汽車高壓發電系統的製作方法

2023-06-03 12:14:21 2

專利名稱：汽車高壓發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車領域，特別是涉及一種汽車高壓發電系統。
背景技術：
汽車上由發動機帶動的發電機，主要用於給車上的用電設備供電和給低壓電池充 H1^ ο現代汽車上的用電設備越來越多，用電量也越來越大，如車用空調系統中的冷凝風機和蒸發風機也由發動機曲軸帶動的24V低壓勵磁發電機來供電，對發動機功率的利用率較低，加之低壓勵磁發電機的發電效率也較低，如用3KW的發電機驅動冷凝風機和蒸發風的運行需消耗發動機功率約5KW;如空調系統採用電動空調，其空調壓縮機也需電能來驅動，則更是提高了對車載發電機的要求。另外，裝置有空調系統的汽車若要在等紅燈、待客等狀況下停車時空調不停止運行，還要求發動機不熄火怠速運轉，也會更進一步增加燃油的消耗。因此，現有的汽車上的發電系統已遠遠達不到汽車用電設備如電動空調的用電量要求，並且燃油消耗較大。

發明內容
本發明所要解決的問題是克服上述現有技術的缺陷，提供一種發電和利用效率高的汽車高壓發電系統。本發明的技術方案是本發明包括高壓發電機、發電機控制器、高壓儲能器，所述發電機安裝於汽車發動機前端並由發動機曲軸通過皮帶驅動，所述發電機通過所述發電機控制器與所述儲能器。所述發電機採用交流永磁無刷電機，所述皮帶採用同步帶。所述發電機包含高速繞組和低速繞組，其中，所述高速繞組由三組線圈星形連接組成，所述低速繞組是由所述高速繞組的三組線圈再各串聯連接一組線圈組成。所述發電機控制器包括整流模塊、繞組選擇開關、BUCK電路和主控PCB，所述整流模塊輸入端分別連接所述高速繞組和所述低速繞組的輸出端，所述整流模塊輸出端連接所述BUCK電路的輸入端，所述BUCK電路的輸出端連接所述高壓儲能器，所述主控PCB中設置有發電機轉速監控模塊、繞組選擇模塊、PWM輸出控制模塊，所述發電機轉速監控模塊連接發電機轉速傳感器、所述PWM輸出控制模塊和所述繞組選擇開關，所述繞組選擇開關連接所述整流模塊，所述PWM輸出控制模塊連接所述BUCK電路。所述主控PCB中還設置有電流採集模塊，所述電流採集模塊連接所述PWM輸出控制模塊和串聯於所述BUCK電路輸出端的電流互感器。所述主控PCB中還設置有電壓採集模塊，所述電壓採集模塊並聯在所述BUCK電路輸出端並與所述PWM輸出控制模塊相連接。 所述BUCK電路由IGBT模塊、續流二級管和電感組成。
所述高壓儲能器採用346V的鋰離子電池模塊。
所述發電機控制器還包括DC/DC轉換模塊，所述發電機控制器通過該DC/DC轉換模塊連接車載24V低壓電池和車載低壓用電設備。本發明採用上述方案的有益效果是本發明用高壓發電機安裝於汽車發動機前端並由發動機曲軸通過皮帶驅動，高壓發電機通過發電機控制器連接高壓儲能器，高壓發電機發出的電經發電機控制器輸出穩定的高壓直流電，給高壓儲能器充電，然後由高壓儲能器給車載高壓用電設備(如電動空調)供電，以滿足現代汽車上越來越高的用電需求，發電機控制器還可直接連接車載高壓用電設備，高壓發電機發出的電經發電機控制器輸出穩定的高壓直流電直接供車載高壓用電設備使用，本發明高壓發電機採用永磁發電機，更進一步提高了發電效率；本發明的發電機包含高速繞組和低速繞組，拓寬了發電機發電效率曲線的可利用區，更進一步提高發電機的發電效率及發動機功率的利用率，進而降低了燃油的消耗；高壓發電機可以取代原車載低壓24V發電機，在發電機控制器中設置有DC/DC轉換模塊，發電機控制器通過該DC/DC轉換模塊連接車載24V低壓電池，以供汽車上的低壓用電設備用電。


圖1是本發明的結構框圖；圖2是本發明發電機控制器的結構框圖；圖3是本發明發電機控制器的電路原理簡圖；圖4是本發明發電機轉速與輸出電壓的關係圖；圖5是本發明發電機發出的電經發電機控制器後輸出的電流(即充電電流)及其輸出功率與發電機轉速的關係圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作具體詳述。 如圖1所示，本發明包括高壓發電機1、發電機控制器2、高壓儲能器3。高壓發電機1可安裝於原24V車載低壓發電機的位置並取代之，由汽車發動機曲軸4通過皮帶驅動，高壓發電機1採用永磁發電機，相比原低壓勵磁發電機，大大地提高了發電效率，皮帶採用同步帶，相比傳統的V型帶，提高了傳動效率。發電機1通過發電機控制器2連接高壓儲能器3和車載高壓用電設備5。發電機 1發出的電經發電機控制器2輸出穩定的直流高壓電供給高壓用電設備5 ；高壓儲能器3採用346V的鋰離子電池模塊，經發電機控制器2輸出的直流高壓電也可直接給高壓儲能器3 充電後由高壓儲能器3給高壓設備5供電；發電機控制器2中還設置有DC/DC轉換模塊，發電機控制器2通過該DC/DC轉換模塊連接車載24V低壓電池6和車載低壓用電設備7，以供汽車上的低壓用電設備7用電。發電機1包含高速繞組和低速繞組，其中，所述高速繞組由三組線圈L1、L2、L3星形連接組成，所述低速繞組是由所述高速繞組的三組線圈Li、L2、L3再各自串聯連接一組線圈L4、L5、L6組成。如圖4所示為發電機轉速與輸出電壓的關係圖，由圖看出，包含雙繞組的發電機1輸出電壓可利用率區域得到了大大的拓寬。如圖2、圖3所示，發電機控制器2包括整流模塊、繞組選擇開關、BUCK電路23、充電開關K2和主控PCB 24，所述練級選擇開關採用IGBT模塊BGl。整流模塊包括由二極體01、02、03、04、05、06組成的整流電路21和由二極體D7、 D8、D9、D10、DlU D12組成的整流電路22，其中整流電路21的輸入端連接高速繞組的輸出端，整流電路22連接低速繞組的輸出端，整流電路22的輸出端連接繞組選擇開關BGl後與整流電路21的輸出端相併聯，發電機1發出的電經整流模塊整流，再經電容Cl濾波後得到一個直流電流輸給BUCK電路，BUCK電路23由IGBT模塊BG2、續流二級管D13和電感L7組成，BUCK電路輸出端串聯設置電流互感器，BUCK電路23輸出穩定的高壓直流電可供車載高壓用電設備5用電，也可給高壓儲能器3充電；BUCK電路23的輸出端還連接有DC/DC轉換模塊，可給車載24V低壓電池6充電和供車載低壓用電設備7用電。主控PCB 24中設置有發電機轉速監控模塊、繞組選擇模塊、PWM輸出控制模塊、電壓採集模塊、電流採集模塊，發電機轉速監控模塊連接發電機轉速傳感器、PWM輸出控制模塊和繞組選擇開關BG1，PWM輸出控制模塊連接BUCK電路23、電壓採集模塊和電流採集模塊，電流採集模塊連接串聯於BUCK電路23輸出端的電流互感器，電壓採集模塊連接並聯在 BUCK電路23輸出端的電壓分壓採樣電阻Rl、R2。發電機控制器2的充電控制原理當汽車發動機曲軸4帶動發電機1旋轉時，發電機轉子做切割磁力線的運動產生感應電勢，通過接線端子引出接入迴路中，便產生了交變的電流，低速繞組產生的電流經整流電路22整流後流過繞組選擇開關BG1，高速繞組產生的電流經整流電路21整流後與低速繞組產生的電流並聯再經電容Cl濾波後，得到一個直流電流，電流流進IGBT模塊BG2，BG2 對此電流進行了 PWM脈寬調製，當PWM ON時，電流流過IGBT模塊BG2、電感L7、二極體D13 對高壓儲能器3充電，此時L7開始儲能，由於電感的作用，使得此時的電流形成一個上升的過程；當PWM OFF時，IGBT模塊BG2關斷，由於L7中儲存了電量，所以電流經二極體D13、高壓儲能器5，二極體D13放電，此時的電流形成一個下降的過程；如此重複這兩個過程，因此在L7端產生一個連續的三角波電流波型；此電流流過電流互感器後，產生一個信號送到電流取樣電路中進行處理，當輸出的電流大於恆流值時，主控PCB M減小PWM ON時間，即佔空比減小，當輸出的電流小於恆流值時，主控PCB 24增加PWM ON的時間，即佔空比增加，從而達到恆流充電的效果。為防止儲能部件出現過充現象，當電壓採樣模塊測出高壓儲能器 3電壓過高時，由主控PCB 44控制IGBT模塊BG2關斷，停止對其充電。如圖4所示，由於發電機1是與發動機聯動的，隨著發動機轉速而變化，發電機1 輸出的電壓也跟著變化。怠速時，發電機1輸出電壓低，滿足不了儲能部件的充電要求(車用電池電壓範圍346V 370V)，加之，怠速時發動機帶載能力不足，此時強行帶載發電，容易熄火，所以理想方案應定在SOOrpm以上才進行充電。聯動發動機運行在低速區時，如圖3 中所示的BGl閉合，此時發電機1的高速繞組與低速繞組共同參與發電，SOOrpm 1400rpm 時輸出電壓從300多伏上升到600伏，假如此時轉速再加快時，輸出電壓就會超過600伏， 電壓過高容易損壞電路中的元器件，為了克服這個問題，當轉速超過1400rpm時，如圖3中所示的BGl斷開，此時，發電機中的低速繞組不參與發電，輸出電壓下降到安全範圍；此時進入發動機的高速區，發電機只有高速繞組參與發電。如圖5所示，由於發動機在不同的轉速下的帶載能力不同，如採用固定恆流充電的話，在低轉速時，負荷過大，動力不足，高轉速時，發電效果不好等。所以發電機1對高壓儲能器3的恆流充電電流及其輸出功率不能固定為一個點，應跟根不同的轉速動態調整恆流點。發電機控制器2供電給用電設備的控制原理髮電機1發出的電流經整流濾波後，通過BUCK電路23調節後，再經C2濾波後，提供給用電設備，當發電機1電壓升高時，此時電壓採集模塊測試出輸出的電壓高於恆壓基準點，主控PCB M減小PWM輸出的佔空比，輸出電壓下降，當發電機1電壓降低時，電壓採樣模塊測試出輸出的電壓低於恆壓基準點，主控PCB 24增加PWM輸出的佔空比，輸出電壓上升，形成恆壓供電過程。但由於發電機不同轉速的帶載能力有所差異，為了防止帶載過重造成發電機1打滑或與發電機聯動的發動機熄火等現象，使得用電設備斷續工作，可在電路中加入了受發電機1轉速控制的功率調節模塊，當主控PCB M檢測到轉速低時，輸出信號控制用電設備，減小用電設備的輸出功率，當轉速高時，輸出信號控制用電設備，增加用電設備的輸出功率，使負荷能滿足發電機1的發電要求。
權利要求
1.一種汽車高壓發電系統，其特徵在於它包括高壓發電機(1)、發電機控制器O)、高壓儲能器(3)，所述發電機⑴安裝於汽車發動機前端並由發動機曲軸⑷通過皮帶驅動， 所述發電機(1)通過所述發電機控制器( 與所述高壓儲能器(3)。
2.根據權利要求1所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述發電機(1)採用交流永磁無刷電機，所述皮帶採用同步帶。
3.根據權利要求2所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述發電機(1)包含高速繞組和低速繞組，其中，所述高速繞組由三組線圈星形連接組成，所述低速繞組是由所述高速繞組的三組線圈再各串聯連接一組線圈組成。
4.根據權利要求3所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述發電機控制器(2)包括整流模塊、繞組選擇開關、BUCK電路03)和主控PCB 04)，所述繞組選擇開關採用IGBT 模塊(BGl)，所述整流模塊輸入端分別連接所述高速繞組和所述低速繞組的輸出端，所述整流模塊輸出端連接所述BUCK電路的輸入端，所述BUCK電路的輸出端連接所述高壓儲能器(3)，所述主控PCB04)中設置有發電機轉速監控模塊、繞組選擇模塊、PWM輸出控制模塊，所述發電機轉速監控模塊連接發電機轉速傳感器、所述PWM輸出控制模塊和所述繞組選擇開關(BGl)，所述繞組選擇開關(BGl)連接所述整流模塊，所述PWM輸出控制模塊連接所述BUCK電路03)。
5.根據權利要求4所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述主控PCBQ4)中還設置有電流採集模塊，所述電流採集模塊連接所述PWM輸出控制模塊和串聯在所述BUCK電路 (23)輸出端的電流互感器。
6.根據權利要求4所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述主控PCBQ4)中還設置有電壓採集模塊，所述電壓採集模塊並聯在所述BUCK電路輸出端並與所述PWM輸出控制模塊相連接。
7.根據權利要求3或4或5或6所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述BUCK電路(23)由IGBT模塊(BG2)、續流二級管(D13)和電感(L7)組成。
8.根據權利要求1所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述高壓儲能器(3)採用 346V的鋰離子電池模塊。
9.根據權利要求1所述的汽車高壓發電系統，其特徵在於所述發電機控制器(2)還包括DC/DC轉換模塊，所述發電機控制器( 通過該DC/DC轉換模塊連接車載24V低壓電池(6)和車載低壓用電設備(7)。
全文摘要
本發明公開了一種汽車高壓發電系統。該汽車高壓發電系統包括高壓發電機(1)、發電機控制器(2)、高壓儲能器(3)，所述發電機(1)安裝於汽車發動機前端並由發動機曲軸(4)通過皮帶驅動，所述發電機(1)通過所述發電機控制器(2)連接所述高壓儲能器(3)和車載高壓用電設備(5)，所述發電機控制器(2)中設有DC/DC轉換模塊，所述發電機控制器(2)通過該DC/DC轉換模塊連接車載24V低壓電池(6)和車載低壓用電設備(7)。本發明用於燃油汽車能大大提高發電機的發電利用效率。
文檔編號H02J7/32GK102444472SQ20111043355
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者覃美蓮 申請人:珠海銀通新動力科技有限公司, 覃美蓮