CN108327496B - 一种双电机纯电动驱动系统及使用该系统的电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电机纯电动驱动系统及使用该系统的电动汽车，驱动系统包括第一驱动电机、第二驱动电机和系统输出轴，还包括第一、第二行星排，第一行星排的输入端与第一驱动电机的输出轴传动连接，第一行星排的输出端通过第一离合器与系统输出轴传动连接，第二行星排的输入端与第二驱动电机的输出轴传动连接，第二行星排的输出端通过第二离合器与系统输出轴传动连接。通过两离合器的接合、分离，可实现驱动系统的多种工作模式。当相应离合器处于分离状态，对应该离合器的行星排及驱动电机均与另一组行星排及驱动电机处于机械脱离的状态，有效避免了额外的摩擦损耗和弱磁损耗，降低了能耗，有效提高了整合经济性。

Description

一种双电机纯电动驱动系统及使用该系统的电动汽车

技术领域

本发明涉及一种双电机纯电动驱动系统及使用该系统的电动汽车。

背景技术

目前主流纯电动车辆驱动系统包括两种：一种为单电机直驱构型，这种构型结构和控制策略均较简单，容易实现；另一种为轮边电机驱动，这种构型是驱动电机布置在半轴上，省去传统车辆驱动后桥，相比于单电机直驱构型，该构型可实现车辆低地板布置，提升车辆使用空间，但控制策略较为复杂。以上两种构型均可实现纯电动车辆正常行驶功能。但是，由于电机扭矩特性导致单电机直驱构型无法使用一款电机即可使车辆在高车速和大爬坡工况下电机均处于高效区。为保证车辆爬坡能力，需使用一款大扭矩电机，但在车辆高速行驶时电机驱动扭矩较小，电机处于低效率区，导致车辆电耗高；使用小扭矩电机的话，又使得车辆加速性能和爬坡能力弱。而轮边驱动系统由于要使用较多的电机，并且针对每个电机都需要较大速比的减速机构，整体成本较高。

申请公布号为CN105857044A的中国发明专利申请中公开了一种双电机-单行星排动力装置及电动汽车，动力装置包括第一电机、第二电机及单行星排，单行星排的太阳轮与第一电机的输出轴传动连接、齿圈与第二电机的输出轴后传动连接，单行星排的行星架作为输出端与输出轴传动连接，两电机的输出轴上分别设有用于对相应输出轴后进行单独锁止的锁止装置。利用不同的锁止装置分别对两电机的输出轴进行锁止、解锁控制，实现第一电机单独驱动、第二电机单独驱动及两电机耦合驱动的纯电动驱动模式。这种利用锁止离合器对电机输出轴进行锁止的模式，虽然可以中断前后电机之间的动力联系，但无法中断前后电机的机械联系，会增大单电机驱动模式下的摩擦损耗和弱磁损耗，增加能耗，降低整车经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双电机纯电动驱动系统，以解决现有技术中仅中断前后电机之间动力联系但未切断前后电机之间的机械联系所带来的单电机驱动模式下能耗增加的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述纯电动驱动系统的电动汽车。

为实现上述目的，本发明所提供的双电机纯电动驱动系统的技术方案是：一种双电机纯电动驱动系统，包括第一驱动电机、第二驱动电机和系统输出轴，驱动系统还包括第一、第二行星排，第一行星排的输入端与第一驱动电机的输出轴传动连接，第一行星排的输出端通过第一离合器与系统输出轴传动连接，第二行星排的输入端与第二驱动电机的输出轴传动连接，第二行星排的输出端通过第二离合器与系统输出轴传动连接。

所述第一行星排的太阳轮为所述第一行星排的输入端，第一行星排的齿圈为所述第一行星排的输出端，第一行星排的行星架为用于固设于相应车体上的固定行星架。

所述第二行星排的太阳轮为所述第二行星排的输入端，第二行星排的行星架为所述第二行星排的输出端，第二行星排的齿圈为用于固设于相应车体上的固定齿圈。

所述第一离合器和第二离合器沿系统输出轴轴向间隔布置。

所述第一驱动电机、第一行星排、第二行星排、第二驱动电机及系统输出轴均同轴布置，第二驱动电机的输出轴为空心轴，系统输出轴穿过所述空心轴布置。

本发明所提供的使用上述双电机纯电动驱动系统的电动汽车的技术方案是：一种电动汽车，包括车体，车体上设有驱动车桥和双电机纯电动驱动系统，双电机纯电动驱动系统包括第一驱动电机、第二驱动电机及系统输出轴，系统输出轴与驱动车桥传动连接，驱动系统还包括第一、第二行星排，第一行星排的输入端与第一驱动电机的输出轴传动连接，第一行星排的输出端通过第一离合器与系统输出轴传动连接，第二行星排的输入端与第二驱动电机的输出轴传动连接，第二行星排的输出端通过第二离合器与系统输出轴传动连接。

所述第一行星排的太阳轮为所述第一行星排的输入端，第一行星排的齿圈为所述第一行星排的输出端，第一行星排的行星架为固设于所述车体上的固定行星架。

所述第二行星排的太阳轮为所述第二行星排的输入端，第二行星排的行星架为所述第二行星排的输出端，第二行星排的齿圈为固设于所述车体上的固定齿圈。

所述第一离合器和第二离合器沿系统输出轴轴向间隔布置。

所述第一驱动电机、第一行星排、第二行星排、第二驱动电机及系统输出轴均同轴布置，第二驱动电机的输出轴为空心轴，系统输出轴穿过所述空心轴布置。

本发明的有益效果是：本发明所提供的双电机纯电动驱动系统中，驱动系统包括双电机和对应双电机布置的双行星排，相应电机的输出轴与相应行星排的输入端传动连接，并且，两行星排的输出端分别通过离合器与系统输出轴传动连接，这样，通过两离合器的接合、分离，可实现驱动系统的多种工作模式。当相应离合器处于分离状态，对应该离合器的行星排及驱动电机均与另一组行星排及驱动电机处于机械脱离的状态，有效避免了额外的摩擦损耗和弱磁损耗，降低能耗，有效提高了系统的整体经济性。而且，采用双行星排可改善整个驱动系统的减速传动性能，提高驱动系统的动力性能。

附图说明

图1为本发明所提供的使用双电机纯电动驱动系统的电动汽车的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明所提供的使用双电机纯电动驱动系统的电动汽车的具体实施例，如图1所示，该实施例中的电动汽车包括车体，车体上设有驱动车桥，驱动车桥上设置有行走轮，驱动车桥传动连接有双电机纯电动驱动系统，驱动系统为双电机-双行星排系统，包括第一驱动电机1、第二驱动电机6及系统输出轴9，系统输出轴9与驱动车桥传动连接，第一驱动电机和第二驱动电机均安装在车体上，驱动系统还包括第一行星排和第二行星排。此处的第一驱动电机1、第一行星排PG1、第二行星排PG2、第二驱动电机6及系统输出轴9均同轴布置。

本实施例中，第一行星排PG1的太阳轮13作为第一行星排PG1的输入端与第一驱动电机1的输出轴传动连接，第一行星排PG1的齿圈2作为第一行星排的输出端通过第一离合器3与系统输出轴9传动连接，第一行星排PG1的行星架为固定在车体上的固定行星架，固定行星架上设有对应与太阳轮13、齿圈2啮合传动的行星轮12。

第二行星排PG2的太阳轮10作为第二行星排PG2的输入端与第二驱动电机6的输出轴传动连接，第二行星排PG2的行星架11作为第二行星排的输出端通过第二离合器4与系统输出轴9传动连接，第二行星排PG2的齿圈为固设于相应车体上的固定齿圈，行星架11上设有与太阳轮10、固定齿圈啮合传动的行星轮5。

本实施例中，第二驱动电机6的输出轴为空心轴，系统输出轴9穿过空心轴布置。

并且，上述第一离合器3和第二离合器4沿系统输出轴9轴向间隔布置。

第一驱动电机和第二驱动电机均与电机及电附件集成控制器7连接，电机及电附件集成控制器7由动力电源8供电。

电动汽车在工作时，通过控制第一离合器3和第二离合器4，实现驱动系统的多种工作模式。

如使第一离合器3处于接合状态，第二离合器4处于分离状态，此时，可由第一驱动电机实现单电机驱动。

如使第二离合器4处于接合状态，第一离合器3处于分离状态，此时，可由第二驱动电机实现单电机驱动。

如使两离合器均处于接合状态，可实现第一驱动电机和第二驱动电机耦合驱动模式。

另外，如电机处于制动量能回收状态，当两离合器中的其中一个处于接合状态、另一个处于分离状态时，则利用一个电机实现制动能量回收。而如果使两离合器均处于接合状态时，则可利用两电机实现制动能量回收。

就本实施例来讲，假设第一行星排PG1特征参数为k1，k1为第一行星排PG1的齿圈半径与太阳轮半径的比值，第二行星排PG2特征参数为k2，k2为第二行星排PG2的齿圈半径与太阳轮半径的比值。第一驱动电机1的输出扭矩为T1转速为n1，则通过第一行星排PG1传递给系统输出轴9的扭矩为T1*k1，输出轴9的转速为n1/k1；第二驱动电机6的输出扭矩为T2转速为n2，则通过第二行星排PG2传递给系统输出轴9的扭矩为T2*(1+k2)，系统输出轴9的转速为n2/(1+k2)；通过合理的选取两个行星排的特征参数可以匹配不同的电机，从而实现电机一直处于高效率区域工作。

第一行星排PG1特征参数k1与第二行星排PG2特征参数k2无关系，二者数值参数需要结合具体工程应用确定。以下以k1小于k2进行具体实施方案说明。

双电机纯电动驱动系统的具体工作模式为：

纯电动模式1：

第一离合器3分离，第二离合器4结合，使得系统输出轴9与第二行星排PG2的行星架11连接。此时第二驱动电机6单独驱动车辆，第一驱动电机1停止不动不参与工作。第二驱动电机6输出的扭矩经第二行星排PG2的行星架11传递给系统输出轴9，以驱动车辆。第二驱动电机输出扭矩为T2，转速为n2，系统输出轴输出扭矩为T2*(1+k2)，系统输出轴转速为n2/(1+k2)，由于经过第二行星排PG2的减速增扭功能，且k2较k1大，此工作模式适用于车辆起步工况和车辆小坡度行驶工况。

纯电动模式2：

第一离合器3接合，第二离合器4分离，使系统输出轴9与第一行星排PG1的齿圈2连接。此时第一驱动电机1单独驱动车辆，第二驱动电机6停止不动不参与工作。第一驱动电机1输出的扭矩经第一行星排PG1的齿圈2传递给系统输出轴，以驱动车辆。第一驱动电机输出扭矩为T1，转速为n1，输出轴输出扭矩为T1*k1，输出轴转速为n1/k1，相对于纯电动模式1，此工作模式输出轴转速较高，因此工作模式适用于车辆高速行驶工况。

纯电动模式3：

第一离合器和第二离合器均处于接合状态，使得系统输出轴9同时与第一行星排PG1的齿圈和第二行星排PG2的行星架连接，此时第一驱动电机1和第二驱动电机6同时驱动车辆，系统输出轴输出扭矩为T1*k1+T2*(1+k2)，此模式输出轴输出扭矩大因此该模式适用于超车和大爬坡工况。

制动能量回收模式1：

通过控制第一离合器3和第二离合器4的接合、分离，第一驱动电机1和第二驱动电机6均可实现车辆制动能量回收。

根据车辆速度以及制动踏板开度计算车辆制动能量回收功率。当制动功率较小时可以单独使用第一驱动电机1或者第二驱动电机6单独制动；通过制动需求扭矩和车速来选择第一驱动电机或第二驱动电机工作，使得电机的制动扭矩和转速均处于高效率区域，从而提升制动能量回收效率。

制动能量回收模式2：

根据车辆速度以及制动踏板开度计算车辆制动能量回收功率。当制动功率较大时，使用第一驱动电机和第二驱动电机同时制动，从而提升了制动能量回收功率。同时通过控制第一驱动电机和第二驱动电机的制动扭矩从而使得两电机均处于高效率区域，以保证充分回收车辆动能，从而提升制动能量回收效率和回收量。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、通过纯电动模式1可以实现小扭矩小功率电机驱动车辆正常行驶功能，避免了市场上现有单电机直驱系统的大扭矩大功率电机的扭矩和功率浪费。从而提升车辆高速行驶时驱动电机的效率，降低车辆电耗；

2、通过纯电动模式2可以通过行星排减速增扭功能提升车辆爬坡度，从而实现小扭矩电机驱动车辆爬大坡的能力；

3、通过纯电动模式3可以实现两个电机以不同转速不同扭矩相结合驱动车辆，通过调节两个驱动电机的转速和扭矩使得两电机一直处于高效率区域工作，从而提升电机效率，降低车辆电耗。

4、通过制动能量回收模式1可以选择第一驱动电机或第二驱动电机进行制动，通过选择不同的电机制动使得制动电机的转速和扭矩处于高效率区域，从而提升电机效率，提升制动能量回收效率；

5、通过制动能量回收模式2可以实现两个电机以不同转速不同扭矩来制动，通过调节两个电机的转速和扭矩使得两电机一直处于高效率区域工作，从而提升电机效率，提升制动能量回收效率。

6、两个驱动电机可以单独和联合驱动车辆行驶，当其中一个驱动电机出现故障时，另一个电机可以独立工作驱动车辆行驶相对于现有纯电系统构型提升了动力系统可靠性。

本实施例中，第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排及系统输出轴均同轴布置，在其他实施例中，也可根据实际需要不同轴布置。本实施例中，两离合器依次间隔布置，在其他实施例中，也可根据实际需要采用其他布置方式。

本实施例中，第一行星排的输出端为齿圈、输入端为太阳轮，在其他实施例中，第一行星排的输入端也可以为齿圈，输出端为太阳轮，对应的，可以实际情况设置第二行星排的输入端及输出端。只要保证系统输出轴通过相应的离合器与两行星排的输出端传动连接即可。

本发明还提供一种双电机纯电动驱动系统的实施例，该实施例中的驱动系统与上述汽车实施例中的双电机纯电动驱动系统的结构相同，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种双电机纯电动驱动系统，包括第一驱动电机、第二驱动电机和系统输出轴，其特征在于：驱动系统还包括第一、第二行星排，第一行星排的输入端与第一驱动电机的输出轴传动连接，第一行星排的输出端通过第一离合器与系统输出轴传动连接，第二行星排的输入端与第二驱动电机的输出轴传动连接，第二行星排的输出端通过第二离合器与系统输出轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的双电机纯电动驱动系统，其特征在于：所述第一行星排的太阳轮为所述第一行星排的输入端，第一行星排的齿圈为所述第一行星排的输出端，第一行星排的行星架为用于固设于相应车体上的固定行星架。

3.根据权利要求1或2所述的双电机纯电动驱动系统，其特征在于：所述第二行星排的太阳轮为所述第二行星排的输入端，第二行星排的行星架为所述第二行星排的输出端，第二行星排的齿圈为用于固设于相应车体上的固定齿圈。

4.根据权利要求3所述的双电机纯电动驱动系统，其特征在于：所述第一离合器和第二离合器沿系统输出轴轴向间隔布置。

5.根据权利要求3所述的双电机纯电动驱动系统，其特征在于：所述第一驱动电机、第一行星排、第二行星排、第二驱动电机及系统输出轴均同轴布置，第二驱动电机的输出轴为空心轴，系统输出轴穿过所述空心轴布置。

6.一种电动汽车，包括车体，车体上设有驱动车桥和双电机纯电动驱动系统，双电机纯电动驱动系统包括第一驱动电机、第二驱动电机及系统输出轴，系统输出轴与驱动车桥传动连接，其特征在于：驱动系统还包括第一、第二行星排，第一行星排的输入端与第一驱动电机的输出轴传动连接，第一行星排的输出端通过第一离合器与系统输出轴传动连接，第二行星排的输入端与第二驱动电机的输出轴传动连接，第二行星排的输出端通过第二离合器与系统输出轴传动连接。

7.根据权利要求6所述的电动汽车，其特征在于：所述第一行星排的太阳轮为所述第一行星排的输入端，第一行星排的齿圈为所述第一行星排的输出端，第一行星排的行星架为固设于所述车体上的固定行星架。

8.根据权利要求6或7所述的电动汽车，其特征在于：所述第二行星排的太阳轮为所述第二行星排的输入端，第二行星排的行星架为所述第二行星排的输出端，第二行星排的齿圈为固设于所述车体上的固定齿圈。

9.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于：所述第一离合器和第二离合器沿系统输出轴轴向间隔布置。

10.根据权利要求8所述的电动汽车，其特征在于：所述第一驱动电机、第一行星排、第二行星排、第二驱动电机及系统输出轴均同轴布置，第二驱动电机的输出轴为空心轴，系统输出轴穿过所述空心轴布置。