CN106143182B - 一种增程式发电机控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增程式发电机控制器及其控制方法，包括发电机控制开关组、充电控制开关组、互锁模块、双向AC/DC功率器件和控制系统模块，双向AC/DC功率器件通过发电机控制开关组连接汽车发电机的输出端，双向AC/DC功率器件通过充电控制开关组连接交流电充电连接插座，发电机控制开关组和充电控制开关组都与互锁模块连接，互锁模块和双向AC/DC功率器件都与控制系统模块连接，双向AC/DC功率器件的输出端通过高压配电盒连接到汽车动力电池组。本方案将两个控制器合为一个控制器，减小了动力系统部件布置空间、简化了高低压线束、减轻了动力系统重量、降低了动力系统成本。本方案适用于所有带有增程式发电机的电动汽车。

Description

一种增程式发电机控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车充放电控制领域，尤其是涉及一种集成车载充电机功能的增程式发电机控制器及其控制方法。
背景技术
目前，电动车常用的充电方式有两种：一种是建专业充电站，实现直流大功率快速充电，但是投资巨大且难以收回成本，很难进行商业推广；另一种是小功率车载充电器，虽然充电便捷，但是交流电充电功率小，充电时间过长，不能满足电动汽车需求。
增程式电动汽车动力电池容量远小于纯电动汽车动力电池容量，因此车载小功率充电机就有发挥的空间，目前行业内车载充电器和增程器发电机控制器都是成熟的产品，两者相互分开，没有关联性。
目前增程式新能源汽车动力电池充电只有通过增程器发电，而要用民用电或工业电对动力电池充电就必须增加车载充电机，而增加车载充电机就会导致动力系统部件布置空间增加、高低压线束复杂、动力系统重量增加、动力系统部件成本增加。
中华人民共和国国家知识产权局于2013年10月23日公开了名称为《一种增程式电动车及其整车控制器和发电控制方法及系统》的专利文献（公开号：CN103359115A），其包括：获取整车发电功率，并将整车发电功率分解为目标转速及目标扭矩；控制发电机依据目标转速启动转速模式，同时控制发动机输出恒定扭矩；实时获取发电机的转速，当发电机的转速达到目标转速时，控制发动机输出目标扭矩；当检测到动力电池电量满足预设条件或有外接电源给动力电池充电时，控制发动机和发电机停止运行。尽管此方案也公开了通过外接电源给动力电池充电的方法，但是未公开具体的充电器和控制器的结构，未能克服增加车载充电机而导致动力系统部件布置空间增加、高低压线束复杂、动力系统重量增加、动力系统部件成本增加等问题。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的车载充电器和发电机控制分开导致占用空间大、线束复杂、重量增加等的技术问题，提供一种减小了动力系统部件布置空间、简化了高低压线束、减轻了动力系统重量、降低了动力系统成本的增程式发电机控制器，并提供了一种增程式发电机控制器控制方法。
本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种增程式发电机控制器，包括发电机控制开关组（1）、充电控制开关组（2）、互锁模块（3）、双向AC/DC功率器件（4）和控制系统模块（5），所述双向AC/DC功率器件（4）通过所述发电机控制开关组（1）连接汽车发电机（6）的输出端，所述双向AC/DC功率器件（4）通过所述充电控制开关组(2)连接交流电充电连接插座(9)，所述发电机控制开关组(1)和所述充电控制开关组（2）都与互锁模块（3）连接，所述互锁模块（3）和双向AC/DC功率器件（4）都与控制系统模块（5）连接，所述双向AC/DC功率器件（4）的输出端通过高压配电盒（10）连接到汽车动力电池组（11）。
发电机控制开关组控制发电机和双向AC/DC功率器件之间的连接通断，充电控制开关组控制交流电充电连接插座和双向AC/DC功率器件之间的连接通断，互锁模块使发电机控制开关组和充电控制开关组最多只有一个处于闭合状态，双向AC/DC功率器件输出电能到高压配电盒，控制系统模块完成对其他各个模块的控制。
本方案将两个控制器合成为一个控制器，大功率逆变器件由两套合成为一套，硬件控制系统由两套合成为一套，高压线束有十根合成五根，低压连接器由原来的两个(或四个)变成一个(或两个),所以本方案减小了动力系统部件布置空间、简化了高低压线束、减轻了动力系统重量、降低了动力系统成本。
当遇到加油难时可以用符合电工标准的民用电对增程式新能源汽车进行充电，为了降低出行成本可以利用在晚上用电低谷时期对电动车动力电池进行充电。
作为优选，所述双向AC/DC功率器件（4）包括6个开关管，第一开关管、第二开关管和第三开关管的输出端都连接到所述高压配电盒（10）的第一输入端，第四开关管、第五开关管和第六开关管的输出端都连接到所述高压配电盒（10）的第二输入端，所述第一开关管和所述第四开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组（1）的第一输出端和所述充电控制开关组（2）的第一输出端；所述第二开关管和所述第五开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组（1）的第二输出端和所述充电控制开关组（2）的第二输出端；所述第三开关管和所述第六开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组（1）的第三输出端和所述充电控制开关组（2）的第三输出端；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管的控制端都连接到所述控制系统模块（5）。
作为优选，所述开关管全部为IGBT。
一种增程式发电机控制器控制方法，基于前述的增程式发电机控制器，包括以下步骤：
A01、动力系统上电；
A02、系统自检，自检通过则进入步骤A03，自检未通过则进入故障运行模式，不继续后续步骤；
A03、系统判断是否为充电模式，如果是，则进入步骤A04，否则进入步骤A06；
A04、确认连接和控制是否正常，如果都正常则进入步骤A05，如果连接和控制有一个或两个不正常则返回步骤A03；
A05、进入交流电充电控制流程；
A06、系统判断是否为发电模式，如果是，则进入步骤A07，否则返回步骤A03；在判断不为发电模式时，可以进入预先设定的其他模式，然后再返回步骤A03；
A07、判断发动机是否启动，如果已经启动则进入步骤A08，如果未启动则返回步骤A03；
A08、进入发电机充电控制流程。
此过程主要完成根据车辆实际需求条件判断哪种充电方式的过程。
作为优选，所述交流电充电控制流程和所述发电机充电控制流程都包括前置判断流程，所述前置判断流程包括供电设备判断过程和发电机判断过程；
所述供电设备判断过程为：
B01、判断CC信号是否连接正确，如果是，则进入步骤B02，否则重新检测CC信号；
B02、判断CP信号电压是否正确，如果是，则进入步骤B03，否则重新检测CP信号；
B03、检测绝缘是否正确，如果是，则供电设备控制过程结束，否则重新进行绝缘检测；
所述发电机判断过程为：
C01、判断CC信号是否连接正确，如果是，则进入步骤C02，否则重新检测CC信号；
C02、拉低输出充电连接信号，然后进入步骤C03；
C03、检测绝缘是否正确，如果是，则发电机控制过程结束，否则重新进行绝缘检测；
所述供电设备判断过程和所述发电机判断过程都在充电连接器物理连接完成以后才开始，当所述供电设备判断过程结束并且所述发电机判断过程结束以后，进入后续充电控制流程。
前置判断流程是为了确保充电时的安全性和可靠性。
作为优选，所述交流电充电控制流程还包括充电完成控制流程，所述充电完成控制流程包括供电设备完成流程和发电机完成流程；
所述供电设备完成流程为：
D01、充电设备检测是否接收到充电完成命令，如果接收到则进入步骤D02，否则继续检测；
D02、充电设备断开供电开关，切断交流输出；
D03、检测绝缘是否正确，如果是，则供电设备完成流程结束，如果绝缘不正确则重新进行绝缘检测；
所述发电机完成流程为：
E01、控制器判断接收到充电结束命令，如果接收到则进入步骤E02，否则继续检测；
E02、控制器将充电功率逐渐减小到零，然后进入步骤E03；
E03、断开发电机控制器内部充电开关；
E04、检测绝缘是否正确，如果是，则发电机完成流程结束，如果绝缘不正确则重新进行绝缘检测；
所述供电设备完成流程和所述发电机完成流程都结束以后，系统退出充电模式。
作为优选，所述发电机充电控制流程还包括发电机充电启动流程和发电机充电完成流程，所述发电机充电启动流程具体为：
F01、控制器判断是否接收到发电使能命令，如果接收到则进入步骤F02，否则继续检测；
F02、判断充电控制开关组是否断开，如果已经断开则进入步骤F03，否则将充电控制开关组断开后进入步骤F03；
F03、闭合控制器内部的发电机控制开关组；
F04、发电机带动发电机到点火转速状态；
F05、发电机控制模式切换；
F06、发电机接收通讯报文；
F07、发电机进入发电模式；
所述发电机充电启动流程在前置判断流程之后进行；
所述发电机充电完成流程具体为：
G01、控制器判断是否接收到发电结束命令，如果接收到则进入步骤G02，否则继续检测；
G02、控制器控制发电功率逐渐减小到零，然后进入步骤G03；
G03、断开控制器内部的发电机控制开关组；
G04、判断发电机控制开关组是否已经断开，如果是，则进入步骤G05，否则返回步骤G03；
G05、发送发电断电完成命令；
G06、系统退出发电模式。
本发明带来的实质性效果是：
（1）集成车载充电机功能的增程式发电机控制器的充电技术可直接使用民用交流电或工业交流电对车载动力电池进行充电，使充电设施投资几乎为零，并能实现大功率充电；
（2）本发明解决目前行业内增程式新能源汽车动力电池充电完全依靠增程器发电问题，当车辆安装该控制器后，动力电池有了另一种充电方式，解决偶然出现加油难问题；
（3）当增程器系统出现故障时，只要切断供电开关，不影响车辆正常运行，但把该功能集成到驱动电机控制器中时，如果驱动系统出现由于充电功能导致的故障后，会影响车辆整车正常运行，出现安全隐患；
（4）本发明解决增程式新能源汽车采用轮毂版电机驱动时或驱动系统高端集成时，动力电池充电只能采用车载充电机问题。
附图说明
图1是本发明的一种增程式发电机控制器结构示意图；
图2是本发明的一种增程式发电机控制器控制方法流程图；
图3是本发明的一种前置判断流程图；
图4是本发明的一种充电完成控制流程图；
图5是本发明的一种发电机充电启动流程图；
图6是本发明的一种发电机充电完成流程图；
图7是本发明的一种功率拓扑结构图；
图8是本发明的一种交流供电连接图；
图中：1、发电机控制开关组，2、充电控制开关组，3、互锁模块，4、双向AC/DC功率器件，5、控制系统模块，6、发电机，7、发动机，8、油箱，9、交流电充电连接插座，10、高压配电盒，11、动力电池组。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种增程式发电机控制器，如图1所示，包括增程式发电机控制器，包括发电机控制开关组1、充电控制开关组2、互锁模块3、双向AC/DC功率器件4和控制系统模块5，所述双向AC/DC功率器件4通过所述发电机控制开关组1连接汽车发电机6的输出端，所述双向AC/DC功率器件4通过所述充电控制开关组2连接交流电充电连接插座9，所述发电机控制开关组1和所述充电控制开关组2都与互锁模块3连接，所述互锁模块3和双向AC/DC功率器件4都与控制系统模块5连接，所述双向AC/DC功率器件4的输出端通过高压配电盒10连接到汽车动力电池组11。发电机6与汽车的发动机7连接，发动机7从油箱8获得燃油。
双向AC/DC功率器件4包括6个开关管，第一开关管、第二开关管和第三开关管的输出端都连接到所述高压配电盒10的第一输入端，第四开关管、第五开关管和第六开关管的输出端都连接到所述高压配电盒10的第二输入端，所述第一开关管和所述第四开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组1的第一输出端和所述充电控制开关组2的第一输出端；所述第二开关管和所述第五开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组1的第二输出端和所述充电控制开关组2的第二输出端；所述第三开关管和所述第六开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组1的第三输出端和所述充电控制开关组2的第三输出端；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管的控制端都连接到所述控制系统模块5。开关管全部为IGBT。
一种增程式发电机控制器控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
A01、动力系统上电；
A02、系统自检，自检通过则进入步骤A03，自检未通过则进入故障运行模式，不继续后续步骤；
A03、系统判断是否为充电模式，如果是，则进入步骤A04，否则进入步骤A06；
A04、确认连接和控制是否正常，如果都正常则进入步骤A05，如果连接和控制有一个或两个不正常则返回步骤A03；
A05、进入交流电充电控制流程；
A06、系统判断是否为发电模式，如果是，则进入步骤A07，否则返回步骤A03；
A07、判断发动机是否启动，如果已经启动则进入步骤A08，如果未启动则返回步骤A03；
A08、进入发电机充电控制流程。
所述交流电充电控制流程和所述发电机充电控制流程都包括前置判断流程，如图3所示，所述前置判断流程包括供电设备判断过程和发电机判断过程；
所述供电设备判断过程为：
B01、判断CC信号是否连接正确，如果是，则进入步骤B02，否则重新检测CC信号；
B02、判断CP信号电压是否正确，如果是，则进入步骤B03，否则重新检测CP信号；
B03、检测绝缘是否正确，如果是，则供电设备控制过程结束，否则重新进行绝缘检测；
所述发电机判断过程为：
C01、判断CC信号是否连接正确，如果是，则进入步骤C02，否则重新检测CC信号；
C02、拉低输出充电连接信号，然后进入步骤C03；
C03、检测绝缘是否正确，如果是，则发电机控制过程结束，否则重新进行绝缘检测；
所述供电设备判断过程和所述发电机判断过程都在充电连接器物理连接完成以后才开始，当所述供电设备判断过程结束并且所述发电机判断过程结束以后，进入后续充电控制流程。
所述交流电充电控制流程还包括充电完成控制流程，如图4所示，所述充电完成控制流程包括供电设备完成流程和发电机完成流程；
所述供电设备完成流程为：
D01、充电设备检测是否接收到充电完成命令，如果接收到则进入步骤D02，否则继续检测；
D02、充电设备断开供电开关，切断交流输出；
D03、检测绝缘是否正确，如果是，则供电设备完成流程结束，如果绝缘不正确则重新进行绝缘检测；
所述发电机完成流程为：
E01、控制器判断接收到充电结束命令，如果接收到则进入步骤E02，否则继续检测；
E02、控制器将充电功率逐渐减小到零，然后进入步骤E03；
E03、断开发电机控制器内部充电开关；
E04、检测绝缘是否正确，如果是，则发电机完成流程结束，如果绝缘不正确则重新进行绝缘检测；
所述供电设备完成流程和所述发电机完成流程都结束以后，系统退出充电模式。
所述发电机充电控制流程还包括发电机充电启动流程和发电机充电完成流程，如图5所示，所述发电机充电启动流程具体为：
F01、控制器判断是否接收到发电使能命令，如果接收到则进入步骤F02，否则继续检测；
F02、判断充电控制开关组是否断开，如果已经断开则进入步骤F03，否则将充电控制开关组断开后进入步骤F03；
F03、闭合控制器内部的发电机控制开关组；
F04、发电机带动发电机到点火转速状态；
F05、发电机控制模式切换；
F06、发电机接收通讯报文；
F07、发电机进入发电模式；
所述发电机充电启动流程在前置判断流程之后进行；
如图6所示，所述发电机充电完成流程具体为：
G01、控制器判断是否接收到发电结束命令，如果接收到则进入步骤G02，否则继续检测；
G02、控制器控制发电功率逐渐减小到零，然后进入步骤G03；
G03、断开控制器内部的发电机控制开关组；
G04、判断发电机控制开关组是否已经断开，如果是，则进入步骤G05，否则返回步骤G03；
G05、发送发电断电完成命令；
G06、系统退出发电模式。
本增程式发电机控制器能够实现对增程式电动汽车进行两种方式充电，充电方式一：使用增程器发电机发电对增程式电动汽车进行交流充电。充电方式二：使用民用交流电或工业交流电对增程式电动汽车进行大功率交流充电，具体用那种方式充电根据车辆实际需求条件进行选择，如图2所示。
当选择方式一充电时，启用增程器对车辆进行充电功能，如图7功率拓扑结构图，首先根据如图3所示启动流程判断车辆是否被允许用增程器对动力电池进行充电，当车辆启动该功能时，进入增程器发电启动工作模块，如图5所示，当充电完成后进入增程器发电机完成控制模块，如图6所示。
当选择方式二充电时，启用外部交流电对车辆进行充电功能，如图7功率拓扑结构图，首先根据如图3所示启动流程判断车辆是否被允许用外部交流电对动力电池进行充电，本方案交流电充电符合GB/T20234标准,本发明中该交流充电接口如图8所示,当车辆为乘用车电压平台时选择民用交流对动力电池充电，当车辆为商用车电压平台时选择工业交流电为动力电池充电；充电完成判断流程如图4所示。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了充电器、发电机控制器、功率器件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种增程式发电机控制器，其特征在于，包括发电机控制开关组（1）、充电控制开关组（2）、互锁模块（3）、双向AC/DC功率器件（4）和控制系统模块（5），所述双向AC/DC功率器件（4）通过所述发电机控制开关组（1）连接汽车发电机（6）的输出端，所述双向AC/DC功率器件（4）通过所述充电控制开关组(2)连接交流电充电连接插座(9)，所述发电机控制开关组(1)和所述充电控制开关组（2）都与互锁模块（3）连接，所述互锁模块（3）和双向AC/DC功率器件（4）都与控制系统模块（5）连接，所述双向AC/DC功率器件（4）的输出端通过高压配电盒（10）连接到汽车动力电池组（11）；发电机控制开关组控制发电机和双向AC/DC功率器件之间的连接通断，充电控制开关组控制交流电充电连接插座和双向AC/DC功率器件之间的连接通断，互锁模块为使发电机控制开关组和充电控制开关组最多只有一个处于闭合状态的互锁模块，双向AC/DC功率器件输出电能到高压配电盒，控制系统模块完成对其他各个模块的控制。
2.根据权利要求1所述的一种增程式发电机控制器，其特征在于，所述双向AC/DC功率器件（4）包括6个开关管，第一开关管、第二开关管和第三开关管的输出端都连接到所述高压配电盒（10）的第一输入端，第四开关管、第五开关管和第六开关管的输出端都连接到所述高压配电盒（10）的第二输入端，所述第一开关管和所述第四开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组（1）的第一输出端和所述充电控制开关组（2）的第一输出端；所述第二开关管和所述第五开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组（1）的第二输出端和所述充电控制开关组（2）的第二输出端；所述第三开关管和所述第六开关管的输入端都连接到所述发电机控制开关组（1）的第三输出端和所述充电控制开关组（2）的第三输出端；所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管和所述第六开关管的控制端都连接到所述控制系统模块（5）。
3.根据权利要求2所述的一种增程式发电机控制器，其特征在于，所述开关管全部为IGBT。
4.一种增程式发电机控制器控制方法，基于权利要求1或2或3所述的增程式发电机控制器，其特征在于，包括以下步骤：
A01、动力系统上电；
A02、系统自检，自检通过则进入步骤A03，自检未通过则进入故障运行模式，不继续后续步骤；
A03、系统判断是否为充电模式，如果是，则进入步骤A04，否则进入步骤A06；
A04、确认连接和控制是否正常，如果都正常则进入步骤A05，如果连接和控制有一个或两个不正常则返回步骤A03；
A05、进入交流电充电控制流程；
A06、系统判断是否为发电模式，如果是，则进入步骤A07，否则返回步骤A03；
A07、判断发动机是否启动，如果已经启动则进入步骤A08，如果未启动则返回步骤A03；
A08、进入发电机充电控制流程；
所述交流电充电控制流程和所述发电机充电控制流程都包括前置判断流程，所述前置判断流程包括供电设备判断过程和发电机判断过程。
5.根据权利要求4所述的一种增程式发电机控制器控制方法，其特征在于，
所述供电设备判断过程为：
B01、判断CC信号是否连接正确，如果是，则进入步骤B02，否则重新检测CC信号；
B02、判断CP信号电压是否正确，如果是，则进入步骤B03，否则重新检测CP信号；
B03、检测绝缘是否正确，如果是，则供电设备控制过程结束，否则重新进行绝缘检测；
所述发电机判断过程为：
C01、判断CC信号是否连接正确，如果是，则进入步骤C02，否则重新检测CC信号；
C02、拉低输出充电连接信号，然后进入步骤C03；
C03、检测绝缘是否正确，如果是，则发电机控制过程结束，否则重新进行绝缘检测；
所述供电设备判断过程和所述发电机判断过程都在充电连接器物理连接完成以后才开始，当所述供电设备判断过程结束并且所述发电机判断过程结束以后，进入后续充电控制流程。
6.根据权利要求5所述的一种增程式发电机控制器控制方法，其特征在于，所述交流电充电控制流程还包括充电完成控制流程，所述充电完成控制流程包括供电设备完成流程和发电机完成流程；
所述供电设备完成流程为：
D01、充电设备检测是否接收到充电完成命令，如果接收到则进入步骤D02，否则继续检测；
D02、充电设备断开供电开关，切断交流输出；
D03、检测绝缘是否正确，如果是，则供电设备完成流程结束，如果绝缘不正确则重新进行绝缘检测；
所述发电机完成流程为：
E01、控制器判断接收到充电结束命令，如果接收到则进入步骤E02，否则继续检测；
E02、控制器将充电功率逐渐减小到零，然后进入步骤E03；
E03、断开发电机控制器内部充电开关；
E04、检测绝缘是否正确，如果是，则发电机完成流程结束，如果绝缘不正确则重新进行绝缘检测；
所述供电设备完成流程和所述发电机完成流程都结束以后，系统退出充电模式。
7.根据权利要求5或6所述的一种增程式发电机控制器控制方法，其特征在于，所述发电机充电控制流程还包括发电机充电启动流程和发电机充电完成流程，所述发电机充电启动流程具体为：
F01、控制器判断是否接收到发电使能命令，如果接收到则进入步骤F02，否则继续检测；
F02、判断充电控制开关组是否断开，如果已经断开则进入步骤F03，否则将充电控制开关组断开后进入步骤F03；
F03、闭合控制器内部的发电机控制开关组；
F04、发电机带动发电机到点火转速状态；
F05、发电机控制模式切换；
F06、发电机接收通讯报文；
F07、发电机进入发电模式；
所述发电机充电启动流程在前置判断流程之后进行；
所述发电机充电完成流程具体为：
G01、控制器判断是否接收到发电结束命令，如果接收到则进入步骤G02，否则继续检测；
G02、控制器控制发电功率逐渐减小到零，然后进入步骤G03；
G03、断开控制器内部的发电机控制开关组；
G04、判断发电机控制开关组是否已经断开，如果是，则进入步骤G05，否则返回步骤G03；
G05、发送发电断电完成命令；
G06、系统退出发电模式。
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