发动机发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种发电机发电及充电技术领域，特别涉及一种发动机发电系统。


背景技术：

2.随着社会进步，人们环保和节能意识增强，“低碳、环保、绿色”的出行和生活方式逐渐引起高度关注。高效、环保、节能的发动机发电的研究已经引起了世界各厂商的高度关注。
3.传统的发动机发电系统，发动机和发电系统相互比较孤立，发动机通常调为一个或几个固定转速，没有和扭矩及发电机反馈很好地匹配。


技术实现要素：

4.为解决现有存在的技术问题，本实用新型提供一种能够协调发电机和发动机的高效和节能控制的发动机发电系统。
5.为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
6.一种发动机发电系统，其特征在于，包括发动机、与所述发动机连接的发电机系统及与所述发电机系统连接的电池管理系统，所述发电机系统包括与所述发动机通过联轴器连接的发电机、处理器、连接于所述处理器与发电机绕组之间的整流电路、连接于所述整流电路和所述处理器之间的电压反馈电路和电流检测电路，所述整流电路包括与所述发电机绕组的各相对应连接的上桥臂电路和下桥臂电路，所述上桥臂电路为斩波电路，所述下桥臂电路为连接于所述处理器与所述斩波电路之间的开关电路，所述斩波电路包括分别与所述发电机绕组中各相对应连接的上桥元件，所述开关电路包括分别与所述上桥元件连接的下桥元件，所述上桥元件为可控硅或场效应管，所述下桥元件为场效应管或二极管、或可控硅。
7.其中，所述发电机的转子为纯永磁转子，定子为单子绕组。
8.其中，所述发电机系统中所述处理器通过控制线分别与所述发动机的启动电机、油门和燃油泵连接。
9.其中，所述油门为线性油门、两档油门或一档油门。
10.其中，所述发电机系统还包括连接于所述处理器和所述电池管理系统之间的限流器。
11.其中，所述发电机系统还包括连接于所述发动机绕组与所述处理器之间的换相检测电路。
12.其中，所述发电机系统还包括与所述发电机绕组的其中一相的所述下桥元件串联连接的相电流检测电路。
13.其中，所述发电机为三相发电机，所述斩波电路包括分别与所述三相发电机绕组的a相线圈、b相线圈、c相线圈对应连接的第一可控硅、第二可控硅和第三可控硅，或，所述
斩波电路包括分别与所述三相发电机绕组的a相线圈、b相线圈、c相线圈对应连接的场效应管；
14.所述开关电路包括分别与所述第一可控硅、第二可控硅和第三可控硅对应连接的第一开关、第二开关和第三开关，所述处理器通过开关驱动电路与所述第一开关、第二开关和第三开关连接，所述第一开关、第二开关和第三开关均为所述场效应管。
15.其中，所述发电机工作于发电工作模式或电动工作模式，在所述电动工作模式下，所述发电机用于带动发动机启动或助力车轴。
16.其中，所述发电机发电系统还包括连接于所述处理器和所述斩波电路之间的斩波驱动电路。
17.本实用新型实施例提供的发动机发电系统，包括发动机、与所述发动机连接的发电机系统及与所述发电机系统连接的电池管理系统，发动机通过联轴器与发电机连接，发电机系统通过电池管理系统实时获取充电用电需求，整流电路包括与发电机绕组的各相对应连接的上桥臂电路和下桥臂电路，通过各相绕组下桥臂中开关电路的设置，可以相应调节斩波电路与开关电路所形成的支路的导通或断开，调整所述可控硅以及所述开关电路的通断时间以对所述当前输出电流和当前整流后的电压进行调整，使得发电机系统可以协调发动机和发电机来充分满足充电用电需求，达到高效和节能控制的目的。
附图说明
18.图1为一实施例中发动机发电系统的逻辑框图；
19.图2为一实施例提供的发动机发电系统的示意图；
20.图3为一实施例中发电机系统的示意图；
21.图4为另一实施例中发电机系统的示意图。
具体实施方式
22.以下结合说明书附图及具体实施例对本技术技术方案做进一步的详细阐述。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型的实现方式。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.请参阅图1和图2，发动机发电系统包括发动机20、与所述发动机20连接的发电机
系统及与所述发电机系统连接的电池管理系统30，所述发电机系统包括与所述发动机20通过联轴器连接的发电机10、处理器12、连接于所述处理器12与发电机绕组之间的整流电路、连接于所述整流电路和所述处理器12之间的电压反馈电路14和电流检测电路13，所述整流电路包括与所述发电机绕组的各相对应连接的上桥臂电路和下桥臂电路，所述上桥臂电路为斩波电路15，所述下桥臂电路为连接于所述处理器12与所述斩波电路15之间的开关电路16，所述斩波电路15包括分别与所述发电机绕组中各相对应连接的上桥元件，所述开关电路16包括分别与所述上桥元件连接的下桥元件，所述上桥元件为可控硅或场效应管，所述下桥元件为场效应管或二极管、或可控硅。
27.上述实施例中，发动机20通过联轴器与发电机10连接，发电机系统通过电池管理系统30实时获取充电用电需求，整流电路包括与发电机绕组的各相对应连接的上桥臂电路和下桥臂电路，通过各相绕组下桥臂中开关电路16的设置，可以相应调节斩波电路15与开关电路16所形成的支路的导通或断开，调整所述可控硅以及所述开关电路16的通断时间以对所述当前输出电流和当前整流后的电压进行调整，使得发电机系统可以协调发动机20和发电机10来充分满足充电用电需求，达到高效和节能控制的目的。其次，通过各相绕组下桥臂中开关电路16的设置，开关电路16的打开或关闭，可以相应调节斩波电路15与开关电路16所形成的支路的导通或断开，从而调节不同的发电电压和降低损耗。
28.本实施例中，开关电路16中下桥元件优选为场效应管，采用场效应管相对于二极管而言，可以减少导通压降，提高发电效率。
29.所述发电机10为三相发电机，所述斩波电路15包括分别与所述三相发电机绕组的a相线圈、b相线圈、c相线圈对应连接的第一可控硅scr1、第二可控硅scr2和第三可控硅scr3。所述开关电路16包括分别与所述第一可控硅scr1、第二可控硅scr2和第三可控硅scr3对应连接的第一开关、第二开关和第三开关，所述处理器12通过开关驱动电路与所述第一开关、第二开关和第三开关连接，第一开关、第二开关和第三开关分别为场效应管。处理器12包括多个输入/输出端，开关电路16连接于处理器12的输入/输出端和斩波电路15之间，为了便于描述和区别，将处理器12与开关电路16连接的多个输入/输出端分别标识为第七输入/输出端i/o7、第八输入/输出端i/o8和第九输入/输出端i/o9。第一开关连接于第七输入/输出端i/o7和第一可控硅scr1之间，第二开关连接于第八输入/输出端i/o8和第二可控硅scr2之间，第三开关连接于第九输入/输出端i/o9和第三可控硅scr3之间。处理器12通过换相检测电路17检测到发电机绕组的相电压处于正弦波正半周时，处理器12输出导通角/pwm斩波控制信号给对应相上下桥臂通断进行调压。处理器12通过换相检测电路17检测到相电压处于换相点时，则通过第一输入/输出端、第二输入/输出端和第三输入/输出端分别输出驱动信号，以打开对应相下桥臂的开关，可控硅整流器与对应开关形成的支路导通，从而可以减小压降带来的损耗，提高整流效率。在一些实施例中，所述斩波电路15包括分别与所述三相发电机绕组的a相线圈、b相线圈、c相线圈对应连接的单一场效应管，或者所述斩波电路15包括分别与所述三相发电机绕组的a相线圈、b相线圈、c相线圈对应连接的反向串联连接的两个场效应管。
30.在另一可选的实施例中，请参阅图3，所述第一开关包括并联连接的第一场效应管q1和第二场效应管q2、所述第二开关包括并联连接的第三场效应管q3和第四场效应管q4、所述第三开关包括并联连接的第五场效应管q5和第六场效应管q6。下桥臂电路中分别与各
相对应的开关采用并联的多个场效应管，可以使得场效应管打开时通态电流大大提高，从而可以进一步降低损耗，提高整流效率。其中，处理器12包括多个反馈端，为了便于描述和区别，将处理器12与电压反馈电路14连接的反馈端标识为第一反馈端ad1，将处理器12与电流检测电路13连接的反馈端标识为第二反馈端ad2。处理器12可以通过电流检测电路13实时检测整流电路输出的当前电流、及通过电压反馈电路14实时检测整流电路输出的当前电压，当换相检测电路17检测到相电压处于正弦波正半周时，根据整流输出的电压反馈以及输出的电流检测值，输出匹配的导通角/pwm斩波控制信号至对应相上下桥臂进行调压。
31.可选的，所述发电机工作于发电工作模式或电动工作模式，在所述电动工作模式下，所述发电机用于带动所述发动机启动或助力车轴。发电机可于不同工作模式之间切换，满足更多应用场景的需求。
32.可选的，所述换相检测电路17包括分别与所述发电机绕组中各相一一对应的多路。其中，处理器12包括多个输入/输出端，换相检测电路17连接于处理器12的输入/输出端和发电机绕组之间，为了便于描述和区别，将处理器12与斩波驱动电路连接的多个输入/输出端标识为第七输入/输出端、第八输入/输出端和第九输入/输出端。换相检测电路17包括连接于处理器12的第七输入/输出端和a相线圈之间的第一换相检测电路17、连接于处理器12的第八输入/输出端和b相线圈之间的第二换相检测电路17、连接于处理器12的第九输入/输出端和c相线圈之间的第三换相检测电路17。通过设置分别与各相一一对应的换相检测电路17，可以对各相的换相点和正负半周独立检测判断，提高控制精度。
33.可选的，所述发电机系统还包括连接于所述处理器12和所述斩波电路15之间的斩波驱动电路。处理器12输出导通角斩波控制信号到斩波驱动电路，通过斩波驱动电路控制各相上桥臂的可控硅通断。其中，处理器12包括多个输入/输出端，斩波驱动电路连接于处理器12的输入/输出端和斩波电路15之间，为了便于描述和区别，将处理器12与斩波驱动电路连接的多个输入/输出端标识为第四输入/输出端i/o4、第五输入/输出端i/o5和第六输入/输出端i/o6。可选的，整流电路还包括连接于处理器12和各个开关之间的开关驱动电路，处理器12通过第七输入/输出端i/o7、第八输入/输出端i/o8和第九输入/输出端i/o9分别输出驱动信号给开关驱动电路，由开关驱动电路控制各相下桥臂的开关打开或关闭。
34.发电机10的转子采用纯永磁转子，磁铁可以在表面贴设或嵌入式永磁铁(ipm)，定子为单子绕组，不需要励磁，结构简捷、高效。可选的，所述发电机系统中所述处理器12通过控制线分别与所述发动机20的启动电机、油门和燃油泵连接。其中，所述油门为线性油门、两档油门或一档油门。其中，线性油门是指油门可线性变化，由电子调速器、或电控节气门、或可调电喷来实现。两档油门是指油门只设怠速和最大2档，由开关电磁阀控制，启动和停机时油门在怠速档，油门打到最大过程中，负载相应调到最大，使转速维持在最优。一档油门是指油门一直在最大，启动后负载就相应调到最大，通过停止燃油泵来停机。
35.可选的，所述发电机系统还包括连接于所述处理器12和所述电池管理系统30之间的限流器。在发动机20扭矩超出发动机20最优扭矩时，发电机系统通过限流器进行限流。电池管理系统30与电池阵列11对应连接，可以根据当前充电需求确定接入电池的数量。
36.可选的，换相检测电路17可以为过零点检测电路，检测所述发电机绕组的相电压的过零点信息，根据检测到的过零点信息确定a相，b相，c相三相绕组电压的相位关系。可选的，换相检测电路17检测到的换相信号也可以为自然换相点信号，自然换相点信号是指相
对电动势过零点的位置超前30度的位置。换相检测电路17可以采用霍尔传感器(hall元件)检测得到，如当换相信号为过零点信号时，换相检测电路17可以采用hall元件装设于各相绕组的电动势过零点的位置，换相信号为自然换相点信号时，换相检测电路17可以采用hall元件装设于电动势过零点位置之前30度的位置。可选的，换相检测电路17也可以采用电压采集电路采集三相绕组的相电压，将相电压与三相中心点电压进行比较处理来得到过零点或者自然换相点。
37.可选的，所述发电机系统还包括与所述发电机绕组的其中一相的所述下桥元件串联连接的相电流检测电路13。本实施例中，相电流检测电路13包括与a相绕组对应连接的下桥元件串联的采样电阻。
38.请参阅图4，每一上桥元件可采用漏极和源极连接方向相反的两个n沟道场效应管，在发电时具备电路的升压降压功能。在电机驱动时，可以用该电路进行电机的pwm调速运转，此时q4、q5、q6为持续导通状态，靠a0、a’、b0、b’、c0、c’这6个场效应管的pwm控制进行调速驱动。
39.可选的，所述发动机发电系统还包括对输出的电压进行升压降压调节，在转速很低时可以通过下桥场效应管的pwm斩波进行boost升压。在电动势过高时，可以通过上桥可控硅的进行导通角控制，进行降压。可以保证在很大的转速范围都可以有良好的供电输出。
40.可选的，所述发动机发电系统还包括将发动机的油耗效率图和发电机的效率图结合到一起，得到系统的整体效率曲线，并据此进行扭矩和转速的调节，使发动机和发电机在系统的最大效率范围内工作。
41.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。