CN209419522U - 一种车载取力行车发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种车载取力行车发电系统，属于取力发电技术领域，包括发动机、永磁交流发电机、直流发电机以及发电机控制器，发动机与永磁交流发电机为皮带或轴带连接，发动机与直流发电机之间为皮带或轴带连接；直流发电机的输出端与直流负载连接，永磁交流发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器的输出端连接交流负载或直流负载；直流发电机的输出端还连接蓄电池，蓄电池的输出端经增功器接入发电机控制器的输出端，增功器的通过CAN总线与发电机控制器连接。通过采用永磁交流发电机，并对其输出的交流电采用不可控整流变成直流电，采用直流变换让直流电压稳定，适用不同转速下的用电需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及取力发电技术领域，特别涉及一种车载取力行车发电系统。
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、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。取力行车发电系统在车辆行驶过程中，通过皮带或者轴带带动发电机，发电机控制电路控制发电机运行输出直流或交流电，大多数场合输出220V/50Hz交流电，为用电设备提供稳定可靠的电能，而车辆底盘及其部分设备用电仍然采用直流供电。
目前，车载发电机一般采用交流异步发电机，该类发电机需要控制励磁电流，控制策略较复杂，功率密度相对低，因此体积重量大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种车载取力行车发电系统，以降低车载取力行车发电系统的体积重量。
为实现以上目的，本实用新型采用一种车载取力行车发电系统，包括：发动机、永磁交流发电机、直流发电机以及发电机控制器，发动机与永磁交流发电机为皮带或轴带连接，发动机与直流发电机之间为皮带或轴带连接；
直流发电机的输出端与直流负载连接，永磁交流发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器的输出端连接交流负载或直流负载；
直流发电机的输出端还连接蓄电池，蓄电池的输出端经增功器接入发电机控制器的输出端，增功器的通过CAN总线与发电机控制器连接。
优选地，所述发电机控制器包括不控整流电路和DC/DC升降压变换器，所述永磁交流发电机的输出端连接不控整流电路，不控整流电路的输出端连接DC/DC升降压变换器，DC/DC升降压变换器的输出端连接所述直流负载。
优选地，所述不控整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及电容C1；
二极管D1的正极与二极管D4的负极连接，二极管D2的正极与二极管D5的负极连接，二极管D3的正极与二极管D6的负极连接，二极管D1的负极依次接入二极管D2的负极和二极管D3的负极，二极管D4的正极依次接入二极管D5的正极和二极管D6的正极，电容C1的两端分别与二极管D3的负极、二极管D6的正极连接；
所述永磁交流发电机的绕组电感La接入二极管D1的正极与二极管D4的负极的连接线，所述永磁交流发电机的绕组电感Lb接入二极管D2的正极与二极管D5的负极之间的连接线，所述永磁交流发电机的绕组电感Lc接入二极管D4的正极依次接入二极管D5负极之间的连接线。
优选地，所述DC/DC升降压变换器包括第一功率开关管、第二功率开关管、电感L、二极管D7、二极管D8以及电容C2；
所述不控整流电路的输出端接入所述第一功率开关管，第一功率开关管经电感L分别接入第二功率开关管和二极管D8的负极，二极管D8的正极连接至电容C2的一端，第一功率开关管还经二极管D7的负极分别连接第二功率开关管和电容C2的另一端。
优选地，所述发电机控制器还包括逆变电路，所述DC/DC升降压变换器的输出端经逆变电路接交流负载，所述增功器与所述DC/DC升降压变换器之间、所述增功器与逆变电路之间以及所述DC/DC升降压变换器与逆变电路之间均通过CAN总线连接。
优选地，所述逆变电路包括第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、电感L2以及电容C3；
第三功率开关管的发射极与第五功率开关管的集电极连接后接入电感L2的一端，第三功率开关管的集电极和第五功率开关管的发射极分别连接在所述DC/DC升降压变换器两端；
第四功率开关管的发射极与第六功率开关管的集电极连接，第四功率开关管的集电极连接在第三功率开关管的集电极，第六功率开关管的发射极连接在第五功率开关管的发射极；
第六功率开关管的集电极与电容C3的一端连接，电容C3的另一端连接电感L2的另一端，电容C3的两端接交流负载。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：现有技术中车载发电机一般采用交流异步发电机，该类发电机需要控制励磁电流，控制策略较复杂，功率密度较低导致体积重量大。本实用新型采用永磁交流发电机代替交流异步发电机，同时考虑到永磁交流发电机固有的特性，永磁交流发电机的电压与发动机的转速关联较大，在发动机转速过低和过高时，永磁交流发电机均不能使用。因此对永磁交流发电机输出的交流电采用不可控整流变成直流电，采用直流变换让直流电压稳定，满足车辆在行驶过程中因发动机低速导致的永磁交流发电机输出功率不足时电功率的增补需求，可适用不同转速、不同负荷类型情况下的用电需求。
附图说明
下面结合附图，对本实用新型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系统的结构示意图；
图2是另一种车载取力行车发电系统的结构示意图；
图3是车载取力行车发电系统的拓扑图。
具体实施方式
为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型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系统，包括发动机10、永磁交流发电机20、直流发电机30以及发电机控制器40，发动机10与永磁交流发电机20为皮带或轴带连接，发动机10与直流发电机30之间为皮带或轴带连接；
直流发电机30的输出端与直流负载50连接，永磁交流发电机20的输出端与发电机控制器40连接，发电机控制器40的输出端连接交流负载60或直流负载50；
直流发电机30的输出端还连接蓄电池70，蓄电池70的输出端经增功器80接入发电机控制器40的输出端，增功器的通过CAN总线与发电机控制器40连接。
本实施例中采用永磁交流发电机代替传统的交流异步发电机，由于永磁交流发电机的固有特性，发电机一转动就发电，发电电压还随着转速升高而升高，当发动机转速低时，发电机电压低，不能使用；当发动机转速高时，发电机电压高，甚至超过后续变换器安全工作电压，发电机电压与发动机转速关联大。因此利用发电机控制器对永磁交流发电机输出的交流电采用不控整流加直流变换，使输出稳定的直流电压。
需要说明的是，本实施例还可采用电流电压双闭环矢量的控制，稳定电压，但该方案变换复杂，控制难度高。
还需要说明的是，本实施例还采用蓄电池升压增功的方案，满足车辆在行驶过程中发动机低速导致的发电机输出功率不足时电功率的增补需求。
优选地，发电机控制器40包括不控整流电路41和DC/DC升降压变换器42，所述永磁交流发电机的输出端连接不控整流电路41，不控整流电路41的输出端连接DC/DC升降压变换器42，DC/DC升降压变换器42的输出端连接所述直流负载。其中，蓄电池的输出端经增功器接入DC/DC升降压变换器42的输出端，增功器的通过CAN总线与DC/DC升降压变换器42连接进行双向通信。
优选地，如图3所示，不控整流电路41包括二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及电容C1；
二极管D1的正极与二极管D4的负极连接，二极管D2的正极与二极管D5的负极连接，二极管D3的正极与二极管D6的负极连接，二极管D1的负极依次接入二极管D2的负极和二极管D3的负极，二极管D4的正极依次接入二极管D5的正极和二极管D6的正极，电容C1的两端分别与二极管D3的负极、二极管D6的正极连接；
所述永磁交流发电机的绕组电感La接入二极管D1的正极与二极管D4的负极的连接线，所述永磁交流发电机的绕组电感Lb接入二极管D2的正极与二极管D5的负极之间的连接线，所述永磁交流发电机的绕组电感Lc接入二极管D4的正极依次接入二极管D5负极之间的连接线。
优选地，如图3所示，DC/DC升降压变换器42包括第一功率开关管、第二功率开关管、电感L、二极管D7、二极管D8以及电容C2；所述不控整流电路41的输出端接入所述第一功率开关管，第一功率开关管经电感L分别接入第二功率开关管和二极管D8的负极，二极管D8的正极连接至电容C2的一端，第一功率开关管还经二极管D7的负极分别连接第二功率开关管和电容C2的另一端。
其中，第一功率开关管S1的集电极与电容C1的一端连接，第一功率开关管S1的发射极分别与二极管D7的负极连接和与电感L1的一端连接，二极管D7的正极与第二功率开关管S2的发射极连接后接入电容C2的另一端，第二功率开关管S2的的集电极分别连接电感L2的另一端以及连接二极管D8的正极，二极管D8的负极与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电容C1的另一端连接。
优选地，如图2所示，发电机控制器40还包括逆变电路43，所述DC/DC升降压变换器42的输出端经逆变电路接交流负载，所述增功器与所述DC/DC升降压变换器42之间、所述增功器与逆变电路之间以及所述DC/DC升降压变换器42与逆变电路之间均通过CAN总线连接。
如图3所示，逆变电路43包括第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、电感L2以及电容C3；
第三功率开关管S3的集电极接入电容C2的一端，第五功率开关管S5的发射极接入入电容C2的另一端；
第三功率开关管S3的发射极与第五功率开关管S5的集电极连接后接入电感L2的一端，第三功率开关管S3的集电极和第五功率开关管S5的发射极分别连接在DC/DC升降压变换器42两端；
第四功率开关管S4的发射极与第六功率开关管S6的集电极连接，第四功率开关管S4的集电极连接在第三功率开关管S3的集电极，第六功率开关管S6的发射极连接在第五功率开关管S5的发射极；
第六功率开关管S6的集电极与电容C3的一端连接，电容C3的另一端连接电感L2的另一端，电容C3的两端接交流负载。
需要说明的是，本实施例中的功率开关管由带阻尼二极管和NPN三极管组成，二极管的正极与NPN三极管的发射极连接，二极管的负极与NPN三极管的集电极连接。
需要说明的是，本实施例采用永磁交流发电机和直流发电机，利用发动机带动发电机发电。永磁交流发电机通过不控整流电路41中的二极管D1-D6输出直流电，电能储存于电容C1中，该直流电经过buck-boost升降压DC/DC变换得到某一定值电压的直流电，若负荷是直流负荷，该电源直接可以供负荷使用；若负荷是交流负荷，该直流电经过逆变电路提供交流电供负荷使用如图3所示。
在实际应用中，本实施例中的车载取力行车发电系统的工作原理如下：
（1）当车辆在正常行驶时发动机转速不小于一定转速，交直流发电机发电能力能发出足够的电力，永磁交流发电机发出交流电经过整流变成直流电能够直流使用。
（2）当发动机转速较低，永磁交流发电机输出功率有缺额，需要通过增功器（即DC/DC升压变换器）进行功率补偿。此时永磁交流发电机发出的交流电电压低，经过不控整流电路41后得到的直流电压也较低，此时DC/DC升压变换器处于升压模式，即图3中的第一功率开关管S1常开，第二功率开关管S2、二极管D8和电感L1组合成boost升压拓扑，控制第二功率开关管S2开关时间长短即可控制输出的电容C2上的电压；增功器将蓄电池输入的低压变换为高压直流电供给电机控制器输出端到直流公共母线，补偿交流发电机因转速低造成的功率输出缺额。
需要说明的是，关于直流源并联与能量分配策略比较成熟，这里不赘叙。
（3）当发动机转速高于某一定速度时，此时永磁交流发电机发出的交流电电压较高，经过不控整流电路41后得到的直流电压也较高，此时增功器处于降压模式，图3中的第二功率开关管S2常闭，第一功率开关管S1、二极管D7和电感L1组合成buck降压拓扑，控制第一功率开关管S1开关时间长短即可控制输出的电容C2上的电压。
需要说明的是，电容C2上的电能可以同增功器输出的电能并联使用，也可以经过逆变电路转换成交流电能使用。图3中功率开关管S3至S6与电感L2、电容C3组合成H桥逆变器，逆变控制策略不赘述。
本实施例公开的车载取力行车发电系统采用永磁交流发电机发电与不控整流、DC/DC升降压共同使用解决永磁机发电电压与发动机转速关联的问题。并且通过增功器的不同变换满足不同供电需求。
本实施例的车载取力行车发电系统相对于电励磁电机而言，由于功率输出经过DC/DC变换器，该方案能够有效保护控制电机。相比永磁电机矢量控制方案，本方案采用不控整流变换变换直流电，相对简单，控制难度较低。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种车载取力行车发电系统，包括发动机，其特征在于，还包括：永磁交流发电机、直流发电机以及发电机控制器，发动机与永磁交流发电机为皮带或轴带连接，发动机与直流发电机之间为皮带或轴带连接；
直流发电机的输出端与直流负载连接，永磁交流发电机的输出端与发电机控制器连接，发电机控制器的输出端连接交流负载或直流负载；
直流发电机的输出端还连接蓄电池，蓄电池的输出端经增功器接入发电机控制器的输出端，增功器的通过CAN总线与发电机控制器连接。
2.如权利要求1所述的车载取力行车发电系统，其特征在于，所述发电机控制器包括不控整流电路和DC/DC升降压变换器，所述永磁交流发电机的输出端连接不控整流电路，不控整流电路的输出端连接DC/DC升降压变换器，DC/DC升降压变换器的输出端连接所述直流负载。
3.如权利要求2所述的车载取力行车发电系统，其特征在于，所述不控整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及电容C1；
二极管D1的正极与二极管D4的负极连接，二极管D2的正极与二极管D5的负极连接，二极管D3的正极与二极管D6的负极连接，二极管D1的负极依次接入二极管D2的负极和二极管D3的负极，二极管D4的正极依次接入二极管D5的正极和二极管D6的正极，电容C1的两端分别与二极管D3的负极、二极管D6的正极连接；
所述永磁交流发电机的绕组电感La接入二极管D1的正极与二极管D4的负极的连接线，所述永磁交流发电机的绕组电感Lb接入二极管D2的正极与二极管D5的负极之间的连接线，所述永磁交流发电机的绕组电感Lc接入二极管D4的正极依次接入二极管D5负极之间的连接线。
4.如权利要求2所述的车载取力行车发电系统，其特征在于，所述DC/DC升降压变换器包括第一功率开关管、第二功率开关管、电感L、二极管D7、二极管D8以及电容C2；
所述不控整流电路的输出端接入所述第一功率开关管，第一功率开关管经电感L分别接入第二功率开关管和二极管D8的负极，二极管D8的正极连接至电容C2的一端，第一功率开关管还经二极管D7的负极分别连接第二功率开关管和电容C2的另一端。
5.如权利要求2所述的车载取力行车发电系统，其特征在于，所述发电机控制器还包括逆变电路，所述DC/DC升降压变换器的输出端经逆变电路接交流负载，所述增功器与所述DC/DC升降压变换器之间、所述增功器与逆变电路之间以及所述DC/DC升降压变换器与逆变电路之间均通过CAN总线连接。
6.如权利要求5所述的车载取力行车发电系统，其特征在于，所述逆变电路包括第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、电感L2以及电容C3；
第三功率开关管的发射极与第五功率开关管的集电极连接后接入电感L2的一端，第三功率开关管的集电极和第五功率开关管的发射极分别连接在所述DC/DC升降压变换器两端；
第四功率开关管的发射极与第六功率开关管的集电极连接，第四功率开关管的集电极连接在第三功率开关管的集电极，第六功率开关管的发射极连接在第五功率开关管的发射极；
第六功率开关管的集电极与电容C3的一端连接，电容C3的另一端连接电感L2的另一端，电容C3的两端接交流负载。
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