CN109494854A - 一种车载取力行车发电蓄电池充电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载取力行车发电蓄电池充电系统及控制方法，属于车载取力技术领域，包括发动机、直流发电机、交流发电机以及发电机控制器、双向DCDC变换器、第一蓄电池、第二蓄电池，直流发电机的输出端连接直流负载，三相交流异步发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器输出端连接交流负载；双向DCDC变换器的一输入端连接第一蓄电池供电端，双向DCDC变换器的另一输入/输出端连接第二蓄电池进行双向通信，第一蓄电池的充电端与直流发电机输出端连接。本发明采用双向DCDC变换器，在发电机转速高时或采用市电供电时利用发电机内部绕组电感形成整流电路输出高压直流，开启DCDC变换器高压变低压实现充电功能，为蓄电池充电，节省了变换器的使用。

Description

一种车载取力行车发电蓄电池充电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及车载取力技术领域，特别涉及一种车载取力行车发电蓄电池充电系统及控制方法。

背景技术

车载取力行车发电系统的出现与发展已有较长时间，其大多数应用在军事作战车辆中，为雷达、计算机以及通讯等设备提供充足的电能。随着电力电子技术的不断进步和汽车产业及装配技术的高速发展，一些民用的大型车辆比如抢险救灾车、临时通讯辅助车甚至是房车等一些装载较多电气设备的车型，都装配上了车载取力行车发电系统。

目前行车发电系统中使用的发电机多采用三相交流异步发电机，通过电机控制器的可控整流模式运行升压到一定直流电压时，再根据用电设备的电源类型做其它变换，满足设备的用电需求。车内一般采用硅整流发电机提供所需的直流电，采用蓄电池串并联的方式实现电能存取，当电池电量不足时需要进行充电。

为满足车辆低速运行时功率不足的问题，通过采用蓄电池作为辅助电源，负责车辆起动，并在车辆发动机转速低下时升压来补充发电机功率不足部分。当蓄电池电量不足时，不能启动发动机，无法带动直流发电机给蓄电池充电，此时用电设备使用的直流电需要另外新增变换器进行变换，然后经过充电装置给蓄电池充 因此，现有的蓄电池充电系统中需增加新的变换器，增加了蓄电池充电系统的体积和成本，降低了充电系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载取力行车发电蓄电池充电系统及控制方法，以减少蓄电池充电系统中变换器的使用数量。

为实现以上目的，本发明一方面采用一种车载取力行车发电蓄电池充电系统，包括：发动机、直流发电机以及三相交流异步发电机，发动机与直流发电机、发动机与三相交流异步发电机之间均通过皮带或轴带连接，其特征在于，还包括发电机控制器、双向DC/DC变换器、第一蓄电池以及第二蓄电池，所述直流发电机的输出端连接直流负载，所述三相交流异步发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器输出端连接交流负载；

所述双向DC/DC变换器的一输入端连接第一蓄电池供电端，双向DC/DC变换器的另一输入/输出端连接第二蓄电池进行双向通信，第一蓄电池的充电端与直流发电机输出端连接；

所述发电机控制器和所述增功器之间通过CAN总线连接进行通信。

进一步地，所述发电机控制器包括发电机控制电路和逆变器，发电机控制电路的输出端与逆变器连接且连接线作为公共母线，所述双向DC/DC变换器的一输出端接入所述公共母线。

进一步地，所述三相交流异步电机的绕组电感包括电感La、电感Lb和电感Lc，电感Lb的一端依次经开关K2和第二缓启电阻后接入市电，电感Lc的一端经开关K1和第一缓启电阻后接入市电；

所述第一缓启电阻两端接有开关K4，第二缓启电阻两端接有开关K3；

电感Lb的另一端和电感Lc另一端分别接入所述发电机控制电路。

进一步地，所述电感La的一端分别经开关K5接入所述电感Lc的一端、经开关K6接入所述电感Lb的一端，所述电感La的另一端接入所述发电机控制电路。

进一步地，所述发电机控制电路包括依次并联连接的第一功率开关管组、第二功率开关管组以及第三功率开关管组，第一功率开关管组、第二功率开关管组以及第三功率开关管组均包括两个功率开关管；

所述交流发电机的绕组电感La接入第一功率开关管组中两个功率开关管连线上，所述交流发电机的绕组电感Lb接入第二功率开关管组中两个功率开关管连线上，所述交流发电机的绕组电感Lc接入第三功率开关管组中两个功率开关管连线上。

进一步地，所述发电机控制电路还包括滤波电容，所述第三功率开关管组与滤波电容并联后输出。

另一方面，提供一种车载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法，用于对上述的车载取力行车发电蓄电池充电系统进行控制，包括：

所述发动机转动带动所述直流发电机以及三相交流异步发电机转动；

利用所述发电机控制器测量所述三相交流异步发电机转速；

判断所述三相交流异步发电机转速是否大于设定的基准转速；

若是，则控制所述直流发电机为直流负载供电，控制所述三相交流异步发电机为交流负载供电；

控制所述直流发电机为所述第一蓄电池充电，以及控制所开启所述双向DC/DC变换器将高压直流电转换为低压直流电为所述第二蓄电池充电；

若否，则控制所述双向DC/DC变换器和所述发电机控制器共同为交流负载供电；

控制所述直流发电机和第一蓄电池配合为直流负载供电。

进一步地，所述控制所述双向DC/DC变换器和所述发电机控制器共同为交流负载供电，包括：

控制双向DC/DC变换器从所述第一蓄电池和所述第二蓄电池获取低压直流电并转换成高压直流电；

所述三相交流异步发电机通过发电机控制电路输出高压直流电；

所述双向DC/DC变换器转换得到高压直流电和发电机控制电路转换得到的高压直流电并联输出至所述逆变器；

所述逆变器将接收的高压直流电转换为高压交流电为所述交流负载供电。

进一步地，在采用市电供电时还包括：

若需给所述第二蓄电池充电时，控制断开开关K5和K6，闭合开关K1和K2，进行缓启运行；

实时监测所述公共母线上的电压，并在监测的电压值达到设定值时，控制闭合开关K3和K4；

所述市电供电经所述电感Lb和电感Lc进入所述电机控制电路；

所述电机控制电路中的第二功率开关组和第三功率开关组组成H桥以对高压直流电进行整流运行直至所述公共母线上的电压达到设定值。

进一步地，还包括：

获取所述双向DC/DC变换器所需充电变换的电压值；

根据所需充电变换的电压值采用可控整流运行模式或不控整流运行模式对输入的高压直流电进行整流运行。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过采用双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器连接第一蓄电池和第二蓄电池，在交流发电机转速较高足以满足负载运行时，开启双向DC/DC变换器将交流发电机经发电机控制器转换的高压直流电转换为低压直流电并为第二蓄电池充电，直流发电机将输出的低压直流电为第一蓄电池充电。在交流发电机转速偏低无法满足负载运行时，开启双向DC/DC变换器的低压升高压的增功功能，将第一蓄电池和第二蓄电池发送的低压直流电转换为高压直流电，与交流发电机共同支撑负载运行。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种车载取力行车发电蓄电池充电系统的结构示意图；

图2是三相交流异步发电机及发电机控制电路的原理示意图；

图3是一种车载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种车载取力行车发电蓄电池充电系统，包括发动机、直流发电机以及三相交流异步发电机，发动机与直流发电机、发动机与三相交流异步发电机之间均通过皮带或轴带连接，还包括发电机控制器、双向DC/DC变换器、第一蓄电池以及第二蓄电池，所述直流发电机的输出端连接直流负载，所述三相交流异步发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器输出端连接交流负载；

所述双向DC/DC变换器的一输入端连接第一蓄电池供电端，双向DC/DC变换器的另一输入/输出端连接第二蓄电池进行双向通信，第一蓄电池的充电端与直流发电机输出端连接；所述发电机控制器和所述增功器之间通过CAN总线连接进行数据交互。

本实施例中利用电机控制器现有的电路，在不增加额外的充电器的条件下，采用一定的控制策略来给蓄电池充电，可以减少系统的体积成本。

进一步地，所述发电机控制器包括发电机控制电路和逆变器，发电机控制电路的输出端与逆变器连接且连接线作为公共母线，所述双向DC/DC变换器的一输出端接入所述公共母线。其中，三相交流异步发电机通过发电机控制电路输出高压直流电，该直流电经过逆变器转换成工频50Hz的电能供交流负载使用，直流发电机输出的直流电供直流负载使用。

进一步地，所述三相交流异步电机的绕组电感包括电感La、电感Lb和电感Lc，电感Lb的一端依次经开关K2和第二缓启电阻后接入市电，电感Lc的一端经开关K1和第一缓启电阻后接入市电；所述第一缓启电阻两端接有开关K4，第二缓启电阻两端接有开关K3；电感Lb的另一端和电感Lc另一端分别接入所述发电机控制电路。其中，在公共母线上的电压未达到设定值（比如200V）时，闭合开关K1和K2，通过第一缓启电阻和第二缓启电阻进行缓启运行，在公共母线上的电压达到设定值时，闭合开关K3和K4，电流不再经过第一缓启电阻和第二缓启电阻。

进一步地，所述电感La的一端分别经开关K5接入所述电感Lc的一端、经开关K6接入所述电感Lb的一端，所述电感La的另一端接入所述发电机控制电路。其中，在使用三相交流异步发电机供电时，断开开关K1和K2，闭合开关K5和K6。

进一步地，所述发电机控制电路包括依次并联连接的第一功率开关管组、第二功率开关管组以及第三功率开关管组，第一功率开关管组、第二功率开关管组以及第三功率开关管组均包括两个功率开关管，第一功率开关管组中包括功率开关管S1和S4，第二功率开关管组中包括功率开关管S2和S5，第三功率开关管组中包括功率开关管S3和S6；

所述交流发电机的绕组电感La接入第一功率开关管组中两个功率开关管连线上，所述交流发电机的绕组电感Lb接入第二功率开关管组中两个功率开关管连线上，所述交流发电机的绕组电感Lc接入第三功率开关管组中两个功率开关管连线上。

具体地，每个功率开关管包括场效应晶体管和二极管，场效应晶体管的漏极与二极管的负极连接，场效应晶体管的源极与二极管的正极连接，功率开关管组中的两场效应管的的源极和漏极连接。

进一步地，发电机控制电路还包括滤波电容，所述第三功率开关管组与滤波电容并联后输出。其中，滤波电容对发电机控制电路输出的母线电压进行滤波，使其输出稳定的母线电压。

需要说明的是，本方案中利用发动机带动发电机发电(一般采用皮带或者轴带连接方式)。三相交流异步发电机通过发电机控制电路输出高压直流电，该直流电经过逆变器转换成工频50Hz电能供交流负荷使用。直流发电机发出直流电供直流负荷使用。

（1）当使用上述三相交流异步发电机供电时，断开开关K1、K2，闭合开关K5、K6。

当车辆发动机转速不小于设定的基准转速时，三相交流异步发电机发电能力能发出足够多的电力，多余的直流电能通过双向DCDC降压给第二蓄电池充电。

当发动机转速较低（低于设定的基准转速时），三相交流异步发电机输出功率有缺额，需要通过双向DCDC变换器进行功率补偿。此时双向DCDC变换器将第一蓄电池和第二蓄电池输入的低压通过DC/DC变换为高压直流电供给发电机控制电路到直流公共母线（关于直流源并联与能量分配策略比较成熟，这里不赘叙），补偿三相交流异步发电机因转速低造成的功率输出缺额，高压直流电再通过逆变器变换为交流电（其中，根据负载的不同需求，若负载为直流负载，高压直流也可以直接输出），与此同时直流发电机与第一蓄电池配合，仍然将直流电供给直流用电设备。

（2）当使用市电时，若需要给蓄电池充电，如图2所示，断开开关K5、K6，闭合开关K1、K2进行缓启运行，检测公共母线C_dc上的电压到达一定值，控制开关K3、K4闭合，电流不再经过第一缓启电阻和第二缓启电阻，此时市电经过三相交流异步发电机的绕组电感Lb、Lc以及S2、S5，S3、S6功率开关管组成的H桥（虚线框内所示）实现整流运行，使得公共母线C_dc上电压将以某一定值电压运行（比如直流300V）。根据双向DC/DC需要的充电变换的电压不同，H桥整流可采用不控整流和可控整流运行模式。

如图3所示，本实施例公开了一种车载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法，该方法用于通过发电机控制器和双向DC/DC变换器之间的CAN通信进行数据交互，以对上述车载取力行车发电蓄电池充电系统进行控制，包括如下步骤：

S1、所述发动机转动带动所述直流发电机以及三相交流异步发电机转动；

S2、利用所述发电机控制器测量所述三相交流异步发电机转速；

S3、判断所述三相交流异步发电机转速是否大于设定的基准转速，若是执行步骤S4，若否执行步骤S6；

S4、则控制所述直流发电机为直流负载供电，控制所述三相交流异步发电机为交流负载供电；

S5、控制所述直流发电机为所述第一蓄电池充电，以及控制所开启所述双向DC/DC变换器将高压直流电转换为低压直流电为所述第二蓄电池充电；

S6、控制所述双向DC/DC变换器和所述发电机控制器共同为交流负载供电，具体包括：

控制双向DC/DC变换器从所述第一蓄电池和所述第二蓄电池获取低压直流电并转换成高压直流电；

所述三相交流异步发电机通过发电机控制电路输出高压直流电；

所述双向DC/DC变换器转换得到高压直流电和发电机控制电路转换得到的高压直流电并联输出至所述逆变器；

所述逆变器将接收的高压直流电转换为高压交流电为所述交流负载供电。

S7、控制所述直流发电机和第一蓄电池配合为直流负载供电。

进一步地，在采用市电供电时，还包括：

若需给所述第二蓄电池充电时，控制断开开关K5和K6，闭合开关K1和K2，进行缓启运行；

实时监测所述公共母线上的电压，并在监测的电压值达到设定值时，控制闭合开关K3和K4；

所述市电供电经所述电感Lb和电感Lc进入所述电机控制电路；

所述电机控制电路中的第二功率开关组和第三功率开关组组成H桥以对高压直流电进行整流运行直至所述公共母线上的电压达到设定值。

进一步地，还包括：

获取所述双向DC/DC变换器所需充电变换的电压值；

根据所需充电变换的电压值采用可控整流运行模式或不控整流运行模式对输入的高压直流电进行整流运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载取力行车发电蓄电池充电系统，包括发动机、直流发电机以及三相交流异步发电机，发动机与直流发电机、发动机与三相交流异步发电机之间均通过皮带或轴带连接，其特征在于，还包括发电机控制器、双向DC/DC变换器、第一蓄电池以及第二蓄电池，所述直流发电机的输出端连接直流负载，所述三相交流异步发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器输出端连接交流负载；

所述双向DC/DC变换器的一输入端连接第一蓄电池供电端，双向DC/DC变换器的另一输入/输出端连接第二蓄电池进行双向通信，第一蓄电池的充电端与直流发电机输出端连接；

所述发电机控制器和所述增功器之间通过CAN总线连接进行通信。

2.如权利要求1所述的车载取力行车发电蓄电池充电系统，其特征在于，所述发电机控制器包括发电机控制电路和逆变器，发电机控制电路的输出端与逆变器连接且连接线作为公共母线，所述双向DC/DC变换器的一输出端接入所述公共母线。

3.如权利要求2所述的车载取力行车发电蓄电池充电系统，其特征在于，所述三相交流异步电机的绕组电感包括电感La、电感Lb和电感Lc，电感Lb的一端依次经开关K2和第二缓启电阻后接入市电，电感Lc的一端经开关K1和第一缓启电阻后接入市电；

所述第一缓启电阻两端接有开关K4，第二缓启电阻两端接有开关K3；

电感Lb的另一端和电感Lc另一端分别接入所述发电机控制电路。

4.如权利要求3所述的车载取力行车发电蓄电池充电系统，其特征在于，所述电感La的一端分别经开关K5接入所述电感Lc的一端、经开关K6接入所述电感Lb的一端，所述电感La的另一端接入所述发电机控制电路。

5.如权利要求4所述的车载取力行车发电蓄电池充电系统，其特征在于，所述发电机控制电路包括依次并联连接的第一功率开关管组、第二功率开关管组以及第三功率开关管组，第一功率开关管组、第二功率开关管组以及第三功率开关管组均包括两个功率开关管；

所述交流发电机的绕组电感La接入第一功率开关管组中两个功率开关管连线上，所述交流发电机的绕组电感Lb接入第二功率开关管组中两个功率开关管连线上，所述交流发电机的绕组电感Lc接入第三功率开关管组中两个功率开关管连线上。

6.如权利要求5所述的车载取力行车发电蓄电池充电系统，其特征在于，所述发电机控制电路还包括滤波电容，所述第三功率开关管组与滤波电容并联后输出。

7.一种车载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法，其特征在于，用于对如权利要求1~6任一项所述的车载取力行车发电蓄电池充电系统进行控制，包括：

所述发动机转动带动所述直流发电机以及三相交流异步发电机转动；

利用所述发电机控制器测量所述三相交流异步发电机转速；

判断所述三相交流异步发电机转速是否大于设定的基准转速；

若是，则控制所述直流发电机为直流负载供电，控制所述三相交流异步发电机为交流负载供电；

控制所述直流发电机为所述第一蓄电池充电，以及控制所开启所述双向DC/DC变换器将高压直流电转换为低压直流电为所述第二蓄电池充电；

若否，则控制所述双向DC/DC变换器和所述发电机控制器共同为交流负载供电；

控制所述直流发电机和第一蓄电池配合为直流负载供电。

8.如权利要求7所述的载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述双向DC/DC变换器和所述发电机控制器共同为交流负载供电，包括：

控制双向DC/DC变换器从所述第一蓄电池和所述第二蓄电池获取低压直流电并转换成高压直流电；

所述三相交流异步发电机通过发电机控制电路输出高压直流电；

所述双向DC/DC变换器转换得到高压直流电和发电机控制电路转换得到的高压直流电并联输出至所述逆变器；

所述逆变器将接收的高压直流电转换为高压交流电为所述交流负载供电。

9.如权利要求7所述的载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法，其特征在于，在采用市电供电时还包括：

若需给所述第二蓄电池充电时，控制断开开关K5和K6，闭合开关K1和K2，进行缓启运行；

实时监测所述公共母线上的电压，并在监测的电压值达到设定值时，控制闭合开关K3和K4；

所述市电供电经所述电感Lb和电感Lc进入所述电机控制电路；

所述电机控制电路中的第二功率开关组和第三功率开关组组成H桥以对高压直流电进行整流运行直至所述公共母线上的电压达到设定值。

10.如权利要求9所述的载取力行车发电蓄电池充电系统的控制方法，其特征在于，还包括：

获取所述双向DC/DC变换器所需充电变换的电压值；

根据所需充电变换的电压值采用可控整流运行模式或不控整流运行模式对输入的高压直流电进行整流运行。