一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置。基于永磁同步电机的传统增程器永磁体产生的磁场强度难以灵活调节，整机排放和燃油经济性有待改进。本发明专利技术包括内燃机、混合励磁电机、不控整流器、逆变器和增程装置控制器；内燃机和混合励磁电机之间采用共轴机械直连，混合励磁电机三相端子经不控整流器和逆变器与整车直流母线相连。本发明专利技术起动模式下，利用逆变技术和弱磁控制使混合励磁电机倒拖内燃机实现增程装置起动；发电模式下，利用内燃机带动混合励磁电机经不控整流器为驱动电机提供动力电池亏电状态下的整车所需功率，多余电能为动力电池充电。

Electric vehicle range increasing device based on internal combustion engine and hybrid excitation motor

The invention discloses an electric vehicle range increasing device based on an internal combustion engine and a hybrid excitation motor. The magnetic field intensity of permanent magnet based on permanent magnet synchronous motor (PMSM) is difficult to be adjusted flexibly, so the engine exhaust and fuel economy need to be improved. The invention includes an internal combustion engine, hybrid excitation motor, uncontrolled rectifier, inverter and increasing device controller; between engine and motor excitation by using coaxial hybrid mechanical direct hybrid excitation motor three-phase uncontrolled rectifier and inverter terminals through the DC bus is connected with the vehicle. The present invention starting mode, the use of inverter technology and weak magnetic control for hybrid excitation motor motored engine to achieve range increasing device starting; power generation mode, the vehicle driven by an internal combustion engine hybrid excitation motor via controlled rectifier as the driving motor to provide power battery power loss under the condition of the required power, excess electric energy for the power battery charging.

【技术实现步骤摘要】
一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置
本专利技术主要涉及一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，属于新能源汽车领域，主要用于新能源电动汽车动力电池亏电情况下的应急供电和车载充电，延长电动汽车续驶里程，同时通过加注燃油缩短电池充电等候时间。
技术介绍
受限于当前电池的技术水平和制造成本，增程式混合动力汽车是目前传统汽车向未来纯电动汽车过渡的最理想车型之一。增程式混合动力汽车通过在传统电动汽车平台上增加一套内燃机发电或燃料电池发电装置，不仅保留了纯电驱动节能高效和绿色环保的特点，又解决了现有纯电动车存在的动力电池能量密度小、纯电动续航里程短、充电不方便、充电等候时间长等问题。目前国内外电动汽车所用增程装置普遍采用永磁同步电机与内燃机一体化耦合设计，通过逆变和可控整流技术，实现内燃发电增程装置的按需起停和输出电压、输出电流、输出功率及功率因数的主动调整，但基于永磁同步电机的传统增程器构型也存在如下问题：(1)永磁同步电机依靠永磁体产生机电能量转换所需的气隙磁场，电机一旦选定则永磁体产生的磁场强度难以灵活调节，而内燃发电增程装置工作转速需要跟随发电需求功率变化，因而需要额外的输出调理电路来实现增程装置的输出电压、输出电流和发电功率的调节，如半桥整流技术、PWM全桥整流技术、双向DC/DC等，导致控制难度和控制成本较高。(2)内燃发电增程装置通常需要根据发电需求不同进行频繁起停和工况切换，永磁同步电机虽可利用逆变技术实现增程装置内燃机的高怠速起动，减少起动过程油耗和排放，但基于电枢电流矢量控制的增磁和弱磁有较大局限性且电机升压逆变控制较复杂，因而增程装置目标发电工况调整仍需依赖传统内燃机的瞬态控制来实现，内燃机瞬态工况不仅影响整机排放和燃油经济性，同时也会导致增程装置发电功率响应速度变慢。鉴于上述分析，设计和开发一种控制成本低、控制难度小、油耗/排放低、发电功率响应快的内燃发电增程装置，对于增程式电动汽车的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对目前采用永磁同步电机的传统增程装置构型技术上的不足，提出了一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，起动模式下，利用逆变技术和弱磁控制使混合励磁电机倒拖内燃机实现增程装置起动；发电模式下，利用内燃机带动混合励磁电机经不控整流器为驱动电机提供动力电池亏电状态下的整车所需功率，多余电能为动力电池充电。本专利技术基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，包括内燃机、混合励磁电机、不控整流器、逆变器和增程装置控制器。所述的内燃机和混合励磁电机之间采用共轴机械直连，混合励磁电机三相端子经不控整流器和逆变器与整车直流母线相连。发电工况下，增程装置控制器将实时状态发送给整车控制器，并接收整车控制器的功率请求信号，遵循最佳发电工况脉普图确定内燃机需求扭矩和最佳发电转速，根据内燃机需求扭矩确定内燃机目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，控制内燃机将燃料化学能转化为机械能驱动混合励磁电机发电；增程装置控制器根据混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速和目标最佳发电转速差值调节混合励磁电机的励磁电流；不控整流器将混合励磁电机产生的交流电转化为直流电输出，并根据输出直流母线上安装的发电电压传感器和电流传感器反馈的发电电压和发电电流计算实际发电功率反馈给增程装置控制器，增程装置控制器根据目标发电需求功率和实际发电功率差值，遵循最佳发电工况脉普图调整内燃机需求扭矩和最佳发电转速；起动工况下，增程装置控制器接收整车控制器的起动信号和发电需求功率信号，同时将起动过程实时状态发送给整车控制器。增程装置控制器根据接收到的发电需求功率确定最佳目标起动转速，并根据目标起动转速和混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速偏差，计算内燃机需求扭矩和混合励磁电机需求扭矩。增程装置控制器根据内燃机扭矩模型确定目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，完成进气、喷油和点火的底层控制。增程装置控制器根据混合励磁电机需求扭矩确定弱磁控制占空比和逆变控制占空比，实现混合励磁电机弱磁控制，并由逆变器输出后实现混合励磁电机逆变控制。逆变占空比产生的基准信号由混合励磁电机的转速传感器提供。动力电池提供的高压直流电经逆变器实现直流交流转换，逆变器控制混合励磁电机倒拖并起动内燃机。内燃机需求扭矩和最佳发电转速由增程装置控制器中的稳态发电工况给定及功率闭环模块确定；稳态发电工况给定及功率闭环模块将内燃机需求扭矩传递给内燃机扭矩协调控制模块确定目标进气量、目标喷油量和目标点火正时；稳态发电工况给定及功率闭环模块将最佳发电转速传递给发电转速闭环控制模块，发电转速闭环控制模块经励磁电流控制模块调节混合励磁电机的励磁电流。内燃机需求扭矩和混合励磁电机需求扭矩由增程装置控制器的起动转速控制及扭矩分配模块计算；起动转速控制及扭矩分配模块将内燃机需求扭矩传递给内燃机扭矩协调控制模块确定目标进气量、目标喷油量和目标点火正时；目标进气量、喷油量和点火正时传递给进气、喷油及点火控制模块，完成进气、喷油和点火的底层控制。起动转速控制及扭矩分配模块将混合励磁电机需求扭矩传递给电机逆变扭矩控制模块确定弱磁控制占空比和逆变控制占空比，其中弱磁控制占空比由弱磁控制模块输出后实现混合励磁电机弱磁控制。本专利技术的有益效果：1.将混合励磁电机应用于电动汽车内燃发电增程装置，电机三相端子经不控整流器与整车直流母线相连。由于混合励磁电机的气隙磁场可以通过改变电励磁绕组中励磁电流的大小来进行灵活平滑调整，因而增程装置即便在不同发电转速下也可以借助气隙磁场调节维持发电电压/发电功率的稳定，完全实现了电动汽车增程装置的发电转速与发电电压/发电功率的解耦，无需依赖可控整流器件或DC/DC等外部支撑电路，控制难度较小、成本较低。2.混合励磁电机应用于电动汽车内燃发电增程装置，以较低成本实现了增程装置发电转速与发电电压/发电功率的完全解耦。由于增程装置的油耗、排放特性与其具体运行的工况即发电转速和发电功率密切相关，对于特定的发电功率需求存在兼顾油耗和排放要求的最佳发电转速。混合励磁增程装置发电转速和发电电压/发电功率的解耦特性为功率跟随模式下不同发电功率请求时的最佳发电转速控制提供了便利，保证了增程装置发电过程中始终具有较佳的油耗和排放。3.混合励磁电机应用于电动汽车内燃发电装置有恒功率调速范围宽等特点。由于混合励磁电机的气隙磁场具有灵活调节的特性，因而增程装置在逆变起动阶段，增程装置控制器可以借助气隙磁场调节实现混合励磁电机的弱磁控制，拓宽混合励磁电机调速范围，配合电机逆变扭矩控制和内燃机扭矩协调控制，达到增程装置高速直接起动的目的，从而提升增程装置的功率响应速度，改善其起动及瞬态过程的油耗/排放。附图说明图1为基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置示意图；图2为基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置起动控制图；图3为基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置发电控制图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，包括内燃机8、混合励磁电机7、不控整流器6、逆变器5和增程装置控制器1。内燃机8主要用于燃料燃烧和热功转换，将燃料化学能转化为机械能驱动混合励磁电机7发电；混合励磁电机7兼具起动电机和发电机功能，用于增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，包括内燃机和增程装置控制器；其特征在于：还包括混合励磁电机、不控整流器和逆变器；所述的内燃机和混合励磁电机之间采用共轴机械直连，混合励磁电机三相端子经不控整流器和逆变器与整车直流母线相连；发电工况下，增程装置控制器将实时状态发送给整车控制器，并接收整车控制器的功率请求信号，遵循最佳发电工况脉普图确定内燃机需求扭矩和最佳发电转速，根据内燃机需求扭矩确定内燃机目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，控制内燃机将燃料化学能转化为机械能驱动混合励磁电机发电；增程装置控制器根据混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速和目标最佳发电转速差值调节混合励磁电机的励磁电流；不控整流器将混合励磁电机产生的交流电转化为直流电输出，并根据输出直流母线上安装的发电电压传感器和电流传感器反馈的发电电压和发电电流计算实际发电功率反馈给增程装置控制器，增程装置控制器根据目标发电需求功率和实际发电功率差值，遵循最佳发电工况脉普图调整内燃机需求扭矩和最佳发电转速；起动工况下，增程装置控制器接收整车控制器的起动信号和发电需求功率信号，同时将起动过程实时状态发送给整车控制器；增程装置控制器根据接收到的发电需求功率确定最佳目标起动转速，并根据目标起动转速和混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速偏差，计算内燃机需求扭矩和混合励磁电机需求扭矩；增程装置控制器根据内燃机扭矩模型确定目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，完成进气、喷油和点火的底层控制；增程装置控制器根据混合励磁电机需求扭矩确定弱磁控制占空比和逆变控制占空比，实现混合励磁电机弱磁控制，并由逆变器输出后实现混合励磁电机逆变控制；逆变占空比产生的基准信号由混合励磁电机的转速传感器提供；动力电池提供的高压直流电经逆变器实现直流交流转换，逆变器控制混合励磁电机倒拖并起动内燃机。...

【技术特征摘要】
1.一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，包括内燃机和增程装置控制器；其特征在于：还包括混合励磁电机、不控整流器和逆变器；所述的内燃机和混合励磁电机之间采用共轴机械直连，混合励磁电机三相端子经不控整流器和逆变器与整车直流母线相连；发电工况下，增程装置控制器将实时状态发送给整车控制器，并接收整车控制器的功率请求信号，遵循最佳发电工况脉普图确定内燃机需求扭矩和最佳发电转速，根据内燃机需求扭矩确定内燃机目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，控制内燃机将燃料化学能转化为机械能驱动混合励磁电机发电；增程装置控制器根据混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速和目标最佳发电转速差值调节混合励磁电机的励磁电流；不控整流器将混合励磁电机产生的交流电转化为直流电输出，并根据输出直流母线上安装的发电电压传感器和电流传感器反馈的发电电压和发电电流计算实际发电功率反馈给增程装置控制器，增程装置控制器根据目标发电需求功率和实际发电功率差值，遵循最佳发电工况脉普图调整内燃机需求扭矩和最佳发电转速；起动工况下，增程装置控制器接收整车控制器的起动信号和发电需求功率信号，同时将起动过程实时状态发送给整车控制器；增程装置控制器根据接收到的发电需求功率确定最佳目标起动转速，并根据目标起动转速和混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速偏差，计算内燃机需求扭矩和混合励磁电机需求扭矩；增程装置控制器根据内燃机扭矩模型确定目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，完成进气、喷油和点火的底层...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚栋伟，吴锋，侯珏，王涵，张翀，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33