CN1933283A - 一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统 - Google Patents

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汪伟
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李雪峰
王海滨
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Abstract

一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统，它包括三相全波整流单元，高压动力电配电单元以及整车中央控制单元，三相全波整流单元将发电机输出的三相交流电进行全波整流，变成直流电源；高压动力电配电单元包括直流输出及检测电路、动力蓄电池电路、电机供电电路、油泵电机供电电路、气泵电机供电电路、电空调供电电路和辅助动力供电电路；集成度高，适于汽车有限的空间进行布置安装。它为混合动力电动车动力系统提供了一套完整的动力总成控制方案，无需用户进行单部件匹配。集数据采集、数据分析、故障诊断、现场控制、远程检测等功能于一体。

Description

一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统
技术领域
本发明属于汽车动力控制系统，特别是一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统。
背景技术
当今，石油资源严重短缺，各国正在致力于发展电动汽车产业。由于目前的电池技术仍处于瓶颈状态，未能有较大突破，而氢燃料电池成本又居高不下，因此纯电动车和燃料电池电动车的发展在目前仍受较大制约，在很长的一段时期内，混合动力电动车发展前景良好，有望近期实现产业化。顾名思义，混合动力车的动力来源是有多种形式的能量混合提供的，包括动力蓄电池化学能、发动机动能、发电机电能及驱动电机制动所产生的电能，最终这些能量转化为机械能驱动车轮前进。由于混合动力车动力来源的多样性和复杂性，其动力系统的总成控制也相对复杂，技术难度大。动力总成控制系统直接决定了混合动力车整车的环保性、经济性和动力性。
发明内容
为了在兼顾整车的动力性的同时，能有效的协调控制发动机、电池、驱动电机，使多种能源匹配均衡，从而降减少动机排放、降低发动机油耗，最终实现整车的环保性、经济性和动力性。
本发明提供一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统，它包括三相全波整流单元1，高压动力电配电单元2以及整车中央控制单元3，其中：
所述三相全波整流单元1包括三个整流模块4、5、6，每个模块包含两个串联二极管，发电机的三相交流电输出端分别与三个整流模块的交流电输入端相连，该三相全波整流单元1将发电机输出的三相交流电进行全波整流，变成直流电源；
所述高压动力电配电单元2包括直流输出及检测电路7、动力蓄电池电路8、电机供电电路9、油泵电机供电电路10、气泵电机供电电路11、电空调供电电路12和辅助动力供电电路13；
所述直流输出及检测电路7包括与三相全波整流单元1的直流输出端相连的输出母排70、输出电压传感器TV1及输出电流传感器TA1；且输出电压传感器TV1连接在输出母排70的正端和负端之间，输出电流传感器TA1串联在输出母排70所在的输出回路之中；
所述动力蓄电池电路8包括与正端与输出母排70正端相连的汇流母排80，在汇流母排80的正端依次连接有电流传感器TA2、熔断器FU1和控制接触器K3，在控制接触器K3的两端并联有控制接触器K4和由预充电电阻R6、接触器K8构成的串联支路，控制接触器K3的另一端即是动力蓄电池电路8的正输出端；在汇流母排80的负端连接有由控制接触器K1、K2构成的并联支路，控制接触器K1的另一端即是动力蓄电池电路8的负输出端；在动力蓄电池电路8的正输出端与直流电源地之间连接有由限流电阻器R5和电流传感器TA4，在动力蓄电池电路8的负输出端与直流电源地之间连接有电阻器R4；
所述电机供电电路9包括正端与输出母排70正端相连的电机电源输出母排90、熔断器FU2、由控制接触器K5和K6并联构成的接触器支路、由预充电接触器K7和预充电电阻R3串联构成的预充支路，熔断器FU2和接触器支路依次连接在电机电源输出母排90正端之后，预充支路与接触器支路并联连接，接触器支路的一端即是电机供电电路9向电机控制器供电的正输出端，电机供电电路9向电机控制器供电的负输出端与输出母排70的负端相连；
所述油泵电机供电电路10包括一个将直流电源逆变驱动供油泵电机的三相交流电的制动电源，该制动电源的直流电源输入端通过熔断器FU4与输出母排70相连；
所述气泵电机供电电路11包括一个将直流电源逆变驱动供气泵电机的三相交流电的转向电源，该转向电源的直流电源输入端通过熔断器FU5与输出母排70相连；
所述电空调供电电路12的直流电源输出端通过熔断器FU6与输出母排70相连；
所述辅助动力供电电路13的直流电源输出端通过熔断器FU7与输出母排70相连；
所述整车中央控制单元3包括信号输入输出板31、控制电源板32、CPU核心板33、中央控制单元控制盒34和CAN总线接口35，控制电源板32为其它各部分电路提供直流工作电源，信号输入输出板31接收各类传感器的信号，CPU核心板33、中央控制单元控制盒34完成司机操作意图解释、发动机转速功率控制、发电机输出电压控制、驱动电机转矩控制、整车多能源动力总成协调控制，以及系统安全保护和故障检测与记录，CAN总线接口35带有3路CAN2.0B通讯接口，可方便的与汽车传统部件接口。
它可以满足技术任务各项要求，为实现整车集成化奠定基础，同时，降低系统成本及维护安装工作量。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明三相全波整流单元和高压动力电配电单元电路原理图。
具体实施方式
一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统，如图1，图2所示，图2的虚线框内就是三相全波整流单元和高压动力电配电单元电路原理图，其余部分是与之相连的对应电路。
它包括三相全波整流单元1，高压动力电配电单元2以及整车中央控制单元3，其中：
所述三相全波整流单元1包括三个整流模块4、5、6，每个模块包含两个串联二极管，发电机的三相交流电输出端分别与三个整流模块的交流电输入端相连，该三相全波整流单元1将发电机输出的三相交流电进行全波整流，变成直流电源；
所述高压动力电配电单元2包括直流输出及检测电路7、动力蓄电池电路8、电机供电电路9、油泵电机供电电路10、气泵电机供电电路11、电空调供电电路12和辅助动力供电电路13；其主要功能是将多种电能通过铜母排、接触器及熔断器以及动力部件构成电气回路，并使各回路通过接触器可控、通过熔断器实现过流保护，以及提供各支路的电压电流信号，以作为控制的关键参考量。
所述直流输出及检测电路7包括与三相全波整流单元1的直流输出端相连的输出母排70、输出电压传感器TV1及输出电流传感器TA1；且输出电压传感器TV1连接在输出母排70的正端和负端之间，输出电流传感器TA1串联在输出母排70所在的输出回路之中；
所述动力蓄电池电路8包括与正端与输出母排70正端相连的汇流母排80，在汇流母排80的正端依次连接有电流传感器TA2、熔断器FU1和控制接触器K3，在控制接触器K3的两端并联有控制接触器K4和由预充电电阻R6、接触器K8构成的串联支路，控制接触器K3的另一端即是动力蓄电池电路8的正输出端；在汇流母排80的负端连接有由控制接触器K1、K2构成的并联支路，控制接触器K1的另一端即是动力蓄电池电路8的负输出端；在动力蓄电池电路8的正输出端与直流电源地之间连接有由限流电阻器R5和电流传感器TA4，在动力蓄电池电路8的负输出端与直流电源地之间连接有电阻器R4；
所述电机供电电路9包括正端与输出母排70正端相连的电机电源输出母排90、熔断器FU2、由控制接触器K5和K6并联构成的接触器支路、由预充电接触器K7和预充电电阻R3串联构成的预充支路，熔断器FU2和接触器支路依次连接在电机电源输出母排90正端之后，预充支路与接触器支路并联连接，接触器支路的一端即是电机供电电路9向电机控制器供电的正输出端，电机供电电路9向电机控制器供电的负输出端与输出母排70的负端相连；
所述油泵电机供电电路10包括一个将直流电源逆变驱动供油泵电机的三相交流电的制动电源，该制动电源的直流电源输入端通过熔断器FU4与输出母排70相连；
所述气泵电机供电电路11包括一个将直流电源逆变驱动供气泵电机的三相交流电的转向电源，该转向电源的直流电源输入端通过熔断器FU5与输出母排70相连；
所述电空调供电电路12的直流电源输出端通过熔断器FU6与输出母排70相连；
所述辅助动力供电电路13的直流电源输出端通过熔断器FU7与输出母排70相连；
所述整车中央控制单元3包括信号输入输出板31、控制电源板32、CPU核心板33、中央控制单元控制盒34和CAN总线接口35，控制电源板32为其它各部分电路提供直流工作电源，信号输入输出板31接收各类传感器的信号，CPU核心板33、中央控制单元控制盒34完成司机操作意图解释、发动机转速功率控制、发电机输出电压控制、驱动电机转矩控制、整车多能源动力总成协调控制，以及系统安全保护和故障检测与记录，CAN总线接口35带有3路CAN2.0B通讯接口，可方便的与汽车传统部件接口。
三相全波整流单元是APU单元，即Auxiliary Power Unit，其主要功能就是将发电机输出的三相交流电进行全波整流，变成直流电源。整流模块单元输出的额定功率为60KW，峰值功率为75KW(三分钟)，直流母线电压为DC340V-DC480V最大直流母线电流为IDCmax＝Pmax/VDCmin≈220(A)单管平均最大电流为IACmax＝IDCmax/3≈73(A)
本系统选择了三个瑞田达的整流模块构成，每个模块包含两个串联二极管，电压1600V，电流160A。
它要求具备主回路接地，产生保护，跳主断，提示司机；同时，实时检测主回路漏电流及绝缘电阻；高压电源分配：要求通过母排、保险、接触器等方式，实现整车高压电源分配；三相全波整流：要求实现同步发电机输出三相电流进行全波整流，整流器输出直流侧电压范围：320V-480V；输出功率范围20-70kW；驱动电机控制器辅助高压回路实现预充电回路及直流电压检测；APU整流模块电气原理与原有设计基本相同。输出模块的额定功率为60KW，峰值功率为75KW(三分钟)，考虑到系统的容量和成本，选择了三个瑞田达的整流桥臂构成，每个桥臂包含两个串联二极管，电压1600V，电流160A。
本发明具有以下优势和特点：1)集成度高，适于汽车有限的空间进行布置安装。2)为混合动力电动车动力系统提供了一套完整的动力总成控制方案，无需用户进行单部件匹配。3)该技术借鉴了铁路产品的设计理念，其的高可靠性、高安全性满足汽车运行环境。4)根据不同的部件配置，如动力电池、发动机、驱动电机的性能参数更改，动力总成柜可通过上位机接口直接修该部件参数，就可实现控制算法与新的部件配置的匹配。5)集数据采集、数据分析、故障诊断、现场控制、远程检测等功能于一体。6)系统的高效率，及控制算法的优化可为整车节能作出显著贡献。

Claims (2)

1、一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统，它包括三相全波整流单元1，高压动力电配电单元2以及整车中央控制单元3，其特征在于：
所述三相全波整流单元(1)包括三个整流模块(4、5、6)，每个模块包含两个串联二极管，发电机的三相交流电输出端分别与三个整流模块的交流电输入端相连，该三相全波整流单元1将发电机输出的三相交流电进行全波整流，变成直流电源；
所述高压动力电配电单元(2)包括直流输出及检测电路(7)、动力蓄电池电路(8)、电机供电电路(9)、油泵电机供电电路(10)、气泵电机供电电路(11)、电空调供电电路(12)和辅助动力供电电路(13)；
所述整车中央控制单元(3)包括信号输入输出板(31)、控制电源板(32)、CPU核心板(33)、中央控制单元控制盒(34)和CAN总线接口(35)，控制电源板(32)为其它各部分电路提供直流工作电源，信号输入输出板(31)接收各类传感器的信号，CPU核心板(33)、中央控制单元控制盒(34)完成司机操作意图解释、发动机转速功率控制、发电机输出电压控制、驱动电机转矩控制、整车多能源动力总成协调控制，以及系统安全保护和故障检测与记录，CAN总线接口(35)带有3路CAN2.0B通讯接口，可方便的与汽车传统部件接口。
2、如权利要求1的一种用于混合动力电动车的动力总成控制系统，其特征在于：
所述直流输出及检测电路(7)包括与三相全波整流单元(1)的直流输出端相连的输出母排(70)、输出电压传感器TV1及输出电流传感器TA1；且输出电压传感器TV1连接在输出母排(70)的正端和负端之间，输出电流传感器TA1串联在输出母排(70)所在的输出回路之中；
所述动力蓄电池电路(8)包括与正端与输出母排(70)正端相连的汇流母排(80)，在汇流母排(80)的正端依次连接有电流传感器TA2、熔断器FU1和控制接触器K3，在控制接触器K3的两端并联有控制接触器K4和由预充电电阻R6、接触器K8构成的串联支路，控制接触器K3的另一端即是动力蓄电池电路8的正输出端；在汇流母排(80)的负端连接有由控制接触器K1、K2构成的并联支路，控制接触器K1的另一端即是动力蓄电池电路8的负输出端；在动力蓄电池电路(8)的正输出端与直流电源地之间连接有由限流电阻器R5和电流传感器TA4，在动力蓄电池电路(8)的负输出端与直流电源地之间连接有电阻器R4；
所述电机供电电路(9)包括正端与输出母排(70)正端相连的电机电源输出母排(90)、熔断器FU2、由控制接触器K5和K6并联构成的接触器支路、由预充电接触器K7和预充电电阻R3串联构成的预充支路，熔断器FU2和接触器支路依次连接在电机电源输出母排(90)正端之后，预充支路与接触器支路并联连接，接触器支路的一端即是电机供电电路(9)向电机控制器供电的正输出端，电机供电电路(9)向电机控制器供电的负输出端与输出母排(70)的负端相连；
所述油泵电机供电电路(10)包括一个将直流电源逆变驱动供油泵电机的三相交流电的制动电源，该制动电源的直流电源输入端通过熔断器FU4与输出母排(70)相连；
所述气泵电机供电电路(11)包括一个将直流电源逆变驱动供气泵电机的三相交流电的转向电源，该转向电源的直流电源输入端通过熔断器FU5与输出母排(70)相连；
所述电空调供电电路(12)的直流电源输出端通过熔断器FU6与输出母排(70)相连；
所述辅助动力供电电路(13)的直流电源输出端通过熔断器FU7与输出母排(70)相连。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication