[发明专利]一种绕组开路式混合励磁电机发电系统及其能量分配方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其是涉及一种绕组开路式混合励磁电机发电系统及其能量分配方法。

背景技术

混合动力汽车是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多种分类形式。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为目前汽车研究与开发的一个重点。混合动力汽车优点如下：（1）采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。（2）因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。（3）在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现零排放。（4）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。（5）可以利用现有的加油站加油，不必再投资。（6）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。（7）动力性优于同排量的传统内燃机汽车，尤其是在车辆起步加速时，电动机可以有效地弥补内燃机低转速扭矩力不足的弱点，而且有效的减少了汽车内部的机械的噪音。

作为混合动力汽车的关键系统，起动发电系统应具有能量密度高、转速范围宽、混合动力能量分配易于调节的特点。其发电机的拓扑结构和控制方法对系统性能影响很大。异步电机、开关磁阻电机、电励磁同步电机、电励磁双凸极电机、电励磁磁通切换电机具有良好的磁场调节能力和电压调节能力，可以作为发电机来使用。然而在效率和能量密度等指标上，以上电机要逊色于永磁电机。专利《绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法（201010500053.1）》和《一种故障容错性永磁发电系统及其控制方法（201210074758.0）》公布了一种绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法，所述系统由绕组开路型永磁电机、三相整流桥、三相桥式变换器、切换开关、滤波电容、蓄电池、控制器、电压电流检测电路、驱动电路及负载组成。所述方法绕组开路型永磁电机绕组端部一侧通过三相整流桥和滤波电容构成整流侧给负载供电，另一侧通过三相桥式变换器与蓄电池相连构成逆变控制侧，通过切换开关实现起动、发电运行状态切换，起动控制采用单电流闭环矢量控制，发电运行采用整流侧直流电压、电机相电流双闭环控制，实现输出电压稳定和发电机高效率运行控制。

然而，专利《绕组开路型永磁电机车载起动发电系统及控制方法（201010500053.1）》和《一种故障容错性永磁发电系统及其控制方法（201210074758.0）》公布的系统存在着蓄电池能量不可控的不足。文献《一种新型绕组开路型永磁电机起动/发电系统，中国电机工程学报，2011，Vol.31(36):86-94》指出发电机高速运行而发电系统轻载时，蓄电池一直处于充电状态，且充电能量不可控；而发电机低速运行而发电系统重载时，蓄电池一直处于放电状态，且放电能量不可控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,针对绕组开路永磁发电机系统中蓄电池能量和发动机（内燃机）能量的有效调节问题，提出了一种绕组开路式混合励磁电机发电系统及其能量分配方法。本发明保持了发电机系统功率因数高的优点，不增加系统有功功率变换器数量，实现内燃机能量与蓄电池（燃料电池、太阳能电池）能量的有效调节，扩大了混合动力汽车高效率区域运行范围。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种绕组开路式混合励磁电机发电系统，包括绕组开路式混合励磁电机、三相二极管不控整流桥、三相桥式逆变器、励磁电流控制变换器、第一滤波电容、第二滤波电容、蓄电池、输出电压传感器、转子位置传感器；

所述绕组开路式混合励磁电机的三相电枢绕组设置电枢电流传感器，绕组开路式混合励磁电机的励磁绕组设置励磁电流传感器；所述蓄电池的输出端设置蓄电池电流传感器；

所述绕组开路式混合励磁电机三相电枢绕组的一端依次串联三相二极管不控整流桥、第一滤波电容、负载和输出电压传感器，绕组开路式混合励磁电机三相电枢绕组的另一端通过三相桥式逆变器分别与第二滤波电容和蓄电池连接；