[實用新型]車用集成起動/發電系統功率變換器

無效

• 申請號: 200820080613.0
• 申請日: 2008-05-16
• 公開（公告）號: CN201207620Y
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 許家群
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02M3/155
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術領域

本實用新型屬于車用控制裝置范圍，尤其是一種車用集成起動/發電系統功率變換器。

背景技術

隨著汽車擁有量的快速增加，能源消耗和尾氣排放問題也更加突出。不斷增加的用電設備對車載電源的容量、效率等指標提出了更高要求。

目前汽車廣泛采用獨立的爪極式發電機和直流起動電機。其中，爪極式發電機最高效率僅為60％左右，低效率使得油耗和排放增加；發電機極限功率只有約4kW，無法滿足未來更多車載用電設備需求；而且，直流起動電機容量小，造成發動機起動過程中因燃料不完全燃燒而排放了更多尾氣。

為解決上述問題，出現了集成起動/發電系統，即將發動機上彼此獨立的起動電機、發電機及機械飛輪進行一體化設計，起動時系統電動運行，將曲軸迅速拖至點火轉速；在怠速速度以上發電運行以供給車載用電設備；另外，在怠速速度以上也可工作在電動狀態為發動機提供輔助動力。

由于安裝空間嚴格受限，為提高轉矩密度、功率密度及效率，基于永磁交流電機的集成起動/發電系統逐漸受到重視。但由于運行工況非常復雜，并且轉子磁鏈不可控，因此，解決寬速度區間的電壓穩定、提高系統效率及降低系統成本等問題很難解決。

通常采用兩電平變換器，有兩種常見的結構。一種是由六個功率開關器件構成三相整流/逆變器，其輸入、輸出分別與儲能元件和電機相連，該結構下，發電運行時必須采用弱磁控制技術，這使得系統效率較低，尤其在高速輕載時系統效率更低。另一種結構是采用不可控的二極管整流器結合降壓型直流變換器，該結構下，由于高速發電運行時母線電壓很高，對功率開關器件的耐壓能力要求也高，使得系統成本增加；濾波電感、電容的容量相對較大，使得控制器體積較大；此外，變換器開關頻率較高，電壓諧波也較大。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服了現有的兩電平變換器的上述缺陷，提供了一種車用集成起動/發電系統功率變換器及其控制方法。本變換器輸出電壓諧波小、開關頻率低，有利于提高系統效率；濾波電感、電容容量大大減小，有利于降低系統體積；功率器件電壓應力降低一半，可在低壓功率開關器件耐壓范圍內有效壓縮電機的弱磁運行范圍，從而可以降低系統成本并使系統效率得到提高。

為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。本實用新型含有三電平整流/逆變器和三電平雙向升壓/降壓直流變換器2，兩部分相級聯，其中：

三電平整流/逆變器的輸入、輸出分別與雙向升壓/降壓直流變換器、三相交流電機連接。當電機電動運行時，整流/逆變器將直流變換器提供的直流電逆變為三相交流供給電機；當電機發電運行時，整流/逆變器將電機發出的三相交流電進行可控整流后供給直流變換器。

雙向升壓/降壓直流變換器的輸入、輸出分別與儲能元件、整流/逆變器連接。當電機電動運行時，直流變換器將儲能元件提供的直流電升壓后供給整流/逆變器；當電機發電運行時，直流變換器將整流/逆變器發出的直流電降壓后供給儲能元件進行充電。

本實用新型按照集成起動/發電系統的功能需求，對整流/逆變器、直流變換器進行不同的控制，使整流/逆變器分別工作在可控整流和逆變狀態，使直流變換器分別工作在降壓和升壓狀態。其中：

(1)電機發電運行時，控制整流/逆變器工作于可控整流狀態，直流變換器工作在降壓變換器狀態；

(2)起動發動機或怠速轉速以上為發動機提供輔助動力時，控制整流/逆變器工作于逆變器狀態，直流變換器工作在升壓變換器狀態，從而使電機工作于電動狀態。

本實用新型的有益效果，功率變換器的輸出電壓諧波小、開關頻率低，有利于提高系統效率；濾波電感、電容容量大大減小，有利于減小系統體積；功率器件電壓應力降低一半，可在低壓功率器件耐壓范圍內有效壓縮弱磁范圍，在實現寬速度范圍(600～6000r/min)穩壓及輔助動力功能的同時，使系統成本降低、效率提高，促進車輛的節能。

附圖說明

圖1是車用集成起動/發電系統功率變換器結構圖

具體實施方式

下面結合圖1對本實用新型作進一步說明：

本實施例包括有三電平整流/逆變器1和雙向升壓/降壓直流變換器2兩部分。三電平整流/逆變器1的輸入、輸出分別與雙向升壓/降壓直流變換器2、三相交流電機3連接，雙向升壓/降壓直流變換器2的輸入、輸出分別與儲能元件4、整流/逆變器1連接。