一种直连式HEV混合动力驱动系统的制作方法

本发明属于汽车混合动力技术领域，具体涉及一种直连式HEV混合动力驱动系统。

背景技术：

现如今，全世界与混合动力汽车有关的知识产权大多掌握在欧、美、日等汽车厂商手中，尤其是核心的混合动力系统，均由日本的丰田和美国的通用所把持。这些西方汽车厂商的混合动力系统，虽然在安全性、可靠性、节油效率等性能上较为出色，但其系统结构均较为复杂，制造成本较高，维护起来也比较麻烦，不太适合中国的汽车行业和消费国情。

中国的混合动力汽车迄今为止大多以仿造为主，缺少原理级的新设想，如汽车工业和百姓需求之间存在较大的脱节，传统的乘用车呈现滑坡趋势，原因多数来自于能耗的问题。近些年国内原创的电动低速四轮车销量增长较快，代表了百姓的真实需求，在这个过程中由于电池技术限制，电动汽车普遍存在“里程担忧”，于是，另一个市场快速增长，这就是增程器。事实上，由于我国的发动机技术较为落后，用汽油发动机进行发电，实测发电效率一升汽油转换电能不足1.6个千瓦时，反而增加了排放问题。

技术实现要素：

为了解决现有国内混合动力系统存在的问题，本发明旨在提供一种直连式HEV混合动力驱动系统。

为达到上述技术目的及效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种直连式HEV混合动力驱动系统，包括燃油发动机、驱动电机、动力输出轴、单向同步离合器、起动机、辅助电池、综合控制器、驱动主电池和变速箱；

所述燃油发动机通过所述起动机与所述辅助电池连接，所述辅助电池与辅助用电系统连接；所述辅助电池负责为所述起动机和所述辅助用电系统提供工作用电，所述起动机负责所述燃油发动机的点火启动；所述燃油发动机负责输出燃油动力，同时负责将怠速动力转换为充电电力反馈给所述辅助电池；

所述驱动电机分别与所述驱动主电池和所述综合控制器连接，所述驱动主电池同时又与外充电系统和所述辅助电池连接；所述外充电系统负责为所述驱动主电池进行系统外充电，所述驱动主电池负责为所述驱动电机提供工作电力以及为所述辅助电池补电，所述综合控制器负责控制所述驱动电机的旋转启停、旋转速度和旋转方向，所述驱动电机负责输出正向或反向的电动动力，同时负责将多余的电力转换为充电电力反馈给所述驱动主电池；

所述单向同步离合器由一个同步卡接盘、一个反向单向器和一个可与所述同步卡接盘卡接的轴套组成；所述同步卡接盘和所述反向单向器分别固定地套设在所述燃油发动机的输入轴上，且所述反向单向器位于所述同步卡接盘的外侧，所述轴套的大头端固定地套设在所述反向单向器上，所述轴套的小头端与所述驱动电机输入轴的一端固定连接，所述驱动电机输入轴的另一端通过所述变速箱与所述动力输出轴连接。

进一步的，所述驱动电机采用盘式电机，作为本系统的动力动平衡体，盘式电机不仅综合效率高达96-98%，拥有完美的低速大扭力特征，而且其尺寸小，体积只有传统电机的1/5。盘式电机还有一个优点在于可以实现自由叠加，由5个3kw电机实现15kw输出功率，过载峰值5倍，持续35小时额定工作没有温升。

进一步的，所述辅助电池采用12V锂电池。

进一步的，所述驱动主电池的直流电压为72V的安全电压或96V的亚安全电压，所述驱动主电池的电量为5-10kwh，成本低，且安全可靠。

进一步的，所述驱动主电池采用自带大电流均衡、回流保护、短路保护、温度保护以及信号传输功能的模块化锂电池组，可以在车上自由串并联安装，作为本系统的电力调峰动平衡体。

进一步的，所述驱动主电池采用分布式安装方式，远离所述燃油发动机和所述驱动电机。

进一步的，当所述驱动电机的正向转速小于所述燃油发动机的正向旋转时，或当所述驱动电机反向旋转时，所述反向单向器均失效，且所述同步卡接盘与所述轴套脱离，所述驱动电机的输入轴与所述燃油发动机的输入轴处于脱离状态；当所述驱动电机的正向转速等于或大于所述燃油发动机的正向转速时，所述反向单向器工作，且所述同步卡接盘与所述轴套卡接，所述驱动电机的输入轴与所述燃油发动机的输入轴处于联动状态。

进一步的，将所述单向同步离合器替换为双向同步离合器后，可以实现纯电动运行。

本实用新型的直连式HEV混合动力驱动系统的工作原理如下：

1）在车辆启动前，同步卡接盘与轴套处于脱离状态，此时燃油发动机的输入轴与驱动电机的输入轴也处于脱离状态；

2）当车辆需要启动时，起动机从辅助电池中获得电力，将所述燃油发动机点火发动，所述燃油发动机发动后，处于怠速状态，所述燃油发动机的输入轴受到反向单向器的限制在所述轴套内进行空转，无法带动所述驱动电机的输入轴转动，而此时所述驱动电机亦不工作，因此动力输出轴不做动力输出，车辆处于空挡状态；

3）当车辆挂到前进挡后，所述驱动电机从驱动主电池中获得电力，综合控制器控制所述驱动电机开始正向旋转，当所述驱动电机的正向转速与所述燃油发动机的怠速转速同步时，所述反向单向器生效，所述驱动电机的输入轴通过所述反向单向器拖动所述燃油发电机的输入轴正向转动，同时，所述同步卡接盘立刻与所述轴套卡接，将所述燃油发动机的输入轴和所述驱动电机的输入轴一体化固定，此时本系统只由所述驱动电机通过变速箱带动所述动力输出轴做正向旋转，输出前进动力，系统处于低速电动模式，车辆处于一挡低速状态；

4）当车辆提速后，所述燃油发动机开始工作，此时所述燃油发动机与所述驱动电机同时正向旋转，所述燃油发动机与所述驱动电机的功率叠加，同时通过所述变速箱带动所述动力输出轴做正向旋转，输出前进动力，系统处于中低速油电混合模式，车辆处于二挡中低速状态；

5）当车辆进一步提速后，所述综合控制器停止所述驱动电机的正向旋转，停止输出，此时所述燃油发动机全面介入，所述燃油发动机的输入轴通过所述同步卡接盘、所述反向单向器、所述轴套带动所述驱动电机的输入轴一同正向旋转，进而再通过所述变速箱带动所述动力输出轴做正向旋转，输出前进动力，系统处于高速油车模式，车辆处于三挡高速状态；

6）当车辆在处于三挡高速状态，且仍需要紧急加速时，所述综合控制器控制所述驱动电机临时启动做正向加力旋转，为已经处于高速正向旋转的所述动力输出轴提供额外的动力，系统处于急速油电混合模式；

7）当车辆需要紧急制动时，一方面所述燃油发动机暂停输出动力，另一方面所述驱动电机开始对所述动力输出轴进行全功率回馈甚至负功率回馈，配合刹车片为车辆进行减速；

8）当车辆从三挡高速状态退至二挡中低速状态时，所述综合控制器控制所述驱动电机开始正向旋转，此时所述驱动电机重新开始介入，所述燃油发动机与所述驱动电机的功率再次叠加，再次同时通过所述变速箱带动所述动力输出轴做正向旋转，输出前进动力，系统重新恢复到油电混合模式；

9）当车辆从二挡中低速状态退至一挡低速状态时，所述燃油发动机暂停工作，此时本系统只由所述驱动电机通过变速箱带动所述动力输出轴做正向旋转，输出前进动力，系统重新恢复到电动模式；

10）当车辆的速度降低至所述驱动电机的正向转速小于所述燃油发动机的怠速转速时，所述同步卡接盘自动与所述轴套脱离，所述燃油发动机的输入轴受到反向单向器的限制在所述轴套内进行空转，所述燃油发动机的输入轴与所述驱动电机的输入轴恢复到脱离状态，所述燃油发动机再次恢复到怠速状态，而此时所述驱动电机仍然处于工作状态，等待倒挡、停车或再次加速；

11）当车辆挂到倒挡时，由于此前在空挡时，所述燃油发动机的输入轴与所述驱动电机的输入轴处于脱离状态，因此只需通过所述综合控制器控制所述驱动电机反向旋转即可，所述驱动电机进而通过所述变速箱带动所述动力输出轴做反向旋转，输出后退动力，系统处于倒车电动模式，车辆处于倒挡低速状态。

进一步的，当所述燃油发动机处于怠速状态时，所述燃油发动机将一部分旋转动力转化为电力为所述辅助电池充电。

进一步的，当系统处于高速油车模式时，由所述燃油发动机拖曳所述驱动电机旋转所产生的电力，将通过所述综合控制器恒压后，以直接回馈的方式为所述驱动主电池进行充电。

进一步的，当车辆处于下坡或自由溜车状态时，所述动力输出轴自由带动所述驱动电机的输入轴进行拖曳旋转，并产生电力，在对车辆进行半刹车的同时，所述综合控制器将拖曳所产生的电力进行恒压后，以直接回馈的方式为所述驱动主电池进行充电。

本发明的有益效果如下：

本发明是以驱动电机为动力动平衡体，驱动主电池为电力调峰动平衡体，结合单向同步离合器的串联，以一机多用的方式实现三体混合动力输出，同时通过设计低速电动，中低速油电动态混动，高速油动，超速双动的模式获得了高性能、高节油率的汽车动力总成，可节油40~45%，节油效率略高与丰田普锐斯系统，也降低了废气排放量。

与现有的混合动力系统相比，本发明用单向同步离合器替换传统的离合器，取消了摩擦片等耗材，本发明的驱动主电池采用模块化锂电池，其电量设计在5-10kwh以内，成本低，安全可靠，可以在车上自由安装，本发明的驱动电机采用盘式电机，效率高，尺寸小，性价比高，既可以纯电动运行（将单向离合器换为双向离合器），又可以通过拖曳旋转发电为驱动主电池补电，而且在中高速段还可以关闭，直接由燃油发动机直驱。

总而言之，本发明的直连式混合动力驱动系统结构简单，节油效率高，安全可靠，成本低廉，维护便捷，兼顾了纯电动汽车、插电混合动力汽车、hev混合动力汽车，可以对传统汽车进行混合动力改装，也可用于新车设计，非常适合中国的汽车行业和消费国情。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明直连式HEV混合动力驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种直连式HEV混合动力驱动系统，包括燃油发动机1、驱动电机2、动力输出轴3、单向同步离合器、起动机4、辅助电池5、综合控制器6、驱动主电池7和变速箱8。

所述燃油发动机1通过所述起动机4与所述辅助电池5连接，所述辅助电池5与辅助用电系统9连接；所述辅助电池5负责为所述起动机4和所述辅助用电系统9提供工作用电，所述起动机4负责所述燃油发动机1的点火启动；所述燃油发动机1负责输出燃油动力，同时负责将怠速动力转换为充电电力反馈给所述辅助电池5，为所述辅助电池5进行浮充。

所述驱动电机2分别与所述驱动主电池7和所述综合控制器6连接，所述驱动主电池7同时又与外充电系统10和所述辅助电池5连接；所述外充电系统10负责为所述驱动主电池7进行系统外充电，所述驱动主电池7负责为所述驱动电机2提供工作电力以及为所述辅助电池5补电，所述综合控制器6负责控制所述驱动电机2的旋转启停、旋转速度和旋转方向；所述驱动电机2负责输出正向或反向的电动动力，同时负责将多余的电力转换为充电电力反馈给所述驱动主电池7。

所述单向同步离合器由一个同步卡接盘11、一个反向单向器12和一个可与所述同步卡接盘11卡接的轴套13组成；所述同步卡接盘11和所述反向单向器12分别固定地套设在所述燃油发动机1的输入轴上，且所述反向单向器12位于所述同步卡接盘11的外侧，所述轴套13的大头端固定地套设在所述反向单向器12上，所述轴套13的小头端与所述驱动电机2输入轴的一端固定连接，所述驱动电机2输入轴的另一端通过所述变速箱8与所述动力输出轴3连接。

当所述驱动电机2的正向转速小于所述燃油发动机1的正向旋转时，或当所述驱动电机2反向旋转时，所述反向单向器12均失效，且所述同步卡接盘11与所述轴套13脱离，所述驱动电机2的输入轴与所述燃油发动机1的输入轴处于脱离状态；当所述驱动电机2的正向转速等于或大于所述燃油发动机1的正向转速时，所述反向单向器12工作，且所述同步卡接盘11与所述轴套13卡接，所述驱动电机2的输入轴与所述燃油发动机1的输入轴处于联动状态。

参见图1所示，本实用新型的直连式HEV混合动力驱动系统的工作原理如下：

1）在车辆启动前，同步卡接盘11与轴套13处于脱离状态，此时燃油发动机1的输入轴与驱动电机2的输入轴也处于脱离状态；

2）当车辆需要启动时，起动机4从辅助电池5中获得电力，将所述燃油发动机1点火发动，所述燃油发动机1发动后，处于怠速状态，所述燃油发动机1的输入轴受到反向单向器12的限制在所述轴套13内进行空转，无法带动所述驱动电机2的输入轴转动，而此时所述驱动电机2亦不工作，因此动力输出轴3不做动力输出，车辆处于空挡状态；

3）当车辆挂到前进挡后，所述驱动电机2从驱动主电池7中获得电力，综合控制器6控制所述驱动电机2开始正向旋转，当所述驱动电机2的正向转速与所述燃油发动机1的怠速转速同步时，就是超过每分钟700-1000转时，所述反向单向器12生效，所述驱动电机2的输入轴通过所述反向单向器12拖动所述燃油发电机的输入轴正向转动，同时，所述同步卡接盘11立刻与所述轴套13卡接，将所述燃油发动机1的输入轴和所述驱动电机2的输入轴一体化固定，此时本系统只由所述驱动电机2通过变速箱8带动所述动力输出轴3做正向旋转，输出前进动力，系统处于低速电动模式，车辆处于一挡低速状态；

4）当车辆提速后，所述燃油发动机1开始工作，此时所述燃油发动机1与所述驱动电机2同时正向旋转，所述燃油发动机1与所述驱动电机2的功率叠加，同时通过所述变速箱8带动所述动力输出轴3做正向旋转，输出前进动力，系统处于中低速油电混合模式，车辆处于二挡中低速状态；在车速约10-20公里每小时时，动力输出以所述驱动电机2为主，所述燃油发动机1为辅；在车速约20-30公里每小时时，所述驱动电机2和所述燃油发动机1的动力输出相当；在车速超过30-50公里每小时时，动力输出以所述燃油发动机1为主，所述驱动电机2为辅；

5）当车辆进一步提速至50公里每小时以上时，所述综合控制器6停止所述驱动电机2的正向旋转，停止输出，此时所述燃油发动机1全面介入，所述燃油发动机1的输入轴通过所述同步卡接盘、所述反向单向器12、所述轴套13带动所述驱动电机2的输入轴一同正向旋转，进而再通过所述变速箱8带动所述动力输出轴3做正向旋转，输出前进动力，系统处于高速油车模式，车辆处于三挡高速状态；

6）当车辆在处于三挡高速状态，且仍需要紧急加速时，所述综合控制器6控制所述驱动电机2临时启动做正向加力旋转，为已经处于高速正向旋转的所述动力输出轴3提供额外的动力，系统处于急速油电混合模式；

7）当车辆需要紧急制动时，一方面所述燃油发动机1暂停输出动力，另一方面所述驱动电机2开始对所述动力输出轴3进行全功率回馈甚至负功率回馈，配合刹车片为车辆进行减速；

8）当车辆从三挡高速状态退至二挡中低速状态时，所述综合控制器6控制所述驱动电机2开始正向旋转，此时所述驱动电机2重新开始介入，所述燃油发动机1与所述驱动电机2的功率再次叠加，再次同时通过所述变速箱8带动所述动力输出轴3做正向旋转，输出前进动力，系统重新恢复到油电混合模式；

9）当车辆从二挡中低速状态退至一挡低速状态时，所述燃油发动机1暂停工作，此时本系统只由所述驱动电机2通过变速箱8带动所述动力输出轴3做正向旋转，输出前进动力，系统重新恢复到电动模式；

10）当车辆的速度降低至所述驱动电机2的正向转速小于所述燃油发动机1的怠速转速时，即每分钟700-1000转时，所述同步卡接盘11自动与所述轴套13脱离，所述燃油发动机1的输入轴受到反向单向器12的限制在所述轴套13内进行空转，所述燃油发动机1的输入轴与所述驱动电机2的输入轴恢复到脱离状态，所述燃油发动机1再次恢复到怠速状态，而此时所述驱动电机2仍然处于工作状态，等待倒挡、停车或再次加速；

11）当车辆挂到倒挡时，由于此前在空挡时，所述燃油发动机1的输入轴与所述驱动电机2的输入轴处于脱离状态，因此只需通过所述综合控制器6控制所述驱动电机2反向旋转即可，所述驱动电机2进而通过所述变速箱8带动所述动力输出轴3做反向旋转，输出后退动力，系统处于倒车电动模式，车辆处于倒挡低速状态。

本发明是以驱动电机为动力动平衡体，驱动主电池为电力调峰动平衡体，结合单向同步离合器的串联，以一机多用的方式实现三体混合动力输出。本发明通过设计低速电动，中低速油电动态混动，高速油动，超速双动的模式获得高性能、高节油率的汽车动力总成。

以下是对本发明的驱动电机和驱动主电池的说明：

驱动电机采用盘式电机，作为本系统的动力动平衡体，盘式电机不仅综合效率高达96-98%，拥有完美的低速大扭力特征，而且其尺寸小，体积只有传统电机的1/5。盘式电机还有一个优点在于可以实现自由叠加，由5个3kw电机实现15kw输出功率，过载峰值5倍，持续35小时额定工作没有温升。

驱动电机在本系统中具有以下五种功能：

1、解决了低速大扭力输出问题，并保证了车辆起步为电动模式，节约用油；

2、在中低速状态下，驱动电机可以补充发动机动力；

3、在高速状态下，驱动电机可以回馈部分能量补充驱动主电池；

4、紧急制动时，驱动电机可以全功率回馈甚至负功率回馈，节省刹车片寿命；

5、在倒车状态时，倒挡动作由驱动电机通过反转完成。

驱动主电池采用分布式安装方式，远离燃油发动机和驱动电机。驱动主电池采用模块化锂电池组，具有大电流均衡、回流保护、短路保护、温度保护以及信号传输等功能，可以在车上自由串并联安装，作为本系统的电力调峰动平衡体。辅助电池采用12V锂电池，驱动主电池的直流电压为72V的安全电压或96V的亚安全电压，其电量为5-10kwh，成本低，且安全可靠。

辅助电池和驱动主电池的电力来源分包括以下几个部分：

1、当燃油发动机处于怠速状态时，燃油发动机可以将一部分旋转动力转化为电力为辅助电池充电；

2、当系统处于高速油车模式时，由燃油发动机拖曳驱动电机旋转所产生的电力，可以通过综合控制器恒压后，以直接回馈的方式为驱动主电池进行充电；

3、当车辆处于下坡或自由溜车状态时，动力输出轴自由带动驱动电机的输入轴进行拖曳旋转，并产生电力，在对车辆进行半刹车的同时，综合控制器可以将拖曳所产生的电力进行恒压后，以直接回馈的方式为所述驱动主电池进行充电。

4、用户也可以在驻车的时候，直接通过外充电系统对驱动主电池进行充电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。