[发明专利]一种电动汽车增程器及控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种电动汽车技术，特指一种电动汽车增程器及其控制方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭以及人们对环境要求的不断提高，电动汽车由于不消耗石油。清洁无污染正逐步成为世界汽车市场的发展方向。但是受限于电池的能量密度、充电速度以及成本，电动汽车的价格比普通内燃机汽车要高出很多，并且续驶里程也很有限，因此电动汽车的消费者接受度还很低，很大程度上限制了电动汽车的发展。

为了解决由电池技术造成的续驶里程问题，增程式电动汽车作为一种既能兼顾日常行驶的电动化、零排放要求与远程出行的长续驶里程，并且成本较低的车型，正逐步成为各大汽车厂商和研究机构的要求热点。

现有的增程式电动汽车的机构如图2所示，主要由增程器、动力电池和电驱动系统构成。动力电池的容量一般远小于普通电动汽车，能够满足绝大多数的日常行驶里程需求；电驱动系统包括主驱动电机、主驱动电机控制器，主驱电机构成了车辆行驶的直接动力来源；当电池容量下降到一定值时，增程器启动，为车辆提供额外的电力来源。

现有的增程器一般包括发动机、ISG(Integrate Starter&Generator 汽车起动发电一体机)电机、ISG电机控制器、发动机ECU(Electronic Control Unit 电子控制单元)和增程器控制单元。发动机是增程器的动力来源，一般选用小功率的汽油机；ISG电机一般采用三相永磁同步电机，该电机即可以工作于电动机模式，负责发动机的启动，又可以工作于发电机模式，负责增程器的发电；ISG电机控制器主要负责对ISG电机的控制，ISG电机控制器即可工作于逆变模式，用于控制ISG电机拖动发动机的启动，又可以工作于整流模式，用于对ISG电机发出的三相交流电压的整流；和传统的发动机ECU一样，增程器的发动机ECU负责发动机内部各传感器信号的采集和喷油量、点火时间等的计算；增程器控制单元主要用于接收整车控制器指令，协调发动机ECU和ISG电机控制器的工作。

增程器工作时整车控制器发送增程器启动信号给增程器控制单元，增程器控制单元发送启动指令给发动机ECU和ISG电机控制器，发动机ECU采集发动机内各传感器信号做好发动机的启动准备，此时ISG电机控制器工作于逆变模式、ISG电机工作于电动机模式，ISG电机拖动发动机至一定的转速发动机启动，发动机启动后，ISG电机控制器工作于整流模式、ISG电机工作于发电机模式，发动机拖动ISG电机， ISG电机发出的三相交流电压经ISG电机控制器整流和滤波处理后输出直流电压，与整车的直流母线相连，为整车提供额外的电能。

现有的电动汽车增程器存在以下缺点：

1、不同于混合动力汽车中的ISG电机经常于电动机模式和发电机模式之间的切换，增程器一般在电动汽车动力电池的容量下降到一定程度后启动，启动后会一直工作于发电机模式，直至本次行驶结束或者动力电池容量达到最大限值，除了启动的瞬间，只有很少时间工作于电动机模式。而对于发动机的启动而言，需要很高的瞬时转矩和瞬时功率，这意味着ISG电机控制器必须有充足的VA(伏安)容量，那么ISG电机控制器的成本势必很高。一台常见的永磁同步电机控制器的电路结构如图3所示，它由六只全控型功率开关管(绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者金属半导体氧化物场效应晶体管(MOSFET))构成的逆变电路、功率开关管驱动电路、微控制器处理电路、两只或者三只霍尔电流传感器、转速/位置检测电路以及开关电源、显示、接口和通信电路组成。电路系统较复杂，精密的转速/位置传感器以及高VA容量要求的大功率全控型功率开关管和霍尔电流传感器的价格都很昂贵，这极大的增加了整车成本。

2、ISG电机控制器控制系统的结构如图4所示，即按转子磁链定向空间矢量PWM（Pulse Width Modulation 脉冲宽度调制）控制系统。该控制系统通常由转速PI(Proportional Pntegral比例-积分)调节器、直轴电流PI调节器、交轴电流PI调节器、两相旋转坐标系—三相静止坐标系变换(2r/3s变换)、三相静止坐标系—两相旋转坐标系变换(3s/2r变换)、弱磁调节器、空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)实现算法组成。算法流程复杂且涉及较多的浮点数运算，实时性要求高，系统调试复杂，具有很高的开发难度。