專利名稱：汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車領(lǐng)域，特別是涉及一種汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車上由發(fā)動機帶動的發(fā)電機，主要用于給車上的用電設(shè)備供電和給低壓電池充 H1^ ο現(xiàn)代汽車上的用電設(shè)備越來越多，用電量也越來越大，如車用空調(diào)系統(tǒng)中的冷凝風(fēng)機和蒸發(fā)風(fēng)機也由發(fā)動機曲軸帶動的24V低壓勵磁發(fā)電機來供電，對發(fā)動機功率的利用率較低，加之低壓勵磁發(fā)電機的發(fā)電效率也較低，如用3KW的發(fā)電機驅(qū)動冷凝風(fēng)機和蒸發(fā)風(fēng)的運行需消耗發(fā)動機功率約5KW;如空調(diào)系統(tǒng)采用電動空調(diào)，其空調(diào)壓縮機也需電能來驅(qū)動，則更是提高了對車載發(fā)電機的要求。另外，裝置有空調(diào)系統(tǒng)的汽車若要在等紅燈、待客等狀況下停車時空調(diào)不停止運行，還要求發(fā)動機不熄火怠速運轉(zhuǎn)，也會更進(jìn)一步增加燃油的消耗。因此，現(xiàn)有的汽車上的發(fā)電系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到汽車用電設(shè)備如電動空調(diào)的用電量要求，并且燃油消耗較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種發(fā)電和利用效率高的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明包括高壓發(fā)電機、發(fā)電機控制器、高壓儲能器，所述發(fā)電機安裝于汽車發(fā)動機前端并由發(fā)動機曲軸通過皮帶驅(qū)動，所述發(fā)電機通過所述發(fā)電機控制器與所述儲能器。所述發(fā)電機采用交流永磁無刷電機，所述皮帶采用同步帶。所述發(fā)電機包含高速繞組和低速繞組，其中，所述高速繞組由三組線圈星形連接組成，所述低速繞組是由所述高速繞組的三組線圈再各串聯(lián)連接一組線圈組成。所述發(fā)電機控制器包括整流模塊、繞組選擇開關(guān)、BUCK電路和主控PCB，所述整流模塊輸入端分別連接所述高速繞組和所述低速繞組的輸出端，所述整流模塊輸出端連接所述BUCK電路的輸入端，所述BUCK電路的輸出端連接所述高壓儲能器，所述主控PCB中設(shè)置有發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊、繞組選擇模塊、PWM輸出控制模塊，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊連接發(fā)電機轉(zhuǎn)速傳感器、所述PWM輸出控制模塊和所述繞組選擇開關(guān)，所述繞組選擇開關(guān)連接所述整流模塊，所述PWM輸出控制模塊連接所述BUCK電路。所述主控PCB中還設(shè)置有電流采集模塊，所述電流采集模塊連接所述PWM輸出控制模塊和串聯(lián)于所述BUCK電路輸出端的電流互感器。所述主控PCB中還設(shè)置有電壓采集模塊，所述電壓采集模塊并聯(lián)在所述BUCK電路輸出端并與所述PWM輸出控制模塊相連接。 所述BUCK電路由IGBT模塊、續(xù)流二級管和電感組成。
所述高壓儲能器采用346V的鋰離子電池模塊。
所述發(fā)電機控制器還包括DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，所述發(fā)電機控制器通過該DC/DC轉(zhuǎn)換模塊連接車載24V低壓電池和車載低壓用電設(shè)備。本發(fā)明采用上述方案的有益效果是本發(fā)明用高壓發(fā)電機安裝于汽車發(fā)動機前端并由發(fā)動機曲軸通過皮帶驅(qū)動，高壓發(fā)電機通過發(fā)電機控制器連接高壓儲能器，高壓發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)發(fā)電機控制器輸出穩(wěn)定的高壓直流電，給高壓儲能器充電，然后由高壓儲能器給車載高壓用電設(shè)備(如電動空調(diào))供電，以滿足現(xiàn)代汽車上越來越高的用電需求，發(fā)電機控制器還可直接連接車載高壓用電設(shè)備，高壓發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)發(fā)電機控制器輸出穩(wěn)定的高壓直流電直接供車載高壓用電設(shè)備使用，本發(fā)明高壓發(fā)電機采用永磁發(fā)電機，更進(jìn)一步提高了發(fā)電效率；本發(fā)明的發(fā)電機包含高速繞組和低速繞組，拓寬了發(fā)電機發(fā)電效率曲線的可利用區(qū)，更進(jìn)一步提高發(fā)電機的發(fā)電效率及發(fā)動機功率的利用率，進(jìn)而降低了燃油的消耗；高壓發(fā)電機可以取代原車載低壓24V發(fā)電機，在發(fā)電機控制器中設(shè)置有DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)電機控制器通過該DC/DC轉(zhuǎn)換模塊連接車載24V低壓電池，以供汽車上的低壓用電設(shè)備用電。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明發(fā)電機控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明發(fā)電機控制器的電路原理簡圖；圖4是本發(fā)明發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓的關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)發(fā)電機控制器后輸出的電流(即充電電流)及其輸出功率與發(fā)電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作具體詳述。 如圖1所示，本發(fā)明包括高壓發(fā)電機1、發(fā)電機控制器2、高壓儲能器3。高壓發(fā)電機1可安裝于原24V車載低壓發(fā)電機的位置并取代之，由汽車發(fā)動機曲軸4通過皮帶驅(qū)動，高壓發(fā)電機1采用永磁發(fā)電機，相比原低壓勵磁發(fā)電機，大大地提高了發(fā)電效率，皮帶采用同步帶，相比傳統(tǒng)的V型帶，提高了傳動效率。發(fā)電機1通過發(fā)電機控制器2連接高壓儲能器3和車載高壓用電設(shè)備5。發(fā)電機 1發(fā)出的電經(jīng)發(fā)電機控制器2輸出穩(wěn)定的直流高壓電供給高壓用電設(shè)備5 ；高壓儲能器3采用346V的鋰離子電池模塊，經(jīng)發(fā)電機控制器2輸出的直流高壓電也可直接給高壓儲能器3 充電后由高壓儲能器3給高壓設(shè)備5供電；發(fā)電機控制器2中還設(shè)置有DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)電機控制器2通過該DC/DC轉(zhuǎn)換模塊連接車載24V低壓電池6和車載低壓用電設(shè)備7，以供汽車上的低壓用電設(shè)備7用電。發(fā)電機1包含高速繞組和低速繞組，其中，所述高速繞組由三組線圈L1、L2、L3星形連接組成，所述低速繞組是由所述高速繞組的三組線圈Li、L2、L3再各自串聯(lián)連接一組線圈L4、L5、L6組成。如圖4所示為發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓的關(guān)系圖，由圖看出，包含雙繞組的發(fā)電機1輸出電壓可利用率區(qū)域得到了大大的拓寬。如圖2、圖3所示，發(fā)電機控制器2包括整流模塊、繞組選擇開關(guān)、BUCK電路23、充電開關(guān)K2和主控PCB 24，所述練級選擇開關(guān)采用IGBT模塊BGl。整流模塊包括由二極管01、02、03、04、05、06組成的整流電路21和由二極管D7、 D8、D9、D10、DlU D12組成的整流電路22，其中整流電路21的輸入端連接高速繞組的輸出端，整流電路22連接低速繞組的輸出端，整流電路22的輸出端連接繞組選擇開關(guān)BGl后與整流電路21的輸出端相并聯(lián)，發(fā)電機1發(fā)出的電經(jīng)整流模塊整流，再經(jīng)電容Cl濾波后得到一個直流電流輸給BUCK電路，BUCK電路23由IGBT模塊BG2、續(xù)流二級管D13和電感L7組成，BUCK電路輸出端串聯(lián)設(shè)置電流互感器，BUCK電路23輸出穩(wěn)定的高壓直流電可供車載高壓用電設(shè)備5用電，也可給高壓儲能器3充電；BUCK電路23的輸出端還連接有DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，可給車載24V低壓電池6充電和供車載低壓用電設(shè)備7用電。主控PCB 24中設(shè)置有發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊、繞組選擇模塊、PWM輸出控制模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊，發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊連接發(fā)電機轉(zhuǎn)速傳感器、PWM輸出控制模塊和繞組選擇開關(guān)BG1，PWM輸出控制模塊連接BUCK電路23、電壓采集模塊和電流采集模塊，電流采集模塊連接串聯(lián)于BUCK電路23輸出端的電流互感器，電壓采集模塊連接并聯(lián)在 BUCK電路23輸出端的電壓分壓采樣電阻Rl、R2。發(fā)電機控制器2的充電控制原理當(dāng)汽車發(fā)動機曲軸4帶動發(fā)電機1旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子做切割磁力線的運動產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出接入回路中，便產(chǎn)生了交變的電流，低速繞組產(chǎn)生的電流經(jīng)整流電路22整流后流過繞組選擇開關(guān)BG1，高速繞組產(chǎn)生的電流經(jīng)整流電路21整流后與低速繞組產(chǎn)生的電流并聯(lián)再經(jīng)電容Cl濾波后，得到一個直流電流，電流流進(jìn)IGBT模塊BG2，BG2 對此電流進(jìn)行了 PWM脈寬調(diào)制，當(dāng)PWM ON時，電流流過IGBT模塊BG2、電感L7、二極管D13 對高壓儲能器3充電，此時L7開始儲能，由于電感的作用，使得此時的電流形成一個上升的過程；當(dāng)PWM OFF時，IGBT模塊BG2關(guān)斷，由于L7中儲存了電量，所以電流經(jīng)二極管D13、高壓儲能器5，二極管D13放電，此時的電流形成一個下降的過程；如此重復(fù)這兩個過程，因此在L7端產(chǎn)生一個連續(xù)的三角波電流波型；此電流流過電流互感器后，產(chǎn)生一個信號送到電流取樣電路中進(jìn)行處理，當(dāng)輸出的電流大于恒流值時，主控PCB M減小PWM ON時間，即占空比減小，當(dāng)輸出的電流小于恒流值時，主控PCB 24增加PWM ON的時間，即占空比增加，從而達(dá)到恒流充電的效果。為防止儲能部件出現(xiàn)過充現(xiàn)象，當(dāng)電壓采樣模塊測出高壓儲能器 3電壓過高時，由主控PCB 44控制IGBT模塊BG2關(guān)斷，停止對其充電。如圖4所示，由于發(fā)電機1是與發(fā)動機聯(lián)動的，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速而變化，發(fā)電機1 輸出的電壓也跟著變化。怠速時，發(fā)電機1輸出電壓低，滿足不了儲能部件的充電要求(車用電池電壓范圍346V 370V)，加之，怠速時發(fā)動機帶載能力不足，此時強行帶載發(fā)電，容易熄火，所以理想方案應(yīng)定在SOOrpm以上才進(jìn)行充電。聯(lián)動發(fā)動機運行在低速區(qū)時，如圖3 中所示的BGl閉合，此時發(fā)電機1的高速繞組與低速繞組共同參與發(fā)電，SOOrpm 1400rpm 時輸出電壓從300多伏上升到600伏，假如此時轉(zhuǎn)速再加快時，輸出電壓就會超過600伏， 電壓過高容易損壞電路中的元器件，為了克服這個問題，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1400rpm時，如圖3中所示的BGl斷開，此時，發(fā)電機中的低速繞組不參與發(fā)電，輸出電壓下降到安全范圍；此時進(jìn)入發(fā)動機的高速區(qū)，發(fā)電機只有高速繞組參與發(fā)電。如圖5所示，由于發(fā)動機在不同的轉(zhuǎn)速下的帶載能力不同，如采用固定恒流充電的話，在低轉(zhuǎn)速時，負(fù)荷過大，動力不足，高轉(zhuǎn)速時，發(fā)電效果不好等。所以發(fā)電機1對高壓儲能器3的恒流充電電流及其輸出功率不能固定為一個點，應(yīng)跟根不同的轉(zhuǎn)速動態(tài)調(diào)整恒流點。發(fā)電機控制器2供電給用電設(shè)備的控制原理發(fā)電機1發(fā)出的電流經(jīng)整流濾波后，通過BUCK電路23調(diào)節(jié)后，再經(jīng)C2濾波后，提供給用電設(shè)備，當(dāng)發(fā)電機1電壓升高時，此時電壓采集模塊測試出輸出的電壓高于恒壓基準(zhǔn)點，主控PCB M減小PWM輸出的占空比，輸出電壓下降，當(dāng)發(fā)電機1電壓降低時，電壓采樣模塊測試出輸出的電壓低于恒壓基準(zhǔn)點，主控PCB 24增加PWM輸出的占空比，輸出電壓上升，形成恒壓供電過程。但由于發(fā)電機不同轉(zhuǎn)速的帶載能力有所差異，為了防止帶載過重造成發(fā)電機1打滑或與發(fā)電機聯(lián)動的發(fā)動機熄火等現(xiàn)象，使得用電設(shè)備斷續(xù)工作，可在電路中加入了受發(fā)電機1轉(zhuǎn)速控制的功率調(diào)節(jié)模塊，當(dāng)主控PCB M檢測到轉(zhuǎn)速低時，輸出信號控制用電設(shè)備，減小用電設(shè)備的輸出功率，當(dāng)轉(zhuǎn)速高時，輸出信號控制用電設(shè)備，增加用電設(shè)備的輸出功率，使負(fù)荷能滿足發(fā)電機1的發(fā)電要求。
權(quán)利要求
1.一種汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它包括高壓發(fā)電機(1)、發(fā)電機控制器O)、高壓儲能器(3)，所述發(fā)電機⑴安裝于汽車發(fā)動機前端并由發(fā)動機曲軸⑷通過皮帶驅(qū)動， 所述發(fā)電機(1)通過所述發(fā)電機控制器( 與所述高壓儲能器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機(1)采用交流永磁無刷電機，所述皮帶采用同步帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機(1)包含高速繞組和低速繞組，其中，所述高速繞組由三組線圈星形連接組成，所述低速繞組是由所述高速繞組的三組線圈再各串聯(lián)連接一組線圈組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機控制器(2)包括整流模塊、繞組選擇開關(guān)、BUCK電路03)和主控PCB 04)，所述繞組選擇開關(guān)采用IGBT 模塊(BGl)，所述整流模塊輸入端分別連接所述高速繞組和所述低速繞組的輸出端，所述整流模塊輸出端連接所述BUCK電路的輸入端，所述BUCK電路的輸出端連接所述高壓儲能器(3)，所述主控PCB04)中設(shè)置有發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊、繞組選擇模塊、PWM輸出控制模塊，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊連接發(fā)電機轉(zhuǎn)速傳感器、所述PWM輸出控制模塊和所述繞組選擇開關(guān)(BGl)，所述繞組選擇開關(guān)(BGl)連接所述整流模塊，所述PWM輸出控制模塊連接所述BUCK電路03)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述主控PCBQ4)中還設(shè)置有電流采集模塊，所述電流采集模塊連接所述PWM輸出控制模塊和串聯(lián)在所述BUCK電路 (23)輸出端的電流互感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述主控PCBQ4)中還設(shè)置有電壓采集模塊，所述電壓采集模塊并聯(lián)在所述BUCK電路輸出端并與所述PWM輸出控制模塊相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述BUCK電路(23)由IGBT模塊(BG2)、續(xù)流二級管(D13)和電感(L7)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述高壓儲能器(3)采用 346V的鋰離子電池模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機控制器(2)還包括DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，所述發(fā)電機控制器( 通過該DC/DC轉(zhuǎn)換模塊連接車載24V低壓電池(6)和車載低壓用電設(shè)備(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)。該汽車高壓發(fā)電系統(tǒng)包括高壓發(fā)電機(1)、發(fā)電機控制器(2)、高壓儲能器(3)，所述發(fā)電機(1)安裝于汽車發(fā)動機前端并由發(fā)動機曲軸(4)通過皮帶驅(qū)動，所述發(fā)電機(1)通過所述發(fā)電機控制器(2)連接所述高壓儲能器(3)和車載高壓用電設(shè)備(5)，所述發(fā)電機控制器(2)中設(shè)有DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，所述發(fā)電機控制器(2)通過該DC/DC轉(zhuǎn)換模塊連接車載24V低壓電池(6)和車載低壓用電設(shè)備(7)。本發(fā)明用于燃油汽車能大大提高發(fā)電機的發(fā)電利用效率。
文檔編號H02J7/32GK102444472SQ20111043355
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者覃美蓮 申請人:珠海銀通新動力科技有限公司, 覃美蓮