專利名稱：一種電動車車載發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種電動車車載發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著全球性的能源緊張與環(huán)境污染的加劇，汽車工業(yè)受到了能源、環(huán)境等因素的嚴峻考驗和挑戰(zhàn)，發(fā)展電動汽車是解決能源危機和環(huán)境污染的最佳途徑。純電動汽車由電動機驅(qū)動，使用車載動力蓄電池組的電能作為動力，是取代內(nèi)燃機汽車、滿足零排放的最終選擇。但是目前由于充電站建設(shè)和汽車動力蓄電池組性能的限制，純電動汽車受到續(xù)駛里程的制約，難以得到市場的認可。在向純電動汽車方向發(fā)展的過程中，出現(xiàn)了多種有利于市場化的電動汽車車型。增程式電動汽車是一種配有地面充電和車載供電功能的純電驅(qū)動的電動汽車，采用動力蓄電池組和發(fā)電機組作為動力源的驅(qū)動裝置，由發(fā)動機為動力的發(fā)電機組及動力蓄電池組提供電能，發(fā)動機在固定最佳轉(zhuǎn)速及最佳工況下帶動發(fā)電機發(fā)電。串聯(lián)式混合動力汽車是一種由汽車發(fā)動機和電機系統(tǒng)共同驅(qū)動的車輛，能夠從可消耗的燃料、可充電能兩類車載儲存的能量中獲得動力。發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過電機控制器直接送到電動機，由電動機驅(qū)動汽車，動力蓄電池組連接在發(fā)電機和電動機之間，起功率平衡作用。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動機固定在效率較高的工況點上，可選用功率較小的發(fā)動機，并且減少了排放物。以杭州賽恩斯科技有限公司出產(chǎn)的賽恩斯增程式電動客車為例，該增程式電動客車能量來源不僅來自于動力蓄電池組，也可以來自于發(fā)電機組，與純電動汽車同樣有著電機獨立驅(qū)動能力。動力蓄電池先由地面電網(wǎng)充電，也可由汽車發(fā)動機在固定最佳轉(zhuǎn)速及最佳工況下帶動發(fā)電機供電。由于車載發(fā)動機一直工作在固定的高效轉(zhuǎn)速下，有害氣體排放達到最小，大大減小了環(huán)境污染。車載動力蓄電池組容量小于純電動客車，整車成本明顯低于同類型純電動客車。車載發(fā)電系統(tǒng)是增程式電動汽車和串聯(lián)式混合動力汽車整車系統(tǒng)的重要組成部分，目前采用的車載發(fā)電系統(tǒng)主要為三相交流無刷同步發(fā)電系統(tǒng)、異步電機發(fā)電系統(tǒng)和永磁電機發(fā)電系統(tǒng)。三相交流無刷同步電機中三相交流無刷同步發(fā)電機氣隙磁場容易調(diào)節(jié)， 無電刷和滑環(huán)，實現(xiàn)了無刷化，缺點在于無刷化使得電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于電勵磁損耗的存在，效率和功率密度不佳。異步電機發(fā)電系統(tǒng)中異步發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護方便， 但是異步發(fā)電機需要由外部提供無功實現(xiàn)發(fā)電，并且存在調(diào)壓調(diào)頻困難的問題，控制方法復(fù)雜，整套系統(tǒng)成本高。永磁電機發(fā)電系統(tǒng)中永磁同步發(fā)電機無需勵磁繞組和直流勵磁源， 效率和功率密度高，但是電機內(nèi)部為永磁體勵磁，氣隙磁場調(diào)節(jié)困難，難以控制其輸出電壓。永磁同步發(fā)電機作發(fā)電運行時，需要外加功率變換器，增加了系統(tǒng)的成本和控制的復(fù)雜性。稀土永磁材料作為國家戰(zhàn)略資源，開采和銷售都受到嚴格限制，隨著稀土永磁材料價格的不斷上漲，永磁電機制造成本不斷增加，使得永磁電機發(fā)電系統(tǒng)成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有電動車車載發(fā)電系統(tǒng)所存在的不足，提供一種成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)?！N電動車車載發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機、發(fā)電機控制器及控制器工作電源，所述發(fā)電機為雙凸極無刷直流發(fā)電機，包括雙凸極發(fā)電機及與雙凸極發(fā)電機的三相交流輸出端連接的第一整流濾波單元；所述發(fā)電機控制器包括勵磁主電路、數(shù)字信號處理器，以及分別與數(shù)字信號處理器的信號輸入端信號連接的勵磁電流檢測單元、輸出電流檢測單元、輸出電壓檢測單元；所述勵磁主電路包括順次串接的勵磁繼電器、第二整流濾波單元、斬波電路； 雙凸極發(fā)電機的勵磁源、勵磁繞組通過勵磁主電路連接；數(shù)字信號處理器分別與勵磁主電路中的勵磁繼電器及斬波電路的控制端連接，并對其進行控制。作為一優(yōu)選方案，所述雙凸極發(fā)電機包括永磁勵磁機和電勵磁雙凸極電機；永磁勵磁機作為雙凸極發(fā)電機的勵磁源，其輸出端與所述勵磁主電路的輸入端連接。作為另一優(yōu)選方案，所述雙凸極發(fā)電機為混合勵磁雙凸極電機；所述混合勵磁雙凸極電機包括至少兩套電樞繞組，其中一套作為勵磁源與所述勵磁主電路的輸入端連接， 另一套與所述第一整流濾波單元連接。進一步地，所述發(fā)電機控制器還包括一內(nèi)部輔助電源，其輸出端分別與發(fā)電機控制器中其它用電部件連接，其輸入端分別通過一個防反二極管與控制器工作電源及勵磁主電路中整流濾波單元的輸出端連接。一種如上所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，采用輸出電流恒流調(diào)節(jié)和電壓限制相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制方法，具體包括當輸出電壓檢測單元檢測到的雙凸極無刷直流發(fā)電機的實際輸出電壓小于輸出電壓給定值時，發(fā)電機控制器按照輸出電流給定值，根據(jù)輸出電流檢測單元檢測到的雙凸極無刷直流發(fā)電機的實際輸出電流，通過斬波電路調(diào)整勵磁電流的大小，使雙凸極無刷直流發(fā)電機的輸出電流跟蹤輸出電流給定值；當雙凸極無刷直流發(fā)電機的實際輸出電壓大于輸出電壓給定值，發(fā)電機控制器根據(jù)按照輸出電壓給定值，通過斬波電路調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，使雙凸極無刷直流發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定于輸出電壓給定值。根據(jù)本發(fā)明的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)還可得到一種電動汽車，包括車載發(fā)動機、動力蓄電池組、電池管理系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、整車控制器及車載發(fā)電系統(tǒng)，所述車載發(fā)電系統(tǒng)為上述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)；所述雙凸極無刷直流發(fā)電機由車載發(fā)動機同軸驅(qū)動，其輸出端分別與動力蓄電池組及驅(qū)動系統(tǒng)連接；所述發(fā)電機控制器的數(shù)字信號處理器與整車控制器信號連接。一種如上所述電動汽車的控制方法，根據(jù)電動汽車的實際運行工況，動態(tài)調(diào)整電動汽車的供電，具體包括
當電動汽車巡航運行時，整車控制器通過電池管理系統(tǒng)斷開動力蓄電池組的輸出，動力蓄電池組不參與工作，僅由車載發(fā)電系統(tǒng)提供輸出功率，整車控制器將驅(qū)動系統(tǒng)所需的功率信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，由發(fā)電機控制器調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)輸出功率等于驅(qū)動系統(tǒng)所需功率，車載發(fā)電系統(tǒng)輸出電流等于驅(qū)動系統(tǒng)母線電流；
當電動汽車加速或爬坡運行時，整車控制器通過電池管理系統(tǒng)，閉合動力蓄電池組的輸出回路，同時將驅(qū)動系統(tǒng)所需的功率信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，發(fā)電機控制器增大勵磁電流，調(diào)節(jié)輸出電流達到最大輸出電流，動力蓄電池組自動放電，由車載發(fā)電系統(tǒng)和動力蓄電池組共同為驅(qū)動系統(tǒng)提供功率；
當電動汽車停車充電運行時，整車控制器將驅(qū)動系統(tǒng)輸出功率為零的狀態(tài)信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，發(fā)電機控制器調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流等于動力蓄電池組最大充電電流，發(fā)電系統(tǒng)單獨為動力蓄電池組充電；
當電動汽車減速或下坡運行時，整車控制器控制車輪回饋的能量經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)返回到驅(qū)動系統(tǒng)母線，同時整車控制器通過檢測驅(qū)動系統(tǒng)回饋的母線電流大小，向發(fā)電機控制器發(fā)送驅(qū)動系統(tǒng)回饋母線電流信號，發(fā)電機控制器根據(jù)回饋電流信號，調(diào)節(jié)勵磁電流大小，使得車載發(fā)電系統(tǒng)輸出電流與回饋電流之和等于動力蓄電池組最大充電電流，由車載發(fā)電系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)共同為動力蓄電池組充電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1.采用雙凸極發(fā)電機，轉(zhuǎn)子上無繞組和永磁體，結(jié)構(gòu)簡單可靠，發(fā)電運行時無需功率變換器，降低了成本，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單和控制靈活的特點。2.雙凸極發(fā)電機的勵磁源由內(nèi)部永磁勵磁機(電勵磁雙凸極發(fā)電機)或其中一套電樞繞組(混合勵磁雙凸極發(fā)電機)提供，不需要單獨的外部勵磁電源，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低使用環(huán)境要求。3.通過輸出電流恒流調(diào)節(jié)和電壓限制相結(jié)合的控制方法，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)、動力蓄電池組和驅(qū)動系統(tǒng)的功率配合和系統(tǒng)保護，優(yōu)化系統(tǒng)能量消耗，延長了動力蓄電池組的使用壽命。4.恒流調(diào)節(jié)和電壓限制由發(fā)電機控制器自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流實現(xiàn)，勵磁電流調(diào)節(jié)容量小，損耗低，無需永磁電機輸出的全功率變換裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制簡單。


圖1為本發(fā)明的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2為雙凸極電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)為電勵磁雙凸極電機，圖(b)為混合勵磁雙凸極電機；
圖3為發(fā)電機控制器結(jié)構(gòu)圖； 圖4為電動車車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法原理框圖； 圖5為本發(fā)明的電動汽車巡航運行時的能量流向圖； 圖6為本發(fā)明的電動汽車加速或爬坡運行時的能量流向圖； 圖7為本發(fā)明的電動汽車充電運行時的能量流向圖； 圖8為本發(fā)明的電動汽車再生制動運行時的能量流向圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明
本發(fā)明的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機、發(fā)電機控制器及控制器工作電源，所述發(fā)電機為雙凸極無刷直流發(fā)電機，包括雙凸極發(fā)電機及與雙凸極發(fā)電機的三相交流輸出端連接的第一整流濾波單元；所述發(fā)電機控制器包括勵磁主電路、數(shù)字信號處理器，以及分別與數(shù)字信號處理器的信號輸入端信號連接的勵磁電流檢測單元、輸出電流檢測單元、輸出電壓檢測單元；所述勵磁主電路包括順次串接的勵磁繼電器、第二整流濾波單元、斬波電路； 雙凸極發(fā)電機的勵磁源、勵磁繞組通過勵磁主電路連接；數(shù)字信號處理器分別與勵磁主電路中的勵磁繼電器及斬波電路的控制端連接，并對其進行控制。其一個實施例的結(jié)構(gòu)如圖1所示，雙凸極發(fā)電機的三相電樞繞組輸出端連接由全橋整流電路DfD6和濾波電容Cl組成的整流濾波單元，從而構(gòu)成雙凸極無刷直流發(fā)電機， 輸出直流電。該雙凸極發(fā)電機內(nèi)部包括永磁勵磁機和電勵磁雙凸極電機，兩者同軸轉(zhuǎn)動。永磁勵磁機的三相交流輸出通過勵磁主電路與電勵磁雙凸極電機的勵磁繞組連接，提供勵磁所需的勵磁電流。如圖所示，勵磁主電路包括勵磁繼電器、整流電路D7 D12、濾波電容C2， 以及由功率開關(guān)管Tl、T2和續(xù)流二極管D13、D14組成的斬波電路，該斬波電路的輸出與電勵磁雙凸極電機的勵磁繞組兩端連接。本發(fā)明采用雙凸極發(fā)電機構(gòu)成雙凸極無刷直流發(fā)電機。雙凸極發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上無繞組和永磁體，結(jié)構(gòu)簡單可靠，發(fā)電運行時無需功率變換器；勵磁電源由內(nèi)部勵磁源提供， 不需要單獨的外部勵磁電源，從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了使用環(huán)境要求。本發(fā)明的雙凸極發(fā)電機可以如圖1所示采用永磁勵磁機和電勵磁雙凸極電機構(gòu)成，也可直接采用混合勵磁雙凸極電機。圖2(a)為對/16極電勵磁雙凸極電機結(jié)構(gòu)示意圖，定子上嵌繞勵磁繞組和電樞繞組，轉(zhuǎn)子上無繞組和永磁體。圖2(b)為M/16極混合勵磁雙凸極電機結(jié)構(gòu)，定子鐵心中安裝有兩組、四塊永磁體，定子槽內(nèi)同時嵌繞有勵磁繞組和電樞繞組，電樞繞組分為兩套或多套輸出，其中一套電樞繞組通過勵磁主電路與勵磁繞組連接作為勵磁源，為勵磁繞組提供勵磁電流，不需外部勵磁源。發(fā)電機控制器如圖1所示，包括為控制器內(nèi)部其它部分供電的內(nèi)部輔助電源，勵磁主電路、數(shù)字信號處理器，以及分別與數(shù)字信號處理器的信號輸入端信號連接的勵磁電流檢測單元、輸出電流檢測單元、輸出電壓檢測單元。其中勵磁電流檢測單元包括設(shè)置于電勵磁雙凸極電機勵磁繞組的一端的一個電流傳感器，該電流傳感器的輸出端經(jīng)過勵磁電流檢測調(diào)理電路后，連接數(shù)字信號處理器的勵磁電流信號輸入端。輸出電流檢測單元包括設(shè)置于雙凸極無刷直流發(fā)電機的輸出端的一電流傳感器，該電流傳感器經(jīng)過輸出電流檢測調(diào)理電路后，連接數(shù)字信號處理器的輸出電流信號輸入端。輸出電壓檢測單元包括設(shè)置于雙凸極無刷直流發(fā)電機的輸出端的一電壓測量裝置，該電壓測量裝置經(jīng)過輸出電壓檢測調(diào)理電路后，連接數(shù)字信號處理器的輸出電壓信號輸入端。數(shù)字信號處理器還分別與勵磁繼電器、斬波電路的控制端連接，并對其進行控制。本發(fā)明中，發(fā)電機控制器中采用兩路供電，如圖1所示，勵磁主電路中的整流濾波單元的輸出端串接反流二極管D15后與內(nèi)部輔助電源相連，為內(nèi)部輔助電源單向供電；控制器工作電源的輸出端串接反流二極管D16后，連接內(nèi)部輔助電源的輸入端。當永磁勵磁機起動運行時，勵磁主電路中的整流濾波單元的輸出電壓低于控制器工作電源電壓，此時由控制器工作電源為內(nèi)部輔助電源供電；隨著轉(zhuǎn)速上升，勵磁主電路中的整流濾波單元的輸出電壓高于控制器工作電源電壓時，則自適應(yīng)地切換為由永磁勵磁機整流、濾波后的輸出為內(nèi)部輔助電源供電，控制器工作電源不再為內(nèi)部輔助電源供電。當勵磁機發(fā)生故障時， 勵磁主電路中的整流濾波單元的輸出電壓為零，此時自適應(yīng)地由控制器工作電源供電。發(fā)電機控制器的控制原理如圖3所示，數(shù)字信號處理器通過勵磁電流檢測單元、 輸出電流檢測單元和輸出電壓檢測單元，得到勵磁電流if、輸出電流iL和輸出電壓Udc信號，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)這些數(shù)字信號以及來自整車控制器的控制信號，數(shù)字信號處理器發(fā)出PWM脈寬調(diào)制波，經(jīng)過驅(qū)動放大隔離電路后，控制勵磁主電路中功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)輸出勵磁電流的大小。本發(fā)明的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)用于電動汽車時，如圖1所示，雙凸極無刷直流發(fā)電機由車載發(fā)動機同軸驅(qū)動，其輸出端連接電動汽車的動力蓄電池組和驅(qū)動系統(tǒng)，動力蓄電池組與電池管理系統(tǒng)相連，整車控制器通過CAN總線與電池管理系統(tǒng)和發(fā)電機控制器中的數(shù)字信號處理器通信。發(fā)電機控制器通過輸出電壓檢測單元檢測發(fā)電機的輸出電壓Udc， 通過輸出電流檢測單元檢測發(fā)電機輸出電流iz，通過勵磁電流檢測單元檢測勵磁電流厶。 根據(jù)檢測得到的電量信號以及來自整車控制器的控制信號，數(shù)字信號處理器發(fā)出PWM脈寬調(diào)制波，經(jīng)過驅(qū)動放大隔離電路后，控制功率開關(guān)管Tl、T2的導(dǎo)通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)勵磁電流的大小。數(shù)字信號處理器根據(jù)檢測得到的勵磁電流厶大小，控制勵磁繼電器的保護動作。本發(fā)明的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)采用輸出電流恒流調(diào)節(jié)和電壓限制相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制方法，如圖4所示，通過輸出電壓檢測得到輸出電壓實際值Udc,當輸出電壓小于輸出電壓給定值仏- (例如，該值可設(shè)置為動力蓄電池組的電壓限定值，用以保護蓄電池組)，發(fā)電機控制器接收來自整車控制器的輸出電流給定值iLref,與通過輸出電流檢測得到輸出電流實際值iL，二者比較后經(jīng)過輸出電流調(diào)節(jié)器，得到勵磁電流給定值ifrefl,與通過勵磁電流檢測得到勵磁電流實際值if, 二者比較后經(jīng)過勵磁電流調(diào)節(jié)器，得到勵磁電流調(diào)節(jié)量，調(diào)節(jié)占空比D輸出PWM脈寬調(diào)制波，控制勵磁電流的大小，使得輸出電流跟蹤整車控制器的輸出電流給定值；當輸出電壓Udc大于輸出電壓給定值Uref,輸出電壓給定值Uref與輸出電壓檢測得到的輸出電壓實際值比較，經(jīng)過輸出電壓調(diào)節(jié)器后，得到勵磁電流給定值ifref2,與通過勵磁電流檢測得到的勵磁電流實際值^比較，經(jīng)過勵磁電流調(diào)節(jié)器后，得到勵磁電流調(diào)節(jié)量， 調(diào)節(jié)占空比D輸出PWM脈寬調(diào)制波，控制勵磁電流的大小，使得輸出電壓穩(wěn)定于電壓給定值
^ref0電動汽車在實際運行中，包括巡航、加速或減速、停車充電、爬坡或下坡多種運行工況，不同工況下，所需的供電情況也不同，為此，本發(fā)明根據(jù)電動汽車的實際運行工況，動態(tài)調(diào)整電動汽車的供電。電動車實際運行時，驅(qū)動系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)通過CAN總線分別將驅(qū)動系統(tǒng)和動力蓄電池組的狀態(tài)信號發(fā)送至整車控制器，發(fā)電機控制器根據(jù)整車控制器的控制信號和經(jīng)過檢測調(diào)理電路后得到的勵磁電流厶、輸出電流厶和輸出電壓&信號， 調(diào)節(jié)勵磁電流改變輸出電流的大小，滿足發(fā)電系統(tǒng)、動力蓄電池組和驅(qū)動系統(tǒng)的功率匹配和系統(tǒng)保護要求。本發(fā)明的電動汽車巡航運行時能量流向圖如圖5所示，當驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩處于一定的較小的變化范圍內(nèi)，整車控制器判斷電動汽車處于巡航運行，此時驅(qū)動系統(tǒng)所需功率較低，整車控制器通過電池管理系統(tǒng)，斷開動力蓄電池組的輸出，動力蓄電池組不參與工作，僅由發(fā)電系統(tǒng)提供輸出功率，整車控制器將驅(qū)動系統(tǒng)所需的功率信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，由發(fā)電機控制器調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)輸出功率等于驅(qū)動系統(tǒng)所需功率，發(fā)電系統(tǒng)輸出電流等于驅(qū)動系統(tǒng)母線電流。電動汽車加速或爬坡運行時能量流向圖如圖6所示，當驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速增加，超出一定的變化范圍，整車控制器判斷電動汽車處于加速運行，當驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩增加，超出一定的變化范圍，整車控制器判斷電動汽車處于加速或爬坡運行，整車控制器通過電池管理系統(tǒng)，閉合動力蓄電池組的輸出回路，同時將驅(qū)動系統(tǒng)所需的功率信號發(fā)送至發(fā)電機控制器， 發(fā)電機控制器增大勵磁電流，調(diào)節(jié)輸出電流達到最大輸出電流，動力蓄電池組自動放電，由發(fā)電系統(tǒng)和動力蓄電池組共同為驅(qū)動系統(tǒng)提供功率。電動汽車停車充電運行時能量流向圖如圖7所示，當驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速為零，整車控制器判斷電動汽車處于停車充電運行，整車控制器將驅(qū)動系統(tǒng)輸出功率為零的狀體信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，發(fā)電機控制器調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流等于動力蓄電池組最大充電電流，發(fā)電系統(tǒng)單獨為動力蓄電池組充電。電動汽車減速或下坡運行時能量流向圖如圖8所示，當驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速減小，超出一定的變化范圍，整車控制器判斷電動汽車處于減速運行，當驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩減小，且超出一定的變化范圍，整車控制器判斷電動汽車處于減速或下坡運行，整車控制器通過驅(qū)動電機控制器，使得車輪回饋的能量經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)返回到驅(qū)動系統(tǒng)母線，同時整車控制器通過檢測驅(qū)動系統(tǒng)回饋的母線電流大小，向發(fā)電機控制器發(fā)送驅(qū)動系統(tǒng)回饋母線電流信號，發(fā)電機控制器根據(jù)回饋電流信號，調(diào)節(jié)勵磁電流大小，使得發(fā)電系統(tǒng)輸出電流與回饋電流之和等于動力蓄電池組最大充電電流，由發(fā)電系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)共同為動力蓄電池組充電。
權(quán)利要求
1.一種電動車車載發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機、發(fā)電機控制器及控制器工作電源，其特征在于，所述發(fā)電機為雙凸極無刷直流發(fā)電機，包括雙凸極發(fā)電機及與雙凸極發(fā)電機的三相交流輸出端連接的第一整流濾波單元；所述發(fā)電機控制器包括勵磁主電路、數(shù)字信號處理器， 以及分別與數(shù)字信號處理器的信號輸入端信號連接的勵磁電流檢測單元、輸出電流檢測單元、輸出電壓檢測單元；所述勵磁主電路包括順次串接的勵磁繼電器、第二整流濾波單元、 斬波電路；雙凸極發(fā)電機的勵磁源、勵磁繞組通過勵磁主電路連接；數(shù)字信號處理器分別與勵磁主電路中的勵磁繼電器及斬波電路的控制端連接，并對其進行控制。
2.如權(quán)利要求1所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙凸極發(fā)電機包括永磁勵磁機和電勵磁雙凸極電機；永磁勵磁機作為雙凸極發(fā)電機的勵磁源，其輸出端與所述勵磁主電路的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求1所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙凸極發(fā)電機為混合勵磁雙凸極電機；所述混合勵磁雙凸極電機包括至少兩套電樞繞組，其中一套作為勵磁源與所述勵磁主電路的輸入端連接，其余電樞繞組中的一套與所述第一整流濾波單元連接。
4.如權(quán)利要求1所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機控制器還包括一內(nèi)部輔助電源，其輸出端分別與發(fā)電機控制器中其它用電部件連接，其輸入端分別通過一個防反二極管與控制器工作電源及勵磁主電路中整流濾波單元的輸出端連接。
5.一種電動汽車，包括車載發(fā)動機、動力蓄電池組、電池管理系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、整車控制器及車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述車載發(fā)電系統(tǒng)為權(quán)利要求1至4任一項所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)；所述雙凸極無刷直流發(fā)電機由車載發(fā)動機同軸驅(qū)動，其輸出端分別與動力蓄電池組及驅(qū)動系統(tǒng)連接；所述發(fā)電機控制器的數(shù)字信號處理器與整車控制器信號連接。
6.如權(quán)利要求1至4任一項所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，采用輸出電流恒流調(diào)節(jié)和電壓限制相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制方法，具體包括當輸出電壓檢測單元檢測到的雙凸極無刷直流發(fā)電機的實際輸出電壓小于輸出電壓給定值時，發(fā)電機控制器按照輸出電流給定值，根據(jù)輸出電流檢測單元檢測到的雙凸極無刷直流發(fā)電機的實際輸出電流， 通過斬波電路調(diào)整勵磁電流的大小，使雙凸極無刷直流發(fā)電機的輸出電流跟蹤輸出電流給定值；當雙凸極無刷直流發(fā)電機的實際輸出電壓大于輸出電壓給定值，發(fā)電機控制器根據(jù)按照輸出電壓給定值，通過斬波電路調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，使雙凸極無刷直流發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定于輸出電壓給定值。
7.如權(quán)利要求6所述電動車車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，該方法還包括，當勵磁電流檢測單元檢測到的勵磁電流超出預(yù)設(shè)的安全范圍時，發(fā)電機控制器控制勵磁繼電器關(guān)斷。
8.—種如權(quán)利要求5所述電動汽車的控制方法，其特征在于，根據(jù)電動汽車的實際運行工況，動態(tài)調(diào)整電動汽車的供電，具體包括當電動汽車巡航運行時，整車控制器通過電池管理系統(tǒng)斷開動力蓄電池組的輸出，動力蓄電池組不參與工作，僅由車載發(fā)電系統(tǒng)提供輸出功率，整車控制器將驅(qū)動系統(tǒng)所需的功率信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，由發(fā)電機控制器調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)輸出功率等于驅(qū)動系統(tǒng)所需功率，車載發(fā)電系統(tǒng)輸出電流等于驅(qū)動系統(tǒng)母線電流；當電動汽車加速或爬坡運行時，整車控制器通過電池管理系統(tǒng)，閉合動力蓄電池組的輸出回路，同時將驅(qū)動系統(tǒng)所需的功率信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，發(fā)電機控制器增大勵磁電流，調(diào)節(jié)輸出電流達到最大輸出電流，動力蓄電池組自動放電，由車載發(fā)電系統(tǒng)和動力蓄電池組共同為驅(qū)動系統(tǒng)提供功率；當電動汽車停車充電運行時，整車控制器將驅(qū)動系統(tǒng)輸出功率為零的狀態(tài)信號發(fā)送至發(fā)電機控制器，發(fā)電機控制器調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流等于動力蓄電池組最大充電電流，發(fā)電系統(tǒng)單獨為動力蓄電池組充電；當電動汽車減速或下坡運行時，整車控制器控制車輪回饋的能量經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)返回到驅(qū)動系統(tǒng)母線，同時整車控制器通過檢測驅(qū)動系統(tǒng)回饋的母線電流大小，向發(fā)電機控制器發(fā)送驅(qū)動系統(tǒng)回饋母線電流信號，發(fā)電機控制器根據(jù)回饋電流信號，調(diào)節(jié)勵磁電流大小，使得車載發(fā)電系統(tǒng)輸出電流與回饋電流之和等于動力蓄電池組最大充電電流，由車載發(fā)電系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)共同為動力蓄電池組充電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動車車載發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的電動車車載發(fā)電系統(tǒng)采用雙凸極無刷直流發(fā)電機，從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本；本發(fā)明利用控制器工作電源以及雙凸極無刷直流發(fā)電機中的內(nèi)部勵磁源作為發(fā)電機控制器的電源，提高了發(fā)電機控制器的供電安全。本發(fā)明還公開了本發(fā)明電動車車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，采用輸出電流恒流調(diào)節(jié)和電壓限制相結(jié)合的協(xié)調(diào)控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)、動力蓄電池組和驅(qū)動系統(tǒng)的功率配合和系統(tǒng)保護，優(yōu)化系統(tǒng)能量消耗，延長動力蓄電池組的使用壽命。
文檔編號H02K1/24GK102358198SQ201110245988
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者嚴仰光, 張卓然, 戴超 申請人:南京航空航天大學