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CN204316269U - 在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置 - Google Patents

在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于汽车装置技术领域，公开了一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置。所述装置包括主电路和控制器。所述主电路包括12/10结构开关磁阻(SR)电机、功率变换器和蓄电池组，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机包括由齿槽形硅钢片叠压而成的定子和转子，所述功率变换器包括S11～S62主开关管和VD11～VD62续流二极管；所述控制器包括高速数字信号处理器TMS320F240和可编程逻辑器件EPM 7128S。本实用新型能够较好地满足汽车起动、发电、助力各方面的要求，容易实现，可靠性高。

Description

在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置
技术领域
本实用新型属于汽车装置技术领域，具体涉及一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置。
背景技术
传统的燃油汽车电气系统中，起动、发电、助力功能分别由直流起动电动机与交流发电机两个独立的子系统完成，两套机组要独立研制，再匹配优化，起动和发电机组是汽车中体积和重量最大的两大电气部件。实际上，起动电动机只在起动汽车发动机时工作，发动机运转至怠速以上就和起动机脱离，而交流发电机在发动机运转之后才开始工作，这个系统工作时间并不重叠。之所以没有合二而一，是因为发电机起动机的工作速度不匹配，起动机需提供大扭矩，而发电机的转速大致与发动机相当。现在由于人们对汽车的操控性，舒适性的要求不断提高，增大了汽车负载的使用量。随着汽车中不断增加的电气使用量，其附属的的设备越来越齐备。因此对汽车的发电机提出了非常高的要求，因此必须增大发电机的功率，这就意味着增大发电机的体积，但汽车中留给发电机的空间是有限的，在这种背景下将起动机和发电机合二为一就自然成为汽车技术发展的合理需求。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于克服现有技术的缺陷，针对汽车起动机的起动电流大，力矩大，工作时间短，而发电机的电流小，两者难以协调而设计，提供一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置，所述装置能够较好地满足汽车起动、发电、助力各方面的要求，容易实现，可靠性高。
本实用新型提供一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置，包括主电路和控制器。
所述主电路包括12/10结构开关磁阻(SR)电机、功率变换器和蓄电池组。
所述12/10结构开关磁阻(SR)电机包括由齿槽形硅钢片叠压而成的定子和转子，所述功率变换器包括S11～S62主开关管和VD11～VD62续流二极管。
所述12/10结构开关磁阻(SR)电机的定子和转子为凸极式实心结构，转子无绕组、无永磁体，定子只有集中绕组，所述定子径向相对的两个绕组串联成一相，构成A～F六相。
所述12/10结构开关磁阻(SR)电机的转子位置由同轴安装的光电传感器产生的三路以36°机械角度为周期，彼此相差42°机械角度的光电信号来反映。
所述功率变换器为双开关拓扑型，且所述功率变换器的6个桥臂分别与所述12/10结构开关磁阻(SR)电机的A～F六相绕组串联。
当所述12/10结构开关磁阻(SR)电机转动到其中一相定子齿轴线与转子槽轴线的夹角为0°时，电感最弱，所述S11～S62主开关管依次开通，所述蓄电池组电压对所述12/10结构开关磁阻(SR)电机相绕组励磁，电动机工作，所述过程为电能输入过程。
当所述12/10结构开关磁阻(SR)电机转动到其中一相定子齿轴线与转子槽轴线的夹角为18°时，电感最强，产生电流，所述S11～S62主开关管关闭，相电流经所述VD11～VD62续流二极管，电能回馈到蓄电池组。
所述主电路能实现所述12/10结构开关磁阻(SR)电机各相的供电电压和换相电压独立控制。
所述控制器包括高速数字信号处理器TMS320F240和可编程逻辑器件EPM 7128S。
所述高速数字信号处理器TMS320F240用来实现多个数字PI调节，输出控制量斩波上限CURLMTD，在所述12/10结构开关磁阻(SR)电机助力和发电态输出角度位置控制(APC)的优化开通关断角θon，θoff驱动信号IDIVx，并完成CPLD的工作时钟输出、蓄电池组端电压、电流和温度的检测、键盘和LCD显示的驱动任务。
所述可编程逻辑器件EPM 7128S用来实现转子位置信号综合、驱动信号的分配、过压保护、报警处理等纯数字组合逻辑及时序逻辑功能，以及定关断时间St的电流斩波控制方式的逻辑控制功能。
当汽车处于起动工况时，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机作起动机，吸收电能，产生足够大的电磁转矩，带动发动机运转点火。发动机工作后，其工作转矩与所述12/10结构开关磁阻(SR)电机的电磁转矩合成，使转速迅速升至怠速，约1000r/min，起动过程完成，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机转入其他工作状态。
当汽车处于全油门加速或爬坡工况时，由发动机驱动车辆，ISAD(启动助力阻尼一体化系统)作为辅助装置提供峰值功率。此时，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机工作在基速以上的恒功率区，运动电动势较大，绕组电流变化较慢，故所述12/10结构开关磁阻(SR)电机以角度位置控制(APC)方式电动运行，且采用使平均扭矩和相电流的均方值比例最大化的方法，通过最小的能量输入获得所需要的扭矩输出。
当汽车在正常行驶时，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机采用固定优化角度的电流斩波发电控制方式，在发动机的拖动下处于发电状态，通过电流斩波来调节励磁电流的大小，实现对发电输出功率的控制；采用低压恒流充电和高压恒压充电的两段充电模式充电来提高蓄电池组的使用寿命。将机械能转换为电能输出，用作车用电器等负载的电源，并给车载动力铅酸蓄电池补充电能。
本实用新型的有益效果在于，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机起动采用电流斩波控制CCC方式，控制方便，能获得比较大的输出转矩。所述12/10结构开关磁阻(SR)电机助力采用角度位置控制APC方式电动运行，通过优化开通关断角，能够获得满意的转矩，并保持较高的效率。所述12/10结构开关磁阻(SR)电机发电采用优化角度的电流斩波控制CCC方式的变参数PI恒流、恒压控制策略，发电性能优良。所述12/10结构开关磁阻(SR)电机能够较好地满足汽车起动、发电、助力各方面的要求，容易实现，可靠性高。此外，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机容错能力强，无论是电动还是发电工况，均能缺相运行。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1所示为本实用新型主电路的结构示意图。
其中，1-12/10结构开关磁阻(SR)电机、2-功率变换器、3-蓄电池组。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本实用新型做进一步描述。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
本实用新型提供一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置，包括主电路和控制器。
图1所示为本实用新型主电路的结构示意图，从图1中可以看出，所述主电路包括12/10结构开关磁阻(SR)电机1、功率变换器2和蓄电池组3。
所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1包括由齿槽形硅钢片叠压而成的定子和转子，所述功率变换器2包括S11～S62主开关管和VD11～VD62续流二极管。
所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1的定子和转子为凸极式实心结构，转子无绕组、无永磁体，定子只有集中绕组，所述定子径向相对的两个绕组串联成一相，构成A～F六相。
所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1的转子位置由同轴安装的光电传感器产生的三路以36°机械角度为周期，彼此相差42°机械角度的光电信号来反映。
所述功率变换器2为双开关拓扑型，且所述功率变换器2的6个桥臂分别与所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1的A～F六相绕组串联。
当所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1转动到其中一相定子齿轴线与转子槽轴线的夹角为0°时，电感最弱，所述S11～S62主开关管依次开通，所述蓄电池组3电压对所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1相绕组励磁，电动机工作，所述过程为电能输入过程。
当所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1转动到其中一相定子齿轴线与转子槽轴线的夹角为18°时，电感最强，产生电流，所述S11～S62主开关管关闭，相电流经所述VD11～VD62续流二极管，电能回馈到蓄电池组3。
所述主电路能实现所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1各相的供电电压和换相电压独立控制。
所述控制器包括高速数字信号处理器TMS320F240和可编程逻辑器件EPM 7128S。
所述高速数字信号处理器TMS320F240用来实现多个数字PI调节，输出控制量斩波上限CURLMTD，在所述12/10结构开关磁阻(SR)电机助力和发电态输出角度位置控制(APC)的优化开通关断角θon，θoff驱动信号IDIVx，并完成CPLD的工作时钟输出、蓄电池组3端电压、电流和温度的检测、键盘和LCD显示的驱动任务。
所述可编程逻辑器件EPM 7128S用来实现转子位置信号综合、驱动信号的分配、过压保护、报警处理等纯数字组合逻辑及时序逻辑功能，以及定关断时间St的电流斩波控制方式的逻辑控制功能。
当汽车处于起动工况时，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1作起动机，吸收电能，产生足够大的电磁转矩，带动发动机运转点火。发动机工作后，其工作转矩与所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1的电磁转矩合成，使转速迅速升至怠速，约1000r/min，起动过程完成，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1转入其他工作状态。
当汽车处于全油门加速或爬坡工况时，由发动机驱动车辆，ISAD(启动助力阻尼一体化系统)作为辅助装置提供峰值功率。此时，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1工作在基速以上的恒功率区，运动电动势较大，绕组电流变化较慢，故所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1以角度位置控制(APC)方式电动运行，且采用使平均扭矩和相电流的均方值比例最大化的方法，通过最小的能量输入获得所需要的扭矩输出。
当汽车在正常行驶时，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机1采用固定优化角度的电流斩波发电控制方式，在发动机的拖动下处于发电状态，通过电流斩波来调节励磁电流的大小，实现对发电输出功率的控制；采用低压恒流充电和高压恒压充电的两段充电模式充电来提高蓄电池组3的使用寿命。将机械能转换为电能输出，用作车用电器等负载的电源，并给车载动力铅酸蓄电池补充电能。
本实用新型的有益效果在于，能够较好地满足汽车起动、发电、助力各方面的要求，容易实现，可靠性高。
本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。

Claims (3)

1.一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置，包括主电路和控制器，其特征在于：
所述主电路包括12/10结构开关磁阻(SR)电机(1)、功率变换器(2)和蓄电池组(3)；所述12/10结构开关磁阻(SR)电机(1)包括由齿槽形硅钢片叠压而成的定子和转子；所述功率变换器(2)包括S11～S62主开关管和VD11～VD62续流二极管；
所述控制器包括高速数字信号处理器TMS320F240和可编程逻辑器件EPM 7128S。
2.如权利要求1所述的一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置，其特征在于，所述12/10结构开关磁阻(SR)电机(1)的定子和转子为凸极式实心结构；转子无绕组、无永磁体；定子只有集中绕组，所述定子径向相对的两个绕组串联成一相，构成A～F六相。
3.如权利要求1所述的一种在混动汽车上起动、发电、助力的一体化装置，其特征在于，所述功率变换器(2)为双开关拓扑型，且所述功率变换器(2)的6个桥臂分别与所述12/10结构开关磁阻(SR)电机(1)的A～F六相绕组串联。
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