[发明专利]一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置

说明书

本发明公开了一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置。基于永磁同步电机的传统增程器永磁体产生的磁场强度难以灵活调节，整机排放和燃油经济性有待改进。本发明包括内燃机、混合励磁电机、不控整流器、逆变器和增程装置控制器；内燃机和混合励磁电机之间采用共轴机械直连，混合励磁电机三相端子经不控整流器和逆变器与整车直流母线相连。本发明起动模式下，利用逆变技术和弱磁控制使混合励磁电机倒拖内燃机实现增程装置起动；发电模式下，利用内燃机带动混合励磁电机经不控整流器为驱动电机提供动力电池亏电状态下的整车所需功率，多余电能为动力电池充电。

技术领域

本发明主要涉及一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，属于新能源汽车领域，主要用于新能源电动汽车动力电池亏电情况下的应急供电和车载充电，延长电动汽车续驶里程，同时通过加注燃油缩短电池充电等候时间。

背景技术

受限于当前电池的技术水平和制造成本，增程式混合动力汽车是目前传统汽车向未来纯电动汽车过渡的最理想车型之一。增程式混合动力汽车通过在传统电动汽车平台上增加一套内燃机发电或燃料电池发电装置，不仅保留了纯电驱动节能高效和绿色环保的特点，又解决了现有纯电动车存在的动力电池能量密度小、纯电动续航里程短、充电不方便、充电等候时间长等问题。

目前国内外电动汽车所用增程装置普遍采用永磁同步电机与内燃机一体化耦合设计，通过逆变和可控整流技术，实现内燃发电增程装置的按需起停和输出电压、输出电流、输出功率及功率因数的主动调整，但基于永磁同步电机的传统增程器构型也存在如下问题：

(1)永磁同步电机依靠永磁体产生机电能量转换所需的气隙磁场，电机一旦选定则永磁体产生的磁场强度难以灵活调节，而内燃发电增程装置工作转速需要跟随发电需求功率变化，因而需要额外的输出调理电路来实现增程装置的输出电压、输出电流和发电功率的调节，如半桥整流技术、PWM全桥整流技术、双向DC/DC等，导致控制难度和控制成本较高。

(2)内燃发电增程装置通常需要根据发电需求不同进行频繁起停和工况切换，永磁同步电机虽可利用逆变技术实现增程装置内燃机的高怠速起动，减少起动过程油耗和排放，但基于电枢电流矢量控制的增磁和弱磁有较大局限性且电机升压逆变控制较复杂，因而增程装置目标发电工况调整仍需依赖传统内燃机的瞬态控制来实现，内燃机瞬态工况不仅影响整机排放和燃油经济性，同时也会导致增程装置发电功率响应速度变慢。

鉴于上述分析，设计和开发一种控制成本低、控制难度小、油耗/排放低、发电功率响应快的内燃发电增程装置，对于增程式电动汽车的发展具有重要意义。

发明内容

本发明针对目前采用永磁同步电机的传统增程装置构型技术上的不足，提出了一种基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，起动模式下，利用逆变技术和弱磁控制使混合励磁电机倒拖内燃机实现增程装置起动；发电模式下，利用内燃机带动混合励磁电机经不控整流器为驱动电机提供动力电池亏电状态下的整车所需功率，多余电能为动力电池充电。

本发明基于内燃机和混合励磁电机的电动汽车增程装置，包括内燃机、混合励磁电机、不控整流器、逆变器和增程装置控制器。所述的内燃机和混合励磁电机之间采用共轴机械直连，混合励磁电机三相端子经不控整流器和逆变器与整车直流母线相连。

发电工况下，增程装置控制器将实时状态发送给整车控制器，并接收整车控制器的功率请求信号，遵循最佳发电工况脉普图确定内燃机需求扭矩和最佳发电转速，根据内燃机需求扭矩确定内燃机目标进气量、目标喷油量和目标点火正时，控制内燃机将燃料化学能转化为机械能驱动混合励磁电机发电；增程装置控制器根据混合励磁电机中转速传感器反馈的实际转速和目标最佳发电转速差值调节混合励磁电机的励磁电流；不控整流器将混合励磁电机产生的交流电转化为直流电输出，并根据输出直流母线上安装的发电电压传感器和电流传感器反馈的发电电压和发电电流计算实际发电功率反馈给增程装置控制器，增程装置控制器根据目标发电需求功率和实际发电功率差值，遵循最佳发电工况脉普图调整内燃机需求扭矩和最佳发电转速；