CN201437326U - 一种混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力驱动系统，包括：发动机、第一电动发电机、第二电动发电机、与第一电动发电机和第二电动发电机均相连的储能装置、传动机构和离合器，其中，该系统还包括：行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，所述发动机、第一电动发电机、离合器和第一转动元件依次相连，所述第二转动元件和所述传动机构相连，所述第三转动元件与所述第二电动发电机相连。本实用新型的混合动力驱动系统，可以根据行星齿轮机构的特点，通过调节第二电动发电机的转速从而使得发动机总是在油耗经济区运行，从而更好地降低发动机的油耗。

Description

一种混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及混合动力车领域，尤其涉及一种混合动力驱动系统。

背景技术

现有技术公开了一种由发动机和电机驱动的混合动力车，包括发动机，电机，变速器和车轮驱动轴。变速器包括具有第一至第三转动元件的行星齿轮机构以及单向离合器。行星齿轮机构的第一转动元件(如太阳轮)连接到发动机的输出轴，第二转动元件(如齿圈)连接到电机的输出轴，第三转动元件(如行星架)连接到车轮驱动轴。单向离合器布置在第一转动元件与发动机之间，保证发动机沿一个方向旋转，避免太阳轮反转时拖动发动机反转。

根据上述技术方案，车辆可以由发动机和电机共同驱动，由发动机单独驱动，以及由电机单独驱动。在车辆由电机单独驱动时，可以使变速器在低档运行，从而电机能够提供足够的驱动力来驱动车辆行驶，同时单向离合器避免发动机不工作时被反拖。

在该技术方案的基础上，还可以在行星齿轮机构的齿圈与太阳轮之间布置离合器，或者在齿圈与变速器壳体之间布置制动器，或者在齿圈与太阳轮之间布置单向离合器，或者在齿圈与车轮驱动轴之间布置单向离合器，等等，以满足不同的车辆设计要求。

在上述各个技术方案中，能够实现不同的车辆驱动模式。但是，这些技术方案并没有充分考虑到发动机参与工作时其燃油经济性问题。

实用新型内容

本实用新型为了克服混合动力驱动系统中发动机参与工作时没有充分考虑发动机燃油经济性的缺点，提供一种混合动力驱动系统，其中在发动机参与驱动时，所述发动机能够总是在油耗经济区运行。

本实用新型的一种混合动力驱动系统，包括：发动机、第一电动发电机、第二电动发电机、与第一电动发电机和第二电动发电机均相连的储能装置、传动机构和离合器，其中，该系统还包括：行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，所述发动机、第一电动发电机、离合器和第一转动元件依次相连，所述第二转动元件和所述传动机构相连，所述第三转动元件与所述第二电动发电机相连。

本实用新型的混合动力驱动系统，可以根据行星齿轮机构的特点，通过调节第二电动发电机的转速从而使得发动机总是在油耗经济区运行，从而更好地降低发动机的油耗。

附图说明

图1是本实用新型混合动力驱动系统的一种实施方式结构示意图；

图2是根据本实用新型一种实施方式的表示齿圈、行星架和太阳轮之间转速关系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明。

根据本实用新型的一种实施方式，如图1所示，一种混合动力驱动系统，包括：发动机1、第一电动发电机2、第二电动发电机9、与第一电动发电机2和第二电动发电机9均相连的储能装置12、传动机构10和离合器3，其中，该系统还包括：行星齿轮机构4，行星齿轮机构4包括第一转动元件5、第二转动元件6和第三转动元件7，发动机1、第一电动发电机2、离合器3和第一转动元件5依次相连，第二转动元件6和传动机构10相连，第三转动元件7与第二电动发电机9相连。

进一步地，该驱动系统还包括同步器8，同步器8设置在第二转动元件6和第三转动元件7之间。

发动机1、第一电动发电机2、离合器3和第一转动元件5优选为同轴安装，这样可以节省不同轴安装时所需的连接装置，如齿轮组等，从而简化结构，节约安装空间。

第一转动元件5、第二转动元件6和第三转动元件7可以分别为齿圈或行星架或太阳轮中的一种，作为一种实施方式，第一转动元件5为齿圈，第二转动元件6为行星架，第三转动元件7为太阳轮。发动机1、第一电动发电机2、离合器3和齿圈依次相连，行星架和传动机构10相连，太阳轮和第二电动发电机9相连。

发动机1可以采用汽油或柴油等作为燃料，并可以通过输出轴向外输出动力。

第一电动发电机2和第二电动发电机9为交流电机，如永磁同步电机；这两个电动发电机均可以作为发电机和电动机使用，此时其工作状态分别为发电和电动工作状态。

储能装置12为一可控的能量存储单元，可以是锂电池、铁电池、镍氢电池、镍铬电池等。本实用新型的储能装置12还可以具有外接充电接口(图中未示出)，因此本实用新型的驱动系统还具有外接电源充电工况。即，通过外接充电接口为储能装置12充电。通过这种工况，在用电低谷时期进行充电，例如晚上或者深夜，可以合理的利用市电。并且，利用市电充电比利用燃油发动机发电成本要低的多，因此降低了车辆的使用成本，并减少了环境污染。

进一步地，在储能装置12和两个电动发电机之间还可以分别连接有第一功率变换器和第二功率变换器(图中未示出)，第一功率变换器和第二功率变换器可进行双向的功率变换，因而通过功率变换单元的转化，两电动发电机可以将储能装置12储存的电能转换为动力输出，同时，两电动发电机还可以将动力转换为电能储存在储能装置12中。

传动机构10通常包括车辆的传动轴、减速器、差速器以及半轴等。半轴与车轮11相连，从而可以将动力传递给车轮11进而驱动车辆行驶。

为了方便控制，离合器3优选为电控离合器。

同步器8，设置在行星架和太阳轮之间，即设置在行星架和第二电动发电机9的输出轴之间。

同步器8可以采用传统变速器中通常使用的同步器结构，例如摩擦式惯性同步器。作为一种实施方式，同步器8可以包括固定在第二电动发电机9输出轴上的花键毂，可以在花键毂上轴向滑动的接合套，以及可以与行星架(通常是行星架上的行星轮)摩擦接合的锁环。当需要通过同步器8来接合行星架与太阳轮或者第二电动发电机9的输出轴时，可以通过现有的拨叉机构来拨动接合套，使锁环与行星架接合，从而使行星架与花键毂能够一起旋转，实现行星架与电机输出轴之间的动力传递。

在这种实施方式中，当行星架与太阳轮通过同步器8接合而同步旋转时，整个行星齿轮机构4将作为一个整体进行旋转。此时，发动机1可以提供动力，一部分动力通过行星齿轮机构4输出给车轮驱动轴，另一部分动力可以用于驱动第二电动发电机9发电。此时，第二电动发电机9也可以提供动力，与发动机1一起将动力输出给车轮驱动轴。或者，在离合器3断开时，还可以由第二电动发电机9单独驱动车辆行驶。因此，通过这种结构，可以很方便地实现混合动力驱动系统的各种工作模式。

图2是根据本实用新型一种实施方式的表示齿圈、行星架和太阳轮之间转速关系的示意图。其中，N1表示发动机1或发动机1和第一电动发电机2的转速；N2表示传动机构10的输入转速即从行星齿轮机构4输出的转速；N3表示第二电动发电机9的转速。图2中各转速关系连接线的交汇点表示发动机1对应油耗经济区的转速。三个转动元件之间的转速关系为：N3+kN1＝(1+k)N2，k＝Z1/Z3，其中Z1为齿圈齿数，Z3为太阳轮齿数。如图2所示，当车辆行驶速度确定时，传动机构10的输入转速确定，由于发动机1工作在油耗经济区的转速已确定，根据三个转动元件之间的转速关系：N3+kN1＝(1+k)N2，k＝Z1/Z3，其中Z1为齿圈齿数，Z3为太阳轮齿数，通过调节第二电动发电机9的转速即可使得发动机1的转速、传动机构10的转速和第二电动发电机9的转速满足三个转动元件之间的转速关系。此时发动机1的转速处于油耗经济区的转速。因此，通过本实用新型的技术方案，可以更好地降低发动机1的油耗，提高整个驱动系统的燃油经济性。

同时，当发动机1的转速处于油耗经济区时，通过调节第二电动发电机9的转速，传动机构10的转速即可在一定的速度范围内逐渐变化，即可以实现一定范围内的无级调速。当发动机1对应于其它转速时，通过调节第二电动发电机9的转速，传动机构10的转速也会随之变化，这样就能实现无级调速。即该驱动系统可以实现无级调速。

根据本实用新型的一种实施方式，该驱动系统可以工作在以下各种工况中：

纯电动工况：由第二电动发电机9作为动力源，此时，离合器3分离，同步器8结合，使得行星齿轮机构4中的太阳轮与行星架同步，动力由行星架传递到传动机构10，进而驱动车辆行驶。

发动机工况：由发动机1单独提供动力，此时，离合器3结合，动力由行星架递到传动机构10，进而驱动车辆行驶。同时同步器8结合，发动机1还带动第一电动发电机2和第二电动发电机9发电并给储能装置12充电。

串联工况：由第二电动发电机9作为动力源，此时，离合器3分离，同步器8结合，使得行星齿轮机构4中的太阳轮与行星架同步，动力由行星架传递到传动机构10，进而驱动车辆行驶；同时发动机1启动，从而带动第一电动发电机2发电并给储能装置12充电，即此时车辆工作在串联工况。

并联工况1：由第一电动发电机2、第二电动发电机9和发动机1共同提供动力，此时，离合器3结合，同步器8分离，动力由齿圈5和太阳轮7同时输入，并由行星架6传递到传动机构10，从而驱动车辆行驶。此时，根据图2所示，当传动机构10的转速确定时，通过调节第二电动发电机9的转速即可使得发动机1的转速处于油耗经济区的转速。当发动机1的转速处于油耗经济区的转速时，通过调节第二电动发电机9的转速即可调节传动机构10的转速，即可以实现无级调速。

并联工况2：由第一电动发电机2、第二电动发电机9和发动机1共同提供动力，此时，离合器3结合，同步器8结合使得行星架和太阳轮同步，动力由齿圈5和太阳轮7同时输入，并由行星架6传递到传动机构10，从而驱动车辆行驶。

混联工况1：由第二电动发电机9和发动机1共同提供动力，此时离合器3结合，同步器8分离，动力由齿圈5和太阳轮7同时输入，并由行星架6传递到传动机构10，从而驱动车辆行驶，发动机1同时带动第一电动发电机2发电以给储能装置12充电。此时，根据图2所示，当传动机构10的转速确定时，通过调节第二电动发电机9的转速即可使得发动机1的转速处于油耗经济区的转速。当发动机1的转速处于油耗经济区的转速时，通过调节第二电动发电机9的转速即可调节传动机构10的转速，即可以实现无级调速。

混联工况2：由第二电动发电机9和发动机1共同提供动力，此时离合器3结合，同步器8结合，动力由齿圈5和太阳轮7同时输入，并由行星架6传递到传动机构10，从而驱动车辆行驶，发动机1同时带动第一电动发电机2发电以给储能装置12充电。

混联工况3：由发动机1和第一电动发电机2提供动力，此时，离合器3结合，同步器8结合，动力由行星架传递到传动机构10，进而驱动车辆行驶；同时，带动第二电动发电机9发电并给储能装置12充电。

本实用新型的混合动力驱动系统，还可以根据需要工作在以下发电工况下：

回馈发电工况1：离合器3结合，同步器8结合，传动机构10同时带动第一电动发电机2和第二电动发电机9发电并给储能装置12充电，此时，传动机构10也可以只带动第一电动发电机2发电而第二电动发电机9空转。

回馈发电工况2：离合器3分离，同步器8结合，传动机构10带动第二电动发电机9发电并给储能装置12充电。

驻车发电工况：此时车辆静止，离合器3分离，发动机1启动并带动第一电动发电机2发电以给储能装置12充电。

如上所述，由于行星齿轮机构4的三个转动元件(齿圈、行星架、太阳轮)分别与发动机1和第一电动发电机2的输出轴、传动机构10以及第二电动发电机9的输出轴相连，因此发动机1、传动机构10以及第二电动发电机9三者之间的转速关系符合行星齿轮机构4的三个转动元件的转速关系，如图2所示。因此，通过适当控制第二电动发电机9的转速，可以使发动机1总是在油耗经济区运行，从而能够更好地降低发动机1的油耗，提高燃油经济性。

Claims (4)

1.一种混合动力驱动系统，包括：发动机、第一电动发电机、第二电动发电机、与第一电动发电机和第二电动发电机均相连的储能装置、传动机构和离合器，其特征在于，该系统还包括：行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，所述发动机、第一电动发电机、离合器和第一转动元件依次相连，所述第二转动元件和所述传动机构相连，所述第三转动元件与所述第二电动发电机相连。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括同步器，所述同步器设置在所述第二转动元件和所述第三转动元件之间。

3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，所述第一转动元件为齿圈，所述第二转动元件为行星架，所述第三转动元件为太阳轮。

4.根据权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，所述同步器设置在所述行星架和第二电动发电机的输出轴之间。

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