CN101590815B - 一种动力驱动装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种动力驱动装置

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。

附图说明

图1是根据本发明的动力驱动装置的结构框图；

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。

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***，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、***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1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10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1接到起动发动机的指令后，控制器1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1。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T1和T7导通，此时电流流动方向为：T1-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T1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。

Claims (6)

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)发送使该发电机(4)用作起动机的指令或向该发电机(4)发送控制该发电机(4)进行发电的发电起始指令，发电机(4)用于根据接收自控制器(1)的指令来用作起动机或进行发电；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，所述控制器(1)采用电压空间矢量脉宽调制控制方式来控制所述电流变换装置(13)中的电流流向，使得能够在不必提升发电机(4)的输出电压的情况下控制电流流向所述待充电电池；

所述发电机(4)还包括三相绕组(10)、转子(20)和旋转变压器(19)，该三相绕组(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相电连接并用于检测所述U、V和W相与转子(20)的相对位置，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，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，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。

2.根据权利要求1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)，所述转速检测装置(14)的测量端与车辆的发动机电连接，所述转速检测装置(14)用于检测所述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)发出所述发电起始指令。

5.根据权利要求4所述的动力驱动装置，其中所述第一阈值的范围为大于0转/分钟且小于等于800转/分钟。

6.根据权利要求1所述的动力驱动装置，其中，

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。

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