专利名称：一种电动汽车起动发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种起动发电系统，尤其涉及一种电动汽车起动发电系统。
背景技术：
起动和发电系统是汽车电气系统的核心组成部分。传统的汽车电气系统中，起动和发电功能分别是由直流起动机和交流发电机两个独立的子系统完成。为了降低油耗，提高效率、舒适性和安全性，现代汽车越来越多的采用各种电子控制辅助装置替代机械驱动的辅助装置，使得电气需求功率在不断增大。电气系统功率要求增加，会引起发电机、发动机以及起动机的体积、重量大大增加，必须采用新的起动、发电技术，改善电气系统性能。起动发电技术是利用电机的可逆原理，让车载的发电机兼作发动机的起动机，一台电机两种用途，省去了专用的起动机，能使发动机快速起动，避免其怠速空转，提高了汽车电源系统功率、节约燃油、降低排放。汽车起动发电技术是电动汽车发展的重要方向，车载起动发电系统在串联式混合动力电动汽车和增程式电动汽车上有重要应用价值。增程式电动汽车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车，采用动力蓄电池组和发电机组作为动力源的驱动装置，由发动机为动力的发电机组及动力蓄电池组提供电能，发动机在固定最佳转速及最佳工况下带动发电机发电。串联式混合动力汽车是一种由汽车发动机和电机系统共同驱动的车辆，能够从可消耗的燃料、可充电能两类车载储存的能量中获得动力。发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器直接送到电动机，由电动机驱动汽车，动力蓄电池组连接在发电机和电动机之间，起功率平衡作用。串联式结构可使发动机固定在效率较高的工况点上，可选用功率较小的发动机，并且减少了排放物。目前应用于电动汽车车载起动发电系统的电机有异步电机、开关磁阻电机和永磁电机。异步电机具有结构简单、运行可靠、成本低、适合高速运行等优点，但是起动转矩较低，发电运行需要由外部提供无功，存在调压调频困难的问题，控制方法复杂，整套系统成本高。开关磁阻电机结构简单、可控参数多、控制性能好、容错能力强、可靠性高，但发电运行必需可控功率变换器和位置传感器参与工作。永磁电机用作起动发电机，无励磁绕组损耗，效率和功率密度高，但电机内部为永磁体励磁，气隙磁场调节困难，电动运行弱磁困难， 发电运行需要外加全功率变换器，增加了控制的复杂性。而且稀土永磁材料作为国家战略资源，开采和销售都受到严格限制，随着稀土永磁材料价格的不断上涨，永磁电机制造成本不断增加，使得永磁电机起动发电系统成本上升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、成本低、控制灵活、 能够实现起动发电功能一体化的电动汽车起动发电系统。本发明的电动汽车起动发电系统，包括起动发电机、起动发电控制器及控制器工作电源，所述起动发电机为双凸极起动发电机；所述起动发电控制器包括与所述双凸极起动发电机的输出端连接的双向功率变换电路； 用于检测所述双凸极起动发电机的励磁电流的励磁电流检测单元； 分别用于检测所述双凸极起动发电机输出的经双向功率变换电路变换后的电流、电压的输出电流检测单元、输出电压检测单元；
用于检测所述双凸极起动发电机转子位置及转速的位置转速检测单元； 用于检测所述双凸极起动发电机电枢电流的电枢电流检测单元； 包括顺次串接的励磁继电器、整流滤波单元、斩波电路的励磁主电路，其输入端和输出端分别与所述双凸极起动发电机的励磁源、励磁绕组连接；以及，
数字信号处理器，其输入端分别与励磁电流检测单元、输出电流检测单元、输出电压检测单元、电枢电流检测单元、位置转速检测单元信号连接，其输出端分别与双向功率变换电路、励磁继电器、整流滤波单元的控制端信号连接。优选地，所述双向功率变换电路为三相全桥变换电路或三相半桥变换电路。优选地，所述双凸极起动发电机包括永磁励磁机和电励磁双凸极电机；永磁励磁机作为双凸极发电机的励磁源，其输出端与所述励磁主电路的输入端连接。优选地，所述双凸极起动发电机为混合励磁双凸极电机；所述混合励磁双凸极电机包括至少两套电枢绕组，其中一套作为励磁源与所述励磁主电路的输入端连接，其余电枢绕组中的一套与所述双向功率变换电路连接。优选地，所述起动发电控制器还包括一内部辅助电源，其输出端分别与起动发电控制器中其它用电部件连接；控制器工作电源与一个防反二极管串联后，再与所述励磁主电路中整流滤波单元的输出端连接，上述整流滤波单元的输出端与内部辅助电源的输入端连接。根据本发明的思路，还可得到一种电动汽车，包括发动机、动力蓄电池组、电池管理系统、驱动系统、整车控制器及起动发电系统，所述起动发电系统为上述任一技术方案所述起动发电系统；所述双凸极起动发电机与发动机同轴驱动；所述双向功率变换电路的输出端分别与动力蓄电池组及驱动系统连接；所述起动发电机控制器的数字信号处理器与整车控制器信号连接。一种如上所述电动汽车的起动控制方法，包括以下步骤
步骤1、数字信号处理器接收来自整车控制器的起动信号，进入软起动阶段； 步骤2、数字信号处理器对励磁主电路中的斩波电路进行控制，使双凸极起动发电机的励磁电流保持在预设的软起动励磁电流给定值；对双向功率变换电路进行控制，为双凸极起动发电机提供电枢电流；
步骤3、经过一段预设的软起动时间后，进入完全起动阶段，数字信号处理器控制双凸极起动发电机的励磁电流提高，使其保持于预设的完全起动励磁电流给定值；对双向功率变换电路进行控制，为双凸极起动发电机提供电枢电流；
步骤4、数字信号处理器通过位置转速检测单元对发动机的转速进行实时检测，当转速达到发动机怠速时，发动机点火；如在预设的完全起动时间内，发动机转速达到其自持转速，则起动成功，数字信号处理器撤销起动信号；如在预设的完全起动时间内，发动机转速未达到其自持转速，则起动失败，数字信号处理器撤销起动信号。优选地，起动过程中，在发动机转速达到一预设转速之前，数字信号处理器采取标准角度控制方法对双向功率变换电路进行控制；在发动机转速达到该预设转速之后，数字信号处理器采取标准角度控制方法或者提前角度控制方法对双向功率变换电路进行控制。优选地，所述对双向功率变换电路进行控制，采用电枢电流上限斩波的控制方法 设置一电枢电流上限，当电枢电流检测单元检测到的电枢电流未达到该上限值时，数字信号处理器控制双向功率变换电路中的功率开关管依次导通；当电枢电流检测单元检测到的电枢电流达到该上限值时，数字信号处理器关断双向功率变换电路中所有功率开关管，在等待一固定关断时间后，功率开关管再重新开始依次导通。进一步地，该方法还包括
步骤5、起动失败，经过预设的等待时间后，重新进行起动，转步骤1。一种如上所述电动汽车的控制方法，根据电动汽车的实际运行工况，动态调整电动汽车的供电，具体包括
当电动汽车巡航运行时，整车控制器通过电池管理系统断开动力蓄电池组的输出，动力蓄电池组不参与工作，仅由车载发电系统提供输出功率，整车控制器将驱动系统所需的功率信号发送至发电机控制器，由发电机控制器调节励磁电流，使发电系统输出功率等于驱动系统所需功率，车载发电系统输出电流等于驱动系统母线电流；
当电动汽车加速或爬坡运行时，整车控制器通过电池管理系统，闭合动力蓄电池组的输出回路，同时将驱动系统所需的功率信号发送至发电机控制器，发电机控制器增大励磁电流，调节输出电流达到最大输出电流，动力蓄电池组自动放电，由车载发电系统和动力蓄电池组共同为驱动系统提供功率；
当电动汽车停车充电运行时，整车控制器将驱动系统输出功率为零的状态信号发送至发电机控制器，发电机控制器调节励磁电流，使发电系统的输出电流等于动力蓄电池组最大充电电流，发电系统单独为动力蓄电池组充电；
当电动汽车减速或下坡运行时，整车控制器控制车轮回馈的能量经驱动系统返回到驱动系统母线，同时整车控制器通过检测驱动系统回馈的母线电流大小，向发电机控制器发送驱动系统回馈母线电流信号，发电机控制器根据回馈电流信号，调节励磁电流大小，使得车载发电系统输出电流与回馈电流之和等于动力蓄电池组最大充电电流，由车载发电系统和驱动系统共同为动力蓄电池组充电。与现有技术相比，本发明的电动汽车起动发电系统的显著优点在于
1.省去了车载发动机专用的起动电机，简化了车载发电系统结构，提高了汽车电源系统的功率重量比、节约燃油、减少排放，有效地提高了整个车载电气系统的可靠性。2.双凸极起动发电机转子上无绕组和永磁体，结构简单可靠，容易实现四象限运行。发电运行时，无需位置传感器和功率变换器；电动运行时，控制灵活、调速性能好、成本低。起动发电状态下通过控制励磁电流即可方便的实现磁场调节。3.励磁绕组的励磁电源和起动发电控制器工作电源主要由起动发电机内部的励磁源提供，仅在开始起动时，短时间使用控制器工作电源供电，随电机转速上升，通过防反二极管自动切换到内部励磁源供电。4.采用励磁电流恒流控制和电枢电流上限斩波的协调控制方法，在起动发电机起动运行时，根据所处的不同起动阶段，采用不同的励磁电流和电枢电流控制方法，容易实现，控制灵活。
5.采用起动时间和发动机转速相结合的控制方法，根据发动机转速和起动时间的变化，起动发电控制器采用不同的控制方式，控制起动发电机的输出功率和输出转矩，实现发动机快速可靠起动。6.采用输出电流恒流调节和电压限制相结合的协调控制方法，恒流调节和电压限制由起动发电控制器自动调节励磁电流实现，励磁电流调节容量小，损耗低，实现了起动发电系统、动力蓄电池组和驱动系统的功率配合和系统保护，优化系统能量消耗，延长了动力蓄电池组的使用寿命。
图1为本发明的电动汽车起动发电系统结构图2为双凸极电机结构示意图，其中图(a)为电励磁双凸极电机，图(b)为混合励磁双凸极电机；
图3为起动发电控制器控制原理图； 图4为本发明的电动汽车起动控制方法流程图； 图5为本发明的电动汽车起动发电系统发电运行的控制原理图； 图6为本发明的电动汽车起动发电系统起动运行时的能量流向图； 图7为本发明的电动汽车起动发电系统发电运行时的能量流向图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明
本发明的电动汽车起动发电系统，包括起动发电机、起动发电控制器及控制器工作电源，所述起动发电机为双凸极起动发电机；所述起动发电控制器包括 与所述双凸极起动发电机的输出端连接的双向功率变换电路； 用于检测所述双凸极起动发电机的励磁电流的励磁电流检测单元； 分别用于检测所述双凸极起动发电机输出的经双向功率变换电路变换后的电流、电压的输出电流检测单元、输出电压检测单元；
用于检测所述双凸极起动发电机转子位置及转速的位置转速检测单元； 用于检测所述双凸极起动发电机电枢电流的电枢电流检测单元； 包括顺次串接的励磁继电器、整流滤波单元、斩波电路的励磁主电路，其输入端和输出端分别与所述双凸极起动发电机的励磁源、励磁绕组连接；以及，
数字信号处理器，其输入端分别与励磁电流检测单元、输出电流检测单元、输出电压检测单元、电枢电流检测单元、位置转速检测单元信号连接，其输出端分别与双向功率变换电路、励磁继电器、整流滤波单元的控制端信号连接。图1显示了本发明的起动发电系统的一个实施例的结构图，如图所示，该起动发电系统包括双凸极起动发电机和起动发电控制器、控制器工作电源。双凸极起动发电机由车载发动机同轴驱动，其内部包括同轴驱动的电励磁双凸极电机和永磁励磁机。永磁励磁机的三相交流输出连接励磁主电路的输入端，励磁主电路的输出端与电励磁双凸极电机的励磁绕组连接。励磁主电路包括顺次连接的励磁继电器，由整流电路D7 D12和滤波电容C2 构成的整流滤波单元，以及由功率开关管T7、T8和续流二极管D13、D14组成的斩波电路。双CN 102386829 A
说明书
5/8页 向功率变换电路为三相全桥变换电路(也可采用三相半桥变换电路)，由功率开关管ΤΓΤ6 和续流二极管DfD6组成。内部辅助电源的输出端分别与起动发电控制器中的数字信号处理器、励磁驱动放大隔离电路、主功率驱动放大隔离电路、励磁电流检测单元、输出电压检测单元、输出电流检测单元和位置转速检测单元等其它用电部件连接，为它们提供电源；控制器工作电源与一个防反二极管D15串联后，再与所述励磁主电路中整流滤波单元的输出端连接，上述整流滤波单元的输出端与内部辅助电源的输入端连接。如图所示，起动发电控制器中，数字信号处理器分别与励磁电流检测单元、输出电压检测单元、输出电流检测单元、电枢电流检测单元、位置转速检测单元，以及励磁继电器、 双向功率变换电路、斩波电路的控制端连接。其中励磁电流检测单元包括设置于电励磁双凸极电机励磁绕组的一端的一个电流传感器，该电流传感器的输出端经过励磁电流检测调理电路后，连接数字信号处理器的励磁电流信号输入端。输出电流检测单元包括设置于双凸极无刷直流发电机的输出端的一电流传感器，该电流传感器经过输出电流检测调理电路后，连接数字信号处理器的输出电流信号输入端。输出电压检测单元包括设置于双凸极无刷直流发电机的输出端的一电压测量装置，该电压测量装置经过输出电压检测调理电路后，连接数字信号处理器的输出电压信号输入端。电枢电流检测单元包括设置于双凸极电机电枢绕组上的电流传感器及与电流传感器连接的电枢电流检测调理电路，电枢电流检测调理电路的输出端与数字信号处理器的电枢电流信号输入端连接。起动发电控制器的控制原理如图3所示起动运行时，通过位置转速检测单元和励磁电流检测单元，得到转子位置 θ、转速信号ω和励磁电流厶，数字信号处理器经过算法分析，输出PWM2脉宽调制波，经过励磁驱动放大隔离电路，控制励磁主电路中斩波电路的功率开关管Τ7 Τ8，调节励磁电流大小；输出PWMl脉宽调制波，经过主功率驱动放大隔离电路，控制双向功率变换电路的功率开关管Tf Τ6，调节起动发电机的输出转矩和输出功率，控制发动机的转速。发电运行时，通过励磁电流检测单元、输出电流检测单元和输出电压检测单元，得到励磁电流^、输出电流 iL和输出电压&信号，根据此电量信号和来自整车控制器的控制信号，数字信号处理器发出PWM2脉宽调制波，经过励磁驱动放大隔离电路后，控制励磁主电路中斩波电路的功率开关管T7 T8，调节输出励磁电流的大小。本发明的电动汽车起动发电系统采用了双凸极起动发电机。由于双凸极起动发电机的转子上无绕组和永磁体，结构简单可靠，发电运行时无需功率变换器；励磁电源由内部励磁源提供，不需要单独的外部励磁电源，从而简化了系统结构、降低了使用环境要求。本发明的双凸极起动发电机可以如图1所示采用永磁励磁机和电励磁双凸极电机构成，也可直接采用混合励磁双凸极电机。图2 (a)为Μ/16极电励磁双凸极电机结构示意图，定子上嵌绕励磁绕组和电枢绕组，转子上无绕组和永磁体。图2(b)为对/16极混合励磁双凸极电机结构，定子铁心中安装有两组、四块永磁体，定子槽内同时嵌绕有励磁绕组和电枢绕组， 电枢绕组分为两套或多套输出，其中一套电枢绕组通过励磁主电路与励磁绕组连接作为励磁源，为励磁绕组提供励磁电流，不需外部励磁源。本发明的起动发电系统用于电动汽车时，其结构如图1所示，双凸极起动发电机由车载发动机同轴驱动，双向功率变换电路的直流输出端分别连接动力蓄电池组和驱动系统，动力蓄电池组与电池管理系统相连，整车控制器通过CAN总线与电池管理系统和数字信号处理器通信。
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起动运行时，动力蓄电池组为起动发电控制器中双向功率变换电路提供直流电源，经双向功率变换电路变换后为双凸极起动发电机提供电枢电流，双凸极起动发电机作电动运行，带动车载发动机旋转起动。发电控制器通过控制功率开关管Tf T6以及T7、T8 的导通和关断，分别调节电枢电流和励磁电流的大小，控制起动发电机的输出转矩和输出功率。发电运行时，起动发电控制器封锁主功率电路功率开关管Tf Τ6，起动发电机的三相交流输出经整流二极管DfD6整流输出，通过控制斩波电路中的功率开关管Τ7、Τ8，调节励磁电流的大小。起动运行刚开始时，由控制器工作电源为励磁主电路和内部辅助电源供电，随着转速升高，当永磁励磁机整流输出电压高于控制器工作电压时，通过防反二极管D15自动切换，由永磁励磁机为励磁主电路和内部辅助电源供电。当起动发电系统发生故障时，励磁继电器接收到数字信号处理器发出的故障保护信号，断开永磁励磁机三相交流输出，实现快速灭磁。本发明的电动汽车在起动阶段，采用起动时间和发动机转速相结合的控制方法。 其控制流程如图4所示，起动发电控制器接收到来自整车控制器的起动信号&，起动发电机进入软起动运行，设置软起动时间、，软起动时间^计时结束后，进入完全起动阶段，发动机转速小于怠速时，起动发电机作为起动机运行，单独带动发动机转速上升。当发动机转速达到怠速^，此时发动机点火，发动机开始自行出力，由发动机和起动发电机共同作用，发动机转速不断上升到自持转速『2。当发动机转速达到自持转速『2，起动时间小于预设的完全起动时间、，则撤销起动信号&，起动成功。当发动机转速未达到怠速，但起动时间已经达到完全起动时间、，则起动失败；当发动机点火后，转速未达到自持转速，但起动时间已经达到最大起动时间t2，则起动失败。起动失败后，经过预设的一段等待时间t3后，起动发电控制器再次得到起动信号&，重新起动。起动过程中，对主功率变换电路的控制可采用标准角度控制方法，随着转速上升， 达到某一预设的较高转速后，也可转而使用提前角度控制方法，提高起动发电机输出功率和输出转矩。标准角度控制的导通原则电机有两相电枢绕组同时工作，感应电势为正的绕组通以正电流，感应电势为负的绕组通以负电流，电动势处于前两相之间的相绕组不通电，导通次序为Tl，T2 —T3，T4 —T5，T6 — Tl，T2···。采用提前角度控制方法，双向功率变换器的导通次序与采用标准角度控制方法时相同，对于不同的转速范围，计算得到相应的提前角度，在标准角度控制的基础上，提前一定角度导通，提高电枢电流上升率，以此提高电枢电流有效值，增加了起动发电机输出转矩。双凸极电机提前角度控制的方法为现有技术，详细内容可参考中国发明专利《双凸极电机提前角度控制方法及电路》(申请号为 200610039562. 2,申请日为2006年4月14日，公开号为1862946，
公开日为2006年11月 15日)
起动运行时，双凸极起动发电机采用励磁电流恒流控制和电枢电流上限斩波的协调控制方法
对于励磁电流，在软起动阶段，设置一较低的励磁电流给定值；完全起动阶段，提高励磁电流给定值。起动发电控制器通过控制励磁主电路中的斩波电路，保证各阶段的励磁电流保持恒定。
对于电枢电流，设置一电枢电流上限，设置一电枢电流上限，当电枢电流检测单元检测到的电枢电流未达到该上限值时，数字信号处理器控制双向功率变换电路中的功率开关管依次导通；当电枢电流检测单元检测到的电枢电流达到该上限值时，数字信号处理器关断双向功率变换电路中所有功率开关管，在等待一固定关断时间后，功率开关管再重新开始依次导通。采用上述电枢电流上限斩波的控制方法，可防止起动过程中，电枢电流过大对起动发电机造成损坏。起动运行时的能量流向如图6所示，当电动汽车处于起动运行时，动力蓄电池组为起动发电控制器中双向功率变换电路提供直流电源，双凸极起动发电机作电动运行，带动车载发动机旋转。起动发电控制器通过控制斩波电路，保证恒定的励磁电流；根据转速信号，控制双向功率变换电路中开关管的导通和关断，调节双凸极起动发电机的输出功率和输出转矩，提高起动发电机转速，直至达到发动机自持转速。起动-发电状态切换过程先后经过能量吸收、能量回馈和能量释放三个阶段在能量吸收阶段，状态切换之前两相电枢绕组导通，此时绕组从动力蓄电池组吸收能量，将电能转换为机械能；在能量回馈阶段，起动发电切换时将双向功率变换电路开关管强制关断， 电机相绕组中储存的从动力蓄电池组电源吸收的能量向滤波电容回馈；在能量释放阶段， 当电机绕组内部储存的从动力蓄电池组吸收的能量消耗以后，输出电压降至最低点，此后输出电压开始建立，系统进入发电运行状态。图5为双凸极起动发电机作发电运行时的控制策略，采用输出电流恒流调节和电压限制相结合的协调控制方法通过输出电压检测得到输出电压实际值Udc，当输出电压小于输出电压给定值Uref,起动发电控制器接收来自整车控制器的输出电流给定值iLref,与通过输出电流检测得到输出电流实际值iL, 二者比较后经过输出电流调节器，得到励磁电流给定值i/re/7，与通过励磁电流检测得到励磁电流实际值厶，二者比较后经过励磁电流调节器，得到励磁电流调节量，调节占空比D，控制励磁电流的大小，使得输出电流跟踪整车控制器的输出电流给定值；当输出电压^ifc大于输出电压给定值仏#，输出电压给定值仏#与输出电压检测得到的输出电压实际值比较，经过输出电压调节器后，得到励磁电流给定值ifref2, 与通过励磁电流检测得到的励磁电流实际值厶比较，经过励磁电流调节器后，得到励磁电流调节量，调节占空比D，控制励磁电流的大小，使得输出电压稳定于电压给定值i/re/。发电运行时的能量流向如图7所示，双凸极起动发电机作发电运行，由车载发动机带动双凸极起动发电机旋转，电动汽车正常行驶时，动力蓄电池组所储电能较高，起动发电系统仅为驱动系统提供能量。电动汽车正常起动后，不断在巡航、爬坡下坡、加速减速和停车充电等不同工况中切换。本发明根据电动汽车的实际运行工况，动态调整电动汽车的供电，当电动汽车处于不同工况条件下，起动发电控制器调节励磁电流，控制起动发电机的输出功率，实现起动发电系统、动力蓄电池组和后级驱动系统之间的能量配合和系统保护。 具体包括
当电动汽车巡航运行时，整车控制器通过电池管理系统断开动力蓄电池组的输出，动力蓄电池组不参与工作，仅由车载发电系统提供输出功率，整车控制器将驱动系统所需的功率信号发送至发电机控制器，由发电机控制器调节励磁电流，使发电系统输出功率等于驱动系统所需功率，车载发电系统输出电流等于驱动系统母线电流；
当电动汽车加速或爬坡运行时，整车控制器通过电池管理系统，闭合动力蓄电池组的输出回路，同时将驱动系统所需的功率信号发送至发电机控制器，发电机控制器增大励磁电流，调节输出电流达到最大输出电流，动力蓄电池组自动放电，由车载发电系统和动力蓄电池组共同为驱动系统提供功率；
当电动汽车停车充电运行时，整车控制器将驱动系统输出功率为零的状态信号发送至发电机控制器，发电机控制器调节励磁电流，使发电系统的输出电流等于动力蓄电池组最大充电电流，发电系统单独为动力蓄电池组充电；
当电动汽车减速或下坡运行时，整车控制器控制车轮回馈的能量经驱动系统返回到驱动系统母线，同时整车控制器通过检测驱动系统回馈的母线电流大小，向发电机控制器发送驱动系统回馈母线电流信号，发电机控制器根据回馈电流信号，调节励磁电流大小，使得车载发电系统输出电流与回馈电流之和等于动力蓄电池组最大充电电流，由车载发电系统和驱动系统共同为动力蓄电池组充电。
权利要求
1.一种电动汽车起动发电系统，包括起动发电机、起动发电控制器及控制器工作电源， 其特征在于，所述起动发电机为双凸极起动发电机；所述起动发电控制器包括与所述双凸极起动发电机的输出端连接的双向功率变换电路； 用于检测所述双凸极起动发电机的励磁电流的励磁电流检测单元； 分别用于检测所述双凸极起动发电机输出的经双向功率变换电路变换后的电流、电压的输出电流检测单元、输出电压检测单元；用于检测所述双凸极起动发电机转子位置及转速的位置转速检测单元； 用于检测所述双凸极起动发电机电枢电流的电枢电流检测单元； 包括顺次串接的励磁继电器、整流滤波单元、斩波电路的励磁主电路，其输入端和输出端分别与所述双凸极起动发电机的励磁源、励磁绕组连接；以及，数字信号处理器，其输入端分别与励磁电流检测单元、输出电流检测单元、输出电压检测单元、电枢电流检测单元、位置转速检测单元信号连接，其输出端分别与双向功率变换电路、励磁继电器、整流滤波单元的控制端信号连接。
2.如权利要求1所述电动汽车起动发电系统，其特征在于，所述双向功率变换电路为三相全桥变换电路或三相半桥变换电路。
3.如权利要求1所述电动汽车起动发电系统，其特征在于，所述双凸极起动发电机包括永磁励磁机和电励磁双凸极电机；永磁励磁机作为双凸极起动发电机的励磁源，其输出端与所述励磁主电路的输入端连接。
4.如权利要求1所述电动汽车起动发电系统，其特征在于，所述双凸极起动发电机为混合励磁双凸极电机；所述混合励磁双凸极电机包括至少两套电枢绕组，其中一套作为励磁源与所述励磁主电路的输入端连接，其余电枢绕组中的一套与所述双向功率变换电路连接。
5.如权利要求1所述电动汽车起动发电系统，其特征在于，所述起动发电控制器还包括一内部辅助电源，其输出端分别与起动发电控制器中其它用电部件连接；控制器工作电源与一个防反二极管串联后，再与所述励磁主电路中整流滤波单元的输出端连接，上述整流滤波单元的输出端与内部辅助电源的输入端连接。
6.一种电动汽车，包括发动机、动力蓄电池组、电池管理系统、驱动系统、整车控制器及起动发电系统，其特征在于，所述起动发电系统为权利要求1-5任一项所述起动发电系统； 所述双凸极起动发电机与发动机同轴驱动；所述双向功率变换电路的输出端分别与动力蓄电池组及驱动系统连接；所述起动发电机控制器的数字信号处理器与整车控制器信号连接。
7.—种如权利要求6所述电动汽车的起动控制方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1、数字信号处理器接收来自整车控制器的起动信号，进入软起动阶段；步骤2、数字信号处理器对励磁主电路中的斩波电路进行控制，使双凸极起动发电机的励磁电流保持在预设的软起动励磁电流给定值；对双向功率变换电路进行控制，为双凸极起动发电机提供电枢电流；步骤3、经过一段预设的软起动时间后，进入完全起动阶段，数字信号处理器控制双凸极起动发电机的励磁电流提高，使其保持于预设的完全起动励磁电流给定值；对双向功率变换电路进行控制，为双凸极起动发电机提供电枢电流；步骤4、数字信号处理器通过位置转速检测单元对发动机的转速进行实时检测，当转速达到发动机怠速时，发动机点火；如在预设的完全起动时间内，发动机转速达到其自持转速，则起动成功，数字信号处理器撤销起动信号；如在预设的完全起动时间内，发动机转速未达到其自持转速，则起动失败，数字信号处理器撤销起动信号。
8.如权利要求7所述电动汽车的起动控制方法，其特征在于，起动过程中，在发动机转速达到一预设转速之前，数字信号处理器采取标准角度控制方法对双向功率变换电路进行控制；在发动机转速达到该预设转速之后，数字信号处理器采取标准角度控制方法或者提前角度控制方法对双向功率变换电路进行控制。
9.如权利要求7所述电动汽车的起动控制方法，其特征在于，所述对双向功率变换电路进行控制，采用电枢电流上限斩波的控制方法设置一电枢电流上限，当电枢电流检测单元检测到的电枢电流未达到该上限值时，数字信号处理器控制双向功率变换电路中的功率开关管依次导通；当电枢电流检测单元检测到的电枢电流达到该上限值时，数字信号处理器关断双向功率变换电路中所有功率开关管，在等待一固定关断时间后，功率开关管再重新开始依次导通。
10.如权利要求7、8或9所述电动汽车的起动控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤5、起动失败，经过预设的等待时间后，重新进行起动，转步骤1。
11.一种如权利要求6所述电动汽车的控制方法，其特征在于，根据电动汽车的实际运行工况，动态调整电动汽车的供电，具体包括当电动汽车巡航运行时，整车控制器通过电池管理系统断开动力蓄电池组的输出，动力蓄电池组不参与工作，仅由起动发电系统提供输出功率，整车控制器将驱动系统所需的功率信号发送至起动发电控制器，由起动发电控制器调节励磁电流，使发电系统输出功率等于驱动系统所需功率，起动发电系统输出电流等于驱动系统母线电流；当电动汽车加速或爬坡运行时，整车控制器通过电池管理系统，闭合动力蓄电池组的输出回路，同时将驱动系统所需的功率信号发送至起动发电控制器，起动发电控制器增大励磁电流，调节输出电流达到最大输出电流，动力蓄电池组自动放电，由起动发电系统和动力蓄电池组共同为驱动系统提供功率；当电动汽车停车充电运行时，整车控制器将驱动系统输出功率为零的状态信号发送至起动发电控制器，起动发电控制器调节励磁电流，使发电系统的输出电流等于动力蓄电池组最大充电电流，发电系统单独为动力蓄电池组充电；当电动汽车减速或下坡运行时，整车控制器控制车轮回馈的能量经驱动系统返回到驱动系统母线，同时整车控制器通过检测驱动系统回馈的母线电流大小，向起动发电控制器发送驱动系统回馈母线电流信号，起动发电控制器根据回馈电流信号，调节励磁电流大小， 使得起动发电系统输出电流与回馈电流之和等于动力蓄电池组最大充电电流，由起动发电系统和驱动系统共同为动力蓄电池组充电。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车起动发电系统。本发明的起动发电系统包括双凸极起动发电机、起动发电控制器及控制器工作电源；起动发电控制器包括双向功率变换电路、励磁电流检测单元、输出电流检测单元、输出电压检测单元、位置转速检测单元、电枢电流检测单元、励磁主电路以及数字信号处理器；其中励磁主电路包括顺次串接的励磁继电器、整流滤波单元、斩波电路；数字信号处理器分别与励磁电流检测单元、输出电流检测单元、输出电压检测单元、电枢电流检测单元、位置转速检测单元，以及双向功率变换电路、励磁继电器、整流滤波单元的控制端信号连接。本发明还公开了一种电动汽车及其控制方法。相比现有技术，本发明结构简单、成本低、控制灵活。
文档编号B60L11/02GK102386829SQ20111024598
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者严仰光, 张卓然, 戴超 申请人:南京航空航天大学