CN112428833B - 一种直联式行车发电系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直联式行车发电系统和车辆，其包括发动机，所述发动机的输出端连接有发电机，所述发电机的输出连接有传动装置，还包括动力电池、配电模块和电机控制器，所述发电机与所述电机控制器电连接，所述电机控制器与所述配电模块电连接，所述配电模块与所述动力电池电连接；当发动机运行于低转速区时，发电机输出功率小于负载需求功率，负载需求功率与发电机输出功率之间的功率差值通过动力电池补偿。本发明能够在特种车辆低速行进或者怠速、电机发电功率只能满足部分功率需求时，通过高压动力电池补偿，从而保障系统功率不降低同时不影响整车换挡。

Description

一种直联式行车发电系统和车辆
技术领域
本发明涉及一种式行车发电系统和车辆，属于汽车用电源技术领域，具体涉及一种直联式行车发电系统和车辆。
背景技术
随着特种车辆机动化要求日益提升，大功率车载上装系统日益普及，因此，能够提供大功率通用型供电底盘系统被广泛应用。
目前市场上底盘发电形式较多，依据类型，主要分为以下四类：发动机皮带驱动发电、变速箱/分动器发电、配备独立发电机组发电、飞轮直联式电机取力发电。发动机皮带驱动发电只能提供8KW以下的低压直流电；变速箱/分动器取力发电只能在驻车时提供稳定电源，行进间需要增加一组高功率储能装置进行功率调节，此外，发动器可靠性能比较差；独立发电机组供电品质比较稳定可靠，但会增加整车重量，占用底盘空间，影响整车机动性能；飞轮直联电机发电系统采用发电机与发动机曲轴直联的结构，能提供高功率、稳定的电源需求。
现有技术中，中国发明专利CN110149000A通过动力电池/超级电容器来弥补低速段发电功率不足；中国发明专利CN109494854 A、CN109598791 A等都是通过控制策略优化来实现发动机节油的目标。上述技术方案在使用过程中，由于负载对供电品质要求不高，电压波动非常大。不同于民品，由于特种车辆上装系统的特殊性，在使用过程中不允许电压出现较大波动。
综上可知，上述对比文件均无法解决的以下两个技术问题：1.装用电时会消耗发动机输出功率，导致整车动力性降低。提升发动机扭矩补偿动力损失，但在停止发电时，发动机输出扭矩会超过原传动系统负荷，容易引起变速箱过载问题；2.行车过程中变速箱换挡时，发动机转速下降，此时发电机输出功率不足以满足上装负载要求，此时电机过载输出电压下降，无法满足稳压输出。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种直联式行车发电系统和车辆，其能够在特种车辆低速行进或者怠速、电机发电功率只能满足部分功率需求时，通过高压动力电池补偿，从而保障系统功率不降低同时不影响整车换挡。
本发明公开了一种直联式行车发电系统，其包括发动机，所述发动机的输出端连接有发电机，所述发电机的输出连接有传动装置，还包括动力电池、配电模块和电机控制器，所述发电机与所述电机控制器电连接，所述电机控制器与所述配电模块电连接，所述配电模块与所述动力电池电连接；当发动机运行于低转速区时，发电机输出功率小于负载需求功率，负载需求功率与发电机输出功率之间的功率差值通过动力电池补偿。
在本发明的一种优选实施方案中，发电机输出功率的确定方法包括：当n1≤当前发电机转速n≤n2时，当前发电机转速n下的发电输出功率P通过发电机能持续运行的输出最大功率曲线获取。
在本发明的一种优选实施方案中，发电机能持续运行的输出最大功率曲线包括，当n1≤n3时，斜率为k1，当n3≤n2时，斜率为k2，k1大于k2。
在本发明的一种优选实施方案中，k1和k2通过标定获取。
在本发明的一种优选实施方案中，当前发电机转速n＜n1时，发电机输出功率为0，负载需求功率完全由动力电池提供。
在本发明的一种优选实施方案中，当前发电机转速n＞n2时，发电机输出功率等于负载需求功率。
在本发明的一种优选实施方案中，所述发动机输出扭矩限值为发电机输出扭矩加上变速箱最大输入扭矩。
在本发明的一种优选实施方案中，所述传动装置包括离合器和变速箱。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电机控制器采用电压环控制；当发动机运行于高转速区时，发电机输出功率高于负载需求功率，当发电机输出电压高于系统目标电压时，通过电压环控制减小发电机发电扭矩，电机输出电压下降；当发电机输出电压低于系统目标电压时，通过电压环控制增大发电机发电扭矩，电机输出电压升高。
本发明还公开了一种车辆，其包括直联式行车发电系统。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、稳定性高，使用本发明的车辆在最高车速、0～80Km/h加速、爬坡性能等工况下对整车性能不会影响，同时当车辆处于低速行进或者车辆怠速时，电机发电功率只能满足部分功率需求，通过高压动力电池补偿，可以保障系统功率不降低，同时不影响整车换挡；进一步的，本发明通过将发动机输出扭矩限值设定为发电机输出扭矩加上变速箱最大输入扭矩，从而保证了变速箱不会因为发动机输出功率的过载而损坏。
附图说明
图1为本发明一种直联式行车发电系统的示意图；
图2为本发明的发电机能持续运行的输出最大功率曲线示意图。
具体实施方式
下面通过图1～图2以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种直联式行车发电系统，包括发动机，所述发动机的输出端连接有发电机，所述发电机的输出连接有传动装置，还包括动力电池、配电模块和电机控制器，所述发电机与所述电机控制器电连接，所述电机控制器与所述配电模块电连接，所述配电模块与所述动力电池电连接；当发动机运行于低转速区时，发电机输出功率小于负载需求功率，负载需求功率与发电机输出功率之间的功率差值通过动力电池补偿。
在本发明的一种优选实施方案中，发电机输出功率的确定方法包括：当n1≤当前发电机转速n≤n2时，当前发电机转速n下的发电输出功率P通过发电机能持续运行的输出最大功率曲线获取。
在本发明的一种优选实施方案中，发电机能持续运行的输出最大功率曲线包括，当n1≤n3时，斜率为k1，当n3≤n2时，斜率为k2，k1大于k2。
在本发明的一种优选实施方案中，k1和k2通过标定获取。
在本发明的一种优选实施方案中，当前发电机转速n＜n1时，发电机输出功率为0，负载需求功率完全由动力电池提供。
在本发明的一种优选实施方案中，当前发电机转速n＞n2时，发电机输出功率等于负载需求功率。
在本发明的一种优选实施方案中，所述发动机输出扭矩限值为发电机输出扭矩加上变速箱最大输入扭矩。
在本发明的一种优选实施方案中，所述传动装置包括离合器和变速箱。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电机控制器采用电压环控制；当发动机运行于高转速区时，发电机输出功率高于负载需求功率，当发电机输出电压高于系统目标电压时，通过电压环控制减小发电机发电扭矩，电机输出电压下降；当发电机输出电压低于系统目标电压时，通过电压环控制增大发电机发电扭矩，电机输出电压升高。
本发明还公开了一种车辆，其包括直联式行车发电系统。
由本发明的附图1可知，本发明的直联式行车发电系统包含发动机、发电机、离合器、变速箱、冷却模块、系统控制模块、电机控制模块、配电模块、动力电池系统，其中发动机曲轴通过法兰盘与发电机硬性连接，发电机通过电机控制器实现整流后与配电模块相连接，动力电池通过高压母线与配电模块实现并联，共同实现上装供电。
由本发明的附图2可知，发电机的转速n-功率P坐标系根据发电机的转速和发电机能持续运行的输出最大功率曲线可以划分为四个区域，P1、P2、P3和P4，
·P1：完全由电池提供负载输出
·P2：由电机提供
·P3：由电机、电池共同提供，电机输出限制到发电机能持续运行的输出最大功率曲线，延红色曲线运行，剩余功率由电池补充
·P4：完全由电机提供
·P3→P2:负载减小至电机额定运行区域，此时由电机进入电压闭环控制，提供输出给负载，同时电池由于P3放电，电压下降，电机输出电压高于电池电压，电池开始充电直到充满。
·P2→P3：负载增大超出电机额定运行区域，此时电机电压闭环无法进入，电压下降，电机以额定功率运行，同时电池开始放电，以提供额外功率补充负载需求。
发电机能持续运行的输出最大功率曲线通过发电机试验标定获取。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直联式行车发电系统，包括发动机，所述发动机的输出端连接有发电机，所述发电机的输出连接有传动装置，其特征在于：还包括动力电池、配电模块和电机控制器，所述发电机与所述电机控制器电连接，所述电机控制器与所述配电模块电连接，所述配电模块与所述动力电池电连接；当发动机运行于低转速区时，发电机输出功率小于负载需求功率，负载需求功率与发电机输出功率之间的功率差值通过动力电池补偿；发电机输出功率的确定方法包括：
当n1≤当前发电机转速n≤n2时，当前发电机转速n下的发电输出功率P通过发电机能持续运行的输出最大功率曲线获取；发电机能持续运行的输出最大功率曲线包括，当n1≤n3时，斜率为k1，当n3≤n2时，斜率为k2，k1大于k2；k1和k2通过标定获取；
发电机的转速n-功率P坐标系根据发电机的转速和发电机能持续运行的输出最大功率曲线划分为四个区域，P1、P2、P3和P4，
·P1：完全由电池提供负载输出
·P2：由电机提供
·P3：由电机、电池共同提供，电机输出限制到发电机能持续运行的输出最大功率曲线，延红色曲线运行，剩余功率由电池补充
·P4：完全由电机提供
·P3→P2:负载减小至电机额定运行区域，此时由电机进入电压闭环控制，提供输出给负载，同时电池由于P3放电，电压下降，电机输出电压高于电池电压，电池开始充电直到充满；
·P2→P3：负载增大超出电机额定运行区域，此时电机电压闭环无法进入，电压下降，电机以额定功率运行，同时电池开始放电，以提供额外功率补充负载需求。
2.根据权利要求1的直联式行车发电系统，其特征在于：当前发电机转速n＜n1时，发电机输出功率为0，负载需求功率完全由动力电池提供。
3.根据权利要求1的直联式行车发电系统，其特征在于：当前发电机转速n＞n2时，发电机输出功率等于负载需求功率。
4.根据权利要求1的直联式行车发电系统，其特征在于：所述发动机输出扭矩限值为发电机输出扭矩加上变速箱最大输入扭矩。
5.根据权利要求1的直联式行车发电系统，其特征在于：所述传动装置包括离合器和变速箱。
6.根据权利要求1的直联式行车发电系统，其特征在于：所述电机控制器采用电压环控制；
当发动机运行于高转速区时，发电机输出功率高于负载需求功率，当发电机输出电压高于系统目标电压时，通过电压环控制减小发电机发电扭矩，电机输出电压下降；
当发电机输出电压低于系统目标电压时，通过电压环控制增大发电机发电扭矩，电机输出电压升高。
7.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1-6任意一项权利要求所述的直联式行车发电系统。
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