[发明专利]增程式电动汽车动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及汽车技术，特别是涉及一种增程式电动汽车的动力系统。 

背景技术

增程式电动汽车的动力系统主要包括驱动系统、发电系统、电池系统三部分。驱动系统包括驱动电机及其控制器，发电系统包括增程发电机组及其控制器，电池系统包括高压动力电池及电池管理单元。 

目前电动汽车驱动电机主要有感应电机、开关磁阻电机、永磁同步电机。感应电机结构简单、价格较低，噪音小，但控制复杂，系统成本高；开关磁阻电机结构简单，但转矩波动大、噪声大，效率和功率密度低；永磁电机效率与功率密度高、转矩控制性能好，但气隙磁场难以调节、弱磁控制困难、恒功率区和高效率区窄。 

目前增程发电机主要有同步发电机、异步发电机和永磁发电机三类。同步发电机体积大、功率密度偏低；异步发电机励磁无功功率较大，电压调节困难，控制复杂，系统效率较低；永磁同步电机功率密度高，但磁场难以调节，输出调节困难，需要全功率变换电路，系统结构和控制复杂，而且稀土永磁材料成本高。 

目前纯电动汽车无法大规模产业化，主要原因是电池成本高、续航里程短。电池成本占整车价格的近50%，而且电池的寿命一般在2~3年，运行和维护成本很高；同时这些电池的自重相当庞大，大大增加了整车重量，影响了续航里程，一般在200公里左右。 

发明内容

为了解决上述纯电动汽车存在的问题，本发明提出了一种增程式电动汽车动力系统方案，达到了降低整车成本和增加续航里程又节能环保的目的。 

为此本发明采用的技术方案是：包括有混合励磁同步电机，电机内部包含永磁体和励磁线圈两个磁势源，同时也存在轴向磁路和径向磁路，轴向磁路中串接电励磁绕组； 

电励磁双凸极电机，电机定转子为凸极齿槽结构，定子上安装有集中电枢绕组和励磁绕组； 

混合励磁同步电机驱动系统与双凸极发电系统分别与系统控制总线连接，通过系统控制总线，实现了整车控制器和驱动系统和发电系统之间的通信，驱动系统和发电系统将系统状态控制信号发送至整车控制器，发电系统通过整车控制器获得驱动系统的运行状态信号，结合发电系统控制策略，实现对发电系统的输出功率控制。

本发明的优点是：本发明进行了混合励磁电机驱动技术和双凸极无刷直流发电技术的原始创新和集成应用，形成了驱动与发电的综合技术系统，实现了增程式电动客车驱动系统全新方案。不但在行车途中向蓄电池充电同时向驱动电机供电，增加了续驶里程。对促进増程式电动汽车的整体技术突破，加速汽车产业结构调整，带动汽车产业的技术升级和发展，推进新能源汽车产业化进程，提升我国新能源汽车产业的国际市场影响力和竞争优势等均具有重大意义。 

     附图说明 

 图1为混合励磁同步电机驱动系统结构图。

图2为双凸极无刷直流起动发电系统图。 

具体实现方式

本发明采用了高效混合励磁同步电机驱动技术，克服了现有永磁同步电机弱磁控制困难、高效率区窄的问题，具有恒功率区宽、调速范围广、效率高的特点。混合励磁同步电机运用矢量控制技术，增加了高效率运行区，同时扩大了弱磁扩速范围，优化了整车动力性能。 

混合励磁同步电机在切向磁场永磁同步电机的基础上，采用了转子导磁体磁分路结构，电机内部包含永磁体和励磁线圈两个磁势源，同时也存在轴向磁路和径向磁路，在轴向磁路中串接电励磁绕组，通过调节励磁电流来控制轴向磁通，由于磁通总和不变，径向磁场随轴向磁场的调节而变化，实现了径向磁场弱磁调节。电枢绕组中的电枢电流采用矢量控制，同时与励磁电流进行协调控制，获得了较大的输出功率和较宽的恒功率运行区。

驱动电机转速在基速以下运行时，励磁电流为恒定最大值，混合励磁同步电机工作在增磁状态，实现低速大转矩输出；基速以上运行时，通过减小励磁电流的大小实现弱磁控制，电机内磁场饱和程度低、铁损小，电励磁绕组励磁电流小、铜损低。通过电枢电流和励磁电流的协调控制对气隙磁通进行调节，在系统容量一定的前提下，能够获得较大的输出功率和较宽的恒功率运行范围。

混合励磁同步电机的功率大小根据整车的重量和最高车速以及合理的传动比来确定，并按照约2倍的过载能力设计该电机；按照车辆的最大爬坡度验证驱动电机的短时工作特性及扭矩特性是否满足要求；驱动电机的基频点与汽车的常规车速点重合；汽车最高转速的功率平衡点落在电机恒功率工作曲线上。

本发明采用了双凸极发电系统起动发电一体化技术，省去起动电机，简化了系统结构，提高系统功率密度、效率和可靠性。