专利名称：一种动力驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车制造领域，特别是涉及混合动力车制造领域。
背景技术：
动力驱动装置用于向车辆提供动力驱动并向车内的各蓄电池提供充电 电力，是车辆的核心结构。现有动力驱动装置中包括起动机和发电机，起动 机用来带动车辆的发动机运转，发电机用于通过其运转所产生的感应电动势 而向车辆中的待充电电池充电。该起动机和发电机可分立构造，也可由一台 发电机分别实现起动发动机和发电的功能，但现有的发电机在低速运转时， 由于其产生的感应电动势的值往往低于待充电电池的电压，因此难于实现对 该待充电电池的充电。
此外，现有的动力驱动装置通常采用霍尔元件采集发电机的转子位置， 这种霍尔元件对工作环境的要求比较高、工作不稳定且检测精度差，从而降 低了动力驱动装置中的发电机的发电效率。
发明内容
为了克服现有动力驱动装置中的发电机发电效率不高的问题，本发明提 供一种发电效率较高的动力驱动装置。
本发明提供一种动力驱动装置，该动力驱动装置包括控制器、发电机、 电压比较装置，所述控制器分别与发电机和电压比较装置电连接，电压比较 装置还与发电机电连接，电压比较装置用于分别检测发电机的输出电压和待 充电电池的电压，并将检测到的发电机的输出电压值与待充电电池的电压值 相比较；控制器用于接收电压比较装置的比较结果，根据该比较结果向发电机发送启动发动机的指令或发电起始指令以控制发电机的发电，发电机用于 接收控制器的指令启动发动机或发电；其中，所述动力驱动装置还包括电流 变换装置，该电流变换装置分别与控制器和发电机电连接，当控制器接收到 的所述比较结果为发电机的输出电压值小于待充电电池的电压值时输出电 流变向指令到该电流变换装置，该电流变换装置接收该电流变向指令，并控 制流过该电流变换装置的电流变向。
本发明提供的动力驱动装置所使用的发电机，既可以实现起动电动机的 功能，又可以在该发电机运行于较低转速，其两端的输出电压值小于待充电 电池电压时，实现对该待充电电池的充电。由此，大大提高了发电机的发电 效率。
图1是根据本发明的动力驱动装置的结构框图2是根据本发明的一种实施方式的动力驱动装置的结构框图;
图3是根据本发明的控制电路的电路图。
具体实施例方式
本发明提供一种动力驱动装置，该动力驱动装置包括控制器l、发电机 4、电压比较装置5，所述控制器1分别与发电机4和电压比较装置5电连接， 电压比较装置5还与发电机4电连接，电压比较装置5用于分别检测发电机 4的输出电压和待充电电池的电压，并将检测到的发电机4的输出电压值与 待充电电池的电压值相比较;控制器1用于接收电压比较装置5的比较结果， 根据该比较结果向发电机4发送启动发动机的指令或发电起始指令以控制发 电机4的发电，发电机4用于接收控制器1的指令启动发动机或发电；其中， 所述动力驱动装置还包括电流变换装置13，该电流变换装置13分别与控制器1和发电机4电连接，当控制器1接收到的所述比较结果为发电机4的输 出电压值小于待充电电池的电压值时输出电流变向指令到该电流变换装置 13，该电流变换装置13接收该电流变向指令，并控制流过该电流变换装置 13的电流变向。
所述发电机4为可通过商购获得的永磁同步电动机，且优选为采用最大 扭矩为30Nm、最大发电功率为5Kw、最高温升为125K且直径为140mm、 高为130mm的永磁同步电动机。如本领域技术人员公知的，所述发电机4 还包括三相绕组10、转子20和旋转变压器19，所述三相绕组10包括相位 上彼此相差120°的U、 V和W相，旋转变压器19分别与控制器1和发电机 4的三相绕组10中的U、 V和W相电连接，转子20用于通过转动在所述U、 V和W相中产生感应电动势，旋转变压器19用于检测所述U、 V和W相 与转子20的相对位置，并当检测到的转子20位于U、 V和W相中的一者 所在的位置上时，发送转子位置信号给控制器l，控制器l接收到所述转子 位置信号，若此时发电机4运行在发电状态，则利用该相产生的感应电动势 对待充电电池充电。
此外，所述发电机4兼具起动机和发电机的功能。当需要起动发动机时， 所述发电机4可作为起动机使用，控制器1接收到起动命令后控制发电机4 起动发动机，从而使发电机4实现起动机的功能。发电机4运行于起动机状 态的工作原理与普通电动机作为起动机使用时的工作原理相同，该原理为本 领域技术人员公知，在此不再赘述。
由于采用永磁同步电动机作为发电机4，避免了分立构造的起动机、发 电机需定期维护的问题，因为永磁同步电动机的转子部分结构简单紧凑，无 碳刷以及换向器等摩擦易损部件，通过油润滑系统，可避免普通发电机由于 长时间运行而产生的润滑脂缺乏问题。因此所述发电机4可定义为免维护产 品。此外，由于永磁同步电动机的励磁方式为高性能钕铁硼磁钢励磁，使得电机的磁负荷增大，在体积不变的条件下可增加电机输出功率、提高电机发 电效率，且永磁同步电动机的转子为径向、插入式结构，从而使得漏磁减少。 因此，使得永磁同步电动机具有较高的发电效率。
此外，所述发电机4还可采用双冷却模式，即内部选用油冷却，外部选 用风冷却，从而有效地降低电机的温升。当发电机运行时，不可避免地会产 生热量，此时发电机4不断地把润滑油从发电机4底部传送到发电机4的各 处，使得所述发电机4内部产生的热量通过润滑油被快速地传递到机壳，机 壳通过风冷将热量发散到空气中，从而达到散热的目的。因此，采用外部风 冷却内部油冷却的双冷却模式，具有使发热源温度降低、温升均匀，散热快 等优点。
所述控制器1可以为能够收发指令的任意控制器，优选为采用单片机或 集成电路实现。
如图2所示，所述电压比较装置5包括第一电压检测装置16、第二电压 检测装置17和第一比较器18，第一电压检测装置16和第二电压检测装置 17的输出端分别与第一比较器18的输入端电连接，第一电压检测装置16 输入端与发电机4电连接，用于检测发电机4的输出电压，第二电压检测装 置17的输入端与待充电电池电连接，用于检测待充电电池的电压，第一比 较器18的输出端与控制器1电连接，用于将比较结果发送到控制器1。其中， 所述第一电压检测装置16和第二电压检测装置17可以为任意的能够直接或 间接地对电压值进行检测的装置，优选为采用A/D转换器实现。
此外，根据本发明的一种优选实施方式，所述动力驱动装置还包括相互 串联的转速检测装置14和第二比较器15，第二比较器15与控制器1电连接， 该转速检测装置14的测量端与发动机电连接，用于检测发动机的转速并将 检测到的发动机转速值发送到第二比较器15，第二比较器15用于将接收到 的发动机转速值与第一阈值相比较，所述第一阈值的范围可以是大于0且小于等于800，从而当发动机转速值大于等于该第一阈值时，即可认为发动机 已成功起动。此时第二比较器15将该比较结果发送给控制器1，从而使控制 器l向发电机4发出发电起始指令，发电机4随即进入发电状态。根据本发 明的一种优选实施方式，当将所述动力驱动装置应用于混合动力或纯电动汽 车时，发动机转速可直接从can总线上读出，故此时可省略转速检测装置14， 并将第二比较器15的一个输入端连接到can总线。
如图3所示，根据本发明的一种实施方式，所述电流变换装置13包括 连接在正极母线和地之间的三条彼此并联的支路，每条支路包括多个彼此串 联的场效应晶体管组，每个场效应晶体管组包括多个反向并联的场效应晶体 管，每条支路上的两个场效应晶体管组的连接点分别与发电机4的三相绕组 IO的U、 V和W相中的一者相连接。其中，优选为每条支路包括2组彼此 串联的场效应晶体管组，每个场效应晶体管组包括2个反向并联的场效应晶 体管，处于同一条支路上的两组场效应晶体管组的连接点分别与发电机4的 三相(U、 V和W相)绕组10中的一者连接。每个场效应晶体管的栅极分 别与控制器1电连接，从而通过控制器1控制每个场效应晶体管的导通和关 闭。所述电流变换装置13的正负引线分别与待充电电池相连接，从而实现 对该待充电电池的充电。此外，所述场效应晶体管优选为结型场效应晶体管。
下面结合本发明的一种优选实施方式，结合将本发明提供的动力驱动装 置应用于混合动力车的示例，对该动力驱动装置的工作原理进行详细的描 述。
首先，当控制器l接到起动发动机的指令后，控制器l采用电压空间矢 量脉宽调制(SVPWM)控制方式通过电流变换装置13使发电机4的三相绕 组通电，并通过旋转变压器19采集的所述转子20的位置信号等信号形成对 发电机4的闭环控制，使发电机4的实际转矩一直跟踪于目标转矩，发电机 4通过皮带来带动发动机，直到发动机起动。所述SVPWM控制方式为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
发动机起动后，发动机带动发电机4运转，转速检测装置14对发动机 的转速进行检测，并将获得的转速值发送给第二比较器15，第二比较器15 用于将接收到的发动机转速值与第一阈值相比较，当该转速值大于等于第一 阈值时，即可认为发动机成功起动，此时，控制器1控制发电机4进入发电 状态。
发电机4进入发电状态后，第一电压检测装置16和第二电压检测装置 17分别对发电机4的输出电压和待充电电池的电压进行检测，并将获得的发 电机4输出电压值和待充电电池电压值发动到第一比较器18，该第一比较器 18对这两个电压值进行比较，并将比较结果发送到控制器l。当发电机4的 输出电压小于待充电电池的电压即发电机4处于低转速运行状态时，按照常 规的控制方法，此时发电机4不能实现充电电能的输出。然而本发明在此采 取SVPWM控制方式，使得发电机4在低转速的情况下仍可以输出充电电能， 从而实现所述动力驱动装置对待充电电池的充电。所述SVPWM控制方式具 体为如图3所示，当发电机4的输出电压小于待充电电池的电压时，首先， 通过控制器1控制12个结型场效应晶体管T1-T12全部关闭，当旋转变压器 19检测到发电机4的转子20的位置处于发电机4的三相绕组10中的U相 位置时，通过控制器1施加电平信号使结型场效应晶体管Tl和T7导通，此 时电流流动方向为Tl-U-V-T7，即电流为从电池流入发电机4。随后，将 结型场效应晶体管Tl和T7关闭，并将结型场效应晶体管T4和T6打开， 由于发电机4的三相绕组内的电流方向不可能出现突变，因此，三相绕组内 的电流方向将保持不变，即此时电流流动方向为T4-U-V-T6，从而使电流 流入电池，由此实现了对电池的充电。同理可以推出所述转子20处于三相 绕组中的V相和W相时，发电机4向电池输出充电电能的过程。
当比较的结果为发电机4的输出电压大于等于待充电电池的电压即发电机4处于高速运转时，此时采取整流控制方式即可实现发电机4对所述电池 的充电电能输出。该整流控制方式具体为首先结型场效应晶体管T1-T12 全部关闭，当旋转变压器19检测到发电机4的转子20的位置处于发电机4 的三相绕组中的U相位置时，通过控制器1施加的电平信号使结型场效应晶 体管T2和T8导通，此时U、 V两相的电压和大于电池电压，电流的流动方 向为T8-V-U-T2，故发电机4可以实现对电池的充电。此外，还可以通过 控制器1控制各场效应晶体管的开关频率，从而对发电功率进行控制。同理 可以推出所述转子20处于三相绕组中的V相和W相时，发电机4向电池输 出充电电能的过程。
由此可见，通过以上控制方式实现了发电机4对发动机的起动以及该发 电机4在全转速范围内的充电电能的输出。
权利要求
1、一种动力驱动装置，该动力驱动装置包括控制器(1)、发电机(4)、电压比较装置(5)，所述控制器(1)分别与发电机(4)和电压比较装置(5)电连接，电压比较装置(5)还与发电机(4)电连接，电压比较装置(5)用于分别检测发电机(4)的输出电压和待充电电池的电压，并将检测到的发电机(4)的输出电压值与待充电电池的电压值相比较；控制器(1)用于接收电压比较装置(5)的比较结果，根据该比较结果向发电机(4)发送启动发动机的指令或发电起始指令以控制发电机(4)的发电，发电机(4)用于接收控制器(1)的指令启动发动机或发电；其特征在于，所述动力驱动装置还包括电流变换装置(13)，该电流变换装置(13)分别与控制器(1)和发电机(4)电连接，当控制器(1)接收到的所述比较结果为发电机(4)的输出电压值小于待充电电池的电压值时输出电流变向指令到该电流变换装置(13)，该电流变换装置(13)接收该电流变向指令，并控制流过该电流变换装置(13)的电流变向。
2、 根据权利要求l所述的动力驱动装置，其中所述电压比较装置(5) 包括第一电压检测装置(16)、第二电压检测装置(17)和第一比较器(18)， 第一电压检测装置(16)输入端与发电机(4)电连接，用于检测发电机(4) 的输出电压，第二电压检测装置(17)的输入端与待充电电池电连接，用于 检测待充电电池的电压，第一电压检测装置(16)和第二电压检测装置(17) 的输出端分别与第一比较器(18)的输入端电连接，第一比较器(18)的输 出端与控制器(1)电连接，用于将比较结果发送到控制器(1)。
3、 根据权利要求1或2所述的动力驱动装置，其中所述发电机(4)为 永磁同步电动机。
4、 根据权利要求1或2所述的动力驱动装置，其中所述发电机(4)包 括三相绕组(10)、转子(20)和旋转变压器(19)，所述三相绕组(10)包 括相位上彼此相差120。的U、 V和W相，旋转变压器(19)分别与控制器(1)和发电机(4)的三相绕组(10)中的U、 V和W相电连接，转子(20) 用于通过转动在所述U、 V和W相中产生感应电动势，旋转变压器(19) 用于检测所述U、 V和W相与转子(20)的相对位置，并当检测到的转子(20)位于U、 V和W相中的一者所在的位置上时，发送转子位置信号给 控制器(1)，控制器(1)接收到所述转子位置信号，若此时发电机(4)运 行在发电状态，则利用该相产生的感应电动势对待充电电池充电。
5、 根据权利要求1或2所述的动力驱动装置，其中所述动力驱动装置 还包括相互串联的转速检测装置(14)和第二比较器(15),转速检测装置(14) 用于检测发动机的转速并将检测到的发动机转速值发送到第二比较器(15) ，第二比较器(15)与控制器(1)电连接，用于将接收到的发动机转 速值与第一阈值相比较，当接收到的发动机转速值大于等于第一阈值时，将 该比较结果发送给控制器(1)，从而使控制器(1)发出发电起始指令。
6、 根据权利要求5所述的动力驱动装置，其中所述第一阈值的范围为 大于0且小于等于800。
7、 根据权利要求1或2所述的动力驱动装置，其中所述发电机(4)还 包括三相绕组(10)，该三相绕组(10)包括相位上彼此相差120°的U、 V 和W相，所述电流变换装置(13)包括连接在正极母线和地之间的三条彼 此并联的支路，每条支路包括多个彼此串联的场效应晶体管组，每个场效应 晶体管组包括多个反向并联的场效应晶体管，每条支路上的两个场效应晶体管组之间的连接点分别与发电机(4)的三相绕组(10)的U、 V和W相中 的一者相连接。
8、根据权利要求7所述的动力驱动装置，其中， 当发电机(4)的输出电压值小于待充电电池的电压值时，控制器(1)控 制所述电流变换装置(13)中的所有场效应晶体管关闭；当旋转变压器(19) 检测到发电机(4)的转子(20)位于发电机(4)的三相绕组(10)中的一 相处时，旋转变压器(19)将该检测结果发送给控制器(1)，控制器(1) 控制电流变换装置(13)中位于正极母线与该相之间的场效应晶体管组中同 向并联的场效应晶体管与位于比该相落后120。的邻相和地之间的场效应晶 体管组中同向并联的场效应晶体管导通，从而使电流从该相流入所述邻相； 然后，控制器(1)控制所有场效应晶体管关闭，并控制位于该相与地之间 的场效应晶体管组中同向并联的场效应晶体管与位于所述邻相和正极母线 之间的场效应晶体管组中同向并联的场效应晶体管导通，使电流继续从该相 流入所述邻相，从而实现了发电机(4)的发电；当发电机(4)的输出电压值大于等于待充电电池的电压值时，控制器 (1)控制所有的场效应晶体管关闭；当旋转变压器(19)检测到发电机(4)的转子(20)位于发电机(4) 的三相绕组(10)中的一相处时，旋转变压器(19)将该检测结果发送给控 制器(1)，控制器(1)控制电流变换装置(13)中位于正极母线与该相之 间的场效应晶体管组中与上述同向并联的晶体管的连接方向相反的场效应 晶体管与位于所述邻相和地之间的场效应晶体管组中与上述同向并联的晶 体管的连接方向相反的场效应晶体管导通，使电流从所述邻相流入该相，从 而实现了发电机(4)的发电。
全文摘要
本发明涉及一种动力驱动装置，包括控制器(1)、发电机(4)、电压比较装置(5)，电压比较装置(5)用于分别检测发电机(4)的输出电压和待充电电池的电压，将检测到的发电机(4)的输出电压值与待充电电池的电压值相比较；控制器(1)用于根据上述比较结果控制发电机(4)的发电，其中，该动力驱动装置还包括电流变换装置(13)，当所述比较结果为发电机(4)的输出电压值小于待充电电池的电压时，该电流变换装置(13)接收控制器(1)的电流变向指令，并控制流过该电流变换装置(13)的电流变向。使用该动力驱动装置可使发电机(4)以较低速度运转时仍可对待充电电池进行充电，从而提高了发动机(4)的发电效率。
文档编号H02M7/797GK101590815SQ20081010866
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者谭国栋 申请人:比亚迪股份有限公司