CN101686033B - 串联型混合动力车及其永磁发电机控制方法、发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串联型混合动力车及其永磁发电机控制方法、发电装置，所述控制方法包括以下步骤：当检测到负载电流值在基准电流值范围内时，永磁发电机控制器控制永磁发电机三相绕组线圈为星形连接，并控制发动机转速保持于第一基准转速范围内；当检测到负载电流值超出基准电流值范围时，永磁发电机控制器控制永磁发电机三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接，并控制发动机转速保持于第二基准转速范围内。通过控制永磁发电机三相绕组线圈为星形或可防止环流的等效三角形连接，实现双基频发电，利用储能装置保证三相绕组线圈连接方式变化时，永磁发电机有稳定的输出电压。不管在轻载还是重载工况下，均能控制发动机始终保持于最佳工况点附近。

Description

串联型混合动力车及其永磁发电机控制方法、发电装置

技术领域

本发明属于汽车领域，尤其涉及一种串联型混合动力车及其永磁发电机控制方法、发电装置。

背景技术

混合动力汽车是指汽车使用燃料驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动时，只靠电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。

混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。混合动力系统可分为串联式、并联式和混联式等三种，对于串联式动力系统：由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成动力单元系统，发动机驱动自励同步发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。

串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况(即轻载运行)，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。

自励同步发电机虽然容易控制，但效率较低，自然降低了发电能量转换效率，另外，当车辆处于启动、加速、爬坡工况(即重载运行)时，发动机、发电机组和电池组共同向电动机提供电能。此时，发动机的输出扭矩逐渐增大，使发动机逐渐偏离最佳工况点，从而降低了发动机的燃油燃烧效率，增加了油耗量和废气排放。

现有技术还提供一种较先进的串连型混合动力系统，由发动机通过轴联器机械耦合永磁发电机，通过PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)调制稳压，输出稳定直流电能，供给电动机驱动汽车。此法，发动机虽然能够在较佳工况下工作，由于PWM脉冲电压频率高、上升沿陡，含有较多的谐波分量，会产生大功率高频干扰，且PWM调制稳压控制器价格昂贵；另外要消除高频干扰，获取纯净直流电能，需安装滤波和抗干扰装置，势必增加故障率和提高设备成本，不利于推广应用。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是，提供一种串联型混合动力车的永磁发电机控制方法，使发动机在轻载和重载时保持于最佳工况点附近工作，且不产生高频干扰。

本发明实施例是这样实现的，一种串联型混合动力车的永磁发电机控制方法，所述串联型混合动力车的发电装置包括发动机、与所述发动机连接的永磁发电机以及连接于所述发动机与所述永磁发电机之间的永磁发电机控制器；所述控制方法包括以下步骤：

当检测到负载电流值在基准电流值范围内时，所述永磁发电机控制器控制所述永磁发电机的三相绕组线圈为星形连接，并控制所述发动机的转速保持于第一基准转速范围内；

当检测到负载电流值超出基准电流值范围时，所述永磁发电机控制器控制所述永磁发电机的三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接，并控制所述发动机的转速保持于第二基准转速范围内。

本发明实施例的另一目的在于提供一种串联型混合动力车的发电装置，所述发电装置包括发动机和与所述发动机连接的永磁发电机，所述永磁发电机具有三相绕组线圈，所述发电装置还包括：

永磁发电机控制器，其连接于所述发动机与所述永磁发电机之间，当负载电流值在基准电流值范围内时，控制所述三相绕组线圈为星形连接，并控制所述发动机的转速保持于第一基准转速范围内；当负载电流值超出基准电流值范围时，控制所述三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接，并控制所述发动机的转速保持于第二基准转速范围内，使得所述发动机处于最佳工况点；

所述永磁发电机的正、负直流母线之间连接有储能装置，所述储能装置与所述永磁发电机控制器电气连接。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述串联型混合动力车发电装置的混合动力车。

本发明实施例通过控制选择永磁发电机三相绕组线圈采用星形或可防止环流的等效三角形连接，实现双基频发电，利用储能装置保证三相绕组线圈连接方式变化时，使永磁发电机具有稳定的输出电压。不管在轻载还是重载工况下，均能根据三相绕组线圈的输出电压和输出电流状态，控制发动机始终保持于最佳工况点附近，从而提高了发动机的效率，减少了油耗量和废气排放，且等效三角形连接的方式也避免了绕组线圈环流的出现。与现有技术PWM调制稳压相比，本技术方案不产生高频干扰，且成本低，易于推广。

附图说明

图1是本发明实施例提供的串联型混合动力车的永磁发电机的控制方法的实现流程图。

图2是本发明实施例提供的串联型混合动力车的发电装置的结构原理示意图；

图3是图2中永磁发电机控制器与永磁发电机三相绕组线圈的连接示意图；

图4是图2中发动机的工况示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，串联型混合动力车发电装置包括发动机、与发动机连接的永磁发电机以及连接于发动机与永磁发电机之间的永磁发电机控制器。永磁发电机控制器上设置基准电流、轻载工况对应的第一基准转速以及重载工况对应的第二基准转速，实时检测永磁发电机输出的电流值，控制永磁发电机三相绕组线圈为星形连接或者等效三角形连接，并控制发动机以第一基准转速或第二基准转速范围内运行，从而使永磁发电机具有稳定的输出电压。不管在轻载还是重载工况下，均能根据三相绕组线圈的输出电压和输出电流状态，控制发动机始终保持于最佳工况点附近，从而提高了发动机的效率，减少了油耗量和废气排放，同时减少了高频干扰，且等效三角形连接的方式也避免了绕组线圈环流的出现。

图1示出了本发明实施例提供的串联型混合动力车的永磁发电机控制方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，当检测到永磁发电机输出的电流值在基准电流值范围内时，永磁发电机控制器控制永磁发电机的三相绕组线圈为星形连接，并控制发动机的转速保持于第一基准转速范围内。

在步骤S102中，当检测到负载电流值超出基准电流值范围时，永磁发电机控制器控制永磁发电机的三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接，并控制发动机的转速保持于第二基准转速范围内。

本发明实施例提供的串联型混合动力车的发电装置的结构原理如图2和图3所示，包括发动机1、与发动机1通过联轴器机械耦合的永磁发电机2，永磁发电机2具有三相绕组线圈21，于发动机1与永磁发电机2之间连接有永磁发电机控制器，该永磁发电机控制器可选择三相绕组线圈21为星形或等效三角形连接，并根据三相绕组线圈21的输出电压与输出电流状态控制发动机1处于最佳工况点。于永磁发电机2的正、负直流母线之间连接有储能装置5，永磁发电机控制器与储能装置5电气连接。

具体地，上述永磁发电机控制器包括电控开关器件41和反馈控制装置42；电控开关器件41与三相绕组线圈21尾端连接，反馈控制装置42与发动机ECU6连接，可根据永磁发电机2运行状态控制电控开关器件41动作及发动机1的转速；另外上述反馈控制装置42分别与电控开关器件41、三相绕组线圈21的输出端及车辆中央控制器7连接。

本实施例中，上述永磁发电机2的三相绕组线圈21的出厂设计为星形/三角形连接。为了防止三角连接时产生环流，于三相绕组线圈21的头端和尾端分别连接有第一整流桥22和第二整流桥23，第一整流桥22和第二整流桥23的正、负极分别与永磁发电机2的正、负直流母线25连接，电控开关器件41设置于三相绕组线圈21的尾端。当电控开关器件41由反馈控制装置42控制吸合时，三相绕组线圈21的尾端形成电气短接，此时三相绕组线圈21呈星形连接；当电控开关器件41断开时，因三相绕组线圈21的头端和尾端分别与第一整流桥22和第二整流桥23连接，此时三相绕组线圈21呈等效三角形连接。

三相绕组线圈21经整流后的输出端即直流母线25上设置有电流互感器26，该电流互感器26还与反馈控制装置42连接，用于检测永磁发电机2输出电流大小，以供反馈控制装置42控制电控开关器件41动作。储能装置5连接于正、负直流母线25之间，以保三相绕组线圈改变连接时，永磁发电机2具有稳定的输出电压。其中，储能装置5可以是电池或者超级电容。

上述反馈控制装置42包括双基频控制器421、电流比较器422、转速控制器423、电压比较器424、转速比较器425。于双基频控制器421上设置有基准电流、发动机1在轻载工况下对应的第一基准转速(此时负载电流值在基准电流值范围内)以及发动机1在重载工况下对应的第二基准转速(此时负载电流值超出基准电流值范围)。电流比较器422输入端，分别与电流互感器26和双基频控制器421的基准电流输出端口连接，输出端与双基频控制器421的输入端连接；电流互感器26检测永磁发电机2输出电流后，通过电流比较器422比较输出电流与基准电流的大小。电控开关器件41连接于双基频控制器421上，当永磁发电机2输出电流达到双基频控制器421的基准电流范围内时，双基频控制器421控制闭合电控开关器件41，使永磁发电机2的三相绕组线圈21为星形连接；当永磁发电机2输出电流超出双基频控制器421的基准电流范围时，双基频控制器421控制断开电控开关器件41，使永磁发电机2的三相绕组线圈21为等效三角形连接。

电压比较器424输入端，分别与永磁发电机2输出端和混合动力车的中央控制器7连接，通过电压比较器424对永磁发电机2的输出电压与中央控制器7输出的控制电压进行比较产生一转速控制信号，并将该转速控制信号输出到转速控制器423。转速控制器423输入端，分别与电压比较器424输出端和转速比较器425输出端连接，输出端与发动机ECU6连接。

于双基频控制器421上还设置第一基准转速和第二基准转速，转速比较器425输入端，分别与双基频控制器421基准转速输出端和发动机ECU6的发动机转速输出端连接，发动机ECU6用于控制发动机1的转速。转速比较器425输出端与转速控制器423输入端连接，转速比较器425将发动机1转速与第一基准转速或第二基准转速进行比较，输出转速箝制信号，以使转速控制器423箝制电压比较器424输出的转速控制电压，并将该转速控制电压输出至发动机ECU6，当发动机1处于轻载运行状态和重载运行状态时，分别控制发动机1的实际运行速度在第一基准转速阈值范围和第二基准转速阈值范围内，避免发动机超速运转。

以图4所示的工况图为例，在轻载工况下，采用星形接法，当转速偏离第一基准转速(2000rpm)时，转速控制器423向发动机ECU6发出控制指令，利用发动机ECU6保证发动机1保持在第一基准转速(2000rpm)范围内，此时发机1输出功率最大值为71kW，扭矩达到最大值340Nm，使发动机1始终处于最佳工况点；在重载工况下，采用等效三角形接法，由于等效三角形接法对应的转速需要达到星形接法对应转速的1.732倍，即第二基准转速需达3400rpm。当转速偏离第二基准转速(3400rpm)时，转速控制器423同样向发动机ECU6发出控制指令，利用发动机ECU6保证发动机1保持在第二基准转速(3400rpm)范围内，此时发动机1输出功率接近最大值为98kW，扭矩降为270Nm，保证汽车在重载运行时也处于最佳工况点。

本发明实施例还提供了一种混合动力车，该混合动力车采用上述发电装置，该混合动力车还包括中央控制器7，其与反馈控制装置42中的电压比较器424连接，具体如图3所示，用于控制永磁发电机控制器，以根据运行状态调整永磁发电机2的发电状态。

与现有技术PWM调制稳压相比，本发明实施例消除高频干扰，且成本低，易于推广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联型混合动力车的永磁发电机控制方法，其特征在于，所述串联型混合动力车的发电装置包括发动机、与所述发动机连接的永磁发电机以及连接于所述发动机与所述永磁发电机之间的永磁发电机控制器；所述控制方法包括以下步骤：

当检测到负载电流值在基准电流值范围内时，所述永磁发电机控制器控制所述永磁发电机的三相绕组线圈为星形连接，并控制所述发动机的转速保持于第一基准转速范围内；

当检测到负载电流值超出基准电流值范围时，所述永磁发电机控制器控制所述永磁发电机的三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接，并控制所述发动机的转速保持于第二基准转速范围内。

2.如权利要求1所述的永磁发电机控制方法，其特征在于，所述永磁发电机控制器控制所述永磁发电机的三相绕组线圈为星形连接的步骤对应于发动机的轻载运行状态；所述永磁发电机控制器控制所述永磁发电机的三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接的步骤对应于发动机的重载运行状态。

3.一种串联型混合动力车的发电装置，包括发动机和与所述发动机连接的永磁发电机，所述永磁发电机具有三相绕组线圈，其特征在于，所述发电装置还包括：

永磁发电机控制器，其连接于所述发动机与所述永磁发电机之间，当负载电流值在基准电流值范围内时，控制所述三相绕组线圈为星形连接，并控制所述发动机的转速保持于第一基准转速范围内；当负载电流值超出基准电流值范围时，控制所述三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接，并控制所述发动机的转速保持于第二基准转速范围内，使得所述发动机处于最佳工况点；

所述永磁发电机的正、负直流母线之间连接有储能装置，所述储能装置与所述永磁发电机控制器电气连接。

4.如权利要求3所述的串联型混合动力车的发电装置，其特征在于，所述发电装置还包括控制所述发动机转速的发动机ECU；所述永磁发电机控制器包括：

电控开关器件，其与所述三相绕组线圈的尾端连接；

反馈控制装置，根据永磁发电机运行状态控制所述电控开关器件动作，所述反馈控制装置还与所述发动机ECU连接，并通过所述发动机ECU控制所述发动机转速。

5.如权利要求4所述的串联型混合动力车的发电装置，其特征在于，所述三相绕组线圈的头端和尾端分别连接有第一整流桥和第二整流桥，所述第一整流桥、第二整流桥，分别与所述永磁发电机的正、负直流母线连接，通过直流母线向外输出直流电能；所述电控开关器件设置于所述三相绕组线圈的尾端，所述电控开关器件的三个端子分别与三相绕组线圈尾端的三个端子连接，当所述电控开关器件由所述反馈控制装置控制吸合、导通时，能令与电控开关器件连接的所述三相绕组线圈端子产生电气短路，使所述三相绕组线圈呈星形连接；当所述电控开关器件断开时，因所述三相绕组线圈的两端同时与所述第一、第二整流桥连接，所述三相绕组线圈呈等效三角形连接。

6.如权利要求4所述的串联型混合动力车的发电装置，其特征在于，于所述永磁发电机输出端连接有检测所述永磁发电机输出电流大小的电流互感器，所述电流互感器还与所述反馈控制装置连接。

7.如权利要求6所述的串联型混合动力车的发电装置，其特征在于，所述反馈控制装置包括：

双基频控制器、电流比较器、电压比较器、转速比较器以及转速控制器；

所述双基频控制器中设置有基准电流、轻载工况对应的第一基准转速和重载工况对应的第二基准转速；

所述电流比较器的输入端，分别与所述电流互感器和所述双基频控制器的基准电流输出端口连接，输出端与所述双基频控制器的输入端连接，比较所述永磁发电机输出电流与所述双基频控制器中设置的基准电流；当所述永磁发电机输出电流在所述双基频控制器中设置的基准电流值范围内时，所述双基频控制器控制所述三相绕组线圈为星形连接；当所述永磁发电机输出电流超出所述双基频控制器中设置的基准电流值范围时，所述双基频控制器控制所述三相绕组线圈为可防止环流的等效三角形连接；

所述电压比较器的输入端，分别与所述永磁发电机的直流母线和外部中央控制器连接，所述中央控制器输出发电控制电压；所述电压比较器比较所述永磁发电机输出电压与所述中央控制器输出的发电控制电压，输出转速控制信号；

所述转速比较器的输入端，分别与所述发动机ECU的转速输出端和所述双基频控制器的基准转速输出端连接，将所述发动机转速与所述双基频控制器中设置的第一基准转速或者第二基准转速进行比较，输出转速箝制信号；

所述转速控制器的输入端，分别与所述电压比较器输出端和所述转速比较器输出端连接，输出端与所述发动机ECU连接，根据所述电压比较器输出的转速控制信号和所述转速比较器输出的转速箝制信号发送转速控制电压至所述发动机ECU，以控制所述发动机的转速保持于第一基准转速或第二基准转速范围内。

8.如权利要求3至7任一项所述的串联型混合动力车的发电装置，其特征在于，所述储能装置为电池或者超级电容。

9.一种采用权利要求3至7任一项所述的串联型混合动力车的发电装置的混合动力车。

10.如权利要求9所述的混合动力车，其特征在于，所述混合动力车包括中央控制器，用于控制所述永磁发电机控制器，以根据运行状态调整所述永磁发电机的发电状态。

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