一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法

摘要

本发明涉及一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法，其特征在于：它基于原动机、永磁同步发电机、三相不可控整流器构造的辅助功率单元，首先按照汽车设计要求确定原动机和发电机的额定功率；确定原动机额定功率后通过实验测得原动机高效工作区的转速和转矩范围；在原动机高效工作区通过实验测得总线电压范围，确定发电机的额定转速和输出转矩；在总线电压波动范围基础上，得到发电机输出额定线电压的大小；在系统要求输出功率大小及总线电压大小的基础上，计算得到辅助功率单元输出电流的范围；建立发电机转速-电压、转矩-电流的关系，从而确定发电机的参数。本发明以原动机为控制对象实现辅助功率单元的匹配和选型，控制变量简单、系统成本较低。

权利要求

1.一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法，在基于原动机、永磁同步发电机、三相不可控整流器构造的辅助功率单元基础上，其特征在于：

1)首先按照汽车系统设计所要求的辅助功率单元输出功率范围决定原动机和发电机的额定功率；

2)在确定原动机额定功率后，选择合适的原动机，通过实验测得原动机高效工作区的转速范围；

3)在确定原动机高效工作区转速范围的基础上，根据不同容量及电池类型选取不同SOC波动范围作为电压波动范围的主要参考依据，通过实验测得动力电池正常工作时的总线电压波动范围；

4)在确定原动机高效工作区范围和电池电压波动范围后，根据原动机高效工作区转速范围，确定永磁同步发电机的额定转速；

5)在总线电压波动范围基础上，通过计算得到永磁同步发电机输出额定线电压的大小；

6)根据原动机高效工作区范围，确定永磁同步发电机的输出转矩范围；

7)在系统设计要求输出功率大小及总线电压大小的基础上，通过计算得到辅助功率单元输出电流的范围；

8)在原动机高效工作区对应的转矩大小的基础上，建立永磁同步发电机转速-电压、转矩-电流的关系，从而确定永磁同步发电机的参数。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法，其特征在于：所述原动机采用柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、转子发动机中的一种。

说明书

一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电驱动汽车功率单元匹配技术，尤其是一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法。

背景技术

[0002] 电动汽车与传统燃油汽车相比，具有效率高，排放少，噪声低，运行成本低的特点。但是却存在续驶里程短、电池充电耗时长的缺点。增程式电动汽车是一种配有辅助供电单元的电驱动汽车，即以动力电池为主，原动机、发电机和整流器构成辅助功率单元提供辅助动力的汽车。其工作模式可根据需要，工作于纯电驱动模式或车载供电模式。

[0003] 目前在辅助功率单元的配置研究中，主要存在以下两种技术方案：方案一为原动机、电励磁发电机和不可控整流器构成辅助功率单元，采用控制原动机转速和发电机励磁来实现辅助功率单元的工作，但该种方案中采用的电励磁发电机往往效率较低，由此影响了整个辅助功率单元系统的效率。方案二为原动机、永磁同步发电机和PWM整流器构成辅助功率单元，采用控制原动机转速和发电机转矩实现辅助功率单元的工作，但该种方案中PWM整流器的应用增加了系统的成本和整流时控制的复杂度。

发明内容

[0004] 为解决电动汽车辅助功率单元的优配问题，本发明提出了一种基于原动机、永磁同步发电机、三相不可控整流器构型的电驱动汽车辅助功率单元匹配和选型方法，能够保证系统高效稳定运行的前提下，减少控制变量，节约系统成本。

[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电驱动汽车辅助功率单元的匹配和选型方法，其特征在于：在基于原动机、永磁同步发电机、三相不可控整流器构造的辅助功率单元基础上，1)首先按照汽车系统设计所要求的辅助功率单元输出功率范围决定原动机和发电机的额定功率；2)在确定原动机额定功率后，选择合适的原动机，通过实验测得原动机高效工作区的转速范围；3)在确定原动机高效工作区转速范围的基础上，根据不同容量及电池类型选取不同SOC波动范围作为电压波动范围的主要参考依据，通过实验测得动力电池正常工作时的总线电压波动范围；4)在确定原动机高效工作区范围和电池电压波动范围后，根据原动机高效工作区转速范围，确定永磁同步发电机的额定转速；5)在总线电压波动范围基础上，通过计算得到永磁同步发电机输出额定线电压的大小；6)根据原动机高效工作区范围，确定永磁同步发电机的输出转矩范围；7)在系统设计要求输出功率大小及总线电压大小的基础上，通过计算得到辅助功率单元输出电流的范围；8)在原动机高效工作区对应的转矩大小的基础上，建立永磁同步发电机转速-电压、转矩-电流的关系，从而确定永磁同步电机的参数。

[0006] 所述原动机采用柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、转子发动机中的一种。

[0007] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明在确定系统设计所要求的辅助功率单元输出功率的前提下，通过试验建立原动机高效工作区；通过建立原动机高效工作区确定电池电压波动范围；通过原动机高效工作区转速范围确定发电机的额定转速；通过总线电压得到永磁同步发电机输出额定线电压；通过原动机高效工作区确定永磁同步发电机的输出转矩；通过系统设计要求输出功率及总线电压大小，得到辅助功率单元输出电流的范围；在原动机高效工作区对应的转矩大小的基础上，建立永磁同步发电机转速-电压、转矩-电流的关系，从而确定永磁同步电机的参数。本发明以原动机为控制对象实现辅助功率单元的匹配和选型，控制变量简单、系统成本较低。

附图说明

[0008] 图1是本发明辅助功率单元匹配方法流程图；

[0009] 图2是本发明实施例中的原动机实验特性曲线示意图。

具体实施方式

[0010] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

[0011] 如图1所示，本发明选择原动机、永磁同步发电机、三相不可控整流器构造电驱动汽车辅助功率单元，上述三者的匹配和选型方法是：

[0012] 1)首先按照汽车系统设计所要求的辅助功率单元输出功率范围决定原动机和发电机的额定功率。

[0013] 2)在确定原动机额定功率后，选择合适的原动机，通过实验测得原动机高效工作区的转速范围。

[0014] 3)在确定原动机高效工作区转速范围的基础上，根据不同容量及电池类型选取不同SOC波动范围作为电压波动范围的主要参考依据，通过实验测得动力电池正常工作时的总线电压波动范围。

[0015] 4)在确定原动机高效工作区范围和电池电压波动范围后，根据原动机高效工作区转速范围，确定永磁同步发电机的额定转速。

[0016] 5)在总线电压波动范围基础上，通过计算得到永磁同步发电机输出额定线电压的大小。

[0017] 6)根据原动机高效工作区范围，确定永磁同步发电机的输出转矩范围。

[0018] 7)在系统设计要求输出功率大小及总线电压大小的基础上，通过计算得到辅助功率单元输出电流的范围。

[0019] 8)在原动机高效工作区对应的转矩大小的基础上，建立永磁同步发电机转速-电压、转矩-电流的关系，从而确定永磁同步电机的参数。

[0020] 图2为原动机实验特性曲线示意图，横坐标为原动机转速，纵坐标为原动机输出转矩。其中阴影部分为原动机高效工作区，即原动机在该区域内工作具有较高的经济性。原动机高效工作区在横坐标上投影为N1～N2，即原动机高效工作区的转速范围为N1～N2，以此作为永磁同步发电机额定转速的依据。原动机高效工作区在纵坐标上投影为T1～T2，即原动机高效工作区的转矩范围为T1～T2，以此作为永磁同步发电机输出转矩的依据。电池电压波动范围的确定上，由于不同容量、不同类型的电池，其电池特性不尽相同，因此主要根据实验测得不同SOC、不同充放电电流对应的电池电压。

[0021] 在确定原动机高效工作区、电池电压波动范围后，需要建立与永磁同步发电机高效工作区的关系，即可对永磁同步发电机的部分设计参数提出要求。根据原动机高效工作区转速范围，确定永磁同步发电机的额定转速。在总线电压要求的基础上，通过整流器变换后的交/直流电压变换关系，得到永磁同步发电机输出额定线电压的大小，建立永磁同步发电机转速-电压的关系。在系统设计要求输出功率大小及总线电压大小的基础上，确定辅助功率单元输出电流的范围。在原动机高效工作区对应的转矩大小的基础上，建立永磁同步发电机转矩-电流的关系，从而确定永磁同步电机的参数。

[0022] 上述步骤仅是从整体方案出发，其中具体的过程可以有所变化，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。