电动－发电复用控制方法及其系统技术方案

一种电动－发电复用控制方法及其系统，采用一台起动和电动助力双绕组电机或双电机及其切换控制技术，无需弱磁控制就能实现低速大转矩起动和高速大转矩电动助力工况；采用磁电切换开关实现起动和电动助力工况的转换，驱动控制器驱动电机起动绕组，使发动机起动运转至起动额定转速时，磁电切换开关进行切换进入电动助力工况，将反电势高的起动绕组的三相输出端处于断路状态，同时完成了反电势过压保护的切换。还将起动和电动助力绕组的三相输出端与两套高、低电压的整流斩波调压电路相连，解决了两套电池组和用电负载的供电问题。该控制方法及其系统结构简单，设计合理，效率高，转矩大，为节能环保型电动混合动力汽车走向产业化奠定了技术基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发动机、电机、电动混合动力汽车等领域的控制技术，具体地说涉及一种电动-发电复用控制方法及其系统。
技术介绍
近年来，在汽车领域，研发“节能”、“环保”型电动混合动力汽车已成为世界性的攻关课题。所谓电动混合动力汽车，是“油/电”的混合，即电动与燃油的混合。发动机在汽车起动加速时，将永磁同步电机/励磁电机作为电动机复合使用，来实现起动和电动助力功能；在汽车减速时，将永磁同步电机/励磁电机作为发电机使用，来实现能量回馈并对电池组充电，上述起动、电动助力和发电工况的相互转换需要通过一套驱动控制技术来实现。而在电动混合动力汽车研制生产过程中，却面临着许多新问题和技术难题。按汽车工况的需要，在汽车低速起动和较高转速范围内加速助力时，都需要较大的电动转矩，但永磁电机的设计理论限定了同时实现低速起动大转矩和较高转速时助力大转矩的同时实现。如在同定条件下，按额定转速800r/min设计的永磁电机起动转矩，远远大于按额定转速3000r/min设计的永磁电机，但按800r/min设计的永磁电机由于电动绕组反电势的限定，其最高转速无法达到3000r/min，也就无法实现高速助力；而按3000r/min设计的永磁电机，其可以实现高速区的大转矩助力，但其在低速起动时的转矩又非常小。也就是说，按低速起动性能要求设计的永磁电机，无法满足高速区助力的性能要求；按高速区助力性能要求设计的永磁电机，无法满足低速起动性能的要求，其二者是矛盾而不可兼得的。这也是摆在世界电机学领域的一大难题。特别是低压系统的电动/发电复用控制技术，存在更难于解决的问题低电压的永磁无刷电机驱动控制，几乎都采用管压降低的MOSFET功率器件或模块，而MOSFET功率器件，其性能是大电流管或模块的工作电压较低，如200A～600A功率管或模块的工作电压通常为150V，电压为300V～600V的功率管其工作电流最大却只有几十安培。在低压电动/发电复用控制系统中，只能采用大电流的MOSFET管或模块。在复用装置中，电动工况结束，发动机工作后自然就进入发电工况，无论发电输出有无负载，反电势都会随发动机转速而升高，电动绕组产生较高的反电势，发动机在高速运转时电动绕组产生的反电势远高于MOSFET管或模块的正常工作电压。如目前国际上开发的汽车42V电动/发电复用电器系统就存在同样的问题，42V电器系统是指发电机充电电压为42VDC，其采用的电池工作电压为安全电压36V，按36V工作电压、800r/min额定转速设计的永磁同步电机，其800r/min时的电动绕组反电势已接近36V，通常汽车发动机转速可达6500r/min左右，即按800r/min设计的永磁同步电动机在6500r/min时的反电势可达200多伏，此电压已远远超过MOSFET管或模块的正常工作电压，使MOSFET管或模块直接损坏。因此，目前国内外许多汽车公司未能理想的解决此问题，使国际新发展的汽车42V电器系统未能理想实现产业化。像日本、美国等许多汽车公司都采用励磁式的42V电动/发电及其控制系统，但励磁式电机，其转矩和效率都不及永磁式同步电机高。现有汽车无论采用高压或低压电动混合动力系统，都会存在两套电源和发电充电系统。如42V系统，包括12V、36V两组电池组及14V、42V两套发电充电系统。许多汽车公司都采用一套一种电压输出发电充电系统，直接供一种电压的电池充电和负载用电；另一种电压采用DC-DC升压或者降压，来供此种电压的电池组充电或负载用电。这种采用将发电机输出的电压再通过DC-DC升压或降压的转换方式，其损耗大大增加，效率降低。特别是大功率、低电压DC-DC损耗更大、效率更低。还有DC-DC控制系统的设计制造成本高、技术难度大，几乎接近于一套无刷永磁电机驱动控制系统。由于面临以上问题和技术难题，世界各大汽车公司多采用高电压混合动力系统，即采用电压较高的电池组，电机驱动控制系统采用管压降高、工作电流大的高电压IGBT模块等，并采用永磁同步无刷正弦波电机及其弱磁驱动控制系统，此系统采用弱磁方式即达到电机低速起动大转矩，也可通过弱磁实现电机在一定高转速区电动和助力目的，弱磁控制原理是用定子绕组在d轴时，加电流使定子磁场与相对转子永磁产生同极性磁场，来减弱转子永磁磁力强度，达到提高电动机转速和控制发电机输出。采用弱磁控制易产生电机转子永磁退磁，电路设计要求很高，一旦电路出现故障，反电势会烧毁控制系统，电机始终存在弱磁大电流输入，既消耗电能，又存在效率低、故障多、输出转矩相对无弱磁控制的永磁电机低等诸多缺点。
技术实现思路
为了克服上述诸多问题和技术难题，本专利技术的目的是提供一种结构简单、效率高、转矩大、无需弱磁控制的电动-发电复用控制方法，能够使混合动力发动机实现低速大转矩起动和高速大转矩电动助力切换驱动控制，并同时解决了低压系统电动/发电复用控制技术中发动机在高转速时，电动绕组产生的反电势高于功率器件正常工作电压，造成功率器件易损坏等问题。本专利技术的另一目的，是提供一种实现上述电动-发电复用控制方法的控制系统。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是一种电动-发电复用控制方法，包括以下步骤①将一台电机的绕组采用抽头或独立设置方式，设计成起动绕组和电动助力绕组，或采用两台独立电机的起动和电动助力绕组；②将上述起动绕组和电动助力绕组的输出接线分别通过磁电切换开关与电机驱动控制器相连；③通过上述磁电切换开关将电机的起动绕组与电机驱动控制器接通时，电机驱动控制器工作，驱动起动绕组使发动机起动运转至额定转速后，完成低速大转矩起动工况，此时磁电切换开关自动进行切换，将电机的起动绕组与电机驱动控制器断开，随即将电机的电动助力绕组与电机驱动控制器接通，驱动电动助力绕组实现高速大转矩电动助力。作为上述控制方法方案的进一步完善，上述起动绕组三相输出通过高电压的整流斩波调压电路，输出直流供给高电压蓄电池组和负载用电；上述电动助力绕组的三相输出通过低电压的整流斩波调压电路，输出直流供给低电压蓄电池组和负载用电。一种实现上述电动-发电复用控制方法的系统，它包括梯形波或正弦波电机驱动控制器、同时具有梯形波或正弦波起动绕组和电动助力绕组的电机以及实现低速起动、高速电动助力工况转换的磁电切换开关；所述电机是将电机绕组采用抽头或独立设置方式，设计成星形或三角形连接的梯形波或正弦波起动绕组和电动助力绕组，或采用两台独立电机的起动和电动助力绕组；电机起动绕组U1、V1、W1、电动助力绕组U2、V2、W2的各输出接线分别接磁电切换开关相应触点；电机驱动控制器的三相交流输出A、B、C分别接切换开关的动触点。作为上述控制系统方案的进一步完善，上述起动绕组三相输出端还与高电压控制整流斩波调压电路的三相输入端相连；上述电动助力绕组三相输出端还与低电压控制整流斩波调压电路的三相输入端相连。本专利技术提供的上述电动-发电复用控制方法及其系统，结构简单，设计合理，效率高，转矩大。由于采用了起动和电动助力双绕组电机或双电机及切换控制技术，无需弱磁控制就能实现低速大转矩起动和高速大转矩电动助力工况；由于采用了可实现起动和电动助力工况转换的磁电切换开关技术，起动绕组与电机驱动控制器接通，驱动控制器驱动起动绕组，使发动机起动运转至起动额定转速时，磁电切换开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动－发电复用控制方法，其特征在于它包括以下步骤：①将一台电机的绕组采用抽头或独立设置方式，设计成起动绕组和电动助力绕组，或采用两台独立电机的起动和电动助力绕组；②将上述起动绕组和电动助力绕组的输出接线分别通过磁电切换开关与电机驱动控制器相连；③通过上述磁电切换开关将电机的起动绕组与电机驱动控制器接通时，电机驱动控制器工作，驱动电机起动绕组使发动机起动运转至额定转速后，完成低速大转矩起动工况，此时磁电切换开关自动进行切换，将电机的起动绕组与电机驱动控制器断开，随即将电机的电动助力绕组与电机驱动控制器接通，驱动电机电动助力绕组实现高速大转矩电动助力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺雷，
申请(专利权)人：贺雷，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]