CN1966303A - 一种串联结构混合动力*** - Google Patents

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Abstract

一种串联结构混合动力***，主要包括组成发电环节的发电机子***G与整流装置R，组成电机驱动环节的驱动电机逆变器子***C与交流电动机子***M、蓄电池[8]、输出轴[6]，其特征在于发电机子***G采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流发电机，整流装置R采用与发电机匹配的并联三相整流回路或多支路整流回路；电机驱动环节中电动机子***M采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流电机，驱动电机逆变器子***C采用与交流电动机相匹配的并联三相逆变器或多桥臂逆变器。本发明对交流发电机、整流回路、电机逆变器、电动机各子***提供了有效冗余，在子***故障时仍能够保障***有效运行，从而有效提高串联结构混合动力***的可靠性。

Description

一种串联结构混合动力***
技术领域
本发明属于串联式混合动力***，特别涉及电动汽车***的串联结构混合动力***。
背景技术
串联结构混合动力***包括集中式串联混合动力***与分布式串联混合动力***两种形式，其基本结构分别如图1及图2所示(冷却***、传感器、电池监控***等部件未画出)。陈清泉院士的专著《现代电动车技术》有相关内容。
图1为集中式串联结构混合动力***的示意图，通过控制，发动机1驱动发电机2发出交流电，通过整流装置3变换为直流电，为电池8充电，同时驱动电机逆变器4将直流电变换成变频变压的交流电以驱动交流电动机5，交流电动机5将电能转化为机械能，将动力通过输出轴6输出。必要时，电池8也可作为能量输出单元提供能量输出。此外还有必要的控制、通讯、监控及保障***。
图2为分布式串联结构混合动力***的示意图(该例仅包含两个支路)，整个能量传递与控制的过程与图1相类似；不同之处仅在于能量分别分配到两条不同支路的电机逆变器14和17与交流电动机15和18上，并分别将动力通过输出轴S116与Sn19输出。必要时，电池21也可作为能量输出单元提供能量输出。
将发电机G与整流装置R定义为发电环节；将驱动电机逆变器C与交流电动机M定义为单电机驱动环节。图1与图2中的点状虚线框中即为发电环节，中小功率***一般由三相交流发电机和三相不控或可控整流装置构成，其结构简图如图3所示，其中三相发电机部分的A、B和C表示三相发电机的三相绕组。图1与图2中的线段状虚线框中即是电机驱动环节，中小功率***一般由三相交流逆变器和三相交流电动机构成，其结构简图如图4所示，其中三相交流电机部分的A、B和C表示三相交流电机的三相绕组。此时串联式混合动力***由中央控制器、发动机控制器、发动机、发电环节、一个或多个单电机驱动环节、通讯总线、电池、输出轴以及冷却***和传感器等部分共同组成。
无论集中式或分布式串联结构混合动力***，若发电机或整流装置出现故障(发电机故障通常是绕组断路，整流装置故障通常是桥臂断路)，则发电环节无法工作，整个串联式混合动力***只能依靠电池作为能量输出单元进行降功率运行。若逆变器或驱动电机出现问题(逆变器故障通常是桥臂断路，驱动电机故障通常是绕组断路)，则驱动环节无法正常工作，整个串联式混合动力***将陷入瘫痪状态。由以上分析可知，串联混合动力***的可靠性由发电和驱动子环节的可靠性来保障，一旦任一子环节出现故障，***将难以运行，从而导致整车只能降功率行驶，严重时将导致整车无法运行。因此提高这两个环节的可靠性非常重要。
较大功率舰船上通常会采用多相电机技术来提高***可靠性；在***故障时，多相电机***可以运用缺相控制技术继续运行。但多相电机***的控制相对复杂，对空间要求高且成本较高，更适用于具有较高功率等级、具有较大安装空间的场合，难于在功率等级不高、安装空间较小的电动汽车驱动领域加以应用。
另一种提高串联结构混合动力电动汽车可靠性的方法是采用***备份。日本专利JP2004120906的“POWER SUPPLY CIRCUIT SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC AUTOMOBILE”提出了类似办法，其原理是每个车轴采用k(k＞＝2)的相互独立的逆变器及交流电机，当某逆变器不能工作时，正常逆变器驱动与其相连接的电机，使车辆运行，从而提高运行可靠性。该专利对逆变器及驱动电机***采用备份的方式实现冗余，未考虑如何提高发电环节的可靠性；且采用***备份方式易造成体积与重量的增加，在车辆狭窄空间情况下安装比较困难。
发明内容
本发明的目的是针对电动汽车***功率等级不高，空间体积有限，但对可靠性要求极高的实际情况，主要对串联结构混合动力***的发电环节和电机驱动环节，以及由发电环节、电机驱动环节构成的串联混合动力***提出了一种新的设计方案，提供一种结构简单、体积较小且控制简便的混合动力***，以提高串联结构混合动力***可靠性。
本发明采用以下技术方案：
本发明串联结构混合动力***的发电环节可分为G1与G2两种模式。G1模式中，发电机子***采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流发电机，整流装置采用与发电机匹配的三相整流回路(该整流回路可以采用不控工作方式，也可以采用可控工作方式)并联；G2模式中，发电机子***采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流发电机，整流装置采用与发电机匹配的多支路整流回路(该整流回路可以采用不控工作方式，也可以采用可控工作方式)。
发电机与整流装置共同构成有a-1次冗余的三相发电环节，同时轻载时发电环节采用部分发电子***工作，还可以提高发电环节在整个运行范围内的效率。通过故障检测环节可实时检测***状态，无论是发电机绕组故障或整流装置桥臂故障，甚至二者同时处于故障状态，只要发电机每相至少拥有一个完好绕组，且该绕组对应整流桥臂完好，发电环节即可以降额工作，有效地提高了***可靠性。
本发明串联结构混合动力***的电机驱动环节可分为D1模式与D2模式。D1模式中，电动机子***采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流电机，逆变器子***则采用与电动机相匹配的三相逆变器并联D2模式中，电动机子***采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流电机，逆变器子***则采用与电动机相匹配的多桥臂逆变器，共同构成有a-1次冗余的三相电机驱动环节。
两种驱动模式下，都应采取同步驱动以及合理布线等方法，以保证各并联支路对应逆变器桥臂的开关器件导通和关断的一致性。同时轻载时使用少数逆变子***，重载时使用全部逆变子***可以提高电机驱动环节在整个运行范围的的效率。通过故障检测环节可实时检测***状态，无论是驱动电机绕组故障或逆变器桥臂故障，甚至二者同时处于故障状态，只要驱动电机每相至少拥有一个完好绕组，且该绕组对应桥臂也完好，驱动环节都可以降额工作，有效提高了***可靠性。
本发明由于发电环节与电机驱动环节相对独立，因此在确定***拓扑的时候可以根据实际需求选择适合结构。发电环节与电机驱动环节中任一部分选择本发明模式，即可有效提高整个串联结构混合动力***的可靠性。
在上述驱动环节中，逆变器的开关器件，都可以用k个支路并联的方式(可以用器件并联方式实现)进一步实现冗余，提高***可靠性。
本发明在集中式与分布式串联结构混合动力的电传动***中，采用含有并联支路的三相发电机及与其匹配的整流装置取代现有三相发电环节，采用含有并联支路的三相驱动电机及与其匹配的逆变器取代现有的三相驱动环节，采用改进的发电环节及电机驱动环节构成的高可靠性串联结构***取代现有串联结构***，从而极大的提高了电传动***的可靠性。同时，轻载时使用少数发电及逆变子***，重载时使用全部发电及逆变子***可以提高串联结构混合动力***在整个运行范围的效率。
本发明使用含有并联支路的三相发电环节与三相电机驱动环节，在不显著增加***体积、重量和控制难度的前提下，利用并联支路实现冗余，能够有效的提高串联混合动力***的可靠性与安全性；并且在整个运行范围内提高***效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1为集中式串联结构混合动力***结构示意图；
图2为分布式串联结构混合动力***结构示意图；
图3为普通串联结构混合动力***中的发电环节示意图；
图4为普通串联结构混合动力***中的单电机驱动环节示意图；
图5为本发明由并联支路数为2的三相交流发电机及2个并联的三相整流装置组成的高可靠性发电环节原理图；
图6为本发明由并联支路数为2的三相交流发电机及6支路整流装置组成的高可靠性发电环节原理图；
图7为图5所示的发电环节中发电机绕组出现故障情况示意图；
图8为图5所示的发电环节中整流装置桥臂出现故障情况示意图；
图9为图5所示的发电环节中发电机绕组与整流装置桥臂同时出现故障情况示意图；
图10为由并联支路数为2的三相交流驱动电机及2个并联的三相逆变器组成的本发明电机驱动环节原理图；
图11为由并联支路数为2的三相交流驱动电机及6支路逆变器组成的本发明电机驱动环节原理图；
图12为图10所示的电机驱动环节中逆变器桥臂出现故障情况示意图；
图13为图10所示的电机驱动环节中驱动电机绕组出现故障情况示意图；
图14为图10所示的电机驱动环节中驱动电机绕组与逆变器桥臂同时出现故障情况示意图；
图15为采用了本发明发电环节及电机驱动环节的集中式串联结构混合动力***结构示意图；
图16为采用了本发明发电环节及电机驱动环节的分布式串联结构混合动力***结构示意图。
具体实施方式
以G1发电模式为例，进一步说明本发明串联结构混合动力***的发电环节。图5是由并联支路数为2的三相交流发电机及2个并联的三相整流装置组成的本发明的发电环节。如图5所示，A1与A2为并联的A相发电机绕组，B1与B2为并联的B相发电机绕组，C1与C2为并联的C相发电机绕组；a1、a2、b1、b2、c1和c2是分别与A1、A2、B1、B2、C1和C2对应的桥臂。
在轻载情况下，可依靠发电机绕组A1、B1和C1及整流桥臂a1、b1和c1构成的部分发电子***工作；重载情况下，全部发电子***同时工作；可以提高发电环节在整个运行范围的效率。
如图7所示，当故障检测环节检测到发电环节中的发电机单个或多个绕组出现故障时(通常为绕组断路，以X号表示，下同)，只要发电机每相都有至少一个绕组完好，无须任何处理发电环节仍可继续工作。当A2与B1两个发电机绕组出现故障时，无需任何处理，***可以依靠由发电机绕组A1、B2、C1和C2及对应整流桥臂a1、b2、c1和c2组成的发电环节继续工作，有效提高了***的可靠性。
如图8所示，当检测到发电环节中的整流装置的一个或多个桥臂出现故障时(通常是半个桥臂断路，以X号表示，下同)，只要发电机各相都至少有一个对应桥臂完好，无须任何处理发电环节仍可继续工作。当b2与c1两个整流桥臂出现故障时，无需任何处理，***可以依靠由发电机绕组B1、C2、A1和A2及对应整流桥臂b1、c2、a1和a2组成的发电环节继续工作，有效提高了***的可靠性。
如图9所示，当检测到发电环节中的发电机绕组与整流装置的桥臂同时发生故障时，只要发电机每相至少拥有一个完好绕组，且该绕组对应整流桥臂完好，发电环节即可以继续工作。当A1和C1两个发电机绕组出现故障，且c1和b2两个整流桥臂出现故障时，无需任何处理，***可以依靠由发电机绕组A2、B1和C2及对应整流桥臂a2、b1和c2组成的发电环节继续工作。
下面以D1驱动方式为例，进一步说明本发明电机驱动环节。图10是由并联支路数为2的三相交流驱动电机及2个并联的三相逆变器组成的高可靠性电机驱动环节。如图10所示，A1与A2为并联的A相电动机绕组，B1与B2为并联的B相电动机绕组，C1与C2为并联的C相电动机绕组；a1、a2、b1、b2、c1和c2是分别与A1、A2、B1、B2、C1和C2对应的桥臂。必须采用同步驱动以及合理布线等适当控制方法，来保证电动机并联绕组对应桥臂的开关器件导通与关断的一致性，即a1与a2、b1与b2、c1与c2三对桥臂的开关器件的导通与关断一致。
在轻载情况下，可依靠电动机绕组A1、B1和C1及逆变桥臂a1、b1和c1组成的部分逆变子***工作；重载情况下，全部逆变子***同时工作；可以提高驱动环节在整个运行范围的效率。
如图12所示，当检测到驱动环节中的逆变器单个或多个桥臂出现故障时(通常为半个桥臂断路，以X号表示，下同)，只要驱动电机每相都至少有对应一个完好桥臂，无须任何处理驱动环节仍可完成四象限方式运行。当逆变桥臂b1出现故障时，无需任何处理，***可以依靠由电动机绕组A1和A2、B2、C1和C2及对应逆变桥臂a1和a2、b2、c1和c2组成的驱动环节继续工作，此时仍需保证逆变器桥臂a1和a2上的开关器件同时导通和关断，c1和c2上的开关器件同时导通与关断。
如图13所示，当检测到驱动环节中的驱动电机单个或多个绕组出现故障时(通常为绕组断路)，只要驱动电机每相都至少有一个完好绕组，无须任何处理驱动环节仍可完成四象限方式运行。当电动机中A2和B1两个绕组出现故障时，无需任何处理，***可以依靠由电动机绕组A1、B2、C1和C2及对应桥臂a1、b2、c1和c2构成的驱动环节继续工作，此时仍需保证逆变器桥臂c1和c2上的开关器件同时导通与关断。
如图14所示，当检测到驱动环节中的电动机绕组与逆变器桥臂同时发生故障时，只要驱动电机每相至少拥有一个完好绕组，且该绕组对应逆变桥臂也完好，驱动环节都可以正常工作。当电动机绕组A1和C2故障，逆变器桥臂a1和b2出现故障时，无需任何处理，***可以依靠由电动机绕组A2、B1和C1以及对应逆变桥臂a2、b1和c1构成的驱动环节继续工作，有效提高了***可靠性。
在串联结构混合动力***中，可根据实际需求确定***拓扑结构。可在发电环节与电机驱动环节中任一部分选用本发明模式，即可有效提高串联结构混合动力***的可靠性。本发明集中式串联结构混合动力***结构示意图如图15所示，发电环节可以采用G1模式、G2模式或普通模式，电动环节可以采用D1模式、D2模式或普通模式，与其它***一起构成集中式串联结构混合动力***。本发明分布式串联结构混合动力***结构示意图如图16所示，发电环节可以采用G1模式、G2模式或普通模式，电动环节可以采用D1模式、D2模式或普通模式，与其它***一起构成集中式串联结构混合动力***。

Claims (2)

1、一种串联结构混合动力***，主要包括组成发电环节的发电机子***G与整流装置R，组成电机驱动环节的驱动电机逆变器子***C与交流电动机子***M、电池[8]、输出轴[6]，其特征在于发电机子***G采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流发电机，整流装置R采用与发电机匹配的并联三相整流回路或多支路整流回路；电机驱动环节中电动机子***M采用并联支路数为a(a≥2)的三相交流电机，驱动电机逆变器子***C采用与交流电动机相匹配的并联三相逆变器或多桥臂逆变器。
2、按照权利要求1所述的串联结构混合动力***，其特征在于电机驱动环节的驱动电机逆变子***C的开关器件可采用k个支路并联的方式。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101934719A (zh) * 2010-09-21 2011-01-05 重庆长安汽车股份有限公司 一种插电式混合动力车的动力***
CN102167260A (zh) * 2010-11-30 2011-08-31 大连华锐股份有限公司 铸造起重机变频调速的故障冗余保护***及冗余保护方法
CN102642461A (zh) * 2012-05-08 2012-08-22 山推工程机械股份有限公司 一种推土机混合动力驱动装置及推土机
CN103358921A (zh) * 2013-07-26 2013-10-23 南车戚墅堰机车有限公司 内燃机车新型交流传动***
CN103825505A (zh) * 2014-02-21 2014-05-28 太仓航创自动化科技有限公司 一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法
CN107800331A (zh) * 2016-09-06 2018-03-13 中车株洲电力机车研究所有限公司 传动***及应用于该传动***的控制方法、装置
CN109720212A (zh) * 2017-10-27 2019-05-07 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 一种电动汽车用控制总成
TWI681889B (zh) * 2016-03-22 2020-01-11 光陽工業股份有限公司 車輛串聯式混合動力裝置及其控制方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101934719A (zh) * 2010-09-21 2011-01-05 重庆长安汽车股份有限公司 一种插电式混合动力车的动力***
CN102167260A (zh) * 2010-11-30 2011-08-31 大连华锐股份有限公司 铸造起重机变频调速的故障冗余保护***及冗余保护方法
CN102167260B (zh) * 2010-11-30 2013-04-03 大连华锐重工集团股份有限公司 铸造起重机变频调速的故障冗余保护***及冗余保护方法
CN102642461A (zh) * 2012-05-08 2012-08-22 山推工程机械股份有限公司 一种推土机混合动力驱动装置及推土机
CN103358921A (zh) * 2013-07-26 2013-10-23 南车戚墅堰机车有限公司 内燃机车新型交流传动***
CN103825505A (zh) * 2014-02-21 2014-05-28 太仓航创自动化科技有限公司 一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法
TWI681889B (zh) * 2016-03-22 2020-01-11 光陽工業股份有限公司 車輛串聯式混合動力裝置及其控制方法
CN107800331A (zh) * 2016-09-06 2018-03-13 中车株洲电力机车研究所有限公司 传动***及应用于该传动***的控制方法、装置
CN109720212A (zh) * 2017-10-27 2019-05-07 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 一种电动汽车用控制总成
CN109720212B (zh) * 2017-10-27 2021-01-22 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 一种电动汽车用控制总成

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