串聯(lián)式混合動力車輛的動力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種串聯(lián)式混合動力車輛的動力系統(tǒng)，包括：燃料源；控制系統(tǒng)；至少兩個輔助動力單元，其在控制系統(tǒng)的控制下各自獨立地從燃料源接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為直流電能輸出到公共電流總線；動力電池，其電連接到公共電流總線，以在控制系統(tǒng)的控制下從公共電流總線接收電能進行充電或通過公共電流總線進行放電；和牽引電機，其電連接到公共電流總線，以在控制系統(tǒng)的控制下從公共電流總線接收電能，將其轉(zhuǎn)換為機械能傳遞給車輛的傳動系驅(qū)動車輛運行。該動力系統(tǒng)可靈活組合多臺發(fā)動機進行工作，允許使用能量密度較低的代用燃料，允許輔助動力單元中的發(fā)動機工作于處于油耗同排放很低的工況區(qū)域，有效減少了排放，提高了燃料經(jīng)濟性。
【專利說明】串聯(lián)式混合動力車輛的動力系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動カ車輛，特別是涉及一種串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]20世紀90年代以來，世界范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境污染問題日趨嚴重。石油在世界總能源消費中占比40%以上，按目前的探明儲量和消耗速度估計，地球上的石油資源可能在未來幾十年內(nèi)消耗殆盡。
[0003]機動車輛是石油的主要消耗者和大氣污染的主要制造者。機動車輛尾氣中的CO2是地球溫室效應(yīng)的主要來源之一，而尾氣中的其它成分也是重要的城市大氣污染物。
[0004]多年來的實踐證明，使用新型燃料和新型動カ系統(tǒng)是解決車輛能源瓶頸與尾氣污染的ー個重要途徑。在新型燃料方面，實踐證明，使用較汽油、柴油更清潔的代用燃料是解決能源危機和排放污染問題的可行方案。在新型動カ系統(tǒng)方面，盡管使用鉛酸、鎳氫或鋰等動カ蓄電池的純電動車輛具有零排放、低噪音和高效率的優(yōu)點，但由于電能存儲技術(shù)的制約，導(dǎo)致純電動車輛不但制造成本高，而且續(xù)航里程短和充電時間長，目前以及未來相當長的一段時間內(nèi)尚不能真正滿足人們的使用需求，沒有足夠的市場競爭力?；旌蟿鹰囕v是一種介于傳統(tǒng)車輛和純電動車輛之間的過渡型車輛，兼有兩者的ー些優(yōu)點，如超低排放、高效率和續(xù)航里程長等，只是成本較采用傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的車輛稍高。
[0005]混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)包括串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等多種類型，其中串聯(lián)式混合動カ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單、穩(wěn)定性好，能有效地實現(xiàn)各種能源的分配和合成，是混合動カ車輛動カ系統(tǒng)目前研究開發(fā)的熱點技術(shù)路線之一。
[0006]串聯(lián)混合電動車輛(SHEV)—般把動カ蓄電池和燃料發(fā)電機組作為兩種基本的能量存儲轉(zhuǎn)換裝置，其中燃料發(fā)電機組(發(fā)動機+發(fā)電機)也稱為輔助動カ單元(APU)。在現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)式混合動カ車輛中，一般僅僅設(shè)置一個輔助動カ單元，在這個輔助動カ單元中主要包含僅僅ー個燃油發(fā)動機(汽油發(fā)動機或柴油發(fā)動機)作為發(fā)動機以及僅僅ー個將發(fā)動機輸出的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電機，燃油發(fā)動機與驅(qū)動車輛運行的牽引電機之間沒有機械連接。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)式混合動カ車輛雖然能夠較好地降低車輛的尾氣排放，獲得較好的燃油經(jīng)濟性，但是其仍然是以汽油或柴油作為燃料，并未解決石油資源緊缺枯竭的問題。究其原因，這是因為目前的代用燃料例如天然氣、甲烷等能量密度普遍較低，而串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)中一般存在三次能量轉(zhuǎn)換過程(化學(xué)能一〉機械能一〉電能一〉機械能)，能量轉(zhuǎn)換效率相對并聯(lián)式混合動カ系統(tǒng)低，因而本領(lǐng)域技術(shù)人員一般認為不宜在串聯(lián)式混合動力車輛中使用能量密度較低的代用燃料。
[0007]串聯(lián)式混合動カ車輛輔助動カ單元的功能包括直接輸出電能并通過牽引電機驅(qū)動車輛運行、輸出電能為高壓動カ電池充電、以及通過DC/DC為車輛低壓蓄電池充電等。輔助動カ單元的基本工作機制為:在控制系統(tǒng)的作用下，發(fā)動機通過機械連接帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子上線圈中的電流強度在發(fā)電機內(nèi)部得到適當磁場強度，發(fā)電機定子上的線圈在形成的交變磁場作用下產(chǎn)生電能。在應(yīng)用于車輛驅(qū)動之前，這樣的中小型燃料發(fā)電機組多被作為移動式臨時供電系統(tǒng)使用，其特點為工作狀態(tài)相對穩(wěn)定、轉(zhuǎn)速波動較小、起停不頻繁。然而，串聯(lián)式混合動カ車輛中使用的輔助動力単元在電路上同動カ電池并聯(lián)，通過電機驅(qū)動車輛運轉(zhuǎn)，這就要求燃料發(fā)電機組具有運行エ況覆蓋范國大、響應(yīng)迅速、過渡過程平順等特點，其控制水平直接影響整個動カ系統(tǒng)的動力性、安全性及壽命。也就是說，傳統(tǒng)上作為移動式臨時供電系統(tǒng)使用的燃料發(fā)電機組與串聯(lián)式混合動カ車輛中燃料發(fā)電機組性能要求完全不同，因而其結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)連接以及控制策略上均不相同，其在技術(shù)上不能顯而易見地進行換用。
[0008]如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，兼顧排放和燃油消耗這兩方面的因素，串聯(lián)式混合動力車輛輔助動カ單元的基本工作方式目前一般有如下兩種:第一種是單點恒功率工作方式(亦被稱為開關(guān)模式)，第二種是沿最低燃料消耗曲線工作方式。
[0009]采用單點恒功率工作方式的輔助動力単元只有穩(wěn)定工作在某油耗同排放都很低的エ況點和停機兩種狀態(tài)，車輛的動態(tài)負載完全由動カ電池來平衡。這樣，輔助動カ單元的排放和油耗都很低，但對動力電池的損害較大。
[0010]采用沿最低燃料消耗線工作方式的輔助動力単元可以跟蹤車輛實際負荷的變化，有效降低了車輛行駛對動力電池輸出容量和功率的要求，動カ電池可以較小的功率循環(huán)エ作，有利于延長動カ電池的使用壽命和選擇較小功率的動カ電池。但輔助動カ單元必須跟隨車輛功率要求而做出快速響應(yīng)，因此會影響發(fā)動機的效率和排放特性，而且準確預(yù)測車輛未來行駛階段的功率需求也是比較困難的。
[0011]此外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，由于受到發(fā)動機缸數(shù)、缸徑、活塞行程等因素的限制，單臺發(fā)動機的功率和扭矩等是有限的，不可能無限拓展，有時很難滿足某些車輛較高的功率和扭矩要求。如何滿足某些車輛較高的功率和扭矩要求一直是汽車行業(yè)中重要的熱點問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的ー個目的是要提供ー種新型的串聯(lián)式混合動カ車輛動カ系統(tǒng)，其允許使用能量密度較低的代用燃料而不使用傳統(tǒng)的汽油或柴油，并且允許燃料發(fā)電機組的工作一直處于油耗同排放都很低的エ況區(qū)域，以減少排放、提高燃料經(jīng)濟性，有效彌補串聯(lián)式混合動カ車輛動カ系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率相對較低的問題。
[0013]本發(fā)明的另一目的是要簡便、可靠地組合使用多臺發(fā)動機的動力，解決單臺發(fā)動機所能提供的功率、扭矩等有限的問題。
[0014]特別地，本發(fā)明提供了一種串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，包括:燃料源；控制系統(tǒng)；至少兩個輔助動力単元，每個所述輔助動カ單元在所述控制系統(tǒng)的控制下各自獨立地從所述燃料源接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出到公共電流總線；動カ電池，其電連接到所述公共電流總線，以在所述控制系統(tǒng)的控制下從所述公共電流總線接收電能進行充電或通過所述公共電流總線進行放電；以及牽引電機，其電連接到所述公共電流總線，以在所述控制系統(tǒng)的控制下從所述公共電流總線接收電能，并將其轉(zhuǎn)換為機械能傳遞給所述車輛的傳動系，從而驅(qū)動所述車輛運行。
[0015]進ー步地，所述燃料源提供的燃料選自液化天然氣、壓縮天然氣、合成油、甲醇、こ醇、酷化植物油和ニ甲醚構(gòu)成的組中，優(yōu)選為液化天然氣；而且所述輔助動カ單元的數(shù)量為3個以上,優(yōu)選為6個。
[0016]進ー步地，每個所述輔助動カ單元包括:發(fā)動機，其在所述控制系統(tǒng)的控制下從所述燃料源接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能；以及發(fā)電機，其在所述控制系統(tǒng)的控制下從相應(yīng)所述輔助動カ單元的發(fā)動機接收機械能，并將其轉(zhuǎn)換為交流電能。
[0017]進ー步地，所述動カ系統(tǒng)還包括交流并網(wǎng)裝置，其將每個所述輔助動カ單元輸出的交流電能轉(zhuǎn)換為電壓相同、頻率相同、相位相同的交流電輸出到所述公共電流總線；或者替代性地，每個所述輔助動カ單元包括整流器，其從相應(yīng)所述輔助動カ單元的發(fā)電機接收交流電能，并將其轉(zhuǎn)換為直流電輸出到所述公共電流總線。
[0018]進ー步地，每個所述輔助動カ單元還包括分路電流電壓傳感器，其被設(shè)置成檢測相應(yīng)所述輔助動力単元中所述發(fā)電機的分路電流電壓信息，并將檢測到的所述分路電流電壓信息傳送給所述控制系統(tǒng)；而且所述串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)還包括總線電流電壓傳感器，其被設(shè)置成檢測所述公共電流總線上的總線電流電壓信息，并將檢測到的所述總線電流電壓信息傳送給所述控制系統(tǒng)。
[0019]進ー步地，每個所述輔助動カ單元還包括:電控離合器，其設(shè)置在所述發(fā)動機至所述發(fā)電機的機械能傳輸路徑中，以在所述控制系統(tǒng)的控制下使所述發(fā)動機至所述發(fā)電機的機械能傳輸路徑斷開或接合。
[0020]進ー步地，每個所述輔助動カ單元還包括位置傳感器，其被設(shè)置成檢測相應(yīng)所述輔助動力単元中所述電控離合器的位置信息，并將所述位置信息傳送給所述控制系統(tǒng)。
[0021]進ー步地，所述控制系統(tǒng)包括動カ控制器，其被設(shè)置成根據(jù)每個所述分路電流電壓傳感器檢測到的分路電流電壓信息、所述總線電流電壓傳感器檢測到的總線電流電壓信息、來自所述動カ電池自帶的電池管理系統(tǒng)的電池狀態(tài)信息以及所述串聯(lián)式混合動カ車輛的車速扭矩傳感器檢測到的車速扭矩信息，基于預(yù)定的控制策略來控制每個所述輔助動力単元中的所述發(fā)動機、所述電控離合器、所述發(fā)電機以及所述串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)中的所述動カ電池、所述牽引電機的工作。
[0022]進ー步地，所述控制系統(tǒng)還包括功率放大電路，其將所述動カ控制器輸出的用于控制所述電控離合器的脈寬調(diào)制信號進行功率放大并同樣以脈寬調(diào)制信號的形式輸出；而且每個所述輔助動カ單元還包括氣閥組和氣缸，所述氣閥組與所述串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)中的高壓氣路相連，并由所述功率放大電路輸出的脈寬調(diào)制信號進行控制，從而使得當所述氣閥組導(dǎo)通氣路時，高壓氣體推動所述氣缸，以致所述電控離合器切換到脫開狀態(tài)，以斷開所述發(fā)動機至所述發(fā)電機的機械能傳輸路徑；當所述氣閥組切斷氣路時，推動所述氣缸的高壓氣體被排除，以致所述電控離合器回復(fù)到接合狀態(tài)，以接合所述發(fā)動機至所述發(fā)電機的機械能傳輸路徑。
[0023]進ー步地，每個所述發(fā)電機均為交流同步發(fā)電機；而且所述控制系統(tǒng)還包括勵磁電路，其將所述動カ控制器輸出的用于控制各個所述發(fā)電機的脈寬調(diào)制信號進行功率放大，并同樣以脈寬調(diào)制信號的形式輸出給所述發(fā)電機的勵磁機。
[0024]進ー步地，所述整流器為不可控整流橋裝置；所述動カ電池為由一組電池単體串聯(lián)組成的電池組，其允許輸出或充入交流電能或直流電能，且通過其本身自帶的電池管理系統(tǒng)向所述控制系統(tǒng)傳送電池狀態(tài)信息；而且所述牽弓I電機為內(nèi)部自帶逆變器和電機控制器的交流異步電動機。[0025]本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動カ車輛動カ系統(tǒng)由于采用了兩個以上獨立可控的輔助動カ單元，大大降低了對每個輔助動力單元的功率要求，使得本發(fā)明的這種動カ系統(tǒng)，適于允許使用能量密度較低的代用燃料而不使用傳統(tǒng)的汽油或柴油，并且適于允許輔助動力単元中的發(fā)動機工作于處于油耗同排放都很低的エ況區(qū)域，有效地減少了排放，提高了燃料經(jīng)濟性，彌補了串聯(lián)式混合動カ車輛動カ系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率相對較低的問題。
[0026]此外，本發(fā)明提供的串聯(lián)式混合動カ車輛動カ系統(tǒng)能夠根據(jù)需要靈活設(shè)置適當數(shù)目的發(fā)動機進行組合使用，這簡便、可靠地解決了單臺發(fā)動機功率、扭矩有限難以滿足某些車輛較高功率、扭矩需求的問題。根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發(fā)明的ー些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。附圖中:
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明ー個實施例的串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)的示意性原理圖，其中為清楚起見，未示出控制系統(tǒng)；
[0029]圖2是根據(jù)本發(fā)明ー個實施例的串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)中的一個輔助動カ單元的示意性原理圖；
[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明ー個實施例的串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)的示意性原理圖，其中示出了控制系統(tǒng)與動力系統(tǒng)中主要部件的連接關(guān)系，但是為清楚起見，未示出各個傳感器及其與控制系統(tǒng)的連接。
【具體實施方式】
[0031]如圖1-3所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)一般性地可包括燃料源10 ;控制系統(tǒng)60 ;動カ電池30，其電連接到公共電流總線，以在控制系統(tǒng)60的控制下從公共電流總線接收電能進行充電或通過公共電流總線進行放電；以及牽引電機40，其電連接到公共電流總線，以在控制系統(tǒng)60的控制下從公共電流總線接收電能，并將其轉(zhuǎn)換為機械能傳遞給車輛的傳動系50，從而驅(qū)動車輛運行。
[0032]特別地，在本發(fā)明的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)中，設(shè)置了至少兩個輔助動カ單元20，每個輔助動カ單元20在控制系統(tǒng)60的控制下各自獨立地從燃料源10接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出到公共電流總線(。輔助動力単元20的數(shù)量被設(shè)置在2個以上，優(yōu)選在3個以上，更優(yōu)選地為6個或8個。每個輔助動カ單元20的結(jié)構(gòu)和性能特性相同，其輸出的額定功率可根據(jù)整車的功率需求以及輔助動力単元的數(shù)量選擇，一般為10-30kw，優(yōu)選為20kw。
[0033]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，燃料源10提供的燃料選自液化天然氣、壓縮天然氣、合成油、甲醇、こ醇、酷化植物油和ニ甲醚構(gòu)成的組中，更優(yōu)選地為液化天然氣。這樣代用燃料在本發(fā)明之前由于其能量密度較低，而且使用此類燃料的發(fā)動機通常最佳エ況功率區(qū)間相對較窄，不能很好地跟隨車輛的功率要求而做出快速響應(yīng)，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員通常認為它們并不適宜用在串聯(lián)式混合動カ車輛中。
[0034]然而，在本發(fā)明的具有至少兩個獨立可控輔助動カ單元20的動カ系統(tǒng)中，每個輔助動カ單元20的額定功率相對于傳統(tǒng)串聯(lián)式混合動カ車輛中的單個輔助動カ單元要小很多。若設(shè)本發(fā)明中輔助動力単元20的數(shù)量為n (n為大于等于2的正整數(shù))，那么本發(fā)明中每個輔助動カ單元20的額定功率大致可為具有相同功率需求的傳統(tǒng)串聯(lián)式混合動カ車輛中的單個輔助動カ單元的額定功率的1/n。這樣，在車輛運行過程中，通過獨立啟動和/或關(guān)停某個或某些輔助動カ單元20，可以盡可能地使得每個輔助動カ單元20的發(fā)動機工作于最佳エ況功率區(qū)間，很好地跟隨車輛的功率要求，同時通過単位里程燃料消耗量的降低有效彌補了代用燃料能量密度較低的問題。
[0035]此外，本發(fā)明這種動カ系統(tǒng)由于具有至少兩個獨立可控輔助動カ單元20，還額外地、意想不到地大大提高了串聯(lián)式混合動カ車輛動カ系統(tǒng)運行的可靠性，有效解決了某一發(fā)動機或發(fā)電機出現(xiàn)故障時傳統(tǒng)串聯(lián)式混合動カ車輛只能完全依靠動カ電池行駛很短一段距離的問題，這對于需要進行長途運輸?shù)呢涍\車輛是非常有利的。本發(fā)明中ー個輔助動力単元20中的發(fā)動機或發(fā)電機等出現(xiàn)故障吋，并不會導(dǎo)致其他輔助動力単元20停機，控制系統(tǒng)60可根據(jù)預(yù)定的控制策略啟動正常的輔助動力単元20進行工作，并停止故障輔助動力単元20的工作。當然，控制系統(tǒng)60此時通常應(yīng)以適當形式的信號(例如點亮故障指示燈)通知駕駛?cè)藛T及時進行檢修。
[0036]特別地，在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，可結(jié)合傳統(tǒng)串聯(lián)式混合動カ車輛中輔助動カ單元單點恒功率工作方式和沿最低燃料消耗線工作方式的特點來控制本發(fā)明的動カ系統(tǒng)。具體地，優(yōu)選將本發(fā)明中啟動運行的每個輔助動カ單元20中的發(fā)動機設(shè)置成工作于一段最佳エ況功率區(qū)間，并在該區(qū)間內(nèi)對整車負載需求進行功率跟隨。在本發(fā)明的這些實施例中，每個輔助動カ單元20工作的最佳エ況功率區(qū)間可被設(shè)定為在其最佳エ況點上下+10%至-20%之間，更優(yōu)選地可在其最佳エ況點上下+5%至-10%之間。
[0037]進ー步地，每個輔助動カ單元20可包括:發(fā)動機21，其在控制系統(tǒng)60的控制下從燃料源10接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能；以及發(fā)電機24，其在控制系統(tǒng)60的控制下從相應(yīng)輔助動力単元20的發(fā)動機21接收機械能，并將其轉(zhuǎn)換為交流電能(例如三相交流電能)。發(fā)動機21的功率選擇可根據(jù)相應(yīng)輔助動力単元20的功率需求進行選擇。例如，輔助動カ單元20的能量轉(zhuǎn)換效率可為大約80-88%，如果輔助動カ單元20額定輸出功率為18kw，那么可在大約21-23kw額定輸出功率的發(fā)動機中選擇適用的發(fā)動機，類似這種功率匹配的具體選型工作是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)具體需要非常容易實現(xiàn)的，本文對此不予贅述。
[0038]為了并聯(lián)每個輔助動カ單元20輸出的電能到公共電流總線，在一些實施例中，本發(fā)明的串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)可包括ー個交流并網(wǎng)裝置，其將每個輔助動力単元20輸出的交流電能轉(zhuǎn)換為電壓相同、頻率相同、相位相同的交流電輸出到公共電流總線；而在另一些實施例中，則是將每個輔助動カ單元20設(shè)置成包括ー個整流器26，該整流器可從相應(yīng)輔助動力単元20的發(fā)電機24接收交流電能，并將其轉(zhuǎn)換為直流電輸出到公共電流總線。
[0039]優(yōu)選地，每個輔助動カ單元20還可以包括分路電流電壓傳感器25，其被設(shè)置成檢測相應(yīng)所述輔助動カ單元20中發(fā)電機24的分路電流電壓信息，并將檢測到的分路電流電壓信息傳送給控制系統(tǒng)60。而且串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)還包括總線電流電壓傳感器35，其被設(shè)置成檢測公共電流總線上的總線電流電壓信息，并將檢測到的總線電流電壓信息傳送給控制系統(tǒng)60。
[0040]特別地，在一些實施例中，每個輔助動カ單元20還可包括一個電控離合器22，其設(shè)直在發(fā)動機21至發(fā)電機24的機械能傳輸路徑中，以在控制系統(tǒng)60的控制下使發(fā)動機21至發(fā)電機24的機械能傳輸路徑能夠順暢地斷開或接合。這可有效解決發(fā)動機起動時沖擊較大的問題，有利于可靠、高效地控制發(fā)動機較為頻繁地起停。在這樣的實施例中，每個輔助動カ單元20優(yōu)選還可包括ー個位置傳感器23，其被設(shè)置成檢測相應(yīng)輔助動カ單元20中電控離合器22的位置信息，并將位置信息傳送給控制系統(tǒng)60，以便實現(xiàn)電控離合器22的閉環(huán)控制。
[0041]如圖3所示，控制系統(tǒng)60可包括動カ控制器61。為清楚起見，在圖3中未示出各個傳感器及其與控制系統(tǒng)的連接關(guān)系。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案均能認識到，圖3中未示出的各個傳感器(包括位置傳感器23、所有分路電流電壓傳感器25、總線電流電壓傳感器35、車速扭矩傳感器51)可被設(shè)置成均與控制系統(tǒng)60的動カ控制器61電學(xué)相連。動カ控制器61可被設(shè)置成根據(jù)每個分路電流電壓傳感器25檢測到的分路電流電壓信息、總線電流電壓傳感器35檢測到的總線電流電壓信息、來自動カ電池30自帶的電池管理系統(tǒng)的電池狀態(tài)信息以及串聯(lián)式混合動カ車輛的車速扭矩傳感器51檢測到的車速扭矩信息，并且基于預(yù)定的控制策略來控制每個輔助動カ單元20中的發(fā)動機、電控離合器22、發(fā)電機24以及串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)中的動カ電池30、牽引電機40的工作。動カ控制器61優(yōu)選可由串聯(lián)式混合動カ車輛的整車控制器(VCT)來實現(xiàn)。
[0042]控制系統(tǒng)60還可包括功率放大電路62，其將動カ控制器61輸出的用于控制電控離合器22的脈寬調(diào)制信號進行功率放大并同樣以脈寬調(diào)制信號的形式輸出。為了實現(xiàn)電控離合器22的致動，每個輔助動カ單元20還可包括氣閥組27和氣缸28。氣閥組27與串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)中的高壓氣路相連，并由功率放大電路62輸出的脈寬調(diào)制信號進行控制，從而使得當氣閥組27導(dǎo)通氣路時，高壓氣體推動氣缸，以致電控離合器22切換到脫開狀態(tài)，以斷開發(fā)動機21至發(fā)電機24的機械能傳輸路徑；而當氣閥組27切斷氣路時，推動氣缸的高壓氣體被排除，以致電控離合器22回復(fù)到接合狀態(tài)，以接合發(fā)動機21至發(fā)電機24的機械能傳輸路徑。根據(jù)以上描述的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，在本發(fā)明的一些替代性實施例中，也可采用與高壓油路相連的油閥組、油缸來實現(xiàn)電控離合器22的致動。
[0043]此外需要說明的是，在一些實施例中，電控離合器22 (以及相應(yīng)的氣閥組27、氣缸28、功率放大電路62)也不是必須的。此時，發(fā)動機21的輸出軸可通過例如花鍵軸直接連接到發(fā)電機24的輸入軸。
[0044]在本發(fā)明的一些實施例中，每個發(fā)電機24可為交流同步發(fā)電機(例如三相交流同步發(fā)電機)。此時，控制系統(tǒng)60還可包括勵磁電路63，其將動カ控制器61輸出的用于控制各個發(fā)電機24的脈寬調(diào)制信號進行功率放大，并同樣以脈寬調(diào)制信號的形式輸出給發(fā)電機24的勵磁機。特別地，整流器26優(yōu)選使用不可控整流橋裝置。不可控整流橋裝置具有較高的整流效率，這在本發(fā)明的動カ系統(tǒng)中是非常有利的，可在一定程度上彌補串聯(lián)式混合動カ系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率。
[0045]此外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，動カ電池30可以為由一組電池單體串聯(lián)組成的電池組，其允許輸出或充入交流或直流電能，且通過其本身自帶的電池管理系統(tǒng)向控制系統(tǒng)60傳送電池狀態(tài)信息；而牽引電機40可以為內(nèi)部自帶逆變器和電機控制器的交流異步電動機(例如，三相交流異步電動機)。
[0046]如本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識到的，當輔助動力単元20輸出到公共電流總線的電能為交流電時，為了實現(xiàn)動力電池30的充電和放電，動カ電池30本身或其與公共電流總線之間應(yīng)包括有并網(wǎng)逆變器和整流器，其中并網(wǎng)逆變器在控制系統(tǒng)60的控制下將電池組直接輸出的直流電轉(zhuǎn)換為適當?shù)慕涣麟?，以實現(xiàn)交流并網(wǎng)；而整流器則在控制系統(tǒng)60的控制下將來自公共電流總線的交流電能轉(zhuǎn)換成直流電，以對電池組充電。這些內(nèi)容是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，本文對此不作更多的贅述。
[0047]特別地，由于本發(fā)明中優(yōu)選將啟動運行的每個輔助動カ單元20中的發(fā)動機設(shè)置成工作于一段最佳エ況功率區(qū)間，并在該區(qū)間內(nèi)對整車負載需求進行功率跟隨，而非簡單地使每個輔助動カ單元20工作于最佳エ況點,這有效地降低了車輛行駛對動力電池輸出容量和功率的要求，動カ電池可以較小的功率循環(huán)工作，有利于延長動力電池的使用壽命和選擇較小功率的動カ電池。
[0048]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，包括: 燃料源(10)； 控制系統(tǒng)(60)； 至少兩個輔助動力単元(20)，每個所述輔助動カ單元(20)在所述控制系統(tǒng)(60)的控制下各自獨立地從所述燃料源(10)接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能輸出到公共電流總線；動カ電池(30)，其電連接到所述公共電流總線，以在所述控制系統(tǒng)(60)的控制下從所述公共電流總線接收電能進行充電或通過所述公共電流總線進行放電；以及 牽引電機(40)，其電連接到所述公共電流總線，以在所述控制系統(tǒng)(60)的控制下從所述公共電流總線接收電能，并將其轉(zhuǎn)換為機械能傳遞給所述車輛的傳動系(50)，從而驅(qū)動所述車輛運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng),其中， 所述燃料源(10)提供的燃料選自液化天然氣、壓縮天然氣、合成油、甲醇、こ醇、酯化植物油和二甲醚構(gòu)成的組中，優(yōu)選為液化天然氣；而且 所述輔助動カ單元(20)的數(shù)量為3個以上,優(yōu)選為6個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng),其中， 姆個所述輔助動カ單元(20)包括: 發(fā)動機(21 )，其在所述控制系統(tǒng)(60)的控制下從所述燃料源(10)接收燃料，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能；以及` 發(fā)電機(24)，其在所述控制系統(tǒng)(60)的控制下從相應(yīng)所述輔助動カ單元(20)的發(fā)動機(21)接收機械能，并將其轉(zhuǎn)換為交流電能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)，進ー步包括: 交流并網(wǎng)裝置，其將每個所述輔助動カ單元(20)輸出的交流電能轉(zhuǎn)換為電壓相同、頻率相同、相位相同的交流電輸出到所述公共電流總線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 每個所述輔助動カ單元(20)包括整流器(26)，其從相應(yīng)所述輔助動カ單元(20)的發(fā)電機(24)接收交流電能，并將其轉(zhuǎn)換為直流電輸出到所述公共電流總線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 姆個所述輔助動カ單元(20)還包括: 分路電流電壓傳感器(25)，其被設(shè)置成檢測相應(yīng)所述輔助動力単元(20)中所述發(fā)電機(24)的分路電流電壓信息，并將檢測到的所述分路電流電壓信息傳送給所述控制系統(tǒng)；而且 所述串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)還包括: 總線電流電壓傳感器(35)，其被設(shè)置成檢測所述公共電流總線上的總線電流電壓信息，并將檢測到的所述總線電流電壓信息傳送給所述控制系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 姆個所述輔助動カ單元(20)還包括: 電控離合器(22)，其設(shè)置在所述發(fā)動機(21)至所述發(fā)電機(24)的機械能傳輸路徑中，以在所述控制系統(tǒng)(60)的控制下使所述發(fā)動機(21)至所述發(fā)電機(24)的機械能傳輸路徑斷開或接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 姆個所述輔助動カ單元(20)還包括: 位置傳感器(23)，其被設(shè)置成檢測相應(yīng)所述輔助動力単元(20)中所述電控離合器(22)的位置信息，并將所述位置信息傳送給所述控制系統(tǒng)(60)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 所述控制系統(tǒng)(60)包括動カ控制器(61)，其被設(shè)置成根據(jù)每個所述分路電流電壓傳感器檢測到的分路電流電壓信息、所述總線電流電壓傳感器檢測到的總線電流電壓信息、來自所述動カ電池自帶的電池管理系統(tǒng)的電池狀態(tài)信息以及所述串聯(lián)式混合動カ車輛的車速扭矩傳感器(51)檢測到的車速扭矩信息，基于預(yù)定的控制策略來控制每個所述輔助動力単元(20)中的所述發(fā)動機、所述電控離合器(22)、所述發(fā)電機(24)以及所述串聯(lián)式混合動力車輛的動カ系統(tǒng)中的所述動カ電池(30)、所述牽引電機(40)的工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 所述控制系統(tǒng)(60)還包括功率放大電路(62)，其將所述動カ控制器(61)輸出的用于控制所述電控離合器(22)的脈寬調(diào)制信號進行功率放大并同樣以脈寬調(diào)制信號的形式輸出；而且 每個所述輔助動カ單元(2 0)還包括氣閥組(27)和氣缸(28)，所述氣閥組(27)與所述串聯(lián)式混合動カ車輛的動力系統(tǒng)中的高壓氣路相連,并由所述功率放大電路(62)輸出的脈寬調(diào)制信號進行控制，從而使得 當所述氣閥組(27)導(dǎo)通氣路時，高壓氣體推動所述氣缸，以致所述電控離合器(22)切換到脫開狀態(tài)，以斷開所述發(fā)動機(21)至所述發(fā)電機(24)的機械能傳輸路徑； 當所述氣閥組(27)切斷氣路時，推動所述氣缸的高壓氣體被排除，以致所述電控離合器(22)回復(fù)到接合狀態(tài)，以接合所述發(fā)動機(21)至所述發(fā)電機(24)的機械能傳輸路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 每個所述發(fā)電機(24)均為交流同步發(fā)電機；而且 所述控制系統(tǒng)(60)還包括勵磁電路(63)，其將所述動カ控制器(61)輸出的用于控制各個所述發(fā)電機(24)的脈寬調(diào)制信號進行功率放大，并同樣以脈寬調(diào)制信號的形式輸出給所述發(fā)電機(24)的勵磁機。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的串聯(lián)式混合動カ車輛的動カ系統(tǒng)，其中， 所述整流器(26)為不可控整流橋裝置； 所述動カ電池(30)為由ー組電池単體串聯(lián)組成的電池組，其允許輸出或充入交流或直流電能，且通過其本身自帶的電池管理系統(tǒng)向所述控制系統(tǒng)(60)傳送電池狀態(tài)信息；而且 所述牽弓丨電機(40)為內(nèi)部自帶逆變器和電機控制器的交流異步電動機。
【文檔編號】B60K6/24GK103552459SQ201310467918
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】李書福 申請人:浙江吉利控股集團有限公司