一种增程式电动汽车动力系统

1.本发明涉及一种增程式电动汽车领域，尤其涉及一种增程式电动汽车动力系统。


背景技术：

2.增程式电动汽车由于增程器与传动系统无机械连接，发动机可以工作在最佳燃油区域，具有较好的燃油经济性，但其较纯电动汽车增加了增程器，比传统燃油汽车增加了动力电池，结构更复杂，空间更紧凑。如何在保证增程式电动汽车动力性和燃油经济性的前提下，优化动力系统，简化汽车结构，降低整车质量，节约更多空间，是本领域中亟待解决的问题。
3.发明专利cn110667405a提出了一种增程式新能源电动汽车动力系统，该发明专利存在的不足有：1)只提出二缸水平对置式发动机和超级电容电池在增程式电动汽车的应用，未能明显起到节约汽车空间的作用；2)传动系统较多，整车质量较重。发明专利cn101870264b提供了一种采用微型燃气轮机发电机组的增程式纯电动汽车，该发明专利存在的不足有：1)只提供通过微型燃气轮机发电机组发电来增加车辆的行驶里程，未能提供简化汽车结构的方案，增加了储气罐，反而使整车空间布局更为紧张。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种增程式电动汽车动力系统，目的旨在保证增程式电动汽车动力性和燃油经济性的前提下，使汽车nvh性能更好、结构更为简单、空间利用率更好以及传动效率更高。
5.本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
6.一种增程式电动汽车动力系统包括：驱动系统、增程器、整车控制器、电池管理系统、固态电池、电源分配单元、驾驶员信息接口、充电装置、dc/dc转换器、蓄电池和车速传感器，所述驱动系统包括两个半轴内转子轮毂电机、汽车车轮、轮边减速器和轮毂电机控制器，所述增程器包括二缸水平对置式发动机、启动/发电一体机、启动/发电一体机控制器、二缸水平对置式发动机控制器和油箱。
7.所述驱动系统中，两个半轴内转子轮毂电机分别与安装在汽车车轮上的轮边减速器10相连，并通过交流高压线束与轮毂电机控制器相连；所述增程器中，二缸水平对置式发动机与启动/发电一体机机械连接，启动/发电一体机通过交流高压线束与启动/发电一体机控制器相连，二缸水平对置式发动机控制器和油箱与二缸水平对置式发动机相连；电源分配单元通过直流高压线束分别与启动/发电一体机控制器、固态电池、轮毂电机控制器和dc/dc转换器相连，dc/dc转换器通过直流高压线束与蓄电池相连，固态电池分别与电池管理系统和充电装置相连；所述轮毂电机控制器、二缸水平对置式发动机控制器、电池管理系统、启动/发电一体机控制器、驾驶员信息接口和车速传感器通过can总线与整车控制器相连接。
8.本技术以二缸水平对置式发动机为动力输入，以固态电池为所述增程式电动汽车
动力系统的电能储存装置，以半轴内转子轮毂电机带动轮边减速器驱动汽车车轮，减低了整车质量，省略了大量的传动部件，使汽车结构更加简化，节省出更多的空间。
9.所述固态电池电解质材料可为硫化物系材料或石榴石型氧化物系材料；所述固态电池个数为若干个，所述若干个固态电池之间串联。
10.所述增程式电动汽车动力系统包括三种工作模式，分别为纯电动驱动模式、增程器单独驱动模式与混合驱动模式。其模式的切换主要是通过固态电池的电池荷电状态soc值、增程式电动汽车的当前车速以及轮毂电机的需求扭矩来确定。
11.在纯电动驱动模式下，电池管理系统监控固态电池荷电状态，并通过can总线与整车控制器通信，当监控到固态电池的soc值在正常阈值范围(30％～90％)内，此时整车控制器与二缸水平对置式发动机控制器通信，二缸水平对置式发动机控制器控制二缸水平对置式发动机停止工作，此时增程器停止工作，增程式电动汽车工作原理与纯电动汽车工作原理相似，电源分配单元将固态电池的直流电通过轮毂电机控制器转化为交流电，并给轮毂电机供电，轮毂电机通过轮边减速器带动汽车车轮转动，驱动汽车行驶。
12.在增程器单独驱动模式下，整车控制器通过can总线通信车速传感器和驾驶员信息接口，获取增程式电动汽车当前车速，并对驾驶员信息接口中的加速踏板信号和制动踏板信号进行解析以获得轮毂电机的需求扭矩，当增程式电动汽车的当前车速和轮毂电机的需求扭矩都低于各自的预设阈值时，且电池管理系统监控到固态电池的荷电状态soc值低于最小阈值，并通过can总线与整车控制器通信，整车控制器通信启动/发电一体机控制器，使其控制二缸水平对置式发动机启动，二缸水平对置式发动机工作后带动启动/发电一体机发电，并且二缸水平对置式发动机控制器控制二缸水平对置式发动机工作在最佳燃油区间，产生的电能一部分通过电源分配单元输送至轮毂电机控制器来控制轮毂电机驱动汽车行驶，剩余部分可通过电源分配单元输送至固态电池储存，亦可通过电源分配单元经dc/dc转换器将电能输送至蓄电池储存，供其它车载用电设备用电。
13.在混合驱动模式下，整车控制器通过can总线通信车速传感器和驾驶员信息接口，获取增程式电动汽车当前车速，并对驾驶员信息接口中的加速踏板信号和制动踏板信号进行解析以获得轮毂电机的需求扭矩，当增程式电动汽车的当前车速和轮毂电机的需求扭矩都高于各自的预设阈值时，或分别高于各自的预设阈值时，整车控制器通信启动/发电一体机控制器和电池管理系统并解析出前一阶段增程式电动汽车是处于纯电动驱动模式还是增程式单独驱动模式，若整车控制器解析出前一阶段工作模式是纯电动驱动模式时，整车控制器通信启动/发电一体机控制器控制启动/发电一体机带动二缸水平对置式发动机工作，二缸水平对置式发动机工作后带动启动/发电一体机发电，并且二缸水平对置式发动机控制器控制二缸水平对置式发动机工作在最佳燃油区间，产生的电能通过电源分配单元输送至轮毂电机控制器，此时电池管理系统管理固态电池将电能通过电源分配单元输送至轮毂电机控制器；若整车控制器解析出前一阶段工作模式是增程器单独驱动模式时，整车控制器通信电池管理系统，电池管理系统管理固态电池不再接受来自电源分配单元的电能，并管理固态电池通过电源分配单元向轮毂电机控制器供电；在该模式下，由固态电池和增程器输送的电能经电源分配单元传送至轮毂电机控制器，轮毂电机控制器使直流电转化为三相交流电给轮毂电机供电，使其带动轮边减速器驱动汽车行驶。
14.在汽车普通制动或长距离制动时，轮毂电机扭矩和汽车速度方向相反，具有第四
象限工作原理的轮毂电机起到发电机的作用，使机械能转化为电能并储存到固态电池里，实现部分制动能量回收的效果。
15.与现有技术相比，本发明具有如下的有益成果：
16.1)相较于传统增程式电动汽车，该发明采用轮毂电机作为增程式电动汽车的驱动电机，空间利用率更好，传动效率更高，整车质量更轻。
17.2)该发明采用固态电池作为增程式电动汽车的电能储存单位，相比于传统的锂电池，其安全性更高，能量密度更大，体积更小，更适用于增程式电动汽车。
18.3)该发明采用二缸水平对置式发动机带动启动/发电一体机发电的增程器，结构简单，体积小，行驶稳定，nvh性能好。
19.4)该发明所述增程式电动汽车动力系统包括三种工作模式，三种不同工作模式的切换可以使增程式电动汽车在保证燃油经济性的前提下，拥有较好的动力性。
附图说明：
20.图1为一种增程式电动汽车动力系统的示意图。
21.图中：1-整车控制器、2-二缸水平对置式发动机、3-启动/发电一体机、4-启动/发电一体机控制器、5-电池管理系统、6-固态电池、7-电源分配单元、8-轮毂电机控制器、9-汽车车轮、10-轮边减速器、11-轮毂电机、12-驾驶员信息接口、13-二缸水平对置式发动机控制器、14-油箱、15-充电装置、16-dc/dc转换器、17-蓄电池、18-增程器、19-驱动系统、20-车速传感器。
具体实施方式：
22.下面将结合附图对本发明的技术方案做出进一步的详尽阐释。
23.如图1所示，一种增程式电动汽车动力系统包括：驱动系统19、增程器18、整车控制器1、电池管理系统5、固态电池6、电源分配单元7、驾驶员信息接口12、充电装置15、dc/dc转换器16、蓄电池17和车速传感器20，所述驱动系统19包括两个半轴内转子轮毂电机11、汽车车轮9、轮边减速器10和轮毂电机控制器8，所述增程器18包括二缸水平对置式发动机2、启动/发电一体机3、启动/发电一体机控制器4、二缸水平对置式发动机控制器13和油箱14。
24.如图1所示，所述驱动系统19中，两个半轴内转子轮毂电机11分别与安装在汽车车轮9上的轮边减速器10相连，并通过交流高压线束与轮毂电机控制器8相连；所述增程器18中，二缸水平对置式发动机2与启动/发电一体机3机械连接，启动/发电一体机3通过交流高压线束与启动/发电一体机控制器4相连，二缸水平对置式发动机控制器13和油箱14与二缸水平对置式发动机2相连；电源分配单元7通过直流高压线束分别与启动/发电一体机控制器4、固态电池6、轮毂电机控制器8和dc/dc转换器16相连，dc/dc转换器16通过直流高压线束与蓄电池17相连，固态电池6分别与电池管理系统5和充电装置15相连；所述轮毂电机控制器8、二缸水平对置式发动机控制器13、电池管理系统5、启动/发电一体机控制器4、驾驶员信息接口12和车速传感器20通过can总线与整车控制器1相连接。
25.本技术以二缸水平对置式发动机2为动力输入，以固态电池6为所述增程式电动汽车动力系统的电能储存装置，以半轴内转子轮毂电机11带动轮边减速器10驱动汽车车轮9，减低了整车质量，省略了大量的传动部件，使汽车结构更加简化，节省出更多的空间。
26.在本实施例中，所述固态电池6电解质材料可为硫化物系材料或石榴石型氧化物系材料；所述固态电池6个数为若干个，所述若干个固态电池6之间串联。
27.在本实施例中，所述增程式电动汽车动力系统包括三种工作模式，分别为纯电动驱动模式、增程器单独驱动模式与混合驱动模式。其模式的切换主要是通过固态电池6的电池荷电状态soc值、增程式电动汽车的当前车速以及轮毂电机11的需求扭矩来确定。
28.在纯电动驱动模式下，电池管理系统5监控固态电池6荷电状态，并通过can总线与整车控制器1通信，当监控到固态电池6的soc值在正常阈值范围(30％～90％)内，此时整车控制器1与二缸水平对置式发动机控制器13通信，二缸水平对置式发动机控制器13控制二缸水平对置式发动机2停止工作，此时增程器18停止工作，增程式电动汽车工作原理与纯电动汽车工作原理相似，电源分配单元7将固态电池6的直流电通过轮毂电机控制器8转化为交流电，并给轮毂电机11供电，轮毂电机11通过轮边减速器10带动汽车车轮9转动，驱动汽车行驶。
29.在增程器单独驱动模式下，整车控制器1通过can总线通信车速传感器20和驾驶员信息接口12，获取增程式电动汽车当前车速，并对驾驶员信息接口12中的加速踏板信号和制动踏板信号进行解析以获得轮毂电机11的需求扭矩，当增程式电动汽车的当前车速和轮毂电机11的需求扭矩都低于各自的预设阈值时，且电池管理系统5监控到固态电池6的荷电状态soc值低于最小阈值，并通过can总线与整车控制器1通信，整车控制器1通信启动/发电一体机控制器4，使其控制二缸水平对置式发动机2启动，二缸水平对置式发动机2工作后带动启动/发电一体机3发电，并且二缸水平对置式发动机控制器13控制二缸水平对置式发动机2工作在最佳燃油区间，产生的电能一部分通过电源分配单元7输送至轮毂电机控制器8来控制轮毂电机11驱动汽车行驶，剩余部分可通过电源分配单元7输送至固态电池6储存，亦可通过电源分配单元7经dc/dc转换器16将电能输送至蓄电池17储存，供其它车载用电设备用电。
30.在混合驱动模式下，整车控制器1通过can总线通信车速传感器20和驾驶员信息接口12，获取增程式电动汽车当前车速，并对驾驶员信息接口12中的加速踏板信号和制动踏板信号进行解析以获得轮毂电机11的需求扭矩，当增程式电动汽车的当前车速和轮毂电机11的需求扭矩都高于各自的预设阈值时，或分别高于各自的预设阈值时，整车控制器1通信启动/发电一体机控制器4和电池管理系统5并解析出前一阶段增程式电动汽车是处于纯电动驱动模式还是增程式单独驱动模式，若整车控制器1解析出前一阶段工作模式是纯电动驱动模式时，整车控制器1通信启动/发电一体机控制器4控制启动/发电一体机3带动二缸水平对置式发动机2工作，二缸水平对置式发动机2工作后带动启动/发电一体机3发电，并且二缸水平对置式发动机控制器13控制二缸水平对置式发动机2工作在最佳燃油区间，产生的电能通过电源分配单元7输送至轮毂电机控制器8，此时电池管理系统5管理固态电池6将电能通过电源分配单元7输送至轮毂电机控制器8；若整车控制器1解析出前一阶段工作模式是增程器单独驱动模式时，整车控制器1通信电池管理系统5，电池管理系统5管理固态电池6不再接受来自电源分配单元7的电能，并管理固态电池6通过电源分配单元7向轮毂电机控制器8供电；在该模式下，由固态电池6和增程器2输送的电能经电源分配单元7传送至轮毂电机控制器8，轮毂电机控制器8使直流电转化为三相交流电给轮毂电机11供电，使其带动轮边减速器10驱动汽车行驶。
31.在本实施例中，在汽车普通制动或长距离制动时，轮毂电机11扭矩和汽车速度方向相反，具有第四象限工作原理的轮毂电机11起到发电机的作用，使机械能转化为电能并储存到固态电池6里，实现部分制动能量回收的效果。
32.以上对本发明技术方案的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。