电能力强的特点，可以减少蓄电池的充放电次数，延长其使用寿命。
总之，利用本发明的动力***可以节省燃油，提高燃油经济性，减少温室气体排放，具有较高的经济和社会效益。
附图说明
图1为充电式混合动力电动汽车动力***框图；
图2电网充电原理示意图；
图3逆变电路原理示意图；
图4降压斩波电路原理图；
图5升压斩波电路原理图
图6为控制装置原理框图；
图7为串连型充电式混合动力电动汽车动力***框图；
图8为并联型充电式混合动力电动汽车动力***框图；
图9为混合型充电式混合动力电动汽车动力***框图；
图10为复合型充电式混合动力电动汽车动力***框图；
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
本发明的充电式混合动力电动汽车的动力***主要由以下几部分组成：发动机、第一电机(A)、第二电机(B)、传动装置、差速器、储能装置、控制装置、充电模块。(参见图1)。
发动机通过离合器或轴或齿轮与传动装置机械连接；发动机为汽油发动机或柴油发动机或天然气发动机。
发动机接入传动装置的轴端连接第一电机A；第二电机B连接到传动装置的输出端；第一电机A、第二电机B可以与传动***同轴安装，也可以通过齿轮、传动带、传动链或液压装置连接。
传动装置将来自发动机和第一电机A和第二电机B的能量通过传动轴到输出轴，最后传到输出轴两端车轮，反过来，车轮的动能能量也可以通过传动装置传到电动机(第一电机A和第二电机B的简称)。
储能装置为蓄电池或者由蓄电池和辅助能量源组成的复合电源。蓄电池为铅酸电池或镍氢电池或锂电池或铁电池，辅助能量源为高比功率蓄电池或超级电容或者超高速飞轮。
控制装置由控制器和功率转换器组成，分别和储能装置、第一电机A、第二电机B以及充电模块电气连接，用以控制充电模块对储能装置的充电，控制储能装置和第一电机A、第二电机B之间的能量交换。控制器由信号采集调理电路、控制单元、输出信号处理电路组成，功率转换器主要由整流滤波电路、逆变电路、降压斩波(buck)电路、升压斩波(boost)电路组成(参见图2～5)。整个控制装置可以是一个控制模块，也可以由各个子***组合而成。
充电模块由一个插头和与之配套的插座组成，内有整流滤波电路，将外接的交流电源转换成直流电源引入车内，外接的交流电源为普通电网50Hz、220V交流电。这部分的整流滤波电路也可以是控制装置功率转换器的一部分电路。
本发明的工作原理如下：
1)参见图6。控制装置通过传感器采集来自储能装置、电机、功率器件的电压、电流、温度、转速、故障等信号，经信号调理电路箝位、滤波、放大等处理后进入控制单元转换，根据对这些信息处理计算，控制单元制定相应的控制策略，发出控制信号，经信号处理电路隔离、放大等处理后作用于功率转换器中相应的控制对象，控制能量流动的方向和大小。
2)参见图2。当混合动力电动汽车接入普通电网充电时，接入的220V交流电压经三相整流滤波后得到直流电压，经逆变电路逆变后成为高频交流电压，再经整流滤波后输出直流电压给蓄电池充电。整个充电过程中，控制信号作用于逆变电路中的功率管，控制器其开关频率，实现对充电电流的控制。
3)当混合动力电动汽车驱动时，在控制装置的作用下，可以有以下几种工作方式：
a.发动机驱动方式
发动机单独输出驱动转矩到连接车轮的输出轴，驱动车辆运行。
b.电驱动方式
第一电机A或第二电机B或者两者同时向车辆提供运行所需动能，驱动车辆运行。驱动电机的能量来源于储能装置。
c.混合驱动方式
发动机输出转矩的同时，第一电机A、第二电机B两者单独或同时输出转矩，共同驱动车辆运行。驱动电动机的能量来源于储能装置。
d.再生制动方式
在车辆减速制动时，车辆所具有的动能通过传动装置到电机，驱动第一电机A或第二电机B或两者都工作于发电方式，经控制装置向储能装置充电。
e.发电方式
发动机带动第一电机A，使其工作于发电方式，经控制装置向出能装置充电。在此过程中，发动机可以向车辆输出一部分驱动能量，也可以不输出。
4)根据动力***各部分不同的连接关系，有以下四种充电式混合动力形式：串连型、并联型、混联型、复合型。
①串连型：参见图7，发动机与第一电机A连接，第二电机B与传动装置连接，第一电机A和第二电机B都与控制装置电气连接。发动机输出的机械能首先通过第一电机A转化为电能，转化后的电能经过控制装置，一部分给储能装置充电，一部分经由第二电机B、传动装置到输出轴来驱动车轮。
②并联型：参见图8，发动机和第二电机B分别与传动装置连接。发动机和第二电机B通常通过不同的离合器来驱动车轮，可以采用发动机单独驱动，第二电机B单独驱动或者发动机和电动机混合驱动三种工作模式驱动。
③混联型：参见图9，发动机连接第一电机A，同时与传动装置相连，第二电机B与传动装置连接，第一电机A工作于发电状态。可以采用以下六种工作模式驱动：发动机单独驱动，第二电机B单独驱动，发动机和第二电机B混合驱动，发动机驱动的同时带动第一电机A给储能装置充电，第二电机B工作于发电状态给储能装置充电，发动机只带动第一电机A给储能装置充电。
④复合型：参见图10，发动机连接第一电机A，同时与传动装置相连，第二电机B与传动装置连接，第一电机A工作于发电和电动两种状态。这种***主要适用于双轴驱动混合动力***，发动机和第一电机A为一组，第二电机B为另一组，分别驱动前后轮。可以采用以下六种工作模式驱动：第一电机A和第二电机B分别驱动前后轮；一个电机单独驱动；发动机和两个电机同时驱动前后轮；发动机驱动轴同时带动一个电机工作于发电模式，给储能装置充电；两个电动机同时工作于发电模式，给储能装置充电；第一电机A工作于发电方式，给第二电机B提供电能。
需要说明的是，本发明不限于上述实施例，本领域普通技术人员按照上述技术原理对上述实施例进行修改和变形均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电式混合动力电动汽车的动力***，其特征在于，该***包括发动机、传动装置、第一电机(A)、第二电机(B)、控制装置、储能装置和充电模块；
动力***有四种构成形式：串联型、并联型、混联型、复合型；
第一电机(A)通过传动装置与发动机相连，用于启动发动机和提供电能给第二电机(B)；
传动装置用于实现发动机、第一电机(A)和第二电机(B)输出动能到车辆动能的能量正向或反向传递；
储能装置为蓄电池或者由蓄电池和辅助能量源组成的复合电源，由外接电网对其充电；或者由发动机带动第一电机(A)通过控制装置对其充电，或者以回收车辆减速制动时的能量对其充电；
充电模块用于连接外部电网对储能装置充电；
控制装置由控制器和功率转换器组成，控制器用于采集、处理来自传感器的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号；功率转换器在控制信号作用下实现储能装置和电机之间的能量互换。
2.如权利要求1所述的充电式混合动力电动汽车，其特征在于，所述蓄电池为铅酸电池或镍氢电池或锂电池或铁电池。
3.如权利要求1所述的充电式混合动力电动汽车，其特征在于，所述的辅助能量源为高比功率蓄电池或超级电容或者超高速飞轮。
4.如权利要求1所述的充电式混合动力电动汽车，其特征在于，所述发动机为柴油发动机或汽油发动机或天然气发动机。
5.如权利要求1所述的充电式混合动力电动汽车，其特征在于，所述第一电机(A)和第二电机(B)均为永磁无刷直流电机或永磁有刷直流电机或永磁交流同步电机或异步电机或开关磁阻电机。
6.如权利要求1所述的充电式混合动力电动汽车，其特征在于，所述充电模块外接电源为普通电网50HZ、220V交流电源。
7.如权利要求1所述的充电式混合动力电动汽车，其特征在于，所述串连型为发动机与第一电机(A)连接，第二电机(B)与传动装置连接，驱动车辆运行。
8.如权利要求1所述的汽车，其特征在于，所述并联型为发动机和第二电机(B)分别与传动装置连接驱动车辆运行。
9.如权利要求1所述的汽车，其特征在于，所述混联型为发动机连接第一电机(A)，同时与传动装置相连，第二电机(B)与传动装置连接，第一电机(A)工作于发电状态。
10.如权利要求1所述的汽车，其特征在于，所述复合型为发动机连接第一电机(A)，同时与传动装置相连，第二电机(B)与传动装置连接，第一电机(A)工作于发电和电动两种状态。
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