串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于，包括：發(fā)動機、第一電動機、第二電動機、第一離合器、第二離合器、第一逆變器、第二逆變器和動力電池，所述發(fā)動機通過第一傳動軸與所述第一離合器連接，所述第一離合器通過第二傳動軸與所述第一電動機連接，所述第一電動機通過第三傳動軸與所述第二離合器連接，所述第二離合器通過車輛前軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛前輪，所述的第二電動機通過車輛后軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛后輪；所述動力電池通過所述第一逆變器與所述第一電動機連接，所述動力電池通過所述第二逆變器與所述第二電動機連接。
【專利說明】
串聯(lián)増程式電動汽車動力系統(tǒng)及其控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車領域，涉及一種串聯(lián)增程式電動汽車，特別涉及一種串聯(lián)增 程式電動汽車動力系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]串聯(lián)增程式電動車是一種配有車載動力電池和輔助動力單元(Auxiliary Energy Uni t，APU)的純電驅動的電動汽車，當電能充足時，電池提供車輛行駛所需的所有能量，當 電能不足時，輔助動力單元工作。
[0003] 目前的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)一般包括兩個電動機和一個發(fā)動機，發(fā)動機 和輔電機的功率一般較小，發(fā)動機和輔電機不直接驅動車輛，只是在動力電池電量下降到 一定程度時，發(fā)動機才會起動，帶動輔電機發(fā)電，為主驅動電機提供能量，主驅動電機驅動 車輛行駛。而且目前的串聯(lián)增程式電動車一般為兩驅，無法實現(xiàn)四驅。
[0004] 目前的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)控制方法一般如下:根據(jù)電池電量狀態(tài)，將 車輛工作模式分為兩個階段，第一階段為CD(Charge Depleting，電量消耗)階段，該階段下 保持純電動行駛，在有限的行駛里程內(nèi)由電池提供能量，發(fā)動機和輔電機停止工作;第二階 段為CS(Charge Sustaining，電量保持)階段，該階段下發(fā)動機與輔電機參與工作，實現(xiàn)整 車續(xù)駛里程的延長。
[0005] 專利文獻1(CN103158524A)中公開了一種用于混合動力汽車的驅動總成，包括前 橋總成和后橋總成，所述前橋總成包括發(fā)動機、自動離合器、ISG電機和自動變速器，所述后 橋總成包括主電機，此外還提到了一個控制單元，能夠控制車輛實現(xiàn)混合四驅、混合前驅、 電動四驅和電動后驅。
[0006] 專利文獻2(CN102092272A)中公開了一種插電式混合動力四驅汽車的動力總成系 統(tǒng)，包括前軸驅動總成和后軸驅動總成，所述前軸驅動總成包括發(fā)動機、變速箱和前軸電 機，所述后軸驅動總成包括后軸減速器和連接在后軸減速器上的后軸電機，系統(tǒng)還包括高 壓動力電池，分別通過兩個逆變器和所述前軸電機和所述后軸電機相連。
[0007] 上述專利文獻所描述的串聯(lián)增程式電動汽車，由于輔電機不能直接參與驅動車 輛，車輛無法實現(xiàn)四驅，在車輛急加速時無法根據(jù)地面附著力合理分配前后軸驅動力，車輛 容易出現(xiàn)打滑，從而影響整車在CD階段的動力性。
[0008]此外，上述專利文獻所描述的串聯(lián)增程式電動車控制方法單一，駕駛模式單一，沒 有動力模式和經(jīng)濟模式，車輛缺少駕駛樂趣，而且由于串聯(lián)增程式電動車發(fā)動機和輔電機 功率較小，長途行駛時，電池電量下降到一定程度，即進入CS階段，車輛動力性較差，只能滿 足用戶坡行回家的需求。
[0009]對于專利文獻1和專利文獻2公開的系統(tǒng)，其前軸總成均包含一個變速器，成本較 高，結構復雜，軸向尺寸較大，機艙布置難度大;此外，所述的發(fā)動機均能直接驅動車輛，說 明發(fā)動機功率較大，發(fā)動機損耗較大，油耗較高，排放較差;最后，系統(tǒng)無法實現(xiàn)串聯(lián)功能， 這樣在電池電量較低且車速較低時，只能是發(fā)動機參與驅動，導致發(fā)動機負荷率較低，工作 點較差，油耗較高。
[0010] 因此，亟待出現(xiàn)一種結構簡單、動力性強且能夠增加駕駛樂趣的串聯(lián)增程式電動 汽車動力系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對上述技術問題，本發(fā)明提供一種結構簡單、動力性強且能夠增加駕駛樂趣的 串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)及其控制方法。
[0012] 本發(fā)明的實施例采用的技術方案包括：
[0013] 本發(fā)明提供一種串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)，包括:發(fā)動機、第一電動機、第二 電動機、第一離合器、第二離合器、第一逆變器、第二逆變器和動力電池，所述發(fā)動機通過第 一傳動軸與所述第一離合器連接，所述第一離合器通過第二傳動軸與所述第一電動機連 接，所述第一電動機通過第三傳動軸與所述第二離合器連接，所述第二離合器通過車輛前 軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛前輪，所述的第二電動機通過車輛后軸的主減速器 及差速器輸出動力至車輛后輪;所述動力電池通過所述第一逆變器與所述第一電動機連 接，所述動力電池通過所述第二逆變器與所述第二電動機連接。
[0014] 優(yōu)選地，所述第二離合器、所述第一電動機、所述第一離合器、所述發(fā)動機布置在 同一軸線上;所述第一離合器和所述第一電動機集成設計，布置在機械殼體內(nèi)，所述第二電 動機與所述車輛后軸的主減速器集成設計。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一電動機既可為所述動力電池充電，也可驅動所述車輛;當所述第 一電動機和所述第二電動機驅動車輛時，所述第一電動機和所述第二電動機均處于電動狀 態(tài)，所述動力電池通過所述第一逆變器向所述第一電動機供電，通過所述第二逆變器向所 述第二電動機供電；當所述第一電動機發(fā)電時，所述第一電動機通過所述第一逆變器向所 述動力電池充電，當所述第二電動機發(fā)電時，所述第二電動機通過所述第二逆變器向動力 電池充電。
[0016] 本發(fā)明的實施例還提供一種串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的控制方法，包括相互 切換的運動模式控制和經(jīng)濟模式控制，其中，所述運動模式控制包括:在所述動力電池不報 故障且電池電量小于第一閾值時，動力系統(tǒng)一直工作在串聯(lián)模式，所述發(fā)動機驅動所述第 一電動機發(fā)電，所述第二電動機驅動車輛行駛；當所述動力電池不報故障且電池電量高于 第二閾值時，動力系統(tǒng)一直工作在純電動模式，所述發(fā)動機停機，根據(jù)駕駛員油門踏板開 度、車速和地面附著力，控制所述第二電動機單獨驅動車輛或者所述第二電動機與所述第 一電動機共同驅動車輛;所述經(jīng)濟模式控制包括:根據(jù)動力電池電量狀態(tài)，將車輛工作模式 分為電量消耗階段和電量維持階段，包括電量消耗階段驅動控制和電量維持階段驅動控 制，其中，當動力電池不報故障且電量大于第三閾值時，動力系統(tǒng)處在電量消耗階段，當動 力電池不報故障且電量小于等于第四閾值時，動力系統(tǒng)工作在電量維持階段。
[0017] 優(yōu)選地，所述電量消耗階段驅動控制為：車輛工作在純電動模式，所述發(fā)動機停 機，根據(jù)駕駛員油門踏板開度、車速和地面附著力，控制所述第二電動機單獨驅動車輛或者 所述第二電動機與所述第一電動機共同驅動車輛;所述電量維持階段驅動控制為:車輛工 作在串聯(lián)模式，所述第二電動機單獨驅動所述車輛，所述發(fā)動機和所述第一電動機根據(jù)所 述動力電池的電量和運行工況適時啟動。
[0018] 優(yōu)選地，所述第一閾值、所述第二閾值、所述第三閾值和所述第四閾值根據(jù)環(huán)境溫 度進行標定。
[0019] 本發(fā)明的有益效果包括:在動力電池電量充足時，第一電動機和第二電動機均可 以直接驅動車輛，實現(xiàn)四驅，根據(jù)地面附著力和車輛需求扭矩，可以合理分配車輛前后軸驅 動扭矩，從而避免急加速時車輛打滑，保證整車動力性;將動力系統(tǒng)主模式分為運動模式和 經(jīng)濟模式，用戶可以根據(jù)需要自由選擇，在長途行駛時可以選擇運動模式，發(fā)動機一直工 作，保證電池電量不下降，第二電動機一直驅動車輛，急加速時第一電動機也參與驅動，保 證整車動力性;在短途行駛時，可以選擇經(jīng)濟模式，盡量多用電，少啟動發(fā)動機，從而降低油 耗及排放。
[0020] 通過合理控制本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)，不僅可以滿足用戶不同的 使用需求，而且增加了駕駛樂趣;相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng) 少了一個變速器，前軸軸向尺寸更加緊湊，而且成本更低，此外采用一個小功率級別的發(fā)動 機，能夠提高發(fā)動機的負荷率，降低發(fā)動機損耗，而且在低車速低電池電量時，能夠采用串 聯(lián)功能，控制發(fā)動機工作在最佳工作點，發(fā)動機驅動第一電動機發(fā)電，第二電動機驅動車 輛，這樣能夠提高發(fā)動機負荷率，降低整車油耗。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下，結合附圖對本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)進行詳細介紹。
[0023] 圖1是本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的結構示意圖。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)包括發(fā)動機1，第一離合器2， 第一電動機3,第二離合器4,第二電動機5,第一逆變器6,第二逆變器7,動力電池8,第一傳 動軸9，第二傳動軸10，第三傳動軸11。
[0025] 發(fā)動機1通過第一傳動軸9與第一離合器2連接，第一離合器2通過第二傳動軸10與 第一電動機3連接，第一電動機3通過第三傳動軸11與第二離合器4連接，第二離合器4通過 車輛前軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛前輪，第一電動機既可以發(fā)電又可以驅動， 第二電動機5通過車輛后軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛后輪。如圖1所示，第二離 合器2、第一電動機3、第一離合器2、發(fā)動機1布置在同一軸線(第一軸線)上。
[0026] 在本發(fā)明中，發(fā)動機1的最大功率根據(jù)車輛最高穩(wěn)定車速而匹配(具體匹配原理為 現(xiàn)有技術，在此略去對其具體介紹），不需要滿足車輛加速性，發(fā)動機1與車輪機械解耦，不 直接驅動車輛。第一電動機3和第二電動機5的峰值功率根據(jù)車輛加速性匹配，第一電動機3 和第二電動機5峰值轉矩根據(jù)車輛最大爬坡度匹配，第一離合器2與第一電動機3集成設計， 布置在一個機械殼體內(nèi)，第二電動機5與后軸減速器集成設計。
[0027] 當?shù)谝浑妱訖C3和第二電動機5驅動車輛時，第一電動機3和第二電動機5均處于電 動狀態(tài)，動力電池8通過第一逆變器6向第一電動機3供電，通過第二逆變器7向第二電動機5 供電；當?shù)谝浑妱訖C3發(fā)電時，第一電動機3通過第一逆變器6向動力電池8充電，當?shù)诙妱?機5發(fā)電時，第二電動機5通過第二逆變器7向動力電池8充電。
[0028] 在車輛停止運行時，可以通過外接電網(wǎng)對動力電池8進行充電，動力電池8可為能 量兼功率型的鋰離子電池。
[0029] 接下來對本發(fā)明的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的控制方法進行介紹。
[0030] 在本發(fā)明中，串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的主模式可分為運動模式和經(jīng)濟模 式，這兩種模式可由駕駛員自由選擇，以下對這兩種模式進行具體介紹。
[0031] 在運動模式下，動力系統(tǒng)的控制方法主要為驅動控制方法，動力系統(tǒng)驅動控制方 法如下:通過控制發(fā)動機1、第一電動機3、第二電動機5、第一離合器2和第二離合器4的工作 狀態(tài)，使得動力電池8的電池電量一直保持在很高的狀態(tài)，例如不低于60 %，一旦電池電量 低于此電池電量閾值，則通過采用限制第二電動機5的輸出功率、啟動發(fā)動機1并增大發(fā)動 機1的發(fā)電功率等措施來提高動力電池8電量，從而保證整車動力性，當動力電池8電量高于 一定電池電量閾值時，例如90 %，則控制發(fā)動機1停機，避免動力電池8過充、影響動力電池8 壽命;在此模式下，當發(fā)動機1停機時，車輛處在純電動模式下，根據(jù)駕駛員油門踏板開度、 車速及地面附著力，控制第二電動機5單獨驅動車輛行駛或者第二電動機5和第一電動機3 共同驅動車輛，實現(xiàn)四驅。具體地，在一定車速例如大于50km/h時，當油門踏板開度較小例 如小于50%、地面附著力較大車輛不打滑時，第二電動機5單獨驅動車輛，實現(xiàn)兩驅，當油門 踏板開度較大例如大于80%且地面附著力較小車輛出現(xiàn)打滑時，第二電動機5和第一電動 機3共同驅動車輛，實現(xiàn)四驅，充分利用地面附著力。在本發(fā)明中，動力電池8的電池電量閾 值根據(jù)環(huán)境溫度進行標定，環(huán)境溫度不同，則此閾值不同，當環(huán)境溫度較高時，閾值相對較 低，環(huán)境溫度較低時，閾值相對較高，具體函數(shù)關系可根據(jù)實際情況來標定，在此略去對其 詳細介紹。
[0032]在經(jīng)濟模式下，首先根據(jù)動力電池8的電量狀態(tài)，將動力系統(tǒng)工作階段分為電量消 耗(Charge Depleting，⑶)階段和電量維持(ChargeSustaining，CS)階段，動力系統(tǒng)的控制 方法包括CD階段驅動控制方法和CS階段驅動控制方法，具體地:當動力電池8的電量高于一 定電池電量閾值例如40 %時，動力系統(tǒng)工作在CD階段，當動力電池8的電量下降到一定電池 電量閾值例如35 %以下時，動力系統(tǒng)進入CS階段。在CD階段時，車輛處在純電動模式下，根 據(jù)駕駛員油門踏板開度、車速及地面附著力，控制第二電動機5單獨驅動車輛行駛，或者第 二電動機5和第一電動機3共同驅動車輛實現(xiàn)四驅，此時發(fā)動機1處于停機狀態(tài)。具體地，在 一定車速下，當油門踏板開度較小、地面附著力較大車輛不打滑時，第二電動機5單獨驅動 車輛，實現(xiàn)兩驅，當油門踏板開度較大且地面附著力較小車輛出現(xiàn)打滑時，第二電動機5和 第一電動機3共同驅動車輛，實現(xiàn)四驅，充分利用地面附著力;在CS階段時，車輛處于混合動 力工作模式，第二電動機5單獨驅動車輛行駛，發(fā)動機和第一電動機3根據(jù)電池電量和車速 適時啟動，保證電池電量平衡。具體地，當電池電量高于一定閾值例如40 %且車輛車速較低 時，發(fā)動機停機，當電池電量低于一定閾值例如低于35%或者車輛車速高于一定閾值例如 60km/h時，發(fā)動機啟動，驅動第一電動機3發(fā)電。上述電池電量閾值根據(jù)環(huán)境溫度進行標定， 環(huán)境溫度不同，則閾值不同，當環(huán)境溫度較高時，閾值相對較低，環(huán)境溫度較低時，閾值相對 較高，具體函數(shù)關系可根據(jù)實際情況來標定，在此略去對其具體介紹。
[0033]動力系統(tǒng)工作模式及各模式下各總成部件的工作狀態(tài)具體如下表所示。
[0034]
[0035] 以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員，依據(jù)本發(fā)明的 思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明 的限制。
【主權項】
1. 一種串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于，包括:發(fā)動機、第一電動機、第二電 動機、第一離合器、第二離合器、第一逆變器、第二逆變器和動力電池， 所述發(fā)動機通過第一傳動軸與所述第一離合器連接，所述第一離合器通過第二傳動軸 與所述第一電動機連接，所述第一電動機通過第三傳動軸與所述第二離合器連接，所述第 二離合器通過車輛前軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛前輪，所述的第二電動機通過 車輛后軸的主減速器及差速器輸出動力至車輛后輪； 所述動力電池通過所述第一逆變器與所述第一電動機連接，所述動力電池通過所述第 二逆變器與所述第二電動機連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于，所述第二離合 器、所述第一電動機、所述第一離合器、所述發(fā)動機布置在同一軸線上;所述第一離合器和 所述第一電動機集成設計，布置在機械殼體內(nèi)，所述第二電動機與所述車輛后軸的主減速 器集成設計。3. 根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電動機 既可為所述動力電池充電，也可驅動所述車輛； 當所述第一電動機和所述第二電動機驅動車輛時，所述第一電動機和所述第二電動機 均處于電動狀態(tài)，所述動力電池通過所述第一逆變器向所述第一電動機供電，通過所述第 二逆變器向所述第二電動機供電；當所述第一電動機發(fā)電時，所述第一電動機通過所述第 一逆變器向所述動力電池充電，當所述第二電動機發(fā)電時，所述第二電動機通過所述第二 逆變器向動力電池充電。4. 一種如權利要求1所述的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包 括相互切換的運動模式控制和經(jīng)濟模式控制，其中， 所述運動模式控制包括:在所述動力電池不報故障且電池電量小于第一閾值時，動力 系統(tǒng)一直工作在串聯(lián)模式，所述發(fā)動機驅動所述第一電動機發(fā)電，所述第二電動機驅動車 輛行駛；當所述動力電池不報故障且電池電量高于第二閾值時，動力系統(tǒng)一直工作在純電 動模式，所述發(fā)動機停機，根據(jù)駕駛員油門踏板開度、車速和地面附著力，控制所述第二電 動機單獨驅動車輛或者所述第二電動機與所述第一電動機共同驅動車輛； 所述經(jīng)濟模式控制包括:根據(jù)動力電池電量狀態(tài)，將車輛工作模式分為電量消耗階段 和電量維持階段，包括電量消耗階段驅動控制和電量維持階段驅動控制，其中，當動力電池 不報故障且電量大于第三閾值時，動力系統(tǒng)處在電量消耗階段，當動力電池不報故障且電 量小于等于第四閾值時，動力系統(tǒng)工作在電量維持階段。5. 根據(jù)權利要求4所述的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 所述電量消耗階段驅動控制為:車輛工作在純電動模式，所述發(fā)動機停機，根據(jù)駕駛員 油門踏板開度、車速和地面附著力，控制所述第二電動機單獨驅動車輛或者所述第二電動 機與所述第一電動機共同驅動車輛； 所述電量維持階段驅動控制為:車輛工作在串聯(lián)模式，所述第二電動機單獨驅動所述 車輛，所述發(fā)動機和所述第一電動機根據(jù)所述動力電池的電量和運行工況適時啟動。6. 根據(jù)權利要求4所述的串聯(lián)增程式電動汽車動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述 第一閾值、所述第二閾值、所述第三閾值和所述第四閾值根據(jù)環(huán)境溫度進行標定。
【文檔編號】B60L11/12GK105946600SQ201610285793
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】王燕, 劉建康, 趙洪輝, 鄭益紅
【申請人】中國第汽車股份有限公司, 中國第一汽車股份有限公司