[發(fā)明專利]一種串聯(lián)混合動力客車的輔助功率單元及控制方法

有效

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• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102267366A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 歐陽明高;楊福源;盧蘭光;吳曉剛;徐梁飛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60K6/20
• 分類號: B60K6/20;B60W20/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發(fā)明涉及一種客車的輔助功率單元及控制方法，特別是關于一種串聯(lián)混合動力客車的輔助功率單元及控制方法。

背景技術

串聯(lián)混合動力客車的功率源一般是由車載發(fā)電系統(tǒng)11和動力電池12兩部分組成(如圖1所示)。車載發(fā)電系統(tǒng)11也稱為輔助功率單元，輔助功率單元由發(fā)動機13、發(fā)電機14、整流器15構成，用于向動力總線輸送電能量給牽引電機16，并為動力電池12充電。輔助功率單元可以廣泛應用于混合動力客車中，其低成本、高效率和低排放是混合動力客車總的發(fā)展趨勢，且輔助功率單元本身的控制一直以來也是研究的難點問題之一。目前在串聯(lián)混合動力客車中，輔助功率單元大都采用柴油發(fā)動機+電勵磁發(fā)電機+不可控整流器的構型，但是由于電勵磁發(fā)電機的功率密度和效率較低，因此影響了整個輔助功率單元的體積和效率。輔助功率單元也有采用柴油發(fā)動機+永磁同步發(fā)電機+PWM整流器的構型，通過系統(tǒng)的解耦，可以方便地對柴油發(fā)動機轉速、柴油發(fā)動機轉矩和永磁同步發(fā)電機轉矩進行控制，使柴油發(fā)動機工作在高效率區(qū)，可以在很大程度提高輔助功率單元的效率和燃油經濟性，但是PWM整流器卻增加了輔助功率單元的成本。

發(fā)明內容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種功率密度大、效率高、成本低的串聯(lián)混合動力客車的輔助功率單元及控制方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種串聯(lián)混合動力客車的輔助功率單元，其特征在于：它包括柴油發(fā)動機，永磁同步發(fā)電機，三相不可控整流器和輔助功率單元控制器，所述輔助功率單元控制器包括前饋控制器和PID控制器；所述柴油發(fā)動機的輸出端連接所述永磁同步發(fā)電機，所述永磁同步發(fā)電機的輸出端連接所述三相不可控整流器，所述三相不可控整流器輸出端并聯(lián)連接一電壓傳感器、串聯(lián)連接一電流傳感器；將所述電壓傳感器采集到的直流電壓與混合動力客車整車控制器發(fā)出的目標功率信號，通過計算得到的目標電流輸入所述前饋控制器，將所述電流傳感器采集到的實際輸出電流與所述目標電流之間的電流誤差輸入所述PID控制器，所述前饋控制器的輸出值與所述PID控制器的輸出值相加后作為噴油量輸入所述柴油發(fā)動機。

所述柴油發(fā)動機是高壓共軌柴油發(fā)動機。

所述永磁同步發(fā)電機是高效稀土永磁同步發(fā)電機。

所述三相不可控整流器由功率二極管組成。

上述輔助功率單元的控制方法，包括以下步驟：1)將由混合動力客車整車控制器發(fā)出的目標功率信號與由三相不可控整流器輸出端采集的直流電壓信號進行計算，得到輔助功率單元的目標電流：目標電流＝目標功率/三相不可控整流器輸出的直流電壓；2)將步驟1)得到的目標電流和由三相不可控整流器3輸出端采集的實際輸出電流信號進行電流誤差計算：電流誤差＝目標電流-實際輸出電流；3)將由步驟2)求取的電流誤差輸入PID控制器，將由步驟1)得到的目標電流I輸入前饋控制器，利用預置在前饋控制器中的計算公式m_f＝f(I)，得到前饋控制器的輸出值m_f；4)將前饋控制器的輸出值和PID控制器的輸出值相加作為柴油發(fā)動機的噴油量。

所述計算公式m_f＝f(I)為輔助功率單元在穩(wěn)態(tài)平衡條件下，通過試驗得到的柴油發(fā)動機噴油量和輔助功率單元輸出電流的關系，進而擬合出以輔助功率單元目標電流I為自變量，以柴油發(fā)動機噴油量m_f為因變量的相應關系。

本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明的輔助功率單元由于采用柴油發(fā)動機+永磁同步發(fā)電機+不可控整流器的構型，同時在不可控整流器的輸出端設置了電壓傳感器和電流傳感器，因此可以將實時得到的電壓和電流信號反饋給輔助功率單元控制器，隨時對柴油發(fā)動機的噴油量進行調整，使本發(fā)明的輔助功率單元的功率密度大、效率高、成本低。2、本發(fā)明的控制方法采用以柴油發(fā)動機噴油量作為控制變量的單變量控制方法，設計前饋+PID反饋控制算法對輔助功率單元的輸出功率進行調節(jié)，因此有效地保證了輔助功率單元功率輸出的動態(tài)特性。本發(fā)明可以廣泛用于混合動力客車中。

附圖說明

圖1是一般功率源的組成形式

圖2是本發(fā)明結構示意圖

圖3是本發(fā)明的輔助功率單元的控制方法流程示意圖

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。