[發明專利]雙模式機電混合動力系統及其控制

有效

• 申請號: 200610086807.7
• 申請日: 2006-06-19
• 公開（公告）號: CN101092110A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 艾曉志;艾曉林;薛蕊;薛忠和
• 申請（專利權）人: 艾曉林
• 主分類號: B60K6/02
• 分類號: B60K6/02;B60W10/06;B60W10/08;B60W10/10;B60W20/00
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所屬技術領域

本發明介紹一種混合動力系統及其控制方法，著重介紹一種具有兩種動力分流形式的機電混合動力分流系統及其控制方法。該混合動力系統可廣泛應用于各種車輛和動力設備。

背景技術概述

動力系統，又稱動力總成，包括動力源和傳動系統。內燃機(發動機)為最常見的動力源。傳動系統則進一步包括變速器、差速器和傳動軸。動力系統的作用是向車輛的驅動輪提供所需的驅動動力。通常，發動機有一定的速度和扭矩范圍，并在其中很小的范圍內達到最佳的工作狀態，這時或是油耗最小，或是有害排放最低，或是倆者皆然。然而，實際路況卻千變萬化，不但表現在驅動輪的轉速上同時還表現在驅動輪所要求的驅動扭矩上。任何一個轉速和扭矩的組合定義一種動力狀態。不同的動力狀態可以有相同的動力。可見，發動機的動力狀態與驅動輪的動力狀態有著不同變化范圍和規律。因此，實現發動機與驅動輪動力狀態之間的匹配是變速器的首要任務。

目前市場上的變速器主要有有級變速器和無級變速器兩大類。有級變速器又分為手動和自動兩種。它們大多數通過齒輪系或行星輪系不同齒輪之間的嚙合組合來提供有限個離散的輸出、輸入速比。在相鄰兩個速比之間，驅動輪速度的調節則依靠發動機轉速變化來實現。

無級變速器，無論是機械式，液壓式，還是機電式的，都能在一定范圍內提供無限個連續可選用的速比。從理論上說，驅動輪的速度變化完全可通過變速器來完成。這樣，發動機可以盡可能地工作在最佳轉速范圍內。無級變速器與有級變速器相比，具有調速平穩，能充分利用發動機最大功率等諸多優點。因此，多年來無級變速器一直是各國工程師們研究的對象。目前推向市場的無級變速器有金屬摩擦帶式和球腔摩擦輪式兩種，其中以帶式較為普遍。

與理想要求的工作情況相比，現有的變速器無論是有級的或是無級的都不能完全滿足發動機與驅動輪之間動力狀態的匹配要求。這是因為現有的變速器只能完成動力的傳輸而不能實現動力的調節。變速器的輸入與輸出功率是相同的(不計變速器內耗)。因此，這樣的變速器只能對輸入、輸出速比或輸出、輸入扭矩比進行單項調節，而不能同時對二者進行獨立的調節。

近年來，電機混合動力系統的誕生和迅速發展為實現發動機與驅動輪之間動力和動力狀態的完全匹配開拓了新的途徑。在眾多的動力總成設計方案中，最具代表性的有串聯混合系統和并聯混合系統兩種。機電串聯混合系統中，發動機-發電機-電動機-軸系-驅動輪組成一條串聯的動力鏈，動力總成結構極為簡單。其中，發電機-電動機組合可視為傳統意義下的變速器。當與儲能器，如電池，電容等聯合使用時，該變速器又可作為能量調節裝置，完成對速度和扭矩的獨立調節。

機電并聯系統有兩條并行、獨立的動力鏈。一條由傳統的機械變速器組成，另一條由電池-電機系統組成。機械變速器負責完成對速度的調節，而電池-電機系統則完成對功率(動力)或扭矩的調節。為充分發揮整個系統的潛能，機械變速器還需采用無級變速的方式。

串聯混合系統的優點在于結構簡單，布局靈活。但由于全部動力通過電動機，因此電機的功率要求高，體積大，重量重。同時，由于能量傳輸過程經過兩次機-電，電-機的轉換，整個系統的效率較低。并聯混合系統，只有部分動力通過電機系統，因此，對電機的功率要求相對較低。整體系統的效率較高。然而，此系統需兩套獨立的子系統，造價高。通常只用于弱混合系統。

發明內容

本發明所介紹的是一種以兩種動力分流形式為主要工作模式的混合動力分流系統及其控制策略和方法。該系統由發動機、變速器和控制器等主要零部件組成。它采用動力分流原理，利用局部的動力變化控制總系統輸出端的動力狀態，實現對輸出端轉速和扭矩的獨立調節。動力分流由變速器完成。它由機械傳動裝置和動力調節裝置兩部分組成。變速器至少提供兩種工作模式，一種是基于輸出動力分流的工作模式，一種是基于復合動力分流的工作模式。動力調節裝置可有多種形式，即可以是電機-電動機組合，也可以是油泵-油馬達組合或摩擦傳動裝置等等。混合動力系統通常還包括儲能器，如電池，電容或氣液壓力罐等。