專利名稱：一種采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，特別涉及具有內(nèi)燃機和兩個電動機，并能進行內(nèi)燃機和電動機并聯(lián)驅動的增程式電動汽車動力系統(tǒng)。
背景技術：
在節(jié)能和環(huán)保成為汽車行業(yè)發(fā)展主題的今天，混合動力汽車已經(jīng)成為各國汽車廠商重點研究的對象?；旌蟿恿ζ?Hybrid Electrical Vehicle,簡稱HEV)是指同時裝備兩種動力來源一熱動力源(由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產(chǎn)生)與電動力源(動力電池與電動機)的汽車?；旌蟿恿ζ嚥恍枰饨映潆?，是以發(fā)動機為主要動力源的電動汽車，通過發(fā)動機怠速停機、制動能量回收、低速純電動行駛、行車發(fā)電、行車助力以及發(fā)動機單獨驅動等混合動力功能，使得發(fā)動機可以按照整車的實際運行工況靈活調(diào)控，保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。與混合動力汽車相比，純電動汽車(Battery Electric vehicle,簡稱BEV)完全依靠電動機驅動車輛，其能量源來自電網(wǎng)，實現(xiàn)了零排放，能效高，噪音小。但是受目前動力電池技術水平限制，其能量密度還不能滿足車用需求，整車續(xù)駛里程有限，不能滿足用戶日常使用要求。為了延長純電動汽車的續(xù)駛里程，人們在電動車動力系統(tǒng)中增加了一個高效率內(nèi)燃機，當動力電池電壓降低時，它可以驅動發(fā)電機提供動力，以此達到延長續(xù)駛里程的目的。這類電動車被稱為增程式電動汽車(Range-extended Electric Vehicle,簡稱REEV)。根據(jù)動力系統(tǒng)結構，目前存在的增程式電動汽車可以分為串聯(lián)增程式電動汽車和混聯(lián)增程式電動汽車。串聯(lián)增程式電動汽車在成本增加(與傳統(tǒng)車比較)方面優(yōu)勢較大，在電量保持階段下動力性很難滿足車輛性能要求，高速行駛燃油經(jīng)濟性也較差。混聯(lián)增程式電動汽車在電量保持階段下動力性和油耗均優(yōu)于串聯(lián)增程式電動汽車，但動力系統(tǒng)復雜、成本較聞;(I)由于傳統(tǒng)車(或混合動力汽車)的內(nèi)燃機需要工作在低速擋以滿足加速需求，其負荷率低且負荷與轉速變化快，影響整車經(jīng)濟性；(2)在現(xiàn)有的混合動力構型中，電機主要用來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機的工作區(qū)域，從而使內(nèi)燃機盡量在最優(yōu)經(jīng)濟區(qū)間工作，驅動車輛需要的動力還是主要由內(nèi)燃機提供，因此內(nèi)燃機的功率很大，影響整車經(jīng)濟性和排放性；(3)在現(xiàn)有的混合動力構型中,第一電動機形式一般有兩種，BSG (Belt StarterGenerator)和ISG (Integrated Starter Generator),它們通常與內(nèi)燃機直接相連，內(nèi)燃機工作時會一直帶動它們轉動，這不僅會產(chǎn)生機械摩擦損失，還會產(chǎn)生電磁損失，影響整車經(jīng)濟性；(4)雖然純電動汽車能夠實現(xiàn)零耗油量和零排放，但是由于動力電池的體積和能量密度的限制，其續(xù)駛里程非常有限；[0009](5)串聯(lián)增程式電動汽車，在增程模式下，存在能量二次轉換損失影響整車經(jīng)濟性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其采用一個小功率等級的內(nèi)燃機和一個大功率等級的第二電動機；在內(nèi)燃機驅動時防止帶動第一電動機旋轉，減少了第一電動機的摩擦與電磁損失，通過行星齒輪機構為第二電動機提供兩個速比，整車動力性需求由第二電動機滿足，降低了內(nèi)燃機的功率，提高了內(nèi)燃機的負荷率，改善了整車經(jīng)濟性和排放性；在動力電池電量不足時，低速時串聯(lián)驅動車輛，由內(nèi)燃機驅動第一電動機給動力電池充電，維持電量平衡；高速時并聯(lián)驅動車輛，能量傳遞效率高，在保證整車動力性的基礎上，進一步延長了車輛的續(xù)駛里程。本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，由內(nèi)燃機、第一電動機、第二電動機、雙離合傳動裝置、行星齒輪機構和換擋執(zhí)行機構組成，其中換擋執(zhí)行機構包括一個換擋離合器和一個換擋制動器；特征在于:內(nèi)燃機的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體連接，雙離合傳動裝置的第一離合器通過傳動軸與行星齒輪機構連接，第二離合器與第一電動機轉子連接，第二電動機轉子可與行星齒輪機構的太陽輪、行星架和齒圈等三個元件的其中任意一個元件連接，并由其中設定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個擋位。所述的第二電動機轉子與行星齒輪機構的行星架相連，通過齒圈輸出動力，當鎖止太陽輪時，行星齒輪機構的傳動比大于0.5且小于I即二擋；當使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即一擋。所述的第二電動機轉子與行星齒輪機構的齒圈相連，通過行星架輸出動力，當鎖止太陽輪時，行星齒輪機構的傳動比大于I小于2即一擋；當使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即二擋。所述的第二電動機轉子與行星齒輪機構的太陽輪相連，通過行星架輸出動力，當鎖止齒圈時，行星齒輪機構的傳動比大于2即一擋；當齒圈和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即二擋。所述的雙離合傳動裝置第一離合器結合，內(nèi)燃機與第二電動機之間進行動力傳遞，雙離合傳動裝置第一離合器分離，內(nèi)燃機與第二電動機之間動力傳遞斷開；所述的雙離合傳動裝置第二離合器結合，內(nèi)燃機與第一電動機之間進行動力傳遞，雙離合傳動裝置第二離合器分離，內(nèi)燃機與第一電動機之間動力傳遞斷開，也可取消第二離合器，第一電動機與雙離合傳動裝置的殼體成剛性連接。所述的內(nèi)燃機、雙離合傳動裝置和第一電動機可以取消，動力系統(tǒng)一直在純電動模式下工作，為一種純電動汽車動力系統(tǒng)。本實用新型的積極效果是采用兩擋變速器，為第二電動機提供兩個傳動比，降低車輛對第二電動機扭矩需求，減小第二電動機體積；第一電動機、第二電動機、兩擋變速器集成化設計，使系統(tǒng)結構更加緊湊，實現(xiàn)動力系統(tǒng)的輕量化；相比同級別混合動力汽車，內(nèi)燃機功率小，提高了車輛行駛時內(nèi)燃機的負荷率；雙離合傳動裝置的第二離合器分離時，防止內(nèi)燃機驅動時帶動第一電動機旋轉，減少了第一電動機的摩擦損失和電磁損失，從而提高了整車的燃油經(jīng)濟性；取消雙離合傳動裝置的第二離合器時，動力系統(tǒng)結構更加緊湊，可降低整車成本。車輛低速行駛時，動力系統(tǒng)可以是純電動或串聯(lián)模式工作；車輛高速行駛時，動力系統(tǒng)可以是純電動模式工作，也可結合第一離合器，使發(fā)動機參與車輛驅動，此時動力系統(tǒng)能量傳遞效率高，在保證整車動力性的基礎上，可進一步延長車輛的續(xù)駛里程。基于本實用新型的動力系統(tǒng)，可以取消內(nèi)燃機、雙離合傳動裝置和第一電動機，動力系統(tǒng)一直在純電動模式下工作，本實用新型演變?yōu)橐环N純電動汽車動力系統(tǒng)，可以實現(xiàn)增程式電動汽車和純電動汽車的動力系統(tǒng)共平臺。

圖1為第二電動機轉子與行星齒輪機構的行星架相連，通過齒圈輸出動力。圖2為第二電動機轉子與行星齒輪機構的齒圈相連，通過行星架輸出動力。圖3為第二電動機轉子與行星齒輪機構的太陽輪相連，通過行星架輸出動力。圖4為動力系統(tǒng)的兩種工作階段。其中SOC為動力電池的荷電狀態(tài)。SOC高，說明動力電池電量充足；soc低,說明動力電池電量不足。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述:如圖1所示，本增程式電動汽車動力系統(tǒng)具備:內(nèi)燃機1，雙離合傳動裝置殼體2，第一離合器3，第二離合器4，齒圈5，行星架6，太陽輪7，摩擦片8，換擋離合器9，換擋制動器10，第二電動機轉子11，第二電動機定子12,傳動機構殼體13,傳動軸14,輸出軸15,第一電動機定子16,第一電動機轉子17。內(nèi)燃機I的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體2連接。雙離合傳動裝置的第一離合器3通過傳動軸14與行星齒輪機構連接，第二離合器4與第一電動機轉子17連接。第二電動機轉子11可與齒圈5、行星架6和太陽輪7等三個元件的其中任意一個元件連接，并由其中設定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個擋位。如圖1所示，第二電動機轉子11與行星齒輪機構的行星架6相連，通過齒圈5輸出動力。當鎖止太陽輪7時，行星齒輪機構的傳動比大于0.5且小于I即二擋；當使太陽輪7和行星架6鎖成一體時，行星齒輪結構的傳動比等于I即一擋。在此，行星架6即為第一元件，齒圈5即為設定的第二元件，太陽輪7即為第三元件。如圖2所示，第二電動機轉子11與行星齒輪機構的齒圈5相連，通過行星架6輸出動力。當鎖止太陽輪7時，行星齒輪機構的傳動比大于I小于2即一擋；當使太陽輪7和行星架6鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即二擋。在此，齒圈5即為第一元件，行星架6即為設定的第二元件，太陽輪7即為第三元件。如圖3所示，第二電動機轉子11與行星齒輪機構的太陽輪7相連，通過行星架6輸出動力。當鎖止齒圈5時，行星齒輪機構的傳動比大于2即一擋；當齒圈5和行星架6鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即二擋。在此，太陽輪7即為第一元件，行星架6即為設定的第二元件，齒圈5即為第三元件。第二離合器4結合，內(nèi)燃機I與第一電動機轉子17之間進行動力傳遞。第二離合器4分離，內(nèi)燃機I與第一電動機轉子17之間動力傳遞斷開。第一離合器3結合，內(nèi)燃機I與第二電動機轉子11之間進行動力傳遞。第一離合器3分離，內(nèi)燃機I與第二電動機轉子11之間動力傳遞斷開。如圖4所示，根據(jù)動力電池荷電狀態(tài)(S0C)，動力系統(tǒng)有兩個工作階段:電量消耗(⑶)階段和電量維持(CS)階段。動力系統(tǒng)在電量消耗(CD)階段和電量保持(CS)階段下，動力系統(tǒng)的工作模式如下表I:
權利要求1.一種采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，由內(nèi)燃機、第一電動機、第二電動機、雙離合傳動裝置、行星齒輪機構和換擋執(zhí)行機構組成，其中換擋執(zhí)行機構包括一個換擋離合器和一個換擋制動器；特征在于:內(nèi)燃機的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體連接，雙離合傳動裝置的第一離合器通過傳動軸與行星齒輪機構連接，第二離合器與第一電動機轉子連接，第二電動機轉子可與行星齒輪機構的太陽輪、行星架和齒圈等三個元件的其中任意一個元件連接，并由其中設定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個擋位。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機轉子與行星齒輪機構的行星架相連，通過齒圈輸出動力，當鎖止太陽輪時，行星齒輪機構的傳動比大于0.5且小于I即二擋；當使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即一擋。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機轉子與行星齒輪機構的齒圈相連，通過行星架輸出動力，當鎖止太陽輪時，行星齒輪機構的傳動比大于I小于2即一擋；當使太陽輪和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即二擋。
4.根據(jù)權利要求1所述的采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的第二電動機轉子與行星齒輪機構的太陽輪相連，通過行星架輸出動力，當鎖止齒圈時，行星齒輪機構的傳動比大于2即一擋；當齒圈和行星架鎖成一體時，行星齒輪機構的傳動比等于I即二擋。
5.根據(jù)權利要求1所述的采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的雙離合傳動裝置第一離合器結合，內(nèi)燃機與第二電動機之間進行動力傳遞，雙離合傳動裝置第一離合器分離，內(nèi)燃機與第二電動機之間動力傳遞斷開；所述的雙離合傳動裝置第二離合器結合，內(nèi)燃機與第一電動機之間進行動力傳遞，雙離合傳動裝置第二離合器分離，內(nèi)燃機與第一電動機之間動力傳遞斷開，也可取消第二離合器，第一電動機與雙離合傳動裝置的殼體成剛性連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述的內(nèi)燃機、雙離合傳動裝置和第一電動機可以取消，動力系統(tǒng)一直在純電動模式下工作，為一種純電動汽車動力系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種采用行星齒輪兩擋變速器的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于內(nèi)燃機的曲軸與雙離合傳動裝置的殼體連接，雙離合傳動裝置的第一離合器通過傳動軸與行星齒輪機構連接，第二離合器與第一電動機轉子連接，第二電動機轉子可與行星齒輪機構的太陽輪、行星架和齒圈等三個元件的其中任意一個元件連接，并由其中設定的第二元件輸出動力，通過控制其中第三元件的運動狀態(tài)實現(xiàn)兩個擋位。低速行駛時主要由第二電動機驅動車輛，避免發(fā)動機低速、低負荷工作，改善了整車經(jīng)濟性和排放性；高速行駛時動力系統(tǒng)并聯(lián)工作驅動車輛，能量傳遞效率高，在保證整車動力性的基礎上，進一步延長了車輛的續(xù)駛里程。
文檔編號B60K6/54GK203032364SQ20122047555
公開日2013年7月3日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權日2012年9月18日
發(fā)明者李駿, 劉明輝, 李俊新, 趙子亮, 楊興旺, 李川, 羅國鵬, 劉建康 申請人:中國第一汽車股份有限公司