混合动力车辆的电气架构、混合动力车辆以及控制方法
【专利摘要】一种混合动力机动车辆的电气架构，该混合动力机动车辆包括：一个燃烧发动机（19），该燃烧发动机驱动一个交流发电机（21），该交流发电机对一个低压车载电池（22）再充电，该车载电池是被连接到该燃烧发动机的起动机（24）和该车辆的车载网络（24）上；一个电动牵引机器（7），该电动牵引机器是由一个高压牵引电池（18）提供动力的；以及一个混合动力变速器（17），该混合动力变速器具有一个联接器件（5），该联接器件能够占据至少一个第一位置、一个第二位置以及一个第三位置，在该第一位置中该燃烧发动机（19）与传动系解除联接，该传动系将该电动机器（7）连接至这些车轮，在该第二位置中这些车轮是在该电动机器（7）有补充或没有补充动力的情况下由该燃烧发动机（19）驱动的，并且在该第三位置中该燃烧发动机（19）和该电动机器（7）被联接的方式为使得它们对应的扭矩相组合去用于这些车轮。这种架构的特征在于该燃烧发动机（19）和该交流发电机（21）构成一个发电机组，该发电机组能够在电动模式中供应该牵引电动机器（7）的能量需求。
【专利说明】混合动力车辆的电气架构、混合动力车辆以及控制方法
[0001]本发明涉及一种车辆的电气架构，该车辆包括一个驱动燃烧发动机和一个电动机器，该电动机器通过一个混合动力变速器而被连接至该车辆的车轮上。
[0002]本发明的目的是一种混合动力车辆的电气架构，该混合动力车辆的燃烧发动机驱动一个交流发电机，该交流发电机对一个低压车载电池再充电，该车载电池是被连接到该燃烧发动机的起动机和该车辆的车载网络上，并且该混合动力车辆的电动牵引机器是由一个高压牵引电池提供动力的，该牵引电池在空挡时通过该燃烧发动机可以再生。
[0003]本发明在装备有一个混合动力变速器的车辆上找到了的一种优选应用，该混合动力变速器包括两个同心的主轴，每个主轴都结合至少一个小齿轮，该至少一个小齿轮降速传动到一个副轴上，该副轴被连接到该车辆的这些车轮上，从而允许:
[0004]-将该燃烧发动机与传动系解除联接，该传动系将该电动机器连接至这些车轮上，
[0005]-使得这些车轮在该电动机器有补充或没有补充动力的情况下由该燃烧发动机驱动，或者额外地
[0006]-该燃烧发动机和该电动机器被联接的方式为使得它们对应的扭矩相组合去用于这些车轮。
[0007]本发明还涉及呈现这样一种电气架构的一种混合动力车辆以及该混合动力车辆的控制方法。
[0008]混合动力变速器的主要优点在于它们使一台车辆的传动系受益于两种能量源(燃烧和电动)，这些能量源的扭矩输入能够以一种称作混合动力的模式相组合、或者能够以一种“纯燃烧模式”或一种“纯电动”模式分开地使用，在该纯燃烧模式中该电动机器不对该牵引系供应扭矩，在该纯电动模式中该燃烧发动机不对该牵引系供应扭矩。还要求其他功能，例如从一个停止状态或行驶中使用该电动机作为起动机来起动该燃烧发动机的能力、或者使用该电动机作为一个发电机对这些电池充电的能力。
[0009]自主性问题和电池的充电是混合动力车辆的关键问题。为了对由于该车辆长期停用或者充电检查策略失效而完全放电的一个牵引电池再充电，常规的混合动力车辆只能够求助于“路边充电”，从而强使该车辆不能机动以便使用该燃烧发动机将该牵引机器作为一个发电机。
[0010]本发明旨在通过以下方式消除这个缺点，S卩，在该车辆牵引电池的一次完全放电的事件中供应该牵引机器低速时的能量需求。
[0011]为实现这个目标，本发明提出该燃烧发动机和该交流发电机构成一个低成本的发电机组，该发电机组能够在电动模式中供应该电动牵引机器的能量需求。
[0012]该牵引电池和该车载电池优选地通过一个电压互感器相连接，该电压互感器使得该牵弓I电池与该车载电池之间的电压能够被减小。
[0013]在第一实施例中，该电压互感器可以具有一种可逆运行方式，该可逆运行方式使得该电压互感器还能够提升从该车载电池在该牵引电池方向上流通的一个充电电流的电压。
[0014]在第二实施例中，该交流发电机是一个高压交流发电机(例如能够通过其绕线转子而被控制成低压或高压的)，该高压交流发电机是可直接连接到该牵引电池上的、与一个电压整流或调节系统相关联或不相关联。
[0015]通过阅读以下对一个实施例(并不受限于该实施例)的说明并且参照附图将清楚地呈现本发明的其他特征和优点，在附图中:
[0016]-图1在一个处于空挡的混合动力变速器的一个实例上展示了一台混合动力车辆的牵引电池的再生，
[0017]-图2至图7展示了这个变速器的不同运行可能性，
[0018]-图8展示了适用于该变速器的第一电气架构，
[0019]-图9展示了本发明的第一实施例，并且
[0020]-图10展示了本发明的第二实施例。
[0021]图1至图7的变速器17包括一个实心主轴1，该实心主轴通过一个过滤系统2(阻尼轮毂、“阻尼器”、双飞轮或其他)而被直接连接到一个燃烧发动机(未展示)的惯性飞轮3上。实心轴I支撑一个惰轮4，该惰轮通过一个第一联接系统5 (刚性离合器、同步器、或者其他类型的渐进式或非渐进式联接器)而能够被连接到该实心轴上。一个空心主轴6被连接到一个电动机器7的转子上。一个副轴10支撑两个惰轮11和12。可以通过一个第二联接系统13 (刚性离合器、同步器、或者其他类型的渐进式或非渐进式联接器)将这两个惰轮
11、12都连接到该副轴上。该副轴10还支撑一个固定的小齿轮14和一个在差速器16的方向上降速的小齿轮15，该差速器是连接到该车辆的车轮(未展示)上的。
[0022]第一联接器件5可以占据至少三个位置，在这些位置中:
[0023]-该燃烧发动机与将电动机器7连接到这些车轮上的传动系解除联接(位置1)，
[0024]-该燃烧发动机在该电动机器有补充或没有补充动力的情况下驱动这些车轮(位置2)，并且
[0025]-该燃烧发动机和该电动机器7被联接的方式为使得它们对应的扭矩相组合去用于这些车轮(位置3)。
[0026]在图1中，第一联接系统处于位置3，就像在图5和图6所在的位置一样，这就是说该第一联接系统在旋转意义上连接实心主轴I和空心主轴6。第二联接系统13是断开的。该变速器因此“处于空挡”。旋转的燃烧发动机可以驱动该电动牵引机器，于是该电动牵引机器起一个发电机的作用以用于对该去机动化的车辆的电池再充电。
[0027]在图2中，第一联接系统5是断开的(位置I )，而第二联接系统13是闭合的，其方式为使具有低传动比的惰轮12与副轴10结合。该变速器以该低传动比或第一前进传动比而处于电动模式。
[0028]在图3中，第一联接系统5仍是断开的(位置1)，而第二联接系统13是闭合的，其方式为使中间传动比的惰轮11与副轴10结合。该变速器以该中间传动比或第二前进传动比而处于电动模式。
[0029]在图4中，第一联接系统5是闭合的处于位置2，其方式为使由该实心轴I支撑的惰轮4与该实心轴结合，而第二联接器件13是断开的。该变速器处在高传动比、或第三传动比。该电动机器不供应任何扭矩。
[0030]在图5中，第一联接器件5是闭合的处于位置3，其方式为使实心轴I与空心轴6结合。第二联接系统13是闭合的，其方式为使低传动比的惰轮12与副轴10结合。该变速器以低传动比处于混合动力模式。来自该燃烧发动机和该电动机器的输入在该传动系上被组合。这些输入通过两个小齿轮8、12的降速而从空心主轴6传递到该副轴。
[0031]在图6中，第一联接器件5仍是闭合的处于位置3，如它在图5中一样。实心主轴I因此与空心主轴6结合。第二联接系统13也是闭合的；该中间传动比的惰轮11与副轴10结合。该变速器以中间传动比处于混合动力模式。来自该燃烧发动机和该电动机器的输入在该传动系上被组合。
[0032]在图7中，第一联接系统5是闭合的处于位置2 ;该第一联接系统使支撑在实心主轴I上的惰轮4与该实心主轴结合。此外，第二联接器件13是闭合的，其方式为使中间传动比的惰轮11与副轴10结合。该变速器以该高传动比处于混合动力模式，组合了来自该燃烧发动机和该电动机器的输入。
[0033]在图8中，图解展示了如以上描述的那一个混合动力变速器的混合动力变速器17，在该图上可以看到这些主轴1、6和副轴10、燃烧发动机19以及电动牵引机器7。电动机器7被电连接到牵引电池18上。燃烧发动机19驱动一个交流发电机26，该交流发电机对车载电池22再充电，从而对车载网络23以及燃烧发动机19的起动机24供电。交流发电机21对该车载电池供应低压电流。另一方面，燃烧发动机19与牵引电池18之间流通的电流是高压电流。为了能够从该牵引电池对车载电池22再充电，一个电流互感器26被安装在这两个电池之间。该互感器26降低从牵引电池18在车载电池22的方向上流通的电流的电压，但没有充电电流能够从车载电池22在牵引电池18的方向上流通。该牵引电池18因此可以“在路边”处于停止状态下通过该燃烧发动机作为发电机工作来再充电，该变速器处于根据图1的空挡，但该牵引电池不能由车载电池22再充电。
[0034]在图10中，这两个电池18、22仍通过该电压互感器26而连接。然而，互感器26此时是一个可逆互感器，该可逆互感器不仅能够降低牵引电池18与车载电池22之间的电压，而且此外能够升高来自车载电池22朝向牵引电池18的一个逆充电电流的电压。该电流因此两个方向上均可以在这两个电池之间的流通。此外，该交流发电机已经被加强以便至少当该车辆起步和以低速行驶时能够满足该牵引电池的能量需求。该燃烧发动机和该交流发电机因此构成一个发电机组，该发电机组能够在该车辆起步和以电动模式低速行驶时供应该电动牵引机器的能量需求。
[0035]在图11中，交流发电机26是一个高压交流发电机、例如一个重绕交流发电机，该高压交流发电机被直接连接到牵引电池18上而不再放置一个电压互感器。该电压互感器仍存在于该架构中。然而，交流发电机21此时是该电压互感器26与牵引电池18之间被连接到这个电池上的。和之前一样，燃烧发动机19和交流发电机21构成一个发电机组，该发电机组能够在该车辆起步和以电动模式低速行驶时供应该电动牵引机器7的能量需求。然而，车载电池22处于牵引电池7的充电回路之外，并且该电流互感器的介入仅是为了一种可能的从该牵引电池对该车载电池的再充电。因此，该互感器没有必要是可逆的。
[0036]当该燃烧发动机已经起动(原理上是在由该车载电池提供动力的起动机的帮助下)时，有可能使该车辆起步并且以电动模式行驶直至一定速度阈为止。在电动模式中该燃烧发动机于是通过该车载电池被用作用于该牵引电池的一个再充电发电机，而所有的驱动能量都是由该电动机器7供应。这种运行方式典型地是一种“串联混合动力”车辆的运行方式，而该变速器从一开始就被设计为一种“并联混合动力”变速器，其中该燃烧发动机和该电动机器都对这些车轮传输机械能。该运行方式允许使该车辆从一个停止状态起步和使该车辆以低速行驶。一旦该车辆的位移速度对于将该燃烧发动机通过该变速器连接到这些车轮是足够的，就可以改变模式并且例如切换到另一个模式、例如燃烧模式(图4)或混合动力模式(图5或图6)，其中该燃烧发动机被联接到这些车轮上。
[0037] 本发明使之有可能在该牵引电池通过将该电动机器用作一个由牵引电池供电的驱动能量源的一次完全放电的事件中，由起一个发电机作用的燃烧发动机来对该牵引电池再充电，从而利用变速器处于一种称作“串联混合动力”的补充运行模式的优点。这种补充模式能够以适度的成本来实现，例如通过将该交流发电机重绕成高压型，与对该电压的调节相关联，而不要求对一个第二机器的一个控制逆变器。根据该变速器的机械单元和电气单元确定的尺寸，这个称作“串联混合动力”的运行模式有可能(至少以一个第一低传动比)上至一个速度阈为止，超过该速度阈，该电动机器的驱动能量和该电动机器的驱动能量以混合动力模式组合，或者所使用的驱动源仅是该燃烧发动机。
【权利要求】
1.一种混合动力机动车辆的电气架构，该混合动力机动车辆包括:一个燃烧发动机(19)，该燃烧发动机驱动一个交流发电机(21)，该交流发电机对一个低压车载电池(22)再充电，该车载电池是被连接到该燃烧发动机的起动机(24)和该车辆的车载网络(24)上；一个电动牵引机器(7)，该电动牵引机器是由一个高压牵引电池(18)提供动力的；以及一个混合动力变速器(17)，该混合动力变速器具有一个联接器件(5)，该联接器件能够占据至少一个第一位置、一个第二位置以及一个第三位置，在该第一位置中该燃烧发动机(19)与传动系解除联接，该传动系将该电动机器(7)连接至这些车轮，在该第二位置中这些车轮是在该电动机器(7)有补充或没有补充动力的情况下由该燃烧发动机(19)驱动的，并且在该第三位置中该燃烧发动机(19)和该电动机器(7)被联接的方式为使得它们对应的扭矩相组合去用于这些车轮， 其特征在于，该燃烧发动机(19 )和该交流发电机(21)构成一个发电机组，该发电机组能够在电动模式中供应该电动牵引机器(7)的能量需求。
2.根据权利要求1或2所述的电气架构，其特征在于，这两个电池(18，22)是通过电压互感器(26)连接的，该电压互感器使得该牵引电池(18)与该车载电池(22)之间的电压能够被减小。
3.根据权利要求2所述的电气架构，其特征在于，该电压互感器(26)具有一种可逆运行方式，该可逆运行方式使得该电压互感器能够提升从该车载电池(22)在该牵引电池(18)方向上流通的一个充电电流的电压。
4.根据权利要求1或2所述的电气架构，其特征在于，该交流发电机(21)是一个高压交流发电机，该高压交流发电机是可直接连接到该牵引电池(18)上的。
5.根据权利要求4所述的电气架构，其特征在于，该交流发电机(21)是在该电压互感器(26)与该牵引电池之间连接到这个电池上的。
6.一种混合动力车辆，其特征在于，其电气架构符合以上权利要求之一。
7.—种对如权利要求6所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于，当该车辆正以电动模式行驶时该燃烧发动机(19)被用作一个发电机以对该牵引电池(18)再充电。
8.根据权利要求7所述的混合动力车辆的控制方法，其特征在于，当该车辆正以电动模式起步时该燃烧发动机(19)被用作一个发电机以对该牵引电池(18)再充电。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，使用该电动机器(7)作为仅有的驱动能量源直到一个速度阈值为止，在该速度阈值将该燃烧发动机联接至这些车轮。
10.根据权利要求7、8或9所述的控制方法，其特征在于，该电动机器(7)被用作仅有的驱动能量源直到一个速度阈值为止，超过该速度阈值就能够转到一个混合动力模式或者燃烧模式。
【文档编号】F16H3/00GK103649588SQ201280034569
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月25日 优先权日:2011年6月28日
【发明者】A·维尼翁, N·弗雷莫, S-A·兰迪 申请人:雷诺股份公司