CN113942463A - 一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆 - Google Patents

一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆，该系统包括发动机、设于发动机上的变速箱、发动机控制器以及高压发电机、设于变速箱上的分动箱、与高压发电机相连的高压发电机控制器、安装于高压发电机控制器上的配电箱、安装于配电箱上的动力电池及动力电池控制器；高压发电机布置在发动机前端，通过发动机前端皮带轮系驱动高压发电机发电并经过高压发电机控制器进行整流稳压后输出稳定的高压直流电到配电箱，配电箱根据其上连接的各上装负载实际用电需求调配不同电力输出，进而使车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出；同时，发电控制器通过CAN总线协调控制所述发电系统工作，并检测系统故障、保障车辆高压用电安全。

Description

一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆
技术领域
本发明属于车辆发电技术领域，更具体地，涉及一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆。
背景技术
随着特种车辆及特殊用途车辆机动化需求日益提升，大功率车载上装系统越来越普及，因此，大功率通用型供电底盘车辆的需求日益增多。
目前市场上车辆发电形式多样，主要分为以下几类：发动机皮带驱动发电、变速箱/分动箱取力发电、配备独立发电机组发电、发动机飞轮直联电机取力发电。发动机皮带驱动发电，常规的情况只能提供8kW以下的低压直流电；变速箱/分动箱取力发电只能在车辆驻车时提供稳定电流，车辆行驶时需要额外增加储能装置进行功率补偿；独立发电机组供电品质相对稳定可靠，但会占用底盘空间，增加车辆重量，影响车辆机动性能和改装性能；飞轮直联电机发电系统采用发电机布置在发动机后输出端，发电机与发动机曲轴直联，虽能提供大功率、较为稳定的电源需求，但发电机与发动机解耦性能差，不利于整个系统的能量回收。同时，发电机尺寸较大，发动机与变速箱之间还增加了飞轮电机，整个动力传动链的长度增加，占用底盘空间大，在底盘空间有限的前提下增加了动力总成布置难度，飞轮电机的重量较重，给车辆轻量化减重设计带来了较大困难。
因此，急需一种能够输出大功率电流，在结构上占用底盘空间小，非常有利于系统的布置安装，且整个系统重量较轻，同时行车与驻车发电之间无需切换，操作简单的前端轮系行车发电系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种前端轮系行车发电系统和车辆，高压发电机布置在发动机前端，通过发动机轮系带动高压发电机发电，高压发电机发出三相高压交流电，再传输到高压发电机控制器中，高压发电机控制器经过整流、稳压后输出稳定的高压直流电，发电机控制器输出直流电到配电箱，配电箱调配电力输出，可实现不同用电输出，配电箱可根据各上装负载实际用电需求进行匹配；当高压发电机输出电压不稳定时，动力电池对配电箱输入电流，以保证供电品质；当动力电池亏电时，发电控制器控制配电箱对动力电池进行充电；发电控制器通过CAN总线协调控制前端轮系发电系统工作，并检测系统故障保证高压用电安全；通过本发明的实施，车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出，且行车与驻车发电之间无需切换，操作简单；在结构上占用底盘空间小，非常有利于系统的布置安装，且整个系统重量较轻。
为了实现上述目的，本发明提供一种前端轮系行车发电系统，包括发动机、设于所述发动机上的变速箱、高压发电机以及发动机控制器、设于所述变速箱上的分动箱、与所述高压发电机相连的高压发电机控制器、安装于所述高压发电机控制器上的配电箱、安装于所述配电箱上的动力电池以及安装于所述动力电池上的动力电池控制器；其中，
所述发动机、所述变速箱以及所述分动箱通过机械连接来驱动前后车轮；
所述高压发电机布置在所述发动机的前端，通过所述发动机前端皮带轮系驱动所述高压发电机发电，使得所述高压发电机输出三相高压交流电；所述高压发电机发出的不稳定三相高压交流电输入给所述高压发电机控制器中，所述高压发电机控制器经过整流、稳压，最终输出稳定的高压直流电到所述配电箱，所述配电箱根据其上连接的各上装负载实际用电需求调配不同电力输出，进而使得车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出；
所述高压发电机控制器、所述配电箱、所述动力电池控制器、以及所述发动机控制器均与发电控制器相连，所述发电控制器通过CAN总线协调控制所述发电系统工作，并检测系统故障、保障车辆高压用电安全。
进一步地，所述发电控制器上连接有用户操作开关、第一CAN总线和第二CAN总线。
进一步地，所述第一CAN总线上依次连接有高压发电机控制器、动力电池控制器以及配电箱；所述发电控制器通过采集所述用户操作开关和所述第一CAN总线数据，控制所述高压发电机控制器、所述动力电池控制器、以及所述配电箱以实现高压恒压发电功能。
进一步地，所述第二CAN总线上连接有车辆仪表、车辆终端显示器、底盘制动ABS控制单元以及发动机控制器；所述发电控制器通过第二CAN总线接收底盘制动ABS车速信号、发动机控制器转速信号等信息，并将相关信息包括故障发送给车辆仪表、车辆终端显示器进行信息显示、故障诊断，同时对发动机扭矩进行限制，进而保护传动系统。
进一步地，所述高压发电机的转速在低转速区间时，输出给上装负载的功率完全由所述动力电池提供。
进一步地，所述高压发电机的转速在中转速区间时，所述高压发电机的输出功率小于上装负载所需功率，由所述高压发电机与所述动力电池共同输出功率给上装负载，所述动力电池起到了稳定电压、提升供电品质的作用。
进一步地，所述高压发电机的转速在高转速区间时，所述高压发电机输出额定功率，完全由所述高压发电机输出功率给上装负载；
当上装负载减小至所述高压发电机额定运行区间时单独由所述高压发电机供电给上装负载。
进一步地，当所述高压发电机输出电压不稳定时，所述动力电池对所述配电箱进行电流输入，以保证供电品质；当所述动力电池因工作放电，其电压及功率下降出现亏电时，所述发电控制器控制所述配电箱对所述动力电池进行充电直到充满，以保证车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出。
本发明还提供一种前端轮系行车发电方法，包括如下步骤：
S1：通过所述发动机前端皮带轮系驱动所述高压发电机发电，使得所述高压发电机输出三相高压交流电；
S2：将不稳定的所述三相高压交流电输入到所述高压发电机控制器中，所述高压发电机控制器经过整流、稳压，最终输出稳定的高压直流电到所述配电箱；
S3：所述配电箱根据其上连接的各上装负载的实际用电需求调配不同电力输出，以使得车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出。
本发明还提供一种车辆，包含前述的前端轮系行车发电系统。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明的一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆，通过将高压发电机设于发动机前端，高压发电机布置在发动机前端，通过发动机轮系带动高压发电机发电，高压发电机发出三相高压交流电，再传输到高压发电机控制器中，高压发电机控制器经过整流、稳压后输出稳定的高压直流电，发电机控制器输出直流电到配电箱，配电箱调配电力输出，可实现不同用电输出，配电箱可根据各上装负载实际用电需求进行匹配；当高压发电机输出电压不稳定时，动力电池对配电箱输入电流，以保证供电品质；当动力电池亏电时，发电控制器控制配电箱对动力电池进行充电；发电控制器通过CAN总线协调控制前端轮系发电系统工作，并检测系统故障保证高压用电安全；通过本发明的实施，车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出，且行车与驻车发电之间无需切换，操作简单；在结构上占用底盘空间小，非常有利于系统的布置安装，且整个系统重量较轻；解决了现有发电系统外形尺寸大、重量大的问题；本发明技术方案通用化率高，可在各车型上拓展采用。
附图说明
图1为本发明实施例一种前端轮系行车发电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一种前端轮系行车发电系统的实物结构示意图；
图3为本发明实施例一种前端轮系行车发电系统的高压发电机安装位置示意图；
图4为本发明实施例一种前端轮系行车发电系统的发电控制器的控制连接结构示意图；
图5为本发明实施例一种前端轮系行车发电系统的高压发电机转速和输出功率关系示意图；
图6为本发明实施例一种前端轮系行车发电方法的流程示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-发动机、2-变速箱、3-分动箱、4-高压发电机、5-发电控制器、51-用户操作开关、52-第一CAN总线、53-第二CAN总线、531-车辆仪表、532-车辆终端显示器、533-底盘制动ABS控制单元、534-发动机控制器、6-动力电池、7-高压发电机控制器、8-配电箱、9-动力电池控制器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上；术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”......的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1-图5所示，本发明提供一种前端轮系行车发电系统和车辆，包括发动机1、设于所述发动机1上的变速箱2、高压发电机4以及发动机控制器534、设于所述变速箱2上的分动箱3、与所述高压发电机4相连的高压发电机控制器7、安装于所述高压发电机控制器7上的配电箱8、安装于所述配电箱8上的动力电池6以及安装于所述动力电池6上的动力电池控制器9；本发明通过将高压发电机设于发动机前端，通过发动机皮带轮系带动高压发电机发电，车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出，发电控制器通过CAN总线协调控制前端轮系发电系统工作，并检测系统故障保证高压用电安全；通过本发明的实施，车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出，且行车与驻车发电之间无需切换，操作简单；在结构上占用底盘空间小，非常有利于系统的布置安装，且整个系统重量较轻；解决了现有发电系统外形尺寸大、重量大的问题；本发明技术方案通用化率高，可在各车型上拓展采用。
进一步地，如图1-图4所示，所述发动机1是车辆的动力源，所述发动机1、所述变速箱2以及所述分动箱3通过机械连接来驱动前后车轮；所述高压发电机4布置在所述发动机1的前端，通过所述发动机1前端皮带轮系驱动所述高压发电机4发电，使得所述高压发电机4输出不稳定三相高压交流电；所述高压发电机4发出的不稳定三相高压交流电输入给所述高压发电机控制器7中，所述高压发电机控制器7经过整流、稳压，最终输出稳定的高压直流电到所述配电箱8，所述配电箱8根据其上连接的各上装负载实际用电需求调配不同电力输出，进而使得车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出。所述动力电池及动力电池控制器6用于稳定电压、优化输出电源品质；所述配电箱8用于调配电力输出，可实现不同用电输出，配电箱可根据各上装负载实际用电需求进行匹配。
进一步地，如图1和图4所示，所述高压发电机控制器7、所述配电箱8、所述动力电池控制器9、以及所述发动机控制器均与发电控制器5相连，所述发电控制器5通过CAN总线(为控制器局域网络的总称)协调控制所述发电系统工作，并检测系统故障、保障车辆高压用电安全；所述发电控制器5上连接有用户操作开关51、第一CAN总线52和第二CAN总线53；所述第一CAN总线52上依次连接有高压发电机控制器7、动力电池及动力电池控制器6以及配电箱8；所述第二CAN总线53上连接有车辆仪表531、车辆终端显示器532、底盘制动ABS控制单元533以及发动机控制器534；所述发电控制器5通过采集用户操作开关量和第一CAN总线数据，控制高压发电机控制器、动力电池控制器、配电箱以实现高压恒压发电功能，并将相关信息包括故障通过CAN2发送给车辆仪表、车载显示终端进行信息显示；也可通过第二CAN总线接收底盘制动ABS车速信号、ECU发动机转速信号等信息，进行故障诊断；同时对发动机扭矩进行限制，实现传动系统保护功能。
进一步地，如图5所示，当所述高压发电机4的转速n＜n1时，处在低转速区间(0到1500rpm，n1＝1500rpm)，输出给上装负载的功率完全由动力电池提供；当所述高压发电机4的转速n1＜n＜n2时，处在中转速区间(1500rpm到4100rpm,n2＝4100rpm)，当所述高压发电机4工作时，其输出功率小于上装负载所需功率，这一阶段由高压发电机与动力电池共同输出功率给上装负载，动力电池起到了稳定电压、提升供电品质的作用；当所述高压发电机4的转速n＞n2时，处在高转速区间(4100rpm以上)，高压发电机输出额定功率，这一阶段完全由高压发电机输出功率给上装负载；当上装负载减小至所述高压发电机额定运行区间(4100rpm到7800rpm)，此时也单独由所述高压发电机供电给上装负载，动力电池由于前面工作放电，电压及功率下降，发电控制器控制配电箱给动力电池充电，补充电压直到充满。
如图6所示，本发明还提供一种前端轮系行车发电方法，包括如下步骤：
S1：通过所述发动机1前端皮带轮系驱动所述高压发电机4发电，使得所述高压发电机4输出三相高压交流电；
S2：将不稳定的所述三相高压交流电输入到所述高压发电机控制器7中，所述高压发电机控制器7经过整流、稳压，最终输出稳定的高压直流电到所述配电箱8；
S3：所述配电箱8根据其上连接的各上装负载的实际用电需求调配不同电力输出，以使得车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出。
本发明还提供一种包含上述前端轮系行车发电系统的车辆，同时还包括上述实施例的发电控制方法，由于根据本申请实施例的车辆具有上述前端轮系发电系统和控制方法，因此该车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出，行车与驻车发电之间无需切换，操作简单；在结构上占用底盘空间小，非常有利于车辆系统的布置安装，且整个车辆系统重量较轻。
本发明提供一种前端轮系行车发电系统、方法及车辆的工作原理：本发明的高压发电机布置在发动机前端，通过发动机轮系带动高压发电机发电，高压发电机发出三相高压交流电，再传输到高压发电机控制器中，高压发电机控制器经过整流、稳压后输出稳定的高压直流电，发电机控制器输出直流电到配电箱，配电箱调配电力输出，可实现不同用电输出，配电箱可根据各上装负载实际用电需求进行匹配；当高压发电机输出电压不稳定时，动力电池对配电箱输入电流，以保证供电品质；当动力电池亏电时，发电控制器控制配电箱对动力电池进行充电；发电控制器，通过CAN总线协调控制前端轮系发电系统工作，并检测系统故障保证高压用电安全；通过本发明的实施，车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率(26kW以内)发电输出，且行车与驻车发电之间无需切换，操作简单。
需要说明的是，本发明涉及的高压发电机的“高压”指500V～600V。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：包括发动机(1)、设于所述发动机(1)上的变速箱(2)、高压发电机(4)以及发动机控制器(534)、设于所述变速箱(2)上的分动箱(3)、与所述高压发电机(4)相连的高压发电机控制器(7)、安装于所述高压发电机控制器(7)上的配电箱(8)、安装于所述配电箱(8)上的动力电池(6)以及安装于所述动力电池(6)上的动力电池控制器(9)；其中，
所述发动机(1)、所述变速箱(2)以及所述分动箱(3)通过机械连接来驱动前后车轮；
所述高压发电机(4)布置在所述发动机(1)的前端，通过所述发动机(1)前端皮带轮系驱动所述高压发电机(4)发电，使得所述高压发电机(4)输出三相高压交流电；所述高压发电机(4)发出的不稳定三相高压交流电输入给所述高压发电机控制器(7)中，所述高压发电机控制器(7)经过整流、稳压，最终输出稳定的高压直流电到所述配电箱(8)，所述配电箱(8)根据其上连接的各上装负载实际用电需求调配不同电力输出，进而使得车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出；
所述高压发电机控制器(7)、所述配电箱(8)、所述动力电池控制器(9)、以及所述发动机控制器均与发电控制器(5)相连，所述发电控制器(5)通过CAN总线协调控制所述发电系统工作，并检测系统故障、保障车辆高压用电安全。
2.根据权利要求1所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：所述发电控制器(5)上连接有用户操作开关(51)、第一CAN总线(52)和第二CAN总线(53)。
3.根据权利要求2所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：所述第一CAN总线(52)上依次连接有高压发电机控制器(7)、动力电池控制器(9)以及配电箱(8)；所述发电控制器(5)通过采集所述用户操作开关(51)和所述第一CAN总线(52)数据，控制所述高压发电机控制器(7)、所述动力电池控制器(9)、以及所述配电箱(8)以实现高压恒压发电功能。
4.根据权利要求2或3所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：所述第二CAN总线(53)上连接有车辆仪表(531)、车辆终端显示器(532)、底盘制动ABS控制单元(533)以及发动机控制器(534)；所述发电控制器(5)通过第二CAN总线接收底盘制动ABS车速信号、发动机控制器转速信号等信息，并将相关信息包括故障发送给车辆仪表(531)、车辆终端显示器(532)进行信息显示、故障诊断，同时对发动机扭矩进行限制，进而保护传动系统。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：所述高压发电机(4)的转速在低转速区间时，输出给上装负载的功率完全由所述动力电池(6)提供。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：所述高压发电机(4)的转速在中转速区间时，所述高压发电机(4)的输出功率小于上装负载所需功率，由所述高压发电机(4)与所述动力电池(6)共同输出功率给上装负载，所述动力电池起到了稳定电压、提升供电品质的作用。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：所述高压发电机(4)的转速在高转速区间时，所述高压发电机(4)输出额定功率，完全由所述高压发电机(4)输出功率给上装负载；
当上装负载减小至所述高压发电机(4)额定运行区间时单独由所述高压发电机(4)供电给上装负载。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种前端轮系行车发电系统，其特征在于：当所述高压发电机(4)输出电压不稳定时，所述动力电池(6)对所述配电箱(8)进行电流输入，以保证供电品质；当所述动力电池(6)因工作放电，其电压及功率下降出现亏电时，所述发电控制器(5)控制所述配电箱(8)对所述动力电池(6)进行充电直到充满，以保证车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出。
9.一种前端轮系行车发电方法，其特征在于：应用如权利要求1-8中任一项所述的一种前端轮系行车发电系统实现，包括如下步骤：
S1：通过所述发动机(1)前端皮带轮系驱动所述高压发电机(4)发电，使得所述高压发电机(4)输出三相高压交流电；
S2：将不稳定的所述三相高压交流电输入到所述高压发电机控制器(7)中，所述高压发电机控制器(7)经过整流、稳压，最终输出稳定的高压直流电到所述配电箱(8)；
S3：所述配电箱(8)根据其上连接的各上装负载的实际用电需求调配不同电力输出，以使得车辆行车与驻车均可实现稳定的大功率发电输出。
10.一种车辆，其特征在于，包含权利要求1-9中任一项所述的前端轮系行车发电系统。
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