專利名稱：混合動(dòng)力車輛用的一體化電源控制平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動(dòng)力車輛(HEV，Hybrid Electric Vehicle)的能量管理系統(tǒng)(EMS，EnergyManagement System)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及混合動(dòng)力車輛的電源一體化(IPS，IntegrativePower Supply)技術(shù)，更確切的說(shuō)，本發(fā)明提出了一種混合動(dòng)力車輛用的一體化電源控制平臺(tái)，適用于采用混合動(dòng)力系統(tǒng)的大客車、軍用履帶車輛等混合動(dòng)力車輛。
背景技術(shù)：
為了應(yīng)對(duì)世界范圍內(nèi)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和未來(lái)的石油資源短缺，電動(dòng)車輛(EV，Electric Vehicle)技術(shù)成為目前車輛工程(VE，Vehicle Engineering)領(lǐng)域最有發(fā)展前景的技術(shù)領(lǐng)域之一。跟純電動(dòng)車輛(EV，Electric Vehicle)和燃料電池車輛(FCEV，F(xiàn)uel CellElectric Vehicle)相比，混合動(dòng)力車輛由于成本相對(duì)低廉、關(guān)鍵技術(shù)更易于實(shí)現(xiàn)而成為發(fā)展最為迅速的電動(dòng)車輛。
混合動(dòng)力系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)(Engine)與動(dòng)力電池組(Power Batteries)的功率進(jìn)行耦合，以驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛行駛。在大功率混合動(dòng)力車輛中，一方面包括交流電機(jī)(Motor)、變頻器(Frequency Inverter)、冷卻系統(tǒng)電源、制動(dòng)系統(tǒng)電源與控制系統(tǒng)電源等眾多電源設(shè)備，而各種元件用電體制卻不盡相同；另一方面混合動(dòng)力車輛作為一個(gè)大功率電源平臺(tái)，要為多種車載電氣設(shè)備提供電源。因此，在混合動(dòng)力車輛上，不同用電體制的電源設(shè)備眾多而相互獨(dú)立，導(dǎo)致電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低下、發(fā)熱嚴(yán)重、冷卻困難等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種混合動(dòng)力車輛用的一體化電源控制平臺(tái)。該電源平臺(tái)一方面實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電源集成優(yōu)化設(shè)計(jì)、集成優(yōu)化控制，提高了電源的能量效率；另一方面實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電源集中布置，綜合冷卻，并且有效的避免電磁干擾。電源一體化技術(shù)減小了車載電源的總體質(zhì)量和體積，改善了混合動(dòng)力車輛的車內(nèi)空間布置和車輛動(dòng)力性。
針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。混合動(dòng)力車輛用的一體化電源控制平臺(tái)具有如下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)力電池組的正、負(fù)極并聯(lián)在一組電源模塊輸入端的正、負(fù)極，包括斬波器、逆變器1、逆變器2、逆變器3和功率電子開(kāi)關(guān)；而功率電子開(kāi)關(guān)輸出端的正、負(fù)極與整流逆變一體化裝置輸出端的正、負(fù)極并聯(lián)在一起，其正、負(fù)極連接到直流母線的兩極；能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)和能耗制動(dòng)電阻串聯(lián)，正、負(fù)極分別連接到直流母線的兩極。
本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)方案如下一體化電源控制平臺(tái)的逆變器1、逆變器2、逆變器3和斬波器功率等級(jí)相同，其主回路共用同一組濾波電容、主控制芯片元件，實(shí)現(xiàn)了四個(gè)電源的一體化設(shè)計(jì)和集成優(yōu)化控制，提高了能量效率，減少了發(fā)熱量。
一體化電源控制平臺(tái)采用七個(gè)電源在同艙內(nèi)集中布置、綜合冷卻的技術(shù)，節(jié)省了車艙內(nèi)部空間，改善了冷卻管路布置，改善了電源的散熱效果，并且有效的避免了電磁干擾。
一體化電源控制平臺(tái)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)、元件設(shè)備共享，取消了混合動(dòng)力車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的專用啟動(dòng)電機(jī)，取消了低壓控制回路的專用直流發(fā)電機(jī)，縮小了設(shè)備體積，減輕了車載質(zhì)量。一方面，混合動(dòng)力車輛取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)來(lái)反拖并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)，整流逆變一體化裝置工作在逆變狀態(tài)，功率電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)，能量從動(dòng)力電池組經(jīng)功率電子開(kāi)關(guān)流向直流母線，再經(jīng)整流逆變一體化裝置轉(zhuǎn)化后流向發(fā)電機(jī)，以拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)電機(jī)將工作在發(fā)電狀態(tài)，而整流逆變一體化裝置工作在整流狀態(tài)，功率由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出，經(jīng)發(fā)電機(jī)、整流逆變一體化裝置轉(zhuǎn)換后流向直流母線。另一方面，在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和車載低壓控制回路的正、負(fù)極之間設(shè)置斬波器，取消了原車載24V電池組的充電用直流發(fā)電機(jī)，將發(fā)電機(jī)變換成為DC/DC變換器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了能量轉(zhuǎn)化效率，改善了電源品質(zhì)。若發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，混和動(dòng)力車輛由動(dòng)力電池組單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí)，動(dòng)力電池組的能量仍可以經(jīng)斬波器變換流向24V控制回路和車載電器系統(tǒng)，并長(zhǎng)時(shí)間為其供電。斬波器為24V控制回路和車載電器系統(tǒng)提供了穩(wěn)定、可靠、高品質(zhì)的電源。
在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和直流母線的正、負(fù)極之間設(shè)置功率電子開(kāi)關(guān)，根據(jù)混和動(dòng)力車輛的能量管理策略來(lái)控制該開(kāi)關(guān)的通斷，進(jìn)而控制動(dòng)力電池組是否連接到直流母線，以及不同的工作狀態(tài)下的能量流動(dòng)方向。
在能耗制動(dòng)電阻和直流母線之間設(shè)置能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)，根據(jù)混和動(dòng)力車輛的能量管理策略來(lái)控制該開(kāi)關(guān)的通斷，進(jìn)而選擇是否需要接通能耗制動(dòng)電阻，以消耗回收的制動(dòng)能量。
在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和制動(dòng)油泵電機(jī)的輸入端之間設(shè)置逆變器3，該逆變器為制動(dòng)油泵電機(jī)提供了充足、穩(wěn)定、品質(zhì)可靠的能量源，確保其在各種工況下，尤其靜音行駛和駐車制動(dòng)時(shí)，都可以可靠工作。該電機(jī)、逆變器設(shè)計(jì)為伺服系統(tǒng)，車輛行駛時(shí)不消耗能量；車輛制動(dòng)時(shí)，縮短了制動(dòng)油泵的響應(yīng)時(shí)間。
在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和冷卻風(fēng)扇電機(jī)的輸入端之間設(shè)置逆變器2，實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻調(diào)速。逆變器根據(jù)冷卻對(duì)象的溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，保證該電機(jī)可靠工作并節(jié)約能源。
在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和冷卻水泵電機(jī)的輸入端之間設(shè)置逆變器1，實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻調(diào)速。逆變器根據(jù)冷卻對(duì)象的溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷卻水流量，保證該電機(jī)可靠工作并節(jié)約能源。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果第一，一體化電源控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了四個(gè)電源結(jié)構(gòu)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)、重要元件共享、實(shí)施集成控制，提高了電源的能量效率，降低了電源的發(fā)熱量；第二，一體化電源控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電源集中布置，綜合冷卻，改善了系統(tǒng)的散熱性能，兼顧了電磁兼容性能；第三，一體化電源控制平臺(tái)代替了原有技術(shù)方案中的發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)和控制系統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)，精簡(jiǎn)、優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小了一體化電源的總體質(zhì)量和體積，改善了混合動(dòng)力車輛的車內(nèi)布置空間。
圖1一體化電源控制平臺(tái)結(jié)構(gòu)方框圖；圖中，元件1-9為一體化電源控制平臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，10-23為跟一體化電源平臺(tái)相關(guān)的系統(tǒng)。具體的說(shuō)，1為斬波器，2為逆變器一，3為逆變器二，4為逆變器三，5為功率電子開(kāi)關(guān)，6為能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)，7為能耗制動(dòng)電阻，8為整流逆變一體化裝置，9為直流母線，10為動(dòng)力電池組，11為發(fā)動(dòng)機(jī)，12為增速箱，13為發(fā)電機(jī)，14為控制系統(tǒng)與車載低壓電器，15為冷卻水泵電機(jī)，16為冷卻風(fēng)扇電機(jī)，17為制動(dòng)油泵電機(jī)，18為變頻器一，19為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，20為驅(qū)動(dòng)輪一，21為變頻器2，22為驅(qū)動(dòng)電機(jī)2，23為驅(qū)動(dòng)輪2；圖2混合動(dòng)力車輛結(jié)構(gòu)原理圖；圖中，01為動(dòng)力電池組，02為發(fā)動(dòng)機(jī)，03為增速箱，04為發(fā)電機(jī)，05表示一體化電源控制平臺(tái)，06為控制系統(tǒng)與低壓電器系統(tǒng)，07為冷卻水泵電機(jī)，08為冷卻風(fēng)扇電機(jī)，09為制動(dòng)油泵電機(jī)，10為直流母線，11為變頻器一，12為驅(qū)動(dòng)電機(jī)一，13為驅(qū)動(dòng)輪一，14為變頻器二，15為驅(qū)動(dòng)電機(jī)二，16為驅(qū)動(dòng)輪二；圖3一體化電源控制平臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖；圖中，①為斬波器，②為逆變器1，③為逆變器2，④為逆變器3，⑤為功率電子開(kāi)關(guān)，⑥為能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)，⑦為能耗制動(dòng)電阻，⑧為整流逆變一體化裝置，⑨為直流母線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1中，動(dòng)力電池組10的正、負(fù)極與直流母線9之間設(shè)置功率電子開(kāi)關(guān)5，用以控制動(dòng)力電池組是否與直流母線接通。該功率電子開(kāi)關(guān)是受控元件，它的通斷決定于整車能量管理和驅(qū)動(dòng)控制策略。
圖1中，能耗制動(dòng)電阻7的一端與直流母線9之間設(shè)置能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)6，用以控制變頻器一18、變頻器二21是否向能耗制動(dòng)電阻放電。該能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)是受控元件，它的通斷決定于直流母線電壓與兩個(gè)變頻器的耐壓。
圖1中，發(fā)動(dòng)機(jī)11取消了常規(guī)的啟動(dòng)電機(jī)。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，功率電子開(kāi)關(guān)5導(dǎo)通，整流逆變一體化裝置8工作在逆變模式，動(dòng)力電池組10的電能經(jīng)功率電子開(kāi)關(guān)5、直流母線9和整流逆變一體化裝置8流向發(fā)電機(jī)13，發(fā)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，用以反拖、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后，發(fā)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，整流逆變一體化裝置工作在整流模式，為直流母線輸送功率。
圖1中，動(dòng)力電池組10的正、負(fù)極與控制系統(tǒng)14之間設(shè)置斬波器1，確保控制回路的24V電池的端電壓維持在合理的范圍之內(nèi)。當(dāng)該電池端電壓偏低時(shí)，斬波器及時(shí)予以充電，保證低壓控制回路工作可靠；當(dāng)該電池端電壓偏高時(shí)，斬波器暫時(shí)停止工作，節(jié)約能量。
圖1中，冷卻水泵15、冷卻風(fēng)扇16和制動(dòng)油泵17的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都采用交流電機(jī)，在電機(jī)與動(dòng)力電池組10的輸出端之間分別設(shè)置逆變器一2、逆變器二3和逆變器三4。三個(gè)逆變器分別為三臺(tái)變頻調(diào)速的電機(jī)提供穩(wěn)定、高品質(zhì)的電源輸出。而且，三臺(tái)逆變器與斬波器1功率等級(jí)相當(dāng)，所以，四個(gè)電源集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，共用一組濾波電容、控制芯片元件；四個(gè)電源集中布置，共用一副外殼和支架，也改善了冷卻管路布置及其散熱效果。
由于采用集成設(shè)計(jì)和集中布置的技術(shù)方案，本發(fā)明的一體化電源控制平臺(tái)具有這樣的有益效果，即簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高電源的能量效率，減少并改善散熱，減小裝置總體體積和質(zhì)量，改善車內(nèi)空間布置。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力車輛用的一體化電源控制平臺(tái)，為整車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、車載輔助電器系統(tǒng)提供電能，其特征是，動(dòng)力電池組的正、負(fù)極并聯(lián)到一組電源模塊的輸入端的正、負(fù)極，包括斬波器、逆變器1、逆變器2、逆變器3和功率電子開(kāi)關(guān)，而功率電子開(kāi)關(guān)的輸出端的正、負(fù)極與整流逆變一體化裝置的輸出端的正、負(fù)極并聯(lián)在一起，連接到直流母線的正、負(fù)極；能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)和能耗制動(dòng)電阻串聯(lián)，兩端分別連接在直流母線的正、負(fù)極；一體化電源控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)四個(gè)電源模塊集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，即逆變器1、逆變器2、逆變器3和斬波器共用一組濾波電容、主控制芯片元件；一體化電源控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)七個(gè)電源模塊的集中布置，避免電磁干擾，實(shí)現(xiàn)綜合冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是混合動(dòng)力車輛取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)來(lái)代替所述的啟動(dòng)電機(jī)以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，而整流逆變一體化裝置工作在逆變狀態(tài)為發(fā)電機(jī)提供能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和直流母線的正、負(fù)極之間設(shè)置功率電子開(kāi)關(guān)，所述功率電子開(kāi)關(guān)的通斷由混合動(dòng)力車輛的整車控制策略來(lái)決定，用以選擇動(dòng)力電池組是否連接到直流母線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是在能耗制動(dòng)電阻和直流母線之間設(shè)置能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)，所述的能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)的通斷由混合動(dòng)力車輛的整車控制策略來(lái)決定，用以選擇能耗制動(dòng)電阻是否消耗制動(dòng)回收能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和車載低壓控制回路的正、負(fù)極之間設(shè)置斬波器，取代原車載24V電池組的充電用直流發(fā)電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和制動(dòng)系統(tǒng)的油泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端之間設(shè)置逆變器3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端之間設(shè)置逆變器2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電源控制平臺(tái)，其特征是在動(dòng)力電池組的正、負(fù)極和冷卻系統(tǒng)的水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端之間設(shè)置逆變器1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混合動(dòng)力車輛用的一體化電源平臺(tái)，屬于混合動(dòng)力車輛的能量管理技術(shù)領(lǐng)域，適用于大功率驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力車輛，尤其是混合動(dòng)力客車和混合動(dòng)力軍用車輛。為解決目前混合動(dòng)力車輛的車載電源多、能量效率低的缺點(diǎn)，本發(fā)明旨在提供一種多電源集成優(yōu)化設(shè)計(jì)、集中布置冷卻的統(tǒng)一電源平臺(tái)。該電源平臺(tái)分別由①斬波器、②逆變器1、③逆變器2、④逆變器3、⑤功率電子開(kāi)關(guān)、⑥能耗制動(dòng)開(kāi)關(guān)、⑦能耗制動(dòng)電阻、⑧整流逆變一體化裝置和⑨直流母線組成。本發(fā)明的統(tǒng)一電源平臺(tái)的電源工作效率高、散熱效果好，而且一體化電源的體積、質(zhì)量有所減小，有利于改善車內(nèi)空間布置和改善電源冷卻。
文檔編號(hào)H02M7/48GK1944098SQ20061013788
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者張承寧, 曹磊, 李軍求 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)