起动发电一体机动力装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种起动发电一体机动力装置，属于汽车起动及发电【技术领域】。该装置包括：起动发电一体机与发动机。本发明设计的一种起动发电一体机动力装置，它能使发电机工作在起动模式和发电模式。既能代替传统起动机用以起动发动机，又能工作于发电模式为整车电器、电传动系统和其它大型用电装置供电。起动发电一体机动力装置取消了起动机，具有功率大、尺寸小、控制性能优越、节能环保等优点。
【专利说明】起动发电一体机动力装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及汽车起动及发电【技术领域】，具体涉及一种起动发电一体机动力装置。【背景技术】
[0002]传统汽车的起动系统由蓄电池、起动机、传动机构、起动机控制器组成。发动机起动时，起动机通过传动机构与发动机飞轮齿圈啮合，将起动机转矩传递给发动机，当发动机起动后起动机与飞轮齿圈自动分离。传统汽车的发电系统由蓄电池、发电机及电压调节器等组成。发动机经传动带驱动发电机旋转，当发动机转速变化或者电器负荷变化时，电压调节器调节发电机的励磁电流，使发电系统输出的电压保持稳定。随着汽车技术的发展，在串联混合动力汽车中采用了大功率的永磁同步发电机代替了传统的发无刷硅整流电机，采用不控制/可控整流方式，为整车电器系统及电驱动系统提供电能。
[0003]上述的传统汽车起动系统和发电系统是两套独立的系统。起动系统中，由于发动机从静止状态至工作状态的过渡时间相对较长，使得发动机油耗大、效率低、尾气排放污染严重。而其发电系统只为整车电器系统供电，不能为动力系统或者为其它大型用电装置提供电能。在串联混合动力车辆用的发电系统中，目前广泛采用整流控制技术，不能充分发挥发电机的特点使其运行于电动状态起动发动机。此外，民用领域的发电机功率，因汽车自重较轻，功率一般小于200kW，无法满足坦克电传动系统的要求。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是:如何提供一种既能代替传统起动机用以起动发动机，又能工作于发电模式为整车电器、电传动系统和其它大型用电装置供电的起动发电一体机动力装置。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种起动发电一体机动力装置，包括:起动发电一体机与发动机；所述起动发电机一体机包括起动发电机本体、起动发电机控制器及高压蓄电池组；
[0008]所述起动发电机本体的转子与发动机的输出轴连接，起动发电机本体的定子固定在发动机的机壳上；高压蓄电池组通过高压电缆与起动发电机控制器的直流母线连接，起动发电机控制器通过高压电缆与起动发电机本体相连；
[0009]所述起动发电机控制器包括散热板、电容模块、IGBT模块、传感器组合、主控制板、控制板隔舱、控制器箱体和接插件，所述散热板、电容模块、IGBT模块、传感器组合、主控制板、控制板隔舱和接插件安装在控制器箱体内，所述电容模块和IGBT模块安装在散热板上，电容模块通过叠层母线与IGBT模块连接，主控制板与IGBT模块、传感器组合连接，主控制板安装在控制板隔舱内；主控制板用于接收起动指令，控制起动发电机本体运行在起动模式，起动发电机本体拖动发动机旋转，待发动机起动后，控制起动发电机本体运行在发电模式，并控制直流母线的输出电压或者电流。
[0010]优选地，所述主控制板包括微处理器、旋转变压器解码模块、模数转换模块、隔离驱动模块和通信模块；旋转变压器解码模块与起动发电机本体内部安装的旋转变压器连接，用于为旋转变压器提供励磁信号，同时对旋转变压器输出的正弦和余弦信号进行解码，得到起动发电机转子的位置，实时传递给微处理器；模数转换模块与控制器箱体内部的传感器组合连接，将直流母线电压、直流母线电流、电机绕组电流值传给微处理器用于进行起动和发电控制；隔离驱动模块用于将微处理器发出的驱动IGBT模块的脉冲宽度调制PWM信号传递给IGBT模块，控制各IGBT模块的开关。
[0011 ] 优选地，所述起动发电机本体为双Y结构电机。
[0012]优选地，所述起动发电机本体为永磁同步电机。
[0013]优选地，所述传感器组合包括电压传感器、电流传感器、温度传感器。
[0014](三)有益效果
[0015]本发明设计的一种起动发电一体机动力装置，它能使发电机工作在起动模式和发电模式。既能代替传统起动机用以起动发动机，又能工作于发电模式为整车电器、电传动系统和其它大型用电装置供电。起动发电一体机动力装置取消了起动机，具有功率大、尺寸小、控制性能优越、节能环保等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的起动发电机本体端面示意图；
[0017]图2为起动发电一体机动力装置结构及其与外部部件的电路连接框图；
[0018]图3为起动发电机控制器的主控制板的结构及其与其他部件连接个关系示意图；
[0019]图4为起动发电一体机起动发电控制原理框图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0021]本发明实施例的起动发电一体机动力装置，由起动发电一体机与发动机组成、起动发电机一体机由起动发电机本体、起动发电机控制器及高压蓄电池组组成。如图1、图2所不，起动发电机本体2的转子与发动机I的输出轴连接，起动发电机本体2的主轴24与发动机I主轴通过法兰同轴连接，起动发电机本体2的定子25固定在发动机I的机壳上。起动发电机本体2采用液体冷却方式、双“Y”(两个三相都是“Y”连接)引线输出，两个三相的中点不连接，并同轴安装旋转变压器。起动发电机本体2采用液体冷却方式设计有进水口 23，其绕组21和旋转变压器信号、内部温度传感器接口 22与起动发电机控制器3连接。
[0022]如图2所示，高压蓄电池组37通过高压电缆与起动发电机控制器3直流母线连接，起动发电机控制器3通过高压电缆与起动发电机本体2相连。起动发电机控制器由散热板(图中未画出)、电容模块35、IGBT (绝缘栅双极型晶体管)模块31 (具体是由多个IGBT组成的三相逆变桥)、主控制板32、电压传感器33和电流传感器34、温度传感器38、控制板隔舱、控制器箱体和接插件组成，散热板、电容模块、IGBT模块、传感器组合、主控制板、控制板隔舱、接插件安装在控制器箱体内。电容模块、IGBT模块安装在散热板上，电容模块通过叠层母线与IGBT模块连接，IGBT模块与直流输入母线、交流输出相连，并在输入、出线缆上安装有电压传感器和电流传感器。在散热板、IGBT模块上也可以放置温度传感器。控制器主控制板32与IGBT模块31、旋转变压器接口 36、电压传感器33、电流传感器34、温度传感器38、28V电源39以及整车CAN总线网络连。控制板隔舱内安装主控制板，提高主控制板的抗电磁干扰能力。图2中的IGBT模块为省略画法，具体结构见图3。
[0023]如图3所示，起动发电机控制器主控制板由微处理器4、旋转变压器解码模块41、模数转换模块42、隔离驱动模块43、通信模块44 (485/232)组成。旋转变压器解码模块41与起动发电机本体2内部安装的旋转变压器连接，为旋转变压器提供励磁信号，同时对旋转变压器输出的正弦和余弦信号进行解码，得到起动发电机转子的位置，实时传递给微处理器。模数转换模块42与控制器箱体内部的电压传感器33、电流传感器34和温度传感器38连接，将直流母线电压、直流母线电流、电机绕组电流值传给微处理器4用以进行起动和发电控制。隔离驱动模块43将微处理器4发出的驱动IGBT的PWM信号传递给IGBT模块31，控制各IGBT的开关。主控制板通过CAN总线接收来自整车控制器的起动指令，控制起动发电机本体运行在起动模式，起动发电机本体拖动发动机旋转，待发动机起动后，控制起动发电机本体运行在发电模式，并根据整车控制器的指令控制直流母线的输出电压或者电流。
[0024]图4为起动发电一体机起动运行和发电控制的原理框图。当电机需作起动运行时，图4中的转矩电流给定ζ连接端口 502,即根据设定的起动力矩计算q轴起动电流。控制器利用转子位置信息将检测到电流进行坐标变换，得到dq轴电流反馈值。dq轴电流参考信号与实际值以较后，其偏差值被输入至调节器，PI调节器(图4中的“PI”)的输出得到磁场定向dq轴系中两轴电压参考值ud和iv通过Park逆变换,转换为ab轴参考电压ua、ub,经过SVPWM模块产生控制逆变桥各功率开关的开通和关断信号。当电机起动超过某一转速后，控制器接收整 车控制器的CAN指令控制电机转入发电状态运行，将图4中的转矩电流给定^连接端口 501，这时系统变为采用电压、电流双闭环控制方式。将直流母线电压设定值与直流母线反馈电压进行比较，经PI调节器调节后得到电机的q轴电流设定。其中PMSM是起动发电机本体，逆变桥下方的三个小圈是电流传感器，udc是来自电压传感器的电压。
[0025]本发明在起动发动机时电机工作于电动状态，在发动机起动后电机工作在发电状态，一套动力装置集成了起动和发电两种的功能，使得整车部件减少，便于整车布置，安装方便并降低了系统成本。起动发电一体机动力装置采用双Y结构电机和模块化控制器设计在现有的系统体积和器件性能约束下可输出几百千瓦的输功率，远远超出现有技术的功率等级，使得整车采用电驱动系统及其它大功率装置成为可能。起动发电一体机动力装置采用一台永磁同步电机作为起动发电机本体。由于永磁同步电机采取永磁体励磁，电机无电刷和滑环，其低速输出转矩大、转矩波动小，因此广泛应用于需低速大转矩起动和大功率驱动等场合，如在驱动汽油发动机、柴油发动机时，在起动过程中永磁同步电机能提供较大的起动转矩，且输出转矩较为平稳。此外，在起动发动机时可以使发动机在怠速附近点火，提高了发动机效率既节能又减少了污染气体排放。
[0026]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种起动发电一体机动力装置，其特征在于，包括:起动发电一体机与发动机；所述起动发电机一体机包括起动发电机本体、起动发电机控制器及高压蓄电池组； 所述起动发电机本体的转子与发动机的输出轴连接，起动发电机本体的定子固定在发动机的机壳上；高压蓄电池组通过高压电缆与起动发电机控制器的直流母线连接，起动发电机控制器通过高压电缆与起动发电机本体相连； 所述起动发电机控制器包括散热板、电容模块、IGBT模块、传感器组合、主控制板、控制板隔舱、控制器箱体和接插件，所述散热板、电容模块、IGBT模块、传感器组合、主控制板、控制板隔舱和接插件安装在控制器箱体内，所述电容模块和IGBT模块安装在散热板上，电容模块通过叠层母线与IGBT模块连接，主控制板与IGBT模块、传感器组合连接，主控制板安装在控制板隔舱内；王控制板用于接收起动指令，控制起动发电机本体运彳丁在起动|吴式，起动发电机本体拖动发动机旋转，待发动机起动后，控制起动发电机本体运行在发电模式，并控制直流母线的输出电压或者电流。
2.如权利要求1所述的起动发电一体机动力装置，其特征在于，所述主控制板包括微处理器、旋转变压器解码模块、模数转换模块、隔离驱动模块和通信模块；旋转变压器解码模块与起动发电机本体内部安装的旋转变压器连接，用于为旋转变压器提供励磁信号，同时对旋转变压器输出的正弦和余弦信号进行解码，得到起动发电机转子的位置，实时传递给微处理器；模数转换模块与控制器箱体内部的传感器组合连接，将直流母线电压、直流母线电流、电机绕组电流值传给微处理器用于进行起动和发电控制；隔离驱动模块用于将微处理器发出的驱动IGBT模块的脉冲宽度调制PWM信号传递给IGBT模块，控制各IGBT模块的开关。
3.如权利要求1所述的起动发电一体机动力装置，其特征在于，所述起动发电机本体为双Y结构电机。
4.如权利要求3所述的起动发电一体机动力装置，其特征在于，所述起动发电机本体为永磁同步电机。
5.如权利要求1?4中任一项所述的起动发电一体机动力装置，其特征在于，所述传感器组合包括电压传感器、电流传感器、温度传感器。
【文档编号】H02K7/18GK103701258SQ201310712290
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】卢权华, 韩志平, 田德文, 邢彦斌, 马亚青, 邹艳, 张健, 姜茹 申请人:中国北方车辆研究所