專利名稱：電動－發(fā)電復(fù)用控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)、電機(jī)、電動混合動力汽車等領(lǐng)域的控制技術(shù)，具體地說涉及一種電動-發(fā)電復(fù)用控制方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，在汽車領(lǐng)域，研發(fā)“節(jié)能”、“環(huán)?！毙碗妱踊旌蟿恿ζ囈殉蔀槭澜缧缘墓リP(guān)課題。所謂電動混合動力汽車，是“油/電”的混合，即電動與燃油的混合。發(fā)動機(jī)在汽車起動加速時(shí)，將永磁同步電機(jī)/勵(lì)磁電機(jī)作為電動機(jī)復(fù)合使用，來實(shí)現(xiàn)起動和電動助力功能；在汽車減速時(shí)，將永磁同步電機(jī)/勵(lì)磁電機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用，來實(shí)現(xiàn)能量回饋并對電池組充電，上述起動、電動助力和發(fā)電工況的相互轉(zhuǎn)換需要通過一套驅(qū)動控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。而在電動混合動力汽車研制生產(chǎn)過程中，卻面臨著許多新問題和技術(shù)難題。
按汽車工況的需要，在汽車低速起動和較高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)加速助力時(shí)，都需要較大的電動轉(zhuǎn)矩，但永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)理論限定了同時(shí)實(shí)現(xiàn)低速起動大轉(zhuǎn)矩和較高轉(zhuǎn)速時(shí)助力大轉(zhuǎn)矩的同時(shí)實(shí)現(xiàn)。如在同定條件下，按額定轉(zhuǎn)速800r/min設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于按額定轉(zhuǎn)速3000r/min設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)，但按800r/min設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)由于電動繞組反電勢的限定，其最高轉(zhuǎn)速無法達(dá)到3000r/min，也就無法實(shí)現(xiàn)高速助力；而按3000r/min設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)，其可以實(shí)現(xiàn)高速區(qū)的大轉(zhuǎn)矩助力，但其在低速起動時(shí)的轉(zhuǎn)矩又非常小。也就是說，按低速起動性能要求設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)，無法滿足高速區(qū)助力的性能要求；按高速區(qū)助力性能要求設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)，無法滿足低速起動性能的要求，其二者是矛盾而不可兼得的。這也是擺在世界電機(jī)學(xué)領(lǐng)域的一大難題。
特別是低壓系統(tǒng)的電動/發(fā)電復(fù)用控制技術(shù)，存在更難于解決的問題低電壓的永磁無刷電機(jī)驅(qū)動控制，幾乎都采用管壓降低的MOSFET功率器件或模塊，而MOSFET功率器件，其性能是大電流管或模塊的工作電壓較低，如200A～600A功率管或模塊的工作電壓通常為150V，電壓為300V～600V的功率管其工作電流最大卻只有幾十安培。在低壓電動/發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)中，只能采用大電流的MOSFET管或模塊。在復(fù)用裝置中，電動工況結(jié)束，發(fā)動機(jī)工作后自然就進(jìn)入發(fā)電工況，無論發(fā)電輸出有無負(fù)載，反電勢都會隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而升高，電動繞組產(chǎn)生較高的反電勢，發(fā)動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動繞組產(chǎn)生的反電勢遠(yuǎn)高于MOSFET管或模塊的正常工作電壓。如目前國際上開發(fā)的汽車42V電動/發(fā)電復(fù)用電器系統(tǒng)就存在同樣的問題，42V電器系統(tǒng)是指發(fā)電機(jī)充電電壓為42VDC，其采用的電池工作電壓為安全電壓36V，按36V工作電壓、800r/min額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)，其800r/min時(shí)的電動繞組反電勢已接近36V，通常汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)6500r/min左右，即按800r/min設(shè)計(jì)的永磁同步電動機(jī)在6500r/min時(shí)的反電勢可達(dá)200多伏，此電壓已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過MOSFET管或模塊的正常工作電壓，使MOSFET管或模塊直接損壞。因此，目前國內(nèi)外許多汽車公司未能理想的解決此問題，使國際新發(fā)展的汽車42V電器系統(tǒng)未能理想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。像日本、美國等許多汽車公司都采用勵(lì)磁式的42V電動/發(fā)電及其控制系統(tǒng)，但勵(lì)磁式電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和效率都不及永磁式同步電機(jī)高。
現(xiàn)有汽車無論采用高壓或低壓電動混合動力系統(tǒng)，都會存在兩套電源和發(fā)電充電系統(tǒng)。如42V系統(tǒng)，包括12V、36V兩組電池組及14V、42V兩套發(fā)電充電系統(tǒng)。許多汽車公司都采用一套一種電壓輸出發(fā)電充電系統(tǒng)，直接供一種電壓的電池充電和負(fù)載用電；另一種電壓采用DC-DC升壓或者降壓，來供此種電壓的電池組充電或負(fù)載用電。這種采用將發(fā)電機(jī)輸出的電壓再通過DC-DC升壓或降壓的轉(zhuǎn)換方式，其損耗大大增加，效率降低。特別是大功率、低電壓DC-DC損耗更大、效率更低。還有DC-DC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造成本高、技術(shù)難度大，幾乎接近于一套無刷永磁電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)。
由于面臨以上問題和技術(shù)難題，世界各大汽車公司多采用高電壓混合動力系統(tǒng)，即采用電壓較高的電池組，電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)采用管壓降高、工作電流大的高電壓IGBT模塊等，并采用永磁同步無刷正弦波電機(jī)及其弱磁驅(qū)動控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用弱磁方式即達(dá)到電機(jī)低速起動大轉(zhuǎn)矩，也可通過弱磁實(shí)現(xiàn)電機(jī)在一定高轉(zhuǎn)速區(qū)電動和助力目的，弱磁控制原理是用定子繞組在d軸時(shí)，加電流使定子磁場與相對轉(zhuǎn)子永磁產(chǎn)生同極性磁場，來減弱轉(zhuǎn)子永磁磁力強(qiáng)度，達(dá)到提高電動機(jī)轉(zhuǎn)速和控制發(fā)電機(jī)輸出。采用弱磁控制易產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁退磁，電路設(shè)計(jì)要求很高，一旦電路出現(xiàn)故障，反電勢會燒毀控制系統(tǒng)，電機(jī)始終存在弱磁大電流輸入，既消耗電能，又存在效率低、故障多、輸出轉(zhuǎn)矩相對無弱磁控制的永磁電機(jī)低等諸多缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述諸多問題和技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、效率高、轉(zhuǎn)矩大、無需弱磁控制的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，能夠使混合動力發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩起動和高速大轉(zhuǎn)矩電動助力切換驅(qū)動控制，并同時(shí)解決了低壓系統(tǒng)電動/發(fā)電復(fù)用控制技術(shù)中發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)，電動繞組產(chǎn)生的反電勢高于功率器件正常工作電壓，造成功率器件易損壞等問題。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種實(shí)現(xiàn)上述電動-發(fā)電復(fù)用控制方法的控制系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，包括以下步驟①將一臺電機(jī)的繞組采用抽頭或獨(dú)立設(shè)置方式，設(shè)計(jì)成起動繞組和電動助力繞組，或采用兩臺獨(dú)立電機(jī)的起動和電動助力繞組；②將上述起動繞組和電動助力繞組的輸出接線分別通過磁電切換開關(guān)與電機(jī)驅(qū)動控制器相連；③通過上述磁電切換開關(guān)將電機(jī)的起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通時(shí)，電機(jī)驅(qū)動控制器工作，驅(qū)動起動繞組使發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速后，完成低速大轉(zhuǎn)矩起動工況，此時(shí)磁電切換開關(guān)自動進(jìn)行切換，將電機(jī)的起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器斷開，隨即將電機(jī)的電動助力繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通，驅(qū)動電動助力繞組實(shí)現(xiàn)高速大轉(zhuǎn)矩電動助力。
作為上述控制方法方案的進(jìn)一步完善，上述起動繞組三相輸出通過高電壓的整流斬波調(diào)壓電路，輸出直流供給高電壓蓄電池組和負(fù)載用電；上述電動助力繞組的三相輸出通過低電壓的整流斬波調(diào)壓電路，輸出直流供給低電壓蓄電池組和負(fù)載用電。
一種實(shí)現(xiàn)上述電動-發(fā)電復(fù)用控制方法的系統(tǒng)，它包括梯形波或正弦波電機(jī)驅(qū)動控制器、同時(shí)具有梯形波或正弦波起動繞組和電動助力繞組的電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)低速起動、高速電動助力工況轉(zhuǎn)換的磁電切換開關(guān)；所述電機(jī)是將電機(jī)繞組采用抽頭或獨(dú)立設(shè)置方式，設(shè)計(jì)成星形或三角形連接的梯形波或正弦波起動繞組和電動助力繞組，或采用兩臺獨(dú)立電機(jī)的起動和電動助力繞組；電機(jī)起動繞組U1、V1、W1、電動助力繞組U2、V2、W2的各輸出接線分別接磁電切換開關(guān)相應(yīng)觸點(diǎn)；電機(jī)驅(qū)動控制器的三相交流輸出A、B、C分別接切換開關(guān)的動觸點(diǎn)。
作為上述控制系統(tǒng)方案的進(jìn)一步完善，上述起動繞組三相輸出端還與高電壓控制整流斬波調(diào)壓電路的三相輸入端相連；上述電動助力繞組三相輸出端還與低電壓控制整流斬波調(diào)壓電路的三相輸入端相連。
本發(fā)明提供的上述電動-發(fā)電復(fù)用控制方法及其系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，效率高，轉(zhuǎn)矩大。由于采用了起動和電動助力雙繞組電機(jī)或雙電機(jī)及切換控制技術(shù)，無需弱磁控制就能實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩起動和高速大轉(zhuǎn)矩電動助力工況；由于采用了可實(shí)現(xiàn)起動和電動助力工況轉(zhuǎn)換的磁電切換開關(guān)技術(shù)，起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通，驅(qū)動控制器驅(qū)動起動繞組，使發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)至起動額定轉(zhuǎn)速時(shí)，磁電切換開關(guān)進(jìn)行切換進(jìn)入高速電動助力工況，同時(shí)將反電勢高的起動繞組的三相輸出端處于斷路狀態(tài)。此控制方法及其系統(tǒng)理想地解決了低壓電動/發(fā)電復(fù)用控制技術(shù)中，發(fā)動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電勢高于功率器件正常工作電壓，造成功率器件易損壞的問題。另外，還將起動和電動助力繞組的三相輸出端與兩套高、低電壓的整流斬波調(diào)壓電路相連，較為理想地解決了兩套電池組和用電負(fù)載的供電問題。本發(fā)明提供的上述電動-發(fā)電復(fù)用控制方法及其系統(tǒng)，為“節(jié)能”、“環(huán)保”型電動混合動力汽車走向產(chǎn)業(yè)化奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的方框示意圖一；圖2為本發(fā)明的方框示意圖二；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的電原理示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的電原理示意圖；
圖5為本發(fā)明控制系統(tǒng)外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法及其系統(tǒng)，它包括梯形波或正弦波電機(jī)驅(qū)動控制器(控制電路與驅(qū)動電路K&Q、三相功率驅(qū)動電路)、同時(shí)具有梯形波或正弦波起動繞組和電動助力繞組的電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)低速起動、高速電動助力工況轉(zhuǎn)換的磁電切換開關(guān)；所述電機(jī)是將永磁無刷同步電機(jī)繞組采用抽頭或獨(dú)立設(shè)置方式，設(shè)計(jì)成星形或三角形連接的梯形波或正弦波起動繞組和電動助力繞組，或采用兩臺獨(dú)立永磁無刷同步電機(jī)的起動和電動助力繞組；電機(jī)起動繞組、電動助力繞組的各輸出接線分別接磁電切換開關(guān)相應(yīng)觸點(diǎn)；電機(jī)驅(qū)動控制器的三相交流輸出分別接磁電切換開關(guān)的動觸點(diǎn)。
上述起動繞組三相輸出端還與高壓整流斬波調(diào)壓電路的三相輸入端相連，輸出直流供給高壓電源或電池組；上述電動助力繞組三相輸出端還與低壓整流斬波調(diào)壓電路的三相輸入端相連，輸出直流供給低壓電源或電池組。
通過上述磁電切換開關(guān)將電機(jī)的起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通時(shí)，電機(jī)驅(qū)動控制器工作，驅(qū)動起動繞組使發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速后，完成低速大轉(zhuǎn)矩起動工況，此時(shí)磁電切換開關(guān)自動進(jìn)行切換，將電機(jī)的起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器斷開，隨即將電機(jī)的電動助力繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通，驅(qū)動電動助力繞組實(shí)現(xiàn)高速大轉(zhuǎn)矩電動助力。永磁無刷同步電機(jī)上設(shè)置的位置速度傳感器向電機(jī)驅(qū)動控制器提供永磁轉(zhuǎn)子相位位置信號和轉(zhuǎn)速信號。
解決反電勢高于功率器件正常工作電壓問題，在汽車完成起動工況正常運(yùn)行時(shí)，通過上述磁電切換開關(guān)，將反電勢高的電機(jī)起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器斷開，同時(shí)又將反電勢低的電動助力繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通。此時(shí)，切換開關(guān)在完成起動和電動助力工況切換的同時(shí)，磁電切換開關(guān)也完成了反電勢過壓保護(hù)的切換。
如圖2所示在圖1所述的控制方法及其系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了整車控制功能，即將電機(jī)驅(qū)動控制器(控制電路與驅(qū)動電路K&Q、三相功率驅(qū)動電路)、高低壓整流斬波調(diào)壓電路、整車控制及發(fā)動機(jī)ECU集成一體化控制。其中電機(jī)驅(qū)動控制器采用具有CAN總線功能的電機(jī)芯片，將電機(jī)驅(qū)動控制、發(fā)電調(diào)壓以及整車控制軟件及電路集成在電機(jī)驅(qū)動控制器電路中；將電機(jī)芯片作為下位機(jī)，與作為上位機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)ECU連接，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動、發(fā)電、整車運(yùn)行等集成化通訊控制。
如圖3所示，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明控制方法及其系統(tǒng)的實(shí)施例一中，采用一套永磁無刷同步電機(jī)驅(qū)動控制器(控制電路與驅(qū)動電路K&Q、三相功率驅(qū)動電路Q1)、一組三相大電流雙向磁電切換開關(guān)K1、一臺星形連接由多抽頭繞組的永磁無刷同步電機(jī)、一套14V低壓整流斬波調(diào)壓電路F1和一套42V高壓整流斬波調(diào)壓電路F2構(gòu)成。
具體組成如下該系統(tǒng)采用一組低壓12V電池組E1和一組高壓36V電池組E2，由六單元功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6構(gòu)成三相橋功率MOSFET驅(qū)動模塊，即三相功率驅(qū)動電路Q1，電池組E2正極連接MOSFET驅(qū)動模塊的正極輸入端，電池組E2負(fù)極連MOSFET驅(qū)動模塊的負(fù)極輸入端。三相橋功率MOSFET驅(qū)動模塊的三相交流輸出端A、B、C，通過三相大電流雙向磁電切換開關(guān)K1，與永磁無刷同步電機(jī)起動繞組U1、V1、W1或電動助力繞組U2、V2、W2分別切換連接。永磁無刷同步電機(jī)上設(shè)置的位置速度傳感器采集永磁轉(zhuǎn)子相位位置信號和轉(zhuǎn)速信號，并提供給控制電路與驅(qū)動電路K&Q來實(shí)現(xiàn)控制功能。
永磁無刷同步電機(jī)起動繞組U1、V1、W1與高壓整流斬波調(diào)壓電路F2的三相輸入端相連，如果起動繞組在發(fā)動機(jī)低速時(shí)，繞組輸出的三相交流電壓達(dá)不到高壓電池組的充電電壓時(shí)，可再設(shè)計(jì)發(fā)電繞組U、V、W，發(fā)電繞組U、V、W與起動繞組U1、V1、W1同相位串接輸出，與高電壓整流斬波調(diào)壓電路F2連接，輸出直流供給高壓36V電池組E2充電和負(fù)載用電。永磁無刷同步電機(jī)電動助力繞組U2、V2、W2與低壓整流斬波調(diào)壓電路F1的三相輸入端相連，輸出直流供給低壓12V電池組E1充電和負(fù)載用電。
上述整流斬波調(diào)壓電路F1、F2中的穩(wěn)壓器，根據(jù)“A”點(diǎn)交流取樣電壓大小，相應(yīng)控制充電指示端“D+”和中性線端“N”的輸出電平狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)端子功能，測速部分電路對定子感應(yīng)交流電進(jìn)行整流整形，從“W”端輸出轉(zhuǎn)速脈沖信號。采用一個(gè)由電壓控制脈沖輸出脈沖占空比的調(diào)節(jié)器TJQ，穩(wěn)壓器根據(jù)從“B+”電樞處取樣得到電壓大小，調(diào)制發(fā)出相應(yīng)占空比的脈沖給可控硅的控制極，從而控制整流器工作通斷時(shí)間的比例。如輸出電壓偏高，穩(wěn)壓器就減少觸發(fā)脈沖寬度，整流器管斷時(shí)間延長，使輸出電壓下降；如輸出電壓偏低，穩(wěn)壓器則發(fā)出脈沖，增加整流器開通時(shí)間比例，輸出電壓隨之升高。使整流斬波調(diào)壓電路工作在這個(gè)動態(tài)平衡狀態(tài)中，保持恒壓穩(wěn)定輸出14V和42V電壓。
在上述控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可增加整車控制功能，即將電機(jī)驅(qū)動控制器(控制電路與驅(qū)動電路K&Q、三相功率驅(qū)動電路)、高低壓整流斬波調(diào)壓電路、整車控制及發(fā)動機(jī)ECU集成一體化控制。
其中電機(jī)驅(qū)動控制器采用具有CAN總線功能的電機(jī)芯片，將電機(jī)驅(qū)動控制、發(fā)電調(diào)壓以及整車控制軟件及電路集成在電機(jī)驅(qū)動控制器電路中；將電機(jī)芯片作為下位機(jī)，與作為上位機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)ECU連接，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動、發(fā)電、整車運(yùn)行等集成化通訊控制。
電機(jī)控制芯片同時(shí)要采集電機(jī)轉(zhuǎn)子相位、速度、電壓、電流等電動驅(qū)動所需反饋信號；發(fā)電輸出電壓、“A”點(diǎn)交流取樣點(diǎn)壓、“W”端輸出轉(zhuǎn)速脈沖、電路通斷開關(guān)等發(fā)電控制所需信號；整車通過發(fā)動機(jī)ECU采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)冷卻水溫度、發(fā)動機(jī)節(jié)氣門位置、車速、空調(diào)暖風(fēng)等整車控制所需信號。電機(jī)芯片將以上系統(tǒng)采集到的信號通過計(jì)算處理，按工況需要輸出控制磁電切換開關(guān)控制信號；輸出電動驅(qū)動電路使能、起/停、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)變化量等信號；輸出發(fā)電調(diào)壓電路通/斷等信號；輸出發(fā)動機(jī)ECU斷油、斷電等信號。
起動、電動助力與雙電壓發(fā)電輸出為互鎖工作狀態(tài)，起動或電動助力工況工作時(shí)，高低壓兩套整流斬波調(diào)壓電路F1、F2處于無輸出停止工作狀態(tài)。在汽車發(fā)動機(jī)無需電動工況時(shí)，如汽車在正常行駛或減速時(shí)，高低壓兩套整流斬波調(diào)壓電路F1、F2處于輸出工作狀態(tài)。此互鎖工作狀態(tài)模式，可以大大提高汽車發(fā)動機(jī)在起動或加速時(shí)的動力性。
電機(jī)起停采用汽車發(fā)動機(jī)節(jié)氣門位置傳感器或電子節(jié)氣門來控制，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和電機(jī)停止、起動、加速電動助力、正常行駛或減速發(fā)電等汽車發(fā)動機(jī)與電機(jī)混合動力運(yùn)行工況控制，既簡單又可靠，無需在汽車控制面板上增加新的開關(guān)，同時(shí)理想地實(shí)現(xiàn)了電動與燃油雙動力混合控制。
從而更為理想地實(shí)現(xiàn)汽車起動和電動助力工況轉(zhuǎn)換、正常行駛或減速發(fā)電、零怠速、發(fā)電調(diào)壓等集成化控制。
如圖4所示，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明控制方法及其系統(tǒng)的實(shí)施例二中，采用了兩套永磁無刷同步電機(jī)驅(qū)動控制器(控制電路與驅(qū)動電路K&Q、三相功率驅(qū)動電路Q1、Q2)、一組三相大電流單向磁電切換開關(guān)K2、一臺三角形連接同時(shí)包含起動和電動助力兩種獨(dú)立繞組的永磁無刷同步電機(jī)、一套14V低壓整流斬波調(diào)壓電路F1和一套42V高壓整流斬波調(diào)壓電路F2構(gòu)成。
具體組成不同的是該系統(tǒng)的兩套三相橋功率MOSFET驅(qū)動模塊，即三相功率驅(qū)動電路Q1、Q2，其正極輸入端均與電池組E2的正極連接，其負(fù)極輸入端均與電池組E2的負(fù)極連接；一套三相橋功率MOSFET驅(qū)動模塊(即三相功率驅(qū)動電路Q1)的三相交流輸出端A、B、C，通過三相大電流單向磁電切換開關(guān)K2與永磁無刷同步電機(jī)起動繞組U1、V1、W1連接；另一套三相橋功率MOSFET驅(qū)動模塊(即三相功率驅(qū)動電路Q2)的三相交流輸出端A1、B1、C1，直接與永磁無刷同步電機(jī)電動助力繞組U2、V2、W2連接。
三相大電流單向磁電切換開關(guān)K2的閉合與斷開，實(shí)現(xiàn)兩套三相橋功率MOSFET驅(qū)動模塊(即三相功率驅(qū)動電路Q1、Q2)的切換控制，進(jìn)而完成起動與電動助力兩種工況的轉(zhuǎn)化。
永磁無刷同步電機(jī)起動繞組U1、V1、W1與高壓整流斬波調(diào)壓電路F2的三相輸入端相連，輸出直流供給高壓36V電池組E2充電和負(fù)載用電；電動助力繞組U2、V2、W2與低壓整流斬波調(diào)壓電路F1的三相輸入端相連，輸出直流供給低壓12V電池組E1充電和負(fù)載用電。
與圖3同理，上述起動繞組在發(fā)動機(jī)低速時(shí)，繞組輸出的三相交流電壓達(dá)不到高壓電池組的充電電壓時(shí)，增加一組發(fā)電繞組，發(fā)電繞組為三角形接法的獨(dú)立繞組，它與高電壓整流斬波調(diào)壓電路連接，輸出直流供給高壓電池組充電和負(fù)載用電。
其他控制方法及其系統(tǒng)與圖3基本相同，不再贅述。
如圖5所示，本發(fā)明提供的上述電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)的理想方案，其驅(qū)動控制器模塊采用帶有散熱液的殼體組裝。
其中1-外殼；2-積液凹槽；3-散熱液；4-封裝蓋板(模塊固定底板)；5-封裝蓋板固定螺栓；6-O形密封圈；7-加油螺栓；8-密封墊；9-散熱片；10-模塊；11-模塊固定螺栓；12-殼體固定孔。
現(xiàn)有技術(shù)中，通常驅(qū)動控制器采用風(fēng)冷或水冷來對驅(qū)動功率模塊散熱，在純電動或長時(shí)具有電動工況的混合動力中，驅(qū)動控制器采用風(fēng)冷或水冷比較理想，但在短時(shí)起動加速助力輕度混合動力中，采用風(fēng)冷或水冷散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且成本高。為此本發(fā)明為驅(qū)動控制器模塊專門設(shè)計(jì)了一個(gè)具有簡單實(shí)用且效果好的散熱殼體，該散熱殼體的外殼1內(nèi)設(shè)有一積液凹槽2，積液凹槽2內(nèi)裝有高比熱的散熱液3，散熱液3的封裝蓋板4與外殼1密封連接，封裝蓋板4同時(shí)作為模塊固定底板，模塊10固定在散熱液封裝蓋板4上。為便于加入散熱液3，外殼1上開有一設(shè)置加油螺栓7的通孔與積液凹槽2相通。為進(jìn)一步增強(qiáng)散熱效果，外殼1的外壁以及積液凹槽2的內(nèi)壁上設(shè)有散熱片9。模塊10安裝在散熱液封裝蓋板4上，這樣就解決了控制系統(tǒng)功率器件在短時(shí)間內(nèi)起動或電動助力時(shí)產(chǎn)生的熱量，先由散熱液3吸收，然后再通過外殼1自然散熱。
通過本發(fā)明提供的上述實(shí)施例中不難看出，本發(fā)明在具體實(shí)施過程中，除可以將電機(jī)繞組采用抽頭或獨(dú)立設(shè)置方式，設(shè)計(jì)成星形或三角形連接的起動繞組和電動助力繞組以外，還可以很自然地想到采用兩臺獨(dú)立永磁無刷同步電機(jī)分別設(shè)計(jì)位起動和電動助力繞組；控制驅(qū)動電路部分既可以采用一套也可以采用兩套；磁電切換開關(guān)既可以是單向的，也可以是雙向的；……并不局限于實(shí)施例所述。也就是說，上述實(shí)施方式的等同變換或組合，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于它包括以下步驟①將一臺電機(jī)的繞組采用抽頭或獨(dú)立設(shè)置方式，設(shè)計(jì)成起動繞組和電動助力繞組，或采用兩臺獨(dú)立電機(jī)的起動和電動助力繞組；②將上述起動繞組和電動助力繞組的輸出接線分別通過磁電切換開關(guān)與電機(jī)驅(qū)動控制器相連；③通過上述磁電切換開關(guān)將電機(jī)的起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通時(shí)，電機(jī)驅(qū)動控制器工作，驅(qū)動電機(jī)起動繞組使發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速后，完成低速大轉(zhuǎn)矩起動工況，此時(shí)磁電切換開關(guān)自動進(jìn)行切換，將電機(jī)的起動繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器斷開，隨即將電機(jī)的電動助力繞組與電機(jī)驅(qū)動控制器接通，驅(qū)動電機(jī)電動助力繞組實(shí)現(xiàn)高速大轉(zhuǎn)矩電動助力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于上述起動繞組三相輸出通過高電壓的整流斬波調(diào)壓電路，輸出直流供給高電壓蓄電池組和負(fù)載用電；上述電動助力繞組的三相輸出通過低電壓的整流斬波調(diào)壓電路，輸出直流供給低電壓蓄電池組和負(fù)載用電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于上述起動繞組在發(fā)動機(jī)低速時(shí)，繞組輸出的三相交流電壓達(dá)不到高壓電池組的充電電壓時(shí)，增加一組發(fā)電繞組，發(fā)電繞組與星形接法的電機(jī)起動繞組同相位串接輸出或三角形接法的獨(dú)立繞組，再與高電壓整流斬波調(diào)壓電路連接，輸出直流供給高壓電池組充電和負(fù)載用電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于在上述的控制方法的基礎(chǔ)上，增加整車控制功能，即將電機(jī)驅(qū)動控制器、高低壓整流斬波調(diào)壓電路、整車控制及發(fā)動機(jī)ECU集成一體化控制，其中電機(jī)驅(qū)動控制器采用具有CAN總線功能的電機(jī)芯片，將電機(jī)驅(qū)動控制、發(fā)電調(diào)壓以及整車控制軟件及電路集成在電機(jī)驅(qū)動控制器電路中；將電機(jī)芯片作為下位機(jī)，與作為上位機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)ECU連接，通過CAN總線實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動、發(fā)電、整車運(yùn)行集成化通訊控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于上述電機(jī)芯片同時(shí)要采集電機(jī)轉(zhuǎn)子相位、速度、電壓、電流電動驅(qū)動所需反饋信號；發(fā)電輸出電壓、“A”點(diǎn)交流取樣點(diǎn)壓、“W”端輸出轉(zhuǎn)速脈沖、電路通斷開關(guān)發(fā)電控制所需信號；整車通過發(fā)動機(jī)ECU采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機(jī)冷卻水溫度、發(fā)動機(jī)節(jié)氣門位置、車速、空調(diào)暖風(fēng)整車控制所需信號，電機(jī)芯片將以上系統(tǒng)采集到的信號通過計(jì)算處理，按工況需要輸出控制磁電切換開關(guān)控制信號；輸出電動驅(qū)動電路使能、起/停、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)變化量信號；輸出發(fā)電調(diào)壓電路通/斷信號；輸出發(fā)動機(jī)ECU斷油、斷電信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于上述電機(jī)起停采用汽車發(fā)動機(jī)節(jié)氣門位置傳感器或電子節(jié)氣門來控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制方法，其特征在于上述其驅(qū)動控制器模塊采用帶有散熱液的殼體組裝。
8.一種實(shí)現(xiàn)上述電動-發(fā)電復(fù)用控制方法的系統(tǒng)，其特征在于它包括梯形波或正弦波電機(jī)驅(qū)動控制器、同時(shí)具有梯形波或正弦波起動繞組和電動助力繞組的電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)低速起動、高速電動助力工況轉(zhuǎn)換的磁電切換開關(guān)；所述電機(jī)是將電機(jī)繞組采用抽頭或獨(dú)立設(shè)置方式，設(shè)計(jì)成星形或三角形連接的梯形波或正弦波起動繞組和電動助力繞組，或采用兩臺獨(dú)立電機(jī)的起動和電動助力繞組；電機(jī)起動繞組(U1、V1、W1)、電動助力繞組(U2、V2、W2)的各輸出接線分別接磁電切換開關(guān)相應(yīng)觸點(diǎn)；電機(jī)驅(qū)動控制器的三相交流輸出(A、B、C)分別接切換開關(guān)的動觸點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)，其特征在于上述起動繞組三相輸出端還與高電壓控制整流斬波調(diào)壓電路(F2)的三相輸入端相連；上述電動助力繞組三相輸出端還與低電壓控制整流斬波調(diào)壓電路(F1)的三相輸入端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)，其特征在于增加一組發(fā)電繞組，發(fā)電繞組與星形接法的電機(jī)起動繞組同相位串接輸出或三角形接法的獨(dú)立繞組，再與高電壓整流斬波調(diào)壓電路(F2)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)，其特征在于上述電機(jī)驅(qū)動控制器采用具有CAN總線功能的電機(jī)芯片，將電機(jī)驅(qū)動控制、發(fā)電調(diào)壓以及整車控制軟件及電路集成在電機(jī)驅(qū)動控制器電路中；將電機(jī)芯片作為下位機(jī)，與作為上位機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)ECU連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)，其特征在于將上述電機(jī)驅(qū)動控制器電路組裝在一帶有散熱液的殼體中，所述殼體的外殼(1)內(nèi)設(shè)有一積液凹槽(2)，積液凹槽(2)內(nèi)裝有高比熱的散熱液(3)，散熱液(3)的封裝蓋板(4)與外殼(1)密封連接，封裝蓋板(4)同時(shí)作為模塊固定底板，模塊(10)固定在散熱液封裝蓋板(4)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)，其特征在于上述外殼(1)上開有一設(shè)置加油螺栓(7)的通孔與積液凹槽(2)相通。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電動-發(fā)電復(fù)用控制系統(tǒng)，其特征在于上述外殼(1)的外壁以及積液凹槽(2)的內(nèi)壁上設(shè)有散熱片(9)。
全文摘要
一種電動－發(fā)電復(fù)用控制方法及其系統(tǒng)，采用一臺起動和電動助力雙繞組電機(jī)或雙電機(jī)及其切換控制技術(shù)，無需弱磁控制就能實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩起動和高速大轉(zhuǎn)矩電動助力工況；采用磁電切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)起動和電動助力工況的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動控制器驅(qū)動電機(jī)起動繞組，使發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)至起動額定轉(zhuǎn)速時(shí)，磁電切換開關(guān)進(jìn)行切換進(jìn)入電動助力工況，將反電勢高的起動繞組的三相輸出端處于斷路狀態(tài)，同時(shí)完成了反電勢過壓保護(hù)的切換。還將起動和電動助力繞組的三相輸出端與兩套高、低電壓的整流斬波調(diào)壓電路相連，解決了兩套電池組和用電負(fù)載的供電問題。該控制方法及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，效率高，轉(zhuǎn)矩大，為節(jié)能環(huán)保型電動混合動力汽車走向產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號H02P9/04GK1949655SQ200510113059
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者賀雷 申請人:賀雷