CN105408620A - 用于控制机动车辆的交流发电机-起动器的方法和装置，以及相应的交流发电机-起动器 - Google Patents

用于控制机动车辆的交流发电机-起动器的方法和装置，以及相应的交流发电机-起动器 Download PDF

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Abstract

根据本发明的方法在交流发电机-起动器(1)中实施，其包括连接至逆变器(3)的相绕组(u、v、w)，该逆变器连接至由电池供电的车载电网(2)，用于作为起动器操作。本发明涉及，当所述交流发电机-起动器的旋转速度(Ω)低于至少阈值速度时，所述逆变器以斩全波控制模式控制，当旋转速度高于阈值速度时，逆变器以全波控制模式操作。根据特定的实施例，在斩全波控制模式和全波控制模式之间的切换根据利用两个预定阈值速度的磁滞循环发生。

Description

用于控制机动车辆的交流发电机-起动器的方法和装置，以及相应的交流发电机-起动器
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车辆的交流发电机-起动器的方法和装置。
本发明还涉及一种包括这种装置的交流发电机-起动器。
背景技术
在城市环境中首要考虑能量节省和污染减小导致机动车辆制造商将它们的型号装备有汽车起动/停止系统，诸如由StopandGo(起动和停止)(注册商标)已知的系统。
如由VALEOEQUIPEMENTSELECTRIQUESMOTEUR在专利申请FR2875549中提及的，车辆通过联接至热机的可逆旋转电机或交流发电机-起动器根据StopandGo模式(注册商标)被允许操作。
典型的StopandGo(注册商标)情况是在红灯时的停止。当车辆在交通灯停止时，热机自动停止，然后，当灯变绿时，发动机通过交流发电机-起动器重新起动，这是系统检测到司机已经压下离合器踏板或表示司机希望重新起动他的车辆的任何其他动作。
这些系统的发展现在对机动车辆零部件制造商提出关于在起动器起动时电流需求期间的电池最小电压阈值的要求。由此，在机动车辆制造商的规格中，他们限定第一电压阈值，其对于12V电网习惯性地在7至9V之间，电池电压必须不能降低到其以下。
在热机的起动期间，车辆的车载网络的电压由此保持在一值，该值足以保证设备的期望运行且例如不通过干扰车辆无线电操作而引起乘客不舒适。
通常，在发动机中使用的交流发电机-起动器上，当逆变器在停止之后被激活时，全波控制将允许建立定子电流直至最大值，该最大值仅取决于电池电压和供电电流的电阻(供电缆线的相绕组的电阻、电池和切换元件的内阻)，因为逆电动势是可忽略的。
可达到大约1000A的电流需求产生车载电网上的明显压降，且需要适于该高电流的尺寸的功率电子器件。
在专利申请FR2843841中，公司VALEOEQUIPEMENTSELECTRIQUESMOTEUR提出一种用于控制车辆的交流发电机-起动器的装置，其可供应比车载电网上存在的电压更高的电压，以便减小压降。
但是，应意识到，该方案不能解决功率电子器件的过大尺寸的问题，这仅在起动器达到速度之前的短瞬态阶段期间是必须的。
发明内容
本发明的目的由此限制在起动时的该电流需求。
根据第一方面，其涉及一种用于控制机动车辆的交流发电机-起动器的方法，该交流发电机-起动器包括连接至逆变器的相绕组，该逆变器连接至由电池供电的车载电网，用于作为起动器操作。
根据本发明的方法，当交流发电机-起动器的旋转速度低于至少预定阈值速度时，逆变器以斩全波控制模式控制，且当交流发电机-起动器的旋转速度高于所述至少一个预定阈值速度时，逆变器以全波控制模式操作。
根据本方法的特定实施例，在斩全波控制模式和全波控制模式之间的切换根据利用两个预定阈值速度的磁滞循环发生。
根据特定特征，该斩全波控制的占空比取决于交流发电机-起动器的旋转速度。
替换地或同时地，该斩全波控制的占空比有利地取决于车载电网的供电电压。
还替换地或同时地，该斩全波控制的占空比非常有利地取决于相绕组的温度。
本发明还涉及一种用于机动车辆交流发电机-起动器的控制装置，其可执行上述方法。
该装置是包括电子控制单元的类型，该电子控制单元控制连接至由电池供电的车载电网的逆变器，且设计为连接至用于作为起动器操作的交流发电机-起动器的相绕组。
根据本发明的装置，电子控制单元包括：
-用于获得交流发电机-起动器的旋转速度的器件；
-用于存储至少一个预定阈值速度的器件；
-用于将旋转速度与所示至少一个预定阈值速度比较的器件；
-用于根据比较器件的状态产生第一控制信号或第二控制信号的器件，所述第一控制信号产生第一斩全波相电压，第二控制信号产生第二全波相电压。
根据特定特征，电子控制单元还包括用于根据交流发电机-起动器的旋转速度控制第一相电压的占空比的器件。
替换地或同时地，电子控制单元还有利地包括：
-用于测量车载电网的供电电压的器件；
-用于根据该供电电压控制第一相电压的占空比的器件。
还替换地或同时地，电子控制单元非常有利地包括：
-用于测量或估计相绕组的温度的器件；
-用于根据该温度控制第一相电压的占空比的器件。
可从机动车辆的交流发电机-起动器获得，所述交流发电机-起动器包括具有上述特征的控制装置。
这些较少的主要说明将使本领域的技术人员明白本发明提供的相比于现有技术的优势。
本发明的详细说明在以下描述中给出，该描述与附图相关联。应注意到，这些图的目的仅是示出说明的文字，它们并不以任何方式构成对本发明范围的限制。
附图说明
图1是机动车辆的交流发电机-起动器的简化布线图，其包括根据本发明的控制装置。
图2是根据本发明的机动车辆的交流发电机-起动器的控制方法的状态-转变的图。
图3示出根据本发明的机动车辆的交流发电机-起动器的控制装置产生的相电压时间图的例子。
具体实施方式
交流发电机-起动器1通常为多相旋转电机，当作为起动器操作时，其由车载电网2供电，或当其作为交流发电机操作时，其供应电能至该网络2。
连接至定子4的可逆DC/AC转换器3使得可以执行这两个操作模式。
如图1示意性地所示，(在简化为三相电机的情况下)，可逆DC/AC转换器3包括半导体切换元件5，多数为MOSFET技术功率晶体管，其组织为桥的形式。
这些切换元件5由电子控制单元6控制，从而转换器3构成同步整流器，用于作为交流发电机-起动器的交流发电机操作，且构成多相发电机或逆变器，其在定子4中产生旋转场，用于作为起动器操作。
根据本发明的方法，根据交流发电机-起动器1的旋转速度Ω的范围，逆变器3以斩全波控制模式或以全波控制模式被控制。
如图2所示，在该特定实施例中，斩全波控制模式和全波控制模式之间的切换是具有磁滞的切换，其通过两个预定阈值速度Ω1和Ω2执行，其中，Ω2大于Ω1。
从停止7开始，那时旋转速度Ω等于零，只要增加速度Ω保持低于预定阈值速度Ω2，逆变器3以斩全波控制模式9控制，即，在三相电机的背景下，应用于定子4的相绕组u、v、w的第一相电压U1、V1、W1被斩波，如图3清楚可见。
当旋转速度Ω达到预定阈值速度Ω2时，逆变器3控制被切换至全波控制模式11，即，再次在三相电机的背景下，应用于定子4的相绕组u、v、w的第二相电压U2、V2、W2具有矩形波形，它们偏置120°，也如图3所示。
当旋转速度低于预定阈值速度Ω1时，从全波控制模式切换至斩全波控制模式发生在旋转速度Ω减小时。
对于三相电机，斩全波控制9导致两种情况A、B：
A-一相被命令至供电电压B+(在该情况下为12V)，两相接地：在该情况下，根据本发明的方法发展成对全波控制模式的两个接地相斩波，其具有占空比α，供电电压相B+继续控制在供电电压B+；
B-两相被命令至供电电压B+(在该情况下为12V)，一相接地：在该情况下，根据本发明的方法发展成对全波控制的两个为B+的相斩波，其具有互补的占空比1-α，而接地相继续被接地。
占空比α直接影响在起动时达到的最大电流值，且因此取决于不同参数：
-供电电压B+
-电机1的旋转速度Ω
-定子4的温度。
为了该方法的实施，根据本发明的控制装置12的电子控制单元6由此包括用于测量供电电压B+的器件，和用于测量定子4的温度T的器件，以及用于获得旋转速度Ω的器件、用于存储第一和第二预定阈值速度Ω1、Ω2(在该特定实施例中大体等于400rpm和500rpm)的器件，和用于将该旋转速度Ω与这些第一和第二预定阈值速度Ω1、Ω2比较的器件。
该电子控制单元6包括用于产生用于控制半导体切换元件5的第一和第二信号S1、S2的器件，根据比较器件的比较的输出状态、根据旋转速度Ω相对于预定阈值速度Ω1、Ω2的值，所述器件在逆变器3的输出处分别产生第一斩全波相电压U1、V1、W1或第二全波相电压U2、V2、W2。
第一控制信号S1优选地具有1KHz至5KHz之间的频率。
电子控制单元6还包括用于控制第一相电压U1、V1、W1的占空比的器件，其根据相设定至共用值α，该值取决于供电电压B+、旋转速度Ω和定子4的温度，或通过产生适当的第一控制信号S1而设定至其互补值1-α。
电子控制单元6优选地制造为微控制器的形式，其微程序包括表示根据本发明的方法的指令。
根据本发明的控制装置12——包括逆变器3和电子控制单元6——有利地集成在交流发电机-起动器1的后支承件上。
由于在起动时对电流的需求减小，半导体切换元件5不需要尺寸过大。
这导致成本减小，这为根据本发明的交流发电机-起动器提供一定竞争优势。
应意识到，本发明不简单地限于之前描述的优选实施例。
相电压U1、V1、W1；U2、V2、W2的时间图仅作为用于三相电机的例子提供；类似的时间图可阐释关于具有更大数量的相的电机的描述，特别地为双三相。
第一和第二预定速度Ω1、Ω2的数值被给出用于申请人公司投入市场的交流发电机-起动器的类型，根据本发明的方法和装置意图进行改进。
其他数值将根据其他类型或型号的电机特点而被预确定。
本发明由此包含所有可行的变体实施例，其可保持在后附权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的方法，所述交流发电机-起动器包括连接至逆变器(3)的相绕组(u、v、w)，该逆变器连接至由电池供电的车载电网(2)，用于作为起动器操作，其特征在于，当所述交流发电机-起动器(1)的旋转速度(Ω)低于至少预定阈值速度(Ω1、Ω2)时，所述逆变器(3)以斩全波控制模式(9)控制，当所述交流发电机-起动器(1)的旋转速度(Ω)高于所述至少一个预定阈值速度(Ω1、Ω)时，所述逆变器以全波控制模式(11)操作。
2.如权利要求1所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的方法，其特征在于，在斩全波控制模式(9)和全波控制模式(11)之间的切换根据利用两个预定阈值速度(Ω1、Ω2)的磁滞循环而发生。
3.如权利要求1或2所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的方法，其特征在于，所述斩全波控制(9)的占空比(α)取决于所述旋转速度(Ω)。
4.如权利要求1或2所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的方法，其特征在于，所述斩全波控制(9)的占空比(α)取决于所述车载电网(2)的供电电压(B+)。
5.如权利要求1或2所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的方法，其特征在于，所述斩全波控制(9)的占空比(α)取决于所述相绕组(u、v、w)的温度(T)。
6.一种用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的装置(12)，其可执行如权利要求1至5中的任一项所述的方法，该装置是包括电子控制单元(6)的类型，该电子控制单元控制连接至由电池供电的车载电网(2)的逆变器(3)，且设计为连接至用于作为起动器操作的交流发电机-起动器(1)的相绕组(u、v、w)，其特征在于，所述电子控制单元(6)包括：
-用于获得所述交流发电机-起动器(1)的旋转速度(Ω)的器件；
-用于存储至少一个预定阈值速度(Ω1、Ω2)的器件(13)；
-用于将所述旋转速度(Ω)与所述至少一个预定阈值速度(Ω1、Ω2)比较的器件(8、10)；
-用于根据所述比较器件(8、10)的状态产生第一控制信号(S1)或第二控制信号(S2)的器件，所述第一控制信号产生第一斩全波相电压(U1、V1、W1)，第二控制信号产生第二全波相电压(U2、V2、W2)。
7.如权利要求6所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的装置(12)，其特征在于，所述电子控制单元(6)还包括用于根据所述旋转速度(Ω)控制所述第一相电压(U1、V1、W1)的占空比(α、1-α)的器件。
8.如权利要求6所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的装置(12)，其特征在于，所述电子控制单元(6)还包括：
-用于测量所述车载电网(2)的供电电压(B+)的器件；
-用于根据所述供电电压(B+)控制所述第一相电压(U1、V1、W1)的占空比(α、1-α)的器件。
9.如权利要求6所述的用于控制机动车辆的交流发电机-起动器(1)的装置(12)，其特征在于，所述电子控制单元(6)还包括：
-用于测量或估计所述相绕组(u、v、w)的温度(T)的器件；
-用于根据所述温度(T)控制所述第一相电压(U1、V1、W1)的占空比(α、1-α)的器件。
10.一种机动车辆的交流发电机-起动器(1)，其特征在于，其包括根据前述权利要求6至9中的任一项所述的控制装置(12)。
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