一种串并联构型增程分布式混合动力系统的制作方法

本发明涉及汽车动力系统，尤其是涉及一种串并联构型增程分布式混合动力系统。

背景技术：

新能源汽车以其低油耗、低排放以及能量来源形式多样等优点，已成为目前汽车发展的重要方向。目前，主流的汽车制造商均已进行新能源汽车的研发和制造。虽然纯电动汽车具有低噪声、零排放、零污染的优点，但是由于动力电池组的技术短板，其存在着单次充电续航里程短、车辆制造成本高等缺点。常规混合动力汽车虽可以达到节能减排的目的，但仍主要通过燃油来提供动力，能量转换效率低且排放效果较差。

增程式电动汽车综合了纯电动汽车和混合动力汽车的优点，其既可以通过纯电动模式行驶，满足人们日常的通勤需求。也可以通过增程模式行驶，摆脱动力电池容量和充电条件的限制，延长了续驶里程，同时通过控制电机将发动机调节在最佳经济区域，优化了能量经济性和排放性。

专利文献1(中国专利公开号：cn102897029b)中公开了一种增程式四轮纯电驱动汽车动力系统，包括发动机、第一电控离合器、前轴电机、第二电控离合器、变速箱、差速器、两个后轮毂电机、动力电池组组和外接充电器，以及整车控制子系统。该系统可根据行驶工况实现多种运行模式。但是该专利所述方案中，前轴包含变速箱，系统轴向尺寸偏大，制造成本和控制难度增加。

专利文献2(中国专利公开号：cn105946600a)中公开了一种四驱电动汽车动力系统及控制方法，包括发动机、第一电动机、第二电动机、第一离合器、第二离合器、第一逆变器、第二逆变器和动力电池，根据电池电量状态可以实现经济模式控制和运动模式控制。但是该专利所述方案中，后轴采用集中式电机，无法实现本专利所述的电子主动差速控制功能。

增程器采用发动机+第一离合+第一电动机、前轴采用第一电动机+第二离合器+减速器+差速器、后轴采用左右轮毂电机、可外接电网充电的串并联构型增程分布式混合动力系统尚未有人提出。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种串并联构型增程分布式混合动力系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种串并联构型增程分布式混合动力系统，所述的系统包括驱动单元以及相互连接的能量单元和控制单元，所述的控制单元连接驱动单元，所述的能量单元包括动力电池组和发动机，所述的驱动单元包括第一电动机、减速器、第一离合器和第二离合器，所述的发动机与第一电动机之间通过第一离合器连接，所述的第一电动机与减速器之间通过第二离合器连接，所述的第一电动机与控制单元连接。

所述的驱动单元还包括左轮毂电机和右轮毂电机，所述的左轮毂电机和右轮毂电机分别与所述的控制单元连接。

所述的驱动单元还包括差速器，所述的减速器、差速器和前轴依次连接。

所述的控制单元包括第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器、电池管理控制器和整车控制器，所述的整车控制器分别连接电池管理控制器、第一电机控制器、第二电机控制器和第三电机控制器，所述的第一电机控制器连接第一电动机，所述的第二电机控制器连接左轮毂电机，所述的第三电机控制器连接右轮毂电机。

所述的能量单元还包括充电器，所述的充电器连接电池管理控制器，所述的电池管理控制器连接动力电池组，所述的动力电池组分别连接第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器。

所述的第一电动机为电动和发电一体电机。

所述的驱动单元还包括左轮边电机、左轮边电机减速器、右轮边电机和右轮边电机减速器，所述的左轮边电机与左轮边电机减速器连接，所述的右轮边电机与右轮边电机减速器连接，所述的左轮边电机和右轮边电机分别与所述的控制单元连接。

所述的混合动力系统具有多种运行模式，包括：纯电驱动模式、增程模式、纯发动机模式、并联模式、混联模式和再生制动模式。

所述的纯电驱动模式具体为：只有动力电池组进行驱动，包括第一电动机前轮驱动模式、后轴左右轮毂电机驱动模式和第一电动机与后轴左右轮毂电机四轮驱动模式；

所述的增程模式具体为：第一电动机启动发电模式，第一离合器结合，第二离合器分离，第一电动机、第一离合器和发动机组构成增程器，增程器工作，供给电能；

所述的纯发动机模式具体为：只有发动机驱动车辆行驶，第一离合器结合，第二离合器结合；

所述的并联模式具体为：动力电池组和发动机同时工作，第一离合器结合，第二离合器结合，发动机驱动前轴，动力电池组供给电能给各电机；

所述的混联模式具体为：发动机工作，驱动前轴，第一离合器结合，第二离合器结合，同时第一电动机启动发电模式；

所述的再生制动模式具体为：车辆主动减速时，电动机进行能量回收，包括前轴第一电动机再生制动模式、后轴左右轮毂电机再生制动模式和前轴第一电动机+后轴左右轮毂电机再生制动模式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的串并联构型增程分布式混合动力系统使用减速器取代了变速箱，节约了前舱的布置空间，降低了控制难度，节省成本；

(2)后轴采用左右轮毂电机，省去了复杂的机械结构，提高了传动效率，并且可以实现左右后轮的电子主动差速；

(3)通过对双离合器的协调控制，丰富了动力系统的工作模式，满足了不同行驶工况的动力需求和能量经济性要求。

附图说明

图1为串并联构型增程分布式混合动力系统的结构示意图；

图2为纯电驱动模式(第一电动机前轮驱动)下的能量流示意图；

图3为纯电驱动模式(左右轮毂电机后轮驱动)下的能量流示意图；

图4为纯电驱动模式(第一电动机+左右轮毂电机四轮驱动)下的能量流示意图；

图5为增程模式下的能量流示意图；

图6为纯发动机模式下的能量流示意图；

图7为并联模式(第一电动机+发动机前轮驱动)的能量流示意图；

图8为并联模式(发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动)的能量流示意图；

图9为并联模式(第一电动机+发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动)的能量流示意图；

图10为混联模式下的能量流示意图；

图11为再生制动模式(第一电动机前轮再生制动)下的能量流示意图；

图12为再生制动模式(后轴左右轮毂电机后轮再生制动)下的能量流示意图；

图13为再生制动模式(第一电动机+后轴左右轮毂电机四轮再生制动)下的能量流示意图；

图14为串并联构型增程分布式混合动力系统衍生方案的结构示意图；

图中标号说明：

1、差速器；2、前轴；3、第一电机控制器；4、发动机；5、动力电池组；6、左轮毂电机；7、第二电机控制器；8、第三电机控制器；9、右轮毂电机；10、电池管理控制器；11、充电器；12、整车控制器；13、第一离合器；14、第一电动机；15、第二离合器；16、减速器；17、左轮边电机减速器；18、左轮边电机；19、右轮边电机；20、右轮边电机减速器。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供了一种串并联构型增程分布式混合动力系统。其包括驱动子系统和控制子系统，所述的驱动子系统包括发动机4、第一离合器13、第一电动机14、第二离合器15、减速器16、差速器1、左轮毂电机6、右轮毂电机9、动力电池组5和充电器11，所述的控制子系统包括第一电机控制器3、第二电机控制器7、第三电机控制器8、整车控制器12和电池管理控制器10，所述的发动机通过第一离合器13与第一电动机14连接，所述的第一电动机14依次连接第二离合器15、减速器16、差速器1和前轴2，所述的动力电池组5分别与电池管理控制器10、第一电机控制器3、第二电机控制器7及第三电机控制器8连接，所述的整车控制器12分别与电池管理控制器10、第一电机控制器3、第二电机控制器7及第三电机控制器8连接，所述的第一电动机14、左轮毂电机6、右轮毂电机9分别与第一电机控制器3、第二电机控制器7、第三电机控制器8连接，所述的充电器11与电池管理控制器10连接。

第一电动机为电动和发电一体电机，可以用于快速启动发动机、发电以及驱动前轮。

第一电动机用于发电具体指：动力电池组荷电状态较低且车速较低怠速时，第二离合器分离，第一离合器结合，发动机带动第一电动机发电；正常行驶动力电池组荷电状态较低、车速较高且需求扭矩较小时，第二离合器结合，第一离合器结合，通过调节第一电动机发电使得发动机运行在最佳工况区；制动时，第二离合器结合，第一离合器结合分离，前轮带动第一电动机发电。

第一电动机、第一离合器和发动机组成增程器。

左右轮毂电机分别与左右后轮相连，实现后轮纯电动驱动和后轮再生制动。

第一电动机与后轴左右轮毂电机的协同驱动可以实现车辆的四轮驱动。

外接充电器与电池管理控制器相连，可通过电网对动力电池组进行充电。

整车控制器分别与第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器及电池管理控制器进行通信。

该系统根据行驶工况，通过协调控制各部件，可以实现多种工作模式，包括：

纯电驱动模式：当动力电池组荷电状态较高时，只有电动机参与车辆的驱动，包括第一电动机前轮驱动模式、后轴左右轮毂电机驱动模式和第一电动机与后轴左右轮毂电机四轮驱动模式。

增程模式：当动力电池组荷电状态较低且车速较低时，第一离合器结合，第二离合器分离，增程器工作，后轴左右轮毂电机驱动车辆行驶；

纯发动机模式：当动力电池组严重故障或是荷电状态非常低，并且车速较高时，第一离合器结合，第二离合器结合，只有发动机驱动车辆行驶；

并联模式：当需求转矩较大时，第一离合器结合，第二离合器结合，发动机处于工作状态，并且至少有一组电动机参与车辆的驱动，包括第一电动机+发动机前轮驱动模式、发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式、第一电动机+发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式。

混联模式：当动力电池组荷电状态较低时，且前轮附着力较低时，为优化发动机工作区间，第一离合器结合，第二离合器结合，发动机处于工作状态，同时第一电动机处于发电状态，并且后轴左右轮毂电机进行车辆的驱动。

再生制动模式：当车辆进行主动减速时，电动机进行制动能量回收，包括：前轴第一电动机再生制动模式、后轴左右轮毂电机再生制动模式和前轴第一电动机+后轴左右轮毂电机再生制动模式。

图2至图4所示为纯电动驱动模式，当动力电池组荷电状态较高时，运行该模式。该模式分为三种情况，包括第一电动机前轮驱动模式、后轴左右轮毂电机驱动模式和第一电动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式。

(1)第一电动机前轮驱动模式，在该模式下，第一离合器分离，第二离合器结合，动力电池组输出的电能依次流向第一电动机控制器、第一电动机、第二离合器、减速器、差速器、前轴，进而驱动前轮。其能量流如图2所示。

(2)后轴左右轮毂电机驱动模式，在该模式下，第一离合器分离，第二离合器分离，动力电池组输出的电能一部分依次流向第二电机控制器和左轮毂电机，进而驱动左后轮，另一部分依次流向第三电机控制器和右轮毂电机，进而驱动右后轮。其能量流如图3所示。

(3)第一电动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式，在该模式下，第一离合器分离，第二离合器结合，动力电池组输出的电能，一部分电能通过第一电动机来驱动前轮，另一部分电能通过后轴左右轮毂电机来驱动后轮，从而实现四轮驱动模式。其能量流如图4所示。

图5所示为增程模式，当动力电池组荷电状态较低且车速较低时，运行该模式。在该模式下，第一离合器结合，第二离合器分离，增程器工作，发动机输出机械能传递至第一电动机，第一电动机将机械能转化为电能输送给动力电池组，动力电池组将电能输送给后轴左右轮毂电机转化为机械能，从而驱动后轮。其能量流如图5所示。

图6所示为纯发动机模式，当动力电池组严重故障或是荷电状态非常低，并且车速较高时，运行该模式。在该模式下，第一离合器结合，第二离合器结合，发动机输出机械能依次流向第一离合器、第一电动机、第二离合器、减速器、差速器、前轴，从而驱动前轮。其能量流如图6所示。

图7至图9所示为并联模式，当需求转矩较大时，运行该模式，该模式分为三种情况，包括第一电动机+发动机前轮驱动模式、发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式、第一电动机+发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式。

(1)第一电动机+发动机前轮驱动模式，在该模式下，第一离合器结合，第二离合器结合，动力电池组输出的电能经第一电动机转换为机械能，同时与发动机输出的机械能耦合，依次经第二离合器、减速器、差速器、前轴，进而驱动前轮。其能量流如图7所示。

(2)发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式，在该模式下，第一离合器结合，第二离合器结合，发动机输出的机械能依次经第一离合器、第一电动机、第二离合器、减速器、差速器、前轴，进而驱动前轮。动力电池组输出的电能经后轴左右轮毂电机转换为机械能，从而驱动后轮。其能量流如图8所示。

(3)第一电动机+发动机+后轴左右轮毂电机四轮驱动模式，在该模式下，第一离合器结合，第二离合器结合，动力电池组输出的电能，一部分电能通过第一电动机转化为机械能与发动机输出的机械能耦合从而驱动前轮，另一部分电能通过后轴左右轮毂电机来驱动后轮，从而实现四轮驱动模式。其能量流如图9所示。

图10所示为混联模式，当动力电池组荷电状态较低，且前轮附着力较低时，为优化发动机工作区间，运行该模式。在该模式下，第一离合器结合，第二离合器结合，发动机输出的机械能，一部分经过第一离合器、第一电动机转化为电能输送至动力电池组，另一部分继续经过第二离合器、减速器、差速器、前轴，从而驱动前轮。动力电池组输出的电能，经左右轮毂电机转化为机械能，从而驱动后轮。其能量流如图10所示。

图11至图13所示为再生制动模式，当车辆进行主动减速时，运行该模式，电动机进行制动能量回收，该模式分为三种情况，包括：前轴第一电动机再生制动模式、后轴左右轮毂电机再生制动模式和前轴第一电动机+后轴左右轮毂电机再生制动模式。

(1)前轴第一电动机再生制动模式，在该模式下，第一离合器分离，第二离合器结合，前轮制动产生的机械能经第一电动机转变为电能输送给动力组，从而实现能量回收。其能量流如图11所示。

(2)后轴左右轮毂电机再生制动模式，在该模式下，第一离合器分离，第二离合器分离，后轮制动产生的机械能经后轴左右轮毂电机转变为电能输送给动力电池组，从而实现能量回收。其能量流如图12所示。

(3)前轴第一电动机+后轴左右轮毂电机再生制动模式，在该模式下，第一离合器分离，第二离合器结合，四轮制动产生的机械能同时通过第一电动机和后轴左右轮毂电机转变为电能输送给动力电池组，实现制动能量的充分回收。其能量流如图13所示。

如图14所示为串并联构型增程分布式混合动力系统衍生方案，该方案后轮采用轮边电机驱动，左轮连接有左轮边电机减速器17和左轮边电机18，右轮连接有右轮边电机减速器20和右轮边电机19。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。