CN2900841Y - 一种集成起动/发电机混合动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成起动/发电机混合动力装置，其由发动机、集成起动发电机、起动机及控制器组成；其特点是，控制器由主控制模块、分别与主控制模块连接的集成起动/发电机控制功率模块、起动机控制功率模块、温度传感器、一对电压传感器组成；主控制模块的通信端与整车多能源控制器连接；集成起动发电机控制功率模块分别与集成起动发电机和设置在车上的动力电池连接；起动机控制功率模块分别与起动机和设置在车上的汽车电瓶连接。本实用新型具有三种起动发动机运行模式；提高了发动机效率，且节能，污染气体排放少；体积小，成本降低；环境温度适应性强；通过相应控制方法控制动力总成运行模式，增强整车运行可靠性。

Description

一种集成起动/发电机混合动力装置

技术领域

本实用新型涉及一种汽车动力装置，尤其涉及一种集成起动/发电机混合动力装置。

背景技术

现有技术的一种传统燃油汽车通过12V蓄电池供电的起动机来起动发动机，该传统燃油汽车的动力系统由发动机和设置在发动机壳体上的起动机组合构成；发动机的主轴伸出壳体的一端上设置一飞轮，在飞轮的外径上设有齿牙，设置在发动机壳体上的起动机主轴上也设有齿牙，并与飞轮外径上的齿牙相啮合。司机给出发动机起动指令后，通过控制开关开启12V蓄电池供电的起动机，起动机带动发动机转动，起动机将发动机速度提拉至200～300转/分钟后，发动机控制器控制喷油点火，燃油燃烧后将发动机起动至怠速转速(800～1000转/分钟，根据发动机不同而不同)，从而完成发动机的起动。

现有技术的这种传统燃油汽车的动力系统的缺点是：发动机耗油，效率低；汽车的尾气排放污染大；当动力系统出现故障，不能及时恢复正常运行，影响汽车安全可靠运行。

现有技术的另一种混合动力车中的动力系统由发动机、集成起动发电机及控制器组成，集成起动发电机的定子固接在发动机壳体上，集成起动发电机的转子套置在发动机主轴上，集成起动发电机的主轴与发动机主轴通过键槽连接，集成起动发电机的电源接线端通过导线与控制器连接。发动机的起动由集成起动发电机完成，因此，在该种动力系统中取消了起动机。集成起动发电机在得到起动发动机命令后，电动带动发动机转动，由于其功率比起动机大很多，可以将发动机转速迅速提升至怠速转速，此时发动机控制器再控制喷油点火，从而完成发动机起动。

在现有技术的动力系统中采用集成起动发电机起动方式，虽然具有起动快速，节能的优点，但在实际应用时，其缺点是：由于集成起动发电机既是起动机，又是发电机，它必须同时满足这两种功能对最大电动力矩和发电功率的要求，当环境温度很低，如零下40度时，起动普通轿车发动机需要80Nm以上的力矩，集成起动发电机输出力矩必须按照输出转矩80Nm以上的指标设计，导致集成起动发电机尺寸较大，给整车布置带来不便，甚至会出现安装不下的情况；另外，在动力系统中只有集成起动发电机，而没有起动机的情况下，如果集成起动发电及其控制器，或者设置在汽车上的动力电池及其控制系统，或者高压控制/安全系统出现故障，或者由于动力电池电量不足，输出电压偏低等性能下降的情况，动力系统不能够正常工作，发动机不能起动，整个车辆就彻底不能运行。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种集成起动/发电机混合动力装置，它能使汽车的混合动力系统具有三种起动发动机运行模式，不仅具有传统车的功能，还具有混合动力车节能、环保的优点；并能优化混合动力系统，使得整体尺寸减小、功率增大、成本降低；同时通过控制方法能协调控制起动机和集成起动发电机工作，可提高整车运行的安全性和可靠性。

本实用新型一种集成起动/发电机混合动力装置的目的是通过以下技术方案实现的：集成起动/发电机混合动力装置，包括发动机、集成起动发电机、起动机及控制器组成；其特点是，所述的发动机主轴与集成起动发电机主轴同轴连接；所述的集成起动发电机的定子固接在发动机壳体上，所述的起动机设置在集成起动发电机的定子上，压板设置在发动机主轴端，将飞轮与发动机主轴紧固连接；

所述的控制器由箱体、设置在箱体内的主控制模块、集成起动发电机控制功率模块、起动机控制功率模块、设置在箱体上的温度传感器、设置在动力电池输出电缆上的一电压传感器、设置在汽车电瓶输出电缆上的另一电压传感器组成；所述的主控制模块分别与集成起动发电机控制功率模块、起动机控制功率模块连接；主控制模块的多个输入端分别与温度传感器和一对电压传感器的输出端对应连接，主控制模块的通信端通过通信总线与整车多能源控制器连接；所述的集成起动发电机控制功率模块分别与集成起动发电机和设置在车上的动力电池连接；所述的起动机控制功率模块分别与起动机和设置在车上的汽车电瓶连接。

上述的集成起动/发电机混合动力装置，其中，所述的主控制模块由微处理器、A/D模数转换器、驱动器、CAN接收发送器组成；所述的A/D模数转换器的各输入端分别与温度传感器、一对电压传感器的输出端对应连接；所述的微处理器数据端和控制端与A/D模数转换器的数据端和控制端对应连接，微处理器的接收信号端和发送信号端与CAN接收发送器的接收信号端和发送信号端对应连接，微处理器的各输出端与驱动器的各输入端对应连接；所述的驱动器的各输出端分别与各集成起动发电机控制功率模块和起动机控制功率模块连接；所述的CAN接收发送器的通信端通过通信总线与整车多能源控制器连接。

上述的集成起动/发电机混合动力装置，其中，所述的发动机主轴上设有的飞轮外径设有齿牙，起动机主轴外径设有与飞轮外径齿牙相适配的齿牙，飞轮外径齿牙与起动机主轴外径的齿牙相啮合连接。

上述的集成起动/发电机混合动力装置，其中，所述的发动机主轴与集成起动发电机主轴通过法兰同轴连接。

上述的集成起动/发电机混合动力装置，其中，所述的起动电机控制功率模块由开关和电解电容组成；开关的两个常开触点串接在汽车电瓶的正电压输出电缆中，电解电容的正负端分别与汽车电瓶的电压输出电缆的正负线连接。

本实用新型由于采用了上述的集成起动/发电机混合动力装置技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本实用新型由于在动力系统中设有集成起动发电机、起动机、控制混合动力系统工作的控制器及控制方法程序，因此，本实用新型具有三种起动发动机运行模式，使发动机点火发生在怠速转速附近，只需要很少的燃油就可以完成发动机起动，提高了发动机效率，不仅具有节能，且污染气体排放少；同时通过控制方法能协调控制起动机和集成起动发电机工作，可确保整车运行的安全性和可靠性。

2.本实用新型动力系统中由于设有集成起动发电机控制功率模块，使集成起动发电机除了具有起动发动机的功能之外，还具有行车助力，行车发电和制动能量回收等功能。

3.本实用新型由于可采用起动机辅助起动的模式，因此，降低了集成起动发电机输出转矩的要求，从而可减小集成起动发电机整体结构尺寸，降低了系统成本。

4.本实用新型由于可采用起动机辅助起动的模式，扩展了混合动力车的环境温度适应性，在汽车工业要求的零下40度最低工作温度，也可以正常起动。

5.当本实用新型混合动力装置中的电驱动出现故障，由于可采用由起动机起动发动机，进入燃油车运行模式，确保整车仍然可以运行。

附图说明

图1是本实用新型集成起动/发电机混合动力装置的机械部分的结构示意图。

图2是本实用新型集成起动/发电机混合动力装置电路框图。

图3是本实用新型集成起动/发电机混合动力装置中的控制模块电路原理图。

图4是本实用新型集成起动/发电机混合动力装置中的集成起动发电机ISG控制功率模块电路原理图。

图5是本实用新型集成起动/发电机混合动力装置中的起动机控制功率模块电路原理图。

图6是本实用新型集成起动/发电机混合动力装置的控制方法流程图。

具体实施方式

请参见图1所示，集成起动/发电机混合动力装置，包括：发动机1、集成起动发电机2、起动机3及控制器4组成；发动机1的主轴12与集成起动发电机2的主轴通过法兰同轴连接；集成起动发电机2的转子套置在发动机1主轴12上，集成起动发电机2的定子21固接在发动机壳体14上；起动机3设置在集成起动发电机2的定子21上，发动机主轴12上设有飞轮11，在飞轮11外径设有齿牙111，该齿牙111与起动机3的主轴31外径上设有的齿牙311相啮合，压板13设置在发动机主轴12端，将飞轮11与发动机主轴12紧固连接。当集成起动发电机2通过控制器4的控制起动后，集成起动发电机2的主轴转动，带动发动机1转动。当起动机3受控起动后，通过起动机3的主轴31外径上的齿牙311带动发动机1的飞轮11和主轴12转动。

集成起动/发电机混合动力装置，由于可采用混合动力起动模式，因此，降低了集成起动发电机输出转矩的要求，集成起动发电机的最大电动力矩可按照常温下起动发动机所需最大力矩值设计，而不是按照最低工作温度下起动发动机的值设计，最大输出力矩为40Nm即可，其结构尺寸可以下降30％以上。

请参见图2所示，控制器4由箱体(图上未标注)、设置在箱体内的主控制模块41、集成起动发电机控制功率模块42、起动机控制功率模块43、设置在箱体上的温度传感器44、设置在动力电池输出电缆上的电压传感器45、设置在汽车电瓶输出电缆上的电压传感器46组成；主控制模块41分别与集成起动发电机控制功率模块42、起动机控制功率模块43连接，双向传输数据；主控制模块41的多个输入端分别与温度传感器44和一对电压传感器45、46的输出端对应连接，主控制模块41接收箱体的温度信号和动力电池和汽车电瓶的电压信号；主控制模块41的通信端通过CAN通信总线与整车多能源控制器47连接，双向传输数据和命令；集成起动发电机控制功率模块42的输出端与集成起动发电机2的电源控制端连接；集成起动发电机控制功率模块42通过电缆与设置在车上的动力电池48的电压输出端连接，通过集成起动发电机控制功率模块42，为集成起动发电机提供工作电压，汽车运行中，当集成起动发电机工作在发电机模式，集成起动发电机通过集成起动发电机控制功率模块42可向动力电池48充电；起动机3控制功率模块43与起动机3的电源控制端连接，起动机控制功率模块43通过电缆与设置在车上的汽车电瓶49的电压输出端连接，汽车电瓶49通过起动机控制功率模块43为起动机提供工作电压。

请参见图3所示，主控制模块41由微处器411、A/D模数转换器412、驱动器413、CAN接收发送器414组成；其中：主控制模块41采用的芯片的型号为TMS320F2407A，A/D模数转换器412采用通用的模数转换器芯片，驱动器413采用的芯片的型号为HCPL4506，CAN接收发送器414采用的芯片的型号为TJA1050。

A/D模数转换器412的输入端分别与温度传感器44、一对电压传感器45、46的输出端连接，箱体的温度信号、动力电池和汽车电瓶的电压信号通过A/D模数转换器412，将模拟信号转换成数字信号；微处理器411的数据端和控制端与A/D模数转换器412的数据端和控制端对应连接，微处理器411的接收信号端和发送信号端与CAN接收发送器414的接收信号端和发送信号端对应连接，CAN接收发送器414的通信端通过CAN通信总线与整车多能源控制器47连接，微处理器411将温度数据和动力电池和汽车电瓶的电压数据处理后通过CAN接收发送器414传输给整车多能源控制器47；整车多能源控制器47将动力电池的电量数据传输给微处理器411；微处理器411的各输出端与驱动器413的各输入端连接；驱动器413的各输出端分别与各集成起动发电机控制功率模块42和起动电机控制功率模块43的输入端对应连接；微处理器411分别向集成起动发电机控制功率模块42和起动电机控制功率模块43输出驱动信号。

请参见图4所示，集成起动发电机控制功率模块42由六个开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、六个续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、电解电容C1组成；电解电容C1的正负端分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接，该电解电容C1起到稳压作用；开关S1与S2的一触点相连接，开关S1与S2的另一触点分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接；续流二极管D1正端与D2的负端相连接，续流二极管D1的负端与D2的正端点分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接；开关S1与S2的触点连接点与续流二极管D1正端与D2的负端的连接点相连，并与集成起动发电机2的电源A端连接。开关S3与S4的一触点相连接，开关S3与S4的另一触点分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接；续流二极管D3正端与D4的负端相连接，续流二极管D3的负端与D4的正端点分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接；开关S3与S4的触点连接点与续流二极管D3正端与D4的负端的连接点相连，并与集成起动发电机2的电源B端连接。开关S5与S6的一触点相连接，开关S5与S6的另一触点分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接；续流二极管D5正端与D6的负端相连接，续流二极管D5的负端与D6的正端点分别与动力电池48的电压输出电缆的正负线连接；开关S5与S6的触点连接点与续流二极管D5正端与D6的负端的连接点相连，并与集成起动发电机2的电源C端连接。

集成起动发电机控制功率模块42将动力电池48的直流电变换成交流电，提供集成起动发电机作工作电压；同时当集成起动发电机工作在发电机模式，集成起动发电机2通过集成起动发电机控制功率模块42可向动力电池48充电。该电压型逆变器工作时，三个桥臂按照互差120电角度交互导通，并且根据电机所需电流的大小决定导通时间以使得在电机上得到频率可调，幅值可调的端电压，从而控制电机的转矩以至转速。

请参见图5所示，起动电机控制功率模块43由开关S7和电解电容C2组成；开关S7的两个常开触点串接在汽车电瓶49的正电压输出电缆中，电解电容C2的正负端分别与汽车电瓶49的电压输出电缆的正负线连接，该电解电容C2起到稳压作用。汽车电瓶49的正负端与起动电机3的电源两端连接。该起动电机控制功率模块43，通过开关的周期性开通和关断，来调整起动机绕组上得到电压。一个周期内开通的时间正比与起动机上得到的电压，开通时间长，则起动机端电压高，电流就大，产生的起动力矩也大，反之则起动力矩小。通过控制各个周期内开通时间长度，就控制了起动机的起动力矩，使之与集成起动发电机输出力矩相互配合，共同起动发动机。

本实用新型由于在动力系统中设有集成起动发电机、起动机、控制混合动力系统工作的控制器及控制程序，因此，本实用新型具有有三种起动发动机运行模式。本实用新型集成起动/发电机混合动力装置的工作原理是，其中，第一种起动发动机运行模式是：在本装置正常情况下，由集成起动发电机ISG起动发动机，并协同发动机在整车多能源控制器控制下，完成驻车发电，行车发电，助力，制动能量回收等工作模式。第二种起动发动机运行模式是：在环境温度超出设定的温度范围-10℃至-20℃的低温情况下，采用起动机辅助模式下来起动发动机，即起动机首先起动工作，将发动机起动至200转左右，此时发动机起动阻力矩迅速下降，集成起动发电机再起动，迅速带动发动机转动，将转速提升至怠速转速，发动机点火起动。第三种起动发动机运行模式是：在集成起动发电机，或集成起动发电机控制功率模块，或设置在整车上的动力电池，或动力电池控制器，或高压控制/安全系统出现故障时，该装置可以工作在传统燃油车模式，由起动机起动发动机后，整车运行。当动力电池电量偏低，或动力电池电压偏低，集成起动发电机不能输出足够力矩起动发动机时，可以采用起动机辅助集成起动发电机来起动发动机，在发动机起动后，集成起动发电机工作在发电机模式，向动力电池充电，使其性能恢复到可以正常工作，装置即恢复到混合动力模式工作。

请参见图6所示，采用集成起动/发电机混合动力装置的控制方法，用于对本实用新型的动力系统中的发动机进行控制起动，所述的控制方法包括以下步骤：

步骤1，本装置通电后，控制器发出自检指令；请简要补充具体自检哪些？

步骤2，控制器发出检测集成起动发电机控制功率模块是否正常指令，判定起动模式；其中，步骤2的具体步骤是，

2-1，控制器检测、判断集成起动发电机控制功率模块正常，控制器发出本装置进入混合动力运行模式指令；控制器自检硬件系统，包括动态存储器，输入输出端口，通讯电路等是否正常工作。

2-2，控制器检测、判断集成起动发电机控制功率模块不正常，控制器发出本系统进入燃油车运行模式指令。

步骤3，控制器发出检测环境温度指令，检测环境是否在设定的温度范围内的指令；其中，步骤3中设定的环境温度范围为控制器箱体的温度范围-10℃至-20℃，控制器中的微处理器通过温度检测器测得箱体的温度，判断控制器模块温度是否在规定的范围。

步骤4，控制器发出检测动力电池输出电压的指令，并通过CAN总线接收整车多能源控制器输入的动力电池的电量数据，判定起动模式；其中，步骤4的具体步骤是，

4-1，控制器通过温度传感器检测的环境温度在设定的范围内，控制器发出检测动力电池输出的电压指令，并通过CAN总线接收整车多能源控制器输入的动力电池的电量数据，当动力电池达到工作电压和工作电量的规定，控制器发出由集成起动发电机单独起动发动机的指令；

4-2，控制器通过温度传感器检测的环境温度不在设定的范围内，控制器发出检测汽车电瓶输出的电压指令，当汽车电瓶输出的电压达到工作电压，控制器发出在起动机辅助模式下来起动发动机的指令；

4-3，控制器检测的动力电池输出的电压低于工作电压，或动力电池的电量偏低，控制器发出由起动机单独起动发动机的指令。

步骤5，控制器将3种起动运行模式的信息传输给整车多能源控制器，等待整车多能源控制器发出起动发动机指令；步骤5的具体步骤是，

5-1，控制器通过微处理器将环境温度、动力电池的工作电压和工作电量信息处理后；

5-2将3种起动运行模式的信息通过CAN总线传输给整车多能源控制器；

5-3等待整车多能源控制器发出起动发动机指令；

步骤6，集成起动/发电机混合动力装置不断发出自检指令，对混合动力装置中出现的不同的故障，向整车多能源控制器传输相关信息；控制器接收整车多能源控制器发出的起动发动机指令，本装置按相应的起动模式运行，发动机起动完成，整车开始运行。

综上所述，本实用新型集成起动/发电机混合动力装置，具有三种起动发动机运行模式，具有起动发动机的功能之外，还具有行车助力，行车发电和制动能量回收等功能，有效的提高了发动机效率，且节能、污染气体排放少；同时降低了集成起动发电机输出转矩的要求，可减小集成起动发电机整体结构尺寸，降低了系统成本，扩展了混合动力车的环境温度适应性；通过控制方法能协调控制起动机和集成起动发电机工作，可确保整车运行的安全性和可靠性。

Claims (5)

1.一种集成起动/发电机混合动力装置，包括：发动机、集成起动发电机、起动机及控制器组成；其特征在于：所述的发动机主轴与集成起动发电机主轴同轴连接；所述的集成起动发电机的定子固接在发动机壳体上，所述的起动机设置在集成起动发电机的定子上，压板设置在发动机主轴端，将飞轮与发动机主轴紧固连接；

所述的控制器由箱体、设置在箱体内的主控制模块、集成起动发电机控制功率模块、起动机控制功率模块、设置在箱体上的温度传感器、设置在动力电池输出电缆上的一电压传感器、设置在汽车电瓶输出电缆上的另一电压传感器组成；所述的主控制模块分别与集成起动发电机控制功率模块、起动机控制功率模块连接；主控制模块的多个输入端分别与温度传感器和一对电压传感器的输出端对应连接，主控制模块的通信端通过通信总线与整车多能源控制器连接；所述的集成起动发电机控制功率模块分别与集成起动发电机和设置在车上的动力电池连接；所述的起动机控制功率模块分别与起动机和设置在车上的汽车电瓶连接。

2.根据权利要求1所述的集成起动/发电机混合动力装置，其特征在于：所述的主控制模块由微处理器、A/D模数转换器、驱动器、CAN接收发送器组成；所述的A/D模数转换器的各输入端分别与温度传感器、一对电压传感器的输出端对应连接；所述的微处理器数据端和控制端与A/D模数转换器的数据端和控制端对应连接，微处理器的接收信号端和发送信号端与CAN接收发送器的接收信号端和发送信号端对应连接，微处理器的各输出端与驱动器的各输入端对应连接；所述的驱动器的各输出端分别与各集成起动发电机控制功率模块和起动机控制功率模块连接；所述的CAN接收发送器的通信端通过通信总线与整车多能源控制器连接。

3.根据权利要求1所述的集成起动/发电机混合动力装置，其特征在于：所述的发动机主轴上设有的飞轮外径设有齿牙，集成起动发电机主轴外径设有与飞轮外径齿牙相适配的齿牙，飞轮外径齿牙与集成起动发电机主轴外径的齿牙相啮合连接。

4.根据权利要求1所述的集成起动/发电机混合动力装置，其特征在于：所述的发动机主轴与集成起动发电机主轴通过法兰同轴连接。

5.根据权利要求1所述的集成起动/发电机混合动力装置，其特征在于：所述的起动电机控制功率模块由开关和电解电容组成；开关的两个常开触点串接在汽车电瓶的正电压输出电缆中，电解电容的正负端分别与汽车电瓶的电压输出电缆的正负线连接。

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