混合动力车辆的增程系统的制作方法

1.本实用新型是关于新能源车辆，特别是关于一种车辆的增程系统。


背景技术：

2.伴随国家对碳中和的节能减排的要求加大，商用车及工程车也需最大程度的进行节能优化。目前对于车辆的节能减排主要有两个路线，一是纯电动方案，另一个为混动方案。由于商用车及工程车具有高续航、大功率需求，使用纯电方案成本过大且时间成本也很大，所以现阶段混动方案对于商用车及工程车辆是较为优选的方案。
3.增程式电动车与常规的混和动力汽车存在一些差别。虽然增程式电动汽车也有发动机，但是通常情况下发动机并不直接驱动汽车，只驱动发电机来发电。发电机产生的电力直接提供给电动机，多余的电力可以提供给电池充电，通过电动机来驱动车辆进行运动。
4.现有的搭载增程系统的汽车中，通常仅具有一个发电机。由于工程车除驱动额外的功能需求(如举升车厢，吊装等)，对驱动系统具有不同的功率需求，这意味着需要大功率大扭矩的发电机需求。如是单独一个发电机，在大功率及大扭矩的需求下，对应的是发电机控制单元的尺寸的数倍增长及大容量的电池需求，导致汽车的成本和部件占据的体积大大提高。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种混合动力车辆的增程系统，其能够根据车辆的功率需求来选择发电机的不同工作模式。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种混合动力车辆的增程系统，所述增程系统包括发动机、第一发电机、第二发电机和控制单元。所述发动机具有曲轴。所述第一发电机具有第一转子轴，该第一转子轴与所述曲轴的动力输出端直连。所述第二发电机具有第二转子轴，该第二转子轴与所述曲轴的动力输出端直连。根据所述混合动力车辆的输出功率需求，所述控制单元选择性地启动所述第一发电机和第二发电机的至少其中之一进行发电，以对动力电池充电或者直接驱动电动机运行。
8.在一个或多个实施方式中，所述第一发电机包括第一转子、设置在第一转子内的第一转子支架和设置在第一转子支架上的所述第一转子轴，所述第二发电机包括第二转子、设置在第二转子内的第二转子支架和设置在第二转子支架上的所述第二转子轴。
9.在一个或多个实施方式中，所述第一发电机和第二发电机的规格相同。
10.在一个或多个实施方式中，所述增程系统还包括与所述第一发电机连接的第一发电机控制器以及与所述第二发电机连接的第二发电机控制器。所述控制单元控制所述第一发电机控制器和所述第二发电机控制器工作。所述第一发电机控制器和第二发电机控制器
根据接受到控制单元的控制信号，可以分别控制第一发电机和第二发电机的工作，例如开启、闭合以及转子转速等。
11.在一个或多个实施方式中，所述增程系统还包括离合器，所述曲轴的动力输出端通过该离合器将动力传递给混合动力车辆的车轮。
12.与现有技术相比，根据本实用新型的混合动力车辆的增程系统，通过设置两个发电机，使得能够根据车辆的功率需求来选择两个发电机的不同工作模式。特别是在高功率需求下，通过两个发电机配合使得双电机的高效区域比单发电机更大，且工作模式可选性增加。这降低了发电机控制器的尺寸和动力电池的体积以及容量，极大地节省设计空间及整机重量，利于节能减排。
附图说明
13.图1是根据本实用新型一实施方式的混合动力车辆的增程系统的示意图。
14.图2是根据本实用新型另一实施方式的混合动力车辆的增程系统的示意图。
15.图3是发电机的转子转速与扭矩的对应关系图。
16.主要附图标记说明：
17.1-发动机，2-第一发电机，21-第一转子轴，3-第二发电机，31-第二转子轴，4-离合器。
具体实施方式
18.下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
19.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
20.如前所述，在本实用新型的一实施方式中，增程系统的工作方式是发动机并不直接参与直接驱动车轮的运转，发动机的输出扭矩传递至发电机，发电机将电力传输至电池对其充电或者直接传输给电动机。电动机的输出扭矩通过齿轮机构等传递至车轮，使得车辆运行。
21.如图1所示，根据本实用新型一实施方式的混合动力车辆的增程系统，包括发动机1、第一发电机2、第二发电机3和控制单元。发动机1具有曲轴。第一发电机2具有第一转子轴21，该第一转子轴21与所述曲轴的动力输出端11直连。第二发电机3具有第二转子轴31，该第二转子轴31与曲轴的动力输出端11直连。根据所述混合动力车辆的输出功率需求，所述控制单元选择性地启动所述第一发电机2和第二发电机3的至少其中之一进行发电，以对动力电池充电，或者直接驱动电动机运行(例如动力电池电力不足的情况下)。
22.本领域已知的是，如果要使得单个发电机的功率增大，则需要在发电机控制器里增加大电压或igbt等部件，使得发电机控制器的尺寸需要数十倍级的增大。并且大功率需要大幅提高电池的电压，因此需要提高动力电池的容量和体积。相比较而言，设置两个小功率的发电机，二者在常规电池电压下(例如315v～370v)并联工作(输出的功率为串联)，其控制器的尺寸无需变化，电池电压可以保持不变，因此无需增大电池体积，可以大大节省整
车的重量并且无需大幅提高电池容量。
23.在一实施例中，第一发电机2包括第一转子22、设置在第一转子22中的第一转子支架23和设置在第一转子支架上的第一转子轴21。所述第二发电机3包括第二转子32、设置在第二转子32中的第二转子支架33和设置在第二转子支架33上的所述第二转子轴31。
24.在本文中，直连是指发动机1的曲轴的动力输出端11与第一发电机2和第二发电机3的转子轴直接连接，例如通过法兰硬接连接或者通过螺纹套接，例如动力输出端11具有外螺纹，第一转子轴21和第二转子轴31具有内螺纹。这种直连的方式不同于现有的通过花键连接的柔性连接器来作为连接部件。由于发动机的曲轴的动力输出端和发电机的转子轴直连，因此发动机1输出的动能直接传输至发电机的转子，由转子充当了发动机飞轮的功能，并依靠转子支架提供不同旋转惯量，因此省略了发动飞轮。第一发电机2和/或第二发电机3的转子充当了飞轮的功能，这减少了体积并且发动机转速和发电机转速同步，使得发动机和发电机均工作在最佳的高效区。
25.在一实施方式中，在低功率需求下，仅仅所述第一发电机2和第二发电机3中的其中之一工作，例如选择仅仅第一发电机2进行工作。在中功率需求下，发电机在一定的区间范围内进行工作，该区间的下限是其中一个发电机在高效区的三分之二全功率，其上限是“第一发电机在高效区的三分之二全功率 第二发电机的高效区的三分之二全功率”。在高功率需求下，所述第一发电机和所述第二发电机均在高效区全功率下进行工作。在这种模式下工作，保证了每个电机不在长时间的大功率工作，增加电机及电机控制器的使用寿命，且实现了功率的平滑过渡，控制更容易且无卡顿。
26.优选地，第一发电机2和第二发电机3的规格相同，这使得两个发电机的高效工作区处于相同范围。例如第一转子轴21和第二转子轴31的转速均介于2000rpm～4800rpm之间。正常情况下，发动机的最佳状态是在2200至3500rpm之间，此时最经济，也是发动机工况最好的工作区间。参考图3，本实用新型实施例的发电机的转速介于2000rpm～4800rpm之间，电池电压介于315v～370v之间，恰好覆盖发动机1的高效工作区的曲轴转速范围，使得发动机工作效率最大化，且使得发电机的高效区的扭矩范围最大化。
27.根据本实用新型一实施方式的增程系统，还可以包括与第一发电机2连接的第一发电机控制器以及与第二发电机3连接的第二发电机控制器。与两个发电机最大功率总和的同样功率大小的单个发电机相比，两个发电机控制器的体积也可以大大减小，节省了空间和成本。
28.如图2所示，在本实用新型的另一实施方式当中，除了与图1所示的实施例相同的部件和连接关系以外。所述增程系统还可以包括离合器4。该离合器4在一实施方式当中，在车辆配备有离合器4的情况下，如果仅有一个发电机工作，可以通过离合器4将动力输出端与另一个发电机的转子轴分离，避免能量损耗和物理磨损。例如，在第一发电机2工作的状态下，通过离合器4将动力输出端11与第二转子轴31断开，使得第二发电机3与动力输出端完全断开，避免二者由于直连所导致的磨损。
29.根据本实用新型的增程系统可以搭载在商用车或工程车辆上。商用车和工程车通常具有高功率需求，且基于增程电池容量不需要过大，把需求的高功率的发电机一分为二，这样可使用普通基础电池，降低对电池及发电机控制单元的要求。此外，通过两个发电机配合使得双发电机高效区域比单发电机更大，降低了发电机的容量，极大地节省设计空间及
整机重量，利于节能减排。
30.在一实施方式当中，在车辆配备有离合器4的情况下，所述控制方法还包括：如果仅有一个发电机工作，可以通过离合器4将动力输出端与另一个发电机的转子轴分离，避免能量损耗和物理磨损。例如，在第一发电机2工作的状态下，通过离合器4将动力输出端11与第二转子轴31断开，使得第二发电机3完全不动作，避免二者由于直连所导致的磨损。
31.前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。