CN102910061A - 超级电容储能isg异步电机混合动力系统及发电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于城市大中型客车的具有发动机起、停功能的纯超级电容储能ISG异步电机混合动力系统及发电控制方法。包括发动机；ISG异步电机；电机逆变控制器；ISG控制器；超级电容器；电压采样器；励磁电容组；三相继电器，三相继电器一侧的三个端子分别与ISG异步电机与电机逆变控制器电气连接；三相继电器另一侧的三个端子分别与以三角形方式电气连接的励磁电容组的三个端子相连接。本发明可在超级电容完全无电情況下，利用发动机预热过程完成对超级电容充电；有此功能后，不管任何原因导致超级电容电量不足或无电，车辆均可正常起动运行，亦可实现对超级电容的放电养护。

Description

超级电容储能ISG异步电机混合动力系统及发电控制方法

技术领域

本发明属于节能汽车技术领域，尤其涉及一种应用于城市大中型客车的具有发动机起、停功能的纯超级电容储能ISG异步电机混合动力系统及发电控制方法。

背景资料

混合动力汽车是指汽车使用燃料和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动时，只靠电机驱动，达到一定车速发动机才参与驱动，发动机避开车辆刚起步时的不良工况，使发动机保持在最佳工况状态运行，达到节油减排的目的。

目前国内运营使用的混合动力城市客车，虽然在车辆启动时只靠电机驱动，发动机不参与驱动，但仍未做到发动机熄火，发动机仍在怠速状态运转，而怠速状态运行工况是排放有害废气最严重的工况。要达到最大限度的节油减排效果，车辆在电驱动阶段，发动机应熄火运行,因而产生了应用于发动机自动起动、停机技术的ISG电机。

ISG电机可以是交流感应异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等，交流感应异步电机因技术成熟、可靠耐用且性价比高，城市客车ISG电机大量釆用交流感应异步电机。

现有油电混合动力技术方案储能噐有三种方案：

一是各种电池，而锂离子电池的比功率、比能量、充放电特性、可靠性、性价比等等，令锂离子电池几乎成为电动车储能电池的唯一选择；

二是超级电容器；

三是电池加超级电容器。

由于釆用超级电容储能,可有效避免目前电池成组技术不够成熟带来的不安全因素, 且超级电容使用寿命长, 因此, 超级电容储能得以广泛釆用。

但是现有技术的用异步电机发电的超级电容储能混合动力客车，当超级电容电量过小就只能通过人工操作，用外部电源对超级电容充电到额定电压车辆才能正常运行，充电操作繁复，工作量大；因此，此类车辆在较长时间停靠时，超级电容都不作放电处理，而车辆停靠时对超级电容全放电能延长超级电容使用寿命。

发明内容

  本发明要解决的技术问题是, 提供一种超级电容储能ISG异步电机混合动力系统，当直流母线电压过低或为零时，不通过外电源对储能系统充电，ISG异步电机在发动机带动下即能发电对超级电容充电的技术方法。

本发明可在超级电容完全无电情況下，利用发动机预热过程完成对超级电容充电；有此功能后，不管任何原因导致超级电容电量不足或无电，车辆均可正常起动运行，亦可实现对超级电容的放电养护。

本发明是这样实现的：

一种超级电容储能ISG异步电机混合动力系统，包括

发动机；

与发动机机械连接的ISG异步电机；

与ISG异步电机电气连接的电机逆变控制器；

连接于发动机和电机逆变控制器之间的ISG控制器；

与电机逆变控制器电气连接的超级电容器；

以及设于电机逆变控制器和超级电容器之间的电压采样器；

设于电机逆变控制器和ISG异步电机之间的励磁电容组；

与ISG控制器相连的三相继电器，三相继电器一侧的三个端子分别与ISG异步电机与电机逆变控制器电气连接；三相继电器另一侧的三个端子分别与以三角形方式电气连接的励磁电容组的三个端子相连接。

一种超级电容储能ISG异步电机发电控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤:

当电压采样器检测到直流母线电压在电机逆变控制器工作电压范围时, 电机逆变控制器向ISG异步电机输出励磁电流，ISG异步电机在发动机带动下通过电机逆变控制器向超级电容充电;

当电压采样器检测到直流母线电压低于电机逆变控制器工作电压范围或为零时,电机逆变控制器不能输出励磁电流, 控制三相继电器吸合, 为ISG异步电机接入励磁电容组, 在发动机带动下ISG异步电机发电，经一过电机逆变控制器整流后，向超级电容充电；超级电容电压逐步上升，当电压采样器检测到母线电压达到电机逆变控制器工作范围后, 三相继电器断开励磁电容组, 转由电机逆变控制器向ISG异步电机进行常规控制。

一种超级电容储能ISG异步电机发电控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤:

当ISG控制器收到发电运行命令, 当油箱油量正常、母线电压大于设定值1，控制ISG电机起动发动机, 并怠速运转预热发动机;

当发动机水温达到设定值, 控制发动机升速到设定速度运转, 并指令电机控制器控制ISG异步电机发电, 电能对超级电容充电;

当母线电压达到设定电压2, 停止发电并关闭发动机。

以上是当母线电压达到设定电压1, 亦即母线电圧在电机逆变控制器工作电压范围内时的常规状态ISG混合动力发电运行控制流程；

当油箱油量正常，直流母线电压低于设定电压1, 电机逆变控制器不能工作情况下, 发动机由常规发动机起动马达起动并怠速运转，预热发动机；

当发动机水温达到设定值, 控制发动机升速到设定速度运转, 同时控制三相继电器吸合，接入励磁电容组；

ISG异歩电机开始发出交流电流，由于此时直流母线电压未达到电机逆变控制器工作电压范围，电机逆变控制器不能控制ISG异步电机, 只能对ISG异步电机发出的交流电整流为直流电, 通过直流母线对超级电容充电;

充电过程中，超级电容储存的电量随母线电压逐步提高而增加;

当母线电圧达到设定电压1时, 三相继电器断开, 转由电机逆变控制器控制ISG异步电机发电;

当母线电压达到设定电压2时, 停止发电, 关闭发动机, 进入待命状态。

本发明超级电容储能ISG混合动力系统，在初装车、车辆长时间停放、混合动力系统故障等原因做成储能器超级电容电压过低或为零时，不需外接充电，就能自发电；去除对超级电容繁锁的充电操作，提高安全性和工作效率。

 附图说明

图1 是本发明实施例发电控制罗辑框图。

图2 是本发明实施例提供的超级电容储能ISG异步电机混合动力系统结构原理示意图。

图3是现有技术超级电容储能ISG异步电机混合动力系统结构原理示意图。

其中，1、发动机；2、异步电机；3、电机逆变控制器；4、ISG控制器；5、三相继电器；6、励磁电容组；7、直流母线；8、超级电容；9、电压采样器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加淸楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

    如图2所示，本发明实施例中，超级电容储能ISG异步电机混合动力系统，包括发动机1、与发动机1机械连接的ISG异步电机2、与ISG异步电机2电气连接的电机逆变控制器3、连接于发动机1和电机逆变控制器3之间的ISG控制器4、三相继电器的一侧的三个端子，分别与ISG异步电机2与电机逆变控制器3进行电气连接的三根导线相连、三相继电器5另一侧的三个端子，分别与以三角形方式电气连接的励磁电容组6的三个端子相连接、电机逆变控制器3通过直流母线7与超级电容8电气连接、连接直流母线7的电压釆样器9与ISG控制器4电气连接。

    图1示出了本发明实施例提出的,超级电容储能ISG异步电机混合动力系统，ISG异步电机发电控制罗辑和实现流程, 详述如下:

     当ISG控制器收到发电运行命令, 当油箱油量正常、母线电压大于设定值1，控制ISG电机起动发动机, 并怠速运转预热发动机;

当发动机水温达到设定值, 控制发动机升速到设定速度运转, 并指令电机控制器控制ISG异步电机发电, 电能对超级电容充电;

当母线电压达到设定电压2, 停止发电并关闭发动机。

以上是当母线电压达到设定电压1, 亦即母线电圧在电机控制器工作电压范围内时的常规状态ISG混合动力发电运行控制流程.

当油箱油量正常，直流母线电压低于设定电压1, 电机控制器不能工作情况下, 发动机由常规发动机起动马达起动并怠速运转，预热发动机；

当发动机水温达到设定值, 控制发动机升速到设定速度运转, 同时控制三相继电器5吸合，接入励磁电容器6；

ISG异歩电机开始发出交流电流，由于此时直流母线电压未达到电机控制器工作电压范围，电机控制器不能控制ISG异步电机, 只能对ISG异步电机发出的交流电整流为直流电, 通过直流母线7对超级电容8充电;

充电过程, 随超级电容储存的电量增加母线电压逐步提高;

当母线电圧达到设定电压1时, 三相继电器5断开, 转由电机控制器控制ISG异步电机发电;

当母线电压达到设定电压2时, 停止发电, 关闭发动机, 进入待命状态。

Claims (3)

1.一种超级电容储能ISG异步电机混合动力系统，包括

发动机；

与发动机机械连接的ISG异步电机；

与ISG异步电机电气连接的电机逆变控制器；

连接于发动机和电机逆变控制器之间的ISG控制器；

与电机逆变控制器电气连接的超级电容器；

以及设于电机逆变控制器和超级电容器之间的电压采样器；

设于电机逆变控制器和ISG异步电机之间的励磁电容组；

与ISG控制器相连的三相继电器，三相继电器一侧的三个端子分别与ISG异步电机与电机逆变控制器电气连接；三相继电器另一侧的三个端子分别与以三角形方式电气连接的励磁电容组的三个端子相连接。

2.一种超级电容储能ISG异步电机发电控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤:

当电压采样器检测到直流母线电压在电机逆变控制器工作电压范围时, 电机逆变控制器向ISG异步电机输出励磁电流，ISG异步电机在发动机带动下通过电机逆变控制器向超级电容充电;

当电压采样器检测到直流母线电压低于电机逆变控制器工作电压范围或为零时,电机逆变控制器不能输出励磁电流, 控制三相继电器吸合, 为ISG异步电机接入励磁电容组, 在发动机带动下ISG异步电机发电，经一过电机逆变控制器整流后，向超级电容充电；超级电容电压逐步上升，当电压采样器检测到母线电压达到电机逆变控制器工作范围后, 三相继电器断开励磁电容组, 转由电机逆变控制器向ISG异步电机进行常规控制。

3.一种超级电容储能ISG异步电机发电控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤:

当ISG控制器收到发电运行命令, 当油箱油量正常、母线电压大于设定电压1，控制ISG电机起动发动机, 并怠速运转预热发动机;

当发动机水温达到设定值, 控制发动机升速到设定速度运转, 并指令电机控制器控制ISG异步电机发电, 电能对超级电容充电;

当母线电压达到设定电压2, 停止发电并关闭发动机；

当油箱油量正常，直流母线电压低于设定电压1, 电机逆变控制器不能工作情况下, 发动机由常规发动机起动马达起动并怠速运转，预热发动机；

当发动机水温达到设定值, 控制发动机升速到设定速度运转, 同时控制三相继电器吸合，接入励磁电容组；

ISG异歩电机开始发出交流电流，由于此时直流母线电压未达到电机逆变控制器工作电压范围，电机逆变控制器不能控制ISG异步电机, 只能对ISG异步电机发出的交流电整流为直流电, 通过直流母线对超级电容充电;

充电过程中，超级电容储存的电量随母线电压逐步提高而增加;

当母线电圧达到设定电压1时, 三相继电器断开, 转由电机逆变控制器控制ISG异步电机发电;

当母线电压达到设定电压2时, 停止发电, 关闭发动机, 进入待命状态。

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