CN205818923U - 一种油电混合动力*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种油电混合动力***，包括：混合动力控制器、电力驱动***、发动机和发动机取力器，电力驱动***包括电动发电一体机、电机控制器、动力电池和电池管理***，电池管理***与动力电池连接，监控动力电池的电力状态，电动发电一体机、电机控制器和动力电池依次连接，以实现动力传输，电动发电一体机与发动机通过发动机取力器连接，以实现动力耦合；混合动力控制器获取发动机和电力驱动***的实时状态信息以及车辆状态信号，并至少基于所获取的实时状态信息和车辆状态信号中的一个发送相应的控制指令。本实用新型具有结构简单、原车布置改动小、效率高、可靠性高、不影响驾驶员原有驾驶习惯且整车具备极高动力性及燃油经济性等优点。

Description

一种油电混合动力***

技术领域

本实用新型涉及一种混合动力***，具体地，涉及一种应用于卡车的油电混合动力***，属于新能源汽车领域，特别涉及一种电动发电一体机与发动机通过发动机取力器联接的油电混合动力***。

背景技术

油电混合动力汽车通常指汽车使用燃油发动机和电动机两种动力源进行驱动的车辆。当前普遍使用的燃油发动机汽车由于燃油发动机工作效率较低等弊病导致燃油经济性以及排放等较差。当前世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种新能源汽车脱颖而出，例如电动汽车。然而，目前的电池技术问题阻碍了纯电动汽车的应用，现阶段混合动力***是最具有实用价值和商业价值的技术路线。

按照组成结构不同，混合动力***分为串联式、并联式、混联式三种，各种结构的混合动力***特点如下：

(1)串联式混合动力***的动力总成由发动机、电动机、发电机组成，使用电动机单独驱动的方式，其结构简单但尺寸较大、传动效率较低；

(2)并联式混合动力***动力总成由发动机、电动/发电一体机组成，具备发动机驱动、电动机驱动、发动机与电机联合驱动共三种驱动形式，其传动效率较高但结构复杂、布置难度大；

(3)混联式混合动力***的动力总成由发动机、电动机、电动/发电一体机组成，具备发动机驱动、电动机驱动、发动机与电动机联合驱动、电动机与电动/发电一体机联合驱动共四种驱动形式，其传动效率较高，但结构复杂紧凑、布置难度较大。

随着交通运输***的发展，用于运送货物的卡车成为了城市与城市之间的枢纽，卡车在人类日常生活中，变得越发重要。如何确保卡车经济有效的运输货物，成为了一个重要的技术课题。

针对卡车这一特定车型，在进行油电混合动力***匹配时，通常要求动力***结构简单，方便后期车辆保养维修；动力***效率高以实现较高的燃油经济性；***部件布置位置适应原车车架、驾驶室空间需求；电力驱动***故障时在结构上不影响发动机驱动***工作；***操作简便，不影响驾驶员的原有驾驶习惯；控制策略上发挥发动机及电动发电一体机的优势，实现整车较高的燃油经济性及动力性。

因此，目前迫切需要一种针对卡车这一特定车型的油电混合动力***。

实用新型内容

针对卡车这一特定车型及目前混合动力***相关不足，本实用新型提供了一种结构简单、原车布置改动小、效率高、可靠性高、不影响驾驶员原有驾驶习惯且整车具备极高动力性及燃油经济性的油电混合动力***。

本实用新型提供一种油电混合动力***，包括：混合动力控制器、电力驱动***、发动机和发动机取力器，所述电力驱动***包括电动发电一体机、电机控制器、动力电池和电池管理***，其中，所述电池管理***与所述动力电池连接，监控所述动力电池的电力状态，所述电动发电一体机、所述电机控制器和所述动力电池依次连接，以实现动力传输，所述电动发电一体机与所述发动机通过所述发动机取力器连接，以实现动力耦合；所述混合动力控制器获取所述发动机和所述电力驱动***的实时状态信息以及车辆状态信号，并至少基于所获取的实时状态信息和车辆状态信号中的一个发送相应的控制指令。

优选地，所述控制指令至少包括：选择启动源快速启动所述发动机的控制指令；控制所述发动机的熄火和快速启动的控制指令；补偿发动机扭矩的控制指令；回收制动能量的控制指令；以及回收发动机富余扭矩的控制指令。

优选地，还包括仪表、电子控制单元、启动机、变速箱和离合器，其中，所述仪表、所述混合动力控制器、所述发动机、所述电子控制单元、所述电力驱动***通过CAN网络连接，所述仪表显示所述混合动力控制器所获取的实时状态信息和所述车辆状态信号；所述启动机通过其输出驱 动齿轮与所述发动机的飞轮连接，所述变速箱通过所述离合器与所述发动机连接。

优选地，所述变速箱为手动档变速箱或自动档变速箱。

优选地，所述电动发电一体机输入端通过高压线束与所述电机控制器相连接，所述电机控制器的输入端与所述动力电池通过高压线束连接。

优选地，所述混合动力控制器通过硬线获取所述车辆状态信号。

优选地，所述车辆状态信号至少包括钥匙开关ON档信号、Start档信号、变速箱空档信号和制动开关信号。

相比于传统的混合动力***结构，本实用新型的有益效果如下：使用发动机取力器作为动力耦合装置，其具有原车型改动小、整车布置及装配方便，方便车型的大批量生产的要求；其结构简单，方便车辆的保养及维修；***传递效率高控制策略灵活，整车具有较高的燃油经济性、动力性，同时不影响驾驶员原有驾驶习惯。

附图说明

图1是本实用新型的混合动力***的结构示意图。

(附图标记说明)

1仪表 2相关整车信号 3混合动力控制器

4CAN网络 5动力电池 6电机控制器

7变速箱 8高压线束 9电动发电一体机

10离合器 11发动机及电子控制单元

12发动机取力器 13启动机

具体实施方式

在本实用新型中，混合动力***主要涉及油电混合动力***，主要应用在卡车上，但并局限于此。

以下，结合附图对实用新型的具体实施方式进行介绍。

图1是本实用新型的混合动力***的结构示意图。

如图1所示，本实用新型的混合动力***主要包括驾驶室仪表台仪表 1(简称仪表)、混合动力控制器3、动力电池5、电池管理***(BMS)、电机控制器6、变速箱7、电动发电一体机9、离合器10、发动机11、电子控制单元(ECU)、发动机取力器12、启动机13。

在本实用新型中，动力电池5用来为电动发动一体机提供电力，电池管理***用来监控动力电池的电池、放电管理等，本发明对动力电池的型号没有特别限制，可选择满足供电类型的镍氢动力电池、磷酸铁锂动力电池、锰酸锂动力电池、三元动力电池等。电动发电一体机9、电机控制器6、动力电池5和电池管理***等构成电力驱动***，为车辆提供电能。电动发电一体机9具有发电、电动两种工作模式，当工作于发电模式时，将输入的机械能转化为电能为动力电池5进行充电；当工作于电动模式时，将动力电池5提供的电能转化为机械能，其使用带万向节的传动轴与发动机取力器12相连，可设置在变速箱7的上面，通过支架等固定在车架的上面。这样，具有对原有车辆的改动较小、布置方便、传动效率高等优点。以下对本实用新型的发动机取力器以及通过其实现动力耦合的方式进行简要介绍。

本实用新型中的启动机13为原车状态的启动机，通过齿轮机构与发动机11的飞轮耦合联结，为混合动力***发动机启动的冗余动力源。本实用新型中的取力器可为发动机PTO1类型的取力结构，取力器的内部齿轮为直齿机构，可进行动力双向传输。

在本实用新型中，混合动力控制器3用来协调发动机11和电力驱动***，为混合动力***的中心控制器。电机控制器6(也可称作逆变器)然后经高压线束8与电动发电一体机9和动力电池5相连接电机控制器6受混合动力控制器3控制，可实现电动发电一体机的调速、调扭等控制，同时对电动发电一体机进行监控。电动发电一体机9可通过驱动、发电、自由转三个工作模式的切换来实现扭矩的输出、输入、离线的操作，从而使得混合动力***可处于纯电动工作模式、纯发动机工作模式和混合动力工作模式(后续介绍)。电动发电一体机9与电机控制器6之间以及电机控制器6与动力电池5之间可通过高压线束8相连来实现动力的传输。具体地，电动发电一体机9的输入端通过高压线束8与电机控制器6相连，电机控制器6的输入端与动力电池5通过高压线束8相连，电动发电一体 机9为电动模式时，实现动力电池直流电逆变为交流电输出至电动发电一体机9；电动发电一体机9发电时，将电动发电一体机9输出的交流电整流为直流电输送给电池。在动力电池及BMS中，包含相关的高压配电电路，如高压继电器组成的配电电路以及紧急断电开关等，但并不局限于此。

发动机及ECU、电机控制器6、动力电池及BMS、混合动力控制器3以及整车仪表1等可通过CAN网络4相连实现各类信号的传输，各类信号包括在CAN总线上传输的各个信号，包括常规车中ECU与仪表的交流内容、BMS上报仪表的电池电压、实时电流、电池温度、电池均衡状态等，电机控制器6上报的电池实时温度、电机扭矩、电机电流等，混合动力控制器3上报的***工作模式、***扭矩状态等信息等。CAN网络4除包括以上CAN节点以外，还可包括整车其他的CAN节点，例如ABS控制器、后处理单元控制器等等。混合动力控制器3可通过CAN网络4获取发动机及ECU、动力电池及BMS、电机控制器6等CAN节点的实时状态等，并通过CAN网络4向对应的CAN节点总成发送相应的控制指令。控制指令可至少包括：选择启动源快速启动发动机的控制指令；控制发动机的熄火和快速启动的控制指令；补偿发动机扭矩的控制指令；回收制动能量的控制指令；以及回收发动机富余扭矩的控制指令(随后介绍)。当发动机及ECU、动力电池及BMS、电机控制器6等存在故障时开始上报故障信息，混合动力控制器3根据故障信息进行安全策略的执行，确保车辆人身安全。

在本实用新型中，仪表1显示内容除传统车的常规显示内容外，还可显示通过混合动力控制器3获取的发动机及ECU、动力电池及BMS、电机控制器6等CAN节点的实时状态、故障码等，以及混合动力控制器3上报的包括发动机、电动发电一体机、电池及BMS等等在内的混合动力***工作状态等，包括当前电机所处的工作状态，整个动力***的扭矩分配情况等等。各CAN节点的实时状态可包括：BMS上报的电池温度、电池放电电流、电池电压等；电机控制器上报的电机温度、电机电流、电机转速等信息。CAN节点的实时状态信息可以通过各个部件单独上报获取，也可通过混合动力控制器3进行转发来获取。

在本实用新型中，与车辆相关的整车相关信号2可接入到混合动力控 制器3中，以实现各类信号的采集及相关附件设备的控制，例如，对启动机和排气制动阀等进行控制。例如，混合动力控制器3可通过信号线束，即通过在车辆上用于信号传递的电线，连接采集如组合钥匙开关开(ON)档信号、开始(Start)档信号、变速箱空档信号、制动开关信号等整车信号，另外还可包括混合动力相关模式开关，但并不局限于此。本实用新型中的组合钥匙开关包括车辆上电、启动发动机等所用的钥匙开关，整车信号是指整车运行过程中存在的一些信号，也可称为车辆状态信号，混合动力相关模式开关是指影响控制策略运行的一些驾驶员意图输入开关，如节能优先、动力优先这样的动力模式信号；电池优先储能、电池优先放电等等电池控制模式信号。

在本实用新型中，启动机13、离合器10、变速箱7与传统车型结构相同，启动机13通过其输出驱动齿轮与所述发动机飞轮相连，变速箱8可通过离合器与发动机连接，在此略去对它们的详细介绍。其中变速箱7可匹配手动档变速箱或自动档变速箱，自动档变速箱包括但不局限于电控机械式变速箱，变速箱7优选匹配手动档机械式变速箱；启动机13的控制电路受混合动力控制器3控制。

以下，对本实用新型的混合动力***的工作过程进行描述。

在本实用新型中，对混合动力***的控制主要包括发动机起停控制、电动发电一体机对发动机的扭矩补偿控制、电动发电一体机发电操作实现整车制动能量回收以及发动机富余扭矩转化为电能等几部分。以下通过对整车的初次启动、整车起步及行车过程的控制过程来对这几部分进行介绍。

在整车(车辆)的初次启动过程中，混合动力控制器3可根据动力电池及BMS、电机控制器6等的状态确定发动机的启动动力源，并通过控制启动机或电动发电一体机来实现发动机的快速启动。

具体地，确定发动机的启动动力源和实现发动机的快速启动可包括：动力电池及BMS、电机控制器6等在组合钥匙开关ON档上电后开始自检并上报实时状态，混合动力控制器3进行自检并综合动力电池及BMS、电机控制器6等上报的状态以及混合动力控制器3的供电电压。判断发动机11启动的动力源是启动机13还是电动发电一体机9。混合动力控制器 3的供电电压可为整车上的24V低压铅酸蓄电池组，也作为常规车启动机的供电电压。更具体地说，混合动力控制器3根据各总成，包括混合动力控制器3、动力电池及BMS、电机控制器6等上报的信息，来判断由电动发电一体机9、电机控制器6、动力电池5等组成的电力驱动***是否有故障，若电力驱动***有故障则电力驱动***离线，即电动发电一体机9、动力电池5、电机控制器6、混合动力控制器3等不工作，整车与常规车相同，仅由发动机提供动力，处于纯发动机工作模式；若电力驱动***无故障，当组合钥匙开关Start档触发时，判断电力驱动***能否满足启动发动机11的需求，若满足且检测到变速箱7位于空档时，电动发电一体机9处于扭矩控制模式发出扭矩启动发动机11，此时，发动机的启动动力源为电动发电一体机，若不满足则使用发动机自带的启动机13启动发动机11。电动发电一体机9在进行扭矩控制过程中实时监测发动机11的转速值，当发动机到达自点火转速时执行自由转模式，此时完成发动机启动操作，发动机的自点火转速一般在200rpm左右，根据发动机型号、环境温度等情况不同而不相同。若电力驱动***不满足启动发动机的需求，则使用原车启动机完成发动机启动，操作方法与原车操作方法相同，即组合钥匙开关拧到Start档(自复位)时，启动继电器结合，启动机工作，当松开Start档时，启动继电器断开，启动机停止工作，发动机启动成功与否通过驾驶员自行判断。

在整车进行起步以及行车过程中，混合动力控制器3实时判断发动机11的工作状态，并根据发动机的工作状态实时控制电动发电一体机9的扭矩输出并向电动发电一体机9发送补偿发动机扭矩的控制指令，以通过发动机取力器实现发动机扭矩和电动发电一体机的扭矩耦合，从而对发动机的扭矩进行补偿。具体地，混合动力控制器3采集发动机及ECU经CAN网络4发送的驾驶员需求扭矩百分比、油门踏板开度、发动机当前扭矩百分比、发动机当前转速等信息判断出驾驶员驾驶意图，根据发动机万有特性曲线决定是否对发动机扭矩进行调整以及如何调整。

更具体地，当需要对发动机扭矩进行补偿时，若动力电池5的电量充足且电力驱动***无故障时，电动发电一体机9根据标定的扭矩输出曲线进行扭矩输出，通过发动机取力器12，实现电动发电一体机9与发动机 11的扭矩耦合，以补充整车扭矩，此时，车辆处于纯电动工作模式，若动力电池5的电量较低或电力驱动***有故障，电动发电一体机9执行自由转控制，整车动力源仅为发动机11。通常，如下情况下可认为发动机需要进行扭矩补偿：采集油门踏板信号，通过策略运算获得驾驶员需求扭矩期望值，如果此时发动机不能够提供此扭矩值或者提供此扭矩值时油耗、排放较高，即认为发动机需要进行扭矩补偿。本实用新型中的扭矩输出曲线一般前期通过仿真软件获得原始数据，然后是在台架或者实车上通过试验反复标定修正，确定各个补偿点下电动发电一体机需要提供的扭矩值。

当发动机11具有富余扭矩时，若动力电池5的电量较低且电力驱动***无故障，则发送回收发动机富余扭矩的控制指令，控制电动发电一体机9执行发电控制为动力电池5充电，若动力电池5的电量高于阈值或电力驱动***有故障，混合动力控制器3通过转矩速度控制(TSC1)报文进行发动机扭矩限制以提高发动机的燃油经济性。具体地，当发动机11具有富余扭矩时，混合动力控制器3采集发动机包括但不局限于实时扭矩、实时转速等状态信息，根据发动机万有特性参数进行判断，当发动机负荷较低时且电动发电一体机9、电机控制器6、动力电池5组成的电力驱动***满足扭矩输入的情况下，则控制电动发电一体机9处于发电模式将发动机的富余扭矩转化为电能并储存在动力电池5中。

当混合动力控制器3检测到车辆处于静止状态、变速箱处于空档、离合器的踏板松开时则控制发动机熄火，混合动力控制器3可通过发动机及ECU的ON档线断开或通过CAN网络4发送发动机停机控制指令等方式来实现发动机11的熄火，优选混合动力控制器向发动机及ECU发送熄火指令来实现发动机熄火。此时，当混合动力控制器3检测到离合器10的踏板踩下时，则控制发动机11快速启动，发动机启动动力源选择与车辆初次启动所述的方法相同。具体地，控制发动机的熄火可包括：当变速箱7为手动档变速箱时，混合动力控制器3检测到车辆处于静止状态、变速箱7处于空档、离合器10的踏板松开时则控制发动机11熄火，此时混合动力控制器3检测到离合器10的踏板踩下时，则控制发动机11快速启动，即通过控制启动机或者电动发电一体机来实现发动机的快速启动。当变速箱7为自动档变速箱时，混合动力控制器3检测到车辆处于静止状态且制 动踏板持续踩下时，控制发动机11熄火，此时混合动力控制器3检测到制动踏板未踩下，则控制发动机快速启动。

混合动力控制器3通过采集整车制动信号、离合器状态、变速箱的空档信号并综合动力电池及BMS5、电动发电一体机9及电机控制器6等电力驱动部件的实时状态，当制动踏板踩下、离合器10处于结合状态、变速箱7处于非空档、电力驱动***满足扭矩输入的情况下，控制电动发电一体机9处于发电模式将输入的扭矩转化为电能并储存在动力电池中，从而实现制动能量回收功能。

此外，本实用新型的动力混合***还可以通过匹配逆变器等设备实现动力电池中储存电能的利用，如电动空调等其他可匹配的一些设施，以提高整车舒适性与便利性。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种油电混合动力***，其特征在于，包括：混合动力控制器、电力驱动***、发动机和发动机取力器，

所述电力驱动***包括电动发电一体机、电机控制器、动力电池和电池管理***，其中，所述电池管理***与所述动力电池连接，监控所述动力电池的电力状态，所述电动发电一体机、所述电机控制器和所述动力电池依次连接，以实现动力传输，所述电动发电一体机与所述发动机通过所述发动机取力器连接，以实现动力耦合；

所述混合动力控制器获取所述发动机和所述电力驱动***的实时状态信息以及车辆状态信号，并至少基于所获取的实时状态信息和车辆状态信号中的一个发送相应的控制指令。

2.根据权利要求1所述的油电混合动力***，其特征在于，所述控制指令至少包括：选择启动源快速启动所述发动机的控制指令；控制所述发动机的熄火和快速启动的控制指令；补偿发动机扭矩的控制指令；回收制动能量的控制指令；以及回收发动机富余扭矩的控制指令。

3.根据权利要求1所述的油电混合动力***，其特征在于，还包括仪表、电子控制单元、启动机、变速箱和离合器，其中，所述仪表、所述混合动力控制器、所述发动机、所述电子控制单元、所述电力驱动***通过CAN网络连接，所述仪表显示所述混合动力控制器所获取的实时状态信息和所述车辆状态信号；所述启动机通过其输出驱动齿轮与所述发动机飞轮相连，所述变速箱通过所述离合器与所述发动机连接。

4.根据权利要求3所述的油电混合动力***，其特征在于，所述变速箱为手动档变速箱或自动档变速箱。

5.根据权利要求1所述的油电混合动力***，其特征在于，所述电动发电一体机输入端通过高压线束与所述电机控制器相连接，所述电机控制器的输入端与所述动力电池通过高压线束连接。

6.根据权利要求1所述的油电混合动力***，其特征在于，所述混合动力控制器通过硬线获取所述车辆状态信号。

7.根据权利要求1至6任一项所述的油电混合动力***，其特征在于，所述车辆状态信号至少包括钥匙开关ON档信号、Start档信号、变速箱空档信号和制动开关信号。