CN102444472B - 汽车高压发电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车高压发电***。该汽车高压发电***包括高压发电机(1)、发电机控制器(2)、高压储能器(3)，所述发电机(1)安装于汽车发动机前端并由发动机曲轴(4)通过皮带驱动，所述发电机(1)通过所述发电机控制器(2)连接所述高压储能器(3)和车载高压用电设备(5)，所述发电机控制器(2)中设有DC/DC转换模块，所述发电机控制器(2)通过该DC/DC转换模块连接车载24V低压电池(6)和车载低压用电设备(7)。本发明用于燃油汽车能大大提高发电机的发电利用效率。

Description

汽车高压发电***

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种汽车高压发电***。

背景技术

汽车上由发动机带动的发电机，主要用于给车上的用电设备供电和给低压电池充电。

现代汽车上的用电设备越来越多，用电量也越来越大，如车用空调***中的冷凝风机和蒸发风机也由发动机曲轴带动的24V低压励磁发电机来供电，对发动机功率的利用率较低，加之低压励磁发电机的发电效率也较低，如用3KW的发电机驱动冷凝风机和蒸发风的运行需消耗发动机功率约5KW；如空调***采用电动空调，其空调压缩机也需电能来驱动，则更是提高了对车载发电机的要求。另外，装置有空调***的汽车若要在等红灯、待客等状况下停车时空调不停止运行，还要求发动机不熄火怠速运转，也会更进一步增加燃油的消耗。因此，现有的汽车上的发电***已远远达不到汽车用电设备如电动空调的用电量要求，并且燃油消耗较大。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种发电和利用效率高的汽车高压发电***。

本发明的技术方案是：本发明包括高压发电机、发电机控制器、高压储能器，所述发电机安装于汽车发动机前端并由发动机曲轴通过皮带驱动，所述发电机通过所述发电机控制器与所述储能器电连接。

所述发电机采用交流永磁无刷电机，所述皮带采用同步带。

所述发电机包含高速绕组和低速绕组，其中，所述高速绕组由三组线圈星形连接组成，所述低速绕组是由所述高速绕组的三组线圈再各串联连接一组线圈组成。

所述发电机控制器包括整流模块、绕组选择开关、BUCK电路和主控PCB，所述整流模块输入端分别连接所述高速绕组和所述低速绕组的输出端，所述整流模块输出端连接所述BUCK电路的输入端，所述BUCK电路的输出端连接所述高压储能器, 所述主控PCB中设置有发电机转速监控模块、绕组选择模块、PWM输出控制模块，所述发电机转速监控模块连接发电机转速传感器、所述PWM输出控制模块和所述绕组选择开关，所述绕组选择开关连接所述整流模块，所述PWM输出控制模块连接所述BUCK电路。

所述主控PCB中还设置有电流采集模块，所述电流采集模块连接所述PWM输出控制模块和串联于所述BUCK电路输出端的电流互感器。

所述主控PCB中还设置有电压采集模块，所述电压采集模块并联在所述BUCK电路输出端并与所述PWM输出控制模块相连接。

所述BUCK电路由IGBT模块、续流二级管和电感组成。

所述高压储能器采用346V的锂离子电池模块。

所述发电机控制器还包括DC/DC转换模块，所述发电机控制器通过该DC/DC转换模块连接车载24V低压电池和车载低压用电设备。

本发明采用上述方案的有益效果是：本发明用高压发电机安装于汽车发动机前端并由发动机曲轴通过皮带驱动，高压发电机通过发电机控制器连接高压储能器，高压发电机发出的电经发电机控制器输出稳定的高压直流电，给高压储能器充电，然后由高压储能器给车载高压用电设备（如电动空调）供电，以满足现代汽车上越来越高的用电需求，发电机控制器还可直接连接车载高压用电设备，高压发电机发出的电经发电机控制器输出稳定的高压直流电直接供车载高压用电设备使用，本发明高压发电机采用永磁发电机，更进一步提高了发电效率；本发明的发电机包含高速绕组和低速绕组，拓宽了发电机发电效率曲线的可利用区，更进一步提高发电机的发电效率及发动机功率的利用率，进而降低了燃油的消耗；高压发电机可以取代原车载低压24V发电机，在发电机控制器中设置有DC/DC转换模块，发电机控制器通过该DC/DC转换模块连接车载24V低压电池，以供汽车上的低压用电设备用电。

 附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明发电机控制器的结构框图；

图3是本发明发电机控制器的电路原理简图；

图4是本发明发电机转速与输出电压的关系图；

图5是本发明发电机发出的电经发电机控制器后输出的电流（即充电电流）及其输出功率与发电机转速的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作具体详述。

如图1所示，本发明包括高压发电机1、发电机控制器2、高压储能器3。

高压发电机1可安装于原24V车载低压发电机的位置并取代之，由汽车发动机曲轴4通过皮带驱动，高压发电机1采用永磁发电机，相比原低压励磁发电机，大大地提高了发电效率，皮带采用同步带，相比传统的V型带，提高了传动效率。

高压发电机1通过发电机控制器2连接高压储能器3和车载高压用电设备5。高压发电机1发出的电经发电机控制器2输出稳定的直流高压电供给高压用电设备5；高压储能器3采用346V的锂离子电池模块，经发电机控制器2输出的直流高压电也可直接给高压储能器3充电后由高压储能器3给高压用电设备5供电；发电机控制器2中还设置有DC/DC转换模块，发电机控制器2通过该DC/DC转换模块连接车载24V低压电池6和车载低压用电设备7，以供汽车上的低压用电设备7用电。

高压发电机1包含高速绕组和低速绕组，其中，所述高速绕组由三组线圈L1、L2、L3星形连接组成，所述低速绕组是由所述高速绕组的三组线圈L1、L2、L3再各自串联连接一组线圈L4、L5、L6组成。如图4所示为发电机转速与输出电压的关系图，由图看出，包含双绕组的高压发电机1输出电压可利用率区域得到了大大的拓宽。

如图2、图3所示，发电机控制器2包括整流模块、绕组选择开关、BUCK电路23、充电开关K2和主控PCB 24，所述绕组选择开关采用IGBT模块BG1。

整流模块包括由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的整流电路21和由二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12组成的整流电路22，其中整流电路21的输入端连接高速绕组的输出端，整流电路22连接低速绕组的输出端，整流电路22的输出端连接绕组选择开关BG1后与整流电路21的输出端相并联，高压发电机1发出的电经整流模块整流，再经电容C1滤波后得到一个直流电流输给BUCK电路，BUCK电路23由IGBT模块BG2、续流二级管D13和电感L7组成，BUCK电路输出端串联设置电流互感器， BUCK电路23输出稳定的高压直流电可供车载高压用电设备5用电，也可给高压储能器3充电；BUCK电路23的输出端还连接有DC/DC转换模块，可给车载24V低压电池6充电和供车载低压用电设备7用电。

主控PCB 24中设置有发电机转速监控模块、绕组选择模块、PWM输出控制模块、电压采集模块、电流采集模块，发电机转速监控模块连接发电机转速传感器、PWM输出控制模块和绕组选择开关BG1，PWM输出控制模块连接BUCK电路23、电压采集模块和电流采集模块，电流采集模块连接串联于BUCK电路23输出端的电流互感器，电压采集模块连接并联在BUCK电路23输出端的电压分压采样电阻R1、R2。

发电机控制器2的充电控制原理：

当汽车发动机曲轴4带动高压发电机1旋转时，发电机转子做切割磁力线的运动产生感应电势，通过接线端子引出接入回路中，便产生了交变的电流，低速绕组产生的电流经整流电路22整流后流过绕组选择开关BG1，高速绕组产生的电流经整流电路21整流后与低速绕组产生的电流并联再经电容C1滤波后，得到一个直流电流，电流流进IGBT模块BG2，BG2对此电流进行了PWM脉宽调制，当PWM ON时，电流流过IGBT模块BG2、电感L7、二极管D13对高压储能器3充电，此时L7开始储能，由于电感的作用，使得此时的电流形成一个上升的过程；当PWM OFF时， IGBT模块BG2关断，由于L7中储存了电量，所以电流经二极管D13、高压储能器5，二极管D13放电，此时的电流形成一个下降的过程；如此重复这两个过程，因此在L7端产生一个连续的三角波电流波型；此电流流过电流互感器后，产生一个信号送到电流取样电路中进行处理，当输出的电流大于恒流值时，主控PCB 24减小PWM ON时间，即占空比减小，当输出的电流小于恒流值时，主控PCB 24增加PWM ON的时间，即占空比增加，从而达到恒流充电的效果。为防止储能部件出现过充现象，当电压采样模块测出高压储能器3电压过高时，由主控PCB 44控制IGBT模块BG2关断，停止对其充电。

如图4所示，由于高压发电机1是与发动机联动的，随着发动机转速而变化，高压发电机1输出的电压也跟着变化。怠速时，高压发电机1输出电压低，满足不了储能部件的充电要求（车用电池电压范围346V～370V），加之，怠速时发动机带载能力不足，此时强行带载发电，容易熄火，所以理想方案应定在800rpm以上才进行充电。联动发动机运行在低速区时，如图3中所示的BG1闭合，此时高压发电机1的高速绕组与低速绕组共同参与发电， 800rpm～1400rpm时输出电压从300多伏上升到600伏，假如此时转速再加快时，输出电压就会超过600伏，电压过高容易损坏电路中的元器件，为了克服这个问题，当转速超过1400rpm时，如图3中所示的BG1断开，此时，发电机中的低速绕组不参与发电，输出电压下降到安全范围；此时进入发动机的高速区，发电机只有高速绕组参与发电。如图5所示，由于发动机在不同的转速下的带载能力不同，如采用固定恒流充电的话，在低转速时，负荷过大，动力不足，高转速时，发电效果不好等。所以高压发电机1对高压储能器3的恒流充电电流及其输出功率不能固定为一个点，应跟根不同的转速动态调整恒流点。

发电机控制器2供电给用电设备的控制原理：

高压发电机1发出的电流经整流滤波后，通过BUCK电路23调节后，再经C2滤波后，提供给用电设备，当高压发电机1电压升高时，此时电压采集模块测试出输出的电压高于恒压基准点，主控PCB 24减小PWM输出的占空比，输出电压下降，当高压发电机1电压降低时，电压采样模块测试出输出的电压低于恒压基准点，主控PCB 24增加PWM输出的占空比，输出电压上升，形成恒压供电过程。但由于发电机不同转速的带载能力有所差异，为了防止带载过重造成高压发电机1打滑或与发电机联动的发动机熄火等现象，使得用电设备断续工作，可在电路中加入了受高压发电机1转速控制的功率调节模块，当主控PCB 24检测到转速低时，输出信号控制用电设备，减小用电设备的输出功率，当转速高时，输出信号控制用电设备，增加用电设备的输出功率，使负荷能满足高压发电机1的发电要求。

Claims (7)

1.一种汽车高压发电***，其特征在于：它包括高压发电机（1）、发电机控制器（2）、高压储能器（3），所述发电机（1）安装于汽车发动机前端并由发动机曲轴（4）通过皮带驱动，所述发电机（1）通过所述发电机控制器（2）与所述高压储能器（3）电连接；所述发电机（1）包含高速绕组和低速绕组，其中，所述高速绕组由三组线圈星形连接组成，所述低速绕组是由所述高速绕组的三组线圈再各串联连接一组线圈组成；所述发电机控制器（2）包括整流模块、绕组选择开关、BUCK电路（23）和主控PCB（24），所述绕组选择开关采用IGBT模块（BG1），所述整流模块输入端分别连接所述高速绕组和所述低速绕组的输出端，所述整流模块输出端连接所述BUCK电路（23）的输入端，所述BUCK电路（23）的输出端连接所述高压储能器（3）, 所述主控PCB（24）中设置有发电机转速监控模块、绕组选择模块、PWM输出控制模块，所述发电机转速监控模块连接发电机转速传感器、所述PWM输出控制模块和所述绕组选择开关（BG1），所述绕组选择开关（BG1）连接所述整流模块，所述PWM输出控制模块连接所述BUCK电路（23）。

2.根据权利要求1所述的汽车高压发电***，其特征在于：所述主控PCB（24）中还设置有电流采集模块，所述电流采集模块连接所述PWM输出控制模块和串联在所述BUCK电路（23）输出端的电流互感器。

3.根据权利要求1所述的汽车高压发电***，其特征在于：所述主控PCB（24）中还设置有电压采集模块，所述电压采集模块并联在所述BUCK电路（23）输出端并与所述PWM输出控制模块相连接。

4.根据权利要求2或3所述的汽车高压发电***，其特征在于：所述BUCK电路（23）由IGBT模块（BG2）、续流二级管（D13）和电感（L7）组成。

5.根据权利要求1所述的汽车高压发电***，其特征在于：所述发电机（1）采用交流永磁无刷电机，所述皮带采用同步带。

6.根据权利要求1所述的汽车高压发电***，其特征在于：所述高压储能器（3）采用346V的锂离子电池模块。

7.根据权利要求1所述的汽车高压发电***，其特征在于：所述发电机控制器（2）还包括DC/DC转换模块，所述发电机控制器（2）通过该DC/DC转换模块连接车载24V低压电池（6）和车载低压用电设备（7）。

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