| 专利名称： | 一种液电混合动力系统 | ||
| 专利名称(英文)： | Electro-hydraulic hybrid power system | ||
| 专利号： | CN201410562770.5 | 申请时间： | 20141021 |
| 公开号： | CN104442339A | 公开时间： | 20150325 |
| 申请人： | 普华基础软件股份有限公司 | ||
| 申请地址： | 200030 上海市徐汇区虹漕路448号1幢12楼 | ||
| 发明人： | 刘庆凯; 林湖; 张晓先; 张道杰; 孙小芳; 王志强 | ||
| 分类号： | B60K6/00; B60K17/10; B60K17/12 | 主分类号： | B60K6/00 |
| 代理机构： | 上海申新律师事务所 31272 | 代理人： | 朱俊跃 |
| 摘要： | 本发明公开了一种液电混合动力系统，属于车辆动力系统领域，包括液压机构、离合器、电动机构、动力系统主轴和行走机构，液压机构包括液压泵/马达、泵/马达控制单元和蓄能器，电动机构包括主电机、主电机控制单元和超级电容，液压机构的液压泵/马达通过离合器与电动机构的主电机相连，主电机与动力系统主轴相连，动力系统主轴与行走机构相连，动力系统主轴驱动行走机构行走。本发明的技术方案通过综合利用液压系统和电动系统，降低了电动系统的负荷和冲击，很好地解决了混合动力电动汽车纯电动模式亏电问题，实现了真正的零排放，从而达到节能减排的目的。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention discloses an electro-hydraulic hybrid power system and belongs to the field of vehicle power systems. The electro-hydraulic hybrid power system comprises a hydraulic mechanism, a clutch, an electric mechanism, a power system main shaft and a walking mechanism. The hydraulic mechanism comprises a hydraulic pump/motor, a pump/motor control unit and an energy accumulator. The electric mechanism comprises a main motor, a main motor control unit and a super-capacitor. The hydraulic pump/motor of the hydraulic mechanism is connected with the main motor of the electric mechanism through the clutch, the main motor is connected with the power system main shaft, the power system main shaft is connected with the walking mechanism, and the power system main shaft drives the walking mechanism to walk. According to the technical scheme, a hydraulic system and an electric system are comprehensively utilized, the load and impact of the electric system are reduced, the problem of power-lack of a pure electric mode of a hybrid power electric car is well solved, real zero-emission is achieved, and therefore the purposes of saving energy and reducing emissions are achieved. | ||
1.一种液电混合动力系统，其特征在于，包括液压机构、离合器、电动机 构、动力系统主轴和行走机构，所述液压机构包括液压泵/马达、泵/马达控制单 元和蓄能器，所述泵/马达控制单元和蓄能器分别与所述液压泵/马达相连，所述 电动机构包括主电机、主电机控制单元和超级电容，所述主电机控制单元和超 级电容分别与所述主电机相连，所述液压机构的液压泵/马达通过离合器与所述 电动机构的主电机相连，所述主电机与所述动力系统主轴相连，所述动力系统 主轴与所述行走机构相连，所述动力系统主轴驱动所述行走机构行走。
2.如权利要求1所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述液压机构包 括压力传感器、泵/马达控制单元、低压蓄能器、泵/马达变量机构、液压泵/马 达和高压蓄能器，所述液压泵/马达的进油端口与高压蓄能器的油路端口连通， 所述液压泵/马达的排油端口与低压蓄能器的油路端口连通，所述液压泵/马达的 排量与工作模式由泵/马达变量机构调整。
3.如权利要求2所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述泵/马达变 量机构输出与液压泵/马达的控制输入端口连接，所述泵/马达变量机构的控制信 号输入端口与泵/马达控制单元的一个信号输出端连接，所述泵/马达变量机构输 出由泵/马达控制单元控制。
4.如权利要求3所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述泵/马达控 制单元的一个输入端与压力传感器的信号输出相连，依据压力传感器输出信号 和其软件输出泵/马达变量机构控制信号，所述压力传感器用于检测高压蓄能器 的油压。
5.如权利要求4所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述电动机构包 括主电机、逆变器、主电机控制单元、外部充电接口、超级电容能量管理单元 和超级电容，所述液压机构的输出经离合器与电动机构相连，所述电动机构的 输出与所述动力系统主轴相连，所述行走机构包括相连的后桥和车轮，所述动 力系统主轴与所述后桥相连，所述动力系统主轴通过所述后桥驱动所述车轮实 现车辆常规驱动行驶。
6.如权利要求5所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述液压机构输 出为液压泵/马达的动力输出，所述离合器为电磁离合器，所述离合器与液压泵 /马达的动力输出端口相连。
7.如权利要求6所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述电动机构输 出轴为主电机动力输出轴，所述主电机通过逆变器与超级电容电连接，所述逆 变器驱动主电机工作。
8.如权利要求7所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述逆变器的控 制信号输入端与主电机控制单元的控制信号输出相连，所述主电机控制单元控 制和监测主电机。
9.如权利要求8所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述超级电容由 超级电容能量管理单元监测与控制，所述超级电容给予主电机能量，外界充电 设备经外部充电接口给其充电。
10.如权利要求9所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述超级电容 能量管理单元、主电机控制单元、泵/马达控制单元、离合器由车辆系统控制单 元控制，并分别与所述车辆系统控制单元通过信号输入/输出端连接进行数据交 互。
1.一种液电混合动力系统，其特征在于，包括液压机构、离合器、电动机 构、动力系统主轴和行走机构，所述液压机构包括液压泵/马达、泵/马达控制单 元和蓄能器，所述泵/马达控制单元和蓄能器分别与所述液压泵/马达相连，所述 电动机构包括主电机、主电机控制单元和超级电容，所述主电机控制单元和超 级电容分别与所述主电机相连，所述液压机构的液压泵/马达通过离合器与所述 电动机构的主电机相连，所述主电机与所述动力系统主轴相连，所述动力系统 主轴与所述行走机构相连，所述动力系统主轴驱动所述行走机构行走。
2.如权利要求1所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述液压机构包 括压力传感器、泵/马达控制单元、低压蓄能器、泵/马达变量机构、液压泵/马 达和高压蓄能器，所述液压泵/马达的进油端口与高压蓄能器的油路端口连通， 所述液压泵/马达的排油端口与低压蓄能器的油路端口连通，所述液压泵/马达的 排量与工作模式由泵/马达变量机构调整。
3.如权利要求2所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述泵/马达变 量机构输出与液压泵/马达的控制输入端口连接，所述泵/马达变量机构的控制信 号输入端口与泵/马达控制单元的一个信号输出端连接，所述泵/马达变量机构输 出由泵/马达控制单元控制。
4.如权利要求3所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述泵/马达控 制单元的一个输入端与压力传感器的信号输出相连，依据压力传感器输出信号 和其软件输出泵/马达变量机构控制信号，所述压力传感器用于检测高压蓄能器 的油压。
5.如权利要求4所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述电动机构包 括主电机、逆变器、主电机控制单元、外部充电接口、超级电容能量管理单元 和超级电容，所述液压机构的输出经离合器与电动机构相连，所述电动机构的 输出与所述动力系统主轴相连，所述行走机构包括相连的后桥和车轮，所述动 力系统主轴与所述后桥相连，所述动力系统主轴通过所述后桥驱动所述车轮实 现车辆常规驱动行驶。
6.如权利要求5所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述液压机构输 出为液压泵/马达的动力输出，所述离合器为电磁离合器，所述离合器与液压泵 /马达的动力输出端口相连。
7.如权利要求6所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述电动机构输 出轴为主电机动力输出轴，所述主电机通过逆变器与超级电容电连接，所述逆 变器驱动主电机工作。
8.如权利要求7所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述逆变器的控 制信号输入端与主电机控制单元的控制信号输出相连，所述主电机控制单元控 制和监测主电机。
9.如权利要求8所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述超级电容由 超级电容能量管理单元监测与控制，所述超级电容给予主电机能量，外界充电 设备经外部充电接口给其充电。
10.如权利要求9所述的液电混合动力系统，其特征在于，所述超级电容 能量管理单元、主电机控制单元、泵/马达控制单元、离合器由车辆系统控制单 元控制，并分别与所述车辆系统控制单元通过信号输入/输出端连接进行数据交 互。
翻译：技术领域
本发明属于车辆动力系统领域，涉及一种以液压和电为能源的混合动力系 统。
背景技术
随着世界范围内工业技术的迅速发展，能源短缺和环境污染问题也日趋严 重。纯电动汽车、混合动力电动汽车因具有低能耗、低污染和低噪声等特点， 成为当前汽车研究和开发热点。
纯电动汽车仅采用电能驱动，动力系统结构简单，达到了真正的车辆零排 放。混合动力电动汽车采用燃油和电能作为动力源，通过控制系统充分利用两 种动力源优点实现最佳能量分配，达到低能耗、低排放和高度自动化。目前， 纯电动汽车的发展受制于蓄电池技术，如何提高蓄电池的能量密度、延长使用 寿命、降低使用成本是纯电动汽车的关键。此外，纯电动汽车制动能量的回收 和再利用能力低，且控制复杂，更重要的是频繁地对蓄电池充放电，增加蓄电 池的负荷，降低了蓄电池的使用寿命。
混合动力电动汽车动力系统结构多样，一般采用结构简单、控制策略简单 和成本低的并联结构。但并联系统又存在纯电动模式下容易亏电问题，且在汽 车行驶工况变化较多时，发动机会较多在不良工况下运行，从而排放污染较严 重。此外，混合动力电动汽车长距离行驶基本上不省油。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有纯电动模式亏电和混合模式污染严重的缺陷， 提供了一种液电混合动力系统。
为达到上述目的，具体技术方案如下：
一种液电混合动力系统，包括液压机构、离合器、电动机构、动力系统主 轴和行走机构，所述液压机构包括液压泵/马达、泵/马达控制单元和蓄能器，所 述泵/马达控制单元和蓄能器分别与所述液压泵/马达相连，所述电动机构包括主 电机、主电机控制单元和超级电容，所述主电机控制单元和超级电容分别与所 述主电机相连，所述液压机构的液压泵/马达通过离合器与所述电动机构的主电 机相连，所述主电机与所述动力系统主轴相连，所述动力系统主轴与所述行走 机构相连，所述动力系统主轴驱动所述行走机构。
优选的，所述液压机构包括压力传感器、泵/马达控制单元、低压蓄能器、 泵/马达变量机构、液压泵/马达和高压蓄能器，所述液压泵/马达的进油端口与 高压蓄能器的油路端口连通，所述液压泵/马达的排油端口与低压蓄能器的油路 端口连通，所述液压泵/马达的排量与工作模式由泵/马达变量机构调整。
优选的，所述泵/马达变量机构输出与液压泵/马达的控制输入端口连接，所 述泵/马达变量机构的控制信号输入端口与泵/马达控制单元的一个信号输出端 连接，所述泵/马达变量机构输出由泵/马达控制单元控制。
优选的，所述泵/马达控制单元的一个输入端与压力传感器的信号输出相 连，依据压力传感器输出信号和其软件输出泵/马达变量机构控制信号，所述压 力传感器用于检测高压蓄能器的油压。
优选的，所述电动机构包括主电机、逆变器、主电机控制单元、外部充电 接口、超级电容能量管理单元和超级电容，所述液压机构的输出经离合器与电 动机构相连，所述电动机构的输出与所述动力系统主轴相连，所述行走机构包 括相连的后桥和车轮，所述动力系统主轴与所述后桥相连，所述动力系统主轴 通过所述后桥驱动所述车轮实现车辆常规驱动行驶。
优选的，所述液压机构输出为液压泵/马达的动力输出，所述离合器为电磁 离合器，所述离合器与液压泵/马达的动力输出端口相连。
优选的，所述电动机构输出轴为主电机动力输出轴，所述逆变器驱动主电 机工作。
优选的，所述逆变器的控制信号输入端与主电机控制单元的控制信号输出 相连，所述主电机控制单元控制和监测主电机。
优选的，所述超级电容由超级电容能量管理单元监测与控制，所述超级电 容给予主电机能量，外界充电设备经外部充电接口给其充电。
优选的，所述超级电容能量管理单元、主电机控制单元、泵/马达控制单元、 离合器由车辆系统控制单元控制，并分别与所述车辆系统控制单元通过信号输 入/输出端连接进行数据交互。
相对于现有技术，本发明的技术方案提供了一种以液压能和电能为动力源 的混合动力系统，通过综合利用液压系统和电动系统，降低了电动系统的负荷 和冲击，很好地解决了混合动力电动汽车纯电动模式亏电问题，实现了真正的 零排放，从而达到节能减排的目的。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图 中：
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。
以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
如图1中所示，其中，实线表示为机械连接，虚线表示为电气连接，本发 明的实施例的一种液电混合动力系统，包括：压力传感器1，泵/马达控制单元 2，低压蓄能器3，泵/马达变量机构4，液压泵/马达5，离合器6，主电机7， 后桥8，车轮9，动力系统主轴10，逆变器11，主电机控制单元12，外部充电 接口13，超级电容能量管理单元14，超级电容15，高压蓄能器16。
其中压力传感器1、泵/马达控制单元2、低压蓄能器3、泵/马达变量机构4、 液压泵/马达5、高压蓄能器16组成液压机构。主电机7、逆变器11、主电机控 制单元12、外部充电接口13、超级电容能量管理单元14、超级电容15组成电 动机构。后桥8和车轮9组成行走机构。液压机构输出经离合器6与电动机构 相连，电动机构输出轴与动力系统主轴10相连，动力系统主轴10直接与行走 机构的后桥8相连，用于实现车辆常规驱动行驶。
液压机构输出为液压泵/马达5的动力输出，离合器6为电磁离合器，离合 器6与液压泵/马达5的动力输出端口相连。
液压泵/马达5的进油端口与高压蓄能器16的油路端口连通，液压泵/马达 5的排油端口与低压蓄能器3的油路端口连通，液压泵/马达5的排量与工作模 式由泵/马达变量机构4调整。
泵/马达变量机构4输出与液压泵/马达5的控制输入端口连接，泵/马达变 量机构4的控制信号输入端口与泵/马达控制单元2的一个信号输出端连接，其 输出由泵/马达控制单元2控制。
泵/马达控制单元2的一个输入端与压力传感器1的信号输出相连，依据压 力传感器1输出压力信号输出泵/马达变量机构4的控制信号。
压力传感器1用于检测高压蓄能器16的油压。
电动机构输出轴为主电机7动力输出轴。主电机7通过逆变器11与超级电 容15电连接，由逆变器11驱动主电机7工作。
逆变器11的控制信号输入端与主电机控制单元12的控制信号输出相连， 由主电机控制单元12控制和监测主电机7。
超级电容15由超级电容能量管理单元14监测与控制，超级电容15给予主 电机7能量，外界充电设备经外部充电接口13给其充电。
超级电容能量管理单元14、主电机控制单元12、泵/马达控制单元2、离合 器6均由车辆系统控制单元控制，分别与车辆系统控制单元通过信号输入/输出 端连接进行数据交互。
本发明实施例的一种液电混合动力系统的运行特征包括：
(1)当车辆处于起步工况下，车辆系统控制单元接收到起步加速踏板的信 号后，发送控制信号，使离合器6闭合，逆变器11关闭，主电机7为液压机构 负载，此时控制由液压机构独自驱动车辆行驶。
泵/马达控制单元2根据压力传感器1的压力信号，发送控制信号给泵/马达 变量机构4控制液压泵/马达5工作在马达模式，同时调整液压泵/马达5排量以 满足所需求的转矩。液压泵/马达5把高压蓄能器16中的液压油泵到低压蓄能 器3中，实现车辆制动能量的再利用。如输出转矩满足所需求的转矩，液压泵/ 马达5通过机械连接经过主电机7驱动车辆行驶，直到高压蓄能器16中压力下 降到下限。如车辆的输出转矩未达到所需转矩，则车辆系统控制单元发送控制 命令启动电动机构，辅助驱动。
(2)当车辆处于匀速行驶工况下，车辆系统控制单元控制离合器6，离合 器6脱开，液压机构停止工作。车辆系统控制单元发送控制命令，控制主电机 控制单元12使主电机7输出适合的功率驱动车辆行驶，该过程与纯电动汽车类 似。
(3)当车辆处于加速行驶工况下，车辆系统控制单元接收到车辆加速信号 后，控制由液压机构辅助车辆行驶。车辆系统控制单元发送控制信号给泵/马达 控制单元2和离合器6，使离合器6闭合，同时启动液压机构。泵/马达控制单 元2发送控制指令给泵/马达变量机构4，由泵/马达变量机构4控制液压泵/马达 5工作在马达模式下输出额外的加速功率驱动车辆行驶，直到高压蓄能器16压 力下降到下限。
(4)当车辆处于制动工况下，车辆系统控制单元接收车辆制动信号，车辆 系统控制单元发送控制信号，使离合器6闭合，同时使主电机控制单元12控制 主电机7处于空转状态，同时使泵/马达控制单元2控制液压泵/马达5工作在马 达模式，并调整液压泵/马达5的排量，此时车辆的惯性经过主电机7带动液压 泵/马达5工作，并把低压蓄能器3中的液压油泵到高压蓄能器16中，实现车 辆制动能量的回收。
本发明实施例的一种液电混合动力系统可制定液压系统和电力系统的比 例，制定不同的控制策略来应用于不同车型，通过合理的控制策略可实现以下 多种工作模式的顺利转换，实现整车的高性能、低能耗。具体模式包括：
1、纯电动模式(电动机构+动力系统主轴10)；
2、并联模式(液压机构+离合器6+电动机构+动力系统主轴10)；
3、能量回收模式(液压机构+离合器6+主电机7+动力系统主轴10)。
液压机构具有较大的功率密度，能量保存时间较长，各部件制造技术比较 成熟，工作性能可靠考，能在短时间内高效回收车辆的制动能量，相关研究表 明，其最高回收比率高达77％以上。电动机构电源采用超级电容。相较于蓄电 池，超级电容具有电容量大、充放电寿命长、充电快速、无污染等优点。
本发明的实施例通过综合利用液压系统和电动系统，在车辆启动/制动过程 中，利用液压机构可以很好的实现车辆制动能量的回收和再利用，从而降低电 动机构的负荷和冲击。在车辆加速过程中，利用液压机构辅助驱动，很好地解 决了混合动力电动汽车纯电动模式亏电问题。此外，系统利用液压能和电能为 动力源，实现了真正的零排放，从而达到节能减排的目的。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明 并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明 进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精 神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
