一种起发一体机的反向励磁方法与流程

本发明属于起发一体机技术领域，具体是一种起发一体机的反向励磁方法。

背景技术：

传统汽车发动机旁边，存在一个起动机和一个发电机，其所占空间较大。现有一种起发一体机，集成了起动机和发电机的功能，缩小了空间占用量，提高了安装便捷性。所述起发一体机需要配套的电机控制系统，目前国外已有量产的控制系统，国内有部分车型采用该系统，但均是由国外供应商提供，该控制系统在国内尚处于研发阶段。

对于集成了发电、起动、助力等功能的起发一体电机及其控制系统，一般来说，至少有三种工作模式：发电模式、起动模式和中性模式。其中，发电模式对应发电机的功能；起动模式对应起动机的功能；中性模式不实现功能，可以理解为电机在空转，不对外输出电流、扭矩等，是一个中性状态，等待汽车的中控发来起动或发电的指令而切换到相应的工作模式。

目前此类起发一体机一般采用混合励磁的永磁同步电机，电机在高转速空转条件下，如果不进行处理，由于永磁体本身的剩磁，即使是在中性模式下，依然会对外输出电压、电流、扭矩，使其不是真正的中性模式，影响整个车载控制系统。而实际的应用中的需求是中性模式没有电流输出，该问题目前没有相关技术公开或启示。经发明人对于该问题的研究发现，传统控制方式中，中性模式是不通励磁电流的，然此时由于永磁体本身的剩磁以及转子的空转，造成转子母线中产生电压，而母线又与车载电池连接，若母线形成的电压超过车载电池电压，则会向外输出电流，即显示对外输出高电压或扭矩等情况。

鉴于上述中性模式下电机对外输出电流的情况，要阻止电流的产生，可从两方面入手：一是消除永磁体产生的磁场，二是降低转子转速。由于起发一体电机转子与发动机相连，后者可行性较低。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种起发一体机的反向励磁方法，以克服现有技术的不足。

本发明通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：

一种起发一体机的反向励磁方法，该方法采用向起发一体机施加反向励磁，使其母线的输出电压不高于与其连接的电池电压。

优选的，实现反向励磁的方法是向起发一体机的励磁线圈内输入反向电流，该反向励磁电流产生的磁场与起发一体机的永磁体磁场相互抵消，起发一体机不产生电功率，使得母线的输出电压不高于与其连接的电池电压。

优选的，控制反向励磁电流大小的方法可根据电机转速确定，具体有以下两种方法：

一是在不施加反向励磁电流前，先将电机转速划分多个区间，首先测定每个区间内最高转速下需要多大的反向励磁电流能使得输出的母线电压不大于电池电压，则每个区间对应一个反向励磁电流数值，从而实现根据不同转速给定不同的反向励磁电流；

二是在不施加反向电流前，测定电机在额定最高转速下需要多大的反向励磁电流使得输出的母线电压不超过与其连接的电池电压，然后以该值作为一个固定的反向励磁电流值。

优选的，控制反向励磁电流大小的方法可通过母线上的电流检测来确定，具体有以下两种方法：

一是通过母线电流检测来做到闭环控制；即实时检测母线上的电流，实时计算需要的反向励磁电流值，消除电功率。

二是通过母线上的电流方向来控制，规定母线向外输出电流为正，从电源取电为负，可以通过判断电流的方向，只要检测到正向电流，就进行反向励磁。

优选的，控制反向励磁电流大小的方法可通过检测起发一体机的b+输出端的电压来进行控制。

优选的，当b+输出端的电压不能直接测定时，可采用实时检测电池电压并通过pi调节方法实现，具体的：

设电池的额定标准电压为v0，电池两端的实时电压为vbat，设定一个阈值vth，该电池两端实时电压vbat与一个固定值（v0-vth）的差，即vbat-（v0-vth）作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可调节反向励磁电流的大小，而产生的反向电压为vbat-（v0-vth），即可确保母线输出的理论电压v0-vth低于电池的额定标准电压v0。

优选的，控制反向励磁电流大小的方法通过检测单个相电压的最大值来控制，具体方法如下：

在单个相电压周期内，找到相电压最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小。

优选的，在单个相电压周期内，寻找相电压最大值vpmax的方法如下：

在单个相电压周期内，记录当前采集点的相电压值vp1，下个采集点的相电压值vp2，若vp2大于vp1，则保留vp2，否则保留vp1，依次类推，则经过一个相电压周期的时间，采集系统可以识别出相电压的最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小

优选的，由于采集频率的关系，不能确保在单个相电压周期内检测到理论的最大相电压vpmax0，因此设置一个阈值vth，即vp1、vp2或vpmax不大于vbat-vth即可。

优选的，控制反向电流大小的方法通过检测三相电压的最大值来控制，具体有以下两种方法；

一是实时采集三相电压，采集到某时刻三相电压的最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比可以用来调节反向励磁电流的大小，使得vpmax不大于vbat；

二是采集三分之一的单相电压周期的间隔，得到三相电压的最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比可以用来调节反向励磁电流的大小，使得vpmax不大于vbat。

优选的，由于相电压是动态的，实际过程中可能某个瞬间形成波动，设置一个阈值vth且该阈值vth值不小于波动值，使得vpmax+vth不大于vbat。

采用以上方法后，本发明相较于现有技术，具备以下优点：本发明在不改变起发一体电机结构的情况下，主要通过控制系统的软件算法进行反向励磁，抵消永磁体的磁场，实现真正的中性模式，本发明设计思路简单，操作方便，可靠性强。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

附图1为采用电流检测来进行励磁电流控制的电路示意图；

附图2为检测电池电压来进行励磁电流控制的电路示意图；

附图3为检测相电压的最大值来进行励磁电流控制的电路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

对于集成了发电、起动、助力等功能的电机及电机控制系统，一般来说，至少有三种工作模式，发电模式、起动模式、中性模式；发电模式实现传统发电机的发电功能，起动模式实现传统起动机的起动功能，中性模式不实现功能，可以理解为电机在空转，不对外输出电流，扭矩等。

目前此类电机一般采用混合励磁的永磁同步电机，如果不进行处理，在电机高转速空转下，由于永磁体本身的剩磁，即使是在中性模式下，依然会对外输出高电压，电流，扭矩，使其不是真正的中性模式，影响整个车载控制系统。

所以需要对该电机进行反向励磁，用以抵消永磁体的磁场，实现抵消永磁体磁场方法有以下几种实施例：

实施例一、在确定反向励磁电流值前，先将电机转速划分多个区间，首先测定每个区间内最高转速下需要多大的反向励磁电流可使得输出的电压小于电池电压，则每个区间对应一个反向励磁电流数值，从而实现根据不同转速给定不同的反向励磁电流；即通过测试，可以知晓每个电机不同转速下需要多大的反向励磁可以使得发出的电压小于电池电压，并划分区间，从而可以根据转速来给定不同的励磁电流，缺点是不同电机有差异，每台都需要标定；如果永磁体退磁，则给定的励磁电流偏大，容易造成中性模式失效。

实施例二、在确定反向励磁电流值前，测定电机额定最高转速下要多大的反向励磁电流可使得输出的电压不超过与其连接的电池电压，然后以该反向励磁电流数值作为一个固定的励磁；即电机所有转速给定一个固定的反向励磁电流，该电流值比实施例一中的励磁电流会大很多，可完全抵消永磁体磁场，使得电机发出的电压不高于电池电压，缺点与实施例一类似。

实施例三、通过母线上的电流检测来做到闭环控制；即实时检测母线上的电流，实时计算需要的反向励磁电流值，消除扭矩，即所检测的电流大就增加反向励磁电流；采集母线电流，比如采用pi调节，输出量对应励磁电流的大小，如附图1所示，母线电流idc与标准值0的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比信号就可以用来调节反向励磁电流的大小，使得idc趋近于0；然起发一体机的输出电流范围很大，一般可以达到200a，要去检测很小的电流，会受到采样精度的影响；比如没法检测小于5a的电流，则不能实现完全的0电流输出（即若采集精度低于5a，则当母线输出的电流低于5a时，pi无法调节）。

图中，idc指的是母线电流，和0的差作为pi的输入，输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小（iro代表励磁电流，后文一致），母线电流愈大，输出的占空比越大，反向励磁电流越大；母线电流小，则输出的占空比就下降，反向励磁电流下降，动态调节，闭环控制。

实施例四、通过母线电流的方向来控制；即约定母线向外输出电流为正，从电源取电为负，可以通过判断电流的方向，只要检测到正向电流，就进行反向励磁；即若检测到正向电流，则施加反向励磁电流，且电流值逐步增大，直到检测出反向电流；反之，若检测出反向电流，则闭关反向励磁。

实施例五、采用实时检测电池电压并通过pi调节方法实现，具体的：设电池的额定标准电压为v0，电池两端的实时电压为vbat，设定一个阈值vth，该电池两端实时电压vbat与一个固定值（v0-vth）的差，即vbat-（v0-vth）作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可调节反向励磁电流的大小，而产生的反向电压为vbat-（v0-vth），即可确保母线输出的理论电压v0-vth低于电池的额定标准电压v0（详见图2）。

更具体的，举例，设电池额定标准电压v0=12v,该阈值vth=2v，则作为pi调节的输入是vbat-（v0-vth），即vbat-（12-2）=vbat-10，即在pi调节中若vbat>10则会产生反向励磁，使得vbat在目标值10v的数值范围内动态平衡。

至于阈值vth的具体数值设定，要根据现场电机、调节器以及相关设备参数设定，理论上vth值0~v0范围内均可。

本实施例中，如果转速固定，该方法是有效的；但是转速如果发生了变化，就会有不同的情况。

如果转速上升，则电机发出的电压会增加，高于电池电压后，pi调节的vbat值会增加，那么pi的输出就会增大，那占空比增加，励磁电流就可以相应的增加；通过调节，使得vbat电压等于电池电压。如果此时转速下降，那对于pi的输入来说，没有变化，则占空比不会下降，这样反向励磁电流相对而言就给的大了。

实施例六、通过检测单相电压的最大值来控制，即在单个相电压周期内，找到相电压最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小；可以知道，在没有电流输出的时候，相电压对地为正弦波；则可以通过实时检测相电压的最大值，通过反馈，pi调节反向励磁电流，使相电压低于电池电压，则系统不会对外输出电流（详见附图3），由于采集频率的关系，不能确保在单个相电压周期内检测到理论的最大相电压vpmax0，因此设置一个阈值vth，即通过调节反馈后，vpmax不大于vbat-vth即可，vth值的设定可以提前做多次重复试验得到。

该实施例缺点是为了采集到相电压的最大值，采集窗口很大（必须大于一个相电压周期）：以转速4000rpm,8对极的电机为例，需要采集窗口大于1.875ms；另一个缺点是采集的速度必须很快，不然不能保证实时监测到最大值。这两个缺点对于一个采集系统而言会增加成本。

实施例七、通过检测单相电压的最大值来控制，即在单个相电压周期内，记录当前采集点的相电压值vp1，下个采集点的相电压值vp2，若vp2大于vp1，则保留vp2，否则保留vp1，依次类推，则经过一个相电压周期的时间，采集系统可以识别出相电压的最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小（调节原理与实施例六一致），由于采集频率的关系，不能确保在单个相电压周期内检测到理论的最大相电压vpmax0，因此设置一个阙值vth，即vp1或vp2不大于vbat-vth即可。

具体的，若一个相电压周期内，vp1和vp2都是10v，相电压峰值其实是12v，那只需要vp1<vbat-3v，就可以了，这个3v是阈值vth；阈值vth这个电压是可以通过测试来标定的，对于不同采集速度，不同精度的系统来说，可以设定不同的阈值vth。

实施例八、通过检测三相电压的最大值来控制，即实时采集三相电压，采集到某时刻三相电压中的最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小，使得vpmax不大于vbat；由于相电压是动态的，实际过程中可能某个瞬间形成波动，设置一个阈值vth且该阈值vth值不小于波动值，使得vpmax+vth不大于vbat（详见附图3）；由于vth的存在，使得即使转速稳定，target值也在一直变化，也会导致励磁电流的波动。

实施例九、通过检测三相电压的最大值来控制，采集三分之一的单相电压周期的间隔，得到三相电压的最大值vpmax，该vpmax与电池电压vbat的差作为pi调节的输入，pi输出的占空比就可以用来调节反向励磁电流的大小，使得vpmax不大于vbat；由于相电压是动态的，实际过程中可能某个瞬间形成波动，设置一个阈值vth且该阈值vth值不小于波动值，使得vpmax+vth不大于vbat。

根据三相电波形图可知，每个周期内，三相电压轮流最大，则每一相电压最大的时间占周期的三分之一，则可以使用实施例六类似的方法，只采集三分之一周期，就可以保证三相电压的最大值是稳定的；从而励磁电流也是稳定的。

也可以不采集三分之一周期，如果小于三分之一周期，则励磁电流会有波动，但是如果波动的范围不大，也是能接受的，这样可以减小采集系统的开销，可通过测试找到一个折中点；大于三分之一周期也可以，但浪费采集资源了。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。