專利名稱：一種微混合動力車用bsg電機控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及對怠速微混BSG (Belt-StarterGenerator，皮τι 啟動發(fā)電機)啟停系統(tǒng)的BSG電機的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，汽車節(jié)能與環(huán)保技術(shù)主要有兩條路線一條是針對傳統(tǒng)車輛進行改進來達到節(jié)能和環(huán)保的要求；另一條是新型節(jié)能與環(huán)保車輛的研發(fā)，包括替代燃料汽車(Alternative一Fuel Vehicles, AFV)、混合動力電動汽車(Hybrid ElectricVehicles,HEV)等。然而研發(fā)新型節(jié)能與環(huán)保車輛只能夠在新一代車輛上減少燃油消耗和C02的排放，并不能從根本上解決現(xiàn)有車輛的燃油浪費的問題。因為車輛在城市道路上行駛時，其怠速時間占總運行時間的很大一部分，其問的燃油消耗量約占總耗油量的30%。在汽車工況 排放測試中，怠速期間排放的CO和HC量通常占總排放量的70%左右。而在城市中，由于人口和車輛比較集中，造成了城市車輛運行工況的特殊性，特別是對于城市公交客車來說，?？康恼军c多，再加上交通道口紅燈停車，起步和停車十分頻繁，造成了發(fā)動機產(chǎn)生的大部分能量在制動過程中以摩擦生熱的形式消耗掉了。又由于存在長時間的停車工況，使發(fā)動機長時間地處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成車速低、油耗高、污染嚴重等問題。因此，開發(fā)怠速啟停系統(tǒng)來消除怠速工況能夠在很大程度上節(jié)約燃油，提高車輛經(jīng)濟性，具有廣闊的市場需求。怠速啟停系統(tǒng)(Idle Stop & Start System,簡稱ISS)能夠在車輛停止時,使得發(fā)動機自動停止，而當駕駛員有起動車輛的意圖時(如踩下離合器踏板或加速踏板)，不需要手動點火就可以自動起動發(fā)動機，這避免了汽車在停車時不必要的燃油消耗和尾氣的排放。尤其對于在城市城區(qū)內(nèi)行駛，車輛經(jīng)常停止，而發(fā)動機則怠速運轉(zhuǎn)，并且汽車在城市道路中的怠速工況占25 %以上，在汽車上安裝怠速啟停系統(tǒng)能夠?qū)⒌∷傧?，極大的提高城市汽車的燃油經(jīng)濟性，而且對環(huán)境保護起到了一定的作用。在我國盡管轎車正一步一步走向家庭，家庭小汽車、軌道交通和城市公交客車將成為大城市、特大城市居民出行的主要運載工具，所以對怠速啟停系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化對我國節(jié)能減排，推進汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及建設(shè)資源節(jié)約型社會都具有著重要意義。怠速啟停系統(tǒng)是在傳統(tǒng)汽車發(fā)電機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做改進，可在傳統(tǒng)發(fā)動機的發(fā)電機皮帶輪系做輕微變動，即在其中增加張緊輪，以實現(xiàn)雙向扭矩傳輸。怠速起停系統(tǒng)BSG電機作為雙用電動模式下提供正向力矩快速啟動發(fā)動機、發(fā)電模式下產(chǎn)生負力矩對12V電池充電。怠速起停BSG系統(tǒng)主要功能是在發(fā)動機怠速情況下，BSG系統(tǒng)通過CAN總線與發(fā)動機管理系統(tǒng)交互整車控制信息，并根據(jù)整車的駕駛工況，自動地實現(xiàn)發(fā)動機的起?？刂?，從而減少怠速情況下的耗油狀況。傳統(tǒng)汽車爪極發(fā)電機(Claw-pole generator)電壓控制電路的電路原理如圖I所示。通過控制斬波電路的脈寬控制轉(zhuǎn)子勵磁電流，從而調(diào)節(jié)電機反電勢的幅值，最終達到控制整流電路的輸出電壓。BSG電機是一種傳統(tǒng)的爪極發(fā)電機，怠速起停系統(tǒng)BSG電機控制電路的電路原理如圖 2 所不?；?MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管)可控功率器件的逆變電路及整流電路集成于一體。在發(fā)動機啟動控制時，BSG電機工作在電動模式，12V鉛酸電源提供電能通過逆變器輸出給BSG電機，BSG電機輸出正向力矩啟動發(fā)動機；在高速發(fā)電模式下，BSG控制器通過斬波器控制電機轉(zhuǎn)子的勵磁繞組電流，調(diào)節(jié)BSG的反電勢幅值，三相逆變器作為整流器，從而使電機對12V電池充電。為了實現(xiàn)很高的BSG電機反電勢系數(shù)，BSG電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組由于繞組匝數(shù)多，繞組等效電感值偏大，電氣時間常數(shù)(電氣時間常數(shù)=繞組電感/繞組電阻，即T(E)=L(E)/R(E))大。由于BSG電機的反電勢直接由轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流來控制，大的繞組電感在通過斬波實現(xiàn)繞組電流控制時，電流變化的速率小，從而導(dǎo)致BSG電機無論在電動模式還是在發(fā)電模式下，電機的動態(tài)響應(yīng)慢。 圖3示意的是常用BSG電機控制電路在BSG電機在啟動、穩(wěn)定發(fā)電負載及發(fā)電卸載情況下的勵磁繞組電流隨時間變化情況。由于勵磁繞組大的電氣慣性，勵磁電流無論在加載電流增加及卸載電流下降的情況下，電流變化速率低，從而會引起12V電池端電壓出現(xiàn)欠壓、過壓的風(fēng)險。在發(fā)電模式下，BSG電機的逆變器工作在被動整流狀態(tài)，BSG電機對12V蓄電池充電。當12V電池出現(xiàn)從一個很大的電氣負載突然變化到很小的負載(如從90%的電氣負載突變?yōu)?0%)，BSG控制器會自動關(guān)斷MOSFET開關(guān)G (P)，快速續(xù)流二極管D (Z)迅速導(dǎo)通，從而對勵磁繞組電流進行續(xù)流，勵磁繞組端電壓變?yōu)槎O管D(Z)的導(dǎo)通電壓(接近O. 7V)，繞組電流I (E)開始逐漸下降。但是由于BSG電機勵磁繞組大的慣性時間常數(shù)(通常T(E)在200-500毫秒間)，加上12V電池及連線等效電感等影響，12V電池端電壓會形成短暫的過壓過程，電壓幅值會超過法規(guī)規(guī)定的容限范圍。過壓會造成許多潛在的風(fēng)險，可能會導(dǎo)致某些整車電控系統(tǒng)的過壓損害，其潛在的風(fēng)險巨大。

實用新型內(nèi)容為解決現(xiàn)有微混合動力汽車BSG電機控制系統(tǒng)在電機加載和卸載時勵磁電流變化速率低、電機控制響應(yīng)慢的問題，本實用新型提供一種微混合動力車用BSG電機控制系統(tǒng)。本實用新型為解決上述技術(shù)問題提供的技術(shù)方案是一種微混合動力車用BSG電機控制系統(tǒng)，包括由電源兩極引出的正負母線、接于正負母線間的三相逆變/整流電路、與三相逆變/整流電路連接的BSG電機定子三相繞組、以及串接于正負母線間的斬波降壓電路和BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組，斬波降壓電路與外部控制器連接并受其控制，轉(zhuǎn)子勵磁繞組具有相串接的勵磁繞組等效電阻和勵磁繞組等效電感；在電源和斬波降壓電路之間接有受外部控制器控制的升壓電路，升壓電路的輸入端與電源相連，其輸出端與斬波降壓電路輸入端相連；在斬波降壓電路和負母線之間，與轉(zhuǎn)子勵磁繞組并接有相互串聯(lián)的第二續(xù)流二極管和泄放電阻，泄放電阻阻值大于勵磁繞組等效電阻阻值。[0015]進一步的，升壓電路包括濾波電感、第三二極管、第三MOSFET和濾波電容，第三MOSFET的柵極與外部控制器相連并受其控制，濾波電感一端接正母線，另一端分為兩路一路接第三MOSFET的漏極后連接至負母線，另一路接第三二極管正極后作為升壓電路的輸出端，濾波電容接于第三二極管的負極和負母線之間。進一步的，電源為12V，升壓電路的輸出電壓大于等于30V、小于等于40V。進一步的，泄放電阻的阻值大于等于5歐姆、小于等于10歐姆。進一步的，斬波降壓電路包括第一 MOSFET和與第一 MOSFET并接的第一續(xù)流二極管，第一 MOSFET的柵極與外部控制器相連并受其控制；升壓電路中的輸出端與斬波控制電路的第一 MOSFET的漏極連接；轉(zhuǎn)子勵磁繞組接于第一 MOSFET的源極和負母線之間。本實用新型的有益效果是本實用新型的BSG電機控制系統(tǒng)，能夠改善微混合動力汽車發(fā)動機啟停系統(tǒng)動態(tài)性能，主要改善BSG電機快速卸載和快速加載性能。本實用新型的整體思想為通過在勵磁續(xù)流回路中串聯(lián)泄放電阻來改善BSG電機卸載能力，通過提高BSG電機勵磁的控制電壓來改善BSG電機快速加載能力。在BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組續(xù)流回路中串聯(lián)泄放電阻，穩(wěn)定負載下電流泄放速度加快，尤其在快速卸載情況下，勵磁電流可以快速地降到所需的負載勵磁電流，車載低壓蓄電池端電壓在快速卸載狀況下的出現(xiàn)過壓的風(fēng)險可控制在法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)，當12V電池出現(xiàn)從一個很大的電氣負載突然變化到很小的負載，此時通過串聯(lián)泄放電阻可快速泄放轉(zhuǎn)子勵磁繞組的中的勵磁電流,從而使BSG電機快速響應(yīng)停止發(fā)電輸出，避免12V電池端電壓過壓；使用升壓電路，將BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組的斬波控制電路的輸入電壓提高至可靠的較高的電壓，使BSG電機啟動時可迅速輸出力矩，控制過程中力矩輸出可快速響應(yīng)控制指令。

圖I是傳統(tǒng)汽車爪極發(fā)電機的電壓控制電路原理示意圖；圖2是現(xiàn)有怠速起停系統(tǒng)常用的BSG電機的控制電路原理示意圖；圖3是常用BSG電機控制電路的勵磁繞組電流控制的時間趨勢示意圖；圖4是本實用新型實施例BSG電機控制系統(tǒng)的電路原理示意圖；圖5是本實用新型實施例的勵磁繞組電流控制的時間趨勢示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明及具體實施方式
對本實用新型進一步說明。如圖4所示，本實用新型實施例BSG電機控制系統(tǒng)包括12V蓄電池電源、由電源正負兩極引出的正母線61、負母線62、接于正負母線間的三相逆變/整流電路5、與逆變電路/整流電路5相連的BSG電機定子三相繞組4，以及順序串接于正負母線間的斬波降壓電路I和BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組2 ;斬波降壓電路I包括作為功率開關(guān)器件的第一 MOSFET GU與第一 MOSFET Gl并接的第一續(xù)流二極管Dl和控制第一 MOSFET G1，第一 MOSFET Gl的柵極與發(fā)動機啟停系統(tǒng)的控制器連接且第一 MOSFET的開關(guān)動作受其控制，轉(zhuǎn)子勵磁繞組2接于第一 MOSFET Gl的源極和負母線62之間，轉(zhuǎn)子勵磁繞組2具有相串接的勵磁繞組等效電阻R2和勵磁繞組等效電感L2 ;在斬波降壓電路I和負母線62之間，與轉(zhuǎn)子勵磁繞組2并接有第二續(xù)流二極管D2 ;如圖4所示，本實施例的BSG電機控制系統(tǒng)在斬波降壓電路I輸入端處接入一級升壓電路3，升壓電路3包括濾波電感L3、濾波電容C3、第三二極管D3和第三MOSFET G3，第三MOSFET G3的柵極與發(fā)動機啟停系統(tǒng)的控制器連接且開關(guān)動作受其控制，濾波電感L3 —端接正母線61，另一端分為兩路一路接第三MOSFET G3的漏極后連接至負母線62，另一路接第三二極管D3的正極后作為升壓電路3的輸出端(也就是第三二極管D3的負極端)再與斬波降壓電路I的第一 MOSFET Gl的漏極連接，濾波電容C3接于第三二極管D3的負極和負母線62之間。使用升壓電路3，其電壓輸出為30-40V，將轉(zhuǎn)子勵磁繞組2的斬波降壓電路I的輸入電壓提高至30-40V的可靠安全電壓，由于端電壓提高，轉(zhuǎn)子勵磁繞組2的勵磁電流變化率增大，即勵磁電流I (E)可快速上升，從而在BSG電機啟動時可迅速輸出力矩，控制過程中力矩輸出可快速響應(yīng)控制指令。由于斬波降壓電路I的輸入電壓提高，由V/L=di/dt可知轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁電流I (E)上升時間加快。如圖4所示，在對勵磁電流I(E)進行斬波控制時，控制器控制第一MOSFET Gl開通，勵磁電流I (E)增加，電流的上升速率將比在直接 用12V電池電壓時大大提高。這樣，在BSG電機啟動及發(fā)電加載工況下，電機的動態(tài)控制性能提高，在啟動時可快速輸出力矩，快速的動態(tài)加載動態(tài)響應(yīng)有助于克服在快速加載變化下引起的電池欠壓問題。優(yōu)選的，在與BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組2并接的第二續(xù)流二極管D2所在的支路中，串接入泄放電阻R(Z)。在轉(zhuǎn)子勵磁繞組2續(xù)流回路中串聯(lián)入泄放電阻R(Z)，當12V電池出現(xiàn)從一個很大的電氣負載突然變化到很小的負載，例如從90%的電氣負載突變?yōu)?0%，控制器會自動關(guān)斷第一 MOSFET Gl，此時需要BSG電機停止發(fā)電，否則會造成12V電池端電壓會形成短暫的過壓過程，電壓幅值會超過法規(guī)規(guī)定的容限范圍。而通過泄放電阻R(Z)可快速泄放轉(zhuǎn)子勵磁繞組3中的電流，從而使BSG電機快速響應(yīng)，停止發(fā)電輸出，避免12V電池端電壓過壓。當BSG工作在快速卸載的情況下，控制器控制第一 MOSFET Gl和第三MOSFET G3都處于關(guān)斷狀態(tài)，BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組2的電流通過由泄放電阻R(Z)和第二續(xù)流二極管D2組成的快速泄放回路放電，這樣車載低壓蓄電池的端電壓過壓風(fēng)險得到控制?？筛鶕?jù)實際情況適當選配泄放電阻R(Z)的電阻值，由于BSG電機轉(zhuǎn)子的勵磁繞組等效電阻R2通常在I歐姆左右，同時由于濾波電容C3端電壓遠高于12V蓄電池電壓，泄放電阻R (Z)的阻值可以選得較大，通常為勵磁繞組等效電阻R2的5-10倍，即R(Z)可在5-10歐姆間，這樣勵磁繞組續(xù)流回路的電氣時間常數(shù)變?yōu)門 (E-續(xù)流)=L2/(R2+R(Z))，變更的續(xù)流電氣時間常數(shù)T(E-續(xù)流)會遠小于原勵磁繞組的電氣時間常數(shù)T(E)，從而降低了 BSG電機在快速卸載情況下的慣性，12V電池端電壓可控制在有限范圍內(nèi)，從而降低了對整車電氣設(shè)備的過壓風(fēng)險。在控制器控制第一 MOSFET Gl關(guān)斷時，第二續(xù)流二極管D2導(dǎo)通，BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組2的勵磁電流I (E)由于大電感勵磁繞組等效電感L2的存在不會立即發(fā)生變化，泄放電阻R(Z)的引入將導(dǎo)致瞬態(tài)高電壓(瞬態(tài)高電壓=I(E)* (R2+ R(Z) +V(D2)), V(D2)表示第二續(xù)流二極管D2兩端電壓)，這時第一續(xù)流二極管Dl及濾波電容C3將起到電壓緩沖的作用，同時第三二極管D3可以進一步起到高壓阻斷的作用，防止瞬態(tài)高壓對12V蓄電池端電壓造成瞬態(tài)過壓的風(fēng)險。在整流工況下，通過控制逆變電路的三相可控功率器件M0SFET，實現(xiàn)主動整流，從而降低在充電模式下逆變電路的導(dǎo)通損耗，提高BSG系統(tǒng)充電效率。如圖5所示的本實施例的電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流控制的時間變化趨勢，使用本實用新型實施例的BSG電機控制系統(tǒng)，BSG電機在啟動及卸載情況下的電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流變化的得到很大改善。電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組的大電氣慣性的劣勢已經(jīng)完全消除，啟動及卸載都可實現(xiàn)快速響應(yīng)，同時降低快速加載欠壓及快速卸載電池端電壓過壓的風(fēng)險，有效地改善了 BSG電機控制的整體響應(yīng)性能。還可通過控制器提高升壓脈寬斬波及降壓斬波電路的開關(guān)頻率，可以平滑勵磁電流的斬波影響。如上所云是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思和內(nèi)涵的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種微混合動力車用BSG電機控制系統(tǒng)，包括由電源兩極引出的正負母線、接于正負母線間的三相逆變/整流電路、與三相逆變/整流電路連接的BSG電機定子三相繞組、以及串接于正負母線間的斬波降壓電路和BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組，斬波降壓電路與外部控制器連接并受其控制，轉(zhuǎn)子勵磁繞組具有相串接的勵磁繞組等效電阻和勵磁繞組等效電感；其特征在于在電源和斬波降壓電路之間接有受外部控制器控制的升壓電路，升壓電路的輸入端與電源相連，其輸出端與斬波降壓電路輸入端相連；在斬波降壓電路和負母線之間，與轉(zhuǎn)子勵磁繞組并接有相互串聯(lián)的第二續(xù)流二極管和泄放電阻，泄放電阻阻值大于勵磁繞組等效電阻阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的BSG電機控制系統(tǒng)，其特征還在于升壓電路包括濾波電感、第三二極管、第三MOSFET和濾波電容，第三MOSFET的柵極與外部控制器相連并受其控制，濾波電感一端接正母線，另一端分為兩路一路接第三MOSFET的漏極后連接至負母線，另一路接第三二極管正極后作為升壓電路的輸出端，濾波電容接于第三二極管的負極和負母線之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的BSG電機控制系統(tǒng)，其特征還在于電源為12V，升壓電路的輸出電壓大于等于30V、小于等于40V。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的BSG電機控制系統(tǒng)，其特征還在于泄放電阻的阻值大于等于5歐姆、小于等于10歐姆。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的BSG電機控制系統(tǒng)，其特征還在于斬波降壓電路包括第一MOSFET和與第一 MOSFET并接的第一續(xù)流二極管，第一 MOSFET的柵極與外部控制器相連并受其控制；升壓電路中的輸出端與斬波控制電路的第一 MOSFET的漏極連接；轉(zhuǎn)子勵磁繞組接于第一 MOSFET的源極和負母線之間。
專利摘要本實用新型提供一種微混合動力車用BSG電機控制系統(tǒng)，包括由電源兩極引出的正負母線、接于正負母線間的三相逆變/整流電路、與三相逆變/整流電路連接的BSG電機定子三相繞組、以及串接于正負母線間的斬波降壓電路和BSG電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組，斬波降壓電路與外部控制器連接并受其控制，轉(zhuǎn)子勵磁繞組具有相串接的勵磁繞組等效電阻和勵磁繞組等效電感；在電源和斬波降壓電路之間接有受外部控制器控制的升壓電路；在斬波降壓電路和負母線之間，與轉(zhuǎn)子勵磁繞組并接有相互串聯(lián)的第二續(xù)流二極管和泄放電阻，泄放電阻阻值大于勵磁繞組等效電阻阻值。本實用新型能夠改善微混合動力汽車發(fā)動機啟停系統(tǒng)動態(tài)性能。
文檔編號H02P9/10GK202679302SQ201220311178
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者陳小江, 徐輝, 熊本波, 邱林, 王冬 申請人:深圳市航盛電子股份有限公司