本發(fā)明涉及汽車動力系統(tǒng)，尤其是涉及一種串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)。

背景技術：

新能源汽車以其低油耗、低排放以及能量來源形式多樣等優(yōu)點，已成為目前汽車發(fā)展的重要方向。目前，主流的汽車制造商均已進行新能源汽車的研發(fā)和制造。雖然純電動汽車具有低噪聲、零排放、零污染的優(yōu)點，但是由于動力電池組的技術短板，其存在著單次充電續(xù)航里程短、車輛制造成本高等缺點。常規(guī)混合動力汽車雖可以達到節(jié)能減排的目的，但仍主要通過燃油來提供動力，能量轉換效率低且排放效果較差。

增程式電動汽車綜合了純電動汽車和混合動力汽車的優(yōu)點，其既可以通過純電動模式行駛，滿足人們日常的通勤需求。也可以通過增程模式行駛，擺脫動力電池容量和充電條件的限制，延長了續(xù)駛里程，同時通過控制電機將發(fā)動機調節(jié)在最佳經濟區(qū)域，優(yōu)化了能量經濟性和排放性。

專利文獻1(中國專利公開號：cn102897029b)中公開了一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機、第一電控離合器、前軸電機、第二電控離合器、變速箱、差速器、兩個后輪轂電機、動力電池組組和外接充電器，以及整車控制子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據行駛工況實現多種運行模式。但是該專利所述方案中，前軸包含變速箱，系統(tǒng)軸向尺寸偏大，制造成本和控制難度增加。

專利文獻2(中國專利公開號：cn105946600a)中公開了一種四驅電動汽車動力系統(tǒng)及控制方法，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，根據電池電量狀態(tài)可以實現經濟模式控制和運動模式控制。但是該專利所述方案中，后軸采用集中式電機，無法實現本專利所述的電子主動差速控制功能。

增程器采用發(fā)動機+第一離合+第一電動機、前軸采用第一電動機+第二離合器+減速器+差速器、后軸采用左右輪轂電機、可外接電網充電的串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)尚未有人提出。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括驅動單元以及相互連接的能量單元和控制單元，所述的控制單元連接驅動單元，所述的能量單元包括動力電池組和發(fā)動機，所述的驅動單元包括第一電動機、減速器、第一離合器和第二離合器，所述的發(fā)動機與第一電動機之間通過第一離合器連接，所述的第一電動機與減速器之間通過第二離合器連接，所述的第一電動機與控制單元連接。

所述的驅動單元還包括左輪轂電機和右輪轂電機，所述的左輪轂電機和右輪轂電機分別與所述的控制單元連接。

所述的驅動單元還包括差速器，所述的減速器、差速器和前軸依次連接。

所述的控制單元包括第一電機控制器、第二電機控制器、第三電機控制器、電池管理控制器和整車控制器，所述的整車控制器分別連接電池管理控制器、第一電機控制器、第二電機控制器和第三電機控制器，所述的第一電機控制器連接第一電動機，所述的第二電機控制器連接左輪轂電機，所述的第三電機控制器連接右輪轂電機。

所述的能量單元還包括充電器，所述的充電器連接電池管理控制器，所述的電池管理控制器連接動力電池組，所述的動力電池組分別連接第一電機控制器、第二電機控制器、第三電機控制器。

所述的第一電動機為電動和發(fā)電一體電機。

所述的驅動單元還包括左輪邊電機、左輪邊電機減速器、右輪邊電機和右輪邊電機減速器，所述的左輪邊電機與左輪邊電機減速器連接，所述的右輪邊電機與右輪邊電機減速器連接，所述的左輪邊電機和右輪邊電機分別與所述的控制單元連接。

所述的混合動力系統(tǒng)具有多種運行模式，包括：純電驅動模式、增程模式、純發(fā)動機模式、并聯模式、混聯模式和再生制動模式。

所述的純電驅動模式具體為：只有動力電池組進行驅動，包括第一電動機前輪驅動模式、后軸左右輪轂電機驅動模式和第一電動機與后軸左右輪轂電機四輪驅動模式；

所述的增程模式具體為：第一電動機啟動發(fā)電模式，第一離合器結合，第二離合器分離，第一電動機、第一離合器和發(fā)動機組構成增程器，增程器工作，供給電能；

所述的純發(fā)動機模式具體為：只有發(fā)動機驅動車輛行駛，第一離合器結合，第二離合器結合；

所述的并聯模式具體為：動力電池組和發(fā)動機同時工作，第一離合器結合，第二離合器結合，發(fā)動機驅動前軸，動力電池組供給電能給各電機；

所述的混聯模式具體為：發(fā)動機工作，驅動前軸，第一離合器結合，第二離合器結合，同時第一電動機啟動發(fā)電模式；

所述的再生制動模式具體為：車輛主動減速時，電動機進行能量回收，包括前軸第一電動機再生制動模式、后軸左右輪轂電機再生制動模式和前軸第一電動機+后軸左右輪轂電機再生制動模式。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明的串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)使用減速器取代了變速箱，節(jié)約了前艙的布置空間，降低了控制難度，節(jié)省成本；

(2)后軸采用左右輪轂電機，省去了復雜的機械結構，提高了傳動效率，并且可以實現左右后輪的電子主動差速；

(3)通過對雙離合器的協調控制，豐富了動力系統(tǒng)的工作模式，滿足了不同行駛工況的動力需求和能量經濟性要求。

附圖說明

圖1為串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為純電驅動模式(第一電動機前輪驅動)下的能量流示意圖；

圖3為純電驅動模式(左右輪轂電機后輪驅動)下的能量流示意圖；

圖4為純電驅動模式(第一電動機+左右輪轂電機四輪驅動)下的能量流示意圖；

圖5為增程模式下的能量流示意圖；

圖6為純發(fā)動機模式下的能量流示意圖；

圖7為并聯模式(第一電動機+發(fā)動機前輪驅動)的能量流示意圖；

圖8為并聯模式(發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動)的能量流示意圖；

圖9為并聯模式(第一電動機+發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動)的能量流示意圖；

圖10為混聯模式下的能量流示意圖；

圖11為再生制動模式(第一電動機前輪再生制動)下的能量流示意圖；

圖12為再生制動模式(后軸左右輪轂電機后輪再生制動)下的能量流示意圖；

圖13為再生制動模式(第一電動機+后軸左右輪轂電機四輪再生制動)下的能量流示意圖；

圖14為串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)衍生方案的結構示意圖；

圖中標號說明：

1、差速器；2、前軸；3、第一電機控制器；4、發(fā)動機；5、動力電池組；6、左輪轂電機；7、第二電機控制器；8、第三電機控制器；9、右輪轂電機；10、電池管理控制器；11、充電器；12、整車控制器；13、第一離合器；14、第一電動機；15、第二離合器；16、減速器；17、左輪邊電機減速器；18、左輪邊電機；19、右輪邊電機；20、右輪邊電機減速器。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)。其包括驅動子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)，所述的驅動子系統(tǒng)包括發(fā)動機4、第一離合器13、第一電動機14、第二離合器15、減速器16、差速器1、左輪轂電機6、右輪轂電機9、動力電池組5和充電器11，所述的控制子系統(tǒng)包括第一電機控制器3、第二電機控制器7、第三電機控制器8、整車控制器12和電池管理控制器10，所述的發(fā)動機通過第一離合器13與第一電動機14連接，所述的第一電動機14依次連接第二離合器15、減速器16、差速器1和前軸2，所述的動力電池組5分別與電池管理控制器10、第一電機控制器3、第二電機控制器7及第三電機控制器8連接，所述的整車控制器12分別與電池管理控制器10、第一電機控制器3、第二電機控制器7及第三電機控制器8連接，所述的第一電動機14、左輪轂電機6、右輪轂電機9分別與第一電機控制器3、第二電機控制器7、第三電機控制器8連接，所述的充電器11與電池管理控制器10連接。

第一電動機為電動和發(fā)電一體電機，可以用于快速啟動發(fā)動機、發(fā)電以及驅動前輪。

第一電動機用于發(fā)電具體指：動力電池組荷電狀態(tài)較低且車速較低怠速時，第二離合器分離，第一離合器結合，發(fā)動機帶動第一電動機發(fā)電；正常行駛動力電池組荷電狀態(tài)較低、車速較高且需求扭矩較小時，第二離合器結合，第一離合器結合，通過調節(jié)第一電動機發(fā)電使得發(fā)動機運行在最佳工況區(qū)；制動時，第二離合器結合，第一離合器結合分離，前輪帶動第一電動機發(fā)電。

第一電動機、第一離合器和發(fā)動機組成增程器。

左右輪轂電機分別與左右后輪相連，實現后輪純電動驅動和后輪再生制動。

第一電動機與后軸左右輪轂電機的協同驅動可以實現車輛的四輪驅動。

外接充電器與電池管理控制器相連，可通過電網對動力電池組進行充電。

整車控制器分別與第一電機控制器、第二電機控制器、第三電機控制器及電池管理控制器進行通信。

該系統(tǒng)根據行駛工況，通過協調控制各部件，可以實現多種工作模式，包括：

純電驅動模式：當動力電池組荷電狀態(tài)較高時，只有電動機參與車輛的驅動，包括第一電動機前輪驅動模式、后軸左右輪轂電機驅動模式和第一電動機與后軸左右輪轂電機四輪驅動模式。

增程模式：當動力電池組荷電狀態(tài)較低且車速較低時，第一離合器結合，第二離合器分離，增程器工作，后軸左右輪轂電機驅動車輛行駛；

純發(fā)動機模式：當動力電池組嚴重故障或是荷電狀態(tài)非常低，并且車速較高時，第一離合器結合，第二離合器結合，只有發(fā)動機驅動車輛行駛；

并聯模式：當需求轉矩較大時，第一離合器結合，第二離合器結合，發(fā)動機處于工作狀態(tài)，并且至少有一組電動機參與車輛的驅動，包括第一電動機+發(fā)動機前輪驅動模式、發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式、第一電動機+發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式。

混聯模式：當動力電池組荷電狀態(tài)較低時，且前輪附著力較低時，為優(yōu)化發(fā)動機工作區(qū)間，第一離合器結合，第二離合器結合，發(fā)動機處于工作狀態(tài)，同時第一電動機處于發(fā)電狀態(tài)，并且后軸左右輪轂電機進行車輛的驅動。

再生制動模式：當車輛進行主動減速時，電動機進行制動能量回收，包括：前軸第一電動機再生制動模式、后軸左右輪轂電機再生制動模式和前軸第一電動機+后軸左右輪轂電機再生制動模式。

圖2至圖4所示為純電動驅動模式，當動力電池組荷電狀態(tài)較高時，運行該模式。該模式分為三種情況，包括第一電動機前輪驅動模式、后軸左右輪轂電機驅動模式和第一電動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式。

(1)第一電動機前輪驅動模式，在該模式下，第一離合器分離，第二離合器結合，動力電池組輸出的電能依次流向第一電動機控制器、第一電動機、第二離合器、減速器、差速器、前軸，進而驅動前輪。其能量流如圖2所示。

(2)后軸左右輪轂電機驅動模式，在該模式下，第一離合器分離，第二離合器分離，動力電池組輸出的電能一部分依次流向第二電機控制器和左輪轂電機，進而驅動左后輪，另一部分依次流向第三電機控制器和右輪轂電機，進而驅動右后輪。其能量流如圖3所示。

(3)第一電動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式，在該模式下，第一離合器分離，第二離合器結合，動力電池組輸出的電能，一部分電能通過第一電動機來驅動前輪，另一部分電能通過后軸左右輪轂電機來驅動后輪，從而實現四輪驅動模式。其能量流如圖4所示。

圖5所示為增程模式，當動力電池組荷電狀態(tài)較低且車速較低時，運行該模式。在該模式下，第一離合器結合，第二離合器分離，增程器工作，發(fā)動機輸出機械能傳遞至第一電動機，第一電動機將機械能轉化為電能輸送給動力電池組，動力電池組將電能輸送給后軸左右輪轂電機轉化為機械能，從而驅動后輪。其能量流如圖5所示。

圖6所示為純發(fā)動機模式，當動力電池組嚴重故障或是荷電狀態(tài)非常低，并且車速較高時，運行該模式。在該模式下，第一離合器結合，第二離合器結合，發(fā)動機輸出機械能依次流向第一離合器、第一電動機、第二離合器、減速器、差速器、前軸，從而驅動前輪。其能量流如圖6所示。

圖7至圖9所示為并聯模式，當需求轉矩較大時，運行該模式，該模式分為三種情況，包括第一電動機+發(fā)動機前輪驅動模式、發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式、第一電動機+發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式。

(1)第一電動機+發(fā)動機前輪驅動模式，在該模式下，第一離合器結合，第二離合器結合，動力電池組輸出的電能經第一電動機轉換為機械能，同時與發(fā)動機輸出的機械能耦合，依次經第二離合器、減速器、差速器、前軸，進而驅動前輪。其能量流如圖7所示。

(2)發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式，在該模式下，第一離合器結合，第二離合器結合，發(fā)動機輸出的機械能依次經第一離合器、第一電動機、第二離合器、減速器、差速器、前軸，進而驅動前輪。動力電池組輸出的電能經后軸左右輪轂電機轉換為機械能，從而驅動后輪。其能量流如圖8所示。

(3)第一電動機+發(fā)動機+后軸左右輪轂電機四輪驅動模式，在該模式下，第一離合器結合，第二離合器結合，動力電池組輸出的電能，一部分電能通過第一電動機轉化為機械能與發(fā)動機輸出的機械能耦合從而驅動前輪，另一部分電能通過后軸左右輪轂電機來驅動后輪，從而實現四輪驅動模式。其能量流如圖9所示。

圖10所示為混聯模式，當動力電池組荷電狀態(tài)較低，且前輪附著力較低時，為優(yōu)化發(fā)動機工作區(qū)間，運行該模式。在該模式下，第一離合器結合，第二離合器結合，發(fā)動機輸出的機械能，一部分經過第一離合器、第一電動機轉化為電能輸送至動力電池組，另一部分繼續(xù)經過第二離合器、減速器、差速器、前軸，從而驅動前輪。動力電池組輸出的電能，經左右輪轂電機轉化為機械能，從而驅動后輪。其能量流如圖10所示。

圖11至圖13所示為再生制動模式，當車輛進行主動減速時，運行該模式，電動機進行制動能量回收，該模式分為三種情況，包括：前軸第一電動機再生制動模式、后軸左右輪轂電機再生制動模式和前軸第一電動機+后軸左右輪轂電機再生制動模式。

(1)前軸第一電動機再生制動模式，在該模式下，第一離合器分離，第二離合器結合，前輪制動產生的機械能經第一電動機轉變?yōu)殡娔茌斔徒o動力組，從而實現能量回收。其能量流如圖11所示。

(2)后軸左右輪轂電機再生制動模式，在該模式下，第一離合器分離，第二離合器分離，后輪制動產生的機械能經后軸左右輪轂電機轉變?yōu)殡娔茌斔徒o動力電池組，從而實現能量回收。其能量流如圖12所示。

(3)前軸第一電動機+后軸左右輪轂電機再生制動模式，在該模式下，第一離合器分離，第二離合器結合，四輪制動產生的機械能同時通過第一電動機和后軸左右輪轂電機轉變?yōu)殡娔茌斔徒o動力電池組，實現制動能量的充分回收。其能量流如圖13所示。

如圖14所示為串并聯構型增程分布式混合動力系統(tǒng)衍生方案，該方案后輪采用輪邊電機驅動，左輪連接有左輪邊電機減速器17和左輪邊電機18，右輪連接有右輪邊電機減速器20和右輪邊電機19。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。